Mediciones de Transmisividad, Reflectividad y Absorbidad de algunos materiales para mejorar el aprovechamiento de la Energía Solar.

Transcripción

1 Primer Congreso Nacional sobre Fuentes Alternativas de Energía y Materiales, Universidad de Costa Rica, 21 al 23 de Septiembre del Mediciones de Transmisividad, Reflectividad y Absorbidad de algunos materiales para mejorar el aprovechamiento de la Energía Solar. Rolando J. Madriz y Shyam S. Nandwani Laboratorio de Energía Solar, Departamento de Física Universidad Nacional. Heredia. Costa Rica

2 Parque Solar de Investigación UNA-Depto. Física 35 Aniversario!!

3 Estudio de la Energía Solar en Costa Rica Casa Solar Demostrativa Vista Interna Instrumentos de medición

4 OBJETIVOS: a. Aprovechar mayor eficiencia de la energía solar para diferentes aplicaciones b. Ahorro energético. c.generar información de valor para analizar con estudiantes de cursos de Energía Solar y materiales, construcción sostenible. d. Optimizar el diseño de dispositivos solares al usar mejores y durables materiales, inclusive materiales baratos y hasta de desecho.

5 Para analizar teóricamente el comportamiento de sistemas solares, es importante conocer: I. La transmisividad, reflectividad y absorbidad de diferentes materiales II. El color de su superficie. III. Variación de su comportamiento físico preferiblemente con ángulo de incidencia

6 MODELAJE FÍSICO DE LA ENERGÍA SOLAR Onda electromagnética

7 RADIACIÓN SOLAR GLOBAL INCIDENTE

8 Valores para materiales estándar se pueden ver en diferentes libros, pero no se consiguen para materiales considerados no convencionales o de fabricación reciente por ejemplo de algunos materiales disponibles localmente para industria, construcción y comercio.

9 Aporte del presente estudio PRELIMINAR es cuantificar estas variables a diferentes ángulos de incidencia del sol en el rango de 0 a 40. Orientación óptima para Costa Rica de cualquier dispositivo solar

10 I. TRES VARIABLES FUNDAMENTALES PARA BUEN FUNCIONAMIENTO DEL UN SISTEMA SOLAR TRANSMISIVIDAD REFLECTIVIDAD Y ABSORBIDAD.

11 TRANSMISIVIDAD REFLECTIVIDAD ABSORBIDAD.

12 Se usaron dos piranómetros iguales, uno para medir intensidad solar directa global (Id.) y otro para medir intensidad reflejada (Iref.) y transmitida (Itrans.) Radiación incidente (W/m2) Estudio Comparativo en medidores de Radiación Solar (Piranómetros) Piranómetro P1 Piranómetro P2 Lineal (Piranómetro P1) Lineal (Piranómetro P2) Número de Experimento Calibración de Equipos muestran un error en la medición de 0,88%.

13 TRANSMISIVIDAD

14 T = Itrans/Itotal Donde: T : transmisividad en valor absoluto Itrans : radiación global solar incidente que se transmite a través del material (W/m2) Itotal : radiación global solar incidente.(w/m2)

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16 Materiales de prueba Sensor de medición del piranómetro Ángulo Solar incidente Caja aislante Conjunto de Data logger Pruebas Experimentales

17 Transmisividad VIDRIO TRANSPARENTE, espesor 3 mm, Angulo Artificial Transmisividad de una lámina de vidrio limpio y transparente con 3 mm de espesor medida el 24 de Noviembre de 2010 de 11:25am a 11:57am en Heredia, Costa Rica. 0,80 0,78 0,76 0,74 0,72 0,70 0,68 0º 10º 20º 30º 40º Ángulo de incidencia del sol

18 Transmisividad PLEXIGLASS, espesor 6 mm, Angulo artificial Transmisividad de una lámina de plexiglass limpio y transparente con 6 mm de espesor medida el 24 de Noviembre de 2010 de 11:30am a 11:47am en Heredia, Costa Rica. 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0º 10º 20º 30º 40º Ángulo de incidencia del sol

19 Plástico comercial utilizado en Biodigestor, espesor 3.5 mm, Angulo Artificial Transmisividad Transmisividad de una lámina delgada de plástico usado para biodigestores es estado limpio y con coloración verde transparente con 0,35 mm de espesor medida el 18 de Enero de 2011 de 1:50pm a 2:30pm en Heredia, Costa Rica. 0,82 0,80 0,78 0,76 0,74 0,72 0,70 0,68 0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º Ángulo de incidencia del sol

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21 Transmisividad (Valor Absoluto) Polipropelino, No. 5, espesor 1.39 mm. Transmisividad de una lámina delgada de plástico limpio y transparente de polipropileno con 1,39 mm de espesor medida el 20 de Enero de 2011 de 1:30pm a 2:45pm en Heredia, Costa Rica. 0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 0,80 0,78 0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º Ángulo de incidencia del sol (grados)

22 Transmisividad RECIPIENTE DE PLASTICO, Polipropelino, 5, Angulo Artificial Transmisividad de una lámina delgada de plástico lisa y limpia de polipropileno No 5 con 1,39 mm de espesor medida el 29 de Abril de 2011 de 10:30am a 10:45am en Heredia, Costa Rica. 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0º 10º 20º 30º 40º Ángulo de incidencia del sol

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24 Solo Agua, 3 al 14cm de Profundidad de columna de agua.

