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Metodología y análisis comparativo de equipos solares prefabricados indirectos por termosifón. Proyecto Fin de Carrera Miguel Ángel Navarro Martínez

76

5. Aplicación de la metodología de comparación. Se realiza la aplicación de la metodología de comparación indicada en el capítulo 4 a los 7 equipos ensayados.

5.1. Equipos comparados. Características técnicas.


77

Datos del captador:

Equipo 1 2 3 4 5 6 7

Nº de captadores 1 2 2 1 1 2 1

Dimensiones: Largo [mm] Ancho [mm] Profundo [mm]

1915 1215 107

1915 1215 107

1915 1215 107

2300 1225 94

2055 1066 89,7

1850 1050 85,4

2065 1075 108

Área de apertura por captador [m2]

2,16 2,16 2,15 2,3 2,08 1,77 2,03

Área de absorbedor por captador[m2]

2,07 2,07 2,07 No esp. No esp. 1,80 2

Peso vacío [kg] 41,5 No esp. 41,5 No esp. No esp. No esp. 43

Peso total del captador lleno [kg]

44 44 44 52,77 46,3 36 43,8

Capacidad de liquido del captador[l]

2,88 2,88 2,88 1,64 1,51 1,3 1,3

Nº cubiertas 1 1 1 1 1 1 1

Material de la cubierta

VSH VSH VSH VSH Vidrio VSH VSH

Espesor de la cubierta [mm]

4 4 4 4 4 3,2 3,2

Material del absorbedor

Cobre Cobre Cobre Aluminio Aluminio Cobre Cobre

Proceso de fabricación del absorbedor

SU SU SU Soldadura Láser

No esp. SU SU

Tratamiento superficial del absorbedor

RU RU PN RS RS AS AS

Nº tubos del absorbedor

10 10 10 11 11 8 8

Diámetro del tubo de absorbedor[mm]

12 12 12 8 8 8 8

Distancia entre tubos [mm]

115 115 115 100 92 125 125

Aislamiento lateral [mm]

P 28

P 28

P 25

LV 25

LR 18

FV 20

FV 20

P 28 mm

P 28 mm

P 28 mm

Aislamiento de fondo LV

20 mm LV

20 mm LV

20 mm

LR 40 mm

LR 40 mm

FV 50 mm

FV 50 mm

Tabla 5.1 Datos del captador en los equipos ensayados.


78

Datos del acumulador:

Equipo 1 2 3 4 5 6 7

Material Acero Acero Acero GP No esp. AV AV

Longitud [mm] 1500 1985 1985 900 1140 1800 1300

Diámetro [mm] 600 600 600 600 620 580 580

Espesor [mm] 2 2 2 No esp. No esp. No esp. No esp.

Tratamiento interior RE RE RE VT AI VT VT

Volumen [l] 200 287 287 192 200 280 192

Temperatura máx. operación [ºC]

80 80 95 95 No esp. 94 94

Presión máx. de operación circuito primario [bar]

3 3 3 3 7 3,5 3,5

Presión máx. de operación circuito secundario[bar]

8 8 8 6 6 6 6

Aislamiento P P PDI P P P P

Conductividad del aislamiento[W/m*K]

0,023 0,023 0,023 0,023 No esp. 0,022 0,020

Espesor de aislamiento [mm]

55 55 50 40 50 40 40

Protección contra corrosión

AM AM AM No esp. No esp. No esp. No esp.

Circuito de Transferencia

DE DE DE DE SP DE DE

Superficie de intercambio [m2]

2,82 4,38 4,38 1,16 No esp. No esp. No esp.

Caudal primario [l/min.]

2,67 2,67 2,67 1,92 No esp. No esp. No esp.

Tabla 5.2 Datos del acumulador en los equipos ensayados. Siendo: VSH: Vidrio solar con bajo contenido en hierro; SU: Soldadura por ultrasonidos; RS: Recubrimiento selectivo; RU: Recubrimiento ultraselectivo; AS: Azul selectivo; PN: Pintura negra solar; P: Poliuretano; LV: Lana vidrio; LR: Lana de roca; FV: Fibra vidrio; PDI: Poliuretano directo inyectado; AI: Acero inoxidable; AV: Acero vitrificado; RE: Recubrimiento de Enamel; VT: Vitrificado;


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GP: Galvanizado prepintado; AM: Ánodo de magnesio; DE: Doble envolvente; SP: Serpentín o tubular; No esp: No especificado. Resumen de características de los equipos, valores calculados de V/A, UA y coeficiente del ensayo de pérdidas en el acumulador, Us.

Equipo

Tratamiento

superficial del absorbedor

Tipo de intercambiador

A

[m2] V [l]

V / A [l/m2]

E [mm]

Us [W/K]

UA [W/K]

1 Ultraselectivo Doble envolvente 2,16 200 92,59 55 4,21 1,015 2 Ultraselectivo Doble envolvente 4,32 287 66,43 55 4,72 1,343 3 Pintura negra Doble envolvente 4,3 287 66,74 50 3,69 1,484 4 Selectivo Doble envolvente 2,3 192 83,47 40 3,34 0,844 5 Selectivo Serpentín 2,08 200 96,15 50 3,67 0,883 6 Azul selectivo Doble envolvente 3,54 280 79,09 40 3,9 1,628 7 Azul selectivo Doble envolvente 2,03 192 94,58 40 3,43 1,175

Tabla 5.3 Resumen de características y resultados de V/A, UA y Us. Donde E es el espesor de aislamiento del acumulador.


80

5.2. Caracterización del tamaño relativo captador-depósito. Se grafican los valores del volumen frente al área para los 7 equipos ensayados:

180

200

220

240

260

280

300

2 2,5 3 3,5 4 4,5

A [m2]

Vol

umen

[l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.1 Volumen del acumulador frente al área de apertura.

No existe linealidad en los equipos estudiados entre el área de apertura y el volumen del depósito instalados para cada equipo. En los equipos ensayados se presentan siempre 2 situaciones:

• Equipos con un solo captador de unos 2 m2 de área de apertura y un depósito de aproximadamente 200 l.

• Equipos con dos captadores de unos 2 m2 de área de apertura cada uno y un depósito de aproximadamente 280 l.

Los captadores de todos los equipos estudiados tienen un rango muy estrecho de área de apertura comprendido entre 1,77 m2 y 2,3 m2. El área media de dichos captadores es 2,08 m2. Los equipos con mayor depósito de acumulación poseen 2 captadores en vez de tener un solo captador de mayor área. Los depósitos de los equipos ensayados se dividen entre aquellos de menor volumen de acumulación, encontrándose en nuestro caso en un estrecho rango de 192 a 200 litros, siendo su media 196 l, y los depósitos de mayor volumen de acumulación, que se encuentran en el rango de 280 a 287 litros, cuya capacidad media es 285 litros. En los equipos estudiados se observa que al doblar el área de apertura, es decir colocar dos paneles en vez de uno, el volumen solo aumenta de media un 45%, es decir colocar un depósito de 285 litros de media en vez de uno 196 litros de media. Los incrementos de área de apertura son mayores que los incrementos de volumen del depósito al pasar de los equipos de menor a mayor tamaño.


81

Se presentan los valores de V, A y V/A en los equipos estudiados. Se han ordenado los equipos de menor a mayor cociente V/A para facilitar la comparación.

0

50

100

150

200

250

300

350

2 3 6 4 1 7 5

Equipos

V [l

] , V

/A [l

/m2]

0

1

2

3

4

A [m

2]

V

V/A

A

Gráfica 5.2 Comparación V, V/A y A.

Los equipos estudiados de mayor área de apertura corresponden a los equipos de menor V/A. Los equipos de mayor volumen de acumulación corresponden también a los equipos de menor V/A. Los equipos de mayor área, aunque sean también los de mayor volumen, son los de menor V/A, al ser los incrementos de área mayores que los de volumen, como se indico con anterioridad. Rango de V/A admitido por CTE y rango de los equipos ensayados:

0 50 100 150 200

V/A [l/m^2]

1

2Rango admitido

CTE

Rango equipos estudiados

Gráfica 5.3 Rango de variación de V/A


82

El cociente V/A en los equipos estudiados se mueve en un estrecho margen entre 66 y 96 l/m2 para todos los equipos estudiados, siendo su media 83 l/m2. El cociente V/A en los equipo estudiados se encuentra dentro del margen establecido por el CTE (V/A acotado entre 50 y 180 l/m2). Todos se encuentran en la parte baja del rango admitido por el CTE.

5.3. Relación entre las variables asociadas a pérdidas térmicas. Se representan los valores de Us, UA y espesor de aislamiento del depósito enfrentados entre sí.

3

3,5

4

4,5

5

35 40 45 50 55 60

Espesor aislamiento [mm]

Us

[W/K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.4 Valores de Us frente al espesor de aislamiento del depósito.

0

0,5

1

1,5

2

35 40 45 50 55 60

Espesor aislamiento [mm]

UA

[W/K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.5 Valores de Us frente al espesor de aislamiento del depósito.


83

0

0,5

1

1,5

2

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

UA

[W/K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.6 Valores de UA frente Us.

No existe linealidad entre los valores de Us, UA y el espesor de aislamiento en el depósito para los equipos estudiados. Se representan los valores de Us, UA y el espesor de aislamiento en el depósito de acumulación para los equipos estudiados. Se han ordenado los equipos de menor a mayor Us.

0

1

2

3

4

5

4 7 5 3 6 1 2

Equipos

Us,

UA

[W/K

]

0

10

20

30

40

50

60

Esp

esor

ais

lam

ient

o [m

m]

Us

UA

Espesoraislamiento

Gráfica 5.7 Comparación Us, UA y espesor de aislamiento del depósito.

Us (W/K) UA (W/K) Espesor de aislamiento (mm) Valor máximo 4,47 1,628 55 Valor mínimo 3,34 0,844 40 Valor medio 3,85 1,20 47

Tabla 5.4 Valores máximos, medios y mínimos de Us, UA y espesor de aislamiento del depósito.

Se observa que los valores de estas magnitudes no difieren demasiado entre los distintos equipos estudiados.


84

Conocido el diámetro y la conductividad térmica de los equipos ensayados (ver tabla 5.2), puede calcularse el espesor mínimo de aislamiento en el acumulador exigido por el RITE. Todos los equipos ensayados tienen similares diámetros y conductividad térmica (diámetros entre 580 y 620 mm y conductividad entre 0,02 y 0,023 W/m*K). Para todos los equipos ensayados, el espesor mínimo de aislamiento exigido en el acumulador se encuentra entre los 28 y 33 mm. Los espesores de los equipos ensayados se encuentran entre 40 y 55 mm, por lo que superan todos el espesor mínimo exigido.


