estandarizaciÓn de las pruebas a realizar en el banco …
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ESTANDARIZACIÓN DE LAS PRUEBAS A REALIZAR EN EL BANCO
DE MEDICIÓN DE CAPTADORES SOLARES TERMICOS PLANOS DE
LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
DAYAN SLENDY BUITRAGO REYES
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERA MECÁNICA
ING. CAMILO ANDRES ARIAS HENAO
DIRECTOR
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.- COLOMBIA
2019
Tabla de contenido
CAPÍTULO 1 ...................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1
1.1 ANTECEDENTES .................................................................................................................... 2
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 4
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................................... 5
1.4 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 6
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 6
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................. 6
CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................................... 7
MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL Y METODOLOGÍA .............................................................. 7
2.1 NORMATIVIDAD USADA PARA LA GUIA DE PROCEDIMIENTOS .............................. 7
2.2 RADIACION SOLAR .............................................................................................................. 8
2.3 BANCO DE MEDICIONES ..................................................................................................... 8
2.4 CAPTADOR SOLAR TERMICO ............................................................................................ 9
2.5 PÉRDIDAS TERMICAS DE UN CAPTADOR SOLAR (𝑼𝑳) ............................................. 11
2.5.1 Coeficiente Global De Pérdidas Superior (𝑼𝑻) ............................................................... 12
2.5.2 Convicción Entre La Cubierta Y El Ambiente (𝒉𝒄, 𝒈 − 𝒂) ............................................. 13
2.5.3 Número De Nusselt (𝑵𝒖) ................................................................................................. 13
2.5.4 Número De Rayleigh (𝑹𝒂𝑳) ............................................................................................ 13
2.5.5 Número De Prandtl (𝐏𝐫) .................................................................................................. 14
2.5.6 Convección Entre Placa Absorbente Y Cubierta De Vidrio (𝒉𝒄, 𝒑 − 𝒈)......................... 14
2.5.7 Radiación Entre La Placa Absorbente Y La Cubierta De Vidrio ..................................... 14
2.5.8 Constante De Stefam Boltzmann (𝝈) ............................................................................... 15
2.5.9 Radiación Entre La Cubierta De Vidrio Y El Medio Ambiente (𝒉𝒓, 𝒈 − 𝒂) .................. 15
2.5.10 Coeficiente Global De Perdidas Inferior (𝑼𝒃) ............................................................... 15
2.5.11 Coeficiente Global De Perdidas Lateral (𝑼𝒆) ................................................................ 15
2.6 ÁNGULO PARA POSICIONAR EL CAPTADOR .............................................................. 16
2.7 EFICIENCIA TÉRMICA (𝒏𝒈) .............................................................................................. 16
2.7.1 Factor De Remoción De Calor (𝑭𝑹) ............................................................................... 17
2.7.2 Factor De Eficiencia 𝑭′ .................................................................................................... 17
2.8 CONSTANTE DE TIEMPO (𝑪𝑻) .......................................................................................... 18
2.9 MODIFICADOR DE ÁNGULO DE INCIDENCIA (𝒌) ........................................................ 19
2.10 ESTADO ESTACIONARIO ............................................................................................ 19
CAPITULO 3 .................................................................................................................................... 21
COMPONENTES DEL BANCO DE MEDICIÓN .......................................................................... 21
3.1 BASE DEL CAPTADOR ....................................................................................................... 22
3.2 TERMOPARES Y VISUALIZADORES DIGITALES ........................................................ 23
3.3 MANÓMETROS DE PRESIÓN ............................................................................................ 25
3.4 CAUDALIMETRO ................................................................................................................. 26
3.5 DATALLOGERS .................................................................................................................... 27
3.6 PIRANOMETRO .................................................................................................................... 28
3.7 ANEMÓMETRO .................................................................................................................... 28
3.8 TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA ............................................................................ 29
3.9 BOMBA CENTRIFUGA ........................................................................................................ 30
CAPITULO 4 .................................................................................................................................... 32
GUÍA PARA REALIZAR PRUEBAS PARA EL ANÁLISIS DE CAPTADORES ....................... 32
4.1 ENSAYOS PARA DEFINIR EL COMPORTAMIENTO TERMICO................................... 32
4.1.2 Angulo De Inclinación Del Captador ............................................................................... 34
4.1.3 Periodo De Ensayo .......................................................................................................... 36
4.1.5 Preparación Del Captador Para El Ensayo ...................................................................... 37
4.1.6 ENSAYO DE CONSTANTE DE TIEMPO 1 PRUEBA .................................................... 39
4.1.7 ENSAYO DE EFICIENCIA 2 PRUEBA ........................................................................... 42
Una vez registrados los datos se debe aplicar la ecuación y graficar, para más detalles leer el
capítulo V, en ese capítulo se realiza una prueba a un captador y se expone en detalle el proceso
de los cálculos realizados. ............................................................................................................. 43
4.1.8 MODIFICADOR DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA 3 PRUEBA .................................... 43
4.2 ANALISIS DE RESISTENCIA Y DURABILIDAD ............................................................. 45
4.2.1 Presión Interna En El Captador ............................................................................................ 45
4.3 ENSAYO DE RESISTENCIA A ALTA TEMPERATURA .................................................. 46
4.4 ENSAYO DE EXPOSICION .................................................................................................. 48
4.5 ENSAYO DE CHOQUE TERMICO EXTERNO .................................................................. 49
4.6 ENSAYO DE CHOQUE TERMICO INTERNO ................................................................... 50
4.7 ENSAYO DE PENETRACION DE LLUVIA ....................................................................... 51
CAPITULO 5 .................................................................................................................................... 53
ANÁLISIS DE UN CAPTADOR ..................................................................................................... 53
5.1.1 PRUEBA DE LA CONSTATE DE TIEMPO ................................................................. 55
5.1.2 PRUEBA DE EFICIENCIA DEL CAPTADOR ............................................................. 56
5.1.3 PRUEBA DEL ANGULO DE INCIDENCIA ................................................................. 64
CAPITULO 6 .................................................................................................................................... 65
CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 65
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 67
Tabla de Imágenes
Imagen 1. Banco de Pruebas Circuito Cerrado. Tomado de ASHRAE 93-77 figura 1 pág. 9 ............ 9
Imagen 2. Esquema de un Captador Plano con Cubierta. Fuente: Autor. ......................................... 10
Imagen 3. Esquema De Pérdidas Térmicas De Un Captador. Fuente: Autor. ................................... 11
Imagen 4. Red De Pérdidas Térmicas En Un Colector Solar Plano Fuente: Análisis De Un Captador
Solar Plano En Régimen Transitorio, Manuel Rodríguez Caballero, Departamento De Ingeniería
Energética, Universidad De Sevilla 2016. ........................................................................................ 12
Imagen 5. Montaje De Un Captador En El Banco De Medición. Fuente: Autor. ............................. 21
Imagen 6. Montaje De Un Captador En El Banco De Medición. Fuente: Autor. ............................. 22
Imagen 7. Estructura De Soporte De Los Captadores Solares. Fuente: Autor. ................................. 23
Imagen 8. Termopares Tipo J Y Visualizadores Digitales. Fuente: Autor. ..................................... 24
Imagen 9. Visualizadores Digitales De Temperatura De Agua. Fuente: Autor. ............................... 24
Imagen 10. Termopar Instalación En Tubería De Cobre. Fuente: Autor. Fuente: Autor. ................. 24
Imagen 11. Manómetro ¼ NPT. Fuente: Autor. ............................................................................... 25
Imagen 12. Tubería Con Montaje De Manómetro, Termopar Y Válvula De Alivio En El Sistema.
Fuente: Autor. ................................................................................................................................... 25
Imagen 13. Registro Regulador De Caudal. Fuente: Autor. ............................................................. 26
Imagen 14. Caudalimetro De Torpedo Para Agua. Fuente: Autor. ................................................... 27
Ilustración 15. Sensores De Temperaturas Data Loggers. Fuente: Autor. ........................................ 27
Imagen 16. Piranometro Y Su Ubicación En El Montaje. Fuente: Autor. ........................................ 28
Imagen 17. Anemómetro y su montaje. Fuente: Autor. .................................................................... 29
Imagen 18. Torre De Enfriamiento Del Agua En El Banco De Mediciones. Fuente: Autor. ........... 30
Imagen 19. Bomba centrifuga montaje. Fuente: Autor. .................................................................... 31
Imagen 20. Captura De Pantalla De Celular Con La Aplicación SolarCT. Fuente: Autor ............... 35
Imagen 21. Captura De Pantalla De Celular Con La Aplicación Solar Tilt. Fuente: Autor ............. 36
Imagen 22. Banco De Medición Con Instrumentación Señalada. Fuente: Autor.............................. 37
Imagen 23. Desviación Permitida De Parámetros Medios Durante El Periodo De Prueba De
Medida. Fuente: Autor. ..................................................................................................................... 39
Imagen 24. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Constante De
Tiempo. Fuente: Autor. ..................................................................................................................... 40
Imagen 25. Grafica De La Constante De Tiempo. Tomado De Une-En 12975-2:2006 Pag 46. ...... 41
Imagen 26. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Eficiencia
Térmica. Fuente: Autor ..................................................................................................................... 43
Imagen 27. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Angulo de
incidencia. Fuente: Autor .................................................................................................................. 44
Imagen 28. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba De Presión
Interna En El Captador. ..................................................................................................................... 45
Imagen 29. Parámetros A Tener En Cuenta Para Realizar El Ensayo De Resistencia A Alta
Temperatura. ..................................................................................................................................... 46
Imagen 30. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Resistencia
A Alta Temperatura. .......................................................................................................................... 47
Imagen 31. Condiciones Climáticas De Ensayo Para La Prueba De Exposición, Choque Térmico
Externo Y Choque Térmico Interno. ................................................................................................. 48
Imagen 32. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba De Ensayo
De Exposición. .................................................................................................................................. 48
Imagen 33. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Ensayo De
Choque Térmico. ............................................................................................................................... 49
Imagen 34. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Choque
Térmico Interno. ................................................................................................................................ 50
Imagen 35. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba
Penetración De La Lluvia. ................................................................................................................. 51
Imagen 36. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba
Penetración De La Lluvia. Fuente: Futuro Solar. .............................................................................. 53
Imagen 37. Datos Del Captador Fuente: Futuro Solar Ficha Técnica. .............................................. 53
Imagen 38. Curva de Eficiencia del Captador .Fuente: Futuro Solar. ............................................... 54
Imagen 39. Grafica De Resultados De La Prueba Constante De Tiempo. ........................................ 55
Imagen 40. Datos Usados Para Comenzar A Realizar El Cálculo De La Eficiencia Basado En La
Ficha Técnica Del Captador. Fuente: Autor ...................................................................................... 57
Imagen 41. Datos Usados Para El Cálculo Del Rayleigh .................................................................. 59
Imagen 42. Graficas De Resultados De La Eficiencia Térmica Con Y Sin Perdidas. ...................... 63
Imagen 43. Grafica De Resultados Del Angulo De Incidencia. ........................................................ 64
1
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
En este trabajo se desarrolló una guía de procedimientos para establecer la forma de cómo
se debe realizar el proceso de análisis térmico y determinar la caracterización de los
captadores solares por medio de la estandarización de los procedimientos de operación.
Usando el banco de mediciones que se encuentra ubicado en la universidad Distrital
Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica, se realizó un estudio detallado de las
normas ASHRAE 93-77 y UNE-NE 12975-2, ya que estas nos hablan de los requisitos del
montaje y de las pruebas que se deben realizar. Luego de conocer las normas mencionadas
se definieron las pruebas que se debían realizar con el montaje, durante el desarrollo del
paso a paso se establecieron los requisitos que se debían cumplir para el tipo de montaje
que se tiene en la universidad, después se desarrolló un modelo matemático para el cálculo
de cada prueba establecida, ya que cada una de estas tiene una ecuación diferente, el
siguiente paso que se realizo fue evaluar un captador solar de la empresa FUTURO
SOLAR, siguiendo el procedimiento ya definido, los datos obtenidos se usaron en las
ecuaciones de cada prueba siguiendo el modelo matemático definido para luego lograr
graficar los resultados y realizar el análisis térmico del captador.