25 Transmisividad PET, 1,38mm de espesor, Angulo Artificial Transmisividad de una lámina delgada de plástico tipo PET limpio y transparente con 1,38 mm de espesor medida el 26 de Enero de 2011 de 11.:45pm a 2:35pm en Heredia, Costa Rica. 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 26º 27,5º 30º 32,5º 35º 40º 43,5º 45º Ángulo de incidencia del sol

26 Transmisividad Envase Retornable de Coca Cola, PET mm, Angulo Artificial. Transmisividad del plástico tipo PET de envase de Coca Cola limpio y transparente con 1,38 mm de espesor medida el 27 de Enero de 2011 de 9.:10am a 11:20am en Heredia, Costa Rica. 0,85 0,80 0,75 0,70 27,5º 30º 35º 40º 41,5º 43,5º 46º Ángulo de incidencia del sol

27 Registro de Angulo Solar Envase plástico de gaseosa Ejemplo de Datos registrados Pruebas Experimentales

28 RESUMEN DE TRANSMISIVIDADES SEGÚN MATERIAL.

29 Reflectividad

30 ρ= Iref / Itotal A. Ganancia en Radiación Solar B. Reflectividad Absoluto Donde: ρ : reflectividad en valor absoluto Iref : radiación global solar reflejada por el material opaco (W/m2) Itotal : radiación global solar incidente.(w/m2)

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32 Pruebas Experimentales

33 Aumento de radiación incidente Papel Aluminio comercial Ganancia en radiaciación incidente utilizando el papel aluminio como material reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0, Prueba1 Angulo de inclinación del reflector solar Prueba2 Prueba3 La Ganancia máxima es hasta del doble cuando el ángulo se acerca de los 90

34 Aumento de radiación incidente Plástico Aluminizado comercial Ganancia en radiaciación incidente utilizando scothcall como material reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0, ,6 Prueba1 Angulo de inclinación del reflector solar Prueba2 Prueba3 La Ganancia máxima es hasta de 1,4 veces cuando el ángulo se acerca de los 110

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37 Aumento de radiación incidente Revés de empaque de frituras Ganancia en radiaciación incidente utilizando el papel de frituras como material reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica ,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 Prueba1 Angulo de inclinación del reflector solar Prueba2 Prueba3 La Ganancia máxima es 2.6, sin embargo la variación refleja el efecto de la superficie irregular

38 Aumento de radiación incidente Acero inoxidable Ganancia en radiaciación incidente utilizando lamina lisa de acero inoxidable como material reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0, ,60 Prueba1 Angulo de inclinación del reflector solar Prueba2 Prueba3 La Ganancia máxima es hasta de 1,8 veces cuando el ángulo se acerca de los 100

39 GANACIA DE RADIACION SOLAR POR LO TANTO GANANCIA EN ENERGIA.

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41 Mediciones de radiación reflejada debe hacerse con un sensor mas preciso (Alphatómetro)

42 Máxima Reflectividad Scotchcal

43 Absorbidad

44 α = 1 - ρ (Para materiales NO Transparentes)

45 Absorvidad (Valor Absoluto) Máxima Absorvidad HG Estimación de Absorvidad con un método indirecto para varios materiales a diferentes ángulos artificial de incidencia del sol para Heredia, Costa Rica 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0º 10º 20º 30º 40º Angulo de incidencia del sol Papel Aluminio Acero Inoxidable Scothcall Espejo Hierro Galvanizado

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48 Absorvidad (Valor Absoluto) Materiales Opacos- diferentes colores Negro, Verde, Azul, Rojo Estimación de absorvidad con un método indrecto para el hierro galvanizasdo con superficie lisa,con diference color y a diferentes ángulos naturales de incidencia del sol medidos en Heredia, Costa Rica 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 15º 20º 25º 30º 35º Angulo de incidencia del sol HG color Negro HG color Verde HG color Rojo HG color Dorado HG color Azul HG color Celeste

49 CONCLUSIONES: Se han diseños y construido varios artefactos simples para medir comprobar diferentes propiedades de materiales y sus variación con el ángulo de incidencia usados en diferentes aplicaciones para energía solar y docencia.

50 Listamos las propiedades físicas de materiales comunes, información que pude ser aprovechada por ingenieros y arquitectos en sus diseños.

51 Datos permites optimizar diseños y construcción de dispositivos solares para industria e investigación sobre: - Calentadores solares - Hornos/Cocinas solares - Destiladores. - Calentamiento de líquidos - Secado de material orgánico - Estanques Solares

52 GRACIAS! MAYOR DETALLES SOBRE NUESTRO TRABAJOS. Tels: /