Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 60 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
8. Estimación de la producción neta y del rendimiento a
partir de los datos de temperatura ambiente y radiación
directa
El análisis antes realizado es posible gracias al sistema de control tan
exhaustivo que posee la instalación de disco parabólico con motor Stirling de la ETSI.
Sin embargo, cuando un nuevo disco parabólico con motor Stirling pretenda ser
instalado en un sitio, no se van a poseer la mayoría de esas mediciones. Los datos
con los que se podrán realizar estimaciones o diseños serán básicamente la
temperatura ambiente y la radiación solar.
Por este motivo se ha realizado un análisis con los datos que se miden en la
estación metereológica del laboratorio de Termodinámica y Energías Renovables de la
Escuela de Ingenieros de Sevilla.
8.1 Diez días característicos
En primera aproximación, se ha realizado tomando un número significativo de
días, en total 10 que responden a las siguientes características:
Día Nubosidad Temperaturas
07/03/05 Muy claro Frías
08/03/05 Claros y nubes muy bruscos Frías
09/03/05 Claros y nubes muy bruscos Frías
04/05/05 Claros y nubes Medias
23/05/05 Muy Claro Medias
01/06/05 Claro Medias-Altas
06/06/05 Claro Altas
07/06/05 Claro Medias-Altas
08/06/05 Claro Altas
13/06/05 Claros y nubes bruscos
mañana, tarde clara
Medias
Tabla 0-1. Características de diez días representativos para estimar la potencia
Representándolos gráficamente se tiene:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 61 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
DNI y Tamb a lo largo del día 7 de marzo de 2005
0
200
400
600
800
1000
1200
I(W/m
^2)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb
DNI y Tamb a lo largo del día 8 de marzo de 2005
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
900.00
I(W/m
^2)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb DNI y Tamb a lo largo del día 9 de marzo de 2005
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
900.00
1000.00
I(W/m
^2)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb
DNI y Tamb a lo largo del día 4 de mayo de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
I(W
/m^2
)
0
5
10
15
20
25
30
35
Tem
per
atu
ra(º
C)
DNI Tamb DNI y Tamb a lo largo del día 23 de mayo de 2005
0
200
400
600
800
1000
1200
I(W
/m^
2)
0
5
10
15
20
25
30
35
Tem
per
atur
a(ºC
)
DNI Tamb
DNI y Tamb a lo largo del día 1 de junio de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
I(W/m
^2)
0
5
10
15
20
25
30
35
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb DNI y Tamb a lo largo del día 6 de junio de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
I(W
/m^
2)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb
DNI y Tamb a lo largo del día 7 de junio de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
I(W/m
^2)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tem
per
atu
ra(º
C)
DNI Tamb DNI y Tamb a lo largo del día 8 de junio de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
I(W/m
^2)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tem
per
atu
ra(º
C)
DNI Tamb
DNI y Tamb a lo largo del día 13 de junio de 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
I(W/m
^2)
0
5
10
15
20
25
30
Tem
pera
tura
(ºC
)
DNI Tamb
Gráfica 0-1. Evolución de la radiación directa normal y de la temperatura ambiente para los
diez días escogidos.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 62 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
Los datos registrados en la estación metereológica tienen un registro de horas
diarias más amplio que lo que registra la instalación del disco Stirling. Para que el
sistema de control esté registrando todo el tiempo, se requiere que se le haya indicado
el modo automático de funcionamiento, sin embargo, en numerosas ocasiones hasta
que no llega por la mañana la persona que controla el disco, no se ha puesto en
funcionamiento el sistema de control. Para poder comparar los datos de la estación
metereológica y de la instalación del disco Stirling, se han borrado registros, para que
ambos grupos de datos tuviesen el mismo origen.
De esta forma, en las gráficas anteriores, para cada día se tiene un número
distinto de horas, y sobretodo un origen distinto, (algunas empiezan de madrugada y
otras a partir de una hora determinada), por eso algunas radiaciones empiezan en
cero y otras ya empiezan con un valor más alto.
