INDICE I.- RADIACIÓN SOLAR EN LA SUPERFICIE TERRESTRE

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1 INDICE I.- RADIACIÓN SOLAR EN LA SUPERFICIE TERRESTRE La constante solar 1 Distribución espectral de la radiación solar extraterrestre 2 Instrumentación para la observación del flujo solar 5 Heliógrafos 5 Pirheliómetros 6 Piranómetros 6 Albedómetros 7 Pirradiómetro diferencial o bilanmetro 7 Concepto de masa atmosférica 8 Atenuación de la radiación solar directa 9 Difusión 10 Absorción 11 Características de la radiación solar directa 11 Movimiento de la Tierra 11 Definición de parámetros 12 Relaciones trigonométricas 13 Flujo energético solar sobre la superficie terrestre 14 Cálculo de valores medios de la radiación solar 15 Clasificación climática basada en el mapa de clima de Trewartha 16 Clasificación de la vegetación basada en el mapa de Küchler 16 Radiación solar sobre superficies inclinadas 17

2 Componente directa 18 Componente difusa 19 Albedo 21 Radiación total 21 Radiación total sobre una superficie horizontal 23 Energía total recibida durante un día de cielo claro 23 Efecto de la orientación y movimiento de la superficie receptora 24 Tablas de radiación e insolación 25 Aplicaciones numéricas 28 II.- PROPIEDADES ÓPTICAS DE MATERIALES UTILIZADOS EN PROCESOS TÉRMICOS DE ENERGÍA SOLA Absortancia y emitancia 33 Características de la radiación de materiales opacos 34 Reflexión en superficies 34 Reflectancia angular hemisférica 35 Reflectancia hemisférica angular 36 Relaciones entre absortancia, emitancia y reflectancia 37 Superficies selectivas 37 Absortancia y emitancia 37 Absorbentes 38 Transmisión a través de medios transparentes 39 Reflexión interfacial 39 Transmitancia de la cubierta para la reflexión 40 Absorción de la radiación solar en medios parcialmente transparentes 41 Transmitancia de la cubierta para la absorción 41 Producto transmitancia-absortancia 42 Dependencia espectral de la radiación 44 Efecto del recubrimiento de superficies respecto a la transmitancia 45 Superficies de reflexión especular 46 Materiales reflectores 47 Modelo de espejo reflectante 47

3 III.- COLECTORES DE PLACA PLANA Introducción 53 Ecuación básica del balance energético en colectores de placa plana 53 Pérdidas de calor del colector 55 Análisis del circuito térmico de un colector con dos cubiertas 55 Coeficientes de transferencia de calor por convección utilizados en colectores solares planos 58 Correlaciones del coeficiente global de pérdidas Uc 58 Distribución de temperaturas en los tubos y factor de eficiencia del colector; aletas 60 Tipos de captadores y aplicaciones 64 Temperatura media de la placa en régimen estacionario 65 Temperatura media de la placa en régimen transitorio 65 Otras configuraciones geométricas del colector 66 Factor de eficiencia y rendimiento de colectores de tubo y placa absorbente 66 Factor de eficiencia de colectores para aire acondicionado 67 IV.- COLECTORES DE CONCENTRACIÓN DE MEDIA TEMPERATURA Introducción 69 Tipos de concentradores 70 Ángulo de incidencia formado por los vectores n y s 72 Estigmatismo 73 Consideraciones geométricas sobre el colector de superficie reflectante esférica 74 Nefroide 76 Fenómeno de coma 77 Sistema S.R.T.A. 77 Consideraciones geométricas sobre el colector parabólico de revolución 79 Cálculo de la concentración 81 Pérdidas energéticas debidas a la geometría de la parábola 82 Concentración efectiva 82 Temperaturas obtenidas en un horno solar 83 Consideraciones geométricas sobre los colectores cilíndrico-parabólicos 84 Energía útil sobre el receptor; pérdidas térmicas 86

