Estudio del espectro de irradiación solar para determinar el potencial de energía aprovechable en la ciudad de Ambato

Abstract

El presente proyecto consiste en la realización de un estudio de campo de la irradiación solar incidente en la ciudad de Ambato en relación con los parámetros físico-ambientales que se supone inicialmente que están asociados al fenómeno, para conocer el potencial de energía disponible y que puede ser aprovechable en un dispositivo para calentamiento de agua, denominado colector solar plano. Empleando equipos de laboratorio se hicieron mediciones de campo de los parámetros físicos: irradiancia, temperatura ambiente, humedad relativa y velocidad de viento. Las muestras se tomaron en forma conjunta durante dos meses en intervalos de tiempo de quince minutos entre las 11:00 y las 14:00 horas por ser el lapso de mayor incidencia de la irradiación solar; adicionalmente se registró la condición climática de otros cuatro meses para conocer la frecuencia con la que se presenta cada condición climática o de cielo (soleado, parcial nublado o nublado) y relacionarla con los parámetros estudiados. Del estudio realizado se concluyó que la irradiancia es el parámetro físico que determina el potencial de energía solar disponible y su valor excede los 400 [W/m2] para las condiciones de medio día soleado y parcial nublado en la ciudad de Ambato. La probabilidad de que se presente un medio día soleado fue del 21%, parcial nublado de un 43.7% y nublado del 35.3%, con lo que se resume manifestando que dos de cada tres días en la hora meridiana fueron potencialmente aprovechables en Ambato. La temperatura ambiente promedio para medio día soleado fue de 25.3ºC, la máxima temperatura presentada en el medio día fue de 33ºC. La humedad relativa en promedio para el medio día no excedió el 40%. La velocidad de viento promedio para el medio día fue de 3m/s, la máxima se aproximó a 14 m/s a dos metros de altura sobre el nivel del piso. Se evidenció que en Ambato existe una pequeña variación de los parámetros estudiados en función de los meses del año. En base a la evaluación de los parámetros se diseñó un colector solar plano para calentamiento de agua vía circulación natural con un área bruta de 1.07 m2 y efectiva de 0.99 m2. Se evaluó el aprovechamiento térmico del colector a través de medición de la temperatura del agua tanto a la entrada como a la salida del panel. La eficiencia térmica osciló entre 30 y 76% en función del tiempo de exposición y permitió que el agua alcance temperaturas cercanas a los 75ºC a la salida del panel en dos horas de exposición a la irradiación solar, lo cual es elevado considerando que el agua de la red de agua potable en promedio tiene una temperatura de 18ºC al medio día.