Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes IMEC 1330L Laboratorio ermodinámica !0 de septiembre de !01" CI#CUI$% &#MIC$% CE##AD$%' C$LEC$# %$LA# Julián David Aguilar Charry, Charry, 201530740 201530740 Manuela Colorado Correa, 201512908 Laura a!ri"ia #ernánde$ %rivi&o 201511892 aula Carolina Moreno 'al"edo, 201531784 #E%UME( (l o)*e! )*e!iivo +ri +rin"i+ n"i+a al de la +rá" á"!!i"a i"a de la)ora!orio e "o-+render el .un"iona-ien!o de un +ro"eo !/r-i"o al!erna!ivo, "o-o e la ener energ ga a ola olarr (!o (!o e logr logra a a +ar! +ar!ir ir del del análii de la "ondi"ione en la ue o+era un "ole"! "ole"!or or olar olar (l -on!a -on!a*e *e e+er e+erii-en! en!al al "oni!i en una lá-+ara de lu$ halgena ue .un"iona)a "o-o .uen!e de radia"in o)re el "ole"!or olar, el "ual !ran-i!a energa energa ha"ia un uido +ara elevar u !e-+era!ura (n lo reul!ado e +reen!a la +o!en"ia !ra-i!ida +or la lá-+ara ha"ia el "ole"!or olar, y de ea "an!idad "uán!a e !ran-i!ida al uido ($ME(CLAU#A ηcolector 6endi-ien!o Qlíquido Eradiació n
Pútil Pdisponib le
Q c m ´ T out T ¿ qi A
in.o in.orr-e in"l in"luy uye e lo lo "á "ál" l"ul ulo o de algu alguna na varia)le rela"ionada "on el .un"iona-ien!o del "ole"!or "ole"!or a +ar!ir +ar!ir de lo da!o da!o -e -edid dido o e+eri-en!al-en!e, !ale "o-o la e"ien"ia, la +o!en"ia de radia"in ue in"ide o)re /l y la +o!en"ia !il ue e o)!iene $b*etivo +eneral Co-+ o-+rend ender -á -á a .on .ondo lo lo +ro" +ro"e eo o !/r/r-i"o i"o al!e al!errna!iv a!ivo o "on ayud yuda de la e"ien"ia y "o-o /!a e ve a.e"!ada +or di.eren!e "ondi"ione dada +or un "ole"!or olar $b*etivos Especícos •
o
e"ien"ia
"ole"!or Calor a)or)ido +or el agua (nerga radian!e
del
o!en"ia !il 6e"uro energ/!i"o di+oni)le 6a!a de a+rove"ha-ien!o de energa Calor e+e""o del agua lu*o -ái"o %e-+era!ura %e-+era!ura de alida alida del uido uido %e-+era!ura %e-+era!ura de en!rada en!rada del uido uido :rradian"ia de la lá-+ara ;rea del "ole"!or
I(#$DUCCI)( (l "ole "ole"! "!or or ola olarr e un di+ di+o oi! i!iv ivo o ue ue +er-i +er-i!e !e la !ran. !ran.or or-a -a"i "in n de la radia" radia"in in olar o de o!ra .uen!e de lu$ en energa +ara "alen!ar un de!er-inado uido (n el dearrollo de la +rá"!i"a e -idi la !e-+era!ura de en!rada y alida +ara el uido y la del in!er"a-)iador de "alor (l +reen!e
•
Cal"ular Cal"u lar el rendi rendi-i -ien! en!o o genera generado do +or el "on "o ne" e"!o !orr en el e+er +erii-en en!o !o )a*o a*o la la "ondi"ione ue e +reen!an (n!ender el -on!a*e ue e reuiere +ara una +rá"!i"a de e!e !i+o, "on un i!e-a "errado y de in!ala"in !/r-i"a
