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CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
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CAPÍTULOS 4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En el segundo capítulo se resumieron los estudios y aplicaciones prácticas
principales que se han hecho del enfriamiento nocturno, quedando patente su potencial.
En el tercero, se comenzó haciendo una descripción general de la idea que este proyecto
persigue, continuó desarrollándose el fundamento teórico del ya conocido fenómeno en
su aplicación a esa idea, y se concluyó explicando el dispositivo experimental construido
para la realización de los diferentes ensayos.
Pues bien, llegados a este punto, se hace necesario comprobar qué resultados se
obtuvieron de dichas pruebas, en orden a verificar desde nuestra propia experiencia el
alcance del enfriamiento nocturno, así como la capacidad de dicho fenómeno en su
aplicación a equipos comerciales.
4.1 CONSIDERACIONES GENERALES
Para observar y analizar la capacidad de refrigeración nocturna se han tenido en
cuenta, durante la realización de los diferentes experimentos, la evolución en el tiempo de
los siguientes parámetros:
(1) Temperatura del agua de entrada a los paneles
(2) Temperatura del agua de salida a los paneles
(3) Temperatura superficial de los paneles
(4) Temperatura ambiente
(5) Temperatura de cielo
(6) Calor por radiación emitido por la superficie de los paneles
Para la representación temporal de estas variables usaremos dos gráficas. Una
de ellas mostrará por un lado, la evolución de todas las temperaturas anteriormente
mencionadas desde el comienzo del ensayo (siempre posterior al ocaso) hasta la hora
del orto; y por otro, nos ayudará a visualizar los valores de calor de radiación al cielo a lo
largo de la noche, en orden a cuantificar el potencial energético que este fenómeno
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
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puede alcanzar. Adicionalmente se ha considerado importante la ilustración de una
segunda gráfica, con representación solamente de temperaturas, que nos permita
observar de manera más detallada los primeros instantes de las pruebas.
Además, y persiguiendo el mismo objeto, han considerádose, aparte obviamente
de la configuración de los paneles, los siguientes valores puntuales:
a) Temperatura del agua a refrigerar al inicio de ensayo (categoría diferenciadora
de cada panel para cada configuración)
b) Temperatura ambiente promedio del ensayo
c) Temperatura de cielo promedio del ensayo
d) Temperatura superficial del panel promedio del ensayo
e) Temperatura promedio del agua dentro del equipo
f) Velocidad del viento promedio
g) Humedad relativa promedio
h) Emisividad del cielo promedio
i) Cesión de calor por radiación máximo durante el ensayo
j) Cesión de calor por radiación promedio durante el ensayo
k) Energía irradiada durante 12 horas de ensayo nocturno
l) Diferentes tiempos de enfriamiento
Ha de señalarse que tras ejecutar todos los ensayos y analizar los resultados de
los mismos, se detectó que los registros de temperatura de la cara radiante de los
diferentes equipos fueron erróneos debido al uso de un termopar no diseñado
específicamente para medir temperaturas superficiales, pese a los medios que se
pusieron para que esto no sucediese.
La temperatura superficial que se presenta en lo que sigue, ha sido obtenida tras
haber planteado la siguiente situación de equilibrio:
equipoCDequipo
salidaentradaaguapagua QA
TTCm,
, )(=
−⋅⋅&
donde,
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
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aguam& : caudal másico del agua (0,0375 kg/s)
aguapC , : calor específico del agua (4,18 KJ/kgK)
entradaT : temperatura de entrada al panel radiador (K)
salidaT : temperatura de salida del panel radiador (K)
equipoA : área emisora del equipo comercial (m2)
equipoCDQ , : calor cedido por conducción en el equipo comercial (W/m2) (ver Capítulo 3)
Midiendo el volumen de cada equipo y sabiendo que el caudal, que en todos los
ensayos fue constante e igual a 0.135 m3/h, puede saberse lo que la masa de agua tarda
en cruzar dicho equipo. Conocido este tiempo, se toma la diferencia entre las
temperaturas de entrada y salida con el desfase que dicho intervalo nos indica. De este
modo, sacamos el valor del calor cedido por el agua en su paso a través del equipo.
Para simplificar los cálculos, se ha supuesto que el panel sólo cede calor por su
cara superior, dado que está aislado por su parte inferior y el área del resto de su
contorno es insignificante comparado con la superficie emisora.
4.2 ENSAYOS DE EQUIPOS CON AGUA ESTANCADA
Por sencillez y facilidad de montaje, los paneles en su configuración de agua
estática fueron los primeros en ser experimentados. La estrategia inicial era analizar el
enfriamiento del agua en el interior de los paneles en dicha configuración, con
temperaturas de entrada al mismo del orden de los 45 ºC, temperatura que
aproximadamente alcanzaría como máximo un agua de refrigeración a la salida del
condensador de una central termosolar.
