Aplicaciones de la energía solar /
Aden B. Meinel y Marjorie P. Meinel
- Barcelona : Reverté, 1982
- xviii, 699 p. : il., fig., tablas ; 22 cm
Bibliografía: p. 675-685
CAPÍTULO 1. HISTORIA DE LAS APLICACIONES 1.0 Introducción 1.1 El siglo XVII 1.2 El siglo XVIII 1.3 El siglo XIX 1.4 El siglo XX 1.5 Motores solares en el Oeste de América 1.6 Período posterior a la segunda guerra mundial (1945-1965) 1.7 Fuentes de información PARTE I. FUENTES DE LA ENERGÍA SOLAR CAPÍTULO 2. FLUJO SOLAR Y DATOS METEOROLÓGICAS 2.0 Introducción 2.1 Constante solar 2.3 Variaciones diurnas de la luz solar directa 2.4 Variación de la luz solar directa con la elevación 2.5 Variación del flujo con la distancia cenital en atmósfera estándar 2.6 Flujo solar disperso por el suelo 2.7 Resumen del flujo solar cenital 2.8 Distribución geográfica de la luz solar 2.9 Variabilidad del flujo solar por el clima 2.10 Instrumentación para la observación del flujo solar 2.11 Piranómetro 2.12 Piranómetro de anillo de sombra 2.13 Piroheliómetro 2.14 Piroheliómetro de barra de sombra móvil 2.15 Registro de brillo solar 2.16 Variaciones diurnas de la luz solar 2.17 Correlaciones entre la insolación directa y la total 2.18 Dinámica de la variación de flujo solar 2.19 Correlación entre el brillo solar y la velocidad del viento 2.20 Flujo infrarrojo térmico del entorno 2.21 Modelo ETIR 2.22 Problemas CAPÍTULO 3. DISPONIBILIDAD DE LA ENERGÍA SOLAR 3.0 Introducción 3.1 Distancia cenital en función del tiempo 3.2 Hora del orto y del ocaso del Sol 3.3 Colectores de seguimiento completo 3.4 Variación de las curvas de flujos con la latitud y la geometría 3.5 Placa plana horizontal fija 3.6 Placa plana inclinada una latitud fija 3.7 Placa plana inclinada el valor de la latitud fija más 15º 3.8 Placa plana fija vertical mirando al sur 3.9 Placa plana inclinada estacionalmente 3.10 Seguimiento este-oeste de un eje horizontal orientado de norte a sur 3.11 Seguimiento este-oeste con el eje orientado a los polos norte y sur 3.12 Seguimiento norte-sur con el eje horizontal este-oeste 3.13 Comparación entre las curvas teóricas y las observaciones realizadas 3.14 Comparación de rendimientos diarios 3.15 Pico del flujo en función del flujo medio 3.16 Problemas PARTE II. LA ÓPTICA DEL SISTEMA COLECTOR SOLAR CAPÍTULO 4. LUMINANCIA DE LA ÓPTICA DE LOS SISTEMAS COLECTORES 4.0 Introducción 4.1 Definiciones 4.2 Luminancia de las imágenes 4.3 Ángulo sólido de la radiación dispersa 4.4 Luminancia de una imagen óptica 4.5 Interpretación de la luminancia del sistema 4.6 Problemas CAPÍTULO 5. ÓPTICA DE LOS COLECTORES MEDIANTE SISTEMAS DE REFRACCIÓN 5.0 Introducción 5.1 Refracción de la luz 5.2 Lentes 5.3 Procedimiento para el trazado de rayos 5.4 Lentes de Fresnel 5.5 Lentes cilíndricas 5.6 Colector en forma de tubo lleno de agua 5.7 Aberraciones, (sin existencia) longitudinales fuera del eje 5.8 Aberraciones theta laterales fuera del eje 5.9 Medidas de lentes cilíndricas de Fresnel 5.10 Aberraciones de la imagen sobre el eje 5.11 Colector catadióptrico de Lomonsov 5.12 Problemas Capítulo 6. Óptica de los colectores especulares 6.0 Introducción 6.1 Espejos planos 6.2 Espejos reforzadores 6.3 Espejos axicón (cónicos) 6.4 Colector lente-axicón compuesto (AKS) 6.5 Espejos esféricos 6.6 Aberración esférica 6.7 Espejos asféricos 6.8 Espejos parabólicos 6.9 Errores de campo en los espejos cilíndricos 6.10 Paraboloides heliostatos 