Fórmula simple para transferencia de calor líquido

Algunas notas para ponerte en camino:

Potencia a pleno sol a nivel del mar$\approx 1kW/m^2$- recuerde ajustar el ángulo relativo del sol y el panel solar.

Capacidad calorífica específica del agua: 4,186 J/g/K

Eficiencia típica del colector: en algún lugar en el rango 50-90%.

Hagamos un cálculo estático crudo rápido. Parece que vas a hacer una microsimulación dinámica: un gran material, hazlo; si podemos hacer una estimación estática primero, eso le dará una idea de cómo se conectan los números entre sí y le dará un número aproximado para comparar el resultado de su simulación.

Supongamos que el sol brilla directamente sobre el panel, a lo largo de la normal a la placa, por lo que la potencia que incide sobre la placa es$1000 W/m^2$. Supongamos una eficiencia del 60%, por lo que estamos poniendo$600 W/m^2$en el fluido de transferencia de calor. Ignoremos cualquier anticongelante por el momento y supongamos que nuestro fluido de transferencia de calor es agua pura, por lo que tiene una capacidad calorífica específica de 4.186 J/g/K. Ahora, si tuvieras 1 litro de agua acumulando calor por metro cuadrado, entonces elevarías su temperatura en

$$\frac{600 W}{1000 g \times 4.186 J /g/K} \approx 0.14 K/s$$

Ahora, aquí hay un cálculo rápido para todo un día. Tomemos una cifra aproximada de 6 horas de sol completo (eso es 16 horas de luz diurna de verano, reducidas por cálculo aproximado para tener en cuenta la variación del ángulo entre el panel y el sol), y un tanque de almacenamiento térmico de 200 litros; entonces nuestro incremento de temperatura del tanque en un día, a partir de un solo metro cuadrado de colector sería, de primer orden, sería:

$$\Delta T_{tank} = \frac{0.14 K/s \times 3600 s/h \times 6 h}{200} \approx 15 K$$ entonces un $4m^2$sistema te daría $\Delta T_{tank} \approx 60 K$. Luego, eso se reduciría en función de las pérdidas del sistema, incluidas las pérdidas térmicas de la placa colectora y el almacenamiento térmico.

La pérdida de calor del panel en sí será (en términos generales) proporcional a la diferencia entre el fluido de transferencia de calor y la temperatura del aire ambiente, lo que da la disminución que mencionó.

Y necesitará una cifra para la velocidad a la que se puede intercambiar calor entre el fluido de transferencia de calor que pasa a través del colector y el acumulador térmico.

(Consulte también el Apéndice H de SAP 2009 que comienza en pdf p73, pero tenga en cuenta que es una aproximación estática aproximada de un sistema térmico solar en el Reino Unido, no una simulación dinámica, pero tiene algunas cifras para comenzar con la eficiencia del colector y pérdidas térmicas)