EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR, TIPO TERMOSIFON SEGÚN LA NORMA TECNICA

Transcripción

1 EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR, TIPO TERMOSIFON SEGÚN LA NORMA TECNICA PERUANA NTP EN LA CIUDAD DE AREQUIPA

2 INTRODUCCION En el Perú se ha desarrollado el uso de la Energía Solar en diferentes ámbitos, uno de los cuales es la energía térmica para calentamiento de agua a través de termas solares. Las empresas dedicadas al negocio de Sistemas de Calentamiento de agua con Energía Solar (SCAES) para sistemas de placa plana y tubos al vacío, no cuentan con certificación de sus productos.

3 Norma Técnica peruana NTP Esta Norma Técnica Peruana establece los procedimientos de ensayo que permiten definir el rendimiento de los Sistemas de Calentamiento de Agua con Energía Solar Los principales puntos tratados en estas normas se pueden resumir en lo siguiente: Determinación del Rendimiento diario del Sistema Determinación del grado de temperatura de la mezcla en el dispositivo de Almacenamiento durante la descarga. Determinación de pérdidas de calor del dispositivo de almacenamiento.

4 BANCO DE PRUEBAS Presentamos el diseño propuesto según la NTP del sistema de evaluación, el cual consta de un sistema de enfriamiento y un sistema de precalentamiento. Sistema de Enfriamiento

5 Sistema de Precalentamiento

6 El Diagrama completo del procedimiento de evaluación según la Norma Técnica NTP, consta de un calentador solar a evaluar, los sistemas de enfriamiento y calentamiento con sus respectivos componentes de medición instalados en el sistema. ST TR B -2 A I MF STE FL STT B-1 A PIR I STS SV ST TR CALENTADOR SOLAR AG SE- C SE-V SISTEMA DE ENFRIAMIENTO T- Cu

7 Instrumentación Piranómetro Kipp zone Para medir la radiación solar global incidente en el plano del colector con una precisión de ± 5 W/m2. Anemómetro Sensores de temperatura PT-100 precisión 0,1 C. entre m/s medidor de dirección de viento (0 360) Dataloger GL 800 Flujómetro Magnético inductivo rango de medida (0,0 3,3) m3/h con una precisión de 0,3% de la lectura. Estación Meteorológica UNSA

8 ENSAYOS Y RESULTADOS

9 Diagrama del Rendimiento diario del Calentador Solar Diagrama de Entrada Salida Este diagrama se refiere como entrada a la energía que recibe del sol y salida a la energía que gana el sistema. ST TR B -2 4 días diferentes con valores: A I MF STE FL STT PIR STS B-1 A Irradiación entre: 8MJ/m2 a 25MJ/m2 I SV ST TR CALENTADOR SOLAR AG SE- C SE-V SISTEMA DE ENFRIAMIENTO T- Cu (Tamb(dia) T red ) = -5 C a 20 C

10 Perfil de Descarga El perfil presentado a continuación se refiere a la temperatura de descarga de agua cada undécimo del volumen. 40 T entrada T salida 35 Temperatura ( C) :02 17:09 17:16 17:24 17:31 17:38 17:45 Tiempo (hh:mm) En la gráfica 1 podemos observar como la temperatura de descarga de agua va disminuyendo conforme va ingresando agua a temperatura de red.

11 Flujo del agua de Ingreso al Sistema Flujo (m /h) :02 17:09 17:16 17:24 17:31 17:38 17:45 Tiempo (hh:mm) En la grafica observamos que el flujo de entrada del agua al sistema no es constante, habiendo pequeñas fluctuaciones, debido a que la bomba usada no es de precisión.

12 Radiación Solar y Energía Acumulada E nergia Acumulada (MJ /m ) : Radiacion Solar (W/m ) :00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 Tiempo (hh:mm) Tiempo (hh:mm) En la gráfica 3, podemos observar la radiación solar incidente durante el proceso de medición, en la gráfica (4) podemos observar cómo se va acumulando la energía requerida en el sistema de almacenamiento, para un día de ensayo.

