curso calentadores solares

7/17/2019 curso calentadores solares

http://slidepdf.com/reader/full/curso-calentadores-solares 1/32

CALENTADORES SOLARES DE AGUA

Curso de Energía Solar Térmica



LA ENERGÍA SOLAR TEMA 1 O!"ET#$OS

% Conocer como se &roduce la energía solar ' la (orma en )uellega a la *ierra

% De+nir los conce&*os de in*ensidad radian*e, irradiaci-n 'cons*an*e solar

% #den*i+car las dis*in*as (ormas de radiaci-n solar so.re unasu&er+cie/ direc*a, di(usa ' al.edo % Sa.er como se &uede &osicionar el Sol en cada ins*an*e con

res&ec*o a un o.ser0ador inm-0il si*uado en un &lanoori2on*al/ al*ura solar ' acimu*

% #den*i+car los &rocesos &rinci&ales de a&ro0ecamien*oar*i+ciales de la energía solar/ a.sorci-n *érmica direc*a 'con0ersi-n a energía eléc*rica



EL SOL

En el uni0erso a' una in+nidadde es*rellas, de las cu3les no0emos *odas ' la m3s cercanaes el sol De no ser &or esa&e)ue4a es*rella, *an cercanaa noso*ros no a.ría 0ida en

nues*ro &lane*a Al sol le de.emoslas es*aciones, las *rans(ormacionesenergé*icas necesarias &ara nues*ro.ienes*ar



ESTRUCTURA DEL SOL

Los da*os m3s in*eresan*es del sol son los siguien*es/ su masa es566666 0eces la de la *ierra, la lu2 solar *arda 7 minu*os en llegara la *ierra, el sol genera su energía median*e reacciones nuclearesde (usi-n )ue se lle0an a ca.o en su n8cleo , los 3*omos deidrogeno se com.inan en*re sí &ara (ormar un 3*omo de elioli.erando energía La generaci-n de energía &ro0iene de la

&érdida de masa del sol )ue se con0ier*e en energía de acuerdo ala ecuaci-n de Eins*ein 9E:M;C <

=



UN#DAD ASTRON>M#CA ?CONSTANTE SOLAR

Tem&era*uras del sol



RAD#AC#ON SOLAREl sol des&rende

ra'os de di(eren*eslongi*udes de ondaRa'os in(rarro@os )uenos dan calor, *ienenlongi*ud de ondalarga Somosgol&eadosB conmenor (recuencia con(o*ones cuando lasondas de energíasolar son largas Losra'os ul*ra0iole*asson m3s cor*os locual signi+ca )ue m3s(o*ones cocan so.rela *ierra con ma'or(recuencia

La energía del sol 0a desde el in*erior as*ala su&er+cie solar o (o*os(era ' desde allí seirradia en *odas direcciones La energía )uese irradia llega a la *ierra a *ra0és deles&acio en cuan*os de energía llamados(o*ones La energía E de un (o*-n se e&resamedian*e la siguien*e E: ; 0

El sol irradia en *odas direcciones ' en unsegundo emi*e una energía de ; 16

=



LA CONSTANTE SOLAR

A: =71 F 16=5

#: 155 HIm=

J: 57 F 16= : J# A

La cons*an*esolar es el 0alorde la in*ensidadradian*e )uellega a la *ierramedida @us*oso.re laa*m-s(era ' su

0alor medio esde 155 HIm

=

a radiaci-n solar *iene ligeras 0ariaciones a lo largo del a4o de.ido a )ueor.i*a de la *ierra alrededor del sol es elí&*ica, en la siguien*e +gura se &uede

&reciar la 0ariaci-n a lo largo del a4o



LA CONSTANTE SOLAR



ESJECTRO SOLAR#RRAD#AC#ON E #RRAD#ANC#A

Se de+na la irradiaci-n E como la can*idad de energía radian*e )uellega a una su&er+cie de*erminada en un *iem&o de*erminado Es decires la energía )ue incide so.re una su&er+cie La irradiancia # es laenergía )ue incide &or unidad de *iem&o ' de su&er+cie

# :E

S *- E :# S *

can*idad de energía de.ida a la radiaci-n direc*a )ue &uede ca&*ar una su&er+

e es*a e&ues*a a los ra'os solares de&ende del 3ngulo eis*en*e en*re la&er+cie ' los ra'os del sol Cuando dico 3ngulo es*a a K6 su 0alor ser3 m3ie ir3 reduciendo al disminuir es*e Es*o &roduce )ue se reci.a muco m3s enermedio día )ue en las &rimera o 8l*imas oras del día 'a )ue en es*os 8l*imos cra'o solar ro2a la su&er+cie *erres*re ' el 3ngulo de incidencia es mu' grande




