COLECTORES SOLARESCOLECTORES SOLARES

Tema :Tema :IMPLEMENTACION DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA DESTINADO AL CALENTAMIENTO DE AGUA DE ACUERDO A NORMA TECNICA PERUANA (NTP)

XVI Simposio Peruano de Energía SolarXVI Simposio Peruano de Energía SolarArequipa, noviembre 2009Arequipa, noviembre 2009

JOHN ALEXANDER FLORES TAPIAJOHN ALEXANDER FLORES TAPIACentro de Energías Renovables y Eficiencia EnergéticaCentro de Energías Renovables y Eficiencia Energética

Universidad Nacional de San Agustín-ArequipaUniversidad Nacional de San Agustín-Arequipaj_flores28@hotmail.com

Contenido

1.Introducción

2. Descripcion de Laboratório

3.Principio de funcionamiento

4.Parámetros de

En la actualidad, la ciudad de En la actualidad, la ciudad de AREQUIPA cuenta con AREQUIPA cuenta con empresas de termas solares, las empresas de termas solares, las cuales un buen porcentaje cuales un buen porcentaje trabajan informalmente debido a trabajan informalmente debido a que no existen instituciones que que no existen instituciones que brinden garantía del brinden garantía del funcionamiento de dichos funcionamiento de dichos equiposequipos..

Con un laboratorio implementado Con un laboratorio implementado para evaluaciones de colectores para evaluaciones de colectores solares de acuerdo a NTP, se solares de acuerdo a NTP, se puede dar el servicio de puede dar el servicio de evaluación de sus productos a los evaluación de sus productos a los fabricantes de termas solares de fabricantes de termas solares de la región, con la finalidad que los la región, con la finalidad que los fabricantes brinden información fabricantes brinden información técnica de sus productos a los técnica de sus productos a los usuariosusuarios

solarimetro de kipp zonen(cmp3)solarimetro de kipp zonen(cmp3) para medir la para medir la radiación global incidente en el plano del colector radiación global incidente en el plano del colector

Medidor de velocidad de viento eMedidor de velocidad de viento entre 0 – 40 ntre 0 – 40 m/s con integrador 1 .100 minutos , medidor de m/s con integrador 1 .100 minutos , medidor de dirección de viento 0 – 360ºdirección de viento 0 – 360º

Termocuplas tipo k Termocuplas tipo k para medir la temperatura para medir la temperatura ambiente , salida , entrada, cobertor, tanque del ambiente , salida , entrada, cobertor, tanque del colector de placa plana en unidades relativas ºCcolector de placa plana en unidades relativas ºC

Registrador IF de 8 canalesRegistrador IF de 8 canales Un laboratorio posee actualmente también un Un laboratorio posee actualmente también un

sistema de adquisición de datos IFsistema de adquisición de datos IF Medidor de flujo de agua Medidor de flujo de agua entre 0.01 – 0.05 L/s entre 0.01 – 0.05 L/s

con integrador 1 .100 minutos , con integrador 1 .100 minutos , Medidor de HumedadMedidor de Humedad

El tanque eEl tanque es un cilindro de 24.8 Ls un cilindro de 24.8 L ,,yresistencia eléctrica yresistencia eléctrica

En el circuito están instalados los En el circuito están instalados los 05 sensores de temperatura 05 sensores de temperatura (Termocuplas tipo k) (5), 02 (Termocuplas tipo k) (5), 02 manómetros (2), 01 tanque de manómetros (2), 01 tanque de compensación (13)y válvula de compensación (13)y válvula de seguridad(15)seguridad(15)

efectuar medidas del colector de efectuar medidas del colector de 131x91x11cm,esta constituida por 131x91x11cm,esta constituida por un cobertor vidrio,7 tubos de un cobertor vidrio,7 tubos de cobre alineados y distanciados cobre alineados y distanciados por 10cm y en la parte posterior por 10cm y en la parte posterior esta aislado mediante lana de esta aislado mediante lana de vidrio de espesor 4cm., deben ser vidrio de espesor 4cm., deben ser mantenidos constantes los mantenidos constantes los siguientes parámetros:siguientes parámetros:

Sistema de automatización Tablero de Sistema de automatización Tablero de control: control:

Esta contituido por:Esta contituido por: 02 contactores de 220v AC02 contactores de 220v AC 03 reles de 220v AC 03 reles de 220v AC 01 transformador de 220v AC a 12v AC01 transformador de 220v AC a 12v AC 01 rectificador de corriente 12v AC a 12v Dc01 rectificador de corriente 12v AC a 12v Dc 01 interface para la tarjeta de adquisición de 01 interface para la tarjeta de adquisición de

datos datos 01 bornera de 12 salidas 01 bornera de 12 salidas Cables de coneCables de conexión de Nº 10 y 16xión de Nº 10 y 16