85

5.4. Comparación a partir de resultados de los ensayos.

5.4.1. Energía de salida frente a la radiación solar en el plano del captador. Se muestra una tabla resumen de resultados de los ensayos de rendimiento diario válidos para cada equipo ensayado. Se muestra aquí el resumen de días de ensayo para el equipo 1. Los resultados para el resto de equipos se muestran en los anexos.

Fecha

H [MJ/m2]

Td(max) [ºC]

Tmain [ºC]

Ta(day) [ºC]

Ta(day)-Tmain [K]

Q [MJ]

20/02/2009 21,60 46,53 19,48 15,04 -4,44 22,37

21/02/2009 24,70 50,19 19,57 16,55 -3,01 25,02

23/02/2009 24,90 50,84 19,57 17,32 -2,26 26,47

26/02/2009 18,90 39,86 12,48 17,56 5,08 22,36

01/03/2009 9,00 32,38 19,04 15,18 -3,86 8,41

11/03/2009 26,20 49,32 12,44 21,62 9,18 33,28

17/03/2009 20,30 44,79 13,43 19,81 6,37 25,10

18/03/2009 15,60 38,17 13,45 19,91 6,46 18,39

22/03/2009 21,00 42,51 13,54 19,25 5,71 24,58

25/03/2009 17,70 39,58 13,47 20,71 7,25 21,19

28/03/2009 10,90 33,23 13,46 17,50 4,04 12,87 Tabla 5.5 Resumen de días de ensayo de rendimiento diario. Equipo 1

Se muestran aquí las curvas de producción de energía de salida del sistema, Q, para el equipo 1. Los resultados para el resto de equipos se muestran en los anexos. Ajuste lineal de los datos de producción diaria de energía del sistema. Equipo 1:

06,1))((*37,0*14,1 −−+= TmaindayTaHQ

Equipo 1

05

1015202530354045

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q [M

J]

-10

0

10

20

Gráfica 5.8 Ajuste lineal de energía de salida. Equipo 1

Ta(day)-Tmain


86

Se representan las características de energía de salida de los 7 equipos ensayados, agrupados en una sola gráfica. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.9 Energía de salida para Ta(day)-Tmain = -10 K

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.10 Energía de salida para Ta(day)-Tmain = 0 K


87

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30

H [MJ/m2]

Q [

MJ]

Equipo 1

Equipo 2Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6Equipo 7


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30

H [MJ/m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Los equipos aumentan su energía de salida al aumentar la radiación en el plano de captación, como era de esperar. Todos los equipos tienen mejores resultados de energía de salida al aumentar la diferencia entre la temperatura ambiente media durante las 12 horas de duración del ensayo de rendimiento diario y la temperatura de acondicionamiento en dicho día, Ta(day)-Tmain. El orden en el que los equipos ensayados proporcionan energía de salida es el mismo independientemente del valor de Ta(day)-Tmain y de H. Solo existe una pequeña diferencia en el equipo 3, que se comporta relativamente peor que el resto para valores altos de H y mejor para valores bajos de H. La principal diferencia de diseño del equipo 3 con el resto de equipos estudiados es el tipo de tratamiento superficial aplicado. El tratamiento superficial del equipo 3 es


88

pintura negra mientras que el resto tiene distintos tipos de tratamientos selectivos, según las propias definiciones de los fabricantes. Se desconocen más datos de las características de los tratamientos superficiales de los captadores. Con los datos disponibles no puede afirmarse con seguridad que el tipo de tratamiento superficial sea la causa de este comportamiento. La denominación por parte de los propios fabricantes de sus superficies no resulta suficiente para obtener conclusiones. Los equipos que proporcionan mayor energía de salida son los equipos 2, 3 y 6, que son los de mayor V y A, como es lógico. Estos equipos son también los de menor V/A. Pero estos equipos, con aproximadamente el doble de área de apertura, no llegan a doblar la energía de salida. Por ejemplo para 20 MJ/m2 y Ta(day)-Tmain = 0 K, los equipos con menor área de apertura proporcionan una energía de salida de unos 20 MJ frente a los 35 MJ que proporcionan los equipos con aproximadamente el doble de área de apertura. No se encuentra relación entre los valores de energía de salida para los equipos estudiados y los valores de Us, UA y espesor de aislamiento.


89

5.4.2. Energía de salida por área de apertura frente a la radiación solar en el plano del captador. Se presentan de nuevo los datos del apartado anterior de energía de salida del equipo según la radiación en el plano del captador, pero por metro cuadrado de área de apertura del captador. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.13 Energía de salida por área de apertura para Ta(day)-Tmain = -10 K

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.14 Energía de salida por área de apertura para Ta(day)-Tmain = 0 K


90

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Se observa al presentar los resultados por metro cuadrado que las diferencias entre los equipos estudiados no son demasiado grandes. Los equipos 2, 3 y 6, los de menor V/A, son los equipos con menor Q/A, pero la diferencia es pequeña con el resto de equipos. A igualdad de área, los equipos estudiados de mayor volumen proporcionan más energía de salida. El equipo 5 es la única excepción. El equipo 5 proporciona menor energía de salida por unidad de área que otros equipos de similar tamaño. El intercambiador del equipo 5 es tipo tubular o de serpentín, frente a doble envolvente del resto de equipos. Al igual que en el apartado anterior, todos los equipos tienen mejores resultados de energía de salida al aumentar la diferencia de temperatura Ta(day)-Tmain. Por ejemplo para una radiación solar de 10 MJ/m2, la energía de salida por unidad de área es


91

próxima a 3 MJ por metro cuadrado de apertura de captador para Ta(day)-Tmain = -10 K y próxima a 7 MJ/m2 para Ta(day)-Tmain = 20 K. Para una radiación incidente de 20 MJ/m2 la energía de salida por unidad de área es próxima a 7 MJ por metro cuadrado de apertura de captador para Ta(day)-Tmain = -10 K y próxima a 13 MJ/m2 para Ta(day)-Tmain = 20 K. En el ejemplo anterior se comprueba como los mismos equipos pueden producir similares valores de energía de salida por unidad de área para dos exposiciones a la radiación muy distintas (H = 10 MJ/m2 y H = 20 MJ/m2) si se cambia la diferencia de temperatura Ta(day)-Tmain de 20 K a -10 K.


92

5.4.3. Incremento máximo de temperatura en el depósito frente a la radiación solar en el plano del captador. Se muestran aquí las curvas de incremento de temperatura máximo para el equipo 1. Los resultados para el resto de equipos se muestran en los anexos. Ajuste lineal del incremento de temperatura del sistema. Equipo 1.

86,5))((*38,0*05,1(max) +−+=− TmaindayTaHTmainTd

Equipo 1

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Td(

max

)-T

mai

n [K

]

-10

0

10

20

Gráfica 5.17 Ajuste lineal del incremento máximo de temperatura.

Se agrupa en una sola gráfica las características de incremento de temperatura de los 7 equipos ensayados. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Td(

max

)-T

mai

n [K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.18 Incremento máximo de temperatura en el depósito para Ta(day)-Tmain = -10 K

Ta(day)-Tmain


93

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Td(m

ax)-

Tmai

n [K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.19 Incremento máximo de temperatura en el depósito para Ta(day)-Tmain = 0 K

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Td(m

ax)-

Tmai

n [K

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7



94

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

Td(m

ax)-

Tmai

n [K

]Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Se observa que los equipos estudiados con similares valores de V/A tienen incrementos máximos de temperatura muy parecidos en la mayoría de los casos. No ocurre lo mismo para equipos con similares valores de V o A. Por ejemplo los equipos 4 y 6 producen incrementos de temperatura máximos parecidos y tienen similares valores de V/A (83, 48 y 79,10 l/m2 respectivamente) en cambio tienen distintos valores de V y A. Esto difiere de lo que ocurría con los resultados de energía de salida del apartado 5.1.1, donde equipos de similar V, A o V/A tenían resultados parecidos. En los equipos ensayados se observa que a menor V/A, mayor incremento de temperatura máxima en el depósito se alcanza. El equipo 5 vuelve a ser un caso llamativo, pues aún con valores de V/A muy cercanos a otros equipos, como el 1 y el 7, en cambio el incremento máximo de temperatura, Td(max)-Tmain, para este equipo es claramente menor. El equipo 5 posee un intercambiador de serpentín, mientras que el resto de equipos ensayados disponen de intercambiador de doble envolvente. Todos los equipos tienen mayores incrementos máximos de temperatura en el depósito al aumentar la diferencia de temperatura Ta(day)-Tmain. Por ejemplo, para una radiación incidente de 10 MJ/m2, el incremento máximo de temperatura ronda los 10 K para Ta(day)-Tmain = -10 K y es próximo a 25 K para Ta(day)-Tmain = 20 K. Para una radiación incidente de 20 MJ/m2, el incremento máximo de temperatura ronda los 25 K para Ta(day)-Tmain = -10 K y es próximo a 35 K para Ta(day)-Tmain = 20 K. En el ejemplo anterior se comprueba como los mismos equipos pueden producir similares incrementos máximos de temperatura en el depósito para dos exposiciones a la radiación muy distintas (H = 10 MJ/m2 y H = 20 MJ/m2) si se cambia la diferencia de temperatura Ta(day)-Tmain de 20 K a -10 K.


95

5.4.4. Incremento máximo de temperatura en el depósito por área de apertura frente a la radiación solar en el plano del captador. Se presentan de nuevo los datos del apartado anterior de incremento máximo de temperatura en el depósito del equipo según la exposición a la radiación, pero por metro cuadrado de área de apertura del captador. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/A

[K/m

2] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.22 Incremento máximo de temperatura por área de apertura para Ta(day)-Tmain = -10 K

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/A

[K/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.23 Incremento máximo de temperatura por área de apertura para Ta(day)-Tmain = 0 K


96

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/A

[K/m

2]Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/A

[K/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Se presentan los valores de incrementos máximos de temperatura en el depósito por unidad de área de apertura del captador para descartar que el área del captador sea una variable adecuada para comparar resultados de incremento de temperatura. A diferencia de lo que ocurría en el apartado 5.4.2 con la energía de salida del equipo, donde los resultados por unidad de área de apertura eran muy parecidos para todos los equipos estudiados, los incrementos máximos de temperatura en el depósito por unidad de área de apertura del captador no se parecen todos entre sí. Se observa como al presentar los valores de incrementos máximos de temperatura en el depósito por unidad de área de apertura del captador, el orden de los equipos estudiados es inverso al volumen de acumulación. Los equipos con menor volumen de acumulación son aquellos en los que se produce un mayor incremento.


