XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú OPTIMIZACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UNA SAUNA SOLAR SECO CON ACUMULADORES TÉRMICOS Polo Brvo, Crlos; polobrvocrlos@yhoo.es Acero Lur, Gohnny; yhoncer@gml.com Escuel Acdémco Profesonl de Físc Aplcd Centro de Energís Renovbles de Tcn (CERT) Unversdd Nconl Jorge Bsdre Grohmn de Tcn RESUMEN. El presente trbjo expermentl tene como objetvo prncpl crcterzr y optmzr térmc y energétcmente un Sun Solr Seco (SSS) usndo tres tpos de cumuldores térmcos; gu, pedrs sn pntr, y pedrs pntds de negro mte, consderndo el lto potencl solr de l regón Tcn, y nte l necesdd socl de contr con sstems que usen como fuente energétc l energí solr pr plccones terpéutcs, que utlce energí lmp, renovble, y de menor mpcto mbentl. L crcterzcón térmc y energétc expermentl, nos ndcn que l tempertur máxm lcnzd en el nteror de cj bsolvedor es de 77,46ºC con humedd reltv mínm de 1,25 % bjo un rrdnc solr de 838,1W/m 2 ; con un longtud de ond que oscl entre 9,8µm 7,97µm de l rdcón térmc emtd por l cj bsolvedor, concordnte con lo estblecdo por l Comsón Internconl de Ilumncón (CIE), y un potenc emsv que oscl entre 423.91W/m 2 991.24W/m 2 durnte ls 8: ls 2: hors, este resultdo muestr l vbldd de ntegrcón entre el sun solr seco y l cbn de rdcón nfr-roj. L efcenc med dr del SSS con cumuldores térmcos de pedr pntd de negro mte, pedr sn pntr, gu contend en botells descrtbles y sn cumuldor térmco, corresponde 4,7%, 38,1%, 41,4% y 38,7%, respectvmente, lo que ndc que el funconmento del sstem se puede optmzr usndo cumuldores de pedr pntds de negó mte, y que bjo este escenro l efcenc de l SSS es del 41,4 %, lcnzndo tempertur nterns de 94 C. Plbrs-clves: Sun solr seco, cumuldores térmcos, energí solr. 1. INTRODUCCIÓN L energí, es consderd como el eje prncpl de tods ls ctvddes que relzn los seres vvos, y por tnto, su ncorrect utlzcón es un specto muy preocupnte en l ctuldd, especlmente quells energís convenconles provenentes de combustbles fósles, que hn estdo en el plnet desde hce mllones de ños, pero que hoy en dí ls reservs vn dsmnuyendo con el psr del tempo, y que demás, su consumo está generndo grndes cntddes de gses tóxcos l tmósfer cusndo vros problems en el plnet como l lluv cd, Efecto nverndero, cmbos bruscos en el clm, entre otros, producendo en sí el llmdo clentmento globl. De cuerdo con estos efectos tn lrmntes, se h tomdo en consdercón, el provechmento de ls energís renovbles, y que ests se encuentrn en grn cntdd, y poseen un grn potencl. Además, en nuestro pís exste un lto défct de recursos energétcos convenconles, por tnto, se pretende empler l máxmo ls fuentes energétcs renovbles, no contmnntes; en este contexto el objetvo prncpl de este trbjo consste en construr y
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú optmzr un sstem lterntvo l sun convenconl pr plccones terpéutcs, que utlce l energí solr como fuente energétc. El sstem fue dseñdo de form que l rrdnc solr globl se bsorbd en un recnto sldo térmcmente, fenómeno conocdo como efecto nverndero, en cuyo nteror se encuentr nstld un cj bsolvedor metálc pntd de negro, en l cul ls persons pueden tomr su bño tpo sun seco. 2. FUNDAMENTO TEORICO Rdcón solr El sol se comport generlmente como un cuerpo negro emsor con un tempertur superfcl efectv de unos 58 K, l ncdenc promedo fuer de l tmósfer terrestre es de 1353 W/m 2, llmd constnte solr, el 95% de l cul es de longtud de ond nferor 2 µm, grn prte de est rdcón es devuelt por reflexón l espco, un grn proporcón es bsorbd selectvmente por dversos gses en l tmósfer, y otr es dspersd l especo; de tl modo que después de un smple tránsto vertcl trvés de l cp tmosférc proxmdmente 1 W/m 2 en vlor máxmo lcnz l superfce terrestre; est rdcón está formd proxmdmente en un 47% por el espectro vsble, 46% por el espectro nfrrrojo, y un 7% por el espectro ultrvolet. El espectro