4.2.1 Resultados en el panel de polietileno
Ensayo 1: temperatura del agua al inicio del ensayo de 45,4 ºC (04-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 45,4 ºC
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
99
b) Temperatura ambiente promedio: 23,5 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 8,9 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 20,1 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 22,0 ºC
f) Velocidad del viento: 16,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 69,7%
h) Emisividad del cielo promedio: 81,7%
i) Calor radiación máximo: 85,6 W/m2
j) Calor radiación promedio: 54,2 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,8 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 5 min y 50 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 25 min y 10 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 1 hora, 0 min y 25 s
Evolución Tª panel de polietileno (estancada, Tent= 45.4ºC)
0
10
20
30
40
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5
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0:45
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1:35
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6:10
Hora
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ºC)
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Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 18. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
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Evolución Tª panel de polietileno (estancada, Tent= 45,4ºC)
0
5
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5
20:0
0
20:0
5
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 19. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
Ensayo 2: temperatura del agua al inicio del ensayo de 47,5 ºC (09-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 47,5 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 20,7 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 4,1 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 14,9 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 18,0 ºC
f) Velocidad del viento: 11,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 63,0%
h) Emisividad del cielo promedio: 79,2%
i) Calor radiación máximo: 100,9 W/m2
j) Calor radiación promedio: 49,3 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,5 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 5 min y 30 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 21 min y 15 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 43 min y 45 s
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Evolución Tª panel de polietileno (estancada, Tent= 47.5ºC)
0
10
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30
40
50
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18:1
7
18:4
2
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2
19:5
7
20:2
2
20:4
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21:1
2
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7
22:0
2
22:2
7
22:5
2
23:1
7
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0:07
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1:22
1:47
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3:02
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Hora
T (
ºC)
0
10
20
30
40
50
60
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Qra
d(W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 20. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
Evolución Tª panel de polietileno (estancada, Tent= 47.5ºC)
0
5
10
15
20
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35
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55
18:1
7
18:2
2
18:2
7
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18:4
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18:5
2
18:5
7
19:0
2
19:0
7
19:1
2
19:1
7
19:2
2
19:2
7
19:3
2
19:3
7
19:4
2
19:4
7
19:5
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19:5
7
20:0
2
20:0
7
20:1
2
20:1
7
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 21. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
102
Ensayo 3: temperatura del agua al inicio del ensayo de 42,6 ºC (12-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 42,6 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 22,7 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 4,4 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 16,2 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 19,2
f) Velocidad del viento: 11,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 48,5%
h) Emisividad del cielo promedio: 77,5%
i) Calor radiación máximo: 100,4 W/m2
j) Calor radiación promedio: 54,5 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,8 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 19 min y 15 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 47 min y 30 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 1hora, 30 min y 10 s
Evolcuión Tª en el panel de polietileno (estancada, Tent=42.6ºC)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
17:4
5
18:1
0
18:3
5
19:0
0
19:2
5
19:5
0
20:1
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0
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5
0:00
0:25
0:50
1:15
1:40
2:05
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3:45
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4:35
5:00
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5:50
6:15
Hora
T(º
C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
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100
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 22. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
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Evolución Tª panel de polietileno (estancada, Tent= 42.6ºC)
0
5
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15
20
25
30
35
40
45
50
55
17:4
5
17:5
0
17:5
5
18:0
0
18:0
5
18:1
0
18:1
5
18:2
0
18:2
5
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0
18:3
5
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0
18:4
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0
18:5
5
19:0
0
19:0
5
19:1
0
19:1
5
19:2
0
19:2
5
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0
19:3
5
19:4
0
19:4
5
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 23. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
4.2.2 Comentarios de las pruebas
En el anterior subapartado se han presentado las gráficas y los datos de 3 de las
pruebas que se han considerado más representativas para el análisis del enfriamiento
radiante en el caso de este equipo comercial, en esta disposición en particular. El haber
querido comprobar la influencia de pequeños cambios en la temperatura de entrada del
agua al equipo refrigerante, tras haber tomado 45 ºC como referencia para la misma,
explica haber ilustrado otros dos procesos experimentales en un rango de +/- 2,5 ºC.
Tras analizar estos resultados cabe recordar la ley de Newton de enfriamiento,
referenciada en el anterior capítulo: «que tan rápido se enfría un objeto depende de
cuánto esté más caliente que sus alrededores» [7]. Y es que tal como podemos
comprobar, la velocidad con la que se enfría el agua dentro del panel cuando la
introducimos a 47,5 ºC es claramente superior a cuando hacemos los propio pero a 45,4
ºC, y lo mismo ocurre al comparar este último ensayo con el que tiene 42,6 ºC como
temperatura del fluido al inicio. Adicionalmente, puede observarse que la premura con la
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
104
que desciende la temperatura del agua en el interior del panel de polietileno, presenta un
comportamiento relativamente estable en función de la temperatura a la que se encuentre
esta, independientemente del ensayo que se haya realizado. Véase:
5,5
21,3
43,8
86,0
5,8
25,2
60,4
134,5
19,3
47,5
90,5
163,0
0
25
50
75
100
125
150
175
Tiempo (minutos)
Ensayo 2 (Tini = 47,5 ºC) Ensayo 1 (Tini = 45,4 ºC) Ensayo 3 (Tini = 42,6 ºC)
Ensayos con agua estática
Tiempos de enfriamiento de los diferentes ensayos
Enfriamiento de 5ºC
Enfriamiento de 10ºC
Enfriamiento de 15ºC
Enfriamiento de 20ºC
Gráfica 24. Tiempos de pérdida de temperatura de los ensayos con agua estancada
Por otro lado, se hace preciso resaltar los diferentes valores promedio del calor de
radiación a lo largo de estos tres diferentes ensayos. Podemos ver que los valores de
este parámetro son:
� Ensayo 1 (Tinicial = 45,4 ºC):
radiaciónQ = 54,2 W/m2; cieloT = 8,9 ºC; supT = 20,1 ºC; cieloT −∆ sup = 11,2 ºC
� Ensayo 2 (Tinicial = 47,5 ºC):
radiaciónQ = 49,3 W/m2; cieloT = 4,1 ºC; supT = 14,9 ºC; cieloT −∆ sup = 10,8 ºC
� Ensayo 3 (Tinicial = 42,6 ºC):
radiaciónQ = 54,5 W/m2; cieloT = 4,4 ºC; supT = 16,2 ºC; cieloT −∆ sup = 11,8 ºC
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
105
Parece equívoco que el calor de radiación promedio de la noche en que la
temperatura de cielo fue más elevada (Ensayo 1) sea más alto que el correspondiente a
la noche en la que dicha temperatura fue la más baja (Ensayo 2). Es cierto que la
diferencia entre las temperaturas superficial y de cielo es más alta en el primer ensayo
que en el segundo, pero podría darse que, aun siendo dicha diferencia también menor, el
calor de radiación, en esta situación doblemente desfavorable, fuera mayor.
Esto encuentra su explicación a través del comportamiento que desarrolla la
diferencia de la cuarta potencia de las temperaturas necesaria para el cálculo del calor de
radiación. Y es que, ante una diferencia constante de temperatura entre las de cielo y
superficial del equipo, el calor de radiación es mayor tanto más alta sean estas
temperaturas, aun manteniéndose dicha diferencia constante. Además, si dicha diferencia
fija es menor, para un mismo valor de temperatura de cielo, el calor de radiación es
obviamente también menor, ocurriendo que la cesión de energía al aumentar igualmente
ambas temperaturas, crece a un ritmo inferior que cuando la constante que representa la
diferencia entre estas es mayor. Esto puede verse aquí de manera gráfica:
Influencia del valor de la temperatura de cielo en el calor de radiación, suponiendo constante la diferencia de temperaturas entre los c uerpos radiantes
0,00E+00
1,00E+08
2,00E+08
3,00E+08
4,00E+08
5,00E+08
6,00E+08
7,00E+08
8,00E+08
9,00E+08
1,00E+09
1,10E+09
1,20E+09
1,30E+09
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Temperatura de cielo (ºC)
Tpa
nel^
4-T
ciel
o^4
(K^4
)
Tpanel-Tcielo = 10 ºC Tpanel-Tcielo = 11 ºC Tpanel-Tcielo = 9 ºC
Gráfica 25. Influencia del valor de las temperaturas de dos cuerpos radiantes, suponiendo
constante la diferencia entre ambos
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
106
Es absolutamente incorrecto afirmar que la diferencia entre la temperatura
superficial del panel de polietileno y la de cielo es constante, pero si bien es cierto, y tras
el transitorio inicial de los ensayos, dicho valor oscila aproximadamente en un rango de
+/- 1ºC respecto a la diferencia entre las promedio de estos. Es por esto, por lo que
usamos la anterior simplificación en orden a no complicar en demasía la explicación de lo
acaecido en los procesos experimentales.
