COLECTORES SOLARES

Este es un trabajo guia sobre colectores solares, el cual nos dara la informacion necesaria y los respectivos resultados del mismo.
Recordar que los datos fueorn tomados aleatoriamente pero logicos.

INTRODUCCIÓN

Con este trabajo se pretende analizar un colector solar de placa plana en un cierto tipo de ambiente y características definidas, donde veremos el comportamiento de este mismo, basado en el cambio del flujo másico por unidad de área del colector (G) y la distancia de separación de la tubería que transporta el agua (W).

Los resultados que interpretaremos estarán centrados en el comportamiento del Factor de Eficiencia (F´) y el Factor de Remoción de Calor (Fr).

Todos los demás datos serán examinados cuidadosamente y se definirán ya sea por criterio de diseño o simplemente por cualidades del material.

ANALISIS DE DATOS

1). ANALISIS PROMEDIO DE LA RADIACIÓN SOLAR

Los cálculos serán hechos para el día 29 de Febrero de 2012:

q _s,B = (H-Hd)R_b + H_dcos²(B/2) + P_rHsen²(B/2)

·         H = 4.5(Kw-h/m²-dia) = 187.5 (w/m²)

Este dato se obtuvo mediante el Mapa de Radiación Solar Global del IDEAM (multianual) para Colombia en el mes de Febrero, Pág. 29 en el PDF.

·         Pr = 0.34 (Para una zona Institucional)

·         δ = 23.45sen(360(284+n)/365), donde n = 31 (días de enero) + 29 (días de febrero)

δ = -8.3°

·         Φ_BUCARAMANGA = 7° (Latitud de Bucaramanga en el mundo)

·         σ_p = 0° (Superficie mirando al sur)

·         ω = 0° (Los cálculos se harán para las 12m)

·         cosθz = senδ senΦ + cos δ cosΦ cosω

θz = 15.3°

·         α_s = 90 – θz

α_s = 74.7°

·         σ_s = cosδsenω/cosα_s

        σ_s = 0°

·         B = 30° (Decisión propia)

·         cosθ = cos(σ_{s -} σ_p)cosα_ssenB + senα_scosB

θ = 14.7°

·         ω_s = -cos^-1(-tanθtanδ)

ω_s = -87.8° (La hora de amanecida para un plano no inclinado es a las 5:51am)

·         H_o = (24/π)1353(1+0.034cos(360n/365))(cosθcosδsenω_s + (πω_s/180)senθsenδ)

H_o = 394.36 (w/m²)

·         H/H_o = Kt

Kt = 0.475

·         H_d/H = 1.39 – 4.027Kt + 5.53Kt² – 3.018Kt³

H_d = 75.3 (w/m²)

·         ω_sB = -cos^-1(-tan(θ-B)tanδ)

ω_sB = -92.3° (La hora de amanecida para un plano inclinado B grados es a las 6:09am)

·         R_b = (cos(θ – B )cos δsen ω_sB + (ω_sB π/180)(sen(θ-B)senδ))/( cosθcosδsenω_s + (πω_s/180)senθsenδ)

R_b= 1.13

q _s,B = (H-Hd)R_b + H_dcos²(B/2) + P_rHsen²(B/2)

q _s,B = 201.32 (w/m²)

2). ANÁLISIS DE LA CUBIERTA Y LA PLACA

El área del colector será de 1m² para facilitar los cálculos:       Ac = 1m²

La cubierta transparente será de vidrio común y la placa de absorción será de cobre comercial:

 

CUBIERTA (VIDRIO):

INDICE DE REFRACCIÓN:

n1 = 1 (Índice de refracción para el aire)

n2 = 1.5 (Índice de refracción para el vidrio)

θ1 = 14.7° (solución de cálculos del numeral 1)

n1sen θ1 = n2sen θ2

θ2 = 9.73°

REFLECTIVIDAD:

ρI = sen²(θ2 – θ1)/ sen²(θ2 + θ1)                                    ρII = tan²(θ2 – θ1)/ tan²(θ2 + θ1)

ρI = 0.044                                                                             ρII = 0.036

ρ = (ρI + ρII)/2

ρ = 0.0403

TRANSMITIVIDAD:            N (número de cubiertas) = 1

τI = (1- ρI)/(1+(2N-1) ρI                                                    τII = (1- ρII)/(1+(2N-1) ρII

τI = 0.916                                                                            τII = 0.929