6.11 Espejos heliostatos curvos 6.12 Colector cilíndrico formado por bandas longitudinales móviles 6.13 Colector parabólico de Veinberg 6.14 Factor de relleno 6.15 Espejos inflados 6.16 Problemas CAPÍTULO 7. COLECTORES CON ESPEJOS FIJOS 7.0 Introducción 7.1 Opción de lente de campo 7.2 Tiempo que el Sol está sobre el absorbente 7.3 Sistemas cilíndricos para la obtención de imágenes 7.4 Cilindro circular de Tabor 7.5 Aproximación cilíndrica a un canal parabólico 7.6 Colector de espejo fijo de tipo Veinberg 7.7 Copa tipo Trombe-Meinel 7.8 Copa parabólica de Winston 7.9 Comparación entre los proyectos de espejos fijos 7.10 Efectos de cavidades ópticas 7.11 Espejo de Fresnel Russel 7.12 Colector de espejo fijo en forma de cuenco hemisférico 7.13 Copas de espejos con lentes de campo 7.14 Problemas CAPÍTULO 8. SUPERFICIES ÓPTICAS
8.0 Introducción 8.1 Materiales ópticos transmisores 8.2 Pérdidas por reflexión 8.3 Variación de la transmisión con la longitud de onda 8.4 Procedimientos de producción 8.5 Exactitud superficial de los sustratos transmisores 8.6 Características relacionadas con la duración o vida de las lentes 8.7 Materiales ópticos reflectores 8.8 Exactitud superficial de los sustratos reflectores 8.9 Espejos combados térmicamente 8.10 Recubrimientos de baja reflectancia 8.11 Recubrimientos de reflectancia en el infrarrojo 8.12 Reflectancia de los metales desnudos 8.13 Recubrimientos reflectores químicos 8.14 Recubrimientos reflectores al vacío 8.15 Recubrimientos protectores del espejo 8.16 Superficies de forma óptica 8.17 Problemas PARTE III. ABSORCIÓN, TRANSFERENCIA Y ALMACENAMIENTO Capítulo 9. Superficies selectivas 9.0 Introducción 9.1 Comportamiento límite 9.2 Gráficos de longitud de onda deformada 9.3 Reflectancia de los metales 9.4 Límite de temperatura de los materiales 9.5 Emitancia de las superficies metálicas 9.6 Variación direccional de la emitancia 9.7 Emitancia normal en función de la emitancia hemisférica 9.8 Medidas de la dependencia con la longitud de onda 9.9 Medidas de reflectancia a elevada temperatura 9.10 Medida directa de la absortancia y de la emitancia 9.11 Modos básicos de obtener selectividad 9.12 Materiales intrínsecos 9.13 Apilamientos en tándem 9.14 Pilas tándem inversas 9.15 Apilamientos de interferencia 9.16 Física básica de una pila de múltiples capas 9.17 Pilas de interferencia típica 9.18 Materiales que discriminan el frente de onda 9.19 Efectos de la rugosidad superficial 9.20 Dispersión de metales en metales 9.21 Selectividad mediante efectos de tipo cuántico 9.22 Aglomeración de superficies reflectivas 9.23 Difusión de iones 9.24 Ensayos de vida de los recubrimientos 9.25 Selectividad 9.26 Problemas CAPÍTULO 10. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR
10.0 Introducción 10.1 Modos de transferencia de calor 10.2 Radiación 10.3 Conducción 10.4 Convección 10.5 Análisis dimensional 10.6 Superficies paralelas 10.7 Variación de la pérdida de convección con la separación entre las superficies 10.8 Variación de la pérdida de convección con la temperatura 10.9 Variación de la pérdida convectiva con los tipos o especies de gas 10.10 Variación con la separación en el caso de otros gases 10.11 Variación de la pérdida de convección con la presión 10.12 Convección forzada Y pérdidas por el viento 10.13 Termosifón de autoflujo convectivo 10.14 Transferencia de calor a los líquidos 10.15 Problemas CAPÍTULO 