Transmision de Calor

El flujo de calor recibido por el sistema, vendrá determinado por la irradiación del momento:

Qutil = rend · Qirradiacion

Lo cual para ts y te dadas, nos determinará el flujo másico que debe pasar por el colector para obtener la Tª requerida.

Q = m · Cp · (te - ts)

Dicha regulación se realizará midiendo la temperatura a la salida del colector, información que se realimentará a una válvula que controle el flujo de paso.

Se trata ahora de realizar un ESTUDIO de TRANSMISIÓN DE CALOR desde la tubería y las aletas, hacia el fluido caloportador.

Re = ro·v·dh / n > 2300

Nu = 0.023 · Re · Pr

"El número de REynolds viene dado por

Re= rho * v / nu

rho es la densidad (880kg/m3)
v la velocidadn (Caudal/Área de paso)
nu la viscosidad cinemática 1000*valor en centistokes"

Actualiza : Calculo Energético - Economico

Supuesto en el que sólo se considera útil la Irradiación, si el valor de esta supera los 500 W /m2
Ancho Colector, longReceptor, longColector (m):
1.8000 0.1000 2.0000

Considerando rendimiento Total de la instalacion (p.u):
0.4000

Y el rend. de la Caldera Supletoria (p.u):
0.8300

Siendo la energia anual recogida(Kwh/m2) de (Datos NASA):
1642 (sobre 45º)

En un total de m2 utiles por colector:
3.4000

AHORRO € contra Gas Natural al año
37.9738

AHORRO € contra Fueloleo nº 1 al año
86.7603

AHORRO € contra Gasoleo C al año
161.2140




Supuesto en el que sólo se considera toda la Irradiación útil.

Ancho Colector, longReceptor, longColector (m):
1.8000 0.1000 2.0000

Considerando rendimiento Total de la instalacion (p.u):
0.3500

Y el rend. de la Caldera Supletoria (p.u):
0.8300

Siendo la energia anual recogida(Kwh/m2) de (Datos NASA):
2058

En un total de m2 utiles por colector:
3.4000

AHORRO € contra Gas Natural al año
41.6451

AHORRO € contra Fueloleo nº 1 al año
95.1483

AHORRO € contra Gasoleo C al año
176.8003

Nota programa:

• Para hacer los cáculos de energía ahorrada con el sistema se ha de ejecutar el archivo "los12meses(0,0,0).m" del apartado "2.3.1 Comportamiento Solar"
• Para el cálculo energético-económico : "ejecutarCalc (0,0,0,0,0)" en el apartado "4.Analisis Energetico - Economico" habiendo introducido en "mensual.m" el valor de la energía ahorrada.
  

Energía obtenida al año

Teniendo los datos de la NASA y la UAB de irradiación media mensual sobre la horizontal, en la zona de Elche. Se pretende sustraer de estos datos, la energía util que se puede obtener mediante nuestro diseño del sistema de coleccion solar.

Para ello se consideran los siguientes pasos:

1. Obtener la curva de irradiación sobre la horizontal para cada mes del año.
2. Obtener la energía total de 1 dia de dicho mes, así como del mes completo.
   
3. Comparándola con el dato de energía media, obtener el número de dias soleados de dicho mes.
4. Obtener la curva de irradiación sobre 45º para cada mes del año.
5. Obtener la curva de irradiación sobre xº para los meses de verano.
6. Obtener la energía UTIL de 1 dia de dicho mes.
7. Multiplicar por el numero de dias soleados de cada mes.

Para ejecutar estos pasos se ha creado el archivo "los12meses.m"(Sección 2.3.1), al que hay que llamar con la siguiente instruccion:
>> [Etotal,dias] = los12meses(0,0,0);

Así se obtiene que el número de dias soleados de cada mes es (para cada mes del 1 al 12) :

23.636 20.303 23.171 22.321 26.689 26.001
27.202 27.425 26.258 27.212 25.639 25.12

Considerando datos de irradiación a 45º se obtienen los siguientes resultados (ejecutando el mismo archivo con "analisisIrradRecogida.m")

***************************************************************
***** ESTIMACION DE ENERGIA APROVECHADA POR EL SISTEMA *****
***************************************************************
Energia del dia 21 de cada mes (Wh):

3042 4130 5111 5517 5390 5282
5349 5462 5067 4073 3012 2550

Energia de dias soleados del mes (Wh):

94290 115642 158454 165515 167099 158459
165813 169308 152022 126270 90367 79047

Energia Util total recolectada.Todo el anyo(kwh):

1642

***************************************************************


Se desea evaluar la utilidad de colocar una anclaje del colector en verano, el cual permita una mayor captación de energía en este periodo.
En una evolucion del archivo (llamandolo del igual modo) se obtienen los siguientes resultados:

***************************************************************
****** ANCLAJE VERANIEGO A 57 GRADOS meses Abril-Agost ********
***************************************************************
***************************************************************
*** ESTIMACION DE ENERGIA APROVECHADA POR EL SISTEMA *****
***************************************************************
Energia del dia 21 de cada mes (Wh):

5733 6022 5974 5984 5683

Energia de dias soleados del mes (Wh):

171996 186667 179217 185518 176160

Energia Util total recolectada.Todo el anyo(kwh):

900

***************************************************************


***************************************************************
*** DATOS DE ENERGIA GANADA POR EL ANCLAJE A 57 GRADOS
***************************************************************
***************************************************************
*** ESTIMACION DE ENERGIA APROVECHADA POR EL SISTEMA *****
***************************************************************
Energia del dia 21 de cada mes (Wh):

216 631 692 636 221

Energia de dias soleados del mes (Wh):

6481 19568 20757 19705 6853

Energia Util total recolectada.Todo el anyo(kwh):

73

***************************************************************

¿Son Utiles los Anclajes o no?