Durante el desarrollo de este trabajo se maneja un marco teórico en el cual se tratan
conceptos básico y terminologías que se deben conocer antes de realizar las pruebas, se
explica el montaje usado, sus componentes y como se debe operar, se expone el desarrollo
del modelo matemático antes mencionado, luego se presenta los resultados obtenidos de la
pruebas realizadas con sus respectivas gráficas y su análisis.
2
1.1 ANTECEDENTES
Con el tiempo se ha generado un auge en el desarrollo de metodologías para aprovechar la
radiación solar, cada vez más países se involucran en avances y en la investigación de
mecanismos que aproveche la energía solar, como lo es el método de aprovechamiento de
la radiación solar es el uso de captadores solares para calentamiento de agua, este tipo de
instalaciones ya se encuentran disponibles en el mercado, pero la mayoría de captadores
son importados y tienen un alto costo, esto es debido a que la producción de ellos en
América Latina aún está en desarrollo. Para lograr aumentar el desarrollo y producción de
captadores solares se requieren bancos de medición de captadores para tener la facilidad de
evaluar el comportamiento térmico y de esta manera lograr encontrar un balance de costos
y eficiencia a la hora de fabricación de estos.
Alrededor del mundo se ha comenzado con la creación laboratorios que permiten el análisis
de captadores solares como lo es el laboratorio Solar Rating and Certificación Corpotation
(SRCC) ubicado en Washington D.C., en Europa también existen laboratorios en España,
Austria, Italia, Portugal, Alemania, Suiza, Grecia entre otros, estos laboratorios
especializados certifican los captadores.
En Fraunhofer ISE y PSE AG, ambos localizados en la ciudad alemana de Friburgo, se han
unido para desarrollar un banco de pruebas en una cámara climática. Los resultados
permitirán mejorar la calidad de los colectores solares térmicos, al tiempo que se puede
seguir reduciendo los costos de fabricación y los elementos de montaje sobre cubiertas y
fachadas. El banco de pruebas puede manejar colectores de hasta nueve metros cuadrados.
Y cargar hasta siete toneladas de peso sobre las que hay que ejercer distintas presiones. En
la cámara se pueden reproducir temperaturas extremas que van desde los -40°C hasta los
+60°C. “Y por primera vez se pueden simular cargas cíclicas y asimétricas, creando efectos
realistas que emulan la acumulación de nieve y hielo”.
3
En Latinoamérica se han desarrollado bancos de medición como proyectos de investigación
para obtener titulación por ejemplo en Perú se desarrolló “UN BANCO DE PRUEBAS
IMPLEMENTADO EN LA REGIÓN DE AREQUIPA PARA CARACTERIZAR LA
EFICIENCIA INSTANTÁNEA DE COLECTORES SOLARES USANDO LA NORMA
ASHRAE-93-77” , este trabajo fue realizado en el 2003. También en Venezuela en el 2003
se desarrolló en banco de pruebas para un captador solar usado en un desalinizador solar
usando la norma ANSI/ASHRAE 93-2003 este banco solo mide la eficiencia del captador.
En chile en el 2008 se creó un banco de medición modular para captadores solares con una
base móvil para ubicar el captador de acuerdo a la ubicación del sol en el banco se usaron
las normas ISO 9806:2014. En ecuador en este año se desarrolló un banco de medición para
captadores solares usando la norma UNE-EN ISO 9806.
Actualmente en Colombia los grupos universitarios de I&D (Innovación y Desarrollo) en
energía en el país ascienden a 101, clasificados por Colciencias en 4 categorías por su nivel
de desempeño. De estos grupos, 4 tienen actividades en Energía Renovables y de éstos, 3
en energía solar, pero ninguno relacionado con bancos de medición.
En el año 2014 en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad tecnológica se
construyó un BANCO DE MEDICION DE CAPTADORES SOLARES TERMICOS
PLANOS PARA AGUA CALIENTE según las normas ASHRAE 93-77 y UNE-NE
12975-2 con el fin de evaluar los captadores que se desarrollaran en la universidad.
4
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Desde el año 2014 existe el montaje de un banco de medición para captadores solares
planos para calentamiento de agua y fue construido según las normas ASHRAE 93-77 y
NORMA UNE-NE 12975-2, con el fin de que fuera usado por los estudiantes interesados
en el campo de energías alternativas y que este fuera una herramienta para la creación de
captadores solares térmicos en la universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad
Tecnológica. En la actualidad este montaje no se usa ya que no existe un conocimiento
previo del funcionamiento, o de su uso.
5
1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
En la Universidad Distrital se construyó un banco de mediciones para captadores solares
planos para calentamiento de agua con el motivo de brindar una herramienta útil para el
análisis de los captadores que se usan o diseñan en la universidad, en este trabajo se desea
realizar una guía de procedimientos para el manejo de este banco basados en las normas
ASHRAE 93-77 y NORMA UNE-NE 12975-2, en donde se pretende explicar la
composición del montaje, el uso adecuado y como se debe realizar cada prueba para poder
caracterizar el comportamiento térmico de cada captador analizado.
También se busca analizar si el montaje es útil según las indicaciones de la norma y si se
adapta a las necesidades de la universidad, también se le realizara el análisis a un captador
solar usando el la guía de procedimientos con el motivo de verificar que el manual sea útil
para cualquier tipo de persona.
6
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar caracterización de paneles solares térmicos planos mediante la estandarización de
los procedimientos de operación en el banco de pruebas que se encuentra en la Universidad
Distrital Francisco José de Caldas-Facultad Tecnológica basado en las normas ASHRAE
93-77 y NORMA UNE-NE 12975-2 con el fin de poder caracterizar cada captador y
lograr evaluar su comportamiento térmico.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los factores energéticos característicos en captadores solares planos
mediante el modelo matemático de comportamiento.
Definir las necesidades para el procedimiento de la guía en función del estado actual
del montaje de pruebas de la universidad.
Especificar los procedimientos de evaluación mediante la construcción de las guías
de pruebas.
Evaluar el potencial del montaje mediante la realización de pruebas de
funcionamiento.
7
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL Y METODOLOGÍA
Antes de comenzar a hablar de los procedimientos de las pruebas es necesario conocer
ciertos términos e indicaciones que se necesitaran como es la irradiación, los captadores
solares, el banco de medición y conocer cada componente que hace parte de este montaje
y su respectivo uso, de esta manera se tendrá el conocimiento de para que se usa, por qué se
usa y como se debe usar durante las pruebas cada elemento del montaje,
También es necesario explicar el modelo matemático y el origen de cada componente, para
que en el momento de obtener los datos y aplicar las ecuaciones en cada prueba se tengan
claros los conceptos y no existan errores en los cálculos.
2.1 NORMATIVIDAD USADA PARA LA GUIA DE PROCEDIMIENTOS
Norma Europea UNE-EN 12975-2 Sistemas Solares Térmicos y Componentes: Esta
norma en la primera parte explica la nomenclatura y en su segunda parte explica los
métodos de ensayo para captadores solares con cubierta o sin ella y maneja dos
métodos de ensayo para lograr caracterizar un captador basándose en los estados
estacionario o cuasi-dinámico, es la predecesora de la norma ISO 9806.
Norma Internacional ISO 9806:2014 Energía Solar Captadores Térmicos Métodos
de Ensayo: Esta norma permite evaluar captadores solares para calentamiento de
fluidos, es analizado en la parte de su rendimiento, durabilidad y fiabilidad, la
norma explica métodos para realizar las pruebas a condiciones naturales y también
simuladas. El análisis se puede realizar en captadores solares con o sin cubierta su
única restricción es que la unidad de almacenamiento sea parte integral del
captador.
8
2.2 RADIACION SOLAR
La radiación solar es unos de los principales términos que se usaran en este trabajo ya que
este montaje y las pruebas usan esta para poder determinar la eficiencia de cada captador.
La radiación solar se puede describir como un conjunto de ondas electromagnéticas
emitidas por el sol, ya que dentro del sol ocurren reacciones de fusión nuclear y estas se
liberan por medio de ondas, esta clase de ondas son energía liberada por esta gran estrella y
son llamadas espectro solar. La radiación que llega a la tierra desde el sol se puede
clasificar en:
Radiación Directa: Esta radiación llega directamente del sol sin ninguna obstrucción
en el camino.
Radiación Difusa: este tipo de radiación se genera cuando la radiación directa es
obstruida por las nubes y diferentes tipos de moléculas, haciendo que estas ondas se
dispersen en distintos ángulos y su longitud se acorte.
Radiación Reflejada: esta radiación es la cuando la radiación difusa y reflejada
llegan a la tierra y revotan en cualquier superficie.
Radiación Global: es la radiación total, la suma de las radiaciones anteriormente
mencionadas.
2.3 BANCO DE MEDICIONES
El banco de mediciones para captadores solares térmicos es un montaje con una serie de
elementos instalados de una manera que permite realizar pruebas de medición según lo
indican las normas mencionadas anteriormente, en lo general consta de una base para
sostener y posicionar el captador, una torre de refrigeración, una bomba centrifuga e
instrumentos de medición de temperatura, caudal, y presión.
El banco sobre el cual se pretende trabajar fue construido en el 2014 en la universidad
Distrital Francisco José de Caldas-Facultad Tecnológica, todo su diseño y construcción fue
basado en la norma ANSI/ASHRAE 93-1986, METHODS OF TESTING TO DETERMINE
THE THERMAL PERFORMANCE OF SOLAR COLLECTORS, el resultado del montaje
9
construido fue un banco de flujo cerrado para captadores de calentamiento de agua, este
montaje fue diseñado de esa manera por varias razones como la disposición de espacio,
difícil acceso y consumo del agua.
Imagen 1. Banco de Pruebas Circuito Cerrado. Tomado de ASHRAE 93-77 figura 1 pág. 9
La imagen expuesta es una opción o idea de cómo es el montaje según la norma para un
sistema de flujo cerrado, para este caso se omitieron ciertos componentes que no afectaban
en la toma de datos, además de que no eran exigidos por la norma, se adiciono una torre de
enfriamiento para lograr controlar la temperatura de entrada del agua del captador, en el
capítulo III se explicara detalladamente los componentes y los usos de cada uno.
2.4 CAPTADOR SOLAR TERMICO
Es un conjunto de elementos usados en una instalación solar térmica, con el fin de
recolectar, absorber y transferir energía extraída de la irradiación de solar para después
convertirla en energía térmica y transmitirla a un fluido, los captadores térmicos, estos se
clasifican en:
Captadores Planos con Cubierta: es usado para calentar agua y aire, se compone de
una caja metálica, en la que en su interior se encuentra una disposición de tubería en
10
forma de serpentín o parrilla, una placa absorsora y una cubierta de cristal o
plástico. Este tipo de montaje absorbe la irradiación y la convierte en energía
térmica que es trasportada a la tubería y esta a su vez calienta el agua que pasa por
esta tubería.
Imagen 2. Esquema de un Captador Plano con Cubierta. Fuente: Autor.
Captador Plano sin Cubierta: estos captadores solares planos sin cubierta, este tipo
de captadores tienen una mayor pérdida de energía.
Captadores de tubos de vacío: este captador tiene una disposición de tubos y evita
que las pérdidas de calor por convección sean altas ya que el vacío de aire en los
tubos por donde pasa el fluido evitado un medio para que el calor se trasfiera fuera
del captador son mucho más eficientes y puede lograr un rango de temperaturas de
77°C a 170°C
Captadores con concentración: este captador se encarga de recibir y acumular toda
la irradiación solar en un punto en donde se realizara la transformación de estas
ondas en energía térmica.
11
2.5 PÉRDIDAS TERMICAS DE UN CAPTADOR SOLAR (𝑼𝑳)
Es importante conocer las pérdidas de un captador ya que más adelante cuando se realicen
las pruebas de comportamiento térmico se necesitaran para aplicarlas en la ecuación de
eficiencia y ángulo de incidencia. Un captador tiene pérdidas térmicas que no se pueden
eliminar pero si disminuir variando la geometría o el tipo de material, las pérdidas se
presentan de tres formas:
Radiación: está perdida ocurre desde la placa absorsora.
