Energía Solar Térmica

Utn FRROGervasoni , AndresSeletti Fausto

Herramientas de Optimización para el uso Racional de la Energía.

Nuestro trabajo en este caso es dar a conocer la energía solar térmica, principales usos, ventajas y desventajas, breves cálculos y explicaciones de los distintos métodos para aprovecharla.

Localizado a una distancia media 150 millones de kilómetros, tiene un radio de 109 veces el de la TierraHasta la Tierra llega una cantidad de energía solar equivalente a 1,7x1014 kW.Nuestro planeta reciba un aporte energético continuo de aproximadamente 1.367 W/m2.1. Radiación electromagnética: que incluye: los rayos ultravioletas, los rayos X, la luz visible, las radiaciones infrarrojas, las microondas y las ondas de radio.2. Viento solar: compuesto de partículas atómicas energizadas: neutrinos y protones.La atmósfera de la Tierra es una capa protectora de esta radiación y del viento solar. La disminución en la capa de ozono de la Tierra reduce el grado de protección contra la radiación, especialmente de los rayos ultravioleta.

El Sol, principal fuente de energía de la vida.

¿Porque se busca utilizar energías renovables?Simplemente por el mismo echo que son prácticamente inagotables, son limpias, es decir que no generan contaminación, lo cual es nuestro principal problema en estos tiempos.

Ventajas de la energía solar:

•La más importante de todas las ventajas es que este tipo de energía no contamina.

•Al estar hablando de la energía solar podemos afirmar que es una fuente inagotable.

•Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (zonas rurales, montañosas, islas), o es dificultoso y costoso su traslado.

•Los sistemas de captación solar que se suelen utilizar son de fácil mantenimiento, lo que facilita su elección.

•El coste disminuye a medida que la tecnología va avanzando, mientras que el costo de los combustibles fósiles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez son más escasos.

•La única inversión es el coste inicial de la infraestructura, pues no requiere de ningún combustible para su funcionamiento, y se puada amortizar a los 5 años de su implantación.

•La energía solar fotovoltaica no requiere ocupar ningún espacio adicional, pues puede instalarse en tejados y edificios.

•La disponibilidad de energía solar reduce la dependencia de otros países para el abastecimiento de energía de la población.

Desventajas de la energía solar

• El nivel de radiación de esta energía fluctúa de una zona a otra, y lo mismo ocurre entre una estación del año y otra, lo que puede no ser tan atractivo para el consumidor.

•Cuando se decide utilizar la energía solar para una parte importante de la población, se necesitan grandes extensiones de terreno, lo que dificulta que se escoja este tipo de energía.

•Además, otra de las desventajas, es que inicialmente requiere una fuerte inversión económica a la que muchos consumidores no están dispuestos a arriesgarse.

Como aprovechamos la Energía Solar Térmica ??

Energía Solar Térmica

Producción de Calor

Colectores Solares

Cocinas Solares

Producción de Energía Eléctrica

Centrales termosolares- Termosolares

hibridas

Colectores PlanosColectores tubo

Colectores caucho

Tipo CajaHorno Solar

Cocina Parabólica

Clasificación de los Sistemas Solares Térmicos

Partes constitutivas de un colector solar

Sistemas para calentamiento de agua de servicio

Colectores Solares Planos

Sistemas para calentamiento de agua de servicio

Colectores de tubos evacuados

Sistemas de calentamiento para piscinas

Cocinas Solares La cocción de alimentos es un proceso que requiere temperatura y tiempo. De hecho la cocción parte a los 50 o

60 °C. Mientras mayor sea la temperatura, más rápida es la cocción. El ideal es temperaturas de 80 a 100 °C. Temperaturas mayores pueden destruir vitaminas y proteínas en los alimentos

• Horno solar = La energía de la luz que es absorbida principalmente por los metales se convierte en energía calorífica, se consiguen cerca de 100-150°C

• Cocina Parabólica = Un concentrador solar es un instrumento que sencillamente consiste en la concentración en un solo foco de los rayos incidentes en una superficie, consiguiendo de esta manera alcanzar altas temperaturas que permiten el cocido de los alimentos.Es mucho mas eficiente y se consiguen alrededor de 200-250°C.Tambien las podemos distinguir de foco profundo y foco expuesto