4 Pérdidas ópticas 87 Distribución del flujo normal sobre el receptor cilíndrico parabólico 88 Distribución del flujo normal sobre el receptor en concentradores parabólico de revolución 89 Otros tipos de concentradores 89 Evolvente de círculo 90 Concentrador parabólico compuesto 90 Concentradores troncocónicos 92 Rendimiento térmico de un colector cilíndrico parabólico 93 Efectos de la capacidad térmica 94 Rendimiento experimental de los colectores de concentración (CP) 94 Optimización del colector para la obtención de máxima energía 95 Materiales y construcción de los reflectores 97 V.- ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR.- CALENTAMIENTO DE AGUA, CALEFACCIÓN Y REFRIGERA Cargas del proceso y aportaciones del colector solar 97 Almacenamiento de energía en los sistemas de procesos solares 98 Almacenamiento por calor sensible para el agua 100 Balance energético 100 Depósito estratificado 101 Almacenamiento de N secciones 102 Almacenamiento en lecho de rocas 102 Almacenamiento de energía con cambio de fase 105 Capacidad de los medios de almacenamiento 107 Métodos alternativos de almacenamiento 108 Sistemas de calefacción solar 109 Colectores y depósitos de almacenamiento 111 Cargas y dimensionado de sistemas 112 Energía auxiliar 113 Distribución del flujo en los colectores 114 Temperaturas ambientales bajo cero 115 Calefacción solar 116 Sistemas de calefacción solar 116

5 Sistemas de calefacción de aire 116 Sistemas de calentamiento de agua sanitaria 119 Refrigeración solar por absorción 120 Sistemas de captación y almacenamiento de calor en muros 121 Sistemas de colector radiador y almacenamiento 122 Sistemas con bomba de calor y radiador colector 122 VI.- CENTRALES TERMOSOLARES. ORIENTACIÓN DE HELIOSTATOS Introducción 131 Receptores 131 El campo concentrador 132 Consideraciones geométricas 133 Realidades y proyectos 135 Orientación de heliostatos 136 Movimiento aparente del sol 137 Localización de los heliostatos en el concentrador 140 Orientación de los espejos 140 Orientación espacial de los espejos 141 Orientación temporal de los espejos 143 VII.- SOMBRAS Y APANTALLAMIENTOS Sombras proyectadas sobre el plano del terreno 145 Sombras proyectadas sobre la superficie de un espejo vecino paralelo 150 Efecto coseno 152 Sombras sobre anillos de espejos de anchura L 154 Sombras sobre heliostatos individuales 156 VIII.- CONCENTRADORES CIRCULARES CON RECEPTOS CENTRAL Características generales de los concentradores de heliostatos 157 Receptor puntual 158

6 Superficie especular efectiva 159 Rendimiento del concentrador con receptor puntual 160 Características ideales de los concentradores circulares y continuos, con receptor puntual 161 Curvas de igual rendimiento especular 161 Curvas de igual superficie efectiva normalizada 163 Curvas de igual superficie efectiva en función del tiempo 164 Consideraciones sobre receptores puntuales 165 Receptores no puntuales 167 Disco plano horizontal 168 Semiesfera 169 Tronco de cono invertido 169 Cilindro vertical 170 IX.- CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA DE RECEPTORES PARA CENTRALES TERMOSOLARES Factor de dispersión angular del cono solar reflejado por un heliostato 173 Imagen solar sobre un plano tangente al receptor reflejada por un espejo cualquiera 175 Receptor disco plano horizontal 178 Receptor cilíndrico vertical 180 Densidad de flujo energético en el receptor 182 Receptor disco plano horizontal 183 Receptor cilíndrico vertical 185 X.- RECEPTOR CILÍNDRICO VERTICAL Dimensiones del receptor cilíndrico vertical 189 Distribución del flujo solar sobre un receptor cilíndrico vertical 193 XI.- DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA SOBRE UN RECEPTOR CILÍNDRICO VERTICAL Distribución del flujo solar reflejado sobre el receptor 201 Distribución del flujo solar sobre el receptor, al modificar el punto de enfoque para diversos anillos 206

7 XII.- DISEÑO DE UN RECEPTOR DE ENERGÍA SOLAR DE 200 MW Pérdidas de energía en el concentrador 211 Componentes del receptor de energía 213 Pérdidas térmicas en el receptor 215 Funcionamiento de los tubos vaporizadores y recalentadores 217 Energía disponible en los tubos 218 Conductividad térmica de los tubos 220 Coeficiente de convección 220 Velocidad de entrada del agua en los tubos 221 Proceso de calentamiento-evaporación 222 Proceso de recalentamiento 225 Ciclo termodinámico Rankine 228 Potencia desarrollada por la turbina de trabajo 230 Perdida de potencia en los dispositivos auxiliares de bombeo 231 Bibliografía 233 Indice 243