2. energia solar termica

Energa Solar Trmica

Profesor: Javier Urquizo Guevara

I Termino 2014-2015

Repaso Clase Anterior

Energa es la capacidad para realizar un trabajo.

Formas de energa: Mecnica, Trmica, Elctrica, Radiante, Quimica, Nuclear

Se denomina energa primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa o indirecta para su uso energtico sin necesidad de someterlos a un proceso de transformacin.

Se denomina energa secundaria a los productos resultantes de las transformaciones o elaboracin de recursos energticos naturales

Repaso Clase Anterior Origen Fuente de Energa Aplicacin Ventajas Desventajas

Solar

Energa Solar Radiante, Elica, Hidroelctrica, Olas, Biomasa

Generacin elctrica, sistemas termales, energa mecnica,

transporte

Renovable, Energa Solar

directa es muy

abundante

Impacto Visual, Hidroelctrica y elica no disponible en todo lado, biomasa puede causar

contaminacin, deforestacin

Gravitacional Energa

Mareomotriz Generacin elctrica,

energa mecnica Renovable

Pocos sitios disponibles, Impactos ambientales,

Sitios econmicamente viables limitados

Calor en el interior de la

Tierra

Energa Geotrmica

Generacin elctrica, sistemas termales

Muy Renovable

Pocos sitios disponibles, impacto visual

Combustibles fsiles

Carbn, Gas, Petrleo

Generacin elctrica, transporte, sistemas

trmicos, energa mecnica

Fuente de energa

concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas polticos sobre su control

Nuclear Uranio Generacin elctrica, transporte (militar)

Fuente de energa sper concentrada

Productos contaminantes, reservas finitas, problemas

polticos, peligro de radiacin

Repaso Clase Anterior Energa Renovable: Es la energa que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energa que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Sostenibilidad: Describe cmo los sistemas biolgicos se mantienen diversos y productivos con el transcurso del tiempo. Se refiere al equilibrio de una especie con los recursos de su entorno. Por extensin se aplica a la explotacin de un recurso por debajo del lmite de renovacin del mismo.

Fuente: Wikipedia

Preguntas Clase Anterior

Potencia instalada en Hidroelctricas en el mundo

1. Three Gorges. China. 20300 MW

2. Itaipu. Brazil, Paraguay. 14000 MW

3. Guri. Venezuela 10200 MW

4. Tucuri. Brazil. 8370 MW

5. Grand Coulee. Estados Unidos. 6809 MW

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroelectricity

Preguntas Clase Anterior

Proyectos Hidroelctricos en el Ecuador Coca Codo Sinclair. 1500 MW. 2016 Sopladora. 487 MW Minas San Francisco. 270 MW Toachi Pilatn. 253 MW Delsitanisagua. 115 MW Manduriacu. 60 MW Quijos. 50 MW Mazar Dudas. 20.82MW

http://www.energia.gob.ec/

Investigacin clase anterior

Siendo el vapor de agua el gas de efecto invernadero mas abundante con una contribucin de 36-72%, porque no fue incluido en el protocolo de Kioto?

(Gases de efecto invernadero considerados: dixido de carbono (CO2); metano (CH4); xido nitroso (N2O); hidrofluorocarbonos (HFC); perfluorocarbonos (PFC); hexafluoruro de azufre (SF6))

Investigacin clase anterior

Nombre del Gas Formula Quimica

Contribucin al Efecto invernadero

Tiempo en la Atmosfera (aos)

Vapor de Agua H2O 36-72% 9 (dias)

Dixido de Carbono CO2 9-26% 5-200

Metano CH4 4-9% 12

Oxido Nitroso N20 --- 114

Perfluorocarbonos PFC --- >500000

Hidrofluorocarbonos HFC --- 260

Hexasulfuro de Azufre SF6 --- 16300

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas http://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/wg1/016.htm

Contenido

Radiacin Solar

Tipologa de Colectores solares

Esquema bsico de la instalacin

Calculo de una instalacin solar trmica

Criterios de dimensionamiento y seleccin de equipos

Integracin arquitectnica

Aprovechamiento de la energa solar pasiva

Definicin de Energa Solar

Es la energa producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusin. Llega a la Tierra a travs del espacio en cuantos de energa llamados fotones, que interactan con la atmsfera, los ocanos y las plantas.