97

5.4.5. Incremento máximo de temperatura en el depósito por unidad de volumen del acumulador frente a la radiación solar en el plano del captador Se presentan de nuevo los datos del apartado 5.4.3 de incremento máximo de temperatura en el depósito del equipo según la radiación en el plano de apertura, pero dividido por el volumen de acumulación. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/V

[K/l] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.26 Incremento máximo de temperatura por unidad de volumen para Ta(day)-Tmain = -10 K

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/V

[K/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.27 Incremento máximo de temperatura por unidad de volumen para Ta(day)-Tmain = 0 K


98

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/V

[K/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)/V

[K/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Se observa al presentar los resultados de incremento máximo de temperatura por unidad de volumen del depósito que las diferencias entre los equipos estudiados no son tan grandes como al estudiar el incremento máximo de temperatura por unidad de área de apertura. El incremento de temperatura por unidad de volumen para una radiación incidente de 10 MJ/m2 ronda los 0,05 K/l para Ta(day)-Tmain = -10 K y es próximo a 0,1 K/l para Ta(day)-Tmain = 20 K. Para una radiación incidente de 20 MJ/m2, el incremento máximos de temperatura por unidad de volumen ronda los 0,12 K/l para Ta(day)-Tmain = -10 K y es próximo a 0,18 K/l para Ta(day)-Tmain = 20 K.


99

5.4.6. Incremento máximo de temperatura en el depósito multiplicado por el cociente volumen del acumulador-área de apertura frente a la radiación solar en el plano del captador Se presentan de nuevo los datos del apartado 5.4.3 de incremento máximo de temperatura en el depósito del equipo según la radiación en el plano de apertura, pero multiplicado por el cociente V/A. Se representan para los cuatro valores de Ta(day)-Tmain = -10, 0, 10 y 20 K que pide la norma.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)*(

V/A

) [K

*l/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.30 Incremento máximo de temperatura multiplicado por V/A para Ta(day)-Tmain = -10 K.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)*(

V/A

) [K

*l/m

2] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.31 Incremento máximo de temperatura multiplicado por V/A para Ta(day)-Tmain = 0 K.


100

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)*(

V/A

) [K

*l/m

2] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


0500

100015002000250030003500400045005000

0 5 10 15 20 25 30

H [MJ/m2]

(Td(

max

)-T

mai

n)*(

V/A

) [K

*l/m

2] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7


Se observa al presentar los resultados de incremento máximo de temperatura multiplicado por V/A que las diferencias entre los equipos estudiados son pequeñas. Las diferencias entre los equipos estudiados así presentadas son incluso menores que presentando el incremento máximo de temperatura por unidad de volumen, como en el apartado anterior. La variable V/A es un parámetro útil en la comparación de los incrementos de temperatura de los equipos ensayados.


101

5.4.7. Comparación de variables durante la extracción para días soleados y nublados. Se muestra una tabla con los días de ensayo soleado y nublado seleccionados por cada equipo.

Ensayo soleado seleccionado Ensayo nublado seleccionado Fecha H [MJ/m2] Fecha H [MJ/m2] Equipo 1 21/02/2009 24,68 28/03/2009 10,91 Equipo 2 25/04/2009 25,99 17/04/2009 10,77 Equipo 3 09/11/2008 24,37 05/11/2008 9,61 Equipo 4 06/02/2009 23,93 27/02/2009 10,65 Equipo 5 08/05/2009 24,99 17/04/2009 11,31 Equipo 6 07/05/2009 25,68 18/04/2009 11,99 Equipo 7 16/05/2009 24,56 05/06/2009 13,80

Tabla 5.6 Ensayos seleccionados como días soleados y nublados. Se presentan los resultados de los ensayos de rendimiento diario de los días de ensayo soleado y nublado seleccionados para todos los equipos estudiados. Solo van a presentarse aquí los datos para el equipo 1. Los datos para el resto de equipos se presentan en los anexos. Se muestra una tabla con los momentos de acondicionamiento, carga y extracción para un día de ensayo soleado y otro nublado por cada equipo. Se muestra una tabla resumen con los principales valores medios y globales calculados durante el ensayo de rendimiento diario. Se representan los valores registrados durante 24 horas de irradiancia, temperatura de entrada y salida al equipo, y temperatura ambiente. Se representan los valores registrados de temperatura de entrada y extracción durante el periodo de extracción. Se representa frente al volumen extraído en litros y como múltiplo del volumen acumulador. Se representan para los días soleados y nublados seleccionados los valores de f(V), F(V) y el rendimiento en función del volumen extraído durante el periodo de extracción. Se representa frente al volumen extraído en litros y como múltiplo del volumen del acumulador.

Resultados para un día de ensayo soleado. Equipo 1.

Día de ensayo 21 día 2 mes 2009 año Inicio acondicionamiento 7 h 20 min 13 seg Final acondicionamiento 7 h 35 min 13 seg Inicio carga 7 h 38 min 3 seg Final carga 19 h 38 min 3 seg Inicio extracción 19 h 36 min 38 seg Final extracción 20 h 37 min 38 seg Tabla 5.7 Momentos de acondicionamiento, carga y extracción. Equipo 1, día soleado

Se fija como temperatura de entrada Tmain =19,59 ºC


102

Caudal medio de acondicionamiento 9,6 l/min

Irradiancia global media 571,3 W/m2

Irradiancia difusa media 115,5 W/m2 Temperatura viento media 16,1 ºC Velocidad viento media 5,0 m/s Temperatura ambiente media durante el ensayo, Ta(day) 16,6 ºC

Radiación global diaria,H 24,7 MJ/m2

Radiación difusa diaria 5 MJ/m2 Temperatura máxima salida, Td(max) 50,2 ºC Volumen total extraído 600,6 l Energía de salida, Q 25,0 MJ Caudal medio extracción 9,9 l/min Temperatura media de salida 29,3 ºC

Tabla 5.8 Variables calculadas. Equipo 1, día soleado

0

200

400

600

800

1000

1200

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

Hora

Irra

dian

cia

[W/m

2], V

olu

men

ext

raíd

o[l]

0

10

20

30

40

50

60

T [º

C] Irradiancia

V extraído

T entrada

T salida

T ambiente

Gráfica 5.34 Registro de variables medidas durante 24 h. Equipo 1, día soleado.


103

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Volumen extraído [l]

T [º

C]

Tmain

Td

Gráfica 5.35 Temperatura de entrada y temperatura de extracción. Equipo 1, día soleado.

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Volumen extraído [múltiplo de Vs]

T [

ºC]

Tmain

Td

Gráfica 5.36 Temperatura de entrada y temperatura de extracción. Equipo 1, día soleado.


104

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


F(V

) [%

], R

end

imie

nto

_V [%

]

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

f(V

)

F(V)

Rendimiento_V

f(V)

Gráfica 5.37 Rendimiento en función del volumen extraído, f(V) y F(V). Equipo 1, día soleado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


F(V

) [%

], R

endi

mie

nto

_V [

%]

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

f(V

)

F(V)

Rendimiento_V

f(V)

Gráfica 5.38 Rendimiento en función del volumen extraído, f(V) y F(V). Equipo 1, día soleado.


105

Resultados para un día de ensayo nublado. Equipo 1.

Día de ensayo 28 día 3 mes 2009 año Inicio acondicionamiento 7 h 15 min 9 seg Final acondicionamiento 7 h 30 min 9 seg Inicio carga 7 h 29 min 34 seg Final carga 19 h 29 min 34 seg Inicio extracción 19 h 30 min 24 seg Final extracción 20 h 31 min 44 seg Tabla 5.9 Momentos de acondicionamiento, carga y extracción. Equipo 1, día nublado.

Se fija como temperatura de entrada Tmain =13,46 ºC.

Caudal medio acondicionamiento 9,6 l/min

Irradiancia global media 251,2 W/m2

Irradiancia difusa media 158,6 W/m2 Temperatura viento media 17,4 ºC Velocidad viento media 4,2 m/s Temperatura ambiente media durante el ensayo,Ta(day) 17,5 ºC

Radiación global diaria H 10,9 MJ/m2

Radiación difusa diaria 6,9 MJ/m2 Temperatura máxima salida Td(max) 33,2 ºC Volumen total extraído 600,5 l Energía de salida Q 12,9 MJ Caudal medio extracción 9,8 l/min Temperatura media salida 18,5 ºC

Tabla 5.10 Variables calculadas. Equipo 1, día nublado.

0

200

400

600

800

1000

1200

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

Hora

Irrad

ianc

ia [W

/m2]

,V

olu

men

ext

raíd

o [l

]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

T [

ºC]

Irradiancia

V extraído

T entrada

T salida

T ambiente

Gráfica 5.39 Registro de variables medidas durante 24 h. Equipo 1, día nublado.


106

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


T [º

C]

Tmain

Td

Gráfica 5.40 Temperatura de entrada y temperatura de extracción. Equipo 1, día nublado.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


T [º

C]

Tmain

Td

Gráfica 5.41 Temperatura de entrada y temperatura de extracción. Equipo 1, día nublado.


107

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


F(V

) [%

], R

end

imie

nto_

V [

%]

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

f(V

) F(V)

Rendimiento_V

f(V)

Gráfica 5.42 Variables durante extracción. Equipo 1 día, nublado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


F(V

) [%

], R

end

imie

nto

_V [%

]

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007f(

V)

F(V)

Rendimiento_V

f(V)

Gráfica 5.43 Variables durante extracción. Equipo 1, día nublado.


108

Se muestra, agrupando en una sola gráfica, la evolución de los 7 equipos ensayados de las variables calculadas durante la extracción f(V), F(V), rendimiento en función del volumen extraído y Td, así como de Td-Tmain. Se representa frente al volumen extraído en litros y como múltiplo del volumen acumulador. Los resultados se muestran por separado para los días de ensayo soleados y nublados seleccionados.

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


f(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.44 f(V), días soleados.

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


f(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.45 f(V), días nublados.


109

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


f(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.46 f(V), días soleados.

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


f(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.47 f(V), días nublados.

Se observa en días de ensayo soleados como los equipos 2, 3 y 6, que son los que poseen mayor volumen de acumulación (285 l de media), proporcionan durante los primeros litros de extracción (aproximadamente hasta 0,7 veces el volumen del acumulador) una fracción de energía sobre el total por unidad de volumen, f(V), menor que el resto de los equipos (196 l de media). Al ser los depósitos mayores, su energía se encuentra repartida entre más litros de agua, y f(V) es menor. En contrapartida mantienen valores altos de f(V) durante más litros de extracción. Para días nublados, en los que los depósitos acumulan una cantidad menor de energía, los comportamientos se igualan bastante y las diferencias entre equipos con mayor y menor volumen de acumulación se reducen.


110

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


F(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.48 F(V), días soleados.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


F(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.49 F(V), días nublados.


111

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


F(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.50 F(V), días soleados.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


F(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.51 F(V), días nublados.

