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Primer Congreso Nacional sobre Fuentes Alternativas de Energía y Materiales,
Universidad de Costa Rica, 21 al 23 de Septiembre del 2011.
Mediciones de Transmisividad, Reflectividad y
Absorbidad de algunos materiales para mejorar el
aprovechamiento de la Energía Solar.
Rolando J. Madriz y Shyam S. Nandwani
Laboratorio de Energía Solar, Departamento de Física
Universidad Nacional. Heredia. Costa Rica
Parque Solar de Investigación
UNA-Depto. Física ¡¡35 Aniversario!!
Estudio de la Energía Solar en Costa Rica
Vista Interna Casa Solar Demostrativa
Instrumentos de medición
OBJETIVOS:
a. Aprovechar mayor eficiencia de la energía solar
para diferentes aplicaciones
b. Ahorro energético.
c.Generar información de valor para analizar con
estudiantes de cursos de Energía Solar y
materiales, construcción sostenible.
d. Optimizar el diseño de dispositivos solares al
usar mejores y durables materiales, inclusive
materiales baratos y hasta de desecho.
Para analizar teóricamente el
comportamiento de sistemas solares, es
importante conocer:
I. La transmisividad, reflectividad y
absorbidad de diferentes materiales
II. El color de su superficie.
III. Variación de su comportamiento físico
preferiblemente con ángulo de incidencia
Onda electromagnética
MODELAJE FÍSICO DE LA ENERGÍA SOLAR
RADIACIÓN SOLAR GLOBAL INCIDENTE
Valores para materiales estándar se pueden ver en
diferentes libros, pero no se consiguen para
materiales considerados no convencionales o de
fabricación reciente por ejemplo de algunos
materiales disponibles localmente para industria,
construcción y comercio.
Aporte del presente estudio PRELIMINAR es
cuantificar estas variables a diferentes ángulos de
incidencia del sol en el rango de 0 a 40°.
Orientación óptima para Costa Rica
de cualquier dispositivo solar
I. TRES VARIABLES
FUNDAMENTALES PARA BUEN
FUNCIONAMIENTO DEL UN
SISTEMA SOLAR
TRANSMISIVIDAD
REFLECTIVIDAD Y
ABSORBIDAD.
ABSORBIDAD.
TRANSMISIVIDAD
REFLECTIVIDAD
Calibración de Equipos muestran
un error en la medición de 0,88%.
955
960
965
970
975
980
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Rad
iació
n in
cid
en
te (
W/m
2)
Número de Experimento
Estudio Comparativo en medidores de Radiación Solar (Piranómetros)
Piranómetro P1
Piranómetro P2
Lineal (Piranómetro P1)
Lineal (Piranómetro P2)
Se usaron dos piranómetros iguales, uno para medir
intensidad solar directa global (Id.) y otro para medir
intensidad reflejada (Iref.) y transmitida (Itrans.)
TRANSMISIVIDAD
T = Itrans/Itotal
Donde:
T : transmisividad en valor absoluto
Itrans : radiación global solar incidente que se transmite
a través del material (W/m2)
Itotal : radiación global solar incidente.(W/m2)
Materiales
de prueba
Caja
aislante
Conjunto de
Data logger
Sensor de
medición del
piranómetro
Ángulo Solar
incidente
Pruebas
Experimentales
Transmisividad de una lámina de vidrio limpio y transparente con 3
mm de espesor medida el 24 de Noviembre de 2010 de 11:25am a
11:57am en Heredia, Costa Rica.
0,68
0,70
0,72
0,74
0,76
0,78
0,80
0º 10º 20º 30º 40º
Ángulo de incidencia del sol
Tran
smis
ivid
ad
VIDRIO TRANSPARENTE, espesor 3 mm, Angulo Artificial
Transmisividad de una lámina de plexiglass limpio y transparente
con 6 mm de espesor medida el 24 de Noviembre de 2010 de
11:30am a 11:47am en Heredia, Costa Rica.
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,90
0,91
0º 10º 20º 30º 40º
Ángulo de incidencia del sol
Tra
nsm
isiv
ida
dPLEXIGLASS, espesor 6 mm, Angulo artificial
Transmisividad de una lámina delgada de plástico usado para
biodigestores es estado limpio y con coloración verde
transparente con 0,35 mm de espesor medida el 18 de Enero de
2011 de 1:50pm a 2:30pm en Heredia, Costa Rica.
0,68
0,70
0,72
0,74
0,76
0,78
0,80
0,82
0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40ºÁngulo de incidencia del sol
Tran
smis
ivid
ad
Plástico comercial utilizado en Biodigestor, espesor 3.5 mm, Angulo Artificial
Transmisividad de una lámina delgada de plástico limpio y
transparente de polipropileno con 1,39 mm de espesor medida el
20 de Enero de 2011 de 1:30pm a 2:45pm en Heredia, Costa Rica.
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º
Ángulo de incidencia del sol (grados)
Tra
nsm
isiv
ida
d (
Va
lor
Ab
solu
to)
Polipropelino, No. 5, espesor 1.39 mm.
Transmisividad de una lámina delgada de plástico lisa y limpia de
polipropileno No 5 con 1,39 mm de espesor medida el 29 de Abril de
2011 de 10:30am a 10:45am en Heredia, Costa Rica.
