colector solar - Universidad de Castilla

COLECTOR SOLAR
“Dispositivo en el que tiene lugar la transferencia de la
energía calorífica solar al fluido que circula por el colector”.
Colector plano
1. Capta la suma de la energía directa y de la difusa
2. Tiene una sola orientación
3. Temperatura < 90 ºC
Colector de concentración
1. Solo capta la energía directa
2. Debe orientarse directamente al Sol
3. Temperatura > 90 ºC
Tipos de colectores
Colector solar de Placa Plana
Colectores solares de caucho
Tubos de Calor
Colectores cónicos o esféricos
Elementos de un colector plano
1.Cubierta transparente (CT)
2.Superficie absorbente o absorbedor (AB)
3.Circuito de fluido (CF)
4.Aislamiento (AIS)
5.Carcasa.
Elementos
Efectos de la radiación
a)
b)
c)
parcialmente reflejada
parcialmente transmitida
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
Cubierta transparente
Produce el efecto invernadero, reduce las perdidas por convección
-Alta transmisibilidad para 0.3<λ<3 µm
Características
-Baja transmisibilidad para λ>3 µm
-Bajo conductividad térmica
-Alta reflectividad para λ>3 µm
Mylar
vidrio
polipropileno
Materiales
1. Vidrios
2. Plásticos
Superficie absorbente
-Alta absorbancia
Características
-Baja emitancia
-Baja reflectividad
-Alta conductividad térmica
Tratamiento selectivo a la superficie
1. Tipo sándwich
Configuración
2. Placa metálica con tubos
3. Placas de plástico
serie
paralelo
Fluido caloportador
AGUA: Buenas propiedades térmicas
Aislamiento térmico
-Baja conductividad térmica
Características
-Resistencia a la temperatura
-Soportar la humedad
-No degradarse
Carcasa
Requisitos
-Rigidez
Materiales
-Resistencia a la intemperie
1.
2.
3.
-Ligera
-No corrosiva
Madera
Metal
Plástico
Balance energético
IG A Cατ = Q U + QP
IG
AC
τ
α
QU
Qp
irradiancia en la superficie de un colector (w/m2)
superficie efectiva del colector
transmitancia efectiva de la cubierta
absortancia de la superficie captadora
velocidad de transferencia térmica desde el absorbente hasta el fluido
pérdidas desde la placa captadora
•
Q u = m·c·(Ts − Te )
Rendimiento
QP = UC AC (TC – Ta)
Energía útil
Qu
η=
=
Energía incidente A c IG
Cálculo de un colector
Factor de eliminación del
calor del colector
1. Características geométricas
Relación entre la velocidad de
transferencia de calor al fluido y la
velocidad de transferencia térmica entre la
placa y el ambiente
FR =
2. Caudal del fluido
& c p (Ts − Te )
m
A c (αατG − U c (Tc − Ta )
Qu = FRAc(ατIG – Uc(Te – Ta)
FR U c (Te − Ta )
η = FR ατ −
IG
α = 0.92 – 0.95
τ = 0.15 – 0.25
FRατ = 0.8
FRUc = 8 w/m2ºC
Curva característica
Conocer los parámetros
- m (l/s) (caudalímetro)
- temperaturas de entrada, salida y ambiente
- área del colector
- radiación (w/m2) (piranómetro)
•
Rendimiento (ordenada)
η =
Conocer los parámetros
- temperaturas de entrada, salida y ambiente
- radiación (w/m2) (piranómetro)
Abscisa
m ·c·(T s − T e )
I G ·A c
Te − Ta
IG
Colector plano ATESA
Radiación
T ambiente
T entrada
T salida
T media
Caudal
Fecha
(w / m 2)
ºC
ºC
ºC
ºC
(l / min)
23/05/1999
23/05/1999
23/05/1999
26/05/1999
04/06/1999
04/06/1999
04/06/1999
15/06/1999
15/06/1999
15/06/1999
15/06/1999
15/06/1999
965,87
954,86
939,58
908,66
968,36
957,70
950,96
943,49
932,83
937,80
938,16
938,17
20,5
20,8
21,38
22,2
22,4
23,1
23,6
23,3
23,7
24,1
24,3
24,5
20,4
25,7
30,6
38,4
45,3
49,5
57,1
64,8
71,4
75,6
80,4
88,6
29,9
35,3
39,8
46,9
53,4
57,2
63,7
71,9
76,5
80,4
84,6
92,2
25,15
30,5
35,2
42,65
49,35
53,35
60,4
68,35
73,95
78
82,5
90,4
2,17
2,1
2,06
2,03
2,01
2,03
2,04
2,1
2,1
2,1
2,2
2,1
Potencia
Area absor
generada (w ) expuesta (m 2)
1436,18
1404,48
1320,32
1202,10
1134,24
1088,96
937,99
1038,73
746,13
702,24
643,72
526,68
1,261
1,265
1,261
1,261
1,296
1,296
1,296
1,296
1,296
1,296
1,296
1,296
Colector plano ATESA
1.2
1.2
1.0
1.0
0.9
Rendimiento
Rendimiento
1.1
Y=A+B*X
A
1.26722
B
-11.65106
1.1
0.8
0.7
0.9
0.8
0.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Temperatura, radiacción (T m-T a)/IG
0.07
0.08
-0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Temperatura, radiacción (Te-Ta)/IG
0.06
0.07
Acumuladores
Sistema de almacenamiento de energía térmica
Volumen óptimo de acumulación ~ 75 litros de agua
por cada m2 de superficie captadora
Estimación energética
Necesidad energética
Q = 103
kg
m3
Q=m·c·∆t
·10 −3 m 3 ·4180 kgJ·º C ·45º C
Q = 188.1 KJ
Se necesitan 188.1 kJ para pasar 1 litro de agua de 15 a 60 ºC
Sistemas de ACS
Esquema general
Ejemplos
Previsión 2010
CC. AA.
Previsión 2.010 (m 2 )
Andalucía
Aragón
Asturias
Baleares
C. Valenciana
Canarias
Cantabria
Castilla La Mancha
Castilla y León
Cataluña
Extremadura
Galicia
La Rioja
Madrid
Murcia
Navarra
País Vasco
Total
910.398
85.892
41.81
478.474
449.26
553.19
20.856
294.666
257.227
539.523
168.181
42.9
20.856
299.887
133.903
77.405
125.572
4.500.000