Gp2- F_ Chart
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Índice de Términos.- Sistema Solar-Térmico, Colector Solar. Resumen.- El pres ente paper de scribe el Método F- Chart, método usado en el diseño de colectores solares. I. INTRODUCCIÓN El método F- Chart es una técnica para estimar el desempeño promedio a largo plazo de un sistema solar- térmico. También es usado para evaluar el comportamiento de colectores solares. Este método se desarrolla en 1976 por Sandfor Klein, como resultado de su estudio acerca de los procesos de diseño para sistemas solares- térmicos. La precisión de este método, fue analizada por la Universidad de Colorado, quienes compararon el desempeño real de un sistema solar- térmico con el desempeño predicho por el método obteniendo un error máximo del 5%, razón por la cual se consideró que el método tiene un alto grado de fidelidad. [2] En la Fig. 1 se aprecia el esquema de un sistema para el calentamiento de agua donde se usa un colector solar y un tanque de almacenamiento. Fig. 1 Esquema estándar para calentamiento de agua. [1] El objetivo de es te método es obtener la curva f con la cual se estima el desempeño de algún colector solar. Esta curva representa la fracción de carga calorífica mensual transformada a partir de energía solar. Esta curva llamada “curva f” está en función de dos parámetros: la energía absorbida (ganancia) y la pérdida por reflexión de algún colector solar en cuestión. En la fig. 2 se muestran varias curvas f, pertenecientes al desempeño de varios sistemas solares- térmicos que incorporan colectores solares. Fig. 2 Energía Absorbida (Y) Vs Pérdidas por reflexión (X) en Colectores Solares. [1] II. ALGORITMO DEL MÉTODO El método F- Chart se describe en el siguiente algoritmo: A. Estimación de carga calorífica. B. Determinación de la energ ía absorbida y perdida en el colector. C. Cálculo de la ganancia total. D. Cálculo de pérdidas totales. E. Gráfica de f. F. Determinación de cobertura solar mensual. G. Determinación de cobertura s olar anual H. Tablas de Desempeño. III. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO A. Estimación de carga calorífica Método F- Chart en el diseño de Colectores Solares 1 Franklin Obaco, 2 Jorge Jaramillo #1 Profesional en formación de la EET, Universidad Técnica Particular de Loja #2 Docente de EET, Universidad Técnica Particular de Loja Loja-Ecuador 2010 1 [email protected], 2 [email protected]
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Índice de Términos.- Sistema Solar-Térmico, ColectorSolar.
Resumen.- El presente paper describe el Método F- Chart,
método usado en el diseño de colectores solares.
I. INTRODUCCIÓN
El método F- Chart es una técnica para estimar el desempeñopromedio a largo plazo de un sistema solar- térmico. Tambiénes usado para evaluar el comportamiento de colectores solares.
Este método se desarrolla en 1976 por Sandfor Klein, comoresultado de su estudio acerca de los procesos de diseño parasistemas solares- térmicos.
La precisión de este método, fue analizada por la Universidadde Colorado, quienes compararon el desempeño real de unsistema solar- térmico con el desempeño predicho por elmétodo obteniendo un error máximo del 5%, razón por la cualse consideró que el método tiene un alto grado de fidelidad.
[2] En la Fig. 1 se aprecia el esquema de un sistema para el
calentamiento de agua donde se usa un colector solar y untanque de almacenamiento.
Fig. 1 Esquema estándar para calentamiento de agua. [1]
El objetivo de este método es obtener la curva f con la cualse estima el desempeño de algún colector solar.
Esta curva representa la fracción de carga calorífica mensualtransformada a partir de energía solar. Esta curva llamada“curva f” está en función de dos parámetros: la energíaabsorbida (ganancia) y la pérdida por reflexión de algúncolector solar en cuestión.
En la fig. 2 se muestran varias curvas f, pertenecientes aldesempeño de varios sistemas solares- térmicos queincorporan colectores solares.
Fig. 2 Energía Absorbida (Y) Vs Pérdidas por reflexión (X) enColectores Solares. [1]
II. ALGORITMO DEL MÉTODO
El método F- Chart se describe en el siguiente algoritmo:
A. Estimación de carga calorífica.B. Determinación de la energía absorbida y perdida en
el colector.
C. Cálculo de la ganancia total.D. Cálculo de pérdidas totales.E. Gráfica de f. F. Determinación de cobertura solar mensual.G. Determinación de cobertura solar anualH. Tablas de Desempeño.
III. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
A. Estimación de carga calorífica
Método F- Chart en el diseño de Colectores Solares1Franklin Obaco, 2Jorge Jaramillo
#1Profesional en formación de la EET, Universidad Técnica Particular de Loja
#2 Docente de EET, Universidad Técnica Particular de Loja
Loja-Ecuador [email protected],
8/8/2019 Gp2- F_ Chart
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Se define la carga calorífica (Qa) como la cantidad decalor mensual que se necesita para calentar agua. Sucálculo proviene de la ecuación 1:
(1)
En donde:• : Carga calorífica mensual de calentamiento de
agua (J/mes).• : Calor específico del líquido calo-conductor en el
proceso de intercambio de calor. En caso de agua suvalor es de 4187 (J /kg°C).
• : Consumo diario de agua (l / día) [litros por dia].• : Número de días del mes.• : Temperatura del agua caliente de acumulación
(°C).• : Temperatura del agua de red (°C).
B. Determinación de energía absorbida por el colector y
pérdida del mismoLa energía que absorbe el colector , la cual estrasformada en calor se calcula con la ecuación 2.
(2)
Teniendo en cuenta que:
• : Superficie del captador (m2).• : Producto de la transmitancia por la
absorbancia del colector y el factor de transporte,equivalente a 1. En este factor ya interviene tantola eficiencia óptica del captador, como las
constantes por modificación del ángulo deincidencia, además del factor captador-intercambiador.
• : Radiación diaria media mensual incidente en lasuperficie de captación del colector solar (kJ/m2).
• : Número de días del mes.
En cambio la energía que se pierde en el colector seencuentra por medio de la ecuación 3.
(3)
En donde:
• : Superficie útil del captador (m2).• : Factor de eficiencia del intercambiador de
calor del colector solar llamado coeficiente globalde pérdidas del captador. Además, el valor de estefactor viene asociado intrínsecamente a un factorde disipación de calor. (%)
• : Temperatura mensual media del ambiente. (°C).• : Período de tiempo, considerando que funciona las
24h/día. (s)
• : Factor de corrección debido al almacenamiento.• : Factor de corrección para el agua caliente, en
donde se relaciona la temperatura mínima de éstacon el agua de la red usada y también latemperatura media mensual del ambiente.
C. Cálculo de la ganancia totalA la ganancia del colector (D1) se la conoce como laenergía solar útil proporcionada.Esta ganancia relaciona la energía absorbida por la placadel colector usado y el parámetro durante un mes, comose muestra en la ecuación 4. [3]
(4)
D. Cálculo de pérdidas totalesLas pérdidas totales en el colector (D2) debido a lareflexión de la luz solar relaciona las pérdidas de energíaen el captador a determinada temperatura, con la carga
calorífica de calentamiento ( ) durante un mes. Sucálculo proviene de la ecuación 5. [3]
(5)
E. Gráfica de f.La fracción de carga calorífica mensual, que se transformaen energía solar se la conoce como parámetro f .El cálculo de este parámetro se muestra en la ecuación 6,en donde se resalta que está en función de los parámetrosD1 y D2.
(6)
F. Determinación de cobertura solar mensual.Al encontrar el producto entre y , estimamos laenergía útil captada en un mes determinado ( ), como lomuestra la ecuación 7.
(7)
G. Determinación de cobertura solar anualLa relación entre la sumatoria de las coberturas solaresmensuales ( ) y la sumatoria de la demanda de cargas
caloríficas ( ) determina la cobertura solar anual delcolector, como se muestra en la ecuación 8.
(8)
H. Tablas de Desempeño.Este paso consiste finalmente en la recolección histórica delos valores de los parámetros mencionados, la cual permite
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una estimación temprana del desempeño de un colectorsolar determinado.
IV. CONCLUSIONES
La eficacia del método solo se mostrará en el estudio delperformance real de un sistema solar- térmico con
colectores solares. Tomar en cuenta los factores de corrección son
importantes en el diseño de colectores solares, ya que deesto depende un buen desempeño de los mismos. Si unfactor de corrección es menor a la unidad guardamos unareserva del parámetro en cuestión y si en cambio es mayora la unidad, creamos un sobredimensionamiento en eldiseño.
El parámetro f representa la fracción calorífica mensual, elmismo que considera tanto la ganancia como las pérdidasde un colector solar.
La cobertura solar mensual es diferente para cada mes
considerado. Por ende también lo será la cobertura solaranual en cada año de uso de un colector solar.
V. REFERENCIAS
[1] DUFFIE J.A.(+), BECKMAN W.A, “Solar Engineering of ThermalProcesses", 1991, New York, John Wiley & Sons, 3ra Edición, pág.672.
[2] HABERL Jeff S. Ph.D., CHO P.E. Soolyeon, “LITERATUREREVIEW OF UNCERTAINTY OF ANALYSIS METHODS (F-Chart Program)”, Agosto 2004.
[3] No se menciona autor, “Método de Cálculo F- Chart”, disponible enlínea: http://www.konstruir.com/C.T.E/HE%204-contribuion% [Consulta: Mayo 2010]