Al extraer un volumen equivalente a la mitad del depósito de acumulación, se extrae aproximadamente el 50 % de la energía acumulada en él. A partir de entonces, al volver a extraer otro volumen equivalente a la mitad del depósito de acumulación, la energía extraída en esa cantidad de agua corresponde aproximadamente al 36 % de la energía acumulada en él. Al extraer un volumen de agua igual al volumen del acumulador, de los tres que se extraen como mínimo en el ensayo de rendimiento diario, se extrae aproximadamente el 86% de la energía acumulada en el depósito. En los dos volúmenes finales de extracción solo se acumula el 14 % de la energía. También se observa que en los días nublados, el porcentaje de energía F(V) que resta en los litros finales de extracción es levemente superior a los días soleados.


112

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Ren

dim

ien

to_V

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.52 Rendimiento en función del volumen extraído, días soleados.

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Ren

dim

ien

to_V

[%] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.53 Rendimiento en función del volumen extraído, días nublados.


113

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Ren

dim

ien

to_V

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.54 Rendimiento en función del volumen extraído, días soleados

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Ren

dim

ien

to_V

[%] Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.55 Rendimiento en función del volumen extraído, días nublados.

Se ha calculado el rendimiento en función del volumen extraído como la energía contenida en el volumen extraído entre la radiación solar sobre el plano de captación y el área de apertura del captador. El rendimiento en función del volumen extraído coincide por definición con el rendimiento al final de la extracción (generalmente 3 veces el volumen del acumulador), pero se alcanza un valor muy cercano al rendimiento final mucho antes. Los niveles de rendimiento en función del volumen extraído son aproximadamente los mismos para días soleados y días nublados. Por ejemplo para 300 litros de extracción tanto en días soleados como en días nublados el rendimiento en los equipos estudiados


114

se encuentra entre 38 y 51 %. Dado que la principal diferencia entre los días soleados y nublados elegidos es el nivel de radiación, se comprueba que el rendimiento de los equipos ensayados depende débilmente de la radiación solar sobre el plano de captación, H. A partir de 50 litros de extracción, se observan diferencias de rendimiento de aproximadamente el 10 % entre algunos de los equipos estudiados. Al aumentar el volumen extraído esta diferencia se estabiliza, y no existen diferencias de rendimiento de más del 15 % entre los equipos estudiados. Tras extraer un volumen igual a la capacidad de su acumulador, alcanzan un rendimiento de aproximadamente el 86 % del valor final del rendimiento. Al extraer el equivalente a 3 veces su volumen de acumulación, todos los equipos estabilizan su rendimiento entre el 40 y el 55 %. No se ha encontrado relación entre los valores de rendimiento en función del volumen extraído y las variables de los equipos estudiadas volumen, área, V/A, Us, UA y espesor de aislamiento.

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Td

[ºC

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.56 Temperatura de salida, días soleados.


115

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Td

[ºC

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.57 Temperatura de salida, días nublados.

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Td

[ºC

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.58 Temperatura de salida., días soleados.


116

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Td

[ºC

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.59 Temperatura de salida, días nublados.

Se representan los valores de temperatura de salida del depósito, Td, durante toda la extracción. En los equipos estudiados la temperatura de extracción máxima se sitúa entre los 48 y 58 ºC para los días soleados seleccionados y entre los 26 y 40 ºC para los días nublados seleccionados. Para los días soleados seleccionados, la temperatura de extracción del depósito varía muy poco durante los primeros litros de agua extraídos. Para los equipos 2, 3 y 6, cuyos depósitos tienen de media 285 litros, su temperatura de extracción no cae sensiblemente los primeros 200 litros aproximadamente. Para el resto de equipos, cuyos depósitos tienen de media 196 litros, su temperatura de extracción no cae sensiblemente los primeros 140 litros aproximadamente. En ambos casos la temperatura de extracción no cae bruscamente hasta no extraer el equivalente al 70 % del volumen del acumulador. Para los días nublados seleccionados, en cambio, este fenómeno apenas se produce y la temperatura de extracción cae desde los primeros litros de extracción, salvo en el equipo 5, para el que los 100 primeros litros se extraen a una temperatura casi constante. Esta situación no se da para el resto de equipos. La temperatura de salida del depósito depende fuertemente de la temperatura a la que se hubiese acondicionado previamente Tmain, por lo que en las gráficas 5.60 a 5.64 se representan una vez restado este valor.


117

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Td-

Tm

ain

[K]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.60 Temperatura de salida menos temperatura de acondicionamiento (Td-Tmain), días soleados.

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


Td-

Tm

ain

[K]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.61 Temperatura de salida menos temperatura de acondicionamiento (Td-Tmain), días nublados.


118

0

10

20

30

40

50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Td-

Tm

ain

[K]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.62 Temperatura de salida menos temperatura de acondicionamiento (Td-Tmain), días soleados.

0

5

10

15

20

25

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0


Td-

Tm

ain

[K]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.63 Temperatura de salida menos temperatura de acondicionamiento (Td-Tmain), días nublados. Se representan los valores de la temperatura de salida del depósito durante toda la extracción menos la temperatura de acondicionamiento, Td-Tmain. En los equipos 2, 3 y 6, que corresponden a los de mayor A y V y menor V/A, se produce mayor diferencia Td-Tmain. Ya se observó este fenómeno en el apartado 5.4.3. Además la diferencia Td-Tmain permanece alta en los equipos 2, 3 y 6 durante más volumen extraído al tener más volumen sus depósitos, análogamente a lo ocurrido en las gráficas 5.44 a 5.47 con f(V). Los equipos de mayor V/A y menor V y A (equipos 1, 5 y 7) son los que proporcionan menor diferencia Td-Tmain.


119

También se observa que el equipo 5 tiene una diferencia Td-Tmain mucho menor que los equipos 1 y 7, a pesar de tener valores de V/A, A y V parecidos. Esto puede deberse al distinto tipo de intercambiador que posee el equipo 5 (de serpentín y no de doble envolvente). La mayor diferencia entre la temperatura de extracción, Td, y la temperatura de acondicionamiento, Tmain, sería la diferencia que se ha denominado incremento máximo de temperatura Td(max)-Tmain. Este máximo puede observarse en estas gráficas en los primeros litros de extracción. Este incremento máximo se sitúa entre 25 y 44 ºC para los días soleados seleccionados y entre 13 y 22 ºC para los días nublados seleccionados. El agua que se extrae del depósito se repone con agua a la temperatura Tmain. Durante la extracción de agua, la temperatura del depósito tiende a esta temperatura Tmain. Tanto en días nublados como en soleados, e independientemente del volumen de acumulación de cada equipo, aproximadamente cuando se extrae vez y media el volumen de acumulación del equipo, la diferencia entre la temperatura del depósito y la temperatura del agua de reposición, Tmain, es muy pequeña. Una vez extraídos el equivalente a tres veces el volumen del depósito la diferencia es prácticamente nula. Similitud de los resultados obtenidos siguiendo el método de ensayo en vigor con los resultados esperables según la metodología antigua, descrita por el INTA. Sería interesante poder comparar los resultados del ensayo de rendimiento de equipos siguiendo el método de ensayo antiguo, descrito por el INTA, con los resultados obtenidos siguiendo el método de ensayo actual, que sigue la norma ISO 9459-2. Se dispone de los resultados según la actual norma, pero no de los ensayos siguiendo el método descrito por el INTA, con lo cual no es posible la comparación. Tampoco es posible conocer con exactitud qué resultados se obtendrían siguiendo el método del INTA, a partir de los resultados de los ensayos siguiendo la norma actual, porque las condiciones de ensayo son distintas. Por ejemplo, entre otras diferencias, en el procedimiento del INTA, los días de ensayo válidos debían cumplir entre otras condiciones que la diferencia entre la temperatura ambiente diurna y la temperatura del agua fría de entrada fuese igual a 10 ± 5 ºC y que los valores de radiación global diaria estuviesen en el rango mayor de 20 MJ/m2 en plano horizontal. En cambio para la norma actual, los días de ensayo se toman con un rango muy amplio de H y los valores de [Ta(day)-Tmain] deben estar siempre entre -5 K y +20 K para cada día de ensayo. Aunque las condiciones de ensayo requeridas son distintas, algunos de los días válidos para la actual norma sí se aproximan a las condiciones exigidas en el método antiguo de ensayo. Puede suponerse que los días de ensayo válidos siguiendo la actual norma, con H mayor de 20 MJ/m2 en plano horizontal y la temperatura de entrada Tmain próxima a 10 ± 5ºC, es una buena aproximación a los resultados que se obtendrían con el método de ensayo anterior. Estas condiciones hacen suponer que los resultados que se obtendrían de haber utilizado el método de ensayo anterior se parecerían a los resultados del ensayo de rendimiento diario que se han obtenido siguiendo la actual norma de ensayo, para un día soleado.


120

5.4.8. Perfil de temperatura de extracción normalizada en el ensayo de grado de mezcla. Tabla de temperatura inicial, temperatura del agua de reposición y energía de salida del ensayo de grado de mezcla para los equipos ensayados.

Temperatura

inicial [ºC] Temperatura de reposición [ºC]

Energía de salida [MJ]

Equipo 1 63,46 19,11 38,93 Equipo 2 61,01 13,75 60,26 Equipo 3 62,61 14,39 57,98 Equipo 4 61,57 12,27 40,29 Equipo 5 61,66 13,37 38 Equipo 6 65,66 13,37 62,18 Equipo 7 63,17 13,33 39,39 Tabla 5.11 Condiciones y resultados del ensayo de grado de mezcla.

Se comprueba que las condiciones de temperatura inicial y del agua de reposición son parecidas en todos los ensayos. Los resultados de g(V) se consideran independientes de estos valores. Se representan los perfiles de temperatura de extracción normalizado del ensayo de grado de mezcla para todos los equipos ensayados. Solo va a presentarse aquí para el equipo 1. Los perfiles para el resto de equipos se presentan en los anexos.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


g(V

)

Equipo 1

Gráfica 5.64 Perfil de temperatura de extracción normalizado en el ensayo de grado de mezcla. Equipo 1.


121

Se representan conjuntamente los resultados del ensayo de grado de mezcla de todos los equipos estudiados. Se representa frente al volumen extraído en litros y como múltiplo del volumen acumulador.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


g(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.65 Temperatura de extracción normalizada para el ensayo de grado de mezcla.

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3


g(V

)

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.66 Temperatura de extracción normalizada para el ensayo de grado de mezcla.

Se observa en la gráfica 5.65 que para los equipos estudiados con similares volúmenes de extracción, la función g(V) se comportan de modo similar.