Por último, y no por ello menos importante, adviértese la diferencia existente entre
las temperaturas de superficie del panel y la del ambiente. Podemos contemplar que una
vez se estabilizan los experimentos, la primera está siempre por debajo de la segunda.
Este hecho es la esencia del enfriamiento nocturno: la cesión de calor de radiación por un
cuerpo al cielo frío de la noche es tal que la temperatura de dicho cuerpo desciende por
debajo de la del ambiente.
Esta depresión de la temperatura con respecto a la del entorno, será más
acusada cuanto mejores sean las condiciones que favorezcan el intercambio radiante:
cuanto menores sean tanto la emisividad del cielo, como la transferencia de calor por
convección entre los alrededores y el cuerpo emisor de calor, en caso de ser este
contrario al enfriamiento.
Para demostrar esto volverán a usarse los valores promedio de las pruebas:
� Ensayo 1 (Tinicial = 45,4 ºC):
ambT = 23,5 ºC supT = 20,1 ºC sup−∆ ambT = 3,4 ºC
cieloε = 81,7% relω = 69,7% vientov = 16,0 km/h
� Ensayo 2 (Tinicial = 47,5 ºC):
ambT = 20,7 ºC supT = 14,9 ºC sup−∆ ambT = 5,8 ºC
cieloε = 79,2% relω = 63,0% vientov = 11,0 km/h
� Ensayo 3 (Tinicial = 42,6 ºC):
ambT = 22,7 ºC supT = 16,2 ºC sup−∆ ambT = 6,5 ºC
cieloε = 77,5% relω = 48,5% vientov = 11,0 km/h
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
107
Son las noches del primer y tercer ensayo las que, respectivamente, menor y
mayor depresión de temperatura con respecto a la del ambiente registran, y son también
las que contemplan, correspondientemente, las peores y mejores condiciones para que
este fenómeno ocurra: mayor/menor emisividad del cielo, así como viento más
intenso/calmo, en estos casos favorable a una convección contraria al enfriamiento
nocturno, al ser la temperatura ambiente superior a la de la superficie del cuerpo emisor.
4.3 ENSAYOS DE EQUIPOS CON AGUA RECIRCULANDO
Una vez se hubo estudiado la capacidad de refrigeración del colector de piscina
sobre el agua estancada, se procedió a construir el circuito móvil para la recirculación de
la misma, con objeto de comprobar lo que indicaban los artículos expuestos en el
resumen bibliográfico, así como lo que vaticinábamos en la metodología de este
proyecto: y es que al recircular el agua, la capacidad de enfriamiento se vería potenciada,
al incrementar la transferencia de calor por convección desde la masa de agua en
movimiento hacia las superficies radiantes.
4.3.1 Comparación del enfriamiento entre ambas disp osiciones
Con el objetivo de hacer una comparación lo más objetiva y fidedigna posible, se
tomarán dos ensayos para el caso del panel de polietileno: uno con agua estática y otro
con agua recirculando, en los que la temperatura de inicio del mismo sea lo más parecida
posible.
Dentro de esta exigencia se han elegido para la evaluación el Ensayo 3 (agua
estancada) y la prueba efectuada la noche entre le 20 y el 21 de octubre (agua en
movimiento), que aquí titularemos como Ensayo 4, entre los que la temperatura inicial
difiere tan sólo de 0,3 ºC, siendo dicha diferencia favorable a la prueba con agua sin
movimiento.
Tratando de no ser repetitivos y de no extender en demasía la literatura de este
capítulo, no serán representados de nuevo los resultados del Ensayo 3, exceptuando
aquellos adaptados a las comparaciones pertinentes.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
108
Ensayo 4: temperatura del agua al inicio del ensayo de 42,3 ºC (20-10-2011)
Evolución de Tª en el panel de polietileno (recircu lación y Tent=42.3ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:4
1
19:0
6
19:3
1
19:5
6
20:2
1
20:4
6
21:1
1
21:3
6
22:0
1
22:2
6
22:5
1
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6
23:4
1
0:06
0:31
0:56
1:21
1:46
2:11
2:36
3:01
3:26
3:51
4:16
4:41
5:06
5:31
5:56
6:21
Hora
T (
ºC)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo (ºC) Qradiación
Gráfica 26. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
a) Temperatura agua inicio ensayo: 42,3 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 19,2 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 4,0 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 14,7 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 15,0 ºC
f) Velocidad del viento: 12,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 79,2%
h) Emisividad del cielo promedio: 80,7%
i) Calor radiación máximo: 71,1 W/m2
j) Calor radiación promedio: 49,5 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,5 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 5 min y 40 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 15 min y 25 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 30 min y 15 s
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
109
Evolución Tª panel de polietileno (recirculación y Tent=42.3ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
18:4
1
18:4
6
18:5
1
18:5
6
19:0
1
19:0
6
19:1
1
19:1
6
19:2
1
19:2
6
19:3
1
19:3
6
19:4
1
19:4
6
19:5
1
19:5
6
20:0
1
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 27. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
17,8
47,5
90,5
163,0
5,7
15,4
30,3
56,1
0
25
50
75
100
125
150
175
Tiempo(minutos)
Ensayo 3 (estancada: Tini = 42,6 ºC) Ensayo 4 (recirculación: Tini = 42,3 ºC)
Ensayos
Comparación tiempos de enfriamiento Estancada VS Re circulando
Enfriamiento de 5ºC
Enfriamiento de 10ºC
Enfriamiento de 15ºC
Enfriamiento de 20ºC
Gráfica 28. Comparación de tiempos enfriamiento en función del proceso de refrigeración
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
110
Además, se representan los valores registrados en el transmisor llamado de salida
de agua del panel para cada uno de los experimentos:
Agua Estancada VS Agua Recirculando (T inicial = 42,5 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 341 681 1021 1361 1701 2041 2381 2721 3061 3401 3741 4081 4421 4761 5101 5441 5781 6121 6461 6801 7141 7481 7821 8161 8501
Tem
pera
tura
del
agu
a a
la s
alid
a de
l pan
el (
ºC)
Tsalida Ensayo 3 (estanca) Tsalida Ensayo 4 (recirculando)
Gráfica 29. Comparación de la evolución de la temperatura de salida del panel en los
diferentes procesos de refrigeración del agua ante un muy aproximado valor de inicial
Tras ver esto es evidente que el descenso de temperatura del agua dentro del
propio equipo, al recircular esta, es unas tres veces más rápido (en lo que a los primeros
15 ºC de enfriamiento se refiere) que en el caso de dejarla en reposo dentro del panel.
