Durante estas pasadas navidades he seguido con la instalación de los colectores, pero lo mejor de todo ha sido la realización de pruebas del sistema. Se ha instalado el ventilador, en modo de extracción de aire para disminuir pérdidas, regulándolo a la velocidad de 470 m3/h (velocidad baja de fábrica). Queda por calorifugar dicho ventilador. Para la calorifugación de los conductos lo que he hecho ha sido cubrir el corrugado de aluminio de 150 mm de diametro con lana de roca y/o de vidrio, e introducirlo en tubo de PVC de 200 mm de diametro, para darle robustez y mejor presencia estética. A lo largo de los días he probado primero sin calorifugar el circuito de tubos de salida de aire de los colectores, perdiendo unos 5 a 7 grados en el camino. Una vez calorifugados, la pérdida se ha reducido a apenas un grado. No obstante, cuando la instalación esté totalmente acabada, tomaré de nuevo medidas.
Y ese ha sido uno de los problemas más importantes que he tenido, los sensores de temperatura. Resulta que he utilizado varios LM35 conectados al Arduino, y el resultado era que debido a la multiplexación a la hora de tomar muestras y hacer media, los resultados variaban estrepitosamente en varios grados, del orden a veces de hasta 15ºC entre media y media de muestras. Los LM35 necesitan un tiempo de estabilización más largo del que yo he empleado (50 mseg), pero a pesr de haberlo cambiado, los resultados seguían más o menos igual. También la longitud del cable de datos (cable de red Ethernet sin apantallado) puede haber influido. Así que decidí cambiarlos por los MCP9700A y el resultado parece que ha sido mucho mejor y más estabilizados. En la siguiente gráfica se puede observar las temperaturas conseguidas a la entrada y salida de aire en el sótano, es decir, antes del circuito de tubos de ida y justo después del retorno, el pasado 4 de Enero de 2012:
(EDITO, Viernes 13 Enero 2011: Incluyo la gráfica en grados Fahrenheit y algunos datos, como el caudal en CFM y las Kcal en BTU, para uso y disfrute de los colegas americanos)
Como digo, es una pena que apenas pueda aprovechar 3 horas de luz, puesto que como ya he dicho, a partir de las 14:30 aproximadamente la propia vivienda hace sombra, justo cuando está siendo capaz de sacar temperaturas de más de 50ºC (temperaturas que, por otro lado, no afectan al ventilador en modo extracción porque aguanta hasta 60ºC).
El sistema electrónico montado efectúa un muestreo realizando internamente 20 tomas de temperatura por segundo de cada uno de los sensores. Almacena la media y luego las escribe cada 5 segundos. En las 3 horas y pico he tomado unas 2400 muestras.
Analizando los resultados (lo he montado en una Excel) se puede deducir los siguientes datos:
Caudal turbina (m3/h) 415,00 (244,12 BTU)
Caudal turbina (m3/m) 6,916666667
Caudal turbina (m3/seg) 0,115277778
Velocidad aire (m/seg) 6,523387791
Inicio muestreo aprox: 11:15:00
Fin muestreo aprox: 14:38:00
Minutos aprox.: 203
Fin del muestreo con 5 lecturas < 27º
Muestras: 2422
Intervalo(seg): 5
Total Seg: 12110
Total Minutos: 202 (lo que casi plenamente coincide con la medida aprox anterior)
Q(Kcal)= ce·M·∆t
ce·M (por cada intervalo) 0,161873056
Potencia total introducida:
8317,35 Kcal (9,67 KW ) (33003,24 BTU)
Potencia media:
2873,64 W
Rendimiento medio por m2 (3,60 m2):
798,2 W
Conclusiones:
No estaría nada mal que, gastando apenas 40 w por hora (para mover el extractor) obtenga casi... ¡¡¡ 2900 W!!! ¿Verdad ?
Tan sólo hay un parámetro que puede hacer variar este espectacular rendimiento, y es la medida del caudal de aire. Con un anemómetro pequeño comprado por ebay he obtenido velocidades de unos 6,5 m/seg, en el conducto de 150 mm, pero como ya digo, cuando tenga la instalación de los conductos completamente acabada volveré a tomar medidas para confirmar el caudal.
Los resultados obtenidos difieren un poco de los teóricos. Obteniendo la insolación aproximada en estas latitudes (40º N) atendiendo a la siguiente tabla (tomada de la web de Gary Reysa: www.builditsolar.com):
http://www.builditsolar.com/References/SolRad/SolRadLat40-1.png
En esta tabla se nos dice que la insolación máxima en el mes de Enero es de 306 BTU ( 1BTU hr/ft2 = 3,152 W/m2). Concretamente a las 12:00 AM, para un 21 de Enero, y con un ángulo respecto al suelo de 60º (nosotros lo tenemos a 90º con lo que deberíamos perder algo, concretamente y según la tabla serían 263).
Por ello, atendiendo a estos datos, nos debería salir una potencia máxima por m2 de: 306x3,152 = 964,5 W, o más exactamente según la tabla 263 x 3,152 = 829W. Esa es la cantidad de W que podríamos captar, o sea, lo que realmente llega a la Tierra procedente del Sol. Así, el rendimiento medio con los datos obtenidos sería de 798,2*100/964,5 = 82,75 %, o más exactamente: 798,2*100/829 = 96,2 %, más difícilmente creíble...
A partir de ahora utilizaremos el valor medio de 300 BTU por m2, o mejor (ya que somos europeos), 1000 W por m2 de irradiacion solar.
Como digo, este rendimiento es algo elevado, pues por lo consultado en foros, es difícil conseguir más allá de un 50%, aunque el sobredimensionado del extractor de aire pueda influir en una mayor recogida de calorías en los colectores. Lo habitual sería recoger unos 500 W/h por metro cuadrado.
No obstante, incluso podemos especular con hipotéticas bajadas a caudales desde los teóricos 470 a unos 300 m3/h (4,7 m2/seg) por ejemplo (pérdidas del orden de un 37% en el caudal de aire debido a codos en los conductos, resistencias por el corrugado y por la malla absorbedora, disminución de la densidad de éste al aumentar su temperatura... etc). En ese caso, salen potencias cercanas a los 2000 W para 3,6 m2 de superficie colectora, o sea 555 W/m2, más cercanas al rendimiento teórico, lo cual seguiría siendo un éxito... Como digo, cuando acabe los conductos definitivos calorifugados tomaré medidas de caudal de aire para corroborar estos datos.
En otro artículo próximo mostraré cómo estoy montando y calorifugando estos conductos, así como el circuito electrónico de toma de muestras y control.
Saludos y hasta pronto !