Conducción: las pérdidas de los captadores planos se presentan por los lados y por
la parte trasera.
Convección: está perdida se presenta desde la placa absorsora hasta la cubierta.
Imagen 3. Esquema De Pérdidas Térmicas De Un Captador. Fuente: Autor.
El coeficiente global de perdidas es la suma del coeficiente de pérdidas por la parte
superior, lateral y la parte trasera del captador y se puede calcular con la siguiente ecuación.
𝑈𝐿 = 𝑈𝑇 + 𝑈𝐵 + 𝑈𝐸
12
2.5.1 Coeficiente Global De Pérdidas Superior (𝑼𝑻)
Para el análisis de pérdidas de un captador solar se debe tener en cuenta que la perdida más
grande ocurre en la parte superior ya que es la única que no se encuentra aislada y lo único
que separa el calor del medio ambiente es el gas encerrado y la cubierta transparente y se
calcula de la siguiente manera.
𝑈𝑇 = [1
𝑈𝑝−𝑔+
1
𝑈𝑔−𝑎]
−1
𝑈𝑝−𝑔𝑦𝑈𝑔−𝑎 Son los coeficientes de pérdidas de calor desde la placa absorsora hasta el
vidrio y desde el vidrio hacia el medio ambiente.
Imagen 4. Red De Pérdidas Térmicas En Un Colector Solar Plano Fuente: Análisis De Un Captador Solar
Plano En Régimen Transitorio, Manuel Rodríguez Caballero, Departamento De Ingeniería Energética,
Universidad De Sevilla 2016.
𝑈𝑝−𝑔 = ℎ𝑐,𝑝−𝑔 + ℎ𝑟,𝑝−𝑔
𝑈𝑔−𝑎 = ℎ𝑐,𝑔−𝑎 + ℎ𝑟,𝑔−𝑎
13
En donde ℎ𝑐,𝑝−𝑔 es el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la placa y
la cubierta y ℎ𝑟,𝑝−𝑔 es el coeficiente de transferencia de calor por radiación entre la placa
absorsora y la cubierta, ℎ𝑐,𝑔−𝑎 es el coeficiente de transferencia de calor por convección
entre la cubierta y el ambiente y ℎ𝑟,𝑔−𝑎 es el coeficiente de transferencia de calor por
radiación entre la cubierta de vidrio y el ambiente.
2.5.2 Convicción Entre La Cubierta Y El Ambiente (𝒉𝒄,𝒈−𝒂)
ℎ𝑐,𝑔−𝑎 =𝑁𝑢 ∙ 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒
𝐿
Donde, 𝑁𝑢 es el número de Nusselt, 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒 en la conductividad del aire y L es la longitud
del captador.
2.5.3 Número De Nusselt (𝑵𝒖)
Es una magnitud adimensional que permite determinar el coeficiente de transferencia de
calor por convección, mide el aumento de trasmisión de calor desde una superficie a un
fluido por convección comparada con la transferencia como si fuera transferida por
conducción.
𝑁𝑢 = [0.825 +0.387𝑅𝑎𝐿
1 6⁄
[1 + (0.492 𝑃𝑟⁄ )9 16⁄ ]8 27⁄]
2
Donde 𝑅𝑎𝐿 es el número de Rayleigh y Pr es número de Prandtl.
2.5.4 Número De Rayleigh (𝑹𝒂𝑳)
Es el balance entre las fuerzas que promueven la convección (diferencia de densidades del
líquido basado en su temperatura) y fuerzas que se oponen a la convección (fricción debido
a la viscosidad y el gradiente de temperatura).
𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿𝑃𝑟 =𝑔(𝑇𝑠 − 𝑇)
𝑣 ∙ 𝛼
14
En donde 𝑔es la aceleración gravitacional, 𝜃es el ángulo de inclinación del captador solar,
𝑇𝑠 es la temperatura de la superficie, 𝑇 temperatura del fluido, 𝜈 viscosidad cinematica del
fluido y 𝛼 es la difusividad térmica.
2.5.5 Número De Prandtl (𝐏𝐫)
Es un numero adimensional proporcional a cociente entre la velocidad de difusión del
momento y la difusividad térmica.
𝑃𝑟 =𝜈
𝛼=𝜇𝑐𝑓
𝐾𝑓
En donde 𝜇 es la viscosidad dinámica del fluido, 𝑐𝑓 es el calor específico del fluido y 𝐾𝑓 es
la conductividad térmica del fluido.
2.5.6 Convección Entre Placa Absorbente Y Cubierta De Vidrio (𝒉𝒄,𝒑−𝒈)
ℎ𝑐,𝑝−𝑔 =𝑁𝑢 ∙ 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒𝛿𝑎𝑖𝑟𝑒
En done 𝛿𝑎𝑖𝑟𝑒 es la distancia entre la placa absorsora y la cubierta del captador.
2.5.7 Radiación Entre La Placa Absorbente Y La Cubierta De Vidrio
ℎ𝑟,𝑝−𝑔 =𝜎(𝑇𝑔 + 𝑇𝑝)(𝑇𝑔
2 + 𝑇𝑝2)
1휀𝑔
+1휀𝑝
− 1
Donde 𝜎 es la constante de Stefam Boltzman, 휀𝑔emisividad de la cubierta de vidrio,
휀𝑝emisividad de la placa absorsora, 𝑇𝑔temperatura de la cubierta y 𝑇𝑝temperatura de la
placa.
15
2.5.8 Constante De Stefam Boltzmann (𝝈)
Es una constante usada para medir la cantidad de energía emitida por un cuerpo negro.
𝜎 = 5,670373𝑥10−8 𝑊
𝑚2 ∙ 𝑘4
2.5.9 Radiación Entre La Cubierta De Vidrio Y El Medio Ambiente (𝒉𝒓,𝒈−𝒂)
ℎ𝑟,𝑔−𝑎 = 휀𝑔 ∙ 𝜎(𝑇𝑔 + 𝑇𝑎)(𝑇𝑔2 + 𝑇𝑎
2)
2.5.10 Coeficiente Global De Perdidas Inferior (𝑼𝒃)
𝑈𝑏 =𝑘𝑎𝑖𝑠𝛿𝑎𝑖𝑠𝑏
Donde 𝑘𝑎𝑖𝑠 es la conductividad del aislante y 𝛿𝑎𝑖𝑠𝑏 es espesor del aislamiento posterior.
2.5.11 Coeficiente Global De Perdidas Lateral (𝑼𝒆)
𝑈𝑒 =𝑘𝑎𝑖𝑠𝛿𝑎𝑖𝑠𝑒
∙𝐴𝑙𝑎𝑡
𝐴𝑐
Donde 𝛿𝑎𝑖𝑠𝑒es el espesor del aislamiento lateral, 𝐴𝑙𝑎𝑡 es el área del captador.
16
2.6 ÁNGULO PARA POSICIONAR EL CAPTADOR
Durante el desarrollo de la pruebas para cada captador en necesario darle el correcto ángulo
de inclinación respecto a la radiación solar, ya que la eficiencia depende de la cantidad de
irradiación que absorbe el captador solar, para esto existen dos formas de posicionar el
ángulo que necesita el captador para absorber la mayor cantidad de irradiación.
Angulo De Incidencia 𝜃𝑧: este ángulo se forma por la dirección de los rayos solares
y la normal de una superficie.
𝜃𝑧 = 𝑠𝑖𝑛∅𝑠𝑖𝑛𝛿𝑐𝑜𝑠𝛽 − 𝑐𝑜𝑠∅𝑠𝑖𝑛𝛿𝑠𝑖𝑛𝛽𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑐𝑜𝑠∅𝑐𝑜𝑠𝛿𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑜𝑠𝛽
+ 𝑠𝑖𝑛∅𝑐𝑜𝑠𝛿𝑐𝑜𝑠𝜔𝑠𝑖𝑛𝛽𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑐𝑜𝑠∅𝑠𝑖𝑛𝜔𝑠𝑖𝑛𝛽𝑠𝑖𝑛𝛾
En donde 𝛾 es el acimut sobre el plano horizontal, 𝛽 es el ángulo de inclinación de la
superficie. Más adelante cuando se expliquen los procedimientos para las pruebas se
explicara con se usa este ángulo para ubicar el captador.
Angulo De Altura Solar: es el ángulo formado entre el plano de la tierra y la
trayectoria de la radiación que llega a la tierra en el ocaso y el alba ∝= 0 y al medio
día es ∝= 90 y se puede calcular con la siguiente ecuación.
ℎ = 𝑠𝑒𝑛𝜙 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛿 − 𝑐𝑜𝑠𝜙 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝛿 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜔
2.7 EFICIENCIA TÉRMICA (𝒏𝒈)
Cuando se habla de eficiencia térmica se refiere a la relación entre el calor que es
transferido al fluido respecto a la irradiación absorbida, ya que durante el proceso existen
perdidas de la energía absorbida menos las pedidas térmicas dadas por convección,
radiación y conducción desde la placa absorbente al exterior, estas pérdidas se pueden
calcular por medio del coeficiente de perdidas 𝑈𝐿 y la diferencia de temperaturas dentro
del captador. Según las normas usadas para el desarrollo de pruebas del banco de medición
de captadores la eficiencia térmica está definida como:
17
𝑛𝑔 =𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑢𝑡𝑖𝑙𝑟𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑒𝑐𝑜𝑔𝑖𝑑𝑎
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎𝑝𝑜𝑟𝑒𝑙𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑛𝑔 = (𝐴𝑎
𝐴𝑔)𝐹𝑅[(𝜏𝛼)𝑆 − 𝑈𝐿
𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎
𝐺𝑡] = �̇�𝐶𝑝(𝑡𝑓,𝑠 − 𝑡𝑓,𝑖)/𝐴𝑔𝐺𝑡
Donde 𝑛𝑔 es la eficiencia térmica del captador, 𝐴𝑎 área de apertura del captador, 𝐴𝑔 área de
absorción, 𝐹𝑅 factor de remoción de calor del captador, (𝜏𝛼)𝑆 producto de transitividad
absortividad, 𝑈𝐿 ceficiente de perdida de calor de captador, 𝑡𝑓,𝑖 temperatura del fluido a la
entrada, 𝑡𝑎 temepratura del aire ambiente, 𝐺𝑡 radiación solar, �̇� flujo de masa del fluido, 𝐶𝑝
calor especifico de fluido, 𝑡𝑓,𝑠 temperatura del fluido a la salida. Para desarrollar esta
ecuación se debe conocer los siguientes términos y sus fórmulas matemáticas.
2.7.1 Factor De Remoción De Calor (𝑭𝑹)
Es la relación que existe entre la ganancia de energía útil y la energía útil si el captador
estuviera a la misma temperatura de entrada del fluido.
𝐹𝑅 = [�̇�𝐶𝑝𝑓 𝐴𝑐𝑈𝐿⁄ ][1 − exp(−𝐴𝑐𝑈𝐿𝐹′ �̇�𝐶𝑝𝑓⁄ )]
En donde �̇� es el flujo másico del agua, 𝐶𝑝𝑓 es el calor específico del agua, 𝐴𝑐 es el área
del captador y 𝐹′ es el factor de eficiencia.
2.7.2 Factor De Eficiencia 𝑭′
Este factor define la relación que hay entre la tasa de recolección de calor útil real a la tasa
de recolección de calor útil cuando la placa de absorción de colector (𝑇𝑝) está a la
temperatura local del fluido (𝑇𝑓):
18
𝐹′ =
1𝑈𝐿
𝑊 [1
𝑈𝐿[𝐷 + (𝑊 − 𝐷)𝐹]+
1𝐶𝑏
+1
𝜋𝐷𝑖ℎ𝑓𝑖]
𝑈𝐿 Es el coeficiente total de perdidas, el diámetro externo de la tubería es 𝐷, el diámetro
interno de la tubería es 𝐷𝑖, la distancia entre tubos es 𝑊, 𝐹 es la eficiencia de la placa
estándar, 𝐶𝑏 es la conductancia térmica de las uniones y ℎ𝑓𝑖es el coeficiente de
transferencia entre el tubo y el fluido.