Esto es lo que se había supuesto, y es lo que se ha podido comprobar.
Otro aspecto a destacar es la variación de la diferencia entre los valores que
marcan los termopares respecto al agua y la superficie del panel, una vez desaparecen
los transitorios iniciales de las pruebas. Y es que en el caso del agua quieta dicha
diferencia es mayor que en caso de reconducir la masa de agua. Esto se debe a que al
aumentar el calor por convección transferido por el agua, su temperatura desciende
tendiendo esta a la superficial de panel.
Veamos graficado a continuación este efecto:
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
111
Agua Estancada VS Agua Recirculando (T inicial = 42,5 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
1 333 665 997 1329 1661 1993 2325 2657 2989 3321 3653 3985 4317 4649 4981 5313 5645 5977 6309 6641 6973 7305 7637 7969 8301 8633
T d
el a
gua
y su
perf
icia
l del
pan
el (
Ens
ayo
3) (
ºC)
Tentrada Ensayo 3 (estanca) Tsalida Ensayo 3 (estanca)Tsuperficial Ensayo 3 (estanca) Tambiente Ensayo 3 (estanca)Tcielo Ensayo 3 (estanca)
Agua Estancada VS Agua Recirculando (T inicial = 42,5 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
1 333 665 997 1329 1661 1993 2325 2657 2989 3321 3653 3985 4317 4649 4981 5313 5645 5977 6309 6641 6973 7305 7637 7969 8301 8633
T d
el a
gua
y su
perf
icia
l del
pan
el (
Ens
ayo
4) (
ºC)
Tentrada Ensayo 4 (recirculando) Tsalida Ensayo 4 (recirculando)Tsuperficial Ensayo 4 (recirculando) Tambiente Ensayo 4 (recirculando)Tcielo Ensayo 4 (recirculando)
Gráfica 30. Comparación de las temperaturas de agua y superficial del panel en los
diferentes procesos de refrigeración
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
112
Este fenómeno es consecuencia de la transmisión de calor por convección del
agua para la disposición recirculante, ya que al estar esta en movimiento aumenta el
coeficiente de película, ocasionando por consiguiente un incremento en dicha
transferencia de energía y una disminución de la temperatura del fluido que la cede.
Por último, no cabe responsabilizar este hecho a un incremento de la temperatura
de la superficie del panel al bombear el fluido. Esto puede verse a continuación:
� Ensayo 3 con agua estancada (Tinicial = 42,6 ºC): radiaciónQ = 54,5 W/m2
ambT = 22,7 ºC supT = 16,2 ºC cieloT = 4,4 ºC
cieloambT −∆ = 18,3 ºC sup−∆ ambT = 6,5 ºC cieloT −∆ sup = 11,8 ºC
cieloε = 77,5% relω = 48,5% vientov = 11,0 km/h
� Ensayo 4 con agua en movimiento (Tinicial = 42,3 ºC): radiaciónQ = 49,5 W/m2
ambT = 19,3 ºC supT = 14,7 ºC cieloT = 4,0 ºC
cieloambT −∆ = 15,2 ºC sup−∆ ambT = 4,5 ºC cieloT −∆ sup = 10,7 ºC
cieloε = 80,7% relω = 79,2% vientov = 12,0 km/h
Puede observarse que los valores aquí expuestos son perfectamente coherentes
con las condiciones de la noche y con los valores correspondientes a los ensayos
previos. Es cierto que la depresión de la temperatura superficial sobre la del ambiente es
inferior en el caso del ensayo recirculante, pero esto encuentra su explicación viendo que
tanto la mayor emisividad de cielo, como el más prominente viento de la noche en
cuestión, provocan respectivamente, una no tan baja temperatura de cielo, así como un
cierto calentamiento de la superficie radiante por convección. No puede asegurarse, por
tanto, que la recirculación del agua provoque efectos contraproducentes una vez
superados los transitorios de los procesos de refrigeración.
Por consiguiente, queda demostrado el aumento del potencial del fenómeno de
enfriamiento nocturno cuando se recircula el agua, no sólo en lo que concierne a la
velocidad de enfriamiento, sino en la capacidad de permanecer, tras la estabilización del
proceso, mucho más cercana a la temperatura superficial del panel.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
113
Llegados a este punto, en lo que de este capítulo sigue, sólo se tendrán en cuenta
representaciones y comentarios de los resultados correspondientes al montaje de los
equipos comerciales en la configuración para fluido recirculando.
4.3.2 Resultados en el panel de polietileno
Una vez aclarado el proceso que mayor potencial de enfriamiento nocturno posee,
se establece la estrategia de comparar en dicho proceso, los resultados de diferentes
pruebas en un rango de 10 ºC. Es por lo que se tratará, en la manera de lo posible, de
representar tres ensayos cuya temperatura de inicio del fluido a refrigerar sea de 35, 40 y
45 ºC, valores entre los que ha de encontrarse el agua de refrigeración de una central
termosolar a la salida del condensador.
Se tomará el ensayo 4 dentro de la serie correspondiente a los resultados de las
pruebas del panel de polietileno en su disposición de agua realimentada.