122

Todos los equipos estudiados, independientemente de su volumen de depósito, mantienen la temperatura de extracción en el ensayo de grado de mezcla hasta un volumen de extracción aproximadamente de 0,7 o 0,8 veces el volumen de su acumulador. La mezcla en los depósitos no se refleja en la temperatura de salida hasta ese instante. Aproximadamente entre 0,8 y 1,5 veces el volumen del acumulador es cuando se produce la mayor mezcla en el depósito, pasando rápidamente de obtener en la temperatura de salida valores cercanos a la temperatura inicial del depósito a valores próximos a la temperatura de reposición. En el equipo 5, cuya principal diferencia con el resto de equipos es que tiene un intercambiador de serpentín en vez de doble envolvente, como el resto de equipos ensayados, se observa la diferencia de que obtiene mayores valores de g(V) en los primeros litros de extracción que el resto de equipos. Se ha definido G(V) análogamente a la función F(V) definida en la norma ISO 9459-2, pero para el ensayo de grado de mezcla. Se representa la función G(V) del ensayo de grado de mezcla para todos los equipos ensayados. Solo va a presentarse aquí para el equipo 1. Las gráficas para el resto de equipos se presentan en los anexos.

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


G(V

) [%

]

Equipo 1

Gráfica 5.67 G(V) en el ensayo de grado de mezcla. Equipo 1.

Se representan conjuntamente los resultados los resultados de la función G(V) de todos los equipos estudiados. Se representa frente al volumen extraído en litros y como múltiplo del volumen del acumulador.


123

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


G(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.68 G(V) para el ensayo de grado de mezcla.

0

20

40

60

80

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3


G(V

) [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.69 G(V) para el ensayo de grado de mezcla.

En los equipos ensayados, al extraer un volumen equivalente a 0,8 veces el volumen del depósito de acumulación, se extrae aproximadamente el 79 % de la energía acumulada en él, de lo que se deduce que la mezcla producida en el depósito durante la extracción no afecta apenas hasta ese momento a la temperatura de salida. A partir de entonces es cuando la mezcla entre la temperatura del depósito y la temperatura del agua de reposición se refleja en la temperatura de salida. El equipo 5 es el equipo donde se observa que la mezcla afectar antes, aunque la diferencia con el resto de equipos es pequeña.


124

5.4.9. Energía de salida, energía por unidad de área de apertura y rendimiento frente a radiación solar en el plano del captador, temperatura de entrada y temperatura ambiente.

Se representan la energía de salida, la energía por unidad de área de apertura y el rendimiento, en función de H, de la diferencia Ta(day)-Tmain y de Ta(day) y Tmain individualmente. Se representan todos los días de ensayo válidos para los 7 equipos ensayados.

0

10

20

30

40

50

60

70

8 13 18 23 28

H [MJ/m2]

Q [

MJ]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.70 Energía de salida frente H, para todos los días de ensayo.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

8 13 18 23 28

H [MJ/m2]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.71Energía de salida por área de apertura frente H, para todos los días de ensayo.


125

0

10

20

30

40

50

60

70

8 13 18 23 28

H [MJ/m2]

Ren

dim

ient

o [%

]Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.72 Rendimiento frente H, para todos los días de ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

-6 -1 4 9 14 19

Ta(day)-Tmain [ºC]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.73 Energía de salida frente Ta(day)-Tmain, para todos los días de ensayo.


126

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

-6 -1 4 9 14 19

Ta(day)-Tmain [ºC]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.74 Energía por área de apertura frente Ta(day)-Tmain, para todos los días de ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

-6 -1 4 9 14 19

Ta(day)-Tmain [ºC]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.75 Rendimiento frente Ta(day)-Tmain, para todos los días de ensayo.


127

0

10

20

30

40

50

60

70

10 15 20 25 30 35

Tmain [ºC]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.76 Energía de salida frente Tmain, para todos los días de ensayo.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10 15 20 25 30 35

Tmain [ºC]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.77 Energía de salida por área de apertura frente Tmain, para todos los días de ensayo.


128

0

10

20

30

40

50

60

70

10 15 20 25 30 35

Tmain [ºC]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.78 Rendimiento frente Tmain, para todos los días de ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

10 15 20 25 30 35

Ta(day) [ºC]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.79 Energía de salida frente Ta(day), para todos los días de ensayo.


129

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10 15 20 25 30 35

Ta(day) [ºC]

Q/A

[MJ/

m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.80 Energía de salida por área de apertura frente Ta(day), para todos los días de ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

10 15 20 25 30 35

Ta(day) [ºC]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.81 rendimiento frente Ta(day), para todos los días de ensayo.

Al igual que en el apartado 5.4.1, se observa que la energía de salida aumenta al aumentar H, y que la energía de salida de los equipos ensayados de mayor tamaño (equipos 2, 3 y 6), prácticamente dobla la energía de salida del resto de equipos. La gráfica 5.70 presenta la desventaja con respecto a las gráficas 5.8 a 5.12 de no dar la posibilidad de observar conjuntamente el efecto de Ta(day)–Tmain y H en la energía de salida, pero la ventaja de no tener que recurrir a métodos de regresión lineal. Al presentar la energía de salida por unidad de área frente H, se observa que los resultados de los equipos de mayor y menor tamaño sí son casi iguales. Según lo visto en el apartado 5.4.1, las diferencias pueden estar debidas principalmente a la diferencia de Ta(day)-Tmain entre los ensayos.


130

Se observa que el rendimiento de los equipos ensayados (rendimiento=Q/H*A), a diferencia de lo que ocurre con Q y Q/A, depende poco de H. Sí se observa que el rendimiento aumenta al aumentar la diferencia Ta(day)-Tmain. En los apartados 5.4.1 y 5.4.2 se vio que Q y Q/A en los equipos ensayados también aumentaban al aumentar Ta(day)-Tmain. Sin embargo no se aprecia claramente esta tendencia en estas gráficas. El rendimiento disminuye al aumentar Tmain en los equipos ensayados. Para Q y Q/A sin embargo no se aprecia claramente esta tendencia en estas gráficas. No se observa una tendencia clara de Q, Q/A o del rendimiento con respecto a Ta(day) en los equipos ensayados.


131

5.4.10. Comparación de variables en 3 dimensiones. Se muestra un resumen de variables para los días soleados y nublados seleccionados.

H

[MJ/m2] Ta(day)

[ºC] Tmain

[ºC] Td(max)

[ºC] Q

[MJ] Q/H*A

[%]

Td(max)-Tmain

[K]

Ta(day)- Tmain

[K] Equipo 1 24,68 16,55 19,57 50,19 25,02 46,93 30,63 -3,01 Equipo 2 25,99 18,80 13,94 58,56 52,17 46,46 44,63 4,86 Equipo 3 24,37 17,23 13,24 52,52 45,80 43,71 39,27 3,99 Equipo 4 23,93 11,32 11,65 48,50 28,46 51,72 36,85 -0,33 Equipo 5 24,99 26,95 27,41 53,19 20,53 39,49 25,78 -0,46 Equipo 6 25,68 28,68 15,61 59,39 49,99 54,99 43,78 13,07 Equipo 7 24,56 25,49 15,83 51,26 26,52 53,19 35,43 9,66

Tabla 5.12 Resumen variables medidas y calculadas, día de ensayo soleado.

H

[MJ/m2] Ta(day)

[ºC] Tmain

[ºC] Td(max)

[ºC] Q

[MJ] Q/H*A

[%]

Td(max)-Tmain

[K]

Ta(day)- Tmain

[K] Equipo 1 10,91 17,50 13,46 33,23 12,87 54,63 19,78 4,04 Equipo 2 10,77 16,41 13,45 33,38 21,03 45,18 19,93 2,96 Equipo 3 9,61 17,38 18,08 39,81 19,28 46,68 21,74 -0,70 Equipo 4 10,65 17,15 12,39 30,77 12,86 52,49 18,38 4,76 Equipo 5 11,31 16,35 13,33 26,17 10,21 43,40 12,84 3,02 Equipo 6 11,99 16,44 13,31 33,92 20,06 47,24 20,61 3,13 Equipo 7 13,80 21,45 14,47 34,24 13,33 47,61 19,77 6,98

Tabla 5.13 Resumen variables medidas y calculadas, día de ensayo nublado. Donde Q/H*A es el rendimiento. Se representan en 3 dimensiones la energía de salida del equipo, el rendimiento y el incremento máximo de temperatura frente a H y Ta(day)-Tmain. Solo va a presentarse aquí para el equipo 1. Las gráficas para el resto de equipos se presentan en los anexos.


132

510

1520

2530

-5

0

5

100

10

20

30

40

H [MJ/m2]Ta(day)-Tmain [K]

Q [

MJ]

Gráfica 5.82 Energía de salida frente H y Ta(day)-Tmain. Equipo 1

510

1520

2530

-5

0

5

100

10

20

30

40

50

60


Ren

dim

ient

o [%

]

Gráfica 5.83 Rendimiento frente H y Ta(day)-Tmain. Equipo 1


133

510

1520

2530

-5

0

5

100

10

20

30

40


Td(

max

)-T

mai

n [K

]

Gráfica 5.84 Incremento máximo de temperatura frente H y Ta(day)-Tmain. Equipo 1


134

Se representa la energía de salida del equipo, el rendimiento y el incremento máximo de temperatura frente a H y Ta(day)-Tmain para los días soleados y nublados seleccionados para cada uno de los equipos ensayados.

510

1520

2530

-5

0

5

10

150

10

20

30

40

50

60


Q [

MJ]

Equipo: 1 2 3 4 5 6 7 Día: Soleado Nublado Símbolo: ◊ □ ∆ × * ○ + Color: Rojo Azul

Gráfica 5.85 Energía de salida frente H y Ta(day)-Tmain. Días soleados y nublados.


135

510

1520

2530

-5

0

5

10

150

10

20

30

40

50

60


Ren

dim

ient

o [%

]


Gráfica 5.86 Rendimiento frente H y Ta(day)-Tmain. Días soleados y nublados.


136

510

1520

2530

-5

0

5

10

150

10

20

30

40

50


Td(

max

)-T

mai

n [K

]


Gráfica 5.87 Incremento máximo de temperatura frente H y Ta(day)-Tmain. Días soleados y nublados

Tal como ocurría en los apartado 5.4.1 y 5.4.9, se observa en la gráfica 5.82 que la energía de salida de los equipos ensayados aumenta al aumentar H o Ta(day)-Tmain y que los equipos de mayor tamaño (equipos 2, 3 y 6) son los que proporcionan mayor energía de salida. Tal como se vio en el apartado 5.4.3, se observa que el incremento máximo de temperatura de los equipos ensayados aumenta al aumentar H o Ta(day)-Tmain. Tal como se vio en el apartado 5.4.9, se observa que el rendimiento de los equipos estudiados prácticamente no aumenta al aumentar H y que aumenta ligeramente al aumentar Ta(day)-Tmain. En el caso del rendimiento, a diferencia de la energía de salida, los equipos estudiados de mayor y menor tamaño tienen similares resultados de rendimiento. Al representar en 3 dimensiones, puede observarse la influencia de H y Ta(day)-Tmain en la energía de salida del equipo y en el incremento máximo de temperatura, sin tener que recurrir a usar métodos de mínimos cuadrados, como se realizaba en el apartado 5.4.1 o a manejar dos gráficas a la vez, como en el apartado 5.4.9. Sin embargo se observan los resultados con mayor claridad con cualquiera de los dos métodos anteriores de comparación que usando las gráficas en tres dimensiones.


