Informe Fluidos Radiacionsdiaria Agregado

INFORME DE SALIDA DE CAMPODETERMINACION DE RADIACION SOLAR EN EL

MUNICIPIO DE SUESCA, CUNDINAMARCA

Universidad Distrital Francisco José de CaldasFacultad de medio Ambiente y Recursos Naturales

Ingeniería Ambiental

Presentado por:Verónica Tique Ortiz 20131180Angie Daniela Pinzón Hassan 20131180Miguel Ángel Rojas Albarracín 2012218004Zayra Cortes Martínez 20122180040Germán Eduardo Ceballos Abello 20131180213Geraldine Vega Montenegro 20131180222

Asignatura:Fisicoquímica de fluidos

Grupo:541

Presentado a:Freddy Leonard Alfonso M.

Fecha de entrega:25 de Noviembre de 2015

CONTENIDO

Universidad Distrital Francisco José de CaldasFacultad de medio Ambiente y Recursos NaturalesIngeniería Ambiental

1. Introducción2. Objetivos3. Marco teórico4. Materiales y métodos5. Resultados6. Análisis de resultados7. Conclusiones8. Bibliografía

1. INTRODUCCIÓNLos combustibles que se queman para la producción de energía son responsables de grandes problemas medioambientales como lo son; la acumulación de gases invernadero, acidificación, contaminación del aire, contaminación del agua, daño de las capas superficiales y ozono troposférico, sin embargo fuentes alternativas se han ido abriendo camino, tal es el caso de la energía solar que actualmente tiene aplicaciones diversas y convenientes para la producción de energía térmica y eléctrica al grado de competir ventajosamente debido a que las fuentes convencionales por no ser renovables tendrán una tendencia a subir de precio hasta niveles en los que no será económicamente satisfactoria su utilización.Casi toda la energía de que disponemos proviene del sol, el es la causa de los vientos, de la evaporación de las aguas superficiales, de la formación de nubes, de las lluvias y, por consiguiente, de los saltos de agua. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones químicas indispensables para el desarrollo de los vegetales y de los animales que con el paso de los siglos han originado combustibles fósiles como el carbón o el petróleo. La radiación solar tiene otra importancia capital: otras formas de energía renovable, como el viento, las olas o la biomasa no son más que manifestaciones indirectas de ésta.La energía solar fotovoltaica, al igual que otras energías renovables, constituye, frente a los combustibles fósiles, una fuente inagotable que contribuye al autoabastecimiento energético. Esta es menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminación atmosférica, residuos, etc.) y los derivados de su generación (excavaciones, minas, etc.).

2. OBJETIVOS-Objetivos Principal: Realizar una estimación aproximada de la radiación solar a diferentes alturas en Susca- Cundinamarca.

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-Objetivos Específicos: Realizar la estimación de la radiación solar utilizando los datos obtenidos

a partir del solarimetro casero. Determinar la radiación solar instantánea utilizando la ecuación del

solarímetro casero. Realizar la curva de radiación instantánea durante el día. Trazar la curva radiación instantánea vs. hora del día.