De nuevo se usa la expresión (7-1) para calcular la potencia neta. Utilizando
los diez días descritos y acumulando los datos de la potencia neta producida en
función de la radiación normal directa medida en la estación metereológica, y
aplicando el mismo filtro que en el apartado anterior, de que la radiación mínima fuese
de 200W/m2 para evitar que salgan valores de potencia negativos, se tiene:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Gráfica 0-2. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación normal directa media
en la estación metereológica (W/m2) para diez días caracaterísticos.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 63 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
En esta gráfica apenas puede distinguirse el comportamiento casi lineal que se
demostró en apartados anteriores que caracterizaba la relación Potencia neta-
radiación directa normal. En primer lugar, se tiene una línea constante de potencia
neta cero, para todos los posibles valores de la radiación. El filtro aplicado de radiación
mínima de 200W/m2 funcionaba muy bien para evitar las potencias negativas en el
caso del epígrafe anterior, cuando se estaba realizando el ajuste a partir de los datos
medidos exactamente en la ubicación del disco. Sin embargo, en este caso, pese a
haber utilizado dicho filtro, se da el caso de numerosas potencias nulas o negativas.
Una de las posibles justificaciones, es que aunque la estación metereológica se
encuentra próxima a la ubicación del disco, no es exactamente el mismo punto, luego
para días de claros y nubes, se puede dar el caso de que una nube no esté cubriendo
el pirheliómetro instalado en la estación metereológica pero que por el contrario, no
permita que le llegue radiación al receptor.
Si además se representa el total de valores de rendimiento en función de la
radiación se tiene:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion
Rend
Gráfica 0-3. Rendimiento en la instalación (%) frente a la radiación normal directa medida
en la estación metereológica (W/m2) para diez días característicos.
De nuevo la tendencia en los datos no presenta un comportamiento lógico por
lo que se ha optado por mejorar los valores escogidos de alguna manera, como se ve
en los siguientes apartados.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 64 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
8.2 Ocho días característicos
Analizando cada uno de los diez días escogidos, se ha comprobado como para
el día 8 de marzo y para el 9 de marzo, los resultados son demasiado dispersos y no
mantienen un comportamiento analizable como se muestra en las siguientes figuras.
200 300 400 500 600 700 800 900-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Gráfica 0-4. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación normal directa media
en la estación metereológica (W/m2) para el 8 y 9 de marzo de 2005.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 65 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion
Rend
Gráfica 0-5. Rendimiento en la instalación (%) frente a la radiación normal directa medida
en la estación metereológica (W/m2) para el 8 y 9 de marzo de 2005.
Por esta dispersión en los valores, se decide eliminar estos dos días del
análisis, pero nos queda entonces un conjunto representativo de 8 días, en donde la
mayoría son días claros.
Día Nubosidad Temperaturas
07/03/05 Bastante claro Frías
04/05/05 Claros y nubes Medias
23/05/05 Muy claro Medias
01/06/05 Claro Medias-Altas
06/06/05 Claro Medias-Altas
07/06/05 Muy claro Altas
08/06/05 Muy claro Altas
13/06/05 Claros y nubes bruscos Altas
Tabla 0-2. Características de los ochos días escogidos para estimar la potencia
Ahora las curvas de la potencia y del rendimiento son:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 66 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Gráfica 0-6. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación normal directa media
en la estación metereológica (W/m2) para los ocho días representativos de 2005.
Aunque ahora seguimos teniendo nubes de puntos que distorsionan la
tendencia lineal, en los pasos siguientes se va a proceder a filtrar estos datos para
despejar los valores que permitan luego establecer ajustes de regresión.
Los valores de rendimiento para los ocho días finalmente escogidos sin aplicar
aún ningún filtro son:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 67 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion
Rend
Gráfica 0-7. Rendimiento en la instalación (%) frente a la radiación normal directa medida
en la estación metereológica (W/m2) para los ochos días representativos de 2005.
8.3 Primer filtro: potencia neta positiva.
Como se trata de analizar el comportamiento del motor, escogemos los valores
de potencia neta positiva y nos queda:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 68 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Gráfica 0-8. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación directa normal medida
en la estación metereológica (W/m2) para los ocho días representativos de 2005, filtrando la
potencia neta positiva.
