Energias Ejercicios

Ejemplo 2.13

El vidrio de un colector solar de placa plana de 1 X 2 m está a una temperatura de 80 ° C y tiene una emisividad de 0,90. El medio ambiente está a una temperatura de 15 ° C. Calcule las pérdidas de calor por convección y radiación si el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 5,1 W/m2K.

Solución

En el siguiente análisis, la cubierta de vidrio se denota por el subíndice 1 y el medio ambiente por 2. El coeficiente de transferencia de calor por radiación es dado por la ecuación. (2.75):

Por lo tanto, de la ecuación. (2.76),

Finalmente,

2.3.5 Radiación Solar Extraterrestre

La cantidad de la energía solar por unidad de tiempo, a distancia media de la tierra al sol, recibida en una unidad de área de una superficie normal al sol (perpendiculares a la dirección de propagación de la radiación) fuera de la atmósfera se llama la constante solar, GSC.

Esta cantidad es difícil de medir de la superficie de la tierra debido al efecto de la atmósfera. Un método para la determinación de la constante solar fue dado por primera vez en 1881 por Langley (Garg, 1982), que había dado su nombre a las unidades de medida como Langleys por minuto (calorías por centímetro cuadrado por minuto). Esto fue cambiado por el sistema SI de vatios por metro cuadrado (W/m2).

Cuando el sol está más cerca de la tierra, el 3 de enero, el calor solar en el borde exterior de la atmósfera de la Tierra es de aproximadamente 1.400 W/m2; y cuando el sol está más alejado, el 4 de julio, se trata de 1.330 W/m2.

A lo largo del año, la radiación extraterrestre medida en el plano normal a la radiación en el día de la N-ésimo del año, Gon, varía entre estos límites, como se indica en la figura 2.25, en el rango de 3.3% y se puede calcular por (Duffie y Beckman, 1991; Hsieh, 1986):

Donde

Gon = Radiación extraterrestre medida sobre el plano normal a la radiación en el día N-ésimo del año (W/m2).

GSC = Constante solar (W/m2).

El último valor de GSC es 1366.1 W/m2. Esto fue adoptado en el 2000 por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales, que desarrolló un espectro de referencia AM0 (ASTM E-490). El espectro solar masa de aire cero ASTM E-490

Figura 2.25 Variación de Radiación solar Extraterrestre con la época del año.

Figura 2.26 Curva estándar dando una constante solar de 1.366,1 W / m2 y su posición en el espectro de radiación electromagnética.

irradiancia se basa en datos de los satélites, misiones del transbordador espacial, aviones de gran altitud, sondeos de cohetes, telescopios solares instalados en tierra, y la irradiancia espectral modelada. La distribución espectral de la radiación solar extraterrestre en la distancia media Tierra-Sol se muestra en la Figura 2.26. La curva del espectro de la figura 2.26 se basa en un conjunto de datos incluidos en la norma ASTM E-490 (Solar Spectra, 2007).

Cuando una superficie se coloca paralelo al suelo, la tasa de radiación solar, GoH, incidente en esta superficie horizontal extraterrestre en un momento dado del año está dada por

La radiación total, Ho, incidente sobre una superficie horizontal extraterrestre durante un día se puede conseguir por la integración de la ecuación. (2.78) en un periodo desde el amanecer hasta la puesta del sol. La ecuación resultante es

donde hss es la hora de puesta de sol en grados, que se obtiene de la ecuación (2.15). Las unidades de la ecuació (2.79) son Julios por metro cuadrado (J/m2).

Para calcular la radiación extraterrestre sobre una superficie horizontal por un período de horas, la ecuación (2.78) se integra entre los ángulos horas, h1 y h2 (h2 es mayor). Por lo tanto,

Cabe señalar que los límites H1 y H2 pueden definir un período de tiempo distinto de 1 h

Ejemplo 2.14

Determine la radiación normal extraterrestre y la radiación extraterrestre sobre una superficie horizontal el 10 de marzo a las 2:00 pm hora solar para 35 ° de latitud norte. Determine también la radiación solar total en la superficie horizontal extraterrestre para el día.

Solución

La declinación de marzo 10 (N = 69) se calcula a partir de la ecuación (2.5):

El ángulo horario a las 2:00 pm hora solar se calcula a partir de la ecuación (2.8):

h = 0.25 (número de minutos del mediodía solar local) = 0.25 (120)=30 °

El ángulo horario al atardecer se calcula a partir de la ecuación (2.15):

La radiación normal de extraterrestre se calcula a partir de la ecuación (2.77):

La radiación extraterrestre sobre una superficie horizontal se calcula a partir de la ecuación (2.78):

La radiación total sobre la superficie horizontal extraterrestre se calcula a partir la ecuación (2.79):

Una lista de definiciones que incluye los relacionados con la radiación solar se encuentra en el Apéndice 2. El lector debe familiarizarse con los diversos términos y específicamente con irradiación, que es el tipo de energía radiante que cae sobre una superficie por unidad de área de la superficie (unidades de vatios por metro cuadrado símbolo [W/m2], G), mientras que la irradiación es la energía incidente por unidad de superficie en una superficie (unidades, julios metros por metro cuadrado [J/m2]), que se obtiene mediante la integración de la irradiancia durante un intervalo tiempo especificado. En concreto, para la irradiación solar esto se llama insolación. Los símbolos usados en este libro son H para la insolación durante un día y I para la insolación durante una hora. Los subíndices correspondientes usados para G, H e I son de haz (B- Beam), difusa

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