Ensayo 5: temperatura del agua al inicio del ensayo de 46,7 ºC (13-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 46,7 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 22,3 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 5,0 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 16,9 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 17,2 ºC
f) Velocidad del viento: 13,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 58,8%
h) Emisividad del cielo promedio: 78,6%
i) Calor radiación máximo: 95,2 W/m2
j) Calor radiación promedio: 56,1 W/ m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,9 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 6 min y 20 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 16 min y 25 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 30 min y 10 s
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
114
Evolución de Tª en el panel de polietileno (recircu lación y Tent=46.7ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:5
2
19:1
7
19:4
2
20:0
7
20:3
2
20:5
7
21:2
2
21:4
7
22:1
2
22:3
7
23:0
2
23:2
7
23:5
2
0:17
0:42
1:07
1:32
1:57
2:22
2:47
3:12
3:37
4:02
4:27
4:52
5:17
5:42
6:07
6:32
Hora
T (
ºC)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 31. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
Evolución Tª panel de polietileno (recirculación y Tent=46.7ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
18:5
2
18:5
7
19:0
2
19:0
7
19:1
2
19:1
7
19:2
2
19:2
7
19:3
2
19:3
7
19:4
2
19:4
7
19:5
2
19:5
7
20:0
2
20:0
7
20:1
2
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 32. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
115
Ensayo 6: temperatura del agua al inicio del ensayo de 35,9 ºC (17-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 35,9 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 19,8 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 3,8 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 14,9 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 17,2 ºC
f) Velocidad del viento: 13,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 58,8%
h) Emisividad del cielo promedio: 78,6%
i) Calor radiación máximo: 84,6 W/m2
j) Calor radiación promedio: 51,4 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 2,6 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 11 min y 20 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 33 min y 40 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 1 hora, 22 min y 35 s
Evolución de Tª en el panel de polietileno (recircu lación y Tent=35.9ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:1
8
18:4
3
19:0
8
19:3
3
19:5
8
20:2
3
20:4
8
21:1
3
21:3
8
22:0
3
22:2
8
22:5
3
23:1
8
23:4
3
0:08
0:33
0:58
1:23
1:48
2:13
2:38
3:03
3:28
3:53
4:18
4:43
5:08
5:33
5:58
6:23
Hora
T (
ºC)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 33. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
116
Evolución Tª panel de polietileno (recirculación y Tent=35.9 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
18:1
8
18:2
3
18:2
8
18:3
3
18:3
8
18:4
3
18:4
8
18:5
3
18:5
8
19:0
3
19:0
8
19:1
3
19:1
8
19:2
3
19:2
8
19:3
3
19:3
8
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 34. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
4.3.3 Resultados en el panel de cobre con pintura n egra de cromo
En la misma línea que el subapartado anterior, aquí se mostrarán los resultados
de diferentes procesos experimentales en un rango de 10 ºC. Es por lo que se tratará, al
igual que antes, de representar tres ensayos cuya temperatura de inicio del fluido a
refrigerar sea de 35, 40 y 45 ºC.
Ensayo 7: temperatura del agua al inicio del ensayo de 47,0 ºC (21-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 47,0 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 19,8 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 4,6 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 15,1 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 15,1 ºC
f) Velocidad del viento: 11,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 77,1%
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
117
h) Emisividad del cielo promedio: 80,8%
i) Calor radiación máximo: 47,5 W/m2
j) Calor radiación promedio: 21,6 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 1,9 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 55 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 2 min y 20 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 4 min y 30 s
Evolución de Tª en el panel de cobre negro (recircu lación y Tent=47.0ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:5
5
19:2
0
19:4
5
20:1
0
20:3
5
21:0
0
21:2
5
21:5
0
22:1
5
22:4
0
23:0
5
23:3
0
23:5
5
0:20
0:45
1:10
1:35
2:00
2:25
2:50
3:15
3:40
4:05
4:30
4:55
5:20
5:45
6:10
6:35
Hora
T (
ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 35. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
118
Evolución de Tª en el panel de cobre negro (recircu lación y Tent=47.0ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
18:5
5
19:0
0
19:0
5
19:1
0
19:1
5
19:2
0
19:2
5
19:3
0
19:3
5
19:4
0
19:4
5
19:5
0
19:5
5
20:0
0
20:0
5
20:1
0
20:1
5
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 36. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
Ensayo 8: temperatura del agua al inicio del ensayo de 40,1 ºC (29-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 40,1 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 18,2 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 2,1 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 12,7 ºC
e) Temperatura del agua promedio:
f) Velocidad del viento: 10,5 km/h
g) Humedad relativa promedio: 76,3%
h) Emisividad del cielo promedio: 82,6%
i) Calor radiación máximo: 48,8 W/m2
j) Calor radiación promedio: 21,3 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 1,9 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 2 min y 15 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 4 min y 40 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 8 min y 15 s
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
119
Evolución Tª en el panel de cobre negro (recirculac ión y Tent=40.1 ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
17:4
0
18:0
5
18:3
0
18:5
5
19:2
0
19:4
5
20:1
0
20:3
5
21:0
0
21:2
5
21:5
0
22:1
5
22:4
0
23:0
5
23:3
0
23:5
5
0:20
0:45
1:10
1:35
2:00
2:25
2:50
3:15
3:40
4:05
4:30
4:55
5:20
5:45
6:10
6:35
Hora
T (
ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 37. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
Evolución de Tª en el panel de cobre negro (recircu lación y Tent=40.1 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
17:4
0
17:4
5
17:5
0
17:5
5
18:0
0
18:0
5
18:1
0
18:1
5
18:2
0
18:2
5
18:3
0
18:3
5
18:4
0
18:4
5
18:5
0
18:5
5
19:0
0
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 38. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
120
Ensayo 9: temperatura del agua al inicio del ensayo de 34,3 ºC (28-10-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 34,3 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 17,1 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 0,8 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 10,9 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 10,9 ºC
f) Velocidad del viento: 10,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 79,0%
h) Emisividad del cielo promedio: 79,3%
i) Calor radiación máximo: 43,1 W/m2
j) Calor radiación promedio: 19,8 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 1,8 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 2 min y 20 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 6 min y 40 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 12 min y 35 s
Evolución Tª en el panel de cobre negro (recirculac ión y Tent=34.3ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:2
5
18:5
0
19:1
5
19:4
0
20:0
5
20:3
0
20:5
5
21:2
0
21:4
5
22:1
0
22:3
5
23:0
0
23:2
5
23:5
0
0:15
0:40
1:05
1:30
1:55
2:20
2:45
3:10
3:35
4:00
4:25
4:50
5:15
5:40
6:05
6:30
Hora
T (
ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 39. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
121
Evolución de Tª en el panel de cobre negro (recircu lación y Tent=34.3 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
18:2
5
18:3
0
18:3
5
18:4
0
18:4
5
18:5
0
18:5
5
19:0
0
19:0
5
19:1
0
19:1
5
19:2
0
19:2
5
19:3
0
19:3
5
19:4
0
19:4
5
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 40. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
4.3.4 Resultados en el panel de cobre con pintura s electiva Bluetec
En el fundamento teórico que desarrollamos en el capítulo previo, predijimos que
entre los dos equipos de cobre de los que hemos dispuesto para las experimentaciones,
cabría esperar una mayor capacidad de pérdida de temperatura del que tenía aplicado
pintura de cromo negro frente al que se había administrado pintura selectiva Bluetec,
debido a la mucho mayor capacidad emisora del primero.