3. MARCO TEÓRICOLa radiación solar interceptada por la Tierra constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance. La cantidad de energía solar captada por la Tierra anualmente es aproximadamente de 5,4 x 1024 J, una cifra que representa 4.500 veces la energía que se consume.La Tierra recibe la radiación electromagnética del Sol y re irradia de nuevo al espacio una cantidad de calor igual a la radiación incidente. Por tanto, la utilización de la radiación solar no es otra cosa que su conversión en energía útil para la humanidad. Sin embargo, el resultado neto de dicho aprovechamiento es el mismo que si no hubiera habido interferencia en el proceso de re irradiación al espacio, pues solamente se ha producido un desfase o retraso en este proceso, como resultado de la disposición humana o como parte de los procesos naturales.La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes: incidiendo en los objetos iluminados por el Sol, denominada radiación directa, o por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico, llamada radiación difusa. La primera es aprovechable de forma directa, mientras que las células fotovoltaicas aprovechan la segunda.A pesar de su abundancia, el aprovechamiento de la energía solar está condicionado principalmente por tres aspectos: la intensidad de la radiación solar recibida por la Tierra, los ciclos diarios y anuales a los que está sometida y las condiciones climatológicas de cada lugar. La utilización provechosa de la radiación solar como fuente de energía está directamente ligada a la situación geográfica del lugar escogido para aprovecharla y de las variaciones temporales.La radiación solar es una forma de energía de baja concentración, ya que fuera de la atmósfera la intensidad de radiación solar que recibe la Tierra oscila entre los 1.300 y los 1.400 W/m2 aproximadamente. Las pérdidas a la atmósfera por reflexión, absorción y dispersión reducen este valor alrededor de un 30%, con una intensidad de radiación por parte de la Tierra de alrededor de los 1.000 W/m2. Estos valores pueden variar dependiendo en las condiciones climatológicas. Por ejemplo, en un día sin sol, los valores de intensidad de radiación se pueden reducir hasta los 150 o 50 W/m2. Esta baja densidad de radiación y el efecto negativo de determinadas condiciones climatológicas

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obliga a utilizar superficies de captación grandes si se quieren conseguir valores significativos de aprovechamiento energético.

imagen 1. Radiacion Solar

La radiación solar es una forma de energía de baja concentración, ya que fuera de la atmósfera la intensidad de radiación solar que recibe la Tierra oscila entre los 1.300 y los 1.400 W/m2 aproximadamente. Las pérdidas a la atmósfera por reflexión, absorción y dispersión reducen este valor alrededor de un 30%, con una intensidad de radiación por parte de la Tierra de alrededor de los 1.000 W/m2. Estos valores pueden variar dependiendo en las condiciones climatológicas. Por ejemplo, en un día sin sol, los valores de intensidad de radiación se pueden reducir hasta los 150 o 50 W/m2. Esta baja densidad de radiación y el efecto negativo de determinadas condiciones climatológicas obliga a utilizar superficies de captación grandes si se quieren conseguir valores significativos de aprovechamiento energético.La radiación incidente sobre una superficie se suele medir a través de solarímetros. A partir de series temporales de medidas de radiación se elaboran mapas de radiación solar, a partir de los cuales se pueden realizar estimaciones de la radiación solar incidente sobre territorios determinados, durante periodos de tiempo limitados, simplemente multiplicando los valores leídos en el mapa por la superficie de la zona y por el período de tiempo dado.Respecto al aprovechamiento de la energía solar, se puede hablar de dos tipos de sistemas: los que convierten la radiación solar en electricidad mediante tecnología fotovoltaica y los que se utilizan para la producción de energía térmica. También cabe considerar la posibilidad de hacer un uso más global de la radiación solar, la luz natural y las condiciones climatológicas concretas de cada emplazamiento en la construcción de edificios mediante lo que se ha llamado arquitectura bioclimática.

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La energía solar fotovoltaica se capta a través de unas células fotovoltaicas que convierten los rayos solares en energía eléctrica. Esta modalidad de aprovechamiento de la energía solar es la más recientemente desarrollada entre los diferentes tipos de energías renovables y tiene un campo de aplicación muy amplio: desde la utilización en productos de consumo, como relojes y calculadoras, hasta la electrificación de zonas sin suministro convencional, como casas aisladas o instalaciones agrícolas y ganaderas, pasando por las señalizaciones terrestres y marítimas, las comunicaciones o el alumbrado público.

Imagen 2. Energía solar fotovoltaica.