2.8 CONSTANTE DE TIEMPO (𝑪𝑻)
Según las normas mencionadas anteriormente se define como el intervalo de tiempo que
tarda el captador en estabilizar su comportamiento después de un cambio en su estado
transitorio y su tiempo de respuesta para llegar a su nuevo estado transitorio, este tiempo se
calcula para poder establecer los tiempos de pruebas para hallar la eficiencia del captador, y
se calcula de la siguiente manera.
𝐶𝑇 =𝑡𝑓𝑠,𝑇 − 𝑡𝑓,𝑖
𝑡𝑓𝑠,𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑡𝑓,𝑖< 0,368
Donde 𝑡𝑓𝑠,𝑇 es la temperatura del fluido en la salida del captador, 𝑡𝑓,𝑖 es la temperatura de
entrada del fluido y 𝑡𝑓𝑠,𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 es la primera temperatura de salida de fluido registrada.
Si la temperatura del agua no se logra mantener igual a la temperatura ambiente se
usa la siguiente formula:
(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅𝑈𝐿(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎) +𝑚𝐶𝑝̇
𝐴𝑔(𝑡𝑓𝑠,𝑡 − 𝑡𝑓,𝑖)
(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅𝑈𝐿(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎) +𝑚𝐶𝑝̇
𝐴𝑔(𝑡𝑓𝑠,𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑡𝑓,𝑖)
= 0,368
19
𝐴𝑎 Es el área de apertura del captador, 𝐴𝑔 es el área de captación de irradiación del
captador, 𝐹𝑅 es el factor de remoción, 𝑈𝐿 es el coeficiente global de perdidas, 𝑡𝑓,𝑖 es la
temperatura de entrada del fluido, 𝑡𝑎 es la temperatura ambiente, �̇� es el flujo másico del
agua, 𝐶𝑝 es el calor específico del agua, 𝑡𝑓𝑠,𝑇 es la temperatura del fluido en la salida del
captador, y 𝑡𝑓𝑠,𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 es la primera temperatura de ingreso de luido registrada.
2.9 MODIFICADOR DE ÁNGULO DE INCIDENCIA (𝒌)
Este cálculo permite determinar un rango de inclinación del captador para que sea más
eficiente y así mejorar el diseño de estos, la ecuación usada para esto es:
𝐾𝛼𝜏 =𝑛𝑔
(𝐴𝑎 − 𝐴𝑔)𝐹𝑅(𝜏𝛼)𝑠,𝑛
Esta ecuación me permite hallar en ángulo de incidencia cuando el captador no tiene
concentrador, 𝑛𝑔 es la eficiencia del captador en el momento de la prueba con la inclinación
dada, 𝜏 es la transmisibilidad de la cubierta, 𝛼 es la absortibidad de la cubierta absorbente.
𝐾𝛼𝜏 =𝑛𝑔
(𝐴𝑎 − 𝐴𝑔)𝐹𝑅[(𝜏𝛼)𝜌𝛾]𝑛
La ecuación anterior me permite calcular el ángulo de incidencia para captadores con
concentrador.
2.10 ESTADO ESTACIONARIO
Antes comenzar a realizar cualquier tipo de prueba de rendimiento térmico, se debe tener
en cuenta que el análisis se realizara es para un sistema estacionario por esta razón se debe
procurar que todo el sistema se encuentre en estado estacionario, quiere decir cuando
ninguno de los parámetros experimentales se desvía de sus valores medios durante el
periodo de medida.
20
Este montaje cumple el estado estacionario en un día despejado, ya que uno de los
parámetros que puede afectar el comportamiento del captador es la entrada de agua, y esta
se mantiene constante debido que es refrigerada por la torre de enfriamiento dejándola igual
que la temperatura ambiente, el otro parámetro que puede afectar es la variación de la
irradiación solar, para evitar esta variación la pruebas se deben realizar con un cielo
despejado para evitar la variación de la irradiación por el movimiento de las nubes.
Figure 1: Desviación permitida durante el estado estacionario.
21
CAPITULO 3
COMPONENTES DEL BANCO DE MEDICIÓN
Este montaje cuenta con una serie de componentes que se explicaran a continuación, cada
componente tiene un uso, una ubicación específica, y una manera de operación para cada
prueba.
Imagen 5. Montaje De Un Captador En El Banco De Medición. Fuente: Autor.
La siguiente imagen es un esquema de los componentes numerados del banco de
mediciones que se encuentra en la universidad, se puede observar que la imagen muestra un
montaje de flujo cerrado como se había mencionado anterior mente.
22
Imagen 6. Montaje De Un Captador En El Banco De Medición. Fuente: Autor.
1. Captador
2. Piranometro
3. Termopar
4. Manómetros
5. Válvula de paso
6. Torre de enfriamiento
7. Tanque de almacenamiento agua
8. Bomba centrifuga
9. Caudalimetro
10. Sensor de temperatura
3.1 BASE DEL CAPTADOR
Este montaje cuenta con una estructura que soporta los captadores, fue diseñada para un
tamaño de un captador máximo de 200x200 cm de área, está construida completamente en
tubo cuadrado acero 1020, tiene una guía para darle la inclinación al captador y el método
de sujeción es de dos garras fijas y dos móviles en la parte superior debido a que la
estructura según la norma no puede obstruir la apertura del captador, ni mucho menos el
23
paso libre del aire, en la parte inferior se encuentra un caja en la que se puede visualizar las
temperaturas de entrada y salida del agua.
Imagen 7. Estructura De Soporte De Los Captadores Solares. Fuente: Autor.
3.2 TERMOPARES Y VISUALIZADORES DIGITALES
Las termopares son de bulbo tipo J de un cuarto de pulgada, ya que la temperatura del agua
nunca llega al punto de ebullición, se usaron dos unidades una a la entrada y la otra a la
salida del captador como se puede observar en el esquema de la imagen 6, cada termopar
debe estar ubicado a no más de 200 mm del captador para evitar pérdidas térmicas, cada
una tiene su respectivo visualizador digital para facilitar la lectura de las dos temperaturas
al tiempo.
Los visualizadores permiten leer la temperatura de entrada y salida del agua en grados
Celsius y se encuentran debajo de la base protegidos con una caja metálica, para su uso solo
se deben conectar a la multitoma del banco de mediciones antes de comenzar a realizar las
pruebas.
24
Imagen 8. Termopares Tipo J Y Visualizadores Digitales. Fuente: Autor.
Imagen 9. Visualizadores Digitales De Temperatura De Agua. Fuente: Autor.
Imagen 10. Termopar Instalación En Tubería De Cobre. Fuente: Autor. Fuente: Autor.
25
3.3 MANÓMETROS DE PRESIÓN
En el banco se usaron dos manómetros uno a la entrada del captador y otro a la salida, estos
manómetros son de conexión posterior y de ¼ NPT con una caratula de 1”.
Imagen 11. Manómetro ¼ NPT. Fuente: Autor.
Imagen 12. Tubería Con Montaje De Manómetro, Termopar Y Válvula De Alivio En El Sistema. Fuente:
Autor.
26
3.4 CAUDALIMETRO
El caudalimetro se encuentra ubicado antes de la entada del captador como se puede
observar en el esquema de la figura 6, este permite visualizar el paso de caudal de agua al
captador, su sistema es de torpedo y su estructura permite visualizar si dentro del fluido hay
suciedad, su capacidad es de dos metros por minuto. Para regular el caudal de entrada al
captador se debe regular desde el registro que se encuentran después de la bomba se puede
observar en la imagen 6 en la posición 5.
Imagen 13. Registro Regulador De Caudal. Fuente: Autor.
Según la norma el caudal del agua debe ajustarse a 0,02 kg/seg por metro cuadrado del área
de apertura del captador este valor debe mantenerse estable durante toda la prueba y debe
ser el mismo caudal para todas la pruebas que se realicen al captador para determinar el
comportamiento térmico, este caudal aplica para los captadores en los que el fabricante no
especifique un caudal del fluido de lo contrario se evaluara de acuerdo a lo establecido por
el fabricante. Este caudal es recomendado para evitar que en el flujo del agua se generen
turbulencias o burbujas ya que puede generar datos erróneos, lo ideal es tratar de mantener
un flujo laminar en el agua a la hora de realizar los ensayos.
27
.
Imagen 14. Caudalimetro De Torpedo Para Agua. Fuente: Autor.
3.5 DATALLOGERS
Para este sistema se usan los sensores Datallogers que almacenan los datos tomados y
se descargan en un computador después de la prueba, estos sensores se deben
programar para que la toma de datos sea de cada 30 segundos, y se encuentran en el
laboratorio de ciencias térmicas de Ingeniería Mecánica de la Universidad Distrital
Fráncico José de Caldas Facultad Tecnológica. Estos sensores en el momento de la
prueba deben ser ubicados encima de la caja de los pirómetros para evitar que la
radiación llegue directa a estos y además no afecte los datos de medición registrados,
los valores registrados se visualizan en °C.
Ilustración 15. Sensores De Temperaturas Datalloggers. Fuente: Autor.
28
3.6 PIRANOMETRO
Sensor de irradiación llamado piranometro y nos permite visualizar en tiempo real la
irradiación que está absorbiendo el captador, este lo podemos encontrar en el
laboratorio de ciencias térmicas de Ingeniería Mecánica de la Universidad Distrital
Fráncico José de Caldas Facultad Tecnológica. El sensor se debe posicionar coplanar al
captador, la base de montaje tiene un soporte para el piranometro este permite ubicar
el sensor para que tome la irradiación que recibe el captador, antes de comenzar a
tomar medidas se debe programar el sensor en (w/m^2) y dejarlo encendido 30 min
para que se estabilice en la pantalla aparecerá la medida de la irradiación.
Imagen 16. Piranometro Y Su Ubicación En El Montaje. Fuente: Autor.
3.7 ANEMÓMETRO
Para esta medición se usa un anemómetro que permite ver la velocidad del viento en
metros por segundo, este sensor se ubica cerca del captador a diez milímetros de la
apertura de este sin que genere sombra sobre el captador, solo se ubica manualmente
en el momento del registro de datos en el borde del captador, este sensor se encuentra
en el laboratorio de ciencias térmicas de Ingeniería Mecánica de la Universidad
Distrital Fráncico José de Caldas Facultad Tecnológica.
29
El captador debe estar instalado en el momento de prueba en un lugar en donde el paso del
aire no este restringido ni por encima o por debajo del captador además de que las partes
laterales estén libres para el paso del aire, también se debe tener en cuenta la variación
media del aire durante el ensayo debe ser de 0,3 m/s.
Imagen 17. Anemómetro y su montaje. Fuente: Autor.
3.8 TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
Después del tramo de tubería en cobre que se encuentra en la salida del captador se realizó
una adaptación a tubería flexible para agua caliente que se conecta directamente a un
registro de cortina y este a su vez se conecta a la torre de enfriamiento.
La torre es usada para enfriar el agua que sale del captador y lograr que la temperatura de
entrada al captador se mantenga a temperatura ambiente, cuenta con un ventilador en la
parte superior que introduce un flujo de aire a una cortina de agua para lograr la
refrigeración y en la parte inferior se encuentra un tanque de almacenamiento de agua, y
está conectada a una bomba que impulsa a través del sistema el agua del tanque, para el uso
30
de la torre se debe conectar el ventilador a la multitoma antes de comenzar las pruebas y se
deben abrir los registro de esta para permitir el paso de agua.
.
Imagen 18. Torre De Enfriamiento Del Agua En El Banco De Mediciones. Fuente: Autor.
3.9 BOMBA CENTRIFUGA
La bomba es de medio caballo marca Pedrollo y es la encargada de hacer circula el agua
por todo el captador hasta la torre de enfriamiento, se encuentra conectada a la torre de
enfriamiento en la parte inferior y es de allí de donde extrae e impulsa el agua por todo el
sistema de banco y de nuevo la retorna a la torre por la parte superior. Antes de encender el
31
banco se debe realizar una purga en la bomba y así evitar acumulación de aire en el sistema
para esto se debe girar el tornillos de purga y dejar salir el aire que se encuentre atrapado,
cuando comience a salir agua se debe ajustar el tornillo y ya estaría la bomba purgada.
Imagen 19. Bomba centrifuga montaje. Fuente: Autor.