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion
Rend
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 69 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
Gráfica 0-9. Rendimiento en la instalación (%) frente a la radiación normal directa medida
en la estación metereológica (W/m2) para el 8 y 9 de marzo de 2005, filtrando la potencia neta
positiva.
8.4 Segundo filtro: rendimientos menores de 0.20.
En ningún caso, y tal y como se ha visto en el epígrafe 7, se han registrado
valores del rendimiento neto mayores de 0.2, por este motivo, se realiza un filtro
conforme a este criterio.
Los resultados de la potencia neta y del rendimiento se muestran en las
gráficas siguientes:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Gráfica 0-10. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación directa normal
medida en la estación metereológica (W/m2) para los ocho días representativos de 2005, filtrando
la potencia neta positiva y el rendimiento menor de 0.2.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 70 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion
Rend
Gráfica 0-11. Rendimiento en la instalación (%) frente a la radiación normal directa medida
en la estación metereológica (W/m2) para los ocho días representativos de 2005, filtrando la
potencia neta positiva y el rendimiento menor de 0.2.
8.5 Tercer filtro: ajuste de la tendencia respecto de la
radiación solar
Como se comprueba en las gráficas, seguimos sin tener una tendencia clara
entre la potencia neta y la radiación o entre el rendimiento y la radiación. Si con los
valores que se tienen resultado del filtro segundo, se intentasen realizar los ajustes, no
conseguiríamos coeficientes de R^2 mayores de 0.75, lo que no deja de ser una mala
aproximación.
Por este motivo, y dado que en los registros reales de funcionamiento, en
ningún caso para radiaciones mayores den 700W/m2, se tienen potencias netas
producidas menores de 4000W, para radiaciones mayores de 800W/m2 no se tienen
potencias menores de 5000W, y para radiaciones mayores de 900W/m2 no se tienen
potencias menores de 6000W, va a aplicarse este criterio para filtrar los datos de
nuevo.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 71 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
Pneta
Valores filtrados
Gráfica 0-12. Potencia neta de la instalación (W) frente a la radiación directa normal
medida en la estación metereológica (W/m2) para los ocho días representativos de 2005, aplicando
tres filtros.
Sobre la gráfica se han representado en un recuadro los valores que han sido
filtrados con la aplicación de este tercer filtro.
8.6 Estimación de la potencia neta
De nuevo, la potencia neta que se genera en el motor, corresponde a la
potencia bruta restándole los consumos parásitos del motor y del disco. Se calcula por
tanto con la expresión:
���� ����� ������� �������� � � ��= − − (0—1)
Aunque para los datos de radiación directa normal y temperatura ambiente van
a utilizarse las bases de datos registrados en la estación metereológica de la ETSI, los
valores de potencia son los registrados en las bases de datos diarias de Access del
sistema de control del disco Stirling.
8.6.1 Primer ajuste: sólo dependiente de la radiación.
Para realizar este ajuste, se utiliza una expresión del tipo:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 72 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
�
���� ������� �������� � �� ��= + + ( 0—2)
Que en concreto, sustituyendo los valores de los coeficientes a,b y c es:
�������� ��������� ���������� ������� �������� � �= − − + ( 0—3)
Representamos para los ocho días elegidos el resultado de este ajuste:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion. Ajuste 1.
PnetaP_ajuste1
Gráfica 0-13. Potencia neta (azul) y primer ajuste polinómico (rojo) (W) con respecto a la
irradiación (W/m^2) para los ocho días representativos de 2005.
Validación de los resultados.
En primer lugar, se puede comprobar que el ajuste tiene un coeficiente de R^2
de 0.93, que después de aplicar todos los filtros descritos, parece ya bastante
ajustado.
Por otra parte, podemos comparar este resultado con el primero de los ajustes
que se realizaron con los datos de radiación registrados en el sistema de control del
disco Stirling. Para dicho ajuste, la expresión que resulta de aplicar los ocho días
representativos es:
�������� ���������� ���������� ������� �������� � �= − − + ( 0—4)
Si representamos los resultados de las ecuaciones (8-3) y (8-4) nos queda:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 73 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
Potencia neta y ajustes con datos del disco Stirling y con datos metereológicos con respecto a la radiación
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 200 400 600 800 1000 1200
I(W/m^2)
Pot
enci
a(W
)
Pneta P_ajuste1_DatosDisco P_ajuste1_DatosEstación
Gráfica 0-14. Potencia neta medida (azul), ajuste con los datos del disco (rosa) y ajuste
con los datos de la estación metereológica (amarillo) (W) frente a la radiación (W/m^2) para los
ocho días escogidos.