ultrvolet está determndo por longtudes de ond dentro del ntervlo (,9.39)µm, el espectro vsble por el ntervlo (,39,79)µm y el nfrrrojo por (.79 1)µm. fgur 1, (Chssérux J.M., 199). Fgur 1: Espectro de l rrdnc solr globl ncdente sobre l superfce terrestre, l emtd por un cuerpo negro y l ncdente sobre l cp exteror de l superfce terrestre (zquerd) Fuente: Chssérux J.M. (199) Sun solr seco: L sun solr, es un sstem cus cerrdo, prclmente sldo térmcmente que clent el re del mbente nterno por bsorcón de l rrdnc solr globl ncdente, está compuesto por el colector de l sun solr, el cul es un subsstem de l sun solr, recbe y bsorbe l rrdnc solr globl, emtendo rdcón nfrrroj l cul es bsorbd por re nterno, clentándolo progresvmente, bjo el mecnsmo conocdo como efecto nverndero; l cubert trnsprente: es el vdro colocdo en l prte superor (cobertor) de l sun solr, permte el pso de l rdcón solr globl y evt ls pérdds de clor por rdcón y conveccón, con nclncón de 7 ; l superfces bsorbentes están consttuds por l cj metálc colocd en el nteror de l cj sld térmcmente, sí como ls predes lterles nterns pntds de negro, el pso y el sstem de cumulcón de clor, fgur 2 ( Ordóñez M. 24). Sun Fnlndes o sun seco Es el un elemento terpéutco de reljcón y benestr físco-psíquco, estos benefcos se consguen como consecuenc del clm credo en el nteror con temperturs elevds (8 1) ºC y nveles de humedd bjos (1 2) %, según l Socedd Internconl de Sun (Acero Lur G. 211)
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú Fgur 2: Dmensones de l SSS, zquerd; Esquem generl de l SSS, ndcndo sus prtes prncples, derech Fuente: Archvo propo (211) En l fgur 2, zquerd, se ndcn ls dmensones de l SSS, l bse es de 3m x2m, el techo 3,4m x 2m, con un nclncón de 7, l cr frontl 2m x 1,64m, cr posteror 2m x 2m, el volumen totl del SS es de 13,8 m 3, el sstem se ubc sobre el pso un ltur de 2 cm. En l fgur 3, derech se muestr un vst generl de l SSS totlmente construd, dstnguéndose ls prtes coberters trnsprentes del techo, y prte de ls predes lterles y frontl, est últm orentd hc el norte; ls prtes pntds de blnco son predes slds térmcmente, l gul que el fondo y l prte posteror. Fgur 3: Vst frontl de l SSS Fuente: Elborcón prop (211) Blnce energétco El blnce energétco nos permte encontrr l dstrbucón y trnsformcón de l energí solr ncdente sobre l SSS, en energí útl, energí lmcend, y ls pérdds térmcs. Pr un ntervlo de tempo dt, el prncpo de conservcón de l energí plcdo un sun, estblece que: Energí Energí Incdente utl Q Q bs bs dt Q dt Q dt de Q u u Q p p de dt Energí Energí lmcend perdd (1)
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú Donde: Energí ncdente: es l energí solr ncdente (Q bs ) un vez que se trsmtdo por el vdro cobertor del techo, y prte de ls predes lterles y frontl; Energí útl: es l energí clorífc que bsorbe el re nterno del sstem (Q u ); Energí lmcend: energí bsorbd por l cj metálc, por ls predes lterles, el pso del sstem y por los cumuldores térmcos como clor sensble (de); Energí perdd: es l energí clorífc perdd por conduccón, conveccón y rdcón (Q p ). (Duffe J. y Beckmn W., 1991), (Yunus A. C., Cmbel J.,Turner R.,212); Asummos que l SSS funcon en régmen cus estconro, por lo tnto l energí útl en l SSS, es gul : Q u = Q bs - Q p - de/dt (2) Est ecucón nos permte determnr l efcenc nstntáne de l SSS, defnd como: h = Energí útl / Energí ncdente = Q u / Q bs (3) Luego, l ecucón (4) permte encontrr l efcenc promedo dr de l SSS, durnte un perodo : η Consderndo lo ndcdo en el blnce energétco, que el medo que gn clor útl es el re nterno y l cj metálc, que el clor se lmcen en tods ls prtes nterns de l SSS y en los cumuldores térmcos usdos como clor sensble; y que ls pérdds térmcs se dn desde el nteror l exteror del sstem por procesos combndos de conduccón (predes, fondo); conveccón (re nterno-predes nterns; predes externs-medo externo); rdcón entre predes