Ante la pregunta de si los anclajes serían de utilidad, se obtiene el siguiente grafico.
Donde se han establecido los siguientes angulos para las temporadas.

• Invierno : 27
• Primavera :45
  
• Verano :56

Se ejecuta el script (Apartado 2.3.2) "las3TempAnyo.m", el cual llama a "anyo" que halla la irradiación para todos los días (31 cada mes) del año.
Se ejecuta también el script (Apartado 2.3.2) "irradTemporada.m" que obtiene el gráfico mostrado :




Conclusiones:

• Para tomar decisiones definitivas, se debería evaluar también el número horas del día transcurren, habiendo mas de 600w/m2 de irradiación sobre los colectores. Haciendo esto para ambas alternativas.
• A la vista de ESTOS resultados sólo sería util un anclaje para verano
  

Diseño de Anclajes

Se divide el año en 3 temporadas (Que no corresponden con las estaciones del año):

• Invierno: meses 11,12, 1
• Primavera y otoño : meses 2, 3 , 4, 8 , 9 y 10
  
• Verano: meses 5, 6 y 7

Y se determina la inclinación óptima que debería tener el colector en cada una de las temporadas, si se pretendiese obtener en ella la máxima energía en el periodo del día que transcurre mientras se da más del 63% de la irradiación máxima en dicho día.

Para ello se determina el ángulo mínimo para una irradiación del 63% (de la max del dia) que se da en cada temporada, así como el máximo para la irradiación máxima. El punto medio entre ambos será el buscado

Salida del script "anclajes2.m":

****************************************************
**SELECCION DE ANGULOS POR VALOR MEDIO (63% -100%)**
****************************************************
Ángulo de anclaje seleccionado para Verano :56
Ángulo de anclaje seleccionado para Primavera :45
Ángulo de anclaje seleccionado para Invierno :26
NOTA: Angulos del colector sobre la horizontal
**************************************************************
**VARIACION DE ANGULOS DEL PERIODO (63% -100%)****************
**************************************************************
En Verano los angulos varian entre un Min :38 Y un MAX :73
En Primavera los angulos varian entre un Min :22 Y un MAX :68
En Invierno los angulos varian entre un Min :18 Y un MAX :35

NOTA: Angulos del colector sobre la horizontal

Vision De Conjunto

Con la idea en mente de la realización de un sistema de anclajes que permita orientar, dos o tres veces al año, el colector solar. Se realiza un estudio anual de la posición solar ( ángulo respecto de la vertical) a las 12h solares, cuando la irradiación es máxima. Así como uno en el momento de cada día en el que la Irradiación sea del 63% de este máximo (aproximación del momento en que la irradiación puede ser suficiente para hacer funcionar el stma).



Con esto se pretende averiguar los ángulos para los que sería interesante diseñar las posiciones de anclaje.

Solsticios de Verano e Invierno: Irradiacion

Trabajando más con el archivo (analisisanno.m)

Para la vision General(Anual) se considera importante la representación de la Irradiación incidente sobre el plano horizontal, en los dias del año en los cuales las posiciones del sol son extremas: Los solsticios de verano e invierno, 21 de Junio y 21 de Diciembre respectivamente.

Simulacion Irradiacion Solar. 25 de Mayo

Se ha creado el archivo : "mayo.m" (que utiliza idif.m,idir.m,juliano.m y psol.m)

Estas graficas se corresponden en alto grado con las tomadas experimentalmente por Pepa Vincedo en su PFC en la UMH para el mismo dia --> Simulacion Correcta.

Se puede ver facilmente a partir de que hora hay mas de 600W/m2 sobre la horizontal

1ª aproximación del CALCULO ENERGETICO

Suponiendo un rendimiento de la instalación del 35-40%. Se calculan los ahorros energéticos obtenidos en comparación con los siguientes combustibles:

• Casoleo C: 0.6 €/l
• Fuelóleo nº 1 : 0.36 €/kg
• Gas natural : 0.014 €/kW

Como dato de Irradiación media mensual en la zona de Alicante - Murcia, se han tomado las proporcionadas por la NASA :

Estos datos son de irradiación sobre la horizontal, con lo que han de ser modificados a sus valores sobre el ángulo del colector. Se han tenido las siguientes consideraciones :

• Solo el 75% de la radiacion(para un dia de mayo) se da en la franja de radiacion util. Es decir, cuando la radiacion es suficiente para activar el stma.
• Por otro lado el dato es de radiacion sobre la horizontal. Siendo la que incida sobre el colector, notablemente mayor.

• Por lo tanto, se hace la suposicion de que ambos parametros se compensan, quedando que la radiacion util sobre el colector la misma que la media sobre la horizontal.
  

Para simular la situación en Matlab se han creado varios archivos (ejecturar,mensual y calculo).
Se ejecutan mediante la orden:

"ejecutar(0,0,0,0,0)"

Salida:Ancho Colector, longReceptor, longColector (m):
1.8000 0.1000 2.0000

Considerando rendimiento Total de la instalacion (p.u):
0.4000

Y el rend. de la Caldera Supletoria (p.u):
0.9000

Siendo la energia anual recogida(Kwh/m2) de (Datos NASA):
1535

En un total de m2 utiles por colector:
3.4000

AHORRO € contra Gas Natural al año
32.7382

AHORRO € contra Fueloleo nº 1 al año
74.7983

AHORRO € contra Gasoleo C al año
138.9868