Fuente: http://www.windows2universe.org

Generalidades del Sol

El Sol es una estrella que se encuentra en el centro del Sistema Solar.

Es una masa incandescente de plasma con un dimetro de aproximadamente 1,4 millones de kilmetros, una masa de 1,989 x 1030 kilogramos y un volumen de 1,412 x 1027 m3.

Tiene un periodo de rotacin sobre su eje de 25 a 36 das, y su gravedad en la superficie es de 274 m/s2.

Su temperatura superficial es 6.000C y en el centro es de 15 millones de grados centgrados.

Fuente: http://didactalia.net


El Sol representa el 99,86% del sistema solar, y es la fuente de calor y luz de todos los planetas, asteroides, meteoros, cometas y polvo, que orbitan alrededor de l.

La distancia media del Sol a la Tierra es casi 149600.000 kilmetros, y su luz recorre esta distancia en 8 minutos y 30 segundos.

Se form hace unos 4.650 millones de aos, y se calcula que desaparecer dentro de 5.000 millones de aos; es decir, su vida total estimada es de 10.000 millones de aos.


Fuente: http://didactalia.net


Est conformado principalmente por Hidrgeno (92,1%), Helio (7,8%) y otros elementos como el Oxgeno, Carbono, Nitrgeno, Nen, Hierro, Silicio, Magnesio y Azufre (0,1%).

Debido a las altas temperaturas e intensas presiones se producen reacciones nucleares de fusin, provocando que 700 millones de toneladas de hidrgeno se conviertan en helio y 5 millones de toneladas de energa sean liberadas cada segundo.


Est conformado principalmente por Hidrgeno (92,1%), Helio (7,8%) y otros elementos como el Oxgeno, Carbono, Nitrgeno, Nen, Hierro, Silicio, Magnesio y Azufre (0,1%).

Debido a las altas temperaturas e intensas presiones se producen reacciones nucleares de fusin, provocando que 700 millones de toneladas de hidrgeno se conviertan en helio y 5 millones de toneladas de energa sean liberadas cada segundo.

Al final de la vida del Sol (es decir, cuando se haya consumido todo el hidrgeno), los tomos de helio se fundirn dando lugar a elementos ms pesados, lo que causar que este astro aumente su volumen, alcance a la Tierra y la succione.

Estructura del Sol

Ncleo: Aqu es donde se produce la fusin nuclear, debido a la elevada temperatura y presin extrema.

Zona Radiactiva: Las partculas que transportan la energa (fotones), intentan llegar a la superficie, pero al ser continuamente absorbidas y reemitidas en otras direcciones tardan 1 milln de aos en escapar.

Zona Convectiva: Las columnas de gas caliente ascienden hasta la superficie, se enfran y vuelven a descender (conveccin).

Estructura del Sol

Fotsfera: Es una capa delgada de plasma de unos 300 kilmetros de espesor. Es la parte del Sol que se puede observar, de donde se irradia luz y calor al espacio. La temperatura est alrededor de 5.000C. En esta capa se presentan las manchas solares.

Cromsfera: Slo puede ser observada durante los eclipses totales de Sol. Es de color rojizo, de densidad baja y gran temperatura (20.000C). Tienen lugar erupciones y destellos (nubes de hidrgeno luminosas y brillantes).

Estructura del Sol

Corona: Es una capa de gran extensin, temperaturas altas (1 milln de grados centgrados), baja densidad y gigantescos campos magnticos. Al igual que la capa anterior, slo puede ser vista durante los eclipses solares totales. Se presentan las prominencias (enorme nubes de gases procedentes de las erupciones de la cromsfera).

Estructura del Sol

Fuente: http://nereagonzalezcmc.blogspot.com

Radiacin Solar

El flujo de energa que llega al planeta desde el Sol en forma de ondas electromagnticas de diferentes frecuencias recibe el nombre de Radiacin Solar.