lterles, fondo medo exteror, predes, fondo, cj metálc vdro cobertor; vdro cobertor medo exteror; con ls correspondentes ecucones, se determn que l efcenc del sstem está dd por l ecucón sguente: F d F U A P Q u, G T T G Δt Δt F mc T A t cum T G (4) (5) t En l cul, F es el fctor de efcenc con l cul se trnsfere clor l re nterno, h es l efcenc óptc del sstem, depende d l trsmtnc del vdro cobertor, bsorbnc de ls superfces bsorbentes, y del ángulo de ncdenc de l rrdnc solr drect, U p el coefcente globl de pérdds térmcs, T l tempertur promedo de re nteror, T l tempertur mbente, G l rrdnc solr globl ncdente, m l ns térmc del sstem, clor específco promedo de todos los mterles utlzdos pr l construccón de l SSS, A es el áre de cptcón de l rrdnc solr globl, Dt el ntervlo de tempo, T cum tempertur del cumuldor térmco. Est msm efcenc del sstem l podemos estmr con l sguente ecucón: (Acero Lur G. 212) mc T T t AG mb (6) Rdcón nfr-roj Es l emtd por todos los cuerpos que se encuentrn un determnd tempertur, cundo ést se ncrement l rdcón emtd dsmnuye en longtud y ument su frecuenc, su plccón es muy dvers, en el presente cso es de un ámbto medcnl y terpéutco (IRPA, 1985). Prncpo de funconmento El funconmento de l cj sld térmcmente, está determndo por el efecto nverndero, el cul estblece que cundo un recnto cerrdo es expuesto l rrdnc solr, l tempertur en su nteror se elevrá
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú sgnfctvmente, s ls propeddes óptcs de trnsmsón, reflexón y bsorcón de los mterles consttuyentes son decuds. Pr el cso de l SSS, el recnto cerrdo y expuesto l sol, es precsmente l cj sld térmcmente (Fgur 3), cuy cubert de vdro dej psr fáclmente cs tod l rrdnc solr ncdente de longtud de ond cort, pero es totlmente reflector pr l rdcón lrg emtd por el bsorbedor, que l elevr su tempertur, emte rdcón en l zon del nfrrrojo, de este modo el clor rdnte qued trpdo en l cj sld térmcmente y ls predes del vdro (fgur 3 derech), (Acero Lur G. 211). Ls prtes más mportntes de l cj sld térmcmente, tl como lo muestr l (Fgur 4, derech), son l cubert trnsprente, los bsolvedores (cj metálc, predes lterles y pso), el slnte térmco, l cj metálc pntd de negro, l fgur 4, zquerd un vst de corte trnsversl de l SSS. 3. MATERIALES E INSTRUMENTOS Mterles Pr l construccón y optmzcón de l SSS con cumuldores térmcos, se h utlzdo los sguentes mterles: 6 metros de mder de 1 pulg x ½ pulg., 1 plnchs de trply de 4 mm de espesor, 2 plnchs de vdro de 1,5 mm de espesor, 3 kg de clvos de 2 1/2 pulg y 1 pulg., pntur color negro mte, pntur de color blnco, 2 brochs, pegmento de mder, 619 kg de pedrs de río, 214 ltros de gu, 84 botells descrtbles de 3 ltros, herrments de crpnterí, herrments de mecánc, mterl uxlr (Acero Lur G. 211) Fgur 4: Esquem del efecto nverndero de l SSS (derech); vst de corte trnsversl de l SSS (zquerd) Fuente: Archvo propo (211) Instrumentos Pr l evlucón de l SSS construd se h utlzdo los sguentes nstrumentos: 1 Prnómetro Moll Gorczynsky de l Kpp nd Zonen, de sensbldd espectrl comprenddo,3 y 3 mm, con un tempo de respuest de 5 segundos y un constnte de clbrcón de 1,35 x 1-3 mv /Wm 2, 8 termocupls de Cromel Alumel, como sensores de tempertur, ubcds en dferentes prtes de l sun solr, 1 hgrómetro dgtl Vsl HM 34, 1 sstem de dquscón de dtos mrc Squrrel SQ 12 seres, 1 HOBO Wether Sttton H21-1, 1 cronómetro dgtl. 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Resultdos sn cumuldores térmcos: En l fgur 5, zquerd, se tene un vst generl de l SSS construd en el mbente exteror del CERT, sn cumuldores térmcos, y en l derech se muestr curv de l rrdnc solr globl ncdente sobe el plno del techo del SSS en W/m 2 en funcón de ls hors, pr el dí de l evlucón correspondente; el gráfco de rrdnc nos ndc que el dí de l evlucón fue un dí clro hst ls 15 hors, y en hors posterores present nubes, lcnzndo vlores máxmos por encm de los 9 W/m 2.
