Problema de Energía Solar Térmica

Examen de Tecnología Energética
03/02/05
Problema de Energía Solar Térmica (18 puntos)
Se pretende instalar un sistema de captación solar en un pequeño hotel de las cercanías de
Madrid (L = 40º N; ρ = 0,25). Los colectores se instalarán con una inclinación s = 40º y
orientados hacia el sur, γ = 0º.
Se conocen los datos climatológicos y de radiación solar de los meses de marzo y julio:
Marzo: Irradiación diaria total promedio del mes H T = 19,38 MJ/m2·día; temperatura
ambiente promedio T∞ = 11 ºC; temperatura del agua de la red Tsup = 9 ºC.
Julio: Irradiación diaria total promedio del mes H T = 22,84 MJ/m2·día; temperatura ambiente
promedio T∞ = 28 ºC; temperatura del agua de la red Tsup = 14 ºC.
La instalación va a abastecer de agua caliente sanitaria a Tload,min = 45 ºC a un pequeño hotel
de 10 habitaciones con un consumo diario de 1.600 litros de agua caliente.
Se van emplear colectores solares de la marca Solarhart modelo M con las siguientes
características: τ = 0,94; α = 0,93; área de captación Ap = 1,8 m2; coeficiente de pérdidas UL
= 4,9 W/m2·K; utiliza como fluido agua con un 20% de etilenglicol ( m& = 1,5 l/min, cp = 3.975
J/kg·K; ρ ≈ 1 kg/l); expresión del rendimiento: η = 0,73 - 0,49·T*.
Como se acaba de decir, por el circuito primario circula agua con un 20% de etilenglicol (cp =
3.975 J/kg·K; ρ ≈ 1 kg/l). Por el circuito secundario circula agua con un caudal de 0,05 l/s (cp
= 4.180 J/kg·K).
Entre el circuito primario y el secundario de la instalación se coloca un intercambiador de
calor del que se conoce que su eficiencia es εc = 0,8.
Se dispondrá de un depósito de acumulación situado en el exterior de 5 m3 de capacidad, de
forma cilíndrica con 1,5 m de diámetro y 3 m de altura y un coeficiente de pérdidas de 0,7
W/m2·K.
Se pide:
a) Calcular la carga térmica diaria a suministrar durante el mes de julio.
b) Calcular el factor de evacuación del calor de los colectores, FR.
c) Calcular el rendimiento promedio durante el mes de julio de los colectores sabiendo que el
agua con etilenglicol del circuito primario entra en el colector a Tf,in = 45 ºC y que las
horas de sol del día promedio del mes de julio son 12.
d) Indicar el número de colectores solares en paralelo a instalar para que durante el mes de
julio toda la carga térmica se satisfaga mediante energía solar.
e) Calcular el factor que tiene en cuenta las pérdidas entre el circuito primario y el
secundario, FR′ / FR .
f) Calcular la carga térmica diaria a suministrar durante el mes de marzo.
g) Determinar el factor de carga térmica suministrado por la instalación de energía solar
durante el mes de marzo.