tecnología industrial tema 5

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Tema 05 Las Energias Alternativas

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  • I.E.S. "SIERRA MGINA"

    MANCHA REAL

    Tema 5: Las energas alternativas

    DEPARTAMENTODE

    TECNOLOGA Actividades complementarias

    Curso: 1 Bach.

    Profesor: Jos Jimnez R.

    Energa solar a baja temperatura

    Mediante un panel por el que circula un fluido, en general agua, se puede elevar la temperatura hasta un valor razonable, al someterlo a la radiacin solar. Por ejemplo, aumentar la temperatura del agua desde 15C hasta 60 C.

    Existen variantes en las instalaciones solares

    de este tipo. Por ejemplo, algunos sistemas poseen una fuente energtica de apoyo: una caldera de fuel-oil o una resistencia calefactora. De este modo, en los momentos en los que la energa solar absorbida no es suficiente, esta energa auxiliar se conecta automticamente. En el proceso de clculo de este tipo de instalaciones hay que tener presentes los siguientes factores: -Climatologa de la zona. Han de conocerse los valores diarios de la temperatura media ambiente y de la radiacin solar media de la zona o provincia. Algunos datos, aproximados, en las capitales espaolas son los que aparecen en las tablas que se adjuntan. -Latitud geogrfica. Los rayos solares inciden con diferente inclinacin en las diferentes latitudes de la Tierra. Esta es la causa de que las latitudes prximas a los Polos reciban menos radiacin que las cercanas al Ecuador.

    El ngulo de inclinacin de los paneles en relacin al suelo, depender del uso que se quiera hacer de la energa solar. Si es para calefaccin, conviene orientarlos de forma que el mximo rendimiento se obtenga en invierno, mientras que si es para suministrar agua caliente a un camping convendr dar a los paneles un ngulo apropiado para obtener su mayor rendimiento en verano.

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    Profesor: Jos Jimnez R.

    . -

    Aspectos tcnicos. Tipos de paneles duracin, almacenamiento, aporte de energa auxiliar, coeficientes de prdidas, conexin, etc. Uno de los datos ms importantes que, normalmente suelen dar los fabricantes es la curva de rendimiento del panel, a partir de la cual puede conocerse el porcentaje de aprovechamiento de la energa que incide perpendicularmente en l. Por otro lado los paneles solares no estn horizontales y, como el valor de la radiacin suele darse sobre un plano horizontal, hay que aplicar un factor corrector.

    Finalmente, cuando un sistema solar funciona de forma adecuada, la diferencia de temperatura entre el agua a la entrada del panel, Te y la temperatura a la salida, Ts, suele ser pequea: alrededor de 10 C. Esta diferencia de temperatura depende de la velocidad con la que circula el agua por el circuito, que suele ser impulsada por una bomba y controlada por un circuito electrnico. -Aspectos econmicos. Existen diferentes variantes tcnicas en la instalacin, que hay que estudiar en funcin de su coste econmico. Por ejemplo, valorar si conviene un sistema

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    calefactor elctrico de apoyo ms potente o un aumento del volumen del tanque de almacenamiento del agua. -Caractersticas del consumo. Existen tablas en las que aparecen consumos medios para diferentes actividades. En cualquier caso, una persona adulta gasta al da, aproximadamente, 60 litros de agua caliente a 40 C. Asimismo, el agua caliente suele almacenarse en depsitos, debidamente aislados, que suelen dimensionarse segn el siguiente criterio: 60 litros por cada metro cuadrado de panel instalado. Energa solar a media temperatura Si, mediante dispositivos pticos, se concentran los rayos solares en superficies menores, pueden lograrse temperaturas superiores a las alcanzadas en los paneles solares ordinarios. La relacin de concentracin Rc, es el factor que indica la capacidad de concentracin de los rayos solares. Por ejemplo un valor de Rc de 10 indica que la radiacin que incide es de 10 veces superior que la que llega a una superficie ordinaria. La energa solar a temperatura media utiliza colectores de tipo cilndrico-parablico. Energa solar a alta temperatura Se llega a temperaturas de 2000 C o superiores con factores de concentracin superiores a 500. Normalmente se utilizan helistatos y hornos solares. Curvas de rendimiento de mdulos fotovoltaicos

    Los fabricantes suelen suministrar las caractersticas de los paneles fotovoltaicos referidas a una radiacin de 100 mW/m2 =1KW/m2, por lo que la radiacin diaria total podemos hacerla equivalente a la que se hubiera recibido si el sol hubiera proyectado una radiacin de 1 KW/m2 un nmero determinado de horas.