0,850,860,870,880,890,900,910,920,930,940,950,96
0º 10º 20º 30º 40º
Ángulo de incidencia del sol
Tran
smis
ivid
adRECIPIENTE DE PLASTICO, Polipropelino, 5, Angulo Artificial
Solo Agua, 3 al 14cm de Profundidad de columna de agua.
Transmisividad de una lámina delgada de plástico tipo PET limpio
y transparente con 1,38 mm de espesor medida el 26 de Enero de
2011 de 11.:45pm a 2:35pm en Heredia, Costa Rica.
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
26º 27,5º 30º 32,5º 35º 40º 43,5º 45º
Ángulo de incidencia del sol
Tran
smis
ivid
ad
PET, 1,38mm de espesor, Angulo Artificial
Transmisividad del plástico tipo PET de envase de Coca Cola
limpio y transparente con 1,38 mm de espesor medida el 27 de
Enero de 2011 de 9.:10am a 11:20am en Heredia, Costa Rica.
0,70
0,75
0,80
0,85
27,5º 30º 35º 40º 41,5º 43,5º 46º
Ángulo de incidencia del sol
Tran
smis
ivid
ad
Envase Retornable de Coca Cola, PET . 1.38 mm, Angulo Artificial.
Envase plástico
de gaseosa
Pruebas
Experimentales
Registro de
Angulo Solar
Ejemplo de Datos
registrados
RESUMEN DE TRANSMISIVIDADES SEGÚN MATERIAL.
Reflectividad
ρ= Iref / Itotal
A. Ganancia en Radiación Solar
B. Reflectividad Absoluto
Donde:
ρ : reflectividad en valor absoluto
Iref : radiación global solar reflejada por el material
opaco (W/m2)
Itotal : radiación global solar incidente.(W/m2)
Pruebas Experimentales
Papel Aluminio comercial
Ganancia en radiaciación incidente utilizando el papel aluminio como material reflector
a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
12011010090807060
Angulo de inclinación del reflector solar
Au
men
to d
e ra
dia
ció
n in
cid
ente
Prueba1
Prueba2
Prueba3 La Ganancia máxima es hasta del doble
cuando el ángulo se acerca de los 90°
Ganancia en radiaciación incidente utilizando scothcall como material reflector a
diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
12011010090807060
Angulo de inclinación del reflector solar
Au
men
to d
e ra
dia
ció
n in
cid
ente
Prueba1
Prueba2
Prueba3
Plástico Aluminizado comercial
La Ganancia máxima es hasta de 1,4 veces
cuando el ángulo se acerca de los 110°
Ganancia en radiaciación incidente utilizando el papel de frituras como material
reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica
0,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42,6
12011010090807060
Angulo de inclinación del reflector solar
Au
me
nto
de
ra
dia
ció
n in
cid
en
te
Prueba1
Prueba2
Prueba3
Revés de empaque de frituras
La Ganancia máxima es 2.6, sin embargo la
variación refleja el efecto de la superficie irregular
Ganancia en radiaciación incidente utilizando lamina lisa de acero inoxidable como
material reflector a diferentes ángulos de inclinación en Heredia, Costa Rica
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
12011010090807060
Angulo de inclinación del reflector solar
Au
men
to d
e ra
dia
ció
n in
cid
ente
Prueba1
Prueba2
Prueba3
Acero inoxidable
La Ganancia máxima es hasta de 1,8 veces
cuando el ángulo se acerca de los 100°
GANACIA DE RADIACION SOLAR POR LO TANTO
GANANCIA EN ENERGIA.
Mediciones de
radiación reflejada
debe hacerse con un
sensor mas preciso
(Alphatómetro)
Máxima Reflectividad Scotchcal
Absorbidad
α = 1 - ρ
(Para materiales NO
Transparentes)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0º 10º 20º 30º 40º
Ab
sorv
idad
(V
alo
r A
bso
luto
)
Angulo de incidencia del sol
Estimación de Absorvidad con un método indirecto para varios materiales a diferentes ángulos artificial de incidencia del sol para Heredia, Costa Rica
Papel Aluminio Acero Inoxidable Scothcall Espejo Hierro Galvanizado
Máxima Absorvidad HG
Materiales Opacos- diferentes colores
Negro, Verde, Azul, Rojo …
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
15º 20º 25º 30º 35º
Ab
sorv
idad
(Val
or
Ab
solu
to)
Angulo de incidencia del sol
Estimación de absorvidad con un método indrecto para el hierro galvanizasdo con superficie lisa ,con diference color y a diferentes ángulos naturales de incidencia del sol medidos en Heredia, Costa Rica
HG color Negro HG color Verde HG color Rojo HG color Dorado HG color Azul HG color Celeste
CONCLUSIONES:
Se han diseños y construido varios artefactos simples para
medir comprobar diferentes propiedades de materiales y sus
variación con el ángulo de incidencia usados en diferentes
aplicaciones para energía solar y docencia.
Listamos las propiedades físicas de materiales
comunes, información que pude ser aprovechada por
ingenieros y arquitectos en sus diseños.
Datos permites optimizar diseños y construcción de
dispositivos solares para industria e investigación sobre:
- Calentadores solares
- Hornos/Cocinas solares
- Destiladores.
- Calentamiento de líquidos
- Secado de material orgánico
- Estanques Solares
¡GRACIAS!
MAYOR DETALLES SOBRE NUESTRO TRABAJOS.
Tels: 2277-3482 / 2277-3345
www.una.ac.cr/fisica/energiasolar
