ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Transcripción

1 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA 1. Efectos de la radiación sobre los cuerpos 1.1. Conversión fotovoltaica 1.2. Conversión fototérmica 2. Transferencia de calor 2.1. Conducción. Conductividad térmica 2.2. Convección. Coeficiente de transferencia 2.3. Radiación 3. Colector solar 4. Colectores solares planos Componentes 4.2. Balance energético 4.3. Rendimiento 5. Cálculo de un colector 6. Colectores de concentración 6.1. Componentes 6.2. Razón de concentración 6.3. Tipos de concentradores 7. Aplicaciones de la Energía solar térmica a baja temperatura 7.1. Agua caliente sanitaria 7.2. Calefacción 8. Aplicaciones de la Energía solar térmica a media y alta temperatura 8.1. Producción de Energía Eléctrica Ley de Faraday-Lenz 8.3. Corriente alterna

2 Qué es la energía solar?

3 EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOLAR Efecto fotovoltaico La energía EM se convierte en energía eléctrica La radiación EM es captada por los electrones libres, que se moverán por el material Efecto fototérmico La energía EM se convierte en energía térmica La radiación EM es captada por los electrones mas ligados al núcleo, que comenzarán a vibrar.

4 TRANSFERENCIA DE CALOR CALOR: Energía transferida de un cuerpo a otro Mecanismos de transferencia: 1. Conducción 1.1. Mediante colisiones elásticas entre partículas No hay transporte de masas Ec. de Fourier φ Q S k dt dx Q ks dt dx ϕ Q S dt/dx k es el flujo de calor, calor a través de una superficie en la unidad de tiempo sección normal al sentido de propagación del calor es el gradiente de temperatura en la dirección de propagación conductividad térmica

5 1. Conducción CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Material K (w/m K) Aire Gases a 0.17 Dióxido de Carbono Aislantes Líquidos no metálicos a a 0.7 Hidrógeno Vapor de agua Sólidos no metálicos 0.35 a 2.6 Corcho 0.04 Metales líquidos Aleaciones Metales puros 8.65 a a a 500 Lana de vidrio Fieltro Aluminio Cobre Plomo Hierro Acero Mercurio Agua Alcohol Mármol Hormigón Vidrio

6 Conducción por una barra Cuál es el flujo de calor a lo largo de una barra? L 85 cm T 2 37 ºC Q ks dt dx T ºC K cu 400 w/m K S 5 cm 2 dt T T1 dx l K/m Q w -4 2 K m 110 Q 22 watios K m m

7 Tubería con agua caliente Una tubería de agua caliente de 5 cm de radio está rodeada por lana de vidrio de 1 cm de espesor. El agua circula a 82 ºC, mientras que el ambiente está a 15 ºC, Cuál es la pérdida de calor, por cada metro del tubo?

8 RESISTENCIA TÉRMICA Oposición que presenta un material al paso del calor. Material R f (m 2 K/m) Yeso (1 cm espesor) R T l k S Losetas Tejas de asfalto Ventana sencilla Lana de vidrio (10 cm de espesor) 2.5 Resistencia térmica efectiva R f R T A

9 2. Convección Transferencia de calor a través del movimiento de un fluido Q Ec. de Newton ϕ h(ts Tf ) S ϕ es el flujo de calor, Q calor a través de una superficie en la unidad de tiempo T s temperatura del fluido en la superficie de contacto T f temperatura del fluido lejos de dicha superficie h coeficiente de transferencia de calor. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR Material Aire (conv. natural) Aire (conv. forzada) Aceite (conv. forzada) Agua (conv. forzada) Agua hirviendo h (w/m 2 ºC) 5 a a a a a 56800

10 3. Radiación Transporte de energía por vibración de los campos EM MECANISMOS DE RADIACIÓN TÉRMICA 1. Ley de Planck 2. Ley de Stefan-Boltzman 3. Ley de Kirchoff

11 Ley de Planck Energía radiada por un cuerpo negro C λ 1 C 2 λt 5 e 1 C 1 2πhc x [wm 2 ] C 2 hc/k [mk] Intensidad (A.U.) λ T m C Longitud de onda (A.U.)

12 Ley de Stefan-Boltzmann Radiación en función de la temperatura σ [w/(m 2 K 4 )] ω σt 4 Ley de Kirchoff Transferencia de Calor por radiación entre dos cuerpos Q σ S ξ (T 14 T 24 ) Q σ intercambio de energía por unidad de tiempo Constante de Stefan-Boltzmann S sección del cuerpo a T 1 ξ coeficiente de emisión T 1 y T 2 temperaturas de los dos cuerpos

13 Efectos de la radiación a) parcialmente reflejada b) parcialmente transmitida c) parcialmente absorbida I R + T + A ρ + τ + α 1 ρ, Coeficiente de reflexión, reflectividad o reflectancia τ, Coeficiente de transmisión, transmitividad o transmitancia α, Coeficiente de absorción, absortancia

14 Resumen ks Q (Tc T f) L Q Sh(T T ) Q σ S ξ (T 14 T 24 ) s f T Q R Q T e T R e i L 12 Q R5i K 12 S 1 h S 1