32
CAPITULO 4
GUÍA PARA REALIZAR PRUEBAS PARA EL ANÁLISIS DE CAPTADORES
Para realizar el análisis de captadores solares planos usando el banco que se encuentra en
la Universidad Distrital se creó una guía de procedimientos basado en las normas ASHRAE
93-77 y UNE-NE 12975-2, esta normas contienen métodos de ensayos para verificar los
requisitos de capacidad térmica, resistencia y durabilidad.
En este capítulo se exponen los diferentes tipos de pruebas que se pueden realizar para
evaluar el comportamiento térmico del captador, estos ensayos son obligatorios y se debe
seguir el paso a paso que se menciona más adelante. También se exponen otro tipo de
ensayos para evaluar la resistencia y durabilidad de los captadores, este tipo de pruebas son
opcionales ya que su realización puede averiar el captador analizado.
4.1 ENSAYOS PARA DEFINIR EL COMPORTAMIENTO TERMICO
Para realizar el análisis de comportamiento térmico de un captador es importante conocer
en detalle los requisitos que se deben cumplir según la normas ASHRAE 93-77 y UNE-NE
12975-2 y como esto aplica para el montaje del banco en la universidad, luego seguir los
pasos que se mencionan adelante para la obtención de datos para luego aplicarlos a la
fórmula matemática para cada prueba, las pruebas que definen el comportamiento térmico
son la de contante de tiempo, eficiencia y ángulo de incidencia.
4.1.1 Requisitos Para Realizar Las Pruebas De Rendimiento Térmico
El sistema durante la prueba debe permanecer en estado estacionario.
El sistema cerrado del banco solo permite realizar pruebas a captadores con una
sola entrada y una sola salida del fluido de prueba, si el captador a analizar tiene
más entradas o salidas se le debe diseñar un dispositivo que reúna todas las entradas
en una sola, de igual manera para las salidas.
33
El fluido que se usara debe ser agua en estado líquido, no se acepta una mezcla
entre líquido y gas para evitar error en la toma de datos.
Durante el ensayo del captador no debe existir ningún objeto que refleje o irradie
energía tales como edificios, espejos, ventanas o suelo para así evitar errores de
medición.
Durante el ensayo ninguna sombra debe cubrir el captador ya que en el momento
de toma de datos habría error debido a que la abertura del captador no estaría
absorbiendo irradiación totalmente.
Durante el ensayo ninguna sombra debe cubrir el pirómetro ya que los datos de
irradiación serían erróneos.
Se debe tener la cubierta del captador completamente limpia para que la irradiación
solar este sobre toda el área de captación del captador y su absorción sea total.
No debe existir ninguna fuente de calor que afecte la temperatura ambiente que
rodea el captador.
Es importante que la radiación solar promedio no sea menor a 790 w/m^2 (250
Btu/ft^2*h)
En el momento de la prueba el cielo debe estar despejado, sin nubes que provoquen
alguna radiación difusa y para evitar cambios bruscos en la radiación.
Para los datos de temperatura ambiente esta no debe ser mayor a 30 °C (54 °F).
La velocidad promedio del viento debe estar entre 2,2 y 4,5 m/s, si dado el caso que
la velocidad del viento no cumple con la promedio requerida se puede usar un
ventilador.
No debe existir ninguna obstrucción del paso de aire a través del captador.
La temperatura del agua de entrada debe estar a temperatura ambiente o variar en
1°C.
La temperatura del agua se debe mantener constante en la entrada del captador.
La parte inferior del captador debe estar a 0.5 metros del suelo.
34
Si el montaje del captador es en un lugar alto, o sobre un edificio el montaje debe
estar alejado del borde de la superficie mínimo dos metros.
4.1.2 Angulo De Inclinación Del Captador
La base que sirve de soporte para el captador cuenta con una platina perforada ubicada en la
parte inferior, esta permite darle al captador una inclinación de forma manual durante las
pruebas, para determinar la inclinación del captador se debe tener en cuenta la irradiación y
posición del sol, para una mayor exactitud existen aplicaciones que se pueden descargar por
Play Store de forma gratuita y nos ayudan a encontrar los ángulos de inclinación del
captador, el captador debe estar a una inclinación de no más de 2% del ángulo de
incidencia normal, siempre buscando que la radiación solar sea perpendicular a la cubierta
del captador.
Para la ubicación de la inclinación del captador solar respecto a la irradiación solar
recomiendo usar las aplicaciones SolarCT y Solar Tilt que se encuentran disponibles en
Play Store de forma gratuita son fáciles y seguras de usar, estas dos aplicaciones por medio
del sistema GPS calculan la latitud, longitud, altura y campo magnético en tiempo real y
nos muestra el ángulo al que se debe ubicar el captador para absorber una mayor
irradiación, solo se debe ubicar el celular en la cubierta del captador y ajustar la inclinación.
35
Imagen 20. Captura De Pantalla De Celular Con La Aplicación SolarCT. Fuente: Autor
Con cada una de estas aplicaciones me indica visualmente si la inclinación del captador es
correcta o no como se observa en la imagen anterior y muestra la variación gradual del
movimiento.
36
Imagen 21. Captura De Pantalla De Celular Con La Aplicación Solar Tilt. Fuente: Autor
4.1.3 Periodo De Ensayo
Antes de realizar cualquier prueba se debe dejar estabilizar el captador el tiempo en que el
captador logra estabilizarse o llegar a su estado estacionario es cuatro veces el tiempo de
constante de tiempo o quince minutos si no se conoce la constante y el tiempo que dura
cada prueba de ensayo que es cuatro veces la contante de tiempo o no menos de diez
minutos, las pruebas se deben realizar dos veces antes del mediodía, una en el mediodía y
otras dos después de las doce de día.
37
4.1.5 Preparación Del Captador Para El Ensayo
Imagen 22. Banco De Medición Con Instrumentación Señalada. Fuente: Autor.
Antes de comenzar las pruebas de rendimiento térmico se deben seguir los siguientes pasos.
1. Montaje del Captador: Para realizar el análisis se debe montar el captador sobre la
base del banco con la cubierta completamente limpia, sin sombras que cubran el
captador, sin ninguna obstrucción de viento alrededor del captador y ninguna
irradiación reflejada o alguna fuente generadora de calor cerca.
La base del captador tiene unas mordazas con tornillos para fijar el captador sin
obstruir la cubierta, además en la parte inferior tiene una guía que permite darle la
inclinación necesaria al captador por medio de un tornillo, para que la cubierta este
perpendicular a los rayos solares, tal como se explicó anterior.
Una vez instalado el captador en el soporte se debe hacer la conexión de tuberías
para la entrada y salida de agua la tubería usada es de media pulgada con racores, se
debe dejar expuesto el captador aproximadamente una hora a la irradiación solar
sin ningún flujo de agua, luego se debe medir el área total de la superficie del
38
captador en m^2, también se mide el área de captación de irradiación del captador
debido a que estos datos nos servirán para el cálculo de la eficiencia más adelante.
Se debe abrir la válvula de alivio para liberar los gases acumulados dentro del
sistema, ajustar de nuevo
Purgar la bomba como se explica anteriormente.
Luego se abren los registros de paso que se encuentran después de la bomba y antes
de la torre, y se gradúa el caudal del fluido dependiendo de la necesidad, esto se
logra con el registro que se encuentra después de la bomba ver imagen 6 y el control
visual es por medio del caudalimetro.
Conectar a la multitoma el ventilador de la torre de enfriamiento, la bomba, y los
visualizadores digitales.
2. Ubicación de sensores externos: el piranometro, los sensores dattallogers, el
anemómetro una pistola de temperatura y se solicitan en préstamo en el laboratorio
de ciencias térmicas de la universidad facultad tecnológica.
Los sensores dattallogers se deben programar antes de usar, en esa programación se
define el tiempo de toma de datos en este caso el tiempo de intervalo será de 30
segundos, su programación se realiza en el laboratorio de ciencias térmicas, estos
sensores contienen un CD que se usa para instalar un programa que permite
controlar el tiempo de toma de datos y visualizar los datos recolectados. Antes de
comenzar la toma de datos se enciende el sensor del botón amarillo y se ubica
encima de la caja que contiene los pirómetros.
El piranometro se debe limpiar y encender, luego se define la unidades a trabajar en
este caso w/m^2, se ubica en el soporte de la base del captador.
El anemómetro se enciende y se ubica al lado del captador de forma manual
mientras se toma los datos de la prueba.
La pistola de temperatura solo se usa para tomar la temperatura de la placa del
captador durante el ensayo de eficiencia térmica y ángulo de inclinación.
39
3. Verificar el fluido de prueba: el la torre de enfriamiento en la parte inferior se
encuentra el almacenamiento del agua, que en este caso es nuestro fluido de prueba.
Se debe verificar que el tanque este lleno de agua para que en el momento de la
prueba la bomba no se quede sin líquido para bombear, ya que así evitaremos daños
en el motor y no tendríamos errores en las pruebas.
Se debe revisar el tanque e inspeccionar que no exista suciedad en el agua ya que de
se evitan taponamientos en la bomba y caudalimetro, de esta manera se alarga la
vida útil de los sensores, el líquido debe estar limpio de lo contrario se debe hacer
una purga y llenar el tanque de nuevo con agua limpia.
PARAMETROS VALOR MEDIO DE DESVIACION
Irradiación solar 50 W/m^2
Temperatura ambiente 1 K
Caudal del fluido 1%
Temperatura del fluido de entrada 0,1 K
Imagen 23. Desviación Permitida De Parámetros Medios Durante El Periodo De Prueba De Medida. Fuente:
Autor.
4.1.6 ENSAYO DE CONSTANTE DE TIEMPO 1 PRUEBA
Este ensayo nos permite determinar el tiempo de respuesta del captador para evaluar el
comportamiento de un estado transitorio a otro estado transitorio y así determinar los
tiempos de ensayos de la eficiencia del captador.
Para este ensayo se debe tener en cuenta los puntos 4.1.1 hasta el 4.1.5 mencionados
anterior mente, luego dejar el captador instalado expuesto a la irradiación solar por lo
menos quince minutos una vez pase este tiempo se debe abrir el flujo de agua y encender
los sensores, mientras que el captador llega a su primer estado estacionario y las
temperaturas del agua de entrada y salida del captador se estabilicen, una vez esto ocurra
con una superficie blanca y opaca puede ser una sábana se debe bloquear completamente la
40
apertura del captador para evitar que este absorba cualquier tipo de radiación, en este
momento las temperaturas del agua comenzaran a bajar por la ausencia de la irradiación,
debemos esperar a que las temperaturas del agua se estabilicen de nuevo para alcanzar el
segundo estado estacionario cuando estén estabilizadas las temperaturas se debe retirar la
superficie que cubre la apertura del captador y se puede comenzar la toma de datos hasta
que la ecuación del captador varié de 0,1 hasta 0,3 en ese momento se interrumpe la prueba
o se pueden tomar datos durante los cinco primeros minutos con intervalos de 30 segundos
cada uno, los datos que se deben tomar son:
Temperatura de entrada del agua
Temperatura de salida del agua
Irradiación
Temperatura del aire ambiente
Velocidad del aire
Angulo de inclinación del captador
Caudal del fluido
Con los datos obtenidos se debe llenar la siguiente tabla y aplicar la ecuación
CONSTANTE DE TIEMPO
FECHA: ANGULO DE INCLINACION CAP:
VELOCIDAD DEL AIRE: CAUDAL DEL FLUJO:
TEMPERATURA DEL AIRE AMBIENTE:
TEMP IN TEMP OUT TEM OUT 1 TIEMPO DE PRUEBA S CONSTANTE
0
30
60
90
120
150
180
210
240
Imagen 24. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Constante De Tiempo.
Fuente: Autor.
41
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 =𝑡𝑓𝑠,𝑇 − 𝑡𝑓,𝑖
𝑡𝑓𝑠,𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑡𝑓,𝑖< 0,368
Para el análisis de datos obtenidos por esta prueba se debe representar la diferencia de
temperatura de salida del fluido y la del aire ambiente ((𝑡𝑒 − 𝑡𝑎) frente al tiempo,
comenzado con la condición inicial del estado estacionario (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)0 y continuando hasta
que se llegue al segundo estado a mayor temperatura (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)2. para un mayor detalle del
cálculo leer el siguiente capítulo.