La intensidad de la radiacin solar que alcanza la parte exterior de la atmsfera de la Tierra se la conoce como Constante Solar (G), cuyo valor oscila entre 1.308 W/m2 hasta 1.395 W/m2, tomndose como valor promedio 1.367 W/m2. Sin embargo, despus de atravesar la atmsfera, la constante G tiene un valor de 1.100 W/m2. Se define tambin la Constante Solar como irradiancia espectral proveniente del sol que incide sobre la unidad de superficie expuesta perpendicularmente a los rayos solares fuera de la atmosfera terrestre.

Radiacin Solar

Fuente: http://www.ambientum.com

Radiacion Solar

Irradiancia Densidad de potencia instantnea de todo tipo de radiacin electromagntica, como la luz del sol. (W/m2)

Irradiacin (Insolacin) Densidad de energa de todo tipo de radiacin electromagntica, como la luz del sol. (kWh/m2) Ambas dependen de la ubicacin, tiempo y condiciones climticas.

Radiacin Solar

Radiacin Directa: Es aquella que llega directamente del Sol sin sufrir cambios en su direccin. Se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.

Radiacin Difusa: Una parte de la radiacin que atraviesa la atmsfera es reflejada o absorbida por las nubes, partculas de polvo atmosfrico, montaas, rboles, edificios, suelo, etc., provocando que la radiacin tenga diferentes direcciones. Se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos.

Radiacin Reflejada: Es la reflejada por la superficie terrestre (terreno nevado, agua de mar). La cantidad de radiacin depende del coeficiente de reflexin de la superficie, llamado albedo.

Radiacin Solar

Radiacin Solar

Radiacin Global: Es la suma de las tres radiaciones descritas.

Algunos efectos producidos por las radiaciones solares incluyen al color del cielo. Es azul, cuando las radiaciones solares que llegan chocan con las molculas de nitrgeno y oxgeno. En el atardecer y amanecer, los rayos del Sol llegan ms oblicuos, causando que stos atraviesen una mayor cantidad de aire y se genere el color rojizo que se observa

Fuente: http://nereagonzalezcmc.blogspot.com

Atlas Solar del Ecuador

Radiacin Solar

El espectro de radiacin es una representacin grfica de la variacin de la energa de radiacin en funcin de la longitud de onda a escala logartmica.

Fuente: http://naturalmenteciencias.wordpress.com

Radiacin Solar

Absorbancia (): Cociente entre la radiacin absorbida y la radiacin incidente. La absorbancia se puede indicar como valor porcentual (0 100%), o bien como un valor fraccional (0.0 a 1.0):

= radiacin absorbida

radiacin incidente

= 0 espejo perfecto.

= 1 cuerpo negro perfecto.

Desde este punto de vista, los cuerpos reales son grises (caractersticas intermedias). Los valores ms bajos de absorbancia estn alrededor de 0.03 (superficies especulares), y los ms elevados en 0,97 (superficies negro mate).

Radiacin Solar

Reflectancia (): Cociente entre la cantidad de radiacin solar reflejada y la radiacin solar incidente. La reflectancia se puede indicar como valor porcentual (0 100%), o bien como un valor fraccional (0.0 a 1.0):

= radiacin reflejada

radiacin incidente

= 0 superficies especulares (vidrio, metal pulido).

= constante superficies difusas (pintura mate).

Este valor se puede indicar para todo el espectro de radiacin solar (reflectancia solar), o bien para rangos especficos del mismo (reflectancia visible).

Radiacin Solar

Transmitancia (): Cociente entre la cantidad de radiacin solar transmitida y la radiacin solar incidente. La transmitancia se puede indicar como valor porcentual (0 100%), o bien como un valor fraccional (0.0 a 1.0):

= radiacin transmitida

radiacin incidente

Este valor se puede indicar para todo el espectro de radiacin solar (trasmitancia solar), o bien para rangos especficos del mismo (transmitancia visible, ultravioleta, infrarroja).

