11 noviembre 2012

Guía de diseño de aplicaciones con energía térmica solar para aplicaciones no residenciales (2ª PARTE)



Ver 1ª PARTE

Calentamiento del espacio activo

La configuración del sistema solar para esta aplicación particular ha llegado a estar más o menos estandarizada. Por ejemplo, para un sistema líquido, usaríamos el sistema mostrado en la figura anterior. Uno de los métodos de diseño más ampliamente usados es el método f-chart, que es aplicable al calentamiento de agua y aire. Este método básicamente implica el uso de correlaciones algebraicas simples que han sido deducidas de numerosas simulaciones TRNSYS.

Las correlaciones fueron desarrolladas entre fracciones solares mensuales y dos variables adimensionales X e Y, donde:




La variable adimensional X es el ratio de las pérdidas del colector de referencia sobre todo el mes respecto a la carga térmica total mensual; la variable Y es el ratio de la energía solar total mensual absorbida por los colectores respecto a la carga térmica total mensual. Debe notarse que el área del colector y sus parámetros de rendimiento son las variables exógenas que aparecen en estas expresiones. Para cambios a parámetros exógenos secundarios, los siguientes términos correctivos XC e YC se aplicarán para los sistemas líquidos:



Esta correlación empírica se muestra gráficamente en la siguiente figura.

Una correlación similar también ha sido propuesta para los sistemas de calentamiento usando colectores de aire y almacenamiento en lecho  de guijarros.

El calor solar en los procesos industriales

En los procesos industriales se usan dos tipos de sistemas solares: los sistemas multipaso en bucle cerrado (con una distinción añadida según el calentador auxiliar se sitúe en serie o en paralelo y el sistema de paso simple en paso abierto. Describimos a continuación como se diseñan estos sistemas.

Sistemas multipaso en bucle cerrado

Calentador auxiliar en paralelo. El método Phibar-f chart es una generalización del método f-chart en el sentido que ninguna restricción necesita ser impuesta en los límites de temperatura del fluido caliente en el sistema térmico solar. Sin embargo, tres criterios básicos para la carga térmica tienen que ser satisfechos por el método f-chart Phibar son aplicables: (i) la carga térmica debe ser constante y uniforme cada día durante al menos un mes, (ii) la energía térmica suministrada a la carga debe estar por encima de una temperatura mínima que completamente especifica el nivel de temperatura de operación de la carga, y (iii) no hay eficiencia de conversión en la carga (como en el caso del uso del agua caliente) o la eficiencia de conversión es constante (ya sea debido a que el nivel de temperatura de la carga es constante o porque la eficiencia de conversión es independiente del nivel de temperatura de la carga). La aproximación es estrictamente aplicable a sistemas solares con calentador auxiliar en paralelo (siguiente figura).



Una aplicación típica para el método Phibar-f-chart es el aire acondicionado de absorción. La temperatura de entrada del agua caliente desde los colectores al generador deben estar por encima del nivel de temperatura mínimo (ej, 80 ºC) para el sistema para usar calor solar. Si la temperatura del fluido solar es menor (incluso por una pequeña cantidad), la energía total para calentar agua a 80 ºC es suministrada por el sistema auxiliar.

Como resultado de una interacción continua entre almacenamiento y colector en u sistema cerrado, la variación de la temperatura de almacenamiento y de aquí la temperatura de entrada del fluido a los colectores en el día y en el mes es indeterminada. El método Phibar-f chart implícitamente tiene esto en cuenta y reduce estas fluctuaciones de temperatura.

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