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    Curso: 1 Bach.

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    Curso: 1 Bach.

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    Profesor: Jos Jimnez R.

    1.- Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm, cuyo rendimiento es del 20%. Determinar la cantidad de energa elctrica (KWh) que generar, para acumular en una batera, si la placa ha estado funcionando durante 8 horas, siendo el coeficiente de radiacin de 0,9 cal/min.cm2. Se admite que no hay prdidas ni en el transporte, ni en la carga de la batera. 2.- Calcular la potencia til entregada por un colector plano de 225 m2 suponiendo que la densidad de radiacin sea de 100 W/m2 y el rendimiento del colector del 60 %. 3.- Un panel fotovoltaico entrega una potencia til de 75000 W. Suponiendo que la densidad de radiacin sea de 1000 W/m2 y el rendimiento del panel del 50 %, calcular la superficie del panel. 4.- La horas de radiacin sobre una superficie terrestre de 500000 Km2 son de 2200 h/ao. Suponiendo que la densidad de radiacin media sea de 1300 W/m2, calcular:

    a) La potencia recibida por dicha superficie. b) La energa, en Julios, recibida a lo largo de todo el ao.

    5.- Calcula la superficie del panel fotovoltaico necesario para alimentar una estufa elctrica de 1500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una densidad de radiacin de 1000 W/m2, un aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del equipo del 20%. 6.- Se desea instalar un conjunto de paneles solares para abastecer una vivienda con un consumo estimado de 525 KWh mensuales. Calcular la superficie de panel necesaria suponiendo una constante de radiacin de 1250 W/m2, un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento de la instalacin del 25 %. 7.- Determina la cantidad de calor que habr entrado en una casa, durante un da del mes de julio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m, y no se han producido prdidas ni reflexiones en el vidrio. Nota: 10 h diarias de sol. 8.- Un colector solar plano que tiene una superficie de 4 m2 debe calentar agua para uso domstico. Sabiendo que el coeficiente de radiacin solar K=0,9 cal/min.cm2 y que el consumo de agua es constante, a razn de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua si est funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua est a 18 C y que no hay prdidas de calor. 9.- Determinar, en m2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con ella se alimente un frigorfico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiacin solar es K =0,7 cal/min.cm2 y el rendimiento energtico de la placa el 25 %. 10.- Calcular qu cantidad de calor habra que extraer cada hora, mediante aire acondicionado, de un edificio de oficinas, si dispone de una superficie de 120 m2 de cristaleras. El valor de K=0,6 cal/mim.cm2 y se supone que no se producen reflexiones ni prdidas de calor. 11.- En una casa de campo se quiere instalar una placa fotovoltaica que alimente dos placas de bajo consumo (9 Wh cada una) y un televisor de 29 Wh. Determinar la superficie de la placa si = 30 % y K=0,8 cal/min.cm2. 12.- Calcular la superficie que debera tener un colector plano si se emplea para calentar agua de una piscina cubierta en el que el agua est a 14 C y queremos calentarla a 25 C. Se supone que no se producen ni prdidas de calor ni reflexin alguna. El coeficiente de radiacin solar, ese da, vale K=0,7 cal/min.cm2. El caudal del agua queremos que sea de 3600 litros cada hora.

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    13.- Para calentar agua de uso industrial, una empresa emplea colectores planos. Sabiendo que el agua, inicialmente est a 18 C y se quiere calentar a 90 C, determinar: a) Las caractersticas del colector solar. b) La superficie del colector, si K=0,5 cal/min.cm2. Se supone que no hay prdidas de calor ni reflexiones dentro del colector y el caudal requerido de agua es de 600 litros/hora. c) Qu cantidad de energa calorfica captura diariamente el colector si funciona cuatro horas al da?. 14.- Un colector solar plano, que se va a utilizar como medio de calefaccin en Andaluca mide 4 m2 y vale 2600 , incluida la instalacin. Determinar el tiempo que se tardar en amortizar (pagar lo que ha costado) si K=0,8 cal/min.cm2 y est funcionando una media de 6 horas al da, durante 150 das al ao. Este colector sera una alternativa al r

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