La in*ensidad de la lu2 del sol )ue

llegaa la su&er+cie *erres*re9irradiancia< disminu'e cuando elsol se ale@a de la &osici-n 0er*ical92eni*< Causas/ 91< 0ariaci-n enla e*ensi-n del 3rea radiada 9

menor a K6< 9=< Longi*ud delcamino recorrido a *ra0és de la

Duran*e el in0ierno 1 m de

su&er+cie *erres*re reci.e menosde la mi*ad de la energía )uereci.e duran*e el 0erano ra2-n&or la cual el am.ien*e es m3s(río




Ra'os del sol

El eco de )ue las regiones

ale@adas al Ecuador reci.anmenos calor )ue las )uees*3n cercanas al mismo sede.e a la inclinaci-n de losra'os solares *al ' comomues*ra la +gura



ESJECTRO SOLARLA RAD#AC#>N SOLAR ATRA$#ESA LA ATMOSERA

155 HIm=

E s &

a c i o e C * e r i o r

A * m

o s ( e r a

La a*mos(era es un

o.s*3culo a laradiaci-n solar En la&ar*e su&erior de lasnu.es a' unaim&or*an*e reei-nde la energía solar '

'a en la a*mos(eraa' una a.sorci-nim&or*an*e deenergía &or lo cuala8n en días mu'des&e@ados rara 0e2

se llegan a o.*ener0alores ma'ores a1666 HIm en lasu&er+cie de la*ierra La *ra'ec*oriade la energía solarno es rec*a al llegar

=



ESJECTRO SOLARCOMJONENTES DE LA RAD#AC#ON SOLAR

La radiaci-n elec*romagné*ica )ue emi*e el sol llega a la *ierra en *resdi(eren*es (orma &rinci&almen*e a sa.er/

1%Radiaci-n direc*a/ Los ra'os inciden direc*amen*e sin su(rirdes0iaci-n so.re el colec*or solar=% Radiaci-n di(usa/ Los ra'os )ue en su camino &ara llegar a los&aneles al a*ra0esar la a*mos(era se dis&ersan En días nu.lados es*aes la 8nica (orma de energía )ue llega al colec*or solar5% Radiaci-n al.edo / Ra'os ree@ados &or los cuer&os, cuan*o m3s

claro sea el color de los cuer&os, ma'or ser3 el al.edo



ESJECTRO SOLARRESUMEN



JARMETROS DE LA JOS#C#>N SOL%T#ERRALAS ESTAC#ONES DEL APO

Sa.emos )ue el sol sale &or el es*e ' se &one &or el oes*e ele03ndosem3s o menos en el cielo, de&endiendo de la é&oca del a4o en la )uenos encon*remos




La siguien*e +gura mues*ra las &osiciones de la *ierra en sus &un*ose*remos 9sols*icio de 0erano e in0ierno< En Méico *enemos mucom3s *iem&o de sol en @unio )ue en diciem.re , 'a )ue ilumina el

emis(erio nor*e muco me@or En el emis(erio sur sería al re0és

El e)uinoccio se&roduce cuando*enemos igual*iem&o de

oscuridad )ue delu2 ' suele ser el=1 de marso '=5 dese&*iem.re9comien2o de

&rima0era 'o*o4o<




En el sols*icio de 0erano *enemos el día m3s largo ' es el =1 de @unio,mien*ras )ue el de menor duraci-n es el == de diciem.re Lases*aciones )uedan delimi*adas &or lo e)uinoccios ' los sols*icios



JARMETROS DE LA JOS#C#>N SOL%T#ERRAJOS#C#ONAM#ENTO SOLAR

Jara sa.er )ue &osici-n *ieneel sol en cada ins*an*e conres&ec*o a un o.ser0ador)ue se encuen*ra inm-0il enun &lano ori2on*al

u*ili2aremos la al*ura solar 'el a2imu* solar A

La al*ura solar 9< es el 3ngulo )ue(orman los ra'os solares con lasu&er+cie ori2on*al El 3ngulo ceni*al o

dis*ancia ceni*al es el )ue (orma el ra'ocon la 0er*icalEl a2imu* solar 9A< es el 3ngulo de girodel sol medido so.re el &lano ori2on*almedian*e la &ro'ecci-n del ra'o so.redico &lano ' *omando como origen el

nor*e El a2imu* es nega*i0o cuando es*aen el lado es*e 9 &or la ma4ana<



JARMETROS DE LA JOS#C#>N SOL%T#ERRAJOS#C#ONAM#ENTO SOLAR

La +gura mues*ra la al*ura m3ima )ue alcan2a el sol enlos e)uinoccios ' sols*icios, es*o es im&or*an*econsiderarlo &ara de*erminar la u.icaci-n -&*ima del

calen*ador como se 0era &os*eriormen*e



Q COMO AJRO$ECAR LA ENERGÍA SOLARLA NATURALEA EN JR#MER LUGAR

La radiaci-n solar es la

&rinci&al (uen*eenergé*ica de *odas lasenergías conocidas,incluidas las asociadas alos &rocesos 0i*ales