11. TRANSFERENCIA DE CALOR EN COLECTORES SOLARES 11.0 Introducción 11.1 Pérdidas térmicas en un sistema de colectores distribuidos 11.2 Sistema de módulo de transferencia por líquido 11.3 Disponibilidad térmica solar 11.4 Mecánica de fluidos 11.5 Propiedades de los fluidos 11.6 Elevación de temperatura 11.7 Flujo solar 11.8 Caída de presión 11.9 Cocientes LID 11.10 Número de Reynolds 11.11 Cociente entre la potencia gastada y la potencia generada 11.12 Valor del cociente potencia de salida/potencia de entrada 11.13 Relaciones paramétricas para la transferencia de fluidos 11.14 Variación del cociente energía de salida/entrada con el flujo solar 11.15 Sistemas de transferencia por aire 11.16 Transferencia térmica del aire en función de la velocidad volumétrica de flujo 11.17 Caso de evaluación típica 11.18 Formas alternativas de la ecuación de elevación de temperatura 11.19 Influencia del cambio de fluido de transferencia térmica 11.20 Transferencia térmica en colectores en los que se ha hecho el vacío 11.21 Utilización termodinámica de la energía captada 11.22 Características de los colectores en los que se ha hecho el vacío 11.23 Absorbente lineal con aire 11.24 Supresión de la radiación utilizando estructuras en panal de abejas 11.25 Supresión de la convección utilizando panales de abejas 11.26 Tuberías térmicas 11.27 Transferencia térmica a lo largo de láminas delgadas 11.28 Dilatación térmica diferencial 11.29 Problemas CAPÍTULO 12. COLECTORES DE PLACA PLANA 12.0 Introducción 12.1 Configuraciones básicas de los colectores 12.2 Perfil de temperatura diurna 12.3 Inercia térmica 12.4 Factor-U 12.5 Balances térmicos del colector 12.6 Ejemplo de cálculo 12.7 Temperaturas superficiales 12.8 Curvas rendimiento-temperatura 12.9 Propiedades generales de la curva Eta-Delta Tass 12.10 El colector desnudo 12.11 Colector con una sola ventana 12.12 Colector de ventana doble 12.13 Mejora del rendimiento 12.14 Supresión geométrica de la convección 12.15 Temperaturas de las ventanas 12.16 Influencias de las superficies absorbentes selectivas 12.17 Ventanas selectivas 12.18 Superficies selectivas enfrentadas 12.19 Combinación de ventanas selectivas y el absorbente 12.20 Comparación del comportamiento térmico para ventanas selectivas 12.21 Absorción de la ventana 12.22 Ventanas recubiertas sin reflexión 12.23 Variación del rendimiento con el flujo solar 12.24 Colectores de vacío 12.25 Enfriamiento radiativo 12.26 Refrigeración radiativa selectiva 12.27 Estructuras de colector cilíndricas 12.28 Rendimiento de los colectores de placa plana 12.29 Estanques solares 12.30 Problemas CAPÍTULO 13. ALMACENAMIENTO, DE ENERGÍA 13.0 Introducción 13.1 Diagrama básico del sistema 13.2 Efecto de pico de las demandas de energía 13.3 Almacenamiento de energía 13.4 Almacenamiento por agua 13.5 Pilas o bacterias químicas 13.6 Volantes 13.7 Almacenamiento químico 13.8 Aire comprimido 13.9 Almacenamiento biológico 13.10 Almacenamiento térmico 13.11 Almacenamiento de calor sensible 13.12 Almacenamiento por calor latente 13.13 Eutécticos salinos 13.14 Depósitos o tanques de fluidos de almacenamiento térmico por zonas 13.15 Deposito de almacenamiento térmico con rocas o piedras 13.16 Deposito de reserva de almacenamiento térmico 13.17 Régimen de empleo del calor con y sin cambio de fase 13.18 Inercia térmica 13.19 Cálculos detallados de los rendimientos 13.20 Problemas PARTE IV. UTILIZACIÓN