Comparativo de rendimientos CCP vs. CES-MT
10 Noviembre 2009
En este artículo analizaremos comparativamente los rendimientos del sistema absorción que utilizan los colectores cilindro parabólicos (CCP) y los equipos CES que operan en el nivel térmico de Media Temperatura.
Primero.
Las pérdidas por emitancia en los absorbedores solares se rige por
W = e σ T4
Siendo,
W = emitancia radiante; σ= 5,672 x 10 -8 w/m2 (ºK)4 ; e = 1 (para el cuerpo negro)
Lo que define la pérdida de energía de un cuerpo caliente en razón de la cuarta potencia de la temperatura de dicho cuerpo.
El hecho de que la radiación térmica total de un cuerpo aumente con la cuarta potencia de la temperatura, hace muy difícil aislar térmicamente un cuerpo a temperatura elevada. Aunque la conducción y la convección puedan reducirse a valores pequeños, la pérdida de energía por radiación se hace muy grande.
Así, para un cuerpo a temperatura de
Segundo.
El rendimiento del sistema de absorción de los CCP es del 40% de la radiación solar captada (componente directa), lo que trae como consecuencia que las pérdidas por radiación (emitancia) son del orden del 60%.
En los CCP, al encontrase el conducto absorbedor alojado dentro de un tubo de vidrio al vacío, se eliminan las pérdidas por convección y transmisión, no así las perdidas por radiación que se emiten por todo su perímetro.
Tercero.
El rendimiento del absorbente selectivo CES-MT, en las mismas condiciones de dimensiones y temperatura, es el mismo que en los CCP, es decir, la emitancia de este absorbente es también del 60%.
Pero, como el conducto absorbedor del CES-MT, se aloja dentro de un cuerpo negro también al vacío, perfectamente aislado del exterior y provisto de una ventana de absorción de mínimas dimensiones, resulta que las pérdidas reales se generan únicamente a través de dicha ventana de absorción.
Cuarto.
El comportamiento de la emisión radiativa del cuerpo negro utilizado como elemento absorbedor en el sistema CES-MT, sigue las leyes definidas por los por los físicos Stefan – Boltzmann, que concluyen:
Las pérdidas por emitancia en un cuerpo negro, de la energía captada por dicho cuerpo negro, son proporcionales a la relación que existe entre la superficie de la ventana de entrada y la superficie interna de dicho cuerpo negro.
Una pequeña abertura en las paredes de una cavidad es, con gran aproximación, un receptor completo (cuerpo negro) de energía radiante, tal y como se indica en la siguiente figura.
Quinto.
En el absorbedor del CES-MT, la relación anterior es del 3%, en consecuencia, la emitancia del cuerpo negro definido para el CES-MT es del 1,8% ( 3% s/ 60% de emitancia del tubo absorbedor), siendo nulas las pérdidas por convección e insignificantes las posibles pérdidas por transmisión (contacto) al disponer de un material cerámico de alta refractancia.
Por lo tanto, el rendimiento del absorbedor selectivo del CES-MT es superior al 98% de la radiación solar captada.