JROCESOS DE AJRO$ECAM#ENTO ART##C#ALESEs*os &rocesos *ra*an de a&ro0ecar al

m3imo la energía &ara o.*ener o*ra (ormade energía )ue &odamos u*ili2ar Lacon0ersi-n es direc*a sí la acemos en unasola e*a&a, el &asar de un (o*-n de lu2 solara la (orma +nal )ue noso*ros &odamosu*ili2ar Ser3 indirec*a cuando el &aso lo

agamos en dos o m3s &asosLa energía solar se &uede *rans(ormar enenergía *érmica ' eléc*rica de una (ormadirec*a, siendo los &rocesos ac*uales masim&or*an*esA.sorci-n *érmica direc*a La

radiaci-n solar calien*a el cuer&oso.re el )ue incide ' la can*idad de

energía )ue es*e cede 0a ade&ender de la in*ensidad 'ca&acidad de a.sorci-n del cuer&oen cues*i-n Jara la ca&*aci-ndirec*a de la energía solar sere)uieren dis&osi*i0os ar*i+cialesllamados colec*ores solares Laenergía una 0e2 recogida se em&leaen &rocesos *érmicos u*ili2ado &ara

calen*ar un gas o lí)uido )ue luegose dis*ri.u'e

Con0ersi-n a energía eléc*rica a'dos *i&os de in*eracci-n Celdas(o*oeléc*ricas ' el e(ec*o(o*o0ol*aico



EL COLECTOR SOLAR 1 TEMA = O!"ET#$OS

%De+nir lo )ue es un colec*or solar de &laca &lan ' cu3l es su &rinci&io de(uncionamien*o

%#den*i+car las &ar*es (undamen*ales de un colec*or solar de &laca &lana/a.sor0edor, cu.ier*a *rans&aren*e, aislamien*o ' carcasa

%#ndicar cu3les son los ma*eriales id-neos como cu.ier*a de un colec*or

solar ' las carac*erís*icas )ue de.e cum&lir %Se4alar cuales son los &rinci&ales *ra*amien*os )ue se &ueden reali2ar a

una cu.ier*a &ara me@orar sus &ro&iedades -&*icas %De+nir cual es la (unci-n del a.sor0edor ' sus &rinci&ales carac*erís*icas %Conocer cu3les son las &rinci&ales carac*erís*icas )ue de.e cum&lir un

.uen aislamien*o *érmico de un colec*or %Se4alar cual es la misi-n de la carcasa de un colec*or ' los &rinci&ales&ar3me*ros )ue de+nen su garan*ía de duraci-n

%Anali2ar un colec*or solar de &laca &lana o.*eniendo su cur0a derendimien*o ins*an*3neo



EL COLECTOR SOLAR 1Q UE ES UN COLECTOR SOLAR

Un colec*or solar es un dis&osi*i0oencargado de ca&*ar la radiaci-nsolar ' con0er*ir su energía enenergía calorí+ca

Un cuer&o e&ues*o al solreci.e un u@o energé*ico E,con el )ue se calien*a A su0e2, se &roducen &érdidas*érmicas &or radiaci-n,con0ecci-n ' conducci-n, lascuales crecen al acerlo la*em&era*ura del cuer&o



EL COLECTOR SOLAR 1REND#M#ENTO DE UN COLECTOR SOLAR

a.r3 un ins*an*e en )ue las &érdidas *érmicas E& sean iguales a lasganancias de.idas al u@o )ue incide, llegando a la llamada*em&era*ura de e)uili.rio * &or lo *an*o *endremos/ E : E&

E& 9energía &erdida<

# 9radiaci-n< Eu 9energía u*ili2ada<

Si se a&ro0eca una &ar*e del calor&roducido , se cam.ian las condiciones

de e)uili.rio ' se *endr3 la siguien*eecuaci-n/ E : E& V EuAora E& es menor 'a )ue no *oda laenergía inciden*e se &ierde , en*onces elcuer&o se a con0er*ido en un colec*orsolar, si se )uiere aumen*ar Eu se*ienen dos o&ciones/ 91< Reducir E& 9=<

Aumen*ar EComo el rendimien*o del colec*or sede+ne como el cocien*e en*re la energía8*il ' la energía solar inciden*e es*edisminu'e a medida )ue la *em&era*urade u*ili2aci-n aumen*a, &or lo *an*oin*eresa acer *ra.a@ar a los colec*oresa la *em&era*ura m3s .a@a &osi.le