Ventajas

• Facilidad de uso.• No contaminan, son muy ecológicas.• No necesitan electricidad, ni combustible.• Fomenta el uso de energías renovables.• Se economiza en cuanto a dinero utilizado en la cocción de alimentos.• La tecnología y conocimientos necesarios de fabricación es muy accesible.• Existe alta disponibilidad de los materiales de fabricación.• Los materiales de fabricación son económicos.• Como frecuentemente los materiales de fabricación son sintéticos e impermeables, la cocina solar presenta un

alto grado de limpieza.• Es una buena solución en lugares donde el clima permite su uso cotidiano.• Es un beneficio en países y sitios donde los recursos energéticos para cocinar son escasos o de costos

demasiado altos.

Desventajas

• Los hornos solares son algo más lentos que las cocinas solares parabólicas.• Depende de las condiciones del tiempo para poder cocinar. No es posible cocinar con días nublados o con lluvia.• Solo se puede ocupar de día, aunque con el uso de una cesta aislante se puede prolongar el efecto de la

cocción varias horas.• Si el cielo no está del todo despejado, se requiere más tiempo para cocinar. Con cielo azul los tiempo de cocción

son equivalentes a una cocina de gas o eléctrica.

Esta tecnología viene dada por la radiación que emite el sol en la tierra y nuestra capacidad de aprovecharla mas eficientemente en otros tipos de energía.La radiación que emite un cuerpo en función de la temperatura viene dada por la ley de Stefan-Boltzman:

Donde: E = Densidad total de flujo radiante emitida por cuerpo en W/m2

o también llamada potencia emisiva. σ = Constante de Stefan-Boltzman = T = Temperatura del cuerpo en °K

4E T

8 2 45,67 10 ]/[x W m K

El flujo de calor se obtiene de la siguiente manera:

4eq A E A T

Física de los Colectores Solares

E = irradiancia (w/m2) en la superficie de un colector

AC=superficie efectiva del colector

τ =transmitancia efectiva de la cubierta

α= absortancia de la superficie captadora

QU=velocidad de transferencia térmica desde el absorbente hasta el fluido (calor util)

Qp=pérdidas desde la placa captadora

Para colectores solares tenemos la siguiente expresión en función de sus aptitudes geométricas y físicas (materiales).

c U PE A Q Q

dim U

c

QEnergiaUtilren iento

EnergiaIncidente E A

Siendo = ;QU Pm C t ( )P L C P AQ U A T T

Q

Q ( )U P c P

U P c L C P A

m C t E A Q

m C t E A U A T T

LU = Coeficiente integral de transferencia de calor por convección.

Tenemos una relación entre la velocidad de transferencia de calor al fluido y la velocidad de transferencia térmica entre la placa y el ambiente, coeficiente llamado Fr.

( )U

rc L C P A

QF

E A U A T T

( ( ))U r c L P AQ F A E U T T

( ( ))

( )

U r c L P A

c c

L P Ar

Q F A E U T T

E A E A

U T TF

E

Centrales Térmicas Solares o Termosolares Es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante

radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica.

También se basa en la captación y concentración de los rayos solares mediante heliostatos o espejos.

Se alcanzan de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico.

En el caso de una planta híbrida de ciclo combinado-solar, el funcionamiento, es semejante al de una planta de ciclo combinado convencional, el combustible se quema normalmente en la cámara de combustión de la turbina de gas

Tipos de energías termosolares

Las principales ventajas de los sistemas de concentración son las siguientes: El fluido de trabajo puede alcanzar muy altas temperaturas. Se puede llegar a alcanzar un compromiso termodinámico entre la temperatura

y la aplicación. La eficiencia térmica es mayor debido al pequeño área de pérdidas de calor con respecto al receptor. Se necesita menos material para las superficies reflectantes y el coste por m2 es más bajo. Los recubrimientos selectivos y el vacío en los receptores reducen las pérdidas

de calor, mejorando la eficiencia y haciéndolos viables económicamente.En cuanto a inconvenientes se pueden encontrar: Se necesitan sistemas de seguimiento solar. Las superficies reflectantes pierden sus propiedades con el tiempo y necesitan

un mantenimiento periódico de limpieza