Aunque ambos ajustes mantienen la misma tendencia, difieren sobre todo para
radiaciones incidentes mayores. Comparando ambos modelos, sería más interesante,
el realizado a partir de los datos medidos en el disco ya que se obtienen coeficientes
R^2 mayores y además acumulan un número de datos mayor, ya que para el caso de
los datos medidos directamente en el disco no ha sido necesario aplicarle el mismo
número de filtros que para los datos de la estación metereológica.
8.6.2 Segundo ajuste: dependiente de la radiación y de la
temperatura ambiente
Ya se ha comentado que el rendimiento del ciclo será mayor conforme a
mayores diferencias entre la temperatura del foco frío y el foco caliente se tenga. Para
ello, es importante también analizar la temperatura ambiente, porque lo ideal sería
tener altas radiaciones solares y bajas temperaturas ambiente.
�
���� ������� ������� ���� � �� �� ��= + + + (0—5)
Sustituyendo los coeficientes del resultado del ajuste:
������ ������ � ��������� �������������� ������� ������� ���� � � � �= + − + + (0—6)
Validación de los resultados.
En primer lugar, comparamos ambos modelos y apenas encontramos mejora
en el ajuste, pasando en el primero de una coefciente de R^2 de 0.9398 a uno de
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 74 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
0.9399 para el segundo ajuste. Además, si representamos gráficamente ambos
resultados, apenas se distingue la diferencia en las líneas:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)Potencia neta en funcion de la irradiacion
PnetaP_ajuste2P_ajuste1
Gráfica 0-15. Potencia neta (azul) , primer ajuste polinómico (negro) y segundo ajuste
(rojo) (W) con respecto a la irradiación (W/m^2) para los ocho días representativos de 2005
Cabría pensar por tanto, que la temperatura ambiente apenas influye en la
potencia neta que genera la instalación.
Esta conclusión habría que matizarla, ya que podrían analizarse temperaturas
más extremas, o en cualquier caso, sería necesario corregir los resultados para una
ubicación donde el clima fuera menos suave.
8.7 Estimación del rendimiento
Como ya se vio en el ajuste que se realizó en el epígrafe anterior, la expresión
del rendimiento es:
� ����� ������� �����������
�������
� � ���
� �� ����η
ρ− −
= =⋅ ⋅
(0—7)
De nuevo, el rendimiento al que se hace referencia es el neto y durante el
tiempo de operación del disco.
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 75 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
8.7.1 Primer ajuste: sólo dependiente de la radiación solar
La expresión que se utiliza es:
�
������� �������� �� ��η = + + ( 0—8)
Sustituyendo los coeficientes a, b y c con los valores calculados se tiene:
�������������������������� ����������������� �������� �η = + ( 0—9)
Representando estos valores gráficamente:
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion.
RendRend_ajuste1
Gráfica 0-16. Rendimiento neto (verde) y rendimiento neto del ajuste 1 (violeta) en función
de la irradiación para los ocho días escogidos.
Validación de los resultados.
El coeficiente R^2 sólo es de 0.76, debido principalmente a las dispersiones
que se producen por encima de la curva del ajuste para radiaciones altas.
Por otra parte, si comparamos este modelo con los datos resultado del ajuste 1
del epígrafe 7, a partir de los datos registrados en el disco, se tiene:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 76 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
Rendimiento y ajustes con datos del disco Stirling y con datos metereológicos con respecto a la radiación
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 200 400 600 800 1000 1200
I(W/m^2)
Pot
enci
a(W
)
Rend Rend_ajuste1_DatosDisco Rend_ajuste1_DatosEstación
Gráfica 0-17. Rendimiento medido (azul), ajuste con los datos del disco (rosa) y ajuste con
los datos de la estación metereológica (amarillo) (W) frente a la radiación (W/m^2) para los ocho
días escogidos.