8: 9:2 1:4 12: 13:2 14:4 16: 17:2 18:4 2: 21:2 22:4 : 1:2 2:4 4: 5:2 Tempertur (ºC) Potenc útl y Potenc solr (W) G(W/m 2 ) XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 8:4 9:2 1: 1:4 11:2 12: 12:4 13:2 14: 14:4 15:2 16: Fgur 5: Vst generl de l SS construdo, sn cumuldores térmcos (derech); rrdnc solr globl ncdente sobre l SS en funcón de ls hors Fuente: Archvo propo. (212) En l fgur 6, zquerd se muestr ls curvs que defnen el comportmento térmco del proceso de clentmento y enfrmento dro de l SSS, bjo ls condcones de rrdnc solr globl ndcds en l fgur 4, específcmente temperturs del sstem medds en dferentes zons: pso, prte med y prte superor de l SSS, sí como l tempertur mbente exteror. Puede observrse que l dferenc de temperturs entre del mbente exteror y l prte superor es myor de 6 C, lcnzndo vlores máxmos de 9 C, pr luego dsmnur en l prte med y el pso, ndcdores que el sstem funcon, los vlores máxmos de l tempertur ntern se lcnz lrededor de ls14 hors, pr luego dsmnur rápdmente en hors posterores, en concdenc con el perfl de l rrdnc solr globl ncdente; prtr de ls 2 hors del dí ls temperturs externs son cs gules l tempertur mbente exteror. 1. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. Temp. en l zon lt Temp. en l zon med Temp. en l zon bj Temp. del mbente 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 8:5 9:4 1:3 11:2 12:1 13: 13:5 14:4 15:3 Potenc útl Potenc solr Fgur 6: Curvs de perfl térmco pr el clentmento y enfrmento de l SSS sn cumuldores térmcos en funcón de ls hors del dí (zquerd); Curvs de potenc útl y potenc solr dsponble en funcón de ls hors del dí en l SSS (derech) Fuente: Archvo propo (212) L fgur 6, derech muestr l potenc horr dsponble y útl gnd por l SSS, obtends consderndo el áre de cptcón del techo trnsprente de l SSS y l rrdnc solr ncdente; en funcón de ls hors del dí, encontrndo que l efcenc med dr de l SSS sn cumuldor térmco, es de 38,7 % Resultdos con cumuldores térmcos de pedr sn pntr: En este proceso se h utlzdo pedrs de cnto roddo de río con ms totl de 619 kg, con dámetro promedo de 15 cm, con volumen totl de,214 m 3, colocds en el pso de l SSS, tl como puede verse en l fgur 6, zquerd. A efectos de poder comprr los resultdos bjo ls cutro forms de evlucón de l SSS, se elegdo dís clros, es decr cus completmente despejdos, tl como se muestr en los gráfcos de l fgur 7 y 8 derech, en ls
