Colector solar

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ Instituto de Ingeniería y Tecnología

E

N

E

R

G

Í

A

S

O

L

A

R

Colectores solares planos
Tratamiento teórico
Vol. 1
Jenaro Carlos Paz Gutiérrez

Ciudad Juárez, Chihuahua, México. 2006

ENERGIA SOLAR.indd 1

5/8/06 10:53:51 AM

Felipe Fornelli Lafón Rector Héctor Reyes Leal Secretario general Rafael Woo Directordel Instituto de Ingeniería y Tecnología

Paz Gutiérrez, Jenaro Carlos Colectores solares planos : tratamiento teórico, volumen 1 / Jenaro Carlos Paz Gutiérrez. Ciudad Juárez, Chih. : Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Instituto de Ingeniería y Tecnología, 2005. 116 p.; 22 cm.—(Energía solar) ISBN: 968-7845-78-3 1. Colectores solares 2. Energía solar – Colectores 3. Colectores solares –Diseño y construcción TJ812 621.472 P39 2005 P39 2005

Cuidado de la edición: Marlon Martínez Vela Formato: Raúl Betances Sáenz Cubierta: Marco Antonio López

D.R. © Primera edición: 2006 Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Calle Henri Dunant núm. 4016, Zona Pronaf 32310 Ciudad Juárez, Chihuahua Impreso en México / Printed in Mexico

ENERGIA SOLAR.indd 2

5/8/06 10:53:51 AM

ÍndiceIntroducción ............................................................................ 5 Colectores solares planos ......................................................... 9 Declinación solar y pendiente de los colectores ......................... 13 Tratamiento mecánico-estadístico de la radiación de cuerpo negro .................................................................... 31 Intercambiode calor de radiación entre sistemas cerrados grises ...................................................................... 47 Transferencia de calor por convección ...................................... 53 Absorción, reflexión y transmisión de la radiación ..................... 57 Eficiencia del colector ............................................................ 61 Coeficiente de pérdida decalor UL .......................................... 63 Factor de eficiencia del colector plano y factor de calor removido .................................................................. 67 Datos de insolación................................................................ 75 Cálculo de la eficiencia del colector ....................................... 107 Bibliografía......................................................................... 115

ENERGIA SOLAR.indd 3

5/8/06 10:53:52 AM

ENERGIA SOLAR.indd 4

5/8/06 10:53:52 AM

Introducción

E

l desarrollo de sistemas que operan utilizando energía solar, ha avanzado para contrarrestar las constantes crisis de energéticos que a nivel mundial se han venido presentando desde finales de 1970. Estas crisis han sido causadas porla falta de materia prima que se puede utilizar como energético y por los elevados costos de extracción, procesado y distribución de los mismos; la última crisis que estamos viviendo tiene repercusiones políticas en el contexto del Medio Oriente y cada año que pase se verá un recrudecimiento debido a que las reservas probadas de hidrocarburos sólo garantizan el abastecimiento para las próximasdos décadas. La solar es una fuente renovable de energía y se ha usado históricamente con diferentes fines. Entre otros podemos mencionar la evaporación de las aguas del mar para obtener la comúnmente conocida sal y también la exposición de frutas y productos agrícolas al sol para obtener alimentos deshidratados. El calentamiento de agua mediante el sol es un método común en países como Japón,Israel y Australia, ya que si una unidad solar es usada como suplemento en un calentador regular de agua, aquella puede ahorrar hasta el 90% de la energía usada por el sistema convencional. En ciertas partes del planeta no es necesario un calentador convencional de agua, pues la unidad solar puede abastecer suficiente agua caliente (38ºC a 55ºC). Son pocas las regiones del globo terráqueo que reciben...