M&$D$ -reparativos' < ao 1= An!e de dar ini"io a la +rá" rá"!i"a !i"a,, e de) de)e a)r a)rir la válv válvu ula !o!a !o!all-en en!e !e y en"e en"end nder er la )o-) )o-)a a al "one"!arla "on la .uen!e de 4 >DC < ao 2= A*u!ar el "audal a un valor de!er-inado < ao ao 3= 6egi 6egi! !ra rarr la !e-+ !e-+er era! a!ur ura a de en!r en!rad ada a y ali alida da del del "o "ole le"! "!or or y del del in!er"a-)iador de "alor < ao 4= (+erar un !ie-+o de 5 -inu!o E*ec.ci/n' < ao 1= Cone Cone"!a "!arr la lá-+a lá-+ara ra a la .uen .uen!e !e de vol!a*e de 4 >DC
< ao 2= %o-ar lo da!o ini"iale de !e-+era!ura an!e de en"ender la lá-+ara < ao 3= (n"ender la lá-+ara Con!rolar el !ie-+o oma de datos' < ao 1= Al +aar lo 5 -inu!o, regi!rar la !e-+era!ura nueva-en!e y en"ender la lá-+ara < ao 2= 6egi!rar la !e-+era!ura "ada 3 -inu!o, duran!e un !ie-+o !o!al de 15 -inu!o Al nali$ar la +rá"!i"a e de)en !ener regi!rado 7 da!o de !e-+era!ura < ao 3= A+agar la lá-+ara al ha)er !ran"urrido lo 15 -inu!o
1 %eniendo en "uen!a la di-enione de la u+er"ie del "ole"!or y la "ara"!er!i"a de la lá-+ara halgena, "al"ule la +o!en"ia de la radia"in ue in"ide en el "ole"!or Pdisponible = qi ∙ A Pdisponible =
8333.33 W 2
m
∙ 0.12 m
2
=1000 W
2 E(l "alen!a-ien!o del agua a u +ao +or el "ole"!or olar e reali$a a +rein "on!an!e o a volu-en "on!an!eF Ju!iue la re+ue!a (+ree la +o!en"ia a)or)ida +or el agua (l "alen!a-ien!o del agua e reali$a a +rein "on!an!e dado ue ei!e un "audal de volu-en del uido "on!an!e ue "ir"ula +or el "ole"!or (l "alor ganado +or el agua e "al"ula -edian!e la e+rein Q = c p ρ ( T out −T ¿ ) (n donde c p e el "alor e+e""o del agua a +rein "on!an!e 4180 JGg C B
Figura 1. Montaje experimental
:n"er!idu-)re= %er-o+ar ?-ega ##50@6A T out y T B= 6eolu"in 01A %er--e!ro 0100CB= 6eolu"in= 1C ¿
#E%ULAD
%$0 5 8 11 14 17 20 qi =
CB
T out CB
T intercambiador CB
234 233 238 243 248 253 259
230 227 247 255 2@1 2@@ 272
24 23 24 25 2@ 2@ 2@
T ¿
1000 W 2
0.12 m
(l u*o -ái"o y el volu-/!ri"o e rela"ionan +or la iguien!e e"ua"in m ´ = ρ
Tabla 1. Datos experimentales
%ie-+o -inB
3 EHu/ rela"in ei!e en!re el "audal -ái"o y el "audal volu-/!ri"oF EHu/ "audal -ái"o, "orre+onde al "audal volu-/!ri"o regi!rado en la +rá"!i"aF
2
= 8333.33W / m
Ecuación 1. Cálculo de la irradiancia de la lámpara halógena
V t
Ecuación 2. Cálculo del lujo másico
(n donde ρ e igual a la denidad del uido, ue en el "ao del agua "orre+onde a 1 gG"- 3 y
V e el t
u*o vol-e!ri"o e+reado en unidade de "-3G-in (!a e+rein lo e válida +ara un u*o e!a"ionario, e de"ir ue e -an!iene "on!an!e "on el !ie-+o (l "audal volu-/!ri"o -edido en la +rá"!i"a .ue de 220 "-3G-in 6ee-+la$ando en la e"ua"in e o)!iene ue