REND#M#ENTO : EuE

1

La me@ora del aislamien*o&ermi*e reducir las &érdidasE& ' aumen*ar la energía

u*ili2a.le Eu



EL COLECTOR SOLAR 1REND#M#ENTO DE UN COLECTOR SOLAR

16 =6 56 D6 G6 E6 W6 76 K6

6

16

=6

56

D6

G6

E6

W6

76

K6

166

Infuencia de la temperatura sobre el rendimiento

Tem&era*ura C

R e n d i m i e n * o E u I E

n cuan*o a la orien*aci-n, cuan*o ma'or sea el 3ngulo en*re los ra'os ' la nor la su&er+cie del colec*or, menor ser3 la radiaci-n a&ro0ecada E, lo )ue 0a a

roducir una disminuci-n en Eu



EL COLECTOR SOLAR 1 T#JOS DE COLECTORES SOLARES

$amos a dis*inguir dosgrandes gru&os/1% Colec*ores sinconcen*raci-n

=%Colec*ores conconcen*raci-n

Del &rimer caso es el )uenoso*ros 0amos a es*udiar,uno de los modelos m3s

usuales es el colec*or de&laca &lana 9c&&<El &rimer calen*ador solarde agua 9csa< sali- a la0en*a en 17K= en USA



EL COLECTOR SOLAR 1EL COLECTOR SOLAR DE JLACA JLANAUNC#ONAM#ENTO TE>R#CO/ EECTO #N$ERNADERO

Se *iene un colec*or al sol, sincirculaci-n de uido en suin*erior La *em&era*ura dela.sor0edor ira creciendo

con*inuamen*e ' *am.ién las&érdidas &or conducci-n,con0ecci-n ' radiaci-n 'a )ue seincremen*an con la *em&era*ura La 0elocidad del 0ien*o es o*ro(ac*or )ue a' )ue *ener en

cuen*a, 'a )ue cuan*o ma'or sea,ma'ores ser3n las &érdidas &orcon0ecci-n ' &or lo *an*o*endremos una disminuci-n en la*em&era*ura del a.sor0edor




1% Cu.ier*a *rans&aren*e 9usualmen*e0idrio<=% Jlaca a.sor.edora5% Aislamien*oX Radiaci-n ree@ada en el in*erior delcolec*or% Radiaci-n emi*ida &or la cu.ier*a delcolec*or

La radiaci-n elec*romagné*ica , alllegar a un cuer&o &uede sera.sor.ida de una (orma *o*al o &arcialLa energía )ue es a.sor.ida ace )ueel cuer&o se calien*e ' emi*aradiaci-n, la cual *endr3 una longi*udde onda )ue 0a a de&ender de la

*em&era*ura del mismo, seg8n es*econce&*o, llamaremos cuer&o*rans&aren*e al )ue de@a &asar laradiaci-n elec*romagné*ica inciden*eAlgunos cuer&os son *rans&aren*essolo &ara cier*a 2ona del es&ec*ro 'o&acos &ara o*ras Je@ el 0idrio es*rans&aren*e en*re 65 ' 5 micras '

o&aco &ara longi*udes de ondama'ores/ El colec*or solar .asa su(uncionamien*o en el e(ec*oin0ernadero/ La radiaci-n solar 9ondacor*a< incide ' a*ra0iesa el 0idrio ' esa.sor.ida &or la &laca a.sor.edora)ue se calien*a, es*a su&er+cie emi*e

a su 0e2 calor o radiaci-n *érmica9onda larga< &ero es*e *i&o de

6Y

La cubierta de vidrio no solo produce elefecto invernadero, sino que además

reduce la transferencia térmica porconvección entre el colector y el exterior



EL COLECTOR SOLAR 1EL COLECTOR SOLAR DE JLACA JLANAJARTES JR#NC#JALES DE UN COLECTOR

El cc& es*a (ormado &or cua*ro elemen*os .3sicos

- El a.sor0edor- La carcasa

- El aislamien*o- La cu.ier*a *rans&aren*e




Se *iene un colec*or al sol, sincirculaci-n de uido en suin*erior La *em&era*ura dela.sor0edor ira creciendo

con*inuamen*e ' *am.ién las&érdidas &or conducci-n,con0ecci-n ' radiaci-n 'a )ue seincremen*an con la *em&era*ura La 0elocidad del 0ien*o es o*ro(ac*or )ue a' )ue *ener en

cuen*a, 'a )ue cuan*o ma'or sea,ma'ores ser3n las &érdidas &orcon0ecci-n ' &or lo *an*o*endremos una disminuci-n en la*em&era*ura del a.sor0edor

curso calentadores solares

Documents

Transcript of curso calentadores solares