Radiacin Solar

Cuando la energa radiante (G) incide sobre una superficie, una parte de sta puede ser reflejada por la superficie (G), otra parte ser absorbida por la superficie (G) y una parte podr atravesar dicha superficie (G). Haciendo el balance energtico, se tiene que:

G = G + G + G

Entonces:

+ + = 1

Fuente: http://upcommons.upc.edu

Relaciones astronmicas Tierra-Sol

Parmetros bsicos de la posicin del Sol (distancia Tierra-Sol, declinacin solar o la ecuacin del tiempo).

Posicin precisa del sol en un instante determinado, en coordenadas eclpticas, celestes (declinacin) y horizontales (cenit, azimut).

Distancia Tierra-Sol

La tierra gira alrededor del Sol en una rbita elptica, con el Sol ubicado en uno de sus focos.

La cantidad de radiacin solar que llega a la Tierra es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al Sol. La distancia media Tierra-Sol, ro, se denomina unidad astronmica (UA), donde 1 UA es igual a 1.496 x 108 km. La distancia mnima Tierra-Sol es alrededor de 0.983 UA, mientras que el mximo es aproximadamente 1.017 UA.


Fuente: http://www.tdx.cat


Hemisferio SUR: Solsticio de invierno (21 Junio): da ms corto Solsticio de verano (21 de Diciembre): da ms largo Equinoccio de otoo (20 de Marzo): da=noche (paso de verano a otoo) Equinoccio de primavera (22 de Septiembre): da=noche (paso de invierno a primavera) Hemisferio NORTE: Solsticio de verano (21 Junio): da ms largo Solsticio de invierno (21 de Diciembre): da ms corto Equinoccio de primavera (20 de Marzo): da=noche (paso de invierno a primavera) Equinoccio de otoo (22 de Septiembre): da=noche (paso de verano a otoo)

Estaciones

Latitud y Longitud

Latitud: Angulo que forma el radio terrestre que pasa por el punto de la superficie terrestre considerado respecto al ecuador.

Longitud: Angulo que forma el meridiano que pasa por el punto de la superficie terrestre considerado respecto al meridiano de Greenwich.

Posicin del Sol relativa a superficies horizontales

Para calcular la irradiancia en un colector plano, es necesario conocer la posicin del sol relativa a la ubicacin del colector, la misma que se define por la altura solar y los ngulos de azimut.

La posicin del Sol, se define por tres ngulos, latitud (ubicacin), ngulo de declinacin (poca del ao) y ngulo horario (hora del da). Para la orientacin del colector, es necesario conocer el ngulo de inclinacin (plano del colector) y el ngulo azimut del colector (normal a la superficie del colector).

Declinacin Solar

Es el ngulo formado entre el rayo solar con el plano del ecuador en cada poca del ao. Este ngulo es llamado declinacin solar . Depende exclusivamente de la poca del ao y no de la ubicacin.

Fuente: http://meteovargas.com

Declinacin Solar


Declinacin Solar

A continuacin se presentan dos frmulas simples comnmente usadas para determinar la declinacin (en grados), como son la frmula de Perrin de Brichambaut (1975):

= 1 0.4 sin360

365 82

y la de Cooper (1969), que resulta menos aproximada pero ms sencilla:

= 23.45 sin360

365 + 284

: el numero de da del ao (1-365)

Altura Solar

La altura solar (, tambin llamada elevacin solar), es la altura angular del sol sobre el horizonte celestial del observador. Este es un ngulo que vara entre 0 y 90.

sin = sin sin + cos cos cos

= 90

: ngulo de latitud, : ngulo de declinacin,

: ngulo horario, todos en grados

Cenit Solar

El cenit (z) es el ngulo entre el cenit local (punto ms alto en el cielo con relacin al observador) y la lnea que une al observador y el sol. El ngulo del cenit es el complemento de la altura solar.

cos = sin sin + cos cos cos = sin

= 90

Azimut Solar

El azimut solar es el ngulo en el cenit local entre el plano del meridiano del observador y el plano de un gran crculo que pasa por el cenit y el sol. Es medido hacia el este positivamente, oeste negativamente, (sur = cero) y de este modo vara entre 0 y 180.

cos = sin sin + sin

cos cos

Fuente: http://html.rincondelvago.com/movimientos-de-la-tierra-respecto-del-sol.html

Angulo Horario

El ngulo horario es el ngulo medido en el polo celestial entre el meridiano del observador y el meridiano del sol. Contado desde el medio da, cambia 15 por hora. Por convencin AM es positivo y PM negativo. El amanecer y atardecer se puede determinar con = 0 en la ecuacin de altura solar.