Y APLICACIONES CAPÍTULO 14. CICLOS DE UTILIZACIÓN TERMODINÁMICA 14.0 Introducción 14.1 Ciclo de Rankine 14.2 Ciclo de Brayton 14.3 Ciclo de Stirling 14.4 Ciclo de Ericsson 14.5 Ciclo de Rankine de agua caliente 14.6 Inyección directa de agua 14.7 Ciclo de Rankine de doble fluido 14.8 Cambio de fase en el colector 14.9 Caldera de expansión más recalentamiento 14.10 Expansión simple en condiciones de vapor húmedo 14.11 Recalentamientos y expansiones múltiples 14.12 Configuraciones solares con ciclo de Brayton 14.13 Límites al rendimiento del sistema 14.14 Eliminación de calor en los ciclos termodinámicos 14.15 Factores que producen un impacto en el entorno 14.16 Sistema de calefacción y refrigeración de comunidades 14.17 Bombeo solar de agua 14.18 Refrigeración solar mediante absorción de gas 14.19 Sistema de enfriamiento MEC 14.20 Refrigeración por evaporación en dos etapas 14.21 Problemas CAPÍTULO 15. CONVERSIÓN DIRECTA A ELECTRICIDAD 15.0 Introducción 15.1 Conversión directa mediante células solares 15.2 Células de silicio 15.3 Fabricación de células de silicio 15.4 Cintas de silicio EFG 15.5 Células de silicio policristalinas 15.6 Células solares de sulfuro de cadmio 15.7 Fabricación de las células de sulfuro de cadmio 15.8 Células solares de arseniuro de galio 15.9 Comportamiento térmico de las células solares 15.10 Células solares refrigeradas para sistemas concentradores 15.11 Células solares termoeléctricas 15.12 Células solares termoiónicas 15.13 Conversión directa térmica por cambio de fase 15.14 Problemas CAPÍTULO 16. RESUMEN DE LAS APLICACIONES 16.0 Introducción 16.1 Destilación de agua 16.2 Calentamiento de agua caliente 16.3 Calentamiento de piscinas 16.4 Secadero de productos agrícolas 16.5 La bioconversión 16.6 Calefacción de edificios 16.7 Refrigeración por absorción gaseosa 16.8 Refrigeración por radiación nocturna 16.9 Refrigeración evaporativa 16.10 Bombeo de agua 16.11 Generación de energía eléctrica 16.12 Energía fotovoltaica 16.13 Sistema de energía total a escala de comunidad 16.14 Calefacción y refrigeración comunitaria 16.15 Calor para procesos industriales 16.16 Límites de coste 16.17 Costo de los colectores solares 16.18 Dependencia de los costos sobre el tamaño de la unidad 16.19 Estabilidad del costo energético 16.20 Efectividad de costo de las mejoras 16.21 Problemas CONCLUSIONES APÉNDICES A. Conversión de unidades B. Valores interesantes del flujo solar C. Rendimiento máximo anual de los colectores D. Rendimiento comparativo diario de los colectores E. Flujos de radiación y convección para el cálculo de balances térmicos F. Formulario para el cálculo del balance térmico de un colector G. Conversión de grados Celsius (o centígrados) a Fahrenheit H. Flujo del cuerpo negro I. Intensidades del flujo radiativo J. Temperaturas del flujo radiativo en el horno solar K. Grafico de longitud de onda deformado L. Conductividad térmica de materiales M. Calor especifico de diversos materiales N. Capacidad de almacenamiento térmico O. Calor de fusión de diversos materiales P. Coeficiente de dilatación térmico lineal Q. Cocientes logarítmicos R. Potencias fraccionarias S. Propiedades convectivas de los gases T. Gases de conductividad baja U. Diagrama de Mollier para el vapor de agua V. Símbolos y definiciones
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ENERGIA SOLAR GENERADORES SOLARES TRANSMISION DE CALOR TERMODINAMICA