A continuación se detalla el ejercicio propuesto en español basado en el ejemplo resuelto del PDF DESIGN OF A SOLAR COLLECTOR, con énfasis en el uso de los números de Reynolds (Re) y Nusselt (Nu). Incluye también un checklist breve para guiar el flujo de trabajo en GitHub Codespaces.

Ejercicio: Diseño de un colector solar plano

Se requiere diseñar un colector solar plano capaz de proporcionar un caudal de aire de 1 m³/s a una temperatura de 40 °C, en condiciones climáticas similares a las descritas:

Temperatura ambiente promedio: 30 °C.
Latitud: 10° N.
Radiación media diaria en la estación de secado: ≈ 20 MJ/m²·día.
Densidad del aire: 1.28 kg/m³.
Conductividad térmica del aire: k = 0.025 W/m·K.
Viscosidad dinámica del aire: μ = 1.8 × 10⁻⁵ kg/m·s.

Se selecciona un colector con dimensiones iniciales de 8.5 m × 4 m × 0.05 m (longitud × ancho × profundidad).

Preguntas a resolver

Calcule el diámetro hidráulico del ducto del colector.
Determine la velocidad media del aire en el ducto.
Calcule el número de Reynolds (Re). ¿El flujo es laminar o turbulento?
Estime el número de Nusselt (Nu) usando la correlación: [ Nu = 0.02 , Re^{0.8}]
Calcule el coeficiente de transferencia de calor convectivo (h).
Analice si el valor obtenido de ( h ) es consistente con el valor de referencia dado (≈ 22 W/m²·K).

Checklist para desarrollar la solución en GitHub Codespaces

Creación del repositorio
- Nombre sugerido: solar_collector_design
- Incluir .gitignore para Python.
Iniciar GitHub Codespaces
- Abrir el repositorio en un nuevo Codespace.
Instalar extensiones
- Python, Pylance, Streamlit.

Creación del entorno virtual

python -m venv .venv
source .venv/bin/activate   # Linux/Mac
.venv\Scripts\activate      # Windows

Archivos con ayuda del chatbot en Codespaces
- README.md: descripción del ejercicio y pasos de resolución.
- requirements.txt: incluir numpy, pandas, streamlit, matplotlib.
Instalación de módulos
```
pip install -r requirements.txt
```
Desplegar en Streamlit
- Crear app.py con entradas para dimensiones, propiedades del aire y correlaciones.
- Mostrar resultados de Re, Nu y h.
- Ejecutar:
```
streamlit run app.py
```
Alojar en Streamlit Community Cloud
- Conectar el repositorio de GitHub.
- Seleccionar rama main y archivo de inicio app.py.
- Publicar y compartir el enlace.

¿Quieres que prepare también un modelo de app.py en Python (Streamlit) para que los estudiantes introduzcan parámetros, calculen automáticamente Re, Nu y h, y comparen con los valores de referencia?

Aquí tienes un modelo de app.py con Streamlit listo para usar en GitHub Codespaces. Incluye explicación en Markdown, entradas editables, cálculos paso a paso de Re, Nu y h, y verificación con el valor de referencia ≈ 22 W/m²·K del ejemplo.

Explicación técnica (Markdown)

La app calcula parámetros de diseño internos de un colector solar plano con ducto rectangular:

Geometría y caudal Área de flujo \((A = b\cdot a) con (b=) ancho y (a=) profundidad. Velocidad media (V = Q/A)\).
Diámetro hidráulico \((D_h = \dfrac{2ab}{a+b})\).
Régimen de flujo \((\displaystyle Re=\dfrac{\rho,V,D_h}{\mu})\). Criterios: laminar \((Re<2300)\), transición \((2300\le Re\le 4000)\), turbulento \((>4000)\).
Transferencia de calor Correlación del ejemplo (turbulento interno, diseño preliminar): \((\displaystyle Nu = 0.02,Re^{0.8})\). Luego \((h = \dfrac{Nu,k}{D_h})\).

Valores por defecto replican el caso del apéndice: \((Q=1~\mathrm{m^3/s})\), \((L=8.5~\mathrm{m})\), \((b=4.0~\mathrm{m})\), \((a=0.05~\mathrm{m})\), \((\rho=1.28~\mathrm{kg/m^3})\), \((\mu=1.8\times10^{-5}~\mathrm{kg/(m\cdot s)})\), \((k=0.025~\mathrm{W/(m\cdot K)})\). Se espera \((Re\approx 3.52\times10^4)\), \((Nu\approx 86.7)\), \((h\approx 21.9~\mathrm{W/m^2K})\).

# app.py
# Diseño interno de colector solar: Re, Nu y h para ducto rectangular
# Listo para GitHub Codespaces + Streamlit
# Autor: plantilla docente
# Requisitos: streamlit, numpy

import math
import numpy as np
import streamlit as st

st.set_page_config(page_title="Colector solar: Re, Nu, h", layout="wide")
st.title("Diseño de colector solar plano: Reynolds, Nusselt y coeficiente h")

with st.expander("Instrucciones y modelo físico", expanded=True):
    st.markdown(
        """
**Qué hace esta app**

1) Calcula el **diámetro hidráulico**:  \(D_h = \\dfrac{2ab}{a+b}\\)  
2) Calcula la **velocidad media**:  \(V = Q/A\\), con \(A = b\\cdot a\\)  
3) Calcula **Reynolds**:  \(Re = \\dfrac{\\rho V D_h}{\\mu}\\)  
4) Usa la correlación del ejemplo:  \(Nu = 0.02\\,Re^{0.8}\\)  
5) Obtiene **h**:  \(h = \\dfrac{Nu\\,k}{D_h}\\)