= cos1 tan tan

Tambin se puede determinar la cantidad de horas de luz (L).

=2

15


Las definiciones y convenciones de signo son resumidas a continuacin:

z es el ngulo cenital (grados);

es la altura solar (grados), tambin llamada elevacin solar; = 90 - z;

es el ngulo horario, igual a cero a medioda;

es la latitud geogrfica (grados), norte positivo;

es el azimut local (grados), sur cero, este positivo; y

es la declinacin solar, la posicin angular del sol respecto al plano ecuatorial, norte positivo (grados).

Frmulas

= 23.45 sin360

365 + 284

sin = sin sin + cos cos cos

cos = sin sin + sin

cos cos

= cos1 tan tan

=2

15

Da Solar

Es el intervalo de tiempo en que el Sol realiza una revolucin completa alrededor de un observador estacionario situado en la Tierra. Este intervalo no es necesariamente de 24 horas.

El da solar vara a lo largo del ao por dos razones:

La Tierra barre reas desiguales en el plano de la eclptica a medida que se mueve en torno al Sol.

El eje de la Tierra est inclinado respecto al plano de la eclptica.

Fuente: https://cenam.gob.mx

Zonas Horarias

UTC = Universal Time Coordinated

La longitud de referencia para Universal Time (UT) es el Meridiano de Greenwich: longitud cero.

1 de longitud hacia el Este desplazamiento de +1/15 horas (+4min)

Fuente: http://pendientedemigracion.ucm.es

Zonas Horarias

GMT: Greenwich Mean Time

Cuando el Sol medio pasa por el meridiano superior de Greenwich es medioda: 12:00:00

Fuente: http://pendientedemigracion.ucm.es

Hora Solar Local

Es la hora real, es decir, son las 12 del medioda cuando el Sol est en el cnit (lo ms alto). Es la hora que marca un reloj de sol al que no se le ha aplicado ninguna correccin para que marque la Hora Solar Estndar.

Esta hora solar no coincide, excepto cuatro das al ao, con la estndar, debido a las fluctuaciones, en el tiempo, de la duracin de los das en el ciclo de un ao (menos de unos 15 min de diferencia).

Hora Solar Estndar

Es la hora que marcan nuestros relojes. Esta hora es la que corresponde al huso horario en el que se encuentre la mayor parte de un pas.

Energa Solar Trmica

Es la transformacin de la energa radiante solar en calor o energa trmica. Dicha energa se encarga de calentar el agua de forma directa, almacenndola para su posterior consumo en calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefaccin, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeracin, etc.

Fuente: http://tecaingenieros.files.wordpress.com

Ventajas de la utilizacin de la energa solar trmica

No consumen combustibles fsiles para producir energa.

No emiten GEI a la atmsfera.

No motivan la presencia de la lluvia cida.

No originan desechos txicos ni radioactivos.

No afecta la calidad de las aguas ni del suelo.

No produce ruidos molestos.

Normalmente, no existen efectos negativos sobre la flora y fauna aledaa a estas instalaciones.

Ventajas de la utilizacin de la energa solar trmica

Emplea una tecnologa madura, con gran experiencia y rentable.

Los sistemas solares trmicos estn en capacidad de proporcionar, aproximadamente, el 70% del agua caliente sanitaria demandada.

Las instalaciones solares trmicas representan un ahorro entre 70% y 80% en el costo de produccin de agua caliente sanitaria, en comparacin con los sistemas convencionales.

Los colectores solares son un importante complemento en la calefaccin de viviendas y edificios.