Leyenda para el circuito de pruebas de colectoresLeyenda para el circuito de pruebas de colectores Bomba de circulación.Bomba de circulación. Filtro Filtro Regulador de flujoRegulador de flujo Flujómetro Flujómetro Sensor de Temperatura.Sensor de Temperatura. Calentador regulableCalentador regulable Intercambiador de calorIntercambiador de calor Bomba de aguaBomba de agua Válvula neumática de 3 víasVálvula neumática de 3 vías Controlador de temperaturaControlador de temperatura Tanque de compensaciónTanque de compensación Recipiente para la alimentación de aguaRecipiente para la alimentación de agua Válvula de seguridadVálvula de seguridad Campo de colectoresCampo de colectores ManómetroManómetro

Son varios los parámetros a ser consideradosSon varios los parámetros a ser considerados

Velocidad del viento Velocidad del viento Flujo de masa m y flujo VFlujo de masa m y flujo V Angulo de incidencia ӨAngulo de incidencia Ө Temperatura del fluido TTemperatura del fluido TFF

Temperatura del ambiente TTemperatura del ambiente TAA

Potencia solar incidente WPotencia solar incidente W Temperatura de Entrada TTemperatura de Entrada TEE

Temperatura de Salida TTemperatura de Salida TSS

Humedad RelativaHumedad Relativa

1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El calentador solar consta de dos partes fundamentales

Principio de Termosifon La fuerza efectiva de empuje del agua caliente hacia la parte superior esta dado por:

gAhF TTe ).(.12

Donde: h: diferencia de altura entre parte inferior del tanque y colector A: sección eficaz de los ductos de conexión(tanque-colector)

T : densidad del agua a la temperatura T

T1: Temperatura del agua caliente (colector) T1: Temperatura del agua fria (tanque)

ENERGIA SOLAR= ENERGIA INTERNA + PERDIDAS

ENERGIA SOLAR= dtAI cT ..

ENERGIA INTERNA=mCdT

m: masa colectora

C: capacidad calorifica del colector

T: temperatura del colector

PERDIDAS= UL.A(T-Ta)

donde: 2

T + Te smT

1. .. TIS

.TI radiación solar incidente

coeficiente de transmisión del colector

1 coeficiente de absorción de la placa

eT temperatura de entrada del fluido

sT temperatura de salida del fluido

aT temperatura ambiente

cA área del colector

FR factor de remoción del colector

UL coeficiente global de pérdidas

2.Balance Energético y Eficiencia2.Balance Energético y Eficiencia

Entonces la ecuación diferencial que da el comportamiento de la placa es:

).(. acT TTAULdt

dTmcAI

Cuya solucion es:

UL

eITT

tmcAULT

a

)1( )/.(

aTT en t=0 y UL

ITT Ta

max en t=∞

La velocidad de calentamiento s puede obtener con dt

dT

La velocidad de calentamiento inicial sera: mcAIdt

dTT

t

/00

Si el colector contiene agua se debe considerar a m como la masa total,y en vez de C

se tendria un valor de Cefectivo

Luego la energia util que se obtiene del sistema en equilibio es:

)(. aTu TTAULAIQ

Se introduce el factor de remocion FR que depende de los parámetros de diseno y

operación del colector

aecmu TTULSFRAQ ....

Luego se define la eficiencia del colector (ɳ)

ɳ= Energía térmica útil/ Energía solar incidente

AI

TTULSFRA

T

aec

.

)(.

T

ae

I

TTULFR

()(.

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.140.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Linear Regression for Data1_D:Y = A + B * X

Parameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.7205 0.01097B -5.92954 0.23931------------------------------------------------------------

R SD N P-------------------------------------------------------------0.98879 0.01888 16 <0.0001------------------------------------------------------------

(Te-T

a)/G

T (°Cm2/W)

PT100 precisión 0.2%PT100 precisión 0.2%

Solarimetro Kipp Zonen Solarimetro Kipp Zonen +/- 0.5+/- 0.5

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0

10

20

30

40

50T

empe

ratu

ra

Tiempo (s) (cada 10s)

Temperatura de Salida Temperatura del Tanque Temperatura de Entrada Flujo

29,95ºC

38,08ºC

49,75ºC

0,02 L/s

Comportamiento de las temperaturas de Entrada y Salida manteniendo constante la temperatura del tanque y el flujo a horas 11:30 hasta 13:30PM

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Tem

pera

tura

Tiempo c/10s

Temp de Salida Temp de Tanque Temp de Entrada Flujo

33,72ºC

27,53ºC

41,22ºC

0,026 L/s

Comportamiento de las Temperaturas de Entrada y Salida manteniendo estables las temp del Tanque y el flujo a horas 13:00 hasta 14:00 pm

GRACIAS

POR SU

ATENCIÓN