τ = (τI + τII)/2

τ = 0.923

PLACA (COBRE):

a_c= Absortividad del cobre comercial = 0.27

(τa)_EFE = τ*a_c/ 1-(1-a_c) ρ

(τa)_EFE = 0.257

S = q _s,B * (τa)_EFE

S = 51.74 (w/m²)

3). ANÁLISIS DE LAS RESISTENCIAS TÉRMICAS

Resistencia total superior: Ut

Ut= ((N/(c/Tp)((Tp-Ta)/(N+f)) ^e) ^-1) + ((σ(Tp²+Ta²)(Tp+Tc))/((( εp+0.0059Nhw) ^-1)+((2N+f-1+0.133 εp)/ εc)-N)

f = (1+0.089hw – 0.166hw εp)(1+0.07866N) = 2.7

e = 0.43(1-(100/Tp)) = -0.286

c = 520(1-0.00005B²) = 519.992

N = 1 (una sola cubierta)

Tp = Temperatura de la Placa = 60°C (supuesta)

Tc = Temperatura de la cubierta = 30°C (supuesta)

Ta = Temperatura ambiente = 25°C

Vw = 3.62 (m/s) “para Bucaramanga”

hw = 5.7 + 3.8*Vw = 19.45 (w/m² °C)

σ = 5.67*10^-8

εp = Emisividad de la placa = emisividad del cobre = 0.07

εc = Emisividad de la cubierta = emisividad del vidrio = 0.8

Ut = 4.483 (w/m² °C)

Resistencia total inferior: Ub

 

El aislante a utilizar será ESPUMA DE POLIURETANO:

Ka= 0.023 (w/m °C)

Al = 0.96² = 0.9216m²

Ub = Ua + Ulat(Al/Ac)

Ua =Ka/La                                     Ulat = Ka/Ll

Ua = 0.575 (w/m² °C)                 Ulat = 1.15 (w/m² °C)

Ub = 1.635 (w/m² °C)

UL = Ub +U t

UL = 6.118 (w/m2 °C)

4). ANALISIS DE F´ Y Fr con el software EES

CODIGO EES

"DATOS DE ANALISIS DEL TRABAJO"

Tfi=37                                              “supuesta (°C)”

Ta=25                                             “ambiente  (°C)”

Cp=4174                                     “del agua a 310 K(37°C) (J/Kg°C)”

kf=0,628                                      “del agua a 310 K(37°C) (w/m°C)”

kc=401                                        “del cobre  (w/m °C)”

miu=6,95*10^(-4)                        “del agua a 310 K (37°C) (Kg/ms)”

Pr=4,6                                         “del agua a 310 K (37°C)

delta=0,0005                               “espesor de la placa de cobre”

UL=6,118                                    “(w/m² °C)”

D=0,0254                                    “Diámetro de los tubos 1pulg”

Ac=1                                           “Area del colector”

S=51,74                                      “(w/m²)”

“W=0,18”                                    “Distancia entre los tubos a variar”            

"G=0,2"                                       “Flujo másico por unidad de área del colector”

Re=(4*G)/(pi*D*miu)                                                         “Reynolds”

f=((0,79*ln(Re))-1,64)^(-2)                                                “Petukhof”

x=f/8

y=(Pr^(2/3))-1

Nud=(x*(Re-1000)*Pr)/(1+(12,7*(x^(1/2))*y))                    “Nussel según el diámetro”

Nud=hf*D/kf

(m^2)=UL/(kc*delta)

Qu=Ac*Fr*(S-UL*(Tfi-Ta))                                                 “Calor útil”

Fr=(G*Cp/UL)*(1-exp((-F2*UL)/(G*Cp)))                                   “Factor de remoción de calor”

F2=(1/UL)/(W*((1/((W-D)*F1*UL+D))+(1/(hf*pi*D))))        “Factor de eficiencia”

F1=(tanh(m*((W-D)/2)))/(m*((W-D)/2))                                      “Eficiencia de la aleta”

5). GRÁFICAS Y RESULTADOS

A). W  Vs  F´   (G =0.2(kg/s/m²))

 

B). W  Vs  Fr   (G =0.2(kg/s/m²))

 

C). G  Vs  F´   (W =0.18(m))

D). G  Vs  Fr   (W =0.18(m))

 ESPERO HAYAN DISFRUTADO EL EJEMPLO :D