La inversin en este tipo de sistemas se amortiza con el ahorro obtenido, en un plazo relativamente corto.

Desventajas de la utilizacin de la energa solar trmica

Con excepcin de los colectores solares termodinmicos, estos sistemas solamente captan la energa solar directa.

En los sistemas solares termoelctricos, el fluido caloportador puede llegar a ser contaminante si se produce una fuga, y sta se pone en contacto con el suelo.

Los sistemas solares generadores de electricidad requieren de un suministro continuo de agua, para convertirla en vapor. Esta condicin es un tanto compleja, por cuanto los terrenos ridos son los ms adecuados en el mbito energtico.

Componentes de una instalacin solar trmica

Fuente: http://www.tersosystems.com


Los paneles solares transforman las radiaciones solares en calor, el cual es transferido al fluido caloportador que circula dentro de los colectores. Para este caso, se emplea agua fra sanitaria (AFS). Por medio de una bomba se enva el fluido caliente al acumulador. Dicha bomba contiene un sistema de control, que permite ponerla en marcha cuando la temperatura el panel sea ms alta que la del acumulador, empezando el aporte de calor.


El fluido caliente, que se encuentra en el depsito, circula por las tuberas internas de este acumulador cediendo su calor al agua almacenada. Una vez que el agua est caliente, se la puede utilizar en duchas, lavabos, lavadoras, etc. Finalmente, el fluido caloportador retorna al colector para reiniciar el ciclo.


Esta configuracin tambin cuenta con una caldera, la cual se encarga de suministrar el ACS (agua caliente sanitaria) requerida cuando no se dispone de la energa solar necesaria. Otro componente importante lo constituye el vaso de expansin, cuya funcin es absorber los cambios de volumen del fluido caloportador provocados por las variaciones de temperatura.


Paneles o colectores solares.

Acumuladores solares (depsitos).

Bomba el circuito solar.

Equipos de regulacin y control.

Sistemas energticos auxiliares

Sistemas auxiliares.

Paneles Solares Trmicos Un captador o colector solar es un dispositivo diseado para absorber la radiacin solar y transformarla en energa trmica (calor). Este calor es cedido a un fluido caloportador (agua, aire o fluidos especiales). Una vez calentado ese fluido, se puede emplear para producir ACS, en sistemas de calefaccin y para generar energa elctrica.

Fuente: http://www.thermosolar.sk

Tipos de Colectores

Colectores de baja temperatura (< 200C)

Polipropileno

Placa plana

Tubos en vaco

Colectores de baja temperatura

Captadores de polipropileno

Se componen de una gran cantidad de diminutos tubos de dicho material por los que circula el agua a calentar. Estn especialmente recomendados para el calentamiento de piscinas exteriores en temporada de verano, por su temperatura de trabajo (25-35C). Adems no posee ningn tipo de cubierta exterior, aislante ni caja; por lo que las perdidas son grandes, lo que limita su aplicacin a otro tipo de instalaciones. Debido a su composicin, estos colectores toleran bien el paso de aguas agresivas (agua de piscina clorada), pero aguantan mal las tensiones mecnicas (heladas), y los rasguos superficiales. Su precio oscila entre 80-125 $/m2.


Captadores de placa plana

Interceptan la radiacin solar en una placa de absorcin por la que pasa el fluido caloportador. Este fluido, que puede ser aire, agua o agua con anticongelante, se calienta al atravesar los canales de la mencionada placa; alcanzando temperaturas de 50 a 70C. Su rendimiento es alto (70% a 80%), y son los que comnmente se emplean para calentar agua y para calefaccin. Su precio oscila entre 245 -330 $/m2.


Fuente: http://www.galeon.com


Captadores de tubos de vaco:

Disponen de unos tubos de vidrio transparente, los cuales llevan internamente otro tubo concntrico de absorcin recubierto de una pelcula selectiva, por donde circula el fluido caloportador. Al fabricarlo se extrae el aire contenido entre los tubos indicados para minimizar las prdidas de calor. La radiacin solar atraviesa el tubo exterior transparente de vidrio, e incide sobre el tubo interior de absorcin, calentando el fluido que circula dentro de ste hasta 110C; lo que permite su uso para calefaccin, calentamiento de piscinas, etc. El rendimiento es muy alto (mayor que el de placa plana) y se emplea especialmente en climas fros. Su costo oscila entre 685 820 $/m2.


