Cálculo de la eficiencia del colector

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Julio Romero Aguirre
hace 8 años
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1 XI Cálculo de la eficiencia del colector A continuación veremos cómo utilizar las fórmulas desarrolladas en las secciones anteriores para calcular la eficiencia de un colector solar en un día específico, por ejemplo el 15 de octubre. Consideraremos los datos de radiación de la Tabla 10, que aunque corresponden a 1990 nos servirán para hacer un cálculo bastante certero de lo que esperaríamos un día de octubre de cualquier año. Nuestro colector solar estará construido con tubo de cobre y lámina de fierro, las especificaciones del material usado son las siguientes: 1. Longitud del colector l=0.86 m 2. Ancho del colector a=2.18 m 3. Altura del colector h=0.09 m 4. Inclinación del colector θ=45º 5. Espesor de la lámina δ=0.05 cm 6. Distancia entre los tubos W=9.37 cm 7. Diámetro de los tubos interior exterior D i =1.43 cm D=1.59 cm 8. Distancia entre el absorbente y el vidrio m 9. Grosor del vidrio 0.24 cm 10. Índice de refracción del vidrio n 2 = Índice de refracción del aire n 1 =1 12. Coeficiente de extinción del vidrio K ex =0.16/cm 13. Emitancia del vidrio ε c = Emitancia del absorbente ε p = Absorbitancia angular de la placa absorbente α= Flujo del agua a través del tubo G=0.02 Kg/seg 17. Conductividad térmica del absorbente K p =50W/mºK 18. Coeficiente de transferencia de calor entre el fluido y el tubo h fi =1500W/m2 ºK 19. Calor específico a presión constante del agua C p =4.186Joules/g ºK Tabla ENERGIA SOLAR.indd 107 5/8/06 10:55:51 AM

Consideraremos los datos de radiación de la Tabla 10, que aunque corresponden a 1990 nos servirán para hacer un cálculo bastante certero de lo que esperaríamos un día de octubre de cualquier año.

2 Energía solar Colectores solares planos Tratamiento teórico Vol Conductividad térmica del tubo 250W/m ºK 21. Conductividad térmica del aislante K=0.045 W/m ºK 22. Conductividad térmica de la soldadura C b =102 W/m ºK 23. Grosor del aislante L=0.05m 24. Temperatura del absorbente T p =85ºC=358ºK 25. Temperatura ambiente máxima T a =22ºC=295ºK 26. Velocidad del viento v=5m/seg 27. Valor de la constante Stefan-Boltzman σ=5.6697x10-8 W/m2 ºK4 Tabla 11 h v ε p =0.95 h rpc h rc-s T p =85ºC h pc ε c =0.88 cubierta placa 45º Primero. Se supone Figura 20 Coeficientes de pérdida de calor por radiación y convección Segundo. de (137) tenemos 108 ENERGIA SOLAR.indd 108 5/8/06 10:55:51 AM

Temperatura ambiente máxima T a =22ºC=295ºK 26. Velocidad del viento v=5m/seg 27. Valor de la constante Stefan-Boltzman σ=5.6697x10-8 W/m2 ºK4 Tabla 11 h v ε p =0.

3 Jenaro Carlos Paz Gutiérrez Tercero. y de (139) (139) Cuarto. con (116) Quinto. (119) Sexto. (142) Séptimo. (143) 109 ENERGIA SOLAR.indd 109 5/8/06 10:55:52 AM

4 Energía solar Colectores solares planos Tratamiento teórico Vol. 1 Con este nuevo valor para T c se procede a calcular de nuevo desde el segundo hasta el séptimo paso, obteniéndose en una segunda iteración Con este nuevo valor para T c se procede a calcular de nuevo desde el segundo hasta el séptimo paso, obteniéndose en una tercera iteración Como este valor de T c coincide con el anteriormente calculado, ya no es necesario continuar con la iteración, por lo tanto el coeficiente de pérdidas por la parte superior es: Octavo. de (134) el coeficiente de pérdidas por la base es 110 ENERGIA SOLAR.indd 110 5/8/06 10:55:53 AM

valor para T c se procede a calcular de nuevo desde el segundo hasta el séptimo paso, obteniéndose en una tercera iteración Como este valor de T c coincide

5 Jenaro Carlos Paz Gutiérrez Noveno. de manera proporcional, el coeficiente de pérdidas por los lados es: Décimo. Undécimo. de (161) tenemos para obtener: Duodécimo. de (167) tenemos 111 ENERGIA SOLAR.indd 111 5/8/06 10:55:53 AM

6 Energía solar Colectores solares planos Tratamiento teórico Vol. 1 Décimo tercero. de (176) tenemos y Para vidrio con índice de refracción las ecuaciones (120) y (121) dan un valor para la reflexión de radiación de para ángulos comprendidos entre 0º y 40º, por lo tanto la transmitancia de este material para estos ángulos será de (122) Para un vidrio con 0.24 cm de grosor con coeficiente de extinción K = 0.16/cm la ecuación (126) da por lo tanto podemos considerar para el material y el valor de la transmitancia (permitiendo reflexión y absorción) será de (127) Ahora bien habíamos mencionado que la reflectancia difusa ρ d, se puede estimar usando la reflexión del sistema de cubierta a un ángulo de incidencia de 60, por lo tanto: de (121) 112 ENERGIA SOLAR.indd 112 5/8/06 10:55:54 AM

(122) Para un vidrio con 0.24 cm de grosor con coeficiente de extinción K = 0.

7 Jenaro Carlos Paz Gutiérrez de (120) Décimo cuarto. de (128) y tenemos: como la cantidad de energía absorbida por la placa absorbente del colector. 113 ENERGIA SOLAR.indd 113 5/8/06 10:55:54 AM

8 Energía solar Colectores solares planos Tratamiento teórico Vol. 1 En la tabla que se da a continuación, se utilizan los valores de las constantes calculadas, los valores de la constante multiplicativa R y los datos de insolación del día 15 de octubre de 1990, se considera que la entrada de agua al colector se efectúa a temperatura constante de 60 C. HORA H R HR HR(tα) T amb (ºC) T in (ºC) U L (T in -T amb ) q m Totales Lo anterior representa la eficiencia del colector para este día del año. 114 ENERGIA SOLAR.indd 114 5/8/06 10:55:55 AM

considera que la entrada de agua al colector se efectúa a temperatura constante de 60 C. HORA H R HR HR(tα) T amb (ºC) T in (ºC) U L (T in -T amb ) q m 7 52 0 0 0 9 60 - - 8 240 1.56 374.4 314.

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