137

5.4.11. Energía de salida frente a las variables asociadas al tamaño y a las pérdidas de los equipos para los días soleados y nublados seleccionados. Se representa la energía de salida del equipo frente a las variables seleccionadas A, V, V/A, Us, UA y espesor de aislamiento en el depósito para un día de ensayo soleado y otro nublado.

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5

A [m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.88 Energía de salida del equipo frente A, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5

A [m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.89 Energía de salida del equipo frente A, día de ensayo nublado.


138

0

10

20

30

40

50

60

150 200 250 300

V [l]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.90 Energía de salida del equipo frente V, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

150 200 250 300

V [l]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.91 Energía de salida del equipo frente V, día de ensayo nublado.


139

0

10

20

30

40

50

60

60 70 80 90 100

V/A [l/m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.92 Energía de salida del equipo frente V/A, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

60 70 80 90 100

V/A [l/m2]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.93 Energía de salida del equipo frente V/A, día de ensayo nublado.


140

0

10

20

30

40

50

60

0,5 1 1,5 2

UA [W/K]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.94 Energía de salida del equipo frente UA, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

0,5 1 1,5 2

UA [W/K]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.95 Energía de salida del equipo frente UA, día de ensayo nublado.


141

0

10

20

30

40

50

60

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.96 Energía de salida del equipo frente Us, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.97 Energía de salida del equipo frente Us, día de ensayo nublado.


142

0

10

20

30

40

50

60

35 40 45 50 55 60


Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.98 Energía de salida del equipo frente aislamiento del depósito, día de ensayo soleado.

0

5

10

15

20

25

35 40 45 50 55 60


Q [M

J]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.99 Energía de salida del equipo frente aislamiento del depósito, día de ensayo nublado.

Los resultados de energía de salida del equipo se encuentran agrupados tanto para el área de apertura como para el volumen del acumulador. Los equipos estudiados de alrededor de 2 m2 de área de apertura y unos 200 l de acumulador, producen una energía de salida de aproximadamente 25 MJ los días soleados y de 12 MJ los nublados. Los equipos estudiados de alrededor de 4 m2 de área de apertura y unos 280 l de acumulador, producen una energía de salida de aproximadamente 49 MJ los días soleados y de 20 MJ los nublados. Los equipos estudiados con el doble de área de apertura casi doblan la energía de salida del resto de los equipos, pero con solo un 45 % más de volumen de acumulación. No se observa linealidad entre la energía de salida del equipo para cada día de ensayo y las variables Us, UA y espesor de aislamiento en el depósito. No se observan diferencias de comportamiento entre días de ensayo soleados y nublados, aparte del mayor valor de energía de salida los días soleados.


143

Influencia del espesor de aislamiento del depósito en la energía de salida del equipo. Velocidad de pérdidas en el depósito en función del espesor de aislamiento. Se calcula la velocidad de pérdidas de calor de un depósito suponiendo que la única resistencia térmica es la debida al aislamiento. La longitud media y el diámetro medio exterior de los depósitos de los equipos ensayados es L = 1,5 m y Dext = 0,6 m. Se ha calculado la velocidad de pérdidas de calor de un depósito con estas dimensiones para una temperatura ambiente exterior Text =15 ºC. Se ha calculado la velocidad de pérdidas de calor para cuatro situaciones distintas; se han considerando 2 posibles temperaturas del depósito (Tacumulador = 45 ºC y 60 ºC) y 2 posibles valores de la conductividad del aislamiento (λ = 0,02 W/m*K y λ =0,025 W/m*K).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70


Vel

ocid

ad d

e pé

rdid

as d

e ca

lor

[W/K

]

T acumulador 45 ºC,λ= 0,02 W/mK




Gráfica 5.100 Velocidad de pérdidas de calor en función del espesor de aislamiento.

La conductividad de los materiales empleados en el aislamiento de los acumuladores de los equipos ensayados se encuentra entre los valores de λ que se ha tomado para la representación y la diferencia de temperatura entre el interior del depósito y la temperatura ambiente exterior es la mayor parte del tiempo inferior a la tomada para la representación. La velocidad de pérdidas de los equipos ensayados normalmente será inferior a la que se ha representado para distintos niveles de aislamiento. Se observa que para espesores de aislamiento que superen los 30 mm, las pérdidas a través del acumulador son muy bajas y prácticamente las mismas en los rangos de conductividad y temperatura estudiados. Los equipos ensayados disponen de espesores de aislamiento en el acumulador de entre 40 y 55 mm, luego no son esperables grandes diferencias de velocidades de pérdidas a través del acumulador entre los equipos ensayados. Si las pérdidas de calor varían poco para estos niveles de aislamiento, las diferencias de energía de salida de los equipos ensayados tampoco dependerán del espesor de aislamiento del acumulador, para estos niveles de aislamiento.


144

5.4.12. Rendimiento frente a las variables asociadas al tamaño y a las pérdidas de los equipos para los días soleados y nublados seleccionados. Se representa el rendimiento frente a las variables seleccionadas A, V, V/A, Us, UA y espesor de aislamiento en el depósito, para un día de ensayo soleado y otro nublado.

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5

A [m2]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.101Rendimiento frente A, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5

A [m2]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.102 Rendimiento frente A, día de ensayo nublado.


145

0

10

20

30

40

50

60

150 200 250 300

V [l]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.103 Rendimiento frente V, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

150 200 250 300

V [l]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.104 Rendimiento frente V, día de ensayo nublado.


146

0

10

20

30

40

50

60

60 70 80 90 100

V/A [l/m2]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.105 Rendimiento frente V/A, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

60 70 80 90 100

V/A [l/m2]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.106 Rendimiento frente V/A, día de ensayo nublado.


147

0

10

20

30

40

50

60

0,5 1 1,5 2

UA [W/K]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.107 Rendimiento frente UA, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

0,5 1 1,5 2

UA [W/K]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.108 Rendimiento frente UA, día de ensayo nublado.


148

0

10

20

30

40

50

60

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.109 Rendimiento frente Us, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.110 Rendimiento frente Us, día de ensayo nublado.


149

0

10

20

30

40

50

60

35 40 45 50 55 60


Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.111 Rendimiento frente aislamiento del depósito, día de ensayo soleado.

0

10

20

30

40

50

60

35 40 45 50 55 60


Ren

dim

ient

o [%

]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.112 Rendimiento frente aislamiento del depósito, día de ensayo nublado.

No se observa linealidad entre el rendimiento para cada día de ensayo y las distintas variables de los equipos estudiadas. Ninguna de las variables de los equipos estudiadas parece ser determinante en el rendimiento de los equipos ensayados. El rendimiento medio de los equipos ensayados con aproximadamente 4 m2 de área de apertura y unos 280 l de acumulador resulta ser prácticamente el mismo los días soleados o apenas algo inferior los días nublados a los equipos con unos 2 m2 y unos 200 l. No se observa por tanto que el rendimiento de los equipos ensayados dependa ni del tamaño del equipo ni de H, variables de las que sí se observa en el apartado anterior que depende la energía de salida.


150

5.5. Extrapolación de resultados. Comparación a partir de la predicción a largo plazo. Los indicadores del rendimiento de un equipo de ACS según la localización y el volumen de consumo se pueden estimar usando el procedimiento de predicción del rendimiento a largo plazo con los resultados del ensayo de rendimiento de cada equipo y los datos meteorológicos y de consumo de cada localización. Para las localidades de referencia que pide la norma, se indican la localización, los valores de H, la temperatura ambiente y la temperatura fría a lo largo del año, utilizados en el método de predicción del rendimiento a largo plazo.

Localidad País Latitud [ºN] Estocolmo Suecia 59,6 Wurzburgo Alemania 49,5

Davos Suiza 46,8 Atenas Grecia 38,0

Tabla 5.14 Localización de las localidades de referencia.

H

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Día [d]

H [

MJ/

m2]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Polinómica (Estocolmo)

Polinómica (Wurzburgo)

Polinómica (Davos)

Polinómica (Atenas)

Gráfica 5.113 Radiación solar diaria sobre el plano de captación para las localidades de referencia.


151

Temperatura ambiente

-20

-10

0

10

20

30

40

0 50 100 150 200 250 300 350

Día [d]

T [º

C]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Gráfica 5.114 Temperatura ambiente de las localidades de referencia.

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300

Día [d]

Tem

pera

tura

de

agua

fría

[ºC

]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Gráfica 5.115 Temperatura de agua fría en las localidades de referencia para la predicción a largo plazo.

Para facilitar la comparación entre localidades, se muestran los valores climáticos medios anuales y la temperatura de agua fría media para la predicción del rendimiento de las localidades de referencia.

Localidad

H media anual

[MJ/m2]

Temperatura ambiente

media anual [ºC]

Temperatura de agua fría media anual

[ºC] Estocolmo 10,98 6,87 8,5 Wurzburgo 12,13 8,99 10,0

Davos 16,61 3,22 5,4 Atenas 16,95 18,49 17,8

Tabla 5.15 Valores meteorológicos y de agua fría medios anuales en las localidades de referencia.


152

5.5.1. Influencia de la localización en la energía demandada.

Valores estimados de energía demandada según el volumen de consumo y la localidad de referencia.

Qd [MJ] Volumen de consumo [l] Localidad 50 80 110 140 170 200 250 300 400 600 Estocolmo 2784 4455 6126 7796 9467 11138 13922 16706 22275 33413 Wurzburgo 2670 4272 5874 7476 9078 10680 13350 16020 21360 32040

Davos 3021 4833 6646 8458 10271 12084 15104 18125 24167 36251 Atenas 2075 3320 4565 5810 7055 8300 10375 12450 16600 24899

Tabla 5.16 Energía demandada según localidad y volumen de consumo. La temperatura del agua caliente requerida en la predicción que se realiza es de 45 ºC. Por definición, el volumen de consumo es diario y se considera constante para todos los días del año y la energía demandada, en cambio, es el valor total para un año. Se presentan en una gráfica los valores de energía demandada dados en la tabla anterior para facilitar la comparación.

Energía demandada

0

10000

20000

30000

40000

0 100 200 300 400 500 600

Volumen de consumo [l]

Qd

[MJ]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Gráfica 5.116 Energía demandada según localidad y el volumen de consumo.

La energía demandada en un año es, por definición, directamente proporcional al volumen de consumo y a la diferencia entre la temperatura de agua caliente requerida (45 ºC) y la media anual de temperatura de agua fría, θmedia, para la localidad de referencia. Se observa que la energía demandada para Atenas es inferior a la demandada para el resto de localidades de referencia. Esto se debe a su mayor temperatura media anual de de agua fría.