Imagen 25. Grafica De La Constante De Tiempo. Tomado De Une-En 12975-2:2006 Pág. 46.
1. (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)
2. (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)2
3. (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)0
4. 𝑡𝑐
5. Tiempo
6. 0.632[(𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)2 − (𝑡𝑒 − 𝑡𝑎)0]
42
4.1.7 ENSAYO DE EFICIENCIA 2 PRUEBA
Para realizar esta prueba se debe tener en cuenta los puntos 4.1.1 hasta el 4.1.5
mencionados anterior mente, y se debe realizar después de la prueba de la constante de
tiempo, para este ensayo se debe ubicar el piranometro en la base que se encuentra
coplanar al captador, la superficie no debe tener ninguna obstrucción en la apertura del
captador para evitar errores en los datos tomados, antes de comenzar a tomar datos se debe
verificar que el captador este en estado estacionario quiere decir que se debe dejar circular
agua por un tiempo de cuatro veces la constante del tiempo, luego regular el caudal a no
más 0,02 kg/seg por metro cuadrado del área de apertura del captador , cuando se
comiencen a tomar los datos se deben encender los Datalloggers para que comiencen el
registro de datos, adicional a los datos que exige la ecuación es importante tener
cronometro y tener datos de la hora de cada toma de datos.
La toma de datos es de un intervalo de cada treinta segundos durante un tiempo de quince
minutos esta prueba se debe realizar cuatro veces antes del mediodía y cuatro veces después
del mediodía y realizar una prueba durante el mediodía, para estas pruebas se debe procurar
que los intervalos entre las pruebas sean iguales y se deben tomar los siguientes datos:
Irradiación solar
Temperatura de entrada del agua
Temperatura de salida
Temperatura ambiente
Velocidad del aire
Caudal del agua
Área del captador
Angulo de incidencia de la radiación solar
presión
Los datos obtenidos se deben registrar en la siguiente tabla.
43
Imagen 26. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Eficiencia Térmica. Fuente:
Autor
𝒏𝒈 = (𝑨𝒂
𝑨𝒈)𝑭𝑹[(𝝉𝜶)𝑺 − 𝑼𝑳
𝒕𝒇,𝒊 − 𝒕𝒂
𝑮𝒕] = �̇�𝑪𝒑(𝒕𝒇,𝒔 − 𝒕𝒇,𝒊)/𝑨𝒈𝑮𝒕
Una vez registrados los datos se debe aplicar la ecuación y graficar, para más detalles leer
el capítulo V, en ese capítulo se realiza una prueba a un captador y se expone en detalle el
proceso de los cálculos realizados.
4.1.8 MODIFICADOR DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA 3 PRUEBA
Este ensayo se realiza con el fin de determinar la eficiencia del captador en un ángulo
diferente al de la incidencia normal, en este caso para este tipo de ensayo el banco de
pruebas permite darle la inclinación necesaria al captador de forma manual por medio de
una platina ubicada en la base que sostiene el captador. Los ángulos de incidencia entre el
captador y la radiación incidente recomendados por la norma para evaluar el captador en el
modificador del ángulo de incidencia son 0, 30, 45, 60 cabe aclarar que son válidos otros
ángulos de inclinación, todo depende el montaje que se esté usando para analizar el
captador.
Esta prueba se debe realizar al mediodía ya que el sol se encuentra a 90° del entre la
irradiación solar y el captador, sea perpendicular, de esta manera es mucho más fácil lograr
TEM IN TEM OUT IRRADIACION HORA TEM AMBIENTE (Te-Ta)/Gt EFICIENCIA SIN PERDIDAS EFICIENCIA CON PERDIDAS
FECHA EFICIENCIA TERMICA- PRUEBA
44
ubicar los ángulos de incidencia que se necesitan en la prueba. Se recomienda que esta
prueba solo se realice durante un día.
La prueba se realiza de la misma forma como se hizo la prueba de eficiencia, la única
variación es el ángulo de inclinación del captador respecto a la irradiación del sol, también
para esta ubicación de inclinación se recomienda usar la aplicación mencionada
anteriormente, luego registrar los datos obtenidos en la tabla siguiente y luego aplicar la
ecuación, para un mayor detalle del cálculo leer el siguiente capítulo.
ORA EFICIENCIA a __ PRUEBA DE ANGULO DE INCIDENCIA
TEMPE IN
C°
TEMPE OUT
C°
IRRADIACION
W/M^2 EFICIENCIA
TEM
AMB (Te-Ta)/Gt
MODIFI INCIDENCIA
Imagen 27. Tabla Recomendada Para Registrar Valores Obtenidos En La Prueba Angulo de incidencia.
Fuente: Autor
Calculo del Modificador del Angulo de Incidencia del Captador sin concentrador:
𝐾𝛼𝜏 =𝜂𝑔
(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅(𝜏𝛼)𝑠,𝑛
45
4.2 ANALISIS DE RESISTENCIA Y DURABILIDAD
Este tipo de ensayos nos permite determinar si el captador analizado es seguro y no
representa ningún riesgo a la hora de su uso, como por ejemplo que su tubería o cubierta se
rompa por presiones o condiciones climáticas, los siguientes ensayos no son obligatorios de
realizar ya que no determinan el comportamiento térmico, pero son mencionados por si
algún fabricante está interesado en analizar la resistencia del captador. Las pruebas que se
deben realizar para analizar el captador y analizar la resistencia y durabilidad son las
siguientes:
4.2.1 Presión Interna En El Captador
Esta prueba permite identificar la presión máxima que puede soportar el captador sin que se
genere ningún daño en el sistema, para este ensayo se debe estar en un rango de
temperatura ambiente de 5-30 °C, la presión que se debe usar es 1,5 veces la presión
máxima del captador durante un periodo de 15 minutos, es preferible que esta prueba se
realice un día con una temperatura ambiente elevada, ya que los captadores cambian su
presión interna con el aumento de temperatura ambiente.
1. Fuente de presión hidráulica
2. Válvula de seguridad
3. Manómetro
4. Tubería del fluido sellada
5. Captador
6. Válvula de alivio
Imagen 28. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba De Presión Interna
En El Captador.
46
El captador se debe dejar expuesto al sol por treinta minutos, para que alcance su
temperatura máxima y durante el funcionamiento del captador se debe ir aumentando la
presión gradualmente en intervalos de cinco minutos, durante este proceso se debe
inspeccionar el captador de fugas, grietas o algún daño físico del captador, los pasos para
realizar la prueba se explican en el manual de procedimientos y se debe registrar los datos
en la tabla anexa N1.
Para este ensayo se deben realizar los siguientes pasos:
1. se debe ubicar el captador en el banco y conectar el sistema a las tuberías.
2. el captador alcanzara la temperatura ambiente en un tiempo de treinta minutos y la
prueba se realizara en un día soleado.
3. Sacar todo tipo de gases acumulados en el captador por medio de la válvula de
purga.
4. encender el banco con el sistema de bombeo y abrir registro del flujo que se
encuentra después de la bomba
5. Cerrar el registro de caudal ubicado en la entrada de la torre de enfriamiento.
6. Visualizar la presión del captador por medio del manómetro que está ubicado en la
entrada del capador.
4.3 ENSAYO DE RESISTENCIA A ALTA TEMPERATURA
Este ensayo permite determinar si el captador resiste altas temperaturas sin que se degraden
los componentes del captador o que se generen gases de sus componentes, para esta prueba
se debe tener en cuenta los siguientes parámetros.
PARAMETROS CLIMATICOS VALOR PARA CUALQUIER CLIMA
Irradiación solar global > 1000𝐺𝑒𝑛𝑤/𝑚2
Temperatura aire ambiente 20-40 °C
Velocidad del aire circundante < 1 m /s
Imagen 29. Parámetros A Tener En Cuenta Para Realizar El Ensayo De Resistencia A Alta Temperatura.
47
El sistema debe tener todas las tuberías cerradas para evitar pérdidas de calor por el paso de
aire durante una hora luego se analiza generación de gases, estado de la tuberías y de la
cubierta, los pasos detallados de cómo se realiza la prueba se encuentran en el manual de
procedimientos y se debe llenar la tabla anexa N2.
1. Piranometro
2. Tubería de fluido sellada
3. Captador
4. Sensor de temperatura
5. Tubería de fluido abierta
6. Radiación solar
7. Sensor de temperatura ambiente
Imagen 30. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Resistencia A Alta
Temperatura.
Los pasos que se deben seguir para realizar la prueba son:
1. Apagar la bomba de recirculación
2. Purgar el captador extrayendo el agua de su interior
3. Cerrar el registro de agua que se encuentra ubicado en la salida de la torre para que
no pase el fluido a través del captador.
4. Abrir la válvula de purga de aire ubicada en la entrada del captador para que no se
concentren gases dentro de este.
5. cerrar el registro de agua que se encuentra ubicado en la entrada de la torre
6. Dejar expuesto el captador al aire ambiente por una hora.
7. Verificar alguna alteración o daño en el captador
8. Se debe llenar la tabla anexa N2.
48
4.4 ENSAYO DE EXPOSICION
Este ensayo se realiza con el objetivo de garantizar el correcto funcionamiento del captador
cuando se encuentra expuesto al medio ambiente y este ensayo se realiza de la misma
forma que el ensayo de resistencia a alta temperatura, pero se realiza por un lapso de 30
días en donde el captador está expuesto a condiciones ambiente como irradiación y lluvia
todo el día, en donde se debe revisar la degradación de sus componentes o algún daño que
sufra el captador durante la exposición.
Parámetro Climático Valor Para Todas Las Clases Climáticas
Irradiación global en el plano del captador 850 𝑤/𝑚2
Irradiación global diaria en el plano del
captador 14 𝑀𝑗/𝑚2
Temperatura del aire circundante 10 °C
Imagen 31. Condiciones Climáticas De Ensayo Para La Prueba De Exposición, Choque Térmico Externo Y
Choque Térmico Interno.
1. Tubería de fluido abierta
2. Radiación solar
3. Sensor de temperatura
ambiente
4. Piranometro
5. Tubería de fluido sellada
6. Captador
Imagen 32. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba De Ensayo De
Exposición.
49
4.5 ENSAYO DE CHOQUE TERMICO EXTERNO
Este ensayo se hace para saber si el captador puede soportar cambios de temperatura
instantáneos como cuando hay días soleados y de repente una lluvia repentina, para los
pasos detallados de cómo se realiza la prueba se encuentra en el manual de procedimientos
y se debe llenar la tabla anexa N3.
1. Rocío de agua en todos los lados
2. Tubería de fluido abierta
3. Radiación solar
4. Sensor de temperatura ambiente
5. Piranometro
6. Sensor temperatura absorsor
7. Tubería de fluido sellada
8. captador
Imagen 33. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Ensayo De Choque
Térmico.
1. El captador debe estar en el banco instalado.
2. Apagar la bomba de recirculación.
3. Cerrar los registros de agua para evitar el paso del fluido a través del captador.
4. Abrir la válvula de purga de aire para evitar genere alguna presión dentro del
captador por el gas formado.
5. Durante una hora el captador debe estar recibiendo irradiación durante una hora sin
paso de fluido.
6. Cuando el tiempo de irradiación se complete se debe rosear el captador con agua
usando una manguera durante 15 minutos.
50
4.6 ENSAYO DE CHOQUE TERMICO INTERNO
En este ensayo se verifica que el captador es resistente a cualquier choque térmico ya que
en ocasiones durante un día soleado se abre el paso de agua fría por el captador después de
un periodo sin funcionamiento, en estos casos se presenta un choque térmico interno que
puede generar daños en la estructura del captador, para los pasos detallados de cómo se
realiza la prueba se encuentran en el manual de procedimientos y se debe llenar la tabla
anexa N4.
1. radiación solar
2. sensor temperatura ambiente
3. piranometro
4. bomba
5. caudalimetro
6. sensor temperatura absorbedor
7. captador
8. tubería de fluido sellada
Imagen 34. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Choque Térmico
Interno.