La transformación directa de la energía solar en electricidad mediante la conversión fotovoltaica presenta ventajas claras, teniendo en cuenta su sencillez, autonomía, fiabilidad y operabilidad y están relacionadas con la elevada cantidad energética de la electricidad producida y la ausencia de impacto medioambiental y de ruidos en el proceso energético.A pesar de todo, de momento, la participación actual de la energía fotovoltaica en el balance energético europeo es todavía marginal. Su coste de inversión es por ahora más elevado que el de las alternativas convencionales, pero experimenta una rápida reducción y se espera que en los próximos años el mercado europeo crezca a un ritmo de entre un 15 y un 25% anual.La energía solar térmica se puede obtener, activamente, a través de unos elementos específicos por los que circula un fluido que absorbe la energía radiada del Sol, o, pasivamente, a través de una serie de aplicaciones conocidas como bioclimatismo. En este último caso, su uso está relacionado con un aspecto que se está popularizando mucho: la optimización de diseño de los edificios para disminuir hasta donde sea posible las necesidades de calefacción y de refrigeración adicionales. Esta aplicación puede ser muy útil en los hogares, pero también en piscinas, hoteles y polideportivos.

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El uso de sistema activo se orienta principalmente a cubrir parte de las necesidades térmicas de un edificio, como la producción de agua caliente sanitaria y calefacción. Este conjunto de aplicaciones es lo que se llama energía solar activa de baja temperatura.4. MATERIALES Y MÉTODOSPara la generación del presente documento se realizóel trabajo de camporequerido para la obtención de las diferentes variablesnecesarias, en donde se tomaron como variables fundamentales la altura sobre el nivel de mal o elevación (m.s.n.m.), y la temperatura tanto antes de iniciar la medición como luego de cierto periodo de tiempo. Para esto, se hizo necesario una serie de materiales herramientas básicas las cuales se mencionan a continuación:

Cronometro (medición del tiempo) GPS (Medición de elevación) Solarímetro casero (medición de la radiación solar instantánea) Cuaderno de anotaciones

Para la obtención del solarímetro casero fue necesaria su construcción a partir de elementos básicos tales como:

Tubo de ensayo o similar Lámina de cobre Termómetro escala 110°C Corcho tapón Agua destilada o similar

Posteriormente se procedió a ensamblar las piezas de tal forma que el Bulbo del termómetro quedara en contacto con la lámina de cobre dentro del tubo de ensayo, donde este último debía ser sellado con el corcho de tal forma que no quedaran burbujas dentro de este.Luego de completar los materiales requeridos, se procedió a realizar el trabajo de campo, tomándose como lugar de estudio el municipio de Suesca, Cundinamarca, partiendo de la medición inicial realizada en el parque principal del municipio, y posteriormente una porción de la zona rural del municipio, lugares en donde se registraron las variables indicadas anteriormente, procurando conservar un intervalo de distancia entre puntos de medición de 30 m de longitud.

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IMAGEN 1SOLARIMETRO CONSTRUIDO

(Ceballos, 2015)

5. RESULTADOSDurante la realización de la práctica de campo se obtuvieron los siguientes resultados:

TABLA 1MEDICIONES TOMADAS EN CAMPO

RESULTADOS OBTENIDOS EN CAMPO

N°

Hora

del día (Min:se

g)

Altura

(m.s.n.m)

Tiempo

(Min)

Tiempo

(s)

Temperatura inicial (°C)

Temperatura Final

(°C)

Diferencia de

temperatur

a (°C)

1 8:43260

0 15900 26 29 3

210:2

2266

0 5300 26 27 1

311:3

1269

5 5300 25,5 26 0,5

411:5

0272

0 5300 26 26,5 0,5

512:0

0277

0 5300 26,5 27 0,5

612:1

5282

0 5300 24 24,5 0,5

712:3

8284

3 5300 25 25 0

7


812:4

4285

2 5300 26 26 0

912:5

0287

2 5300 26 26 0

10

12:52

2895 5

300 26,5 27 0,5

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para lo obtención del valor de la radiación solar instantánea se aplicó la ecuación del solarímetro definida por:

R= J∗∆Tt

Donde:-R: Radiación solar instantánea (W/m2)-J: Constante del solarímetro-ΔT: Diferencia de temperatura del agua después de tiempo t de exposición (°C)-t: Tiempo de exposición (s)

Por ejemplo, para el primer punto, se tiene que: -J: Constante del solarímetro =52162 Ws/m2 °C-ΔT: 3 °C-t: 900 (s)Reemplazando en la ecuación se obtiene que:

R=52162 Ws

m2 °C∗3 °C

300 s=173,87 W

m2

Reemplazando así para cada punto se obtuvo finalmente para cada punto y hora del dia:

Tabla 2. Radiación solar instantánea obtenida por cada hora de medición en campo.