La e"ien"ia del "ole"!or olar e -enor al 100I de)ido a la i-+oi)ilidad +ara !ran.or-ar !oda la energa de radia"in en +o!en"ia !il +ara "alen!ar el uido Dado ue el "ole"!or no e un i!e-a adia)á!i"o, o"urren +/rdida de la energa +ro+or"ionada +or la radia"in de la lá-+ara en .or-a de "alor ha"ia el -edio (!e "alor e !ran-i!e +or "onve""in, "ondu""in y radia"in (La +o!en"ia !il e +uede "oniderar "o-o el )alan"e en!re la energa in"iden!e de radia"in y la +/rdida !/r-i"a al -edio (l aila-ien!o !raero de!er-ina la +/rdida de "alor +or "ondu""in La energa +uede dii+are "o-o "alor a !rav/ de la +arede la!erale del "ole"!or y la o"aionada +or lo +uen!e !/r-i"o :n!i!u!o Colo-)iano de or-a %/"ni"a, 2004B
3
220cm / min) =220g/min 3 m ´ =1 g / cm ¿
La in"er!idu-)re rela"ionada "on el "ál"ulo del u*o -ái"o e o)!iene de la e"ua"in ∆m ´ = ρ∙ Δ
V t
Ecuación !. Cálculo de incertidumbre del lujo másico
6ee-+la$ando lo valore "orre+ondien!e e halla la in"er!idu-)re ao"iada a la -edida ∆m ´=
1 g 10 cm3 g ∙ 10 = 3 min min cm
4 Cal"ule, +ara el e!ado e!a"ionario, el valor de la +o!en"ia !il y el rendi-ien!o del "ole"!or "on u re+e"!iva in"er!idu-)reB La +o!en"ia !il e o)!iene de la e"ua"in ´ = c ∙ ´ Q m ∙ ( T out −T ¿ ) Ecuación ". Cálculo de la potencia #til absorbida por el luido
La "a+a"idad "alor"a del agua e de 4184 JGg C 6ee-+la$ando en la
e"ua"in lo valore e+eri-en!ale de T out T y e o)!iene ue la +o!en"ia +ro-edio e igual a 119@@2 JG-in La in"er!idu-)re de la +o!en"ia !il e!a dada +or la e"ua"in ∆´Q = √ ( c ( T out −T ¿ ) ∆ ´ m) +( c ´ m ∆ T ) ¿
2
2
Ecuación $. %ncertidumbre de la potencia #til absorbida por el luido
La !a)la 2 +reen!a lo valore de la +o!en"ia !il y la in"er!idu-)re rela"ionada "on "ada da!o Tabla 2. &otencia #til e incertidumbre
%ie-+o -inB 8 11 14 17 20
´ Q
JG-inB 82843 110457 119@@2 119@@2 1@5@8@
:n"er!idu)re 18790 19081 1919@ 1919@ 19890
5 Anali"e el reul!ado o)!enido e+li"ando a u/ on de)ida la +/rdida energ/!i"a en el "ole"!or
DI%CU%I)( La +o!en"ia !il del "ole"!or olar e "onidera)le-en!e -enor a la +o!en"ia di+oni)le en!regada +or la lá-+ara de lu$ halgena (!o +er-i!e "oniderar ue ei!en divera .uen!e de +/rdida de energa en .or-a de "alor al -edio, lo "ual a.e"!a nega!iva-en!e la e"ien"ia del "ole"!or La e"ien"ia del "ole"!or no lo de+ende de lo -a!eriale ailan!e ue i-+iden la +/rdida de "alor +or "onve""in y radia"in, ino !a-)i/n de la !e-+era!ura a la ue e en"uen!ra el uido ue "ir"ula a !rav/ del "ole"!or (!o e eviden"ia en el "ál"ulo de la +o!en"ia !il, la "ual vara "on.or-e e au-en!a la !e-+era!ura C$(CLU%I$(E% 'e +udo "al"ular e+eri-en!al-en!e la e"ien"ia del "ole"!or olar )a*o la "ondi"ione e+eri-en!ale de +o!en"ia di+oni)le y u*o volu-/!ri"o dada 'e "o-+rendi a +ro.undidad el +rin"i+io de .un"iona-ien!o del "ole"!or olar, )a*o el "ual la energa di+oni)le no e "onvier!e !o!al-en!e en energa !il de)ido a la +/rdida !/r-i"a •
•
ibliograía Instituto Colombiano de Normas Técnicas. (2004). Sistemas de calentamiento de agua con energía solar y componentes. Bogotá, Colombia: ICNT!C.