Para realizar este ensayo se debe tener en cuenta:
1. El captador debe estar en el banco instalado.
2. Apagar la bomba de recirculación.
3. Cerrar los registros de agua para evitar el paso del fluido a través del captador.
4. Abrir la válvula de purga de aire para evitar general alguna presión dentro del
captador por el gas formado.
5. Durante una hora el captador debe estar recibiendo irradiación sin paso de fluido.
6. Cerrar la válvula de purga de aire.
7. Abrir los registros del paso del agua.
51
8. y encender el sistema de bombeo para que pase el agua por el captador durante 5
minutos o hasta que el captador llegue a una temperatura menos de 50°C.
Después inspeccionar el captador de fisuras y condensaciones, este procedimiento se debe
realizar dos veces. El agua debe estar a menos de 25 °C y su caudal será de 0,02 kg/s por
metro cuadrado, se debe llenar la tabla anexa N4.
4.7 ENSAYO DE PENETRACION DE LLUVIA
Esta prueba solo aplica a captadores con cubierta y se realiza para saber si cuando el
captador es expuesto a lluvias no se genera penetración de agua o condensación de agua
dentro del sistema, el captador debe ser inclinado a treinta grados y después dejarlo
expuesto a irradiación por una hora sin paso de fluido debe ser roseado con una manguera
durante treinta minutos y se debe inspeccionar que exista gotas de agua en el interior o
condensación de líquido, para los pasos detallados de cómo se realiza la prueba se
encuentran en el manual de procedimientos.
1. rocío de agua
2. tubería de fluido sellada
3. parte posterior del captador
4. ángulo de inclinación
5. captador
Imagen 35. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Penetración De La
Lluvia.
52
1. Cerrar los registros de agua para evitar el paso del fluido a través del captador.
2. Abrir la válvula de purga de aire para evitar genere alguna presión dentro del
captador por el gas formado.
3. Durante una hora el captador debe estar recibiendo irradiación durante una hora sin
paso de fluido.
4. Cuando el tiempo de irradiación se complete se debe rosear el captador con agua
usando una manguera durante 30 minutos.
5. La temperatura del agua no debe ser mayor a 30°C con un caudal de 0.05 kg/s por
metro cuadrado.
Se debe inspeccionar el captador y revisar si ingreso agua o hay señales de condensación y
completar la tabla N5.
53
CAPITULO 5
ANÁLISIS DE UN CAPTADOR
Se usó un captador fabricado por la empresa Futuro Solar, este captador tiene una
disposición de tubería en cobre en forma de serpentín, con cubierta sencilla de vidrio, una
sola entrada y una sola salida, además su base está fabricada en aluminio.
Imagen 36. Esquema Del Montaje En El Banco De Mediciones Para Realizar La Prueba Penetración De La
Lluvia. Fuente: Futuro Solar.
Imagen 37. Datos Del Captador Fuente: Futuro Solar Ficha Técnica.
54
Imagen 38. Curva de Eficiencia del Captador .Fuente: Futuro Solar.
Teniendo en cuenta los pasos del manual lo primero que se realizo fue el montaje del
captador en la base, se realizó un cambio de todo el fluido de que se encontraba en el
tanque de la torre de enfriamiento para eliminar la suciedad del sistema, luego se abrieron
los registros del sistema, se procedió a purgar la bomba de agua, y se ajustó el ángulo de
incidencia entre el captador y la radiación solar.
Se conectó la torre, la bomba, los visualizadores de temperatura, todo a la multitoma que se
encuentra debajo de la base del captador, y se encendió el sistema tal como dice el manual
se esperó un tiempo hasta que el captador se estabilizo.
55
5.1.1 PRUEBA DE LA CONSTATE DE TIEMPO
Esta fue la primera prueba que se realizó en el captador, fue durante los días 17, 18, 19 y 20
de septiembre del 2018, se siguieron los pasos mencionados en el capítulo IV, los datos
obtenidos fueron:
Imagen 39. Grafica De Resultados De La Prueba Constante De Tiempo.
En donde el tiempo predominante de este captador fue de 150 a 200 segundos para lograr
estabilizarse, ya que en seis ocasiones durante las pruebas se obtuvo el mismo tiempo, con
esta grafica se puede observar que el tiempo máximo en estabilizarse es de 250 segundos y
que en solo una oportunidad el captador logro estabilizarse en 50 segundos.
Los datos obtenidos durante las pruebas se encuentran en los anexos.
0
50
100
150
200
250
300
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 CT9 CT10 CT11 CT12
TIEM
PO
Se
g
CTES
CTE TIEMPO
TIEMPO
56
5.1.2 PRUEBA DE EFICIENCIA DEL CAPTADOR
La segunda prueba que se realizó según el capítulo IV fue la eficiencia del captador durante
los días 17, 18, 19 y 20 de septiembre del 2018, los datos recolectados se usaron para
calcular la eficiencia térmica del captador con la siguiente formula:
𝜂𝑔=(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅 [(𝜏𝛼)𝑠 − 𝑈𝐿
(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎)
𝐺𝑡] = �̇�𝐶𝑝(𝑡𝑓,𝑠 − 𝑡𝑠,𝑖)/𝐴𝑔𝐺𝑇
La primera parte de la formula permite calcular la eficiencia teniendo en cuenta las pérdidas
del captador y la segunda parte permite calcular la eficiencia de una manera más
experimental.
No. Especificaciones del
Colector
Valores
1 Caudal 0,02 (Kg/s)
2 Calor especifico del Agua Cp.= 4188 (J/KgK)
3 Área Absorbedor AA = 1,8 m2
4 Área de apertura Aa= 1,862 m2
5 Área de los lados Al =0,456 m2
6 Área Total del captador Ag =2 m2
7 Inclinación θ =10°
8 Conductividad térmica de la
Fibra de vidrio
K1 = 0,043 (W/mK)
9 Espesor de la fibra de vidrio L= 0,0425 (m)
10 Pérdida de la base Ub = 1,011(W/m2K)
11 Conductividad térmica del
poliuretano
K2 = 0,028 (W/mK)
12 Espesor del poliuretano L2 = 0,025 (m)
13 Perdida de los Lados Ue = 0,255 (W/m2K)
14 Número de Raleigh Ra = 60147,25
15 Temperatura del Fluido Tf = 328,2 K
16 Temperatura absorbente Tp = 346, 49 K
17 Temperatura cubierta Tc = 319,15 K
18 Temperatura ambiente
máxima
Ta = 301,45 K
19 Emitancia del absorbedor Ep= 0,9
20 Emitancia del vidrio Ec = 0,88
21 Constante de Stephan σ = 5,68E-8 (W/m2K4)
22 Coeficiente de expansión
térmica β = 0,003
23 Difusividad térmica α = 2,66E-5 (m2/s)
24 Viscosidad Cinemática v = 1,86E-05 (m2/s)
25 Gravedad G =9,81 (m/s2)
57
26 Longitud entre las placas L3 =0,038 (m)
27 Diferencia de temperatura ΔT =18,1 (K)
28 Emisividad efectiva de la
placa y el vidrio
Eff = 0,8016
29 Número de Nusselt Nu = 3,5582
30 Conductividad térmica del
aire a la Tf
K3 = 0,0284
31 Coeficiente de transferencia
de calor entre la placa y el
vidrio
h1c = 2,6574 (W/m2K)
32 Coeficiente de perdida de
calor por convección por la
cubierta
h2c = 6,4518 (W/m2K)
33 Coeficiente de transferencia
de calor por radiación entre
la placa y el vidrio
h1r = 6,7254 (W/m2K)
34 Coeficiente de transferencia
de calor por radiación entre
el vidrio y el aire
h2r = 7,7217 (W/m2K)
35 Pérdida por la cubierta Ut = 5,6455 (W/m2K)
36 Coeficiente global de
pérdida de calor
Ul = 6, 9126 (W/m2K)
37 Eficiencia de la aleta F = 0,9072
38 Distancia entre tubos W = 0,125 (m)
39 Diámetro externo del tubo D = 0,016 (m)
40 Espesor de la aleta δ = 0,0003 (m)
41 Conductividad térmica de la
placa
K3 = 211 (W/m K)
42 Factor de eficiencia del
colector
F' = 0,9096
43 Coeficiente de transferencia
de calor entre los tubos y el
fluido
h = 1500 (W/ m2K)
44 Factor de remoción de calor Fr = 0,8446
45 Eficiencia óptica no = 0,626
46 Transmitancia τ = 0,78
47 Absortancia ɑ = 0,95
48 a1 5,8388 (W/m2K)
49 a2 1,20E-05 (W/m2K2) Imagen 40. Datos Usados Para Comenzar A Realizar El Cálculo De La Eficiencia Basado En La Ficha
Técnica Del Captador. Fuente: Autor
Calculo de Eficiencia por Perdidas
Este cálculo se desarrolló con las ecuaciones planteadas en el marco teórico y con el uso de
tablas para determinar constantes que se encontraran anexas.
58
𝜂𝑔=(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅 [(𝜏𝛼)𝑠 − 𝑈𝐿
(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎)
𝐺𝑡]
Perdidas colector
𝑈𝐿 = 𝑈𝑇 + 𝑈𝐵 + 𝑈𝐸
Coeficiente global de pérdidas Inferior
𝑈𝐵 =𝑘𝑎𝑖𝑠𝛿𝑎𝑖𝑠𝑏
=0.028
0.0425= 1.011
Esta fórmula se halla por medio de una tabla para determinar la constante de la
conductividad del aislante lo único que se debe determinar es el tipo de material del aislante
y sus grosos. Donde 𝑘𝑎𝑖𝑠 es la conductividad del aislante y 𝛿𝑎𝑖𝑠𝑏 es espesor del aislamiento
posterior, leer el capítulo II marco teórico.
Coeficiente global de pérdidas Superior
𝑈𝑇 = [1
𝑈𝑝−𝑔+
1
𝑈𝑔−𝑎]
−1
𝑈𝑝−𝑔 = ℎ𝑐,𝑝−𝑔 + ℎ𝑟,𝑝−𝑔
𝑈𝑔−𝑎 = ℎ𝑐,𝑔−𝑎 + ℎ𝑟,𝑔−𝑎
ℎ𝑐,𝑔−𝑎 =𝑁𝑢 ∙ 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒
𝐿
𝑁𝑢 = [0.825 +0.387𝑅𝑎𝐿
1 6⁄
[1 + (0.492 𝑃𝑟⁄ )9 16⁄ ]8 27⁄]
2
𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿𝑃𝑟 =𝑔(𝑇𝑠 − 𝑇)
𝑣 ∙ 𝛼
∆𝑇 =𝑇𝑠 − 𝑇
2= 18.1
59
𝑅𝑎𝐿 = 𝐺𝑟𝐿𝑃𝑟 =𝑔(𝑇𝑠 − 𝑇)
𝑣 ∙ 𝛼
𝑔 Gravedad gravitacional 9,81
𝜃 Angulo de incidencia 10
Coeficiente de expansión térmica 3.046 𝑥10−3 para agua a menos de 100 °C
𝑇𝑠 Temperatura de la superficie 319.15 se toma un dato aproximado
𝑇 Temperatura del agua 319.15 es la misma temperatura amb
𝑇 Longitud del captador 2 m
Viscosidad cinemática del agua 1.86𝑥10−5 por tablas
𝑃𝑟 Numero de Prandtl 6,13
Imagen 41. Datos Usados Para El Cálculo Del Rayleigh
𝑅𝑎𝐿 =9,8 × 3.046𝑥10−3 × 18.1
1.86𝑥10−5 × 2.66𝑥105= 60147.25
𝑅𝑎𝐿 = 60147,25
𝑁𝑢 = [0.825 +0.387𝑅𝑎𝐿
1 6⁄
[1 + (0.492 𝑃𝑟⁄ )9 16⁄ ]8 27⁄]
2
𝑁𝑢 = [0.825 +(0.387 × 60147,25)1 6⁄
[1 + (0.492 6,13⁄ )9 16⁄ ]8 27⁄]
2
= 3,5582
𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0,025 Por tablas
ℎ𝑐,𝑔−𝑎 =𝑁𝑢 ∙ 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒
𝐿=3,5582 × 0,025
2= 6.4518
𝛿𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0,038
ℎ𝑐,𝑝−𝑔 =𝑁𝑢 ∙ 𝐾𝑎𝑖𝑟𝑒𝛿𝑎𝑖𝑟𝑒
=3,5582 × 0,025
0.038= 2,6574
Radiación entre la placa absorbente y la cubierta de vidrio
60
ℎ𝑟,𝑝−𝑔 =𝜎(𝑇𝑔 + 𝑇𝑃)(𝑇𝑔
2 + 𝑇𝑝2)
1휀𝑔
+1휀𝑝
− 1
𝜎 = 5,67𝑥10−8 𝑊
𝑚2 ∙ 𝑘4
𝑇𝑆 = 𝑇𝑔 =𝑇𝑃 + 𝑇𝑎
2=353 − 298,15
2= 324. ,07
휀𝑔 = 0,99 Emisividad del absorbedor se busca en tablas dependiendo el material del
captador.