153

5.5.2. Predicción de energía cedida frente al volumen de consumo. Comparación por equipos y localidades. Se muestra para cada equipo ensayado una tabla con los valores de la predicción de energía cedida, QL, para distintos volúmenes de consumo y para cada localidad de referencia. Para facilitar la comparación posterior, se representan en una gráfica estos valores. Solo va a presentarse aquí valores para el equipo 1. Los datos para el resto de equipos se presentan en los anexos.

QL [MJ] volumen de consumo [l] Localidad 110 140 170 200 250 Estocolmo 2620 3136 3539 3801 3969 Wurzburgo 2888 3479 3965 4306 4528

Davos 4167 4932 5522 5892 6119 Atenas 3649 4442 5133 5695 6370

Tabla 5.17 Energía cedida según localidad de referencia y volumen de consumo. Equipo 1.

Equipo 1

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 100 200 300 400 500 600


QL

[MJ]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Gráfica 5.117 Energía cedida para las localidades de referencia. Equipo 1.

En estas gráficas puede observarse que las predicciones de energía cedida para Atenas y Davos son muy similares para todos los equipos estudiados. Atenas y Davos tienen valores de H medios anuales muy similares (próximos a 16 MJ/m2) pero muy distintos valores de temperatura media de agua fría y temperatura ambiente. Las predicciones de energía cedida para Wurzburgo y Estocolmo también son muy similares para todos los equipos estudiados. Wurzburgo y Estocolmo también tienen valores de H medios anuales muy similares (próximos a 11 MJ/m2). Aunque el cálculo para un equipo de los indicadores de rendimiento a largo plazo para ciertas condiciones meteorológicas y de consumo es complejo, se deduce que la variable H media anual es una variable meteorológica que influye fuertemente en el resultado de energía cedida. Su influencia


154

es superior a la ejercida por otras variables meteorológicas estudiadas como la temperatura media de agua fría y temperatura ambiente. Se representan en las siguientes gráficas los valores de energía cedida ya comentados, pero agrupados por localidades para facilitar la comparación.

Estocolmo

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 100 200 300 400 500 600


QL

[MJ]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.118 Energía cedida por el ESD según el volumen de consumo. Estocolmo.

Wurzburgo

0100020003000400050006000700080009000

10000

0 100 200 300 400 500 600


QL

[MJ]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.119 Energía cedida por el ESD según el volumen de consumo. Wurzburgo.


155

Davos

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 100 200 300 400 500 600


QL

[MJ]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.120 Predicción de energía cedida por el ESD según el volumen de consumo. Davos.

Atenas

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 100 200 300 400 500 600


QL

[MJ]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.121 Predicción de energía cedida por el ESD según el volumen de consumo. Atenas.

Para volúmenes de consumo muy bajos, la energía cedida por todos los equipos estudiados es muy baja y por tanto similar. Para volúmenes de consumo altos, por encima de 300 l, es donde los equipos ceden la mayor cantidad posible de energía, y donde las diferencias entre equipos son mayores. El equipo 5 es el que menos energía cede, con valores anuales comprendidos para volúmenes de consumo altos entre 3000 MJ para Estocolmo y 5500 MJ para Atenas. El equipo 3 es el que más energía cede, con valores anuales para volúmenes de consumo altos comprendidos entre 8000 MJ para Estocolmo y 12000 MJ para Atenas. Los equipos estudiados de mayor V y A (equipos 2, 3 y 6), corresponden en todas las localidades de referencia a los equipos cuya predicción de energía cedida es mayor, como es lógico.


156

5.5.3. Predicción de energía cedida por unidad de área de apertura frente al volumen de consumo Se representan los valores de energía cedida del apartado anterior, pero por unidad de área de apertura. Los valores de energía cedida por unidad de área de apertura, agrupados por equipos se presentan en los anexos.

Estocolmo

0

500

1000

1500

2000

2500

0 100 200 300 400 500 600


QL/

A [M

J/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.122 Energía cedida por área de apertura según el volumen de consumo. Estocolmo.

Wurzburgo

0

500

1000

1500

2000

2500

0 100 200 300 400 500 600


QL/

A [M

J/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.123 Energía cedida por área de apertura según el volumen de consumo. Wurzburgo.


157

Davos

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 100 200 300 400 500 600


QL/

A [M

J/m

2]Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.124 Energía cedida por área de apertura según el volumen de consumo. Davos.

Atenas

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 100 200 300 400 500 600


QL/

A [M

J/m

2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.125 Energía cedida por área de apertura según el volumen de consumo. Atenas.

Para volúmenes de consumo altos, por encima de 300 l, la energía cedida por unidad de área de apertura se sitúa entre 1500 y 2000 MJ/m2 anuales para una localidad con valores bajos de H media anual como Estocolmo y entre 2600 y 3300 MJ/m2 para una localidad con valores altos de H media anual como Atenas.


158

5.5.4. Predicción de energía cedida por unidad de volumen de acumulador frente al volumen de consumo Se representan los valores de energía cedida del apartado 5.5.2, pero por unidad de volumen del acumulador. Los valores de energía cedida por unidad de volumen del acumulador, agrupados por equipos, se presentan en los anexos.

Estocolmo

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600


QL/

V [M

J/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.126 Energía cedida por unidad de volumen del acumulador. Estocolmo.

Wurzburgo

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500 600


QL/

V [M

J/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.127 Energía cedida por unidad de volumen del acumulador. Wurzburgo.


159

Davos

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 100 200 300 400 500 600


QL/

V [M

J/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.128 Energía cedida por unidad de volumen del acumulador. Davos.

Atenas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 100 200 300 400 500 600


QL/

V [M

J/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.129 Energía cedida por unidad de volumen del acumulador. Atenas.

Para volúmenes de consumo altos, por encima de 300 l, la energía cedida por unidad de volumen del acumulador se sitúa entre 15 y 28 MJ/l anuales para una localidad con valores bajos de H media anual como Estocolmo y entre 27 y 42 MJ/l para una localidad con valores altos de H media anual como Atenas.


160

5.5.5. Predicción de fracción solar frente a volumen de consumo. Comparación por equipos y localidades Se muestra una tabla para cada equipo con los valores de la predicción de fracción solar para distintos volúmenes de consumo y para cada localidad de referencia. Solo va a presentarse aquí valores para el equipo 1. Los datos para el resto de equipos se presentan en los anexos.

fsol [%] Volumen de consumo [l] Localidad 110 140 170 200 250 Estocolmo 42,8 40,2 37,4 34,1 28,5 Wurzburgo 49,2 46,5 43,7 40,3 33,9

Davos 62,7 58,3 53,8 48,8 40,5 Atenas 79,9 76,5 72,8 68,6 61,4

Tabla 5.18 Fracción solar según localidad de referencia y volumen de consumo. Equipo 1. Se representan en una gráfica estos valores.

Equipo 1

0

10

2030

40

50

6070

80

90

0 100 200 300 400 500 600


Fra

cció

n so

lar

[%]

Estocolmo

Wurzburgo

Davos

Atenas

Gráfica 5.130 Fracción solar para las localidades de referencia. Equipo 1.

Al observar estas gráficas, se evidencia que existen grandes diferencias de fracción solar entre la localidad para la que se obtiene mayor fracción solar (Atenas) y la de menor fracción solar (Estocolmo). La localidad para la que se realiza la predicción afecta mucho a la fracción solar proporcionada por el equipo. Por ejemplo, para el equipo 1, para un volumen demandado de 200 litros, la estimación de fracción solar que proporciona el equipo es de 34,1 % para Estocolmo y 68,6 % para Atenas, una diferencia del 34,5 %. Las diferencias de fracciones solares entre la localidad para la que los equipos proporcionan mayores y menores fracciones solares se sitúan entre el 32 y el 37 % para todos los equipos estudiados y para casi cualquier volumen de consumo. Las fracciones solares para Wurzburgo son levemente mayores que para Estocolmo en los equipos estudiados. Existen diferencias de fracciones solares entre el 5 % y 6 % casi para cualquier volumen de consumo y equipo entre Estocolmo y Wurzburgo. El motivo


161

es que los equipos estudiados tienen en Wurzburgo predicciones de QL ligeramente mayores y Qd ligeramente menores que en Estocolmo. Esto era previsible al tener Wurzburgo una temperatura ambiente, temperatura de agua fría y radiación solar diaria sobre el plano de captación medias anuales ligeramente superiores a las de Estocolmo. Existen diferencias de fracciones solares entre Atenas y Davos del 14 % al 21 % en los equipos estudiados. Los valores de energía cedida son muy similares para ambas localidades pero las diferencias en los valores de energía demandada son altas. Ambas localidades tiene valores de H media anual similares, pero la temperatura media de agua fría de Atenas es superior a la de Davos. Se representan en las siguientes gráficas los valores de fracción solar ya comentados, pero agrupados por localidades.

Estocolmo

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600


Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.131 Fracción solar frente volumen de consumo. Estocolmo.

Wurzburgo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 100 200 300 400 500 600


Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.132 Fracción solar frente volumen de consumo. Wurzburgo.


162

Davos

0

10

20

30

4050

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600


Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.133 Fracción solar frente volumen de consumo. Davos.

Atenas

0102030405060708090

100

0 100 200 300 400 500 600


Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.134 Fracción solar frente volumen de consumo. Atenas.

