Energías renovables - Rendiemiento de la Curva caracteristica

4.2 RENDIMIENTO. CURVA CARACTERISTICA.

- Curva de rendimiento de un colector plano.
El principal parámetro que caracteriza la eficiencia de cualquier captador solar es la curva de rendimiento. En general, se define el rendimiento de un captador como la relación entre el flujo energético que le llega (es decir, la radiación solar) y la energía útil que se transmite al fluido caloportador.Así, el rendimiento instantáneo de un captador varía en función de la insolación, la temperatura del agua que entra al captador, la temperatura ambiente, la temperatura de la placa y los materiales utilizados en la construcción del captador. Por este motivo, se facilitan unas curvas de rendimiento que permiten evaluar la variación de la eficiencia de cada captador en función de las condicionesnombradas:




↓



Esta expresión es la ecuación de una recta que relaciona el rendimiento (n) frente a (Ti-Ta)/L siendo FRx(τxα) la ordenada en el origen y FRxUL la pendiente. Sabemos que el primer término no da una información sobre la calidad óptica del colector (energía aprovechada) y el segundo término nos indica las pérdidas el colector.


Vamos a analizar los términos que conformanesta expresión para conocer en toda su extensión el régimen de funcionamiento de un colector plano.

(τxα) ó eficiencia óptica: en un sistema como el que se muestra en la figura, la radiación incidente es reflejada, absorbida y transmitida en repetidas ocasiones, lo que significa que el producto definido representa las propiedades de la combinación cubierta-absorbedor.

“UL”: es elcoeficiente global de pérdidas de calor propuesto por Hottel, Bliss y Whiller. Será considerada como una constante dentro de esta ecuación.
Esta propuesta viene dada por el desarrollo de la ecuación del equilibrio térmico en un colector:







Despejamos el calor útil, qu:



Y tenemos que en régimen estacionario de circulación del fluido y bajo un conjunto de hipótesis simplificadores, queno influyen significativamente en el resultado se puede expresar en función del coeficiente global de pérdidas de calor, UL:


Donde Tc es la temperatura de la placa y Ta la temperatura ambiente.

FR: factor de ganancia del colector. Es necesario que se defina este coeficiente debido a dos puntos importantes:

La eficiencia del colector está definida por el cociente entre la transferenciade energía real y la transferencia máxima, siendo ésta posible cuando todo el colector se encuentra a la misma temperatura. Y es aquí donde radica el problema y la necesidad de definir el factor FR, puesto que no es posible alcanzar la transferencia máxima de energía térmica del fluido. En primer lugar, por el salto térmico necesario entre la placa y el fluido para la transferencia de energía y ensegundo lugar, porque el fluido se calienta circulando por la placa y la temperatura aumentará en la dirección del flujo.
El fluido a la entrada estará más frio que la placa.
Por lo tanto, FR es la relación entre la energía captada por el colector y la que captaría si la placa estuviera a la temperatura del fluido a la entrada.

Siendo ahora Ti la temperatura a la entrada del colector.Habiendo definido todos los parámetros que forman la ecuación del rendimiento del colector, observamos la información que nos proporciona la gráfica:



- Cuanto mayor sea la ordenada en el origen (FRxZxALPHA) y menos la pendiente (FRxUL), mejor será el colector.


- El punto de corte de la recta con el eje vertical corresponde al rendimiento máximo, que se produce cuando la temperaturade entrada del agua al colector coincide con la temperatura ambiente y no hay pérdidas térmicas en el colector.
Si analizamos el corte con la horizontal, sabemos que corresponde al rendimiento mínimo y se produce cuando el nivel de radiación es bajo o cuando la temperatura del absorbente es muy alta, con lo que la cantidad de energía obtenida por absorción se iguala con las pérdidas de calor...