휀𝑝 = 0,88 Emisividad de la placa en este caso vidrio por tablas.
ℎ𝑟,𝑝−𝑔 =5,67𝑥10−8 × (324,07 + 313)(324,072 + 3132)
10,99 +
10,8016 − 1
= 6,7254
Radiación entre la cubierta de vidrio y el medio ambiente
𝑇𝑔 = 319,15 Temperatura superficie asumida.
𝑇𝑎 = 301,45 Temperatura ambiente asumida.
ℎ𝑟,𝑔−𝑎 = 휀𝑔 ∙ 𝜎(𝑇𝑔 + 𝑇𝑎)(𝑇𝑔2 + 𝑇𝑎
2)
ℎ𝑟,𝑔−𝑎 = (0,99 × 5,67𝑥10−8) × (319,15 + 301,45) × (319,152 + 301,452)) = 7,7217
Coeficiente global de pérdidas lateral
𝑘𝑎𝑖𝑠 = 0,028 Por tablas el material es poliestireno.
Las otras medidas se toman del captador
𝑈𝐸 =𝑘𝑎𝑖𝑠𝛿𝑎𝑖𝑠𝑒
∙𝐴𝑙𝑎𝑡
𝐴𝑐=0,025
0,05×0,456
2= 0,255
Coeficiente global de pérdidas superior
61
𝑈𝑇 = [1
𝑈𝑝−𝑔+
1
𝑈𝑔−𝑎]
−1
= [1
ℎ𝑐,𝑝−𝑔 + ℎ𝑟,𝑝−𝑔+
1
ℎ𝑐,𝑔−𝑎 + ℎ𝑟,𝑔−𝑎]
−1
𝑈𝑇 = [1
2,6574 + 6,7254+
1
2,6574 + 7,7217]−1
= 5,6555
𝑈𝐿 = 𝑈𝑇 + 𝑈𝐵 + 𝑈𝐸 = 5,6555 + 0.011 + 0,255 = 6,9126
Factor de eficiencia
𝐹′ =
1𝑈𝐿
𝑊 [1
𝑈𝐿[𝐷 + (𝑊 − 𝐷)𝐹]+
1𝐶𝑏
+1
𝜋𝐷𝑖ℎ𝑓𝑖]
𝑈𝐿 Es el coeficiente total de perdidas, el diámetro externo de la tubería es 𝐷, el diámetro
interno de la tubería es 𝐷𝑖, la distancia entre tubos es 𝑊, 𝐹 es la eficiencia de la placa
estándar, 𝐶𝑏 es la conductancia térmica de las uniones y ℎ𝑓𝑖es el coeficiente de
transferencia entre el tubo y el fluido.
𝐹 = 0,945 Por tablas conociendo el material de la placa.
ℎ𝑓𝑖 = 1500 Según tablas para cobre.
𝐹′
=
16,9126
0,125 [1
437,59 × [0,0158 + (0,125 − 0,0158) × 0,945]+
10,037 +
1𝜋 × 0,012 × 1500
]
𝐹′ = 0,9096
Factor de remoción de calor
𝐹𝑅 = [�̇�𝐶𝑝𝑓 𝐴𝑐𝑈𝐿⁄ ][1 − exp(−𝐴𝑐𝑈𝐿𝐹′ �̇�𝐶𝑝𝑓⁄ )]
62
𝐹𝑅 = [0,02 × 4186 2 × 6.9126⁄ ][1 − exp(−2 × 6.9126 × 0.9096 0,02 × 4186⁄ )]
𝐹𝑅 = 0,8446
Eficiencia por pérdidas
𝜂𝑔=(𝐴𝑎/𝐴𝑔)𝐹𝑅 [(𝜏𝛼)𝑠 − 0.8446(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎)
𝐺𝑡]
𝜂𝑔=(1,867/1.8)0,8446 [0,9 − 0.8446 ×(𝑡𝑓,𝑖 − 𝑡𝑎)
𝐺𝑡]
Una vez calculados la mayoría de constantes solo se remplaza los datos obtenidos por las
pruebas y se grafica la eficiencia térmica considerando la perdidas del captador.
Eficiencia Térmica sin Pérdidas
𝜂𝑔=�̇�𝐶𝑝(𝑡𝑓,𝑠 − 𝑡𝑠,𝑖)
𝐴𝑔𝐺𝑇= 0,02 × 4186 × (𝑡𝑓,𝑠 − 𝑡𝑠,𝑖)/1,8 × 𝐺𝑇
63
Imagen 42. Graficas De Resultados De La Eficiencia Térmica con pérdidas y sin pérdidas.
En la gráfica se observa que la eficiencia obtenida es de 70 al 80 % a medida que aumenta
la temperatura media la eficiencia disminuye, esta temperatura media tiene en cuenta
condiciones ambientales y el funcionamiento del colector, y la eficiencia tiene en cuenta
energía de entrada, perdidas y energía de salida, quiere decir que cuando se calcula la
eficiencia de un captador se tienen en cuenta muchos factores que componen en el
captador, las variables ambientales no se pueden controlar, pero la composición del
captador si en este caso me refiero a los materiales que lo constituyen.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.0
0
0.0
3
0.0
4
0.0
5
0.0
5
0.0
6
0.0
6
0.0
6
0.0
7
0.1
0
0.1
3
0.1
5
0.1
6
0.1
7
0.1
9
0.2
0
EFIC
IEN
CIA
(Te-Ta)/Gt
EFICIENCIA SIN PERDIDAS
EFICIENCIA SINPERDIDAS
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.0
0
0.0
3
0.0
4
0.0
5
0.0
5
0.0
6
0.0
6
0.0
6
0.0
7
0.1
0
0.1
3
0.1
5
0.1
6
0.1
7
0.1
9
0.2
0
EFIC
IEN
CIA
(Te-Ta)/Gt
EFICIENCIA CON PERDIDAS
EFICIENCIA CONPERDIDAS
64
5.1.3 PRUEBA DEL ANGULO DE INCIDENCIA
Se realizó esta prueba siguiendo el capítulo IV y se obtuvieron los siguientes datos, para un
mayor de talle de los datos obtenidos ver anexos.
Imagen 43. Grafica De Resultados Del Angulo De Incidencia.
La eficiencia es afectada por el ángulo de incidencia debido a que entre un menor ángulo de
incidencia entre el captador y la radiación solar hay una mayor capacidad de absorción, eso
se puede ver en la gráfica anterior cuando el ángulo es cero su eficiencia es la más alta y a
medida que el ángulo aumenta la eficiencia disminuye.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Mo
dif
icad
or
Angulo de incidencia
MODIFICADOR DE ANGULO INCIDENCIA
65
CAPITULO 6
CONCLUSIONES
Las normas ASHRAE 93-77 y UNE-NE 12975-2 hablan de los bancos de
mediciones y las pruebas que se deben realizar para evaluar captadores solares, por
este motivo se realizó un estudio de estas normas y así lograr el desarrollo de una
guía de procedimientos para determinar el comportamiento térmico de captadores.
La guía de procedimiento que se encuentra en el capítulo IV permite evaluar los
captadores solares por medio del banco que se encuentra en la universidad Distrital
Francisco José de Caldas, debido a que la información suministrada en las normas
es bastante amplia se recopilaron los temas más importantes y se adaptaron al
montaje sobre el cual se trabajó.
Se realizó un análisis del montaje del banco de mediciones que se encuentra en la
Universidad Distrital Francisco José De Caldas-Facultad Tecnológica en donde se
revisó la estructura y cada componente del banco, el montaje usa un sistema de
flujo cerrado basado en las normas ASHRAE 93-77 y UNE-NE 12975-2 como se
puede observar en el capítulo II y III este tipo de sistema según las normas requiere
un montaje que permite ubicar un captador y hacer circular el fluido a través de este
por medio de un sistema de bombeo, también cuenta con elementos de medición de
temperatura, presión, caudal y un sistema de refrigeración.
Se desarrolló una guía de procedimiento para realizar las pruebas que se necesitan
en el momento de determinar el comportamiento térmico de captadores solares
térmicos planos, todos los procedimientos fueron basados en las normas ASHRAE
93-77 y UNE-NE 12975-2, los procedimientos se desarrollaron adaptándolos al
montaje se encuentra en la Universidad Distrital Francisco José De Caldas y
cuentan con un paso a paso para cada prueba que evalúa el comportamiento térmico.
Las pruebas que se deben desarrollar según la guía de procedimientos para
determinar el comportamiento térmico son las siguientes:
Las primer prueba que se debe realizar es la Constante De Tiempo, debido a es la
que me permite determinar el tiempo que tarda un captador solar en pasar de un
estado estacionario a otro, el tiempo hallado es el que debo esperar para el
66
captador se estabilice antes de comenzar a realizar cualquier tipo de prueba, todo su
procedimiento se encuentra especificado en el capítulo IV.
La segunda prueba que se realiza para determinar el comportamiento térmico es la
de Eficiencia, esta prueba me permite determinar la eficiencia del captador, con la
posición del captador adaptada para recibir la mayor irradiación solar posible, todo
su procedimiento se encuentra especificado en el capítulo IV.
La tercera prueba es la del Angulo De Incidencia, este análisis me permite encontrar
en que ángulo el captador es más eficiente ya que se realiza de la misma manera que
la prueba número dos, pero varia el ángulo de inclinación del captador solar
respecto a la irradiación solar, todo su procedimiento se encuentra especificado en
el capítulo IV.
Cada prueba que define el comportamiento térmico del captador cuenta con una
ecuación matemática que se desarrolla después de obtener todos los datos de la
pruebas, en este trabajo se elaboró el modelo matemático para explicar el origen de
la ecuación de la prueba de eficiencia térmica, debido a que esta es la ecuación más
compleja y requiere la explicación de cada termino que la comprende, esta
explicación se puede evidencia en el capítulo V en donde se realizó un análisis a un
captador solar, y se ilustra un ejemplo de los datos obtenidos y los cálculos
realizados.
El capítulo V también habla de un análisis que se le puede realizar a los captadores
de Resistencia Y Durabilidad, este tipo de ensayos puede alterar la funcionalidad
del captador ya que se realizan choques térmicos y aumento de presiones en el
captador, cabe aclarar que estos procedimientos no son obligatorios de realizar, pero
se exponen para las personas que estén interesadas en abordar este tema, ya que si el
análisis es para buscar una mejora en la fabricación de captadores este tipo de
prueba puede servir.
67
BIBLIOGRAFIA
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McGRAW-HILL/interamericana editores, 2007. ISBN: 978-607-15-0540-8.
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Collectors”, ASHRAE 93-77, 1997.
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[4] Dayan Slendy Buitrago, David Cortez Alarcon, “Banco de Medición para Captadores
Solares Térmicos Planos de Agua Caliente Sanitaria”/Tesis Universidad Distrital Francisco
José de Caldas, 2014.
[5] M.Karin, M. Hawlader, “Development of solar air collectors for drying applications”,
Energy Conversion and Management, Vol. 45, N° 3, 2004, Pag 329.
[6] S. Nandwani. “Energia Solar. Conceptos Basicos y su Utilizacion”, Universidad
Nacional, Heredia (Costa Rica), Jun 2005 [Online]. Disponible:
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id=28 [Consultado: Ene. 20, 2019].
[7] J.M. Fernández Salgado, Guía Completa de Energía Solar Térmica y Termoeléctrica,
Madrid: Vicente Ediciones, 2011.