8: 9:2 1:4 12: 13:2 14:4 16: 17:2 18:4 2: 21:2 22:4 : 1:2 2:4 4: 5:2 Tempertur (ºC) Potenc útl y Potenc solr (W) G (W/m 2 ) XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú curvs de perfl térmco del proceso de clentmento puede observrse que el ncremento de tempertur entre el mbente exteror y l prte superor ntern es de proxmdmente de 6 C, muy precd l cso de funconmento sn uso de cumuldores, ls pedrs lcnzn temperturs sobre los 7 C, y durnte ls hors de enfrmento l tempertur es myor que culesquer de ls otrs prtes del sstem; determnándose que ls temperturs máxms en el nteror del SSS se mntenen hst ls 16 hors, cs cutro hors dconles respecto sn cumuldores, smsmo l dferenc de temperturs entre el nteror y l mbentl se mntenen hst cs ls 3: hors, debdo fundmentlmente l clor sensble cumuldo por ls pedrs sn pntr, bjo ests condcones l efcenc med dr de l SSS es de 38.9 %. 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 8:4 9:2 1: 1:4 11:2 12: 12:4 13:2 14: 14:4 15:2 16: 16:4 17:2 18: 18:4 Fgur 7: SSS usndo como cumuldor térmco pedrs sn pntr (zquerd), rrdnc solr globl horr ncdente sobre l SSS (derech) Fuente: Archvo propo. (212) 1. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. Temp. de l zon lt Temp. de l zon med Temp. de l zon bj Temp. del cumuldor térmco Temp. del mbente 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 8:5 9:4 1:3 11:2 12:1 13: 13:5 14:4 15:3 Potenc útl Potenc solr Fgur 8: Curvs de clentmento y enfrmento de l SSS en funcón de ls hors del dí (derech), Curvs de potenc útl y potenc solr dsponble en funcón de ls hors del dí en l SSS (derech) Fuente: Archvo propo (212) Resultdos con cumuldores térmcos de pedr pntds de negro: En este proceso se hn usdo como cumuldores térmcos ls pedrs usds en l cso nteror, pero pntds ntegrlmente con pnturs negro mte, con ms totl de 619 kg, volumen totl,214 m 3, y dámetro promedo de 15 cm, colocds en el pso de l SSS, tl como se vsulz en l fgur 9, zquerd. L curv 9, derech represent l rrdnc horr solr globl ncdente sobre l SSS, l cul corresponde un dí completmente despejdo prtr de ls 9 hors, con vlores máxmos cercno 9 W/m 2. En l fgur 9, derech se muestr el comportmento térmco del sstem, usndo como cumuldor térmco ls pedrs del escenro nteror, pero pntds con pntur negr mte, determnándose que ls temperturs en el nteror de l SS en los tres nveles de medcón lcnzn vlores máxmos superores l cso nteror, el nvel superor ps de los 94 C, en tnto que ls pedrs lcnzn los 8 C, como en el cso nteror durnte ls hors de enfrmento mntene tempertur superor l re nterno del sstem, l dferenc de tempertur entre el nvel superor y l mbente extern es de proxmdmente 65 C durnte ls hors de rrdnc solr globl máxm, myor respecto l cso nteror ; bjo ests condcones l efcenc promedo dr es de 4,7 %. Ls temperturs máxms en el nteror se mntenen hst ls 16: hors, ests temperturs se guln l mbente exteror lrededor de ls 3: hors.