13 Energía Acumulada 40 T entrada T salida 35 Temperatura ( C) 30 La energía total contenida en la descarga de agua caliente del dispositivo de almacenamiento es la suma de todas las Qi, es decir: :02 17:09 17:16 17:24 17:31 17:38 17:45 Tiempo (hh:mm) La ecuación del rendimiento térmico del sistema está dada por:

14 Donde 1 Energía Acumulada Q (MJ) (Tamb- Tred) =20 C 18 2 (Tamb- Tred) =10 C 16 3 (Tamb- Tred) =0 C 14 4 (Tamb- Tred) =-10 C Irradiación en el colector H (MJ/m ) Cada recta representa una diferencia de temperatura, de la cual se puede predecir la energía acumulada por el sistema, según a la irradiación recibida.

15 Diagrama de Incremento de Temperatura La ecuación de incremento de temperatura del sistema está dada por: Donde

16 Diagrama de Incremento de Temperatura Incremento de temperatura (Tdmax - Tred) C (Tamb- Tred) =20 C (Tamb- Tred) =10 C 2 3 (Tamb- Tred) =0 C 3 4 (Tamb- Tred) =- 10 C Irradiación en el colector H (MJ/m ) Cada recta representa una diferencia de temperatura, de la cual se puede predecir el incremento de temperatura del agua (Tdmax Tred), según a la irradiación solar disponible.

17 Determinación del grado de temperatura de la mezcla en el dispositivo de almacenamiento durante la descarga El perfil de temperatura de la mezcla de descarga se realiza con los datos del segundo procedimiento. g (V) : Perfil de temperatura de mezcla de descarga Temperatura de descarga T d ( C) volumen de descarga de agua ( multiplo de Vs) 2.5

18 g (V) : Perfil de temperatura de mezcla de descarga Temperatura de descarga T d ( C) volumen de descarga de agua ( multiplo de Vs) Podemos observar para un ingreso de 0.75 Vs (volumen total del calentador solar) de agua fría de red el sistema pierde una temperatura significativa de 40 C esto sucede debido al diseño del calentador solar en su ingreso de agua fría y salida del agua caliente.

19 Calculo del coeficiente de pérdida de calor del dispositivo de almacenamiento Con los datos registrados en el tercer procedimiento se calcula el coeficiente de pérdida de calor del dispositivo de almacenamiento con la ecuación: El coeficiente de pérdidas de calor del dispositivo de almacenamiento calculado es 1,85 W/ C, para un total de 15 h de enfriamiento. En este trabajo es necesario calcular la capacidad calorífica del calentador solar, encontrando un valor de 0,546 MJ/ C.

20 CONCLUSIONES En este trabajo se ha implementado un Sistema de Evaluación y caracterización para un calentador solar de tubos al vacío, según la Norma Técnica Peruana NTP Se logró implementar un Sistema de Enfriamiento en un rango de temperatura (tamb(dia) t red ) = -5 C a 20 C y un Sistema de precalentamiento para calentar agua a temperatura por encima de 60 C, cumpliendo con las condiciones requeridas por la NTP Los sensores de temperatura en el sistema de medición de entrada y salida del agua del dispositivo de almacenamiento, cumplen con lo que requiere la norma a excepción con los sensores de viento (anemómetro) y temperatura ambiente. Se ha observado pequeñas fluctuaciones en la medición del flujo, debido al sistema de bombeo para lo cual se necesitaría una bomba de circulación de mayor precisión.

21 Este procedimiento de evaluación nos permite predecir cuál sería la energía acumulada por el agua en el calentador solar, con diferentes datos de Energía Solar, Temperatura ambiente y Temperatura de red (para diferentes épocas del año y diferentes regiones geográficas). Se evaluó un calentador solar de tubos al vacío para comprobar los procedimientos de ensayo. De la gráfica del perfil de mezcla de descarga, podríamos inferir que el diseño del calentador solar evaluado no es el óptimo para la entrada y salida de agua.

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24 GRACIAS