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Radiación solar instantánea obtenida para cada hora de medición

N°

Hora del dia

(Min:seg)

Rad solar instantánea (Ws/m2°C)

1 8:43 1742 10:22 1743 11:31 874 11:50 875 12:00 876 12:15 877 12:38 08 12:44 09 12:50 0

10 12:52 87

8:42 9:11 9:40 10:09 10:38 11:06 11:35 12:04 12:33 13:02 13:300

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Rad solar instantanea (Ws/m2°C)

Irradiación solar diaria en el plano inclinadoPara la determinación de la cantidad de radiación diaria se procede a integrar la curva por el método del trapecio, empleando la siguiente ecuación:

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Hd: Radiación solar diaria (Wh/m2); Rn: Radiación instantánea (Wh/m2); tn : tiempo (horas) para la medición “n”; n : número de medidas de radiación obtenidasA partir de los datos de radiación solar instantánea obtenida para cada hora de medición, se realizaron los cálculos en Excel utilizando la formula anterior, de manera que obtuvo que la radiación solar diaria en el plano inclinado 537.25 Wh/m2

De acuerdo a los mapas colombianos de radiación solar ofrecidos por (IDEAM,2004 ), la radiación media del municipio de Suesca se encuentra entre 4.5 y 5.5 KWh/m2, por lo que los realizando el cálculo del valor promedio de los valores de radiación solar se obtendrían valores por debajo del estimado, tal como se presenta a continuación:

H=537.25Wh /m2

Lo que equivale a 0.537 KWh/m2Este estimado indica que se presentaron alteraciones en la medición debido a distintos factores, en primer lugar las medidas tomadas no deberían considerarse como representativas de la zona, ya que solo se llegó a estimar una pequeña zona del municipio, al igual que el tiempo establecido para realizar la metodología fue muy corto, además se debe considerar que los factores climáticos no fueron lo suficientemente favorables para un adecuado desarrollo de la practica.

2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 29500

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Atura (m.s.n.m)

Dife

renc

ia d

e te

mpe

ratu

ra (°

C)

GRAFICA 1ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR VS ΔTEMPERATURA

El solarímetro Casero es un instrumento que se basa en la medición de flujo de calor a través de una barra metálica la cual se encuentra rodeada de agua y

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conectada a un termómetro que nos permite observar los cambios de temperatura, al ser este mismo expuesto directamente al sol en los cuales a varias cosas que pueden afectar los resultados obtenidos son los cambios de temperatura que puedan influir sobre el instrumento y la aparición de nubosidad la cual altera y modifica los resultados que se toman para la determinación de las ecuaciones de irradiación solar.En la cuales las curvas obtenidas con el instrumento en diferentes temperaturas y su relación con las calculadas con la Ecuación del solarímetro se encuentran un buen acuerdo entre las mismas puesto que estas dan la relación de una curva en la cual se llega a un momento de estabilidad y se encuentra un desfase el final que nos eleva la diferencia de temperatura modificándola, pero los datos muestra gran correlación puesto que estos tratan de llegar a un estado de estabilidad.Se evaluó en forma numérica la respuesta térmica de la barra mencionada.

7. CONCLUSIONES (Martinez, 2010)• El sistema satisface con suficientemente expectativa propuesta y proporciona datos necesarios para la realización e implementación de las ecuaciones en las que respecta a estudios de la variabilidad climática en relación al medio ambiente, ecosistemas y biodiversidad.8. BIBLIOGRAFÍA

Ambientum. (2015). Recuperado el 23 de noviembre de 2015, de http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/energia/El_Sol_fuente_basica_de_energia.asp

ECA, Instituto de tecnologia y formacion . (1995). Energia Solar Termica. España: FC Ediciones.

Martinez, P. R. (2010). Energia Solar Termica. Tecnicas para su aprovechamiento. españa: Marcombo ediciones tecnicas.

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