Ver 1ª PARTE
Configuración, parámetros y control del sistema
En la mayoría de los casos nos
encontraremos ya un calentamiento convencional instalado en un proceso. Debido
a esto, en la mayoría de los casos la configuración siguiente será apropiada
para el proceso.
El volumen del almacenamiento de
calor solar se ajusta dependiendo de la diferencia de la temperatura de retorno
y la temperatura máxima, ya que la capacidad disponible del almacenamiento
depende de la diferencia entre estas dos temperaturas.
La longitud de tuberías para el
bucle solar se establece en 0,25 m/m2 del área de apertura de colectores. La
mitad de la tubería se asume está en el exterior. Se asume que el 100 % del
aislamiento está en las tuberías interiores y el 150 % en las exteriores. Se
asume un factor de corrección de dos en las pérdidas de calor para tener en
cuenta las instalaciones reales. Adicionalmente, se calcula el valor UA para el
almacenamiento dependiendo del tamaño. Por ejemplo, el valor UA es 8 W/K para
un almacenamiento térmico de 10 m3. Un volumen de almacenamiento de
calor específico de 50 l/m2 de área de apertura del colector se
menciona como un valor adecuado para muchos casos. El volumen del
almacenamiento de calor solar se ajusta dependiendo de la diferencia entre las
temperaturas de retorno de proceso y la temperatura máxima, ya que la capacidad
disponible del almacenamiento depende de la diferencia entre estas dos
temperaturas. Asumiendo que la temperatura de retorno del proceso son 12 ºC, la
temperatura máxima del depósito 95 ºC y un volumen específico de 50 l/m2
de área de apertura del colector la capacidad de almacenamiento disponible del
almacenamiento de calor es:
Independientemente de la carga de
proceso, los valores de demanda específica son usados en las siguientes secciones
para alcanzar resultados que son independientes del tamaño del sistema. La
carga disponible específica definida como la demanda de energía específica
disponible máxima para 1 m2ap se usa posteriormente para
desacoplar los resultados del tamaño del sistema térmico solar y la cantidad
absoluta de carga. La carga diaria disponible se define como:
Valores típicos para la carga
disponible están en el rango de 1 a 10 kWh/(m2apd).
La masa disponible por día (mdisponible
por día en kg/d) puede calcularse para ciertas cargas disponibles, ej. qdisponible
= 4 kWh (m2apd) y para un cierto rango de temperaturas de
un proceso, ej. 12 a 60 ºC:
Un perfil diario se utiliza para
la distribución horaria de la carga.
El valor UA para el
intercambiador de calor de descarga se determina dependiendo del perfil
horario. Un valor UA correspondiendo a una diferencia de temperatura
logarítmica de 5 K a flujo másico máximo se asume para perfiles sin picos
mayores. Para perfiles con altos picos, el valor UA se estableció a un valor
para el cual una diferencia de temperatura logarítmica bajo 5 K puede ser
alcanzado para el 90 % del día.
Influencia de la temperatura de proceso en el diseño
El nivel de temperatura de un
proceso industrial obviamente tiene una fuerte influencia en el diseño de todo
el sistema solar y su dimensionado. Varios niveles de temperatura tienen que
ser considerados aunque la investigación dentro de esta tesis se enfoca en
temperaturas de proceso por debajo de 100 ºC. Además de calentar el agua fría,
las temperaturas de retorno de proceso más alta ocurren a menudo debido al precalentamiento a través de la
recuperación de calor, por las redes de agua caliente y el calentamiento de
recipientes dentro de la producción.
En la siguiente figura se muestra
la distribución de temperaturas en 71 industrias existentes. Ejemplos de
procesos que requieren agua entre 60 y 80 ºC son comunes en la industria.
En otros casos, un chorro
precalentado (ej. por un recuperador de calor) se calienta por un sistema solar
térmico (ej. el agua de alimentación de la caldera puede calentarse desde 20 a
90 ºC o un retorno de la red de agua caliente puede calentarse desde
temperaturas de 60..70 ºC.
Varias temperaturas de proceso
son posibles en las aplicaciones de calentamiento de depósitos y procesos de
separación térmica. Las temperaturas pueden ser tan bajas como 30 ºC para el
desengrase de piezas metálicas y tan altas como 90 ºC en la industria de
alimentación. La siguiente tabla muestra los niveles de temperatura para la
investigación dentro de esta tesis que se basa en una revisión de sistemas de
calor de proceso solar y un análisis conveniente de procesos.
Temperatura (ºC)
|
|
Retorno
|
Caudal (máx)
|
15
|
60/80
|
30
|
60/80
|
40
|
70/90
|
50
|
80
|
60
|
90
|
70
|
90
|
80
|
95
|
Para grandes cargas disponibles
la diferencia en el ratio de utilización declina con el sistema térmico solar
justo con el incremento de la temperatura de retorno. El ratio de utilización
es constantemente inferior para las temperaturas superiores para una diferencia
de temperatura igual entre impulsión y retorno mientras que declina la carga
disponible.
Influencia del perfil de carga y volumen de almacenamiento
Diferentes tipos de colector
pueden usarse para aplicaciones de calor de proceso y sus varios niveles de
temperatura. La influencia del perfil de carga es bastante limitada para
sistemas con almacenamiento de calor. Sólo los perfiles con muy altos picos
fuera de las horas centrales del día tendrán una menor utilización.
Está claro que perfiles con
demanda de calor en menos de 7 días llevan a una utilización anual menor que
los perfiles con una demanda de calor constante. Un incremento simple de la
capacidad de almacenamiento de calor lleva a ratios de utilización anual mucho
mayores. El tamaño del campo de colectores necesita reducirse para alcanzar una
carga disponible mucho mayor en orden de incrementar la utilización anual.
El tamaño del campo del colector
necesita reducirse para alcanzar una carga disponible más alta en orden de
incrementar la utilización anual. Como norma aproximada la carga de diseño en
una fracción solar diaria en un día de verano puede incrementarse al menos 1
kWh por m2 de área de colector para un perfil de seis días y al
menos otro kWh para un perfil de cinco días en comparación con un perfil de 7
días. Vemos en la figura como conforme aumentamos la temperatura del proceso
debe aumentar el tamaño del campo de colectores.
Ver 3ª PARTE
0 comentarios:
Publicar un comentario