G (W/m 2 ) 8: 9:2 1:4 12: 13:2 14:4 16: 17:2 18:4 2: 21:2 22:4 : 1:2 2:4 4: 5:2 Potenc utl y Potenc solr (W) Tempertur (ºC) G (W/m 2 ) XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 9: 9:4 1:2 11: 11:4 12:2 13: 13:4 14:2 15: 15:4 16:2 17: 17:4 18:2 Fgur 9: SSS con cumuldor térmco de pedrs pntds de negro mte, zquerd; curv de rrdnc solr globl horr ncdente sobre l SSS, derech. Fuente: Archvo propo. (212) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 8:5 9:4 1:3 11:2 12:1 13: 13:5 14:4 15:3 Potenc útl Potenc solr 1. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. Temp. en l zon lt Temp. en l zon med Temp. en l zon bj Temp. en el cumuldor Temp. en el mbente Fgur 1: Potenc útl y potenc solr dsponble en funcón de ls hors del dí (zquerd), Curvs de clentmento y enfrmento en l cj metálc en funcón de ls hors del dí (derech) Fuente: Archvo propo (212) Resultdos con cumuldores térmcos de gu: Pr este escenro se hn utlzdo botells de plástco trnsprente de gseos de 2,5 y 3 ltros, llens de gu potble, que hcen un volumen totl de,214 m 3, muy próxmo l cso nteror efectos de poder comprr el funconmento del sstem. 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 9: 9:4 1:2 11: 11:4 12:2 13: 13:4 14:2 15: 15:4 16:2 17: 17:4 Fgur 11: Vst de l SSS con cumuldor térmco el gu contend en botells descrtbles (zquerd); curv de rrdnc solr globl horr ncdente sobre el sstem (derech) Fuente: Archvo propo. (212)
8: 8:4 9:2 1: 1:4 11:2 12: 12:4 13:2 14: 14:4 15:2 16: 16:4 17:2 18: 18:4 19:2 2: Tempertur (ºC) Longtud de ond (mcrs) 8: 9:1 1:2 11:3 12:4 13:5 15: 16:1 17:2 18:3 19:4 2:5 22: 23:1 :2 1:3 2:4 3:5 5: Tempertur (ºC) Potenc útl y Potenc solr (W) XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú L fgur 11, derech muestr l rrdnc solr globl horr ncdente sobre el sstem, correspondente un dí sem nubldo hst ls 1: hors, pr el resto del dí se present completmente despejdo. L fgur 12, zquerd muestr el perfl térmco pr el proceso de clentmento y enfrmento de l SSS, usndo como cumuldor térmco gu contend en botells plástcs, l velocdd de clentmento del sstem es mucho myor que l de enfrmento, los vlores máxmos de ls temperturs en el nteror se mntenen constntes hst ls 16: hors, pr luego dsmnur un velocdd lent, en este escenro ls temperturs nterns se mntenen por encm que l del mbente exteror durnte tod l noche. L dferenc de tempertur entre l prte superor del sstem y l mbente exteror es de 63 C; l tempertur máxm que lcnz el gu es de 58 C, nferor l lcnzd por ls pedrs; durnte ls hors de enfrmento l tempertur del gu es superor que ls otrs prtes del sstem, esto nos demuestr que ls pedrs y el gu ctún como fuente energétc debdo l clor sensble cumuldo durnte ls hors de sol. Bjo est condcón l efcenc med dr es de 41,4 %. 1. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. Temp. en l zon lt Temp. en l zon bj Temp. en el mbente Temp. en l zon med Temp. en el cumuldor térmco 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8: 9: 1: 11: 12: 13: 14: 15: 16: hor Potenc útl Potenc solr Fgur 12: Curvs de clentmento y enfrmento en l SSS en funcón de ls hors del dí con cumuldores térmcos de gu en botells (zquerd); Curv de potenc dsponble y útl horrs en el sstem (derech). Fuente: Archvo propo. (212) Resultdos del comportmento térmco rdtvo de l cj metálc: 9. 8. 12 7. 1 6. 5. 4. 8 6 3. 4 2. 1. sn cumuldores pedr sn pntr pedr pntd gu 2 8: 8:4 9:2 1: 1:4 11:2 12: 12:4 13:2 14: 14:4 15:2 16: 16:4 17:2 18: 18:4 Sn cumuldor Pedr sn pntr Pedr pntd Agu 19:2 2: Fgur 13: Tempertur promedo de l cj metálc en funcón de ls hors del dí pr los cutro escenros de funconmento (zquerd); Curv de rdcón nfrrroj horr emtd por l cj metálc en los cutro escenros de funconmento (derech). Fuente: Archvo propo (212) En l fgur 13 zquerd, el perfl térmco de l cj metálc pntd de negro pr los cutro escenros de funconmento de l SSS, los vlores de tempertur son vlores promedos, los vlores máxmos que lcnz es de proxmdmente 75 C entre ls 11: y 15 hors, equvlentes l de myor rrdnc solr globl ncdente sobre el sstem, l velocdd de clentmento es myor que l de enfrmento, con el uso de cumuldores térmcos l
