Energía solar cosechable un 21 de julio; nevado y sin nevar. Utilidad de colector solar en Bariloche.

¿Cuanta energia aporta el sol a una superficie vertical un dia de invierno típico?. Se presentan dos estimaciones. Una basada en el venerable trabajo de Liu-Jordan y otra en base a un moderno programa. A continuación se presentan algunas consideraciones arquitectónicas en base a los valores de energía cosechada calculados.

Los gráficos que siguen son en base al método de Liu-Jordan. Dan la potencia incidente en un muro vertical que mira al norte el 21 de julio.El gráfico que sigue da la potencia incidente cuando el terreno esta nevado.

Potencia incidente sobre una superficie vertical con orientación norte. Terreno con nieve

Potencia incidente sobre una superficie vertical con orientación norte. Terreno con nieve de reflectividad ρ = 0,7

En el eje horizontal esta el tiempo desde el medio dia solar. Se ve que un dia de nieve durante mas de 2 horas hay mas de 600 W/m2. No esta mal para ser lo peor del imvierno; 600 W es la potencia de una de las “velas” de una estufa eléctrica “de cuarzo”.

Aporte de la nieve.

Componentes directa, difusa y difusa reflejada de la potencia incidente sobre una superficie vertical con orientación norte. Terreno nevado

Componentes directa, difusa y difusa reflejada de la potencia incidente sobre una superficie vertical con orientación norte. Terreno nevado, ρ = 0,7

el aporte de la nieve es porque refleja energía difusa que, sin nieve, sería absorbida por el suelo. El valor del coeficiente de reflectividad que usé es ρ = 0,7. Otros valores son posibles,

Nieve (vieja o fresca)    0.40~0.95     Ahrens, C. D. 2006
Suelo (claro y seco)      0.15~0.45     Ahrens, C. D. 2006
Suelo (oscuro y mojado)   0.05~0.40     Ahrens, C. D. 2006
Pasto (Largo o corto)     0.16~0.26     Ahrens, C. D. 2006

La reflectividad efectiva depende mucho del uso de la tierra.
Por ejemplo en un lugar urbano ademas de nieve se ven partes 
sin nieve (otros edificios) con lo que no es muy razonable usar
el valor de nieve sola. Hunn & Calafell (Thevenard & Haddad 2006) 
recomiendan estos valores de ρ

Tipo de uso             ρ 
Centro de una ciudad   0.2
Sitio urbano típico    0.4
Sitio rural típico     0.5
Sitio rural aislado    0.7

El siguiente grafico muestra las irradiaciones en un terreno sin nieve. Se ve que el aporte de la nieve es poco mas  que 100 W/m2

pot_componentes_21_julio_sin_nieve

Componentes directa, difusa y difusa reflejada de la potencia incidente sobre una superficie vertical con orientación norte. Terreno sin nieve  ρ = 0,25 .

Energía colectada.

Integrando las potencias a lo largo del dia se obtienen las energias.

La energía total es 4,4 kWhr/m2. El cálculo es:

energia_sin nieve

¿Que tan bueno es el cálculo?.

El método de Liu-Jordan tiene la virtud de ser sencillo. Hay métodos mas exactos. Uno de ellos usar Metonorm  (alcanza con el demo). Estos son los valores que da Meteonorm:

G_Gk = 2,97 kW·hr/m2 = Hglobal
G_Dk = 0,97 kW·hr/m2 = Hdifusa

Meteonorm da un 32% menos de energía que  Liu-Jordan.

Para que sirven esos valores.

¿Vale a pena poner un calentador de aire solar en Bariloche?.

Si porque la aislación termica es muy alta. Al ser la aislación alta un pequeño aporte de energia se nota como aumento de temperatura. Veamos un par de cuentas.

Tengo 2×0,6×4,7 = 5,6m2 de captación. Tomando una irradiación de 3 kWh/m2 consigo  3*5,6=16,8 kWh de energía en un dia, esa  es la energía que entregan dos estufas eléctricas de 1200 W a lo largo de 7 horas. Esto es un ambiente GREB es MUCHO.

Ademas es aire caliente que enviarse a la habitación del sur por un ducto en el cieloraso.

Conveniencia de usar matriz metálica porosa como absorbente energía.

Las cuentas muestran que la energia no es mucha. Hay que cuidarla. Esto indica que hilar fino puede aportar significativamente.

Un factor que limita la eficiencia de captación de los colectores solares es que aumentan las pérdidas por irradiación con la elevación de la temperatura de captación (normalmente una chapa, en el caso de los muro trombe convencionales la superficie absorbedora de mamposteria). Se pueden bajar estas pérdidas aumentando lo mas posible la absorción (superficie oscura) y a la vez evitando que la temperatura de eleve. Se consiguen ambas cosas usando una matriz metalica gruesa, 4 o 5 cm de hojas de metal desplegado unidas. Este absorbedor tiende a comportarse como negro perfecto (pues la radiacion penetra en las cavidades de la matriz formada por el apilado y tiene muchos rebotes antes de salir, es decir no sale) y a la vez tiene una gran superficie de intercambio de calor con el aire que impide que suba la temperatura.

Una mejora: agregar PCM (Material de cambio de fase).

En http://wp.me/pBYAw-3h  puse un esquema de muro Trombe con PCM enlazado a un paper.

Si en la matriz porosa se incorpora un material que cambie de fase se consiguen dos cosas: 1) que la temperatura no suba mas alla de la temperatura de fusion del material (al menos hasta que se funda!) evitando el ingreso de aire a demasiada temperatura en el momento que tambien ingresa sol por la ventana y

2) diferir la entrega del calor acumulado para cuando ya no hay aporte solar (función tipica del Trombe por una fracción del peso y el volumen de un muro trombe convencional pues el calor latente es mucho mayor que el calor sensible por unidad de volumen y de peso)

¿Que materiales son estos?.  Muy fáciles de conseguir son grasa animal  o parafina (segun la parafina -hay varias- funde a 42…60°C).  Tambien hay acidos grasos de menor temperatura de fusion y sales (cada material tiene su problema y su ventaja). Pero que usar y como hacerlo  amerita un postín aparte.

¿Para que sirve esta energía diferida en el tiempo?.

Para usarla cuando ya no hay sol y la casa comienza a enfriarse.

Para enviarla a la habitación del sur que es la que tiene ganancia solar directa baja (solo una pequeña ventana al oeste)

Aislar para que se note.

La energia solar en el mes de julio es pedorra. Eso es asi. No se puede cambiar. Pero si se pueden cambiar sus efectos. Esa energia en una habitación mal aislada ni se nota. Pero en una casa con 30…40 cm de una aislación comparable a la lana de vidrio o el poliestireno expandido esa energia pedorra hace una diferencia.

Ventilar para no morir.

En el verano el trombe se usa para ventilar: moviendo una clapeta lo conecto a un conducto formado por la chapa del techo los cabios y una superficie ad-hoc adherida a estos. El aire caliente lo entrego a nivel cumbrera y sale por rejillas de ventilación colocadas en los piñones o mojinetes.

Quiza esta termine siendo la mayor utilidad del Trombe: usarlo como chimenea para evacuar el calor que capten las ventanas del oeste (muy dificiles de apantallar con aleros puel el sol ya esta muy bajo)

Esta entrada fue publicada en calentador aire, Cálculos e Información técnica, Clima, energía y etiquetada , , . Guarda el enlace permanente.

Bienvenido tu comentario

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s