Pues bien, siguiendo a lo dicho en el anterior párrafo, el presente subapartado
pretende sólo mostrar los resultados del equipo con pintura selectiva para unos 40 ºC
(media del rango elegido para nuestros ensayos con recirculación) como temperatura
inicial del agua a refrigerar, y con las condiciones atmosféricas lo más parecidas posible
con objeto de, posteriormente, corroborar lo predicho respecto a una referencia fiable.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
122
Ensayo 10: temperatura del agua al inicio del ensay o de 39,3 ºC (01-11-2011)
a) Temperatura agua inicio ensayo: 39,4 ºC
b) Temperatura ambiente promedio: 18,8 ºC
c) Temperatura de cielo promedio: 4,0 ºC
d) Temperatura superficial panel promedio: 18,4 ºC
e) Temperatura del agua promedio: 18,4
f) Velocidad del viento: 11,0 km/h
g) Humedad relativa promedio: 86,3%
h) Emisividad del cielo promedio: 81,3%
i) Calor radiación máximo: 6,4 W/m2
j) Calor radiación promedio: 3,8 W/m2
k) Energía irradiada (considerando 12 horas de ensayo): 0,4 MJ
l) Tiempos de enfriamiento:
1) Enfriamiento de 5,0 ºC: 2 min y 30 s
2) Enfriamiento de 10,0 ºC: 6 min y 05 s
3) Enfriamiento de 15,0 ºC: 11 min y 35 s
Evolucion de Tª en el panel de cobre azul (recircul ación y Tent=39.4 ºC)
-5
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
18:1
0
18:3
5
19:0
0
19:2
5
19:5
0
20:1
5
20:4
0
21:0
5
21:3
0
21:5
5
22:2
0
22:4
5
23:1
0
23:3
5
0:00
0:25
0:50
1:15
1:40
2:05
2:30
2:55
3:20
3:45
4:10
4:35
5:00
5:25
5:50
6:15
6:40
Hora
T (
ºC)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Qra
d (W
/m2)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo Qradiación
Gráfica 41. Evolución de temperaturas y del calor de radiación ensayo completo
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
123
Evolución de Tª en el panel de cobre negro (recircu lación y Tent=39.4 ºC)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
18:1
0
18:1
5
18:2
0
18:2
5
18:3
0
18:3
5
18:4
0
18:4
5
18:5
0
18:5
5
19:0
0
19:0
5
19:1
0
19:1
5
19:2
0
19:2
5
19:3
0
Hora
T (
ºC)
Tentrada Tsalida Tsuperficial Tambiente Tcielo
Gráfica 42. Evolución de temperaturas inicio de la prueba
4.3.5 Comentarios de las pruebas
En el primer punto de este tercer apartado vimos claramente el aumento del
potencial del enfriamiento nocturno que surgía al recircular el fluido. Una vez demostrado
esto, queríase investigar cuál de los equipos comerciales de los que disponíamos sería el
de mayor capacidad de refrigeración del agua, y dónde radicaba esa diferencia.
Pues bien, hasta aquí se han presentado los resultados de los tres equipos para
diferentes temperaturas en esta conformación. Toca ahora analizar éstos y representar
sus diferencias, para así poder obtener las conclusiones señaladas en el párrafo previo.
Diferencias entre los paneles de cobre
Tal y como se comentó en el Ensayo 10, se esperaba que el panel de cobre con
aplicación de pintura negra de cromo enfriara más y mejor que su homólogo con
recubrimiento selectivo Bluetec, por la enorme diferencia entre las capacidades radiantes
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
124
(la emisividad del primero es más de 8 veces la del segundo), ante unas mismas
características conductivas y convectivas. Es por lo que tan sólo se muestran los
resultados de un ensayo en el caso del segundo equipo, en el intento de no alargar más
de lo preciso este estudio.
En primera instancia compararemos los diferentes tiempos de enfriamiento para
concluir cuál de los dos dispositivos hace descender la temperatura del agua con mayor
celeridad. Seguidamente veremos los valores que toma el calor de radiación para cada
uno de los paneles. Aquí podremos claramente observar la amplia diferencia entre
ambos, consecuencia de la disparidad entre los valores de emisividad. Finalmente,
analizaremos, las distintas depresiones que presenta la temperatura media de masa
respecto a la superficial del panel, así como las propias que registra esta última bajo la
del entorno, siempre en valores promedio de temperatura de ensayo completo.