8: 8:3 9: 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 15: 15:3 16: Humedd reltv (%) XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú tempertur que lcnz es myor, hst ls 2: hors del dí l dferenc de tempertur de l cj metálc y el mbente exteror, es superor los 1 C; l fgur 12 derech muestr l longtud de ond de l rdcón nfrrroj horr emtd por l cj metálc negr, l cul es funcón de l tempertur, y clculd según l ecucón de Wen, vrndo entre 8 y 1 mcrs. En l tbl 1, se resumen los prncples resultdos de l evlucón de l SSS, específcmente ls temperturs máxms que se lcnzn bjo los cutro escenros de funconmento, el rngo de l longtud de ond y l potenc emsv de l rdcón nfrrroj emtd por l cj metálc pntd de negro, gulmente l efcenc promedo del sstem Tbl 1: Resultdos expermentles de l SSS SSS sn cumuldores SSS con pedr sn pntr SSS con pedr pntd de negro mte SSS con gu contend botells descrtbles Tempertur máxm en l SSS [ºC] 92 91 94 91 Longtud de ond med mínm y máxm emtd por l cj metálc [µm] 9,8 7,9 9,55 7,97 9,5 7,9 9,5 8, Potenc emsv mínm y máxm de l cj metálc [W/m 2 ] Efcenc de l SSS η d [%] Fuente: Archvo propo (212) 423,91 99,15 436,6 961,28 446,68 991,24 455,68 967,64 38,7 38,1 4,7 41,4 Perfl de l humedd reltv: En l fgur 14, se observ el perfl de l vrcón horr de l humedd reltv del re nterno de l SSS, y en el nteror de l cj metálc negr, sí como el de l humedd reltv del re mbente exteror, se determn que l humedd en el nteror vrí entre 3 l 8 % durnte el dí, dsmnuyendo conforme se ncrement l tempertur nteror, lgo smlr curre con el contendo en el nteror de l cj metálc, dsmnuyendo desde el 2 % ncos del dí 2 % l fnl del msmo; mentrs que l mbentl extern dsmnuye de un 7 % ncos del dí, lcnzndo vlores mínmos de 48 % entre ls12 15 hors, pr luego ncrementrse l 55 %. Humedd reltv Vs. s del d 8 7 6 5 4 3 2 1 HR del mbente HR de l cj sld termcmente HR de l cj metálc Fgur 14: Vrcón de l humedd reltv mbentl, en el nteror de l SSS y en l cj metálc negr, en funcón de ls hors del dí. Fuente: Elborcón prop (212)
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú Análss pscrométrco del re nteror de l SSS En l fgur 15, se muestr el comportmento pscrométrco de l SSS, pr el escenro del uso de cumuldor térmco de pedrs pntds de negro mte, el punto A (línes zules), represent el promedo de l tempertur mbentl de 24,8 ºC, con l nterseccón con el de l humedd reltv mbente promedo de 55,5%, correspondendo un entlpí de 52 kj/kg; el punto B (línes rojs) represent el promedo de l tempertur del re en l cj bsorbente de 6,9 ºC, el punto de nterseccón es con l curv de humedd reltv promedo 8,7% del re en l cj metálc negr bsorbente, correspondendo un entlpí de 74 kj/kg, por lo tnto l gnnc de entlpí del re nterno de l SS es de 22 kj/kg de re. Fgur 15: Crt pscrométrc pr nlzr l entlpí del re nterno de l SSS Fuente: Elborcón prop (212) 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusones Pr los cutro escenros de evlucón, l velocdd de clentmento es mucho myor que l de enfrmento, en l SSS con cumuldores térmcos l cíd de tempertur ocurre entre ls 14 y 15 hors, mentrs que con cumuldores entre ls 17 h y 18 h, esto nos ndc que el sstem se optmz con el uso de cumuldores de pedr y gu. Se determnó que l SSS lcnz l mejor efcenc promedo con el uso de pedrs pntds de negro mte, equvlente 41,4 %. Con el uso de cumuldores térmcos en form de clor sensble, se obtene que ls temperturs en el nteror de l SSS se mntene en promedo cutro hors dconles respecto l uso sn cumuldores, mntenendo l tempertur nteror del sstem por encm de l exteror mbentl hst psdo ls 3: hors del dí sguente. Se determnó que usndo pedrs pntds de negro mte, se lcnz l myor tempertur máxm en el nteror de l cj metálc y de l SSS, gul 94 C, bjo rrdnc solr globl ncdente de 9 W/m 2. Se determnó que l humedd reltv mínm en el mbente nterno de l SSS con cumuldores térmcos es de 1,6 % en vlor promedo, en tnto que l exteror mbentl en promedo dro es de 48 %. L cj metálc pntd de negro ctú como un buen fuente emsor de rdcón nfrrroj con longtudes de ond en el rngo de 8 1 mcrs l cul depende de su tempertur; con un potenc emsv que oscl entre 423,91 W/m 2 991,24 W/m 2 durnte ls 8 2 hors, este resultdo sugere que l ntegrcón entre l SSS y l cbn de rdcón nfr-roj es vble pr plccones terpéutcs.