**Criterios de régimen**
- Laminar: Re < 2300
- Transición: 2300 ≤ Re ≤ 4000
- Turbulento: Re > 4000

> Esta correlación es una **aproximación didáctica** apropiada para el ejemplo del apéndice. Para diseño detallado considere efectos de relación de aspecto, entrada térmica/hidráulica en desarrollo y correcciones de rugosidad.
        """
    )

# -------------------------
# Entradas
# -------------------------
st.subheader("Parámetros de entrada")

col1, col2, col3 = st.columns(3)

with col1:
    Q = st.number_input("Caudal volumétrico Q [m³/s]", 0.001, 10.0, 1.0, step=0.01, format="%.3f")
    L = st.number_input("Longitud del ducto L [m]", 0.1, 100.0, 8.5, step=0.1)
    b = st.number_input("Ancho interno b [m]", 0.01, 20.0, 4.0, step=0.1)

with col2:
    a = st.number_input("Profundidad interna a [m]", 0.005, 1.0, 0.05, step=0.005, format="%.3f")
    rho = st.number_input("Densidad del aire ρ [kg/m³]", 0.5, 2.0, 1.28, step=0.01, format="%.2f")
    mu = st.number_input("Viscosidad dinámica μ [kg/(m·s)]", 1e-6, 1e-3, 1.8e-5, step=1e-6, format="%.6f")

with col3:
    k = st.number_input("Conductividad térmica k [W/(m·K)]", 0.010, 0.100, 0.025, step=0.001, format="%.3f")
    T_in = st.number_input("Temperatura de entrada aire [°C] (opcional)", -10.0, 80.0, 30.0, step=0.5)
    T_out = st.number_input("Temperatura objetivo aire [°C] (opcional)", -10.0, 100.0, 40.0, step=0.5)

# -------------------------
# Cálculos
# -------------------------
A = b * a                     # área de flujo
V = Q / A                     # velocidad media
Dh = 2.0 * a * b / (a + b)    # diámetro hidráulico
Re = rho * V * Dh / mu        # Reynolds

# Validación de dominio para Nu
Nu = 0.02 * (Re ** 0.8) if Re > 0 else np.nan
h = (Nu * k) / Dh if Dh > 0 else np.nan

# Clasificación del régimen
if Re < 2300:
    regimen = "Laminar"
elif Re <= 4000:
    regimen = "Transición"
else:
    regimen = "Turbulento"

# Referencia del apéndice (~22 W/m2K)
h_ref = 22.0
dif_h = h - h_ref if np.isfinite(h) else np.nan

# -------------------------
# Resultados
# -------------------------
st.subheader("Resultados")

c1, c2, c3, c4 = st.columns(4)
c1.metric("Área de flujo A [m²]", f"{A:.4f}")
c2.metric("Velocidad V [m/s]", f"{V:.3f}")
c3.metric("D_h [m]", f"{Dh:.4f}")
c4.metric("Reynolds Re [-]", f"{Re:,.0f}")

c5, c6, c7 = st.columns(3)
c5.metric("Nusselt Nu [-]", f"{Nu:.1f}")
c6.metric("h [W/m²·K]", f"{h:.1f}")
c7.metric("Régimen", regimen)

st.info(
    f"Comparación con referencia del ejemplo: h_ref ≈ {h_ref:.1f} W/m²·K; "
    f"Δh = {dif_h:+.1f} W/m²·K." if np.isfinite(dif_h) else
    "Sin comparación disponible."
)

# -------------------------
# Sensibilidad rápida
# -------------------------
with st.expander("Sensibilidad rápida (opcional)"):
    st.markdown(
        """
Ajuste **a** (profundidad) y **b** (ancho) para estudiar efectos geométricos:
- A mayor **a** o **b** crece el área A, baja V y tiende a bajar **Re** y **h**.
- Reducir **a** incrementa V y Re, pero puede aumentar pérdidas de carga.
        """
    )

st.caption("Plantilla educativa. Verifique correlaciones específicas si el diseño final exige mayor precisión.")

`requirements.txt` sugerido

streamlit>=1.36
numpy>=1.26

Checklist solicitado

Repositorio: cree solar_collector_design y añada .gitignore para Python.
Codespaces: abra un Codespace desde el repo.
Extensiones: instale Python, Pylance y Streamlit.
Entorno:

python -m venv .venv
source .venv/bin/activate   # Linux/Mac
.venv\Scripts\activate      # Windows

Archivos con el chatbot: redacte README.md con objetivos, ecuaciones y pasos; genere requirements.txt.
Instalación:

pip install -r requirements.txt

Despliegue local:

streamlit run app.py

Streamlit Community Cloud: conecte el repo, seleccione rama main, archivo app.py, publique y comparta el enlace.

8_DESIGN_OF_A_SOLAR_COLLECTOR

ChatGPT para Justo Fuentes

2025-09-29

Ejercicio: Diseño de un colector solar plano

Preguntas a resolver

Checklist para desarrollar la solución en GitHub Codespaces

Explicación técnica (Markdown)

`requirements.txt` sugerido

Checklist solicitado

8_DESIGN_OF_A_SOLAR_COLLECTOR

ChatGPT para Justo Fuentes

2025-09-29

Ejercicio: Diseño de un colector solar plano

Preguntas a resolver

Checklist para desarrollar la solución en GitHub Codespaces

Explicación técnica (Markdown)

requirements.txt sugerido

Checklist solicitado

`requirements.txt` sugerido