Veamos secuencialmente y sin pausas lo mencionado en los tres párrafos
anteriores:
2,34,7
8,3
16,3
2,5
6,1
11,6
65,4
0
10
20
30
40
50
60
70
Tiempo (minutos)
Ensayo 9 (panel Cu negro: Tini = 40,1 ºC) Ensayo 11 (panel de Cu con Bluetec: Tini = 39,4 ºC)
Ensayos con paneles de Cu
Comparación enfriamiento paneles de Cu
Enfriamiento de 5ºC
Enfriamiento de 10ºC
Enfriamiento de 15ºC
Enfriamiento de 20ºC
Gráfica 43. Distintos tiempos de enfriamiento en los paneles de Cu con Tagua inicial ≈ 40 ºC
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
125
Comparación del Calor de Radiación entre paneles de Cu
0
10
20
30
40
50
60
1 347 693 1039 1385 1731 2077 2423 2769 3115 3461 3807 4153 4499 4845 5191 5537 5883 6229 6575 6921 7267 7613 7959 8305 8651 8997
Qra
d (W
/m2)
Radiación Panel Cu Bluetec Radiación Panel Cu Negro
Gráfica 44. Distintos calores de radiación en los paneles de Cu con Tagua inicial ≈ 40 ºC
� Ensayo 8 (panel de Cu con pintura de Cr negro, Tagua inicial = 40,1 ºC):
radiaciónQ = 21,3 W/m2 ( cieloT −∆ sup = 10,6 ºC)
ambT = 18,2 ºC supT = 12,7 ºC cieloT = 2,1 ºC masaT = 12,7 ºC
cieloambT −∆ = 16,1 ºC sup−∆ ambT = 5,5 ºC sup−∆ masaT = 0,0 ºC
cieloε = 79,6% relω = 76,3% vientov = 10,5 km/h
� Ensayo 10 (panel de Cu con pintura selectiva Bluetec, Tagua inicial = 39,4 ºC):
radiaciónQ = 3,8 W/m2 ( cieloT −∆ sup = 14,4 ºC)
ambT = 18,8 ºC supT = 18,4 ºC cieloT = 4,0 ºC masaT = 18,4 ºC
cieloambT −∆ = 14,8 ºC sup−∆ ambT = 0,4 ºC sup−∆ masaT = 0,0 ºC
cieloε = 81,3% relω = 86,3% vientov = 11,0 km/h
Primeramente, vemos que tanto la velocidad de enfriamiento como el calor de
radiación son mayores en el panel de cobre cubierto con pintura de cromo negro, tal y
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
126
como se había vaticinado, pese a que la diferencia entre las temperaturas superficiales
entre los cuerpos radiantes es notablemente mayor en el panel con pintura selectiva.
A continuación podemos observar que la caída de la temperatura de la superficie
bajo la ambiental es mucho mayor en el Ensayo 8. Es cierto que las condiciones de la
noche de éste favorecen a un más intenso intercambio radiante, pero no tanto como para
que la diferencia sea tal, siendo además la velocidad del viento igualmente intensa en la
noche del Ensayo 10.
Por último, fijémonos en el valor que alcanza la diferencia de la temperatura
media de masa del agua respecto a la superficial del panel. Y es que para ambos paneles
se tiene que dicha diferencia es prácticamente nula. Esto responde a que la
conductividad térmica de ambos equipos es igualmente elevada.
Por consiguiente, se concluye que el equipo de cobre con pintura negra cromada
posee una mayor capacidad de enfriamiento que su homólogo con pintura selectiva en
todos los aspectos: más rápido descenso de temperatura, mayor calor de radiación y
depresiones más acusadas de la temperatura de la superficie, y por tanto también del
agua, bajo la del ambiente.
Llegados a este punto, descartaremos seguir teniendo en cuenta el panel con
aplicación de Bluetec, ya que de entre otras cosas, lo que se pretende en este proyecto
es ver los diferentes potenciales de enfriamiento entre equipos comerciales poliméricos y
metálicos.
Diferencias entre el panel de polietileno y el de c obre con pintura negra cromada
Una vez establecido que recirculando el agua se consigue incrementar el
enfriamiento, y demostradas las diferentes aptitudes para hacer lo propio entre los dos
equipos metálicos, afrontaremos ahora la tarea de marcar las diferencias entre el colector
de piscina y la placa plana absorbedora de mejor comportamiento. Para ello, tomaremos
tres ensayos para cada panel (del 4 al 9), que representan el comportamiento de los
equipos para valores iniciales del agua a refrigerar de aproximadamente 35 ºC, 40 ºC y
45 ºC.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
127
En primer lugar, compararemos los distintos tiempos de enfriamiento del agua en
cada equipo en cada uno de estos seis procesos experimentales. Esto puede verse tanto
en la siguiente tabla, como de manera más visual en la gráfica que aquí se presenta más
abajo:
Tabla 5. Valores promedio característicos de 3 pruebas para cada panel
Tamb
(ºC)Ecielo
Tamb -Tcielo
(ºC)viento(km/h)
Tamb-Tsup
(ºC)-5 ºC(min)
-10 ºC(min)
-15 ºC(min)
-20 ºC(min)
Ens. 4 (panel PE: T ini = 42,3 ºC) 19,3 0,807 15,2 12,0 4,5 5,67 15,42 30,25 56,08
Ens. 5 (panel PE: Tini = 46,7 ºC) 22,3 0,786 17,3 13,0 5,4 6,33 16,42 30,17 53,92
Ens. 6 (panel PE: T ini = 35,9 ºC) 19,8 0,798 16,0 12,0 4,9 11,33 33,67 82,58 220,17
Ens. 7 (panel Cu negro: T ini = 47,0 ºC) 19,8 0,808 15,2 11,0 4,7 0,92 2,33 4,50 8,00
Ens. 8 (panel Cu negro: T ini = 40,1 ºC) 18,2 0,796 16,1 10,5 5,5 2,25 4,67 8,25 16,25
Ens. 9 (panel Cu negro: T ini = 34,3 ºC) 17,1 0,793 16,3 10,0 6,2 2,50 6,67 12,58 39,50
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
Tiempo(minutos)
Ens. 4 (panelPE: Tini = 42,3
ºC)
Ens. 5 (panelPE: Tini = 46,7
ºC)
Ens. 6 (panelPE: Tini = 35,9
ºC)
Ens. 7 (panel Cunegro: Tini =
47,0 ºC)
Ens. 8 (panel Cunegro: Tini =
40,1 ºC)
Ens. 9 (panel Cunegro: Tini =
34,3 ºC)
Ensayos
Velocidad de Enfriamiento PE VS Cu
Enfriamiento de 5ºC
Enfriamiento de 10ºC
Enfriamiento de 15ºC
Enfriamiento de 20ºC
Gráfica 45. Diferentes tiempos de enfriamiento entre equipo polimérico y metálico
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
128
En el intento de ser más representativos, en las siguientes gráficas se eligen
tonos grises oscuro para los valores de radiación correspondientes a los ensayos del
panel de polietileno, y colores parecidos a los que el cobre comercial tiene para
representar los propios del panel de cobre. Veamos:
Diferentes valores de la temperatura salida del agu a del panel
0
10
20
30
40
50
60
1 323 645 967 1289 1611 1933 2255 2577 2899 3221 3543 3865 4187 4509 4831 5153 5475 5797 6119 6441 6763 7085 7407 7729 8051 8373
Tem
pert
ara
de s
alid
a de
l pan
el (
ºC)
Ens. 4 (panel PE: Tini = 42,3 ºC) Ens. 5 (panel PE: Tini = 46,7 ºC) Ens. 6 (panel PE: Tini = 35,9 ºC)
Ens. 7 (panel Cu negro: Tini = 47,0 ºC) Ens. 8 (panel Cu negro: Tini = 40,1 ºC) Ens. 9 (panel Cu negro: Tini = 34,3 ºC)
Gráfica 46. Diferentes tiempos de enfriamiento entre equipos poliméricos y metálicos
Después de ver esto, queda claro que el panel de cobre administrado con pintura
negra cromada enfría notablemente más veloz que el fabricado íntegramente de
polietileno.