XX SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR, 11 15 novembre 213, Tcn-Perú Recomendcones Pr el dseño del áre de recepcón de l rdcón solr se debe tener en cuent, que el ncho se myor que el lrgo, según el desplzmento del sol de este oeste, pr logrr myores temperturs durnte todo el dí. No usr mterles conductores del clor en l estructur ntern de l SSS pr dsmnur ls pérdds de clor. Loclzr tods ls posbles fugs de clor, pr mejorr el provechmento del efecto nverndero. En el dseño, tener en cuent ls condcones meteorológcs del lugr, como: lluv, humedd, polvo, neve, etc., efectos de evtr fugs y fltrcones que fectn l vd útl del sstem REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Acero Lur Gohnny, 212, Dseño, Construccón y Crcterzcón de un Sun Solr Seco, Fcultd de Cencs, ESFI Unversdd Nconl Jorge Bsdre Grohmnn, Prctcs Pre-Profesonles. Acero Lur Gohnny, 213, Optmzcón y Crcterzcón de un Sun Solr Seco con cumuldores térmcos, Fcultd de Cencs, ESFI, Unversdd Nconl Jorge Bsdre Grohmnn, Tess de ttulcón Asoccón Internconl pr l Proteccón contr ls Rdcones (IRPA), 1985, Gudelnes for lmts of humn exposure to lser rdton, Helth Phys 48(2), 341-359. Chssérux J.M., 199, Conversón térmc de l rdcón solr, Lbrerí gropecur S.A., prmer edcón, Buenos Ares Argentn. Duffe John y Beckmn Wllm, 1991, Solr Engneerng of Terml Processes, Edtorl John Wley y Sons, INC, Segund edcón, EE.UU Yunus A. Cengel, Jhon M. Cmbel, Robert H. Turner (212); Fundmentls of terml-flud Scences; curt edcón, Mc Grw Hll, USA Fernández Dez Pedro, 25, Procesos Termosolres en bj, med y lt tempertur, Unversdd de Cntbr, Prmer edcón, Espñ. ABSTRACT Ths expermentl work ms to chrcterze nd optmze mn therml nd energy one Solr Dry Sun (SSS) usng three types of therml storge, wter, stones unpnted nd pnted mtte blck stones, consderng the hgh solr potentl Tcn regon, nd to the socl need of hvng such systems usng solr energy source for therpeutc pplctons, whch use clen, renewble energy, nd lower envronmentl mpct. Therml chrcterzton nd expermentl energy, ndcte tht the mxmum temperture reched nsde bsolvedor box s 77,46 C wth mnmum reltve humdty of 1,25% under n rrdnce of 838,1 W/m2, wth wvelength rngng from 9,8 mcrons to 7,97 mcrons of therml rdton emtted by the box bsolvedor, consstent wth the provsons of the Interntonl Commsson on Illumnton (CIE), nd n emssve power of between 423,91W/m 2 to 991,24W/m 2 durng the 8: to 2: pm, ths result shows the fesblty of ntegrtng the sun dry sun cbn nfrred rdton. The dly verge effcency of therml storge SSS pnted flt blck stone, stone unpnted wter n dsposble bottles wthout het storge corresponds to 4,7 % ; 38,1 %; 41,4 % nd 38,7 %, respectvely, ndctng tht the system operton cn be optmzed usng ccumultors mtte pnted stone dened becuse under ths scenro SSS effcency s 4,.4% to nternl temperture of 94 C. Key words: Solr Dry Sun, therml storge, solr energy.