Curva de un CPP – Rendimiento Instantáneo

Los colectores se suelen ensayar en un banco de pruebas bajo unas condiciones estables de radiación solar, velocidad del viento, temperatura ambiente y temperatura de fluido a la entrada.

En España, INTA y CENER son los únicos laboratorios que pueden realizar la medida de esta curva de rendimiento.

Los resultados obtenidos dan la eficacia del colector, η, definida por la relación
entre la energía captada y la recibida en un instante dado.

eficacia cpp formulaPara un caudal determinado y suponiendo que (Τ∝)N y UL son constantes, tendremos una gráfica similar a la recta que muestra la figura siguiente, con una pendiente UL .

Curva característica de un colector solar plano
Curva característica de un colector solar plano

¿Por qué la curva característica de un colector es realmente una recta?
Esto se debe a que los ensayos sobre el colector se realizan en un medio controlado, es decir los parámetros que se toman son valores medios que permanecen constantes aunque en la realidad sean variables.
Estos parámetros son:

  • El ángulo de la radicación incidente sobre el colector esta controlado para que sea siempre perpendicular sobre la cubierta, aunque en la práctica no lo sea más que en contadas ocasiones.
  • El valor de la radiación incidente es constante en el laboratorio.
  • Velocidad del viento y temperaturas controladas.

Se toman valores medios de UL y FR.

El punto del eje de ordenadas donde la recta corta a dicho eje vale FR(Τ∝)N.
Todas estas curvas y demás elementos que nos verifiquen el correcto funcionamiento han de ser dadas por el fabricante, de tal forma que será mejor colector cuanto más alto sea el valor FR(Τ∝)N y menor el de la pendiente UL.
La ecuación de la recta representada en la figura anterior se puede escribir así:

η = b – mx

Donde:

m UL (pendiente).
B FR(Τ∝)N (ordenada en el origen).
x (tmº-taº)/I (variable representada en el eje de abscisas).

P: Calcular el rendimiento medio de un colector de placa plana cuya curva es:
η = 0,79 – (4,8 (tmº-taº)/I)
Suponiendo que lo utilizamos en La Coruña y durante el mes de agosto para obtener agua caliente a 49 ºC (Nota: I=420W/m2, taº=21 ºC).

R: El rendimiento medio del colector será del 47%

Otras ecuaciones con las que se puede expresar el rendimiento de un colector de placa plana se basan en la temperatura de entrada (t) o la de salida (tsº) del fluido caloportador, obteniéndose de forma similar a la anterior.

eficacia cpp formula2Normalmente tanto en ensayos oficiales como en los catálogos técnicos suministrados por los fabricantes siempre se utiliza la primera forma de expresar el rendimiento, es decir, en función de la temperatura media del fluido caloportador.

El parámetro b de la ecuación de rendimiento de un colector se denomina rendimiento óptico o factor óptico (ηo). Dicho rendimiento es el máximo que puede alcanzar el colector, lo que sucedería cuando no existiesen pérdidas asociadas a la diferencia de temperaturas entre este y
el ambiente.

En general, los factores de escala que son introducidos en la ecuación del rendimiento del colector por el organismo encargado de confeccionar dicha ecuación, deberán ser tenidos en cuenta, a fin de no cometer errores al determinar los coeficientes b y m.
Veamos algunos ejemplos:

Si la ecuación se presenta en la forma:
eficacia cpp formula3Resulta claro que b = 0,79 y m = 6,8.

Sin embargo, si la ecuación se presenta así:
eficacia cpp formula4El suministrador o fabricante incluye en su ecuación alguna constante, llamada generalmente k o Uo. En este caso, hay que calcular el valor de m en función de lo que valga k, dato que será conocido.
Si k = 10 W/m2 °C, m = 7,3.

P: Debemos elegir entre dos modelos de colectores de placa plana, a y b, cuyas curvas de rendimiento han sido especificadas por sus respectivos fabricantes.

Los colectores van a utilizarse en una instalación industrial destinada a obtener agua caliente a unos 60ºC. ¿Cuál es el más adecuado?
ηA = 0,88 – 7,2 (tmº-taº)/I
ηB = 0,67 – 3,1 (tmº-taº)/I
Si los dos modelos se tuvieran que utilizar en un proceso en el que necesitase agua calentada únicamente a 32ºC, ¿cuál sería entonces el más adecuado?

R: En el primer caso sería mejor el “b”, ya que tiene unas pérdidas térmicas muy bajas y a pesar de que en condiciones normales su rendimiento sería peor que el del “a”, para altas temperaturas es mayor.
En el segundo caso el “a” sería mejor, ya que el término 0,88 predomina sobre el 0,67 de “b”, lo que hace que el rendimiento para bajas temperaturas sea superior.

 

 

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