Cálculo de la Intensidad Útil

La intensidad incidente sobre una superficie colectora varía a lo largo del día. Para efectuar los cálculos, trabajaremos con una intensidad media que será el cociente entre la energía útil Eútil incidente a lo largo del día y el tiempo útil del día.

El tiempo útil del día es el tiempo que el Sol está sobre el horizonte, descontando los dos intervalos al principio y al final del día en los cuales la altura solar es tan baja o el acimut
tan desfavorable que no se alcanza el valor umbral de la intensidad sobre el colector.

Número medio de horas diarias de Sol útiles para colectores orientados hacia el ecuador e inclinados un ángulo igual a la latitud (±15º).

Para introducir el valor de la intensidad en la ecuación del rendimiento de un colector deberá calcularse en unidades del Sistema Internacional (W/m2), por lo que expresaremos la energía y el tiempo en dicho sistema (julios y segundos, respectivamente).

El número de horas solares en invierno disminuye progresivamente, pero al estar inclinado el colector, las horas útiles en verano no aumentan, ya que el Sol se encuentra detrás del plano del colector.

CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DEL COLECTOR

Se efectuará el cálculo del rendimiento del colector mes a mes, a partir de la curva de rendimiento teórico dada por el fabricante de este, curva-rendimiento-teoricoefectuando las correcciones siguientes:

El rendimiento teórico se halla suponiendo que los rayos inciden perpendicularmente al colector, cosa que en realidad no sucede, ya que los rayos a lo largo del día forman un ángulo variable. Debido a esta incidencia oblicua α disminuye en un factor 0,97, deducido de forma experimental.

El parámetro τl que hace referencia a la transmitancia, disminuye también en
una relación de 0,97, debido al envejecimiento o suciedad en la cubierta.

Para tener en cuenta estos factores y obtener la ecuación del rendimiento real
de un colector con cubierta bastará con multiplicar el primer término de la ecuación,
F(τα)N, por 0,97 x 0,97 = 0,94.

Una vez aplicada esta corrección tan solo quedará sustituir en la ecuación del rendimiento dada por el fabricante el valor de I (intensidad útil), anteriormente calculado, y el valor de tºa
a (temperatura ambiente diurna) que obtendremos de la tabla 7 del anexo A.
El dato tº es el valor medio de la temperatura del agua en el acumulador.
Si se trata de un sistema de ACS, la temperatura media en el punto de consumo se suele tomar igual a 40 °C y tºm igual a 45 °C, aumentándose en 5 ºC los valores anteriores en instalaciones por termosifón.

Un colector cuya ecuación de rendimiento es η = 0,82 – 5,3(tºm – tºa)/I recibe, en un día cuya temperatura media es de 18 ºC, una intensidad media de 575 W/m2. Si el fluido caloportador es una disolución del 35% de propilenglicol y el caudal es de 75 l/h por metro cuadrado de colector, ¿cuánto valdrá el salto térmico entre la salida y la entrada del colector suponiendo que la temperatura media del agua acumulada sea de 45 ºC?

Solución:
En las condiciones expuestas el rendimiento del colector es:
η = 0,94 x 0,82 – 5,3(45 – 18)/575 = 0,52

Por tanto, de los 575 W de potencia incidente por m2 se aprovechan 0,52 x 575 = 299 W, que equivalen a 71,5 calorías cada segundo.

Por otra parte, el volumen de fluido que pasa por el colector cada segundo es igual a 75/3.600 = 2,08 x 10-2 litros = 20,8 cm3.

Al tratarse de una disolución de propilenglicol al 35%, consultando las tablas que aparecen aquí, averiguamos que, a 45 ºC, la densidad es aproximadamente igual a 1,015 g/cm3 y el calor específico igual a 0,94 cal/g.ºC.

Q = mceΔtº
m = 20,8 x 1,015 = 21,1 g
71,5 = 21,1 x 0,94 x Δtº
Δtº = 3,6 ºC

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