Dimensionamiento de un colector solar




DIMENSIONADO
DE LA INSTALACIÓN PARA COLECTOR SOLAR

















4.1 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
A partir de ahora, procedemos a realizar el diseño de nuestra instalación, ajustando el número de captadores necesarios a nuestro caso con los cálculos precisos. Antes, cabe mencionar que existen varias formas de proceder con este cálculo, entre otras cosas, porque existen muchosmétodos para el cálculo.
Método F-CHART
Aplicación del primer principio de la Termodinámica al sistema de colectores
Para analizar más correctamente la exactitud de los métodos y poder ajustar a nuestro caso el que a priori parezca más exacto, realizamos los cálculos con ambos como a continuación se detalla.
4.1.1 MÉTODO F-CHART
Es un método ampliamente aceptado como un proceso de cálculosuficientemente exacto para largas estimaciones, y, por tanto, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal o diario.

A priori, este método puede parecer más inexacto que el explicado posteriormente, ya que no tiene en cuenta las pérdidas producidas en los captadores, pero si utiliza factores de corrección que hace que también se ajuste a las necesidades reales.
Para la aplicación delmodelo F-CHART en el cálculo de los colectores solares necesarios y la fracción solar existente para nuestras viviendas, debemos antes conocer la demanda de agua caliente sanitaria y la radiación existente ya calculadas anteriormente.
Cálculo de la demanda energética de ACS
Para realizar el cálculo de la demanda energética correspondiente al calentamiento del agua de red hasta la temperatura deconsumo de 60°C utilizaremos la siguiente expresión:

DACS =V ⋅ρa ⋅cp ⋅(Tuso −Tred )
Kg J
ρa =1000 3 ;cp = 4187
m KgºC


Donde:
DACS Demanda ACS (MJ) V Consumo ACS (m3)
ρa Densidad del agua (Kg/m3) CP Calor específico del agua (J/ (Kg·°C))
TUSO Temperatura de consumo (°C) T RED Temperatura de red (°C)


En la siguiente tabla podemos ver la demanda energéticapara cada mes del año para las 18 viviendas adosadas unifamiliares:

Mes
Días
Consumo/día
[m3]
Consumo
Total [m3]
Tred [°C]
Tuso [°C]
ΔT [°C]
DACS [MJ]
Enero
31






1,872





58,03
8






60





52
12634,96
Febrero
28

52,42
9

51
11192,76
Marzo
31

58,03
11

49
11906,02
Abril
30

56,16
13

47
11051,67
Mayo
31

58,03
1446
11177,08
Junio
30

56,16
15

45
10581,39
Julio
31

58,03
16

44
10691,12
Agosto
31

58,03
15

45
10934,10
Septiembre
30

56,16
14

46
10816,53
Octubre
31

58,03
13

47
11420,06
Noviembre
30

56,16
11

49
11521,95
Diciembre
31

58,03
8

52
12634,96

TABLA 4.1. Cálculo de la demanda de ACS





Radiación solar incidente
Los datos deradiación solar que se producen en la ciudad de Valencia para una inclinación de 25° se muestran a continuación:

I (MJ/m2)
HORAS DE SOL
It(W/m2 día)
ENERO
13,7
8
475,69
FEBRERO
15,3
9
531,25
MARZO
19,3
9
670,14
ABRIL
21,2
9,5
736,11
MAYO
21,8
9,5
756,94
JUNIO
22,6
9,5
784,72
JULIO
23,5
9,5
815,97
AGOSTO
22,2
9,5
770,83
SEPTIEMBRE
20,5
9
711,81
OCTUBRE
17
9
590,28NOVIEMBRE
14
8
486,11
DICIEMBRE
11,8
7,5
409,72
ANUAL
18,575
8,9
644,97

TABLA 4 2. Cálculo de la Intensidad Solar diaria.
Cálculo de la fracción solar mensual
En este apartado calculamos la fracción solar basándonos en los datos mensuales expresados anteriormente.
Para calcular la fracción solar, el método F-CHART establece la siguiente ecuación:
f =1.029D1 − 0.065D2 −0.245D12 + 0.0018D22 + 0.0215D13
Para poder resolverla, tenemos que hallar el valor de los parámetros D1 referente a la absorción de energía y D2 referente a la pérdida de energía. A continuación se detallan los cálculos necesarios para la obtención de dichos parámetros.
Para conocer la superficie de captación necesaria para satisfacer la demanda energética necesaria en nuestras 18 viviendas...