Fuente: http://www.roth.com

Tipos de Colectores

Colectores de media temperatura (200C a 400C)

Colectores Cilndrico Parablicos

Colectores de media temperatura

Captadores cilndrico-parablicos:

Concentran los rayos solares en un punto o en una lnea de superficie reducida (tubo absorbedor). Para aumentar su eficiencia se aade un sistema de seguimiento, cuya tarea es situar al concentrador en la posicin en la que la recepcin de energa solar sea mxima. El lquido caloportador que circula por el interior del mencionado tubo, puede llegar a temperaturas de alrededor de 400C. Este aceite pasa por un intercambiador de calor en contracorriente con agua, la cual se transforma en vapor a alta presin. Dicho vapor se utiliza para producir energa elctrica, en la industria, en la calefaccin de edificios, en el secado de productos, etc.


Captadores solares cilndrico-parablicos con sistema de seguimiento

Fuente: http://www.esrenovable.com


La limitacin de este tipo de sistemas radica en el hecho de que los colectores en cuestin slo captan la radiacin solar directa, por lo que deben ser instalados en terrenos llanos y zonas no nubladas. Adems, se debe disponer de agua (para producir vapor) y de una red elctrica cercana para entregar la electricidad generada. Una aplicacin importante de esta clase de tecnologa la constituye la climatizacin; es decir, la produccin de calor tanto para calefaccin como para el acondicionamiento del aire.

Colectores de media temperatura Instalacin solar cilndrico-parablica para climatizacin

Fuente: Energas Renovables (Fundamentos, Tecnologas y Aplicaciones), escrito por Antonio Madrid, primera edicin, pgina 328

Tipos de colectores

Colectores de alta temperatura (> 400C)

Heliostatos

Captadores de Disco

Colectores de alta temperatura

Torres Solares:

Consiste en una torre y espejos de orientacin variable (helistatos) para concentrar la radiacin solar. Los helistatos pueden girar sobre ambos ejes para conseguir el mejor rendimiento energtico. Los espejos suelen ser de vidrio, y se encuentran anclados al suelo por medio de una estructura de soporte. La energa solar es concentrada por los espejos, que la reflejan y concentran (hasta 600 veces) sobre una caldera situada sobre la torre.


Torres Solares:

El calor producido se transmite a un fluido (aire, agua o sales minerales fundidas), para su transformacin en vapor. Este vapor alimenta a una turbina, produciendo energa mecnica que ser transformada en electricidad por un generador. Con este sistema se pueden alcanzar temperaturas mayores a 1.000C.

Colectores de alta temperatura Instalacin solar con torres y espejos de orientacin variable

Fuente: http://sectorestci.wordpress.com


Captadores de discos Stirling para concentracin solar:

El motor Stirling se caracteriza por funcionar con gas caliente. En este caso, se elevar la temperatura del gas utilizando energa solar. Tiene un excelente rendimiento en la conversin de calor en energa mecnica; la cual, posteriormente, se transformar en electricidad. El colector curvado capta los rayos solares, concentrndolos y hacindolos incidir sobre el receptor. Dentro del mencionado receptor se encuentra el fluido caloportador, que puede calentarse hasta 750C.


Concentrador solar de discos Stirling

Fuente: Energas Renovables (Fundamentos, Tecnologas y Aplicaciones), escrito por Antonio Madrid, primera edicin, pgina 331

Acumuladores Solares

Los paneles solares trabajan mientras haya radiacin solar, pero la demanda de calefaccin y ACS contina durante la noche o das nublados. Por este motivo se necesita de un depsito para almacenar el agua caliente, durante horas o incluso das.