De nuevo si tuviésemos que escoger entre el ajuste realizado con los datos
medidos en el disco y los datos medios en la estación metereológica nos quedaríamos
con los datos del disco, que no han requerido de tantos filtros para poder ser utilizados
y presentan coeficientes mayores en el ajuste.
8.7.2 Segundo ajuste: dependiente de la radiación y de la
temperatura ambiente
La expresión con la que va a realizarse el ajuste es:
�
������� ������� ���� �� �� ��η = + + + ( 0—10)
Sustituyendo los valores para a, b, c y d obtenidos de la regresión, se tiene:
�
������� ������� ���� �� �� ��η = + + + ( 0—11)
Validación de los resultados.
Como se ha realizado para el caso de la potencia neta, comparamos ambos
modelos y apenas encontramos mejora en el ajuste, pasando en el primero de una
coefciente de R^2 de 0.9398 a uno de 0.9399 para el segundo ajuste. Además, si
representamos gráficamente ambos resultados, es indistinguible la diferencia en los
ajustes:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 77 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion.
RendRend_ajuste2Rend_ajuste1
Gráfica 0-18. Rendimiento neto (verde) , rendimiento neto del ajuste 1 (azul) y rendimiento
neto ajuste 2 (violeta) en función de la irradiación para dos días claros.
Según lo que se deduce de las regresiones utilizadas y como ya se ha indicado
para el caso de la potencia neta, habría que analizar la poca dependencia que existe
de la temperatura exterior. Sería interesante contrastar este estudio para valores de
temperaturas extremadamente frías y calientes, o para otras ubicaciones donde las
temperaturas habituales presentaran mayores variaciones.
8.8 Estimaciones utilizando solamente días claros
Como ya se ha visto, el ajuste a partir de los datos de la estación metereológica
no es muy bueno y requiere de numerosos filtros para poder realizarse. Una de las
principales causas de este hecho, es que para los días de claros y nubes, los registros
de la estación metereológica y del disco, separados a una distancia considerable,
pueden presentar grandes diferencias en los valores de radiación directa.
Para analizar si es sólo este problema, se ha pretendido repetir el análisis,
ahora escogiendo solamente días claros. De esta forma, los días que van a analizarse
son:
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 78 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
Día Nubosidad Temperaturas
07/03/05 Muy claro Frías
23/05/05 Muy Claro Medias
Tabla 0-3. Características de dos días representativos para estimar la potencia y el
rendimiento neto.
Representando gráficamente los resultados:
550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 10501000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I(W/m2)
Pot
enci
a ne
ta(W
)
Potencia neta en funcion de la irradiacion
PnetaP_ajuste2P_ajuste1
Gráfica 0-19. Potencia neta (azul) , primer ajuste polinómico (negro) y segundo ajuste
(rojo) (W) con respecto a la irradiación (W/m^2) para dos días claros de 2005
Análisis del funcionamiento del disco Stirling Estimación datos metereológicos
Proyecto Fin de Master en Sistemas de Energía Térmica Página 79 de 97
Alumno: MªIsabel González Cuenca
550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 10500.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
I(W/m2)
Ren
dim
ient
o(%
)
Rendimiento en funcion de la irradiacion.
RendRend_ajuste2Rend_ajuste1
Gráfica 0-20. Rendimiento neto (verde) , rendimiento neto del ajuste 1 (azul) y rendimiento
neto ajuste 2 (violeta) en función de la irradiación para dos días claros.
Validez de los resultados
El aspecto interesante de haber realizado este estudio es que por una parte los
coeficientes de ajustes que se tienen son más altos que cuando se han tomado ocho
días (ahora se alcanza el valor de 0.85 para el rendimiento y de 0.93 para la potencia)
y por otra parte, el término asociado a la temperatura ambiente cobra importancia.
Además, las tendencias que se visualizan en los gráficos presentan un claro máximo
para una determinada radiación, lo que refleja bastante bien el hecho de que el
ventilador que existe en el motor funciona a partir de una temperatura máxima en el
receptor.
Sin embargo, sería una muestra poco representativa por tratase solamente de
dos días, por lo que no se estima que éste sea el mejor de los ajustes realizado.