La predicción de fracción solar máxima de los equipos se produce para valores muy bajos de volumen de consumo. Cuando la demanda de agua caliente es baja, toda el agua necesaria es extraída a temperaturas altas y la mayor parte de la energía puede proporcionarla el ESD. Las fracciones solares son por tanto altas. Por ejemplo para una demanda de agua caliente muy baja de 50 l, en una localidad de alta H media anual como Atenas, los equipos estudiados proporcionan fracciones solares entre el 75 y el 95 %, y para una localidad de baja H media anual como Estocolmo, fracciones solares entre el 40 y el 60 %, según el equipo utilizado. Cuando las demandas de volumen de agua caliente suben, el ESD es incapaz de proporcionar la energía suficiente y las predicciones de fracción solar bajan. Por ejemplo, para un volumen de consumo de agua caliente de 400 l, en una localidad de alta H media anual como Atenas los equipos estudiados proporcionan fracciones solares entre el 30 y el 70 %, y para una localidad


163

de baja H media anual como Estocolmo, fracciones solares entre el 12 y el 35 %, según el equipo utilizado. Los equipos estudiados con mayor A y V son los equipos con mayor fracción solar. Sin embargo, los equipos 1 y 4, con áreas y volúmenes muy similares a los equipos 5 y 7, proporcionan fracciones solares sensiblemente superiores a estos (aproximadamente un 9% superior). Las fracciones solares de estos equipos no son lineales ni con A ni con V. Al ordenar los equipos según la fracción solar que proporcionan, se obtiene el orden inverso que ordenando según el cociente V/A de cada equipo. Los equipos estudiados con menor V/A proporcionan mayores fracciones solares, aunque la fracción solar tampoco es lineal con V/A. Las fracciones solares de los equipos 4 y 6, que tienen valores de V/A muy similares, se parecen para bajos volúmenes de consumo. Para demandas menores de 150 l su comportamiento es muy similar. En cambio, cuando la demanda de agua se aproxima al volumen de agua del acumulador del equipo 4 (cuyo depósito es de 192 l), aproximadamente para demandas mayores de 150 litros de extracción, la fracción solar del equipo 4 cae a mayor velocidad que para el equipo 6 (cuyo depósito es de 280 l). Nota: Para tener un orden de magnitud del consumo en una vivienda, puede usarse el valor de 40 l de consumo medio por persona en una vivienda indicado en la norma UNE 94002:2005. Al ordenar los equipos estudiados según la fracción solar que proporcionan, dicho orden es el mismo independientemente de la localidad y del volumen de consumo. Los equipos 3, 2 y 6 son los que proporcionan mayores fracciones solares y los equipos 5 y 7 los que menos, para cualquier volumen de consumo y localidad. Con el método de predicción del rendimiento a largo plazoque se utiliza, los equipos estudiados que para cierto volumen de consumo y localización dan mayor fracción solar que otros equipos, también proporcionan mayor fracción solar que otros equipos para otra localidad y volumen de consumo distintos. En las localidades de referencia de mayor radiación solar en el plano de captación media anual (Atenas y Davos), los equipos 2 y 3 tienen comportamientos parecidos. Pero para localidades de baja H media anual (Estocolmo y Wurzburgo) el equipo 3 da mayor fracción solar. Los equipos 2 y 3 tienen casi idénticos valores de A, V, V/A y similares valores de Us, UA y espesor de aislamiento. El equipo 3, cuya principal diferencia con el resto de equipos es que tiene como tratamiento superficial del absorbedor pintura negra, es el equipo cuya predicción de fracción solar es mayor entre todos los equipos estudiados, aunque con los datos disponibles no podemos asegurar que el tipo de tratamiento superficial sea la causa de este comportamiento.


164

5.5.6. Predicción de fracción solar por área de apertura frente al volumen de consumo para distintas localizaciones. Se presentan de nuevo los datos del apartado anterior de fracción solar estimada del equipo según el volumen de consumo, pero por metro cuadrado de área de apertura del captador. Los valores de fracción solar por unidad de área de apertura frente al volumen de consumo, agrupados por equipos, se representan en los anexos. Se representan para las cuatro localidades de referencia.

Estocolmo

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/A [%

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.135 Fracción solar por unidad de área de apertura frente volumen de consumo. Atenas.

Wurzburgo

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/A [%

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.136 Fracción solar por unidad de área de apertura frente volumen de consumo. Wurzburgo.


165

Davos

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/A [%

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.137 Fracción solar por unidad de área de apertura frente volumen de consumo. Davos.

Atenas

0

510

1520

2530

3540

45

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/A [%

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.138 Fracción solar por unidad de área de apertura frente volumen de consumo. Atenas.

Se observa como al presentar los resultados de fracción solar por unidad de área, los equipos estudiados de similares volúmenes de acumulación tienen resultados parecidos para bajos valores de volúmenes de consumo de agua. Entre equipos de similares volúmenes de acumulación no hay grandes diferencias. Tan solo el equipo 5 (200 l de acumulador) presenta en algunas localidades (por ejemplo en Davos) resultados algo inferiores al resto de equipos que tienen volúmenes de acumulación parecidos (equipos 1, 4 y 7). En los equipos estudiados, los equipos de mayor tamaño son los que tienen peor resultado de fracción solar por metro cuadrado de área de apertura de captador para bajos valores de volumen de consumo. Para niveles altos de demanda de agua, todos los equipos estudiados tienen similares valores de fracción solar por unidad de área de apertura.


166

Para un volumen de consumo bajo, de 50 l, en los equipos estudiados con menor V/A (equipos 2, 3 y 6), el porcentaje de fracción solar por unidad de área de apertura medio es el 14 %/m2 para una localidad con valores bajos de H media anual como Estocolmo y el 22 %/m2 en una localidad con valores altos de H media anual como Atenas. En los equipos estudiados con mayor V/A (equipos1, 4, 5 y 7), el porcentaje de fracción solar por unidad de área de apertura medio es el 20 %/m2 para una localidad como Estocolmo y el 36 %/m2 en una localidad como Atenas. Para un volumen de consumo próximo a 400 l, el porcentaje de fracción solar por unidad de área de apertura medio es el 7 %/m2 para una localidad con valores bajos de H media anual como Estocolmo y el 18 %/m2 en una localidad con valores altos de H media anual como Atenas.


167

5.5.7. Predicción de fracción solar por unidad de volumen del acumulador frente al volumen extraído para distintas localizaciones. Se presentan de nuevo los datos del apartado5.5.5 de fracción solar estimada del equipo según el volumen de consumo, pero por unidad de volumen del acumulador. Los valores de fracción solar por litro del acumulador frente al volumen de consumo, agrupados por equipos, se representan en los anexos. Se representan para las cuatro localidades de referencia.

Estocolmo

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/V [%

/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.139 Fracción solar por unidad de volumen del acumulador frente volumen de consumo. Estocolmo.

Wurzburgo

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/V [%

/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica5.140 Fracción solar por unidad de volumen del acumulador frente volumen de consumo. Wurzburgo.


168

Davos

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/V [%

/l]Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.141 Fracción solar por unidad de volumen del acumulador frente volumen de consumo. Davos.

Atenas

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

0 100 200 300 400 500 600


fsol

/V [%

/l]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.142 Fracción solar por unidad de volumen del acumulador frente volumen de consumo. Atenas. Se observa al presentar los resultados de fracción solar por unidad de volumen del depósito que las diferencias entre los equipos estudiados no son demasiado grandes, independientemente del volumen de consumo considerado. La predicción de fracción solar que proporcionan los equipos estudiados para un volumen de consumo de 100 l es aproximadamente 0,2% por cada litro del acumulador y de 0,1 % para 400 l de consumo en una localidad con baja H media anual y temperatura del agua fría como Estocolmo. Para una localidad con alta H media anual y temperatura del agua fría como Atenas, la fracción solar que proporcionan los equipos estudiados para un volumen de consumo de 100 l es aproximadamente 0,35% por cada litro del acumulador y de 0,2 % para 400 l de consumo.


169

5.5.8. Predicción de fracción solar multiplicada por el cociente volumen del acumulador-área de apertura frente a volumen extraído para distintas localizaciones Se presentan de nuevo los datos del apartado 5.5.5 de fracción solar estimada según el volumen de consumo, pero multiplicado por el cociente V/A. Los valores de fracción solar multiplicados por V/A frente al volumen de consumo, agrupados por equipos, se representan en los anexos. Se representan para las cuatro localidades de referencia.

Estocolmo

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 100 200 300 400 500 600


fsol

*V/A

[%*l

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.143 Fracción solar multiplicado por V/A frente volumen de consumo. Estocolmo.

Wurzburgo

0500

100015002000250030003500400045005000

0 100 200 300 400 500 600


fsol

*V/A

[%*l

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.144 Fracción solar multiplicado por V/A frente volumen de consumo. Wurzburgo.


170

Davos

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 100 200 300 400 500 600


fsol

*V/A

[%*l

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.145 Fracción solar multiplicado por V/A frente volumen de consumo. Davos.

Atenas

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 100 200 300 400 500 600


fsol

*V/A

[%*l

/m2]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.146 Fracción solar multiplicado por V/A frente volumen de consumo. Atenas.

Se observa al presentar los resultados de fracción solar multiplicados por V/A que las diferencias entre los equipos estudiados no son demasiado grandes. Se comprueba al estudiar la fracción solar multiplicado por V/A que aunque las diferencias no son muy grandes entre los distintos equipos estudiados, las diferencias son algo mayores que cuando se estudia la fracción solar por unidad de área, si se distingue también entre equipos según el volumen de su acumulador (gráficas 5.13 a 5.138).


171

5.5.9. Influencia del tamaño y de las pérdidas del equipo en la fracción solar. Particularización para un volumen de consumo y localidad. En el apartado 5.5.5 se observó que los equipos estudiados que proporcionan mayor fsol que otros en una localidad y para cierto volumen de consumo en general también proporcionan mayor fsol que otros si la comparación se realiza para otra localidad y volumen de consumo. Es por esto que para cualquier volumen de consumo y localidad elegidos para representar fsol frente a V, A, V/A, espesor de aislamiento del acumulador, Us y UA, las gráficas tienen tendencias muy parecidas. Se representa la fracción solar frente a V, A, V/A, espesor de aislamiento del acumulador, Us y UA para una localidad y volumen de consumo cualquiera (Atenas para 200 l de volumen de consumo). Para Atenas, con un volumen de consumo de 200 l, las gráficas son las siguientes:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

A [m2]

Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.147 Fracción solar frente área de apertura. Atenas, volumen de consumo 200 l.

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

150 200 250 300

V [l]

Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.148 Fracción solar frente volumen del acumulador. Atenas, volumen de consumo 200 l.


172

0

10

2030

40

50

60

7080

90

100

60 70 80 90 100

V/A [l/m2]

Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.149 Fracción solar frente V/A. Atenas, volumen de consumo 200 l.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

3 3,5 4 4,5 5

Us [W/K]

Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.150 Fracción solar frente Us. Atenas, volumen de consumo 200 l.


173

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 1 1,5 2

UA [W/K]

Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.151 Fracción solar frente UA. Atenas, volumen de consumo 200 l.

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

35 40 45 50 55 60


Fra

cció

n so

lar

[%]

Equipo 1

Equipo 2

Equipo 3

Equipo 4

Equipo 5

Equipo 6

Equipo 7

Gráfica 5.152 Fracción solar frente espesor de aislamiento. Atenas, volumen de consumo 200 l.

No existe linealidad en los equipos estudiados entre la fracción solar y el área de apertura del captador o el volumen del acumulador pero se observa que a mayor área o volumen de acumulador, mayor fracción solar. La relación entre la fracción solar y el cociente V/A tampoco es lineal, aunque es la variable que más linealmente se comporta para esta particularización en Atenas, con un volumen de consumo de 200 l. El coeficiente de correlación lineal al cuadrado sería en este caso R2 = 0,9367. Con respecto a las variables relacionadas con pérdidas térmicas, no se observan tendencias claras entre la fracción solar y Us, UA o el espesor de aislamiento del acumulador.

aplicación de la metodología de comparación.bibing.us.es/proyectos/abreproy/4830/fichero/5... ·...

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