Por otro lado, la anterior gráfica evidencia un hecho bastante significativo que
demuestra las diferentes propiedades de los materiales de los que está hecho cada
equipo. La temperatura del agua en su paso a través del radiador metálico desciende con
mayor celeridad en los primeros instantes de los ensayos, producto de la alta
conductividad del cobre. Sin embargo, una vez transcurrida esta primera parte de los
experimentos, la pendiente con la que cae el agua que circula por el panel polimérico es
mayor que la de su homólogo, consecuencia de la más alta emisividad del polietileno.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
129
A continuación veremos de manera también gráfica los desiguales valores de
radiación nocturna que marcan cada uno de los paneles a lo largo de los procesos
experimentales. Obviamente el panel de polietileno presentará valores más acusados de
dicho intercambio de calor con la bóveda, dadas las amplias diferencias existentes entre
los valores de emisividad de cada una de los equipos (εp ≈ 0,9 frente a εpintura de Cr ≈ 0,4).
Diferencias entre los Calores de Radiación
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 328 655 982 1309 1636 1963 2290 2617 2944 3271 3598 3925 4252 4579 4906 5233 5560 5887 6214 6541 6868 7195 7522 7849 8176 8503
Qra
d (W
/m2)
Ens. 4 (panel PE: Tini = 42,3 ºC) Ens. 5 (panel PE: Tini = 46,7 ºC) Ens. 6 (panel PE: Tini = 35,9 ºC)
Ens. 7 (panel Cu negro: Tini = 47,0 ºC) Ens. 8 (panel Cu negro: Tini = 40,1 ºC) Ens. 9 (panel Cu negro: Tini = 34,3 ºC)
Gráfica 47. Intercambio radiante de los diferentes equipos a lo largo de las pruebas
Una vez superado el régimen transitorio del ensayo, cuando la radiación nocturna
es alta, ante iguales intercambios por convección con el aire, el panel de polietileno
“fuerza” el intercambio por conducción a través de este material consiguiéndolo mediante
un descenso de su temperatura superficial. De esto modo, baja un tanto el intercambio
radiante, manteniéndose el equilibrio entre los tres mecanismos de transferencia de calor.
Es de esperar que ante esta situación, tengamos menores valores de temperatura
de la superficie que se enfrenta al cielo en el caso del panel de polietileno, y por lo tanto,
mayores depresiones de la temperatura superficial bajo la del ambiente que en el caso
del equipo metálico.
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
130
Pues bien, si analizamos la tabla presentada anteriormente vemos que esto no se
cumple siempre. De hecho, los dos ensayos que registran un descenso más acusado
bajo la temperatura del entorno son dos correspondientes al equipo de cobre. Esto puede
encontrar su explicación en que es cierto que las noches de estos dos ensayos resultaron
ser muy buenas en los aspectos que favorecen a que esto ocurra: muy baja emisividad
del cielo y muy baja velocidad de viento.
Al no tener suficientes datos experimentales recogidos en noches iguales en
términos de emisividad de cielo, velocidad de viento y temperatura ambiente que
registren las pruebas experimentales que desarrollan ambos equipos, no puede
concluirse nada en relación a cuál de los dos dispositivos presenta una mayor depresión
de la temperatura superficial emisora bajo la del ambiente, pese a que la teoría expuesta
un poco más arriba se decline a favor del colector de piscina.
Tabla 6. Valores promedio característicos de los 3 ensayos en cada equipo
Tamb
(ºC)Ecielo
Tamb-Tcielo
(ºC)viento(km/h)
Tamb-Tsup
(ºC)Tamb-Tmm
(ºC)Qradiación
(W/m2)Eradiación
(MJ)
Ens. 4 (panel PE: T ini = 42,3 ºC) 19,3 0,807 15,2 12,0 4,5 4,2 49,5 2,5
Ens. 5 (panel PE: Tini = 46,7 ºC) 22,3 0,786 17,3 13,0 5,4 5,1 56,1 2,9
Ens. 6 (panel PE: T ini = 35,9 ºC) 19,8 0,798 16,0 12,0 4,9 4,6 51,3 2,6
Ens. 7 (panel Cu negro: T ini = 47,0 ºC) 19,8 0,808 15,2 11,0 4,7 4,7 21,6 1,9
Ens. 8 (panel Cu negro: T ini = 40,1 ºC) 18,2 0,796 16,1 10,5 5,5 5,5 21,3 1,9
Ens. 9 (panel Cu negro: T ini = 34,3 ºC) 17,1 0,793 16,3 10,0 6,2 6,2 19,8 1,8
Por último, se ha considerado analizar los valores que presentan también la
depresión de la temperatura media de masa del agua bajo la del ambiente. Podemos ver
que en el caso del equipo metálico, al ser la conductividad térmica muy alta, la
temperatura media de masa del agua es prácticamente igual a la de la cara emisora. Sin
embargo, para el equipo de polietileno el agua se mantiene unos 0,3 ºC más caliente que
el plano radiante. Esto hace que la temperatura del agua sea, en caso de idénticos
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
131
descensos de la temperatura superficial bajo la del ambiente en ambos equipos, más
baja en el caso de la placa plana absorbedora de cobre con pintura cromada.
Resumiendo este capítulo, podemos concluir que la placa plana absorbedora con
tratamiento de pintura de alta emisividad enfría con una sustancial mayor rapidez, que el
colector de piscina emite bastante más calor por radiación al cielo, que ambos equipos
presentan similares depresiones de temperatura de la superficie emisora bajo la del
ambiente y que aunque el descenso de la temperatura promedio de ensayo del agua bajo
la del ambiente es mayor en el caso del equipo de cobre, al final de las pruebas, el valor
puntual de dicho descenso es mayor en el caso del equipo de polietileno, consecuencia
de la mayor pendiente de descenso de temperatura que otorga una más alta emisividad
en régimen permanente.