Estos depsitos se clasifican en:

Acumuladores de ACS: Para duchas, lavabos, baos, etc. Su capacidad oscila entre 100 litros y 400 litros para una vivienda. Para dimensionarlos, se considera un consumo diario de 40 litros de ACS a 45C por persona.

Acumuladores de inercia: Para calefaccin. Su capacidad vara entre 700 litros y 1.000 litros.

Acumuladores multiusos: Sirven para ACS y calefaccin.


Fuente: http://enersolari.blogspot.com

Bomba del Circuito Solar

Es la encargada de transportar el fluido caloportador desde el colector solar hasta el acumulador.

Fuente: http://www.empresaeficiente.com

Equipos de Regulacin y Control

Regulador Solar: Pone en marcha a la bomba cuando la temperatura en el captador solar es superior a la del agua en el depsito.

Vlvula mezcladora de agua: Garantiza la temperatura ptima del agua dependiendo del uso. Por ejemplo, si el agua en el depsito est a 60C y se requiere usarla en la ducha, esta vlvula la mezcla con agua fra hasta alcanzar una temperatura entre 40C y 43C.

Vlvula de seguridad.


Sistema de autoproteccin contra temperaturas excesivas: En el interior de los paneles solares se pueden alcanzar temperaturas de 200C; por esto, es necesario contar con dispositivos que, al detectar el sobrecalentamiento, vacan automticamente el colector.

Sistema de ajuste del caudal: Vara segn la intensidad de la radiacin solar.


Fuente: http://www.calefaccionsostenible.es

Sistemas Enrgeticos Auxiliares

Para garantizar el suministro de energa trmica cuando no se disponga de energa solar. Se encuentra la caldera adicional, cuya funcin entregar ACS cuando no sea posible obtenerla del Sol. Esta caldera puede funcionar con gas, diesel, energa elctrica, biocombustibles, energa geotrmica, etc.

Equipos Auxiliares

Tuberas.

Manmetro: Para conocer y regular la presin del sistema.

Vaso de expansin: Se encarga de los cambios de volumen del fluido caloportador, causados por las variaciones de temperatura.

Cuadro Comparativo entre tipos de Colectores

Cilindro Parablicos Centrales de Torre Generadores de Disco

Parablicos

Tamao (MW) 30 320 10 200 5 25 (kW)

Temperatura de Operacin (C)

400 600 750

Eficiencia pico (%) 20 23 29.4

Eficiencia Neta Anual (%) 11 16 7 20 12 15

Estado Comercial Comercialmente disponible Demostracin a gran escala Demostracin de prototipos

Riesgo Tecnolgico Bajo Medio Alto

Disponibilidad de Almacenamiento

Limitado Si Batera

Coste ($/m2) 350 - 670 250 - 440 400 - 3920

Coste ($/W) 3.40 13.24 3.14 5.46 1.64 - 16

Resumen de la tipologa y aplicaciones de instalaciones solares termoelctricas (Fuente: Overview of Solar Thermal Tecnologies. Department of Energys Concentrating Solar Power Program. U.S. Department of Energy (DOE)).

SIMBOLOGIA

Cmo se transporta el calor?

Conduccin.- Contacto

Conveccin.- Mezcla de Lquidos

Radiacin.- Sin contacto (a travs del vaco), mediante radiacin infrarrojo.

CONDUCTIVIDAD DEL CALOR

SLIDOS (METALES

LIQUIDOS GASES

La radiacin al llegar al colector ocurre:

Absorcin

Reflexin

Transmisin

Propiedades de los colectores


Propiedades pticas del vidrio

Se pueden analizar por medio de un coeficiente llamado Transmitancia que se define por:

= radiacin transmitida

radiacin incidente=

Energa que atraviesa el vidrio

Energa incidente sobre el vidrio

Rendimiento del colector solar placa plana

Tc = Tm


Dimensionamiento bsico de instalacin solar trmica para agua caliente sanitaria

Ahorro econmico

Referencias

Energa Solar Trmica. Douglas Aguirre. Escuela Superior Politcnica del Litoral

Renewable Energy Sources. Nicola Pearsall. Newcastle University.

2. energia solar termica

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