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GENERACINYDISTRIBUCIN DEENERGATRMICACONVENCIONAL
GRUPOSA/CJORGEC.MORNGRUPOSB??
DESPACHO218 [email protected]
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TRABAJOGRUPO moran@uvi o.es 8PERSONAS+TEMA+CONTEXTO+HORARIO
TARDE)1. CENTRALTERMICADECARBON
2. CENTRALDECOMBUSTIBLEGAS
3. CENTRALDECOGENERACIN4. CENTRALDECICLOCOMBINADO
5. CENTRALDECOCOMBUSTIONDEBIOMASA
6. CENTRALTERMOSOLAR
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.
Solar
Biomasa
RSU
3
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Inters Documentacin
e
http://www.censolar.es/ ttp: www. ses.org
Libros Energasolar,edificacinyclima:elementosparaunaarquitectura
solarGuillermoYezParareda[Madrid]:MinisteriodeObras
PblicasyUrbanismo,D.L.1982
SolarengineeringofthermalprocessesDuffieJ.andW.Beckman
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,
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HistoriaI Grecia arquitectura solar
Porches y aleros
Orientacin
Olinto, Priene en Asia Menor y Delos
Leyenda Arqumedes batalla de Siracusa
RomaCerramientos - Vidrio y/o mica - habitacin heliocaminus
(I d J.C.)
Invernaderos + baos y edificios pblicosVitrubio (I a J.C.) adaptacin a mltiples climas diferentes
Derecho romano los derechos de Sol Derecho - cdigo
5
. .
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Decadencia Edad Media
Siglo XVI - horticultura conservacin de flores tropcales e
importadas en Europa - Muros frutales (perpendiculares y
inclinados latitud)
Siglo XVIII era del invernadero
Bastidores acristalados gracias al vidrio laminado desarrollado enFrancia
aislante
James Anderson almacenamiento de aire caliente
Siglo XIX grandes invernaderos o estufas - incluso con
sistemas de calefaccin
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Horace de Saussure (1767)
primero determinar eficacia captadores de vidrio. Cincocajas de vidrio embutidas una dentro de la otra sobre
tabla negra y midi temperatura interior
John Herschel (1830)caja caliente con reflector (cristal superior) hasta 125 C
Caja caliente de Langley
demostr interior caja suba temperatura aunque exteriortemperatura descenda
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MquinasSolares 1870 John Ericsson - Mquinas Solar de Vapor
sobre base de motor Solar de Mouchot 1866
espejo + concentrador + caladera y mquina de vapor.
Tubos metlicos sobre foco de reflectores de seccin
1872 con aire en vez de vapor
Problema coste de los es e os lateados necesidad de sol
casi constante Mejoro reflector sustituyndolo por el vidrio y la
Aubrey Eneas - 1 compaa motores solares comerciales Solar
Motor Company of Boston (1903) - Granja de AvestrucesMotor de 15 Caballos
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Ener aSolar:Activa asiva
Energa Solar Trmica
Pasiva Activa
Colector fijo
Sin concentracin
Seguimiento 1 eje Seguimiento 2 ejes
Con concentracin
9Solar Trmica
Baja Temperatura
Solar Trmica
Media Temperatura
Solar Trmica
Alta Temperatura
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PrincipalesAplicaciones
EnergaSolarTrmicadebajatemperatura
Calor (bajas temperaturas) frente a la electricidad (altas
Sistemas pasivos --> Arquitectura tradicional /bioclimatica
Colectores Solares de agua caliente
autonoma amortizan en 5-10 aos
Hoteles Hospitales
Residenciasparticulares
10
.
Circuito abierto / cerrado
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e onse o c e omen o e as uen es e energ a
renovables entre sus objetivos energticos.
energa siendo la aportacin de renovables de solo un 5,44%
sealan tres objetivos clave de la poltica energtica: mejoradelacompetitividad
seguridaddelsuministro
proteccindelmedioambiente.
contribucin de las mismas para el ao 2010.
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TIPO DE ENERGAMercado
UE en 1995Mercado previsto
UE en 2010Elica 2 5 GW92 GW 40 GW
Hidroelctrica 92 GW 105 GW
Grandes Centrales 82,5 GW 91 GW
Pe ueas Centrales 9,5 GW 14 GW
Fotovoltaica 0,03 GWp 3 GMpBiomasa 44,8 Mtep 135 Mtep
Geotrmica
Electricidad 0,5 GW 1 GW
Calor 1,3 GWth 5 GWth
Colectores solares trmicos 6,5 millones m2 100 millones m2Solar Pasiva 35 Mtep
Otras 1 GW
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so o un e a energ a pro uc a era renova e biomasa(52%en1997)
energahidrulica(44%en1997).
Sistemasgrandesparacalentamientodeaguaenhotelesyenlaindustriaentreotros,ascomoensistemasdomsticosmspequeos(2m2 de
.
VarioscientosdemilesdemetroscuadradosyahansidoinstaladososeencuentranenprocesodeinstalacinespecialmenteenzonasdeAndaluca,lasIslasyelreaalolargodelacostadelMediterrneo.
Estsiendopromovidoanivellocal.Cercadequincemunicipalidades
cuentan con normas de romocin similares.
Estoseaplicaprincipalmenteaedificiosnuevos.
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Es aa 1998(milestep)
Hidrulica Hidrulica Solar Solar(>10 MW) (
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hancontribuidosuplementariamenteaunrpido
aumento Expansindelmercadoeuropeo,enpasescomoAlemaniaque
incideasuvezenlaofertaydemandatambinenEspaa
Precios e petr eoconunaa tavaria i i a
Promocindelaenergasolaranivellocalatravsdea untamientostantocon olticasdefomentocomodeconsumidoresdirectosdeinstalaciones
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Es aatendenciasII
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Es aatendenciasIIISuperficieinstaladadecolectoressolaresyprevisiones (milesdem2).
Plan de Fomento de las EE.RR 2000Plan de Fomento de las EE.RR 2000--20102010
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EspaatendenciasIV
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EspaatendenciasV
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E t d i VI
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EspaatendenciasVI
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EspaatendenciasVII
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LA ENERGA SOLAR
FOTOVOLTAICA
previsiones(MWp)
143,7125
150
Plan de Fomento de las EE.RRPlan de Fomento de las EE.RR
75
100
50
15,612,13,0
8,7 9,4
0
1990 1998 1999 2000 2001 2010
28
Datos 2001 provisionales.
Fuente: IDAE
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Ener aSolarenGaliciaI Baja implantacin
gunos e emp os:
Instalacin Fotovoltaica en la Islas Cies
Fotovoltaica en Faros del Litoral
Fotovoltaica para Radiofrecuencia
Instalacin Trmicas en el mbito privado y hotelero
Objetivos para Galicia
1998 2010
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Trmica (m2) 1.250 40.000
Fotovoltaica (kW) 53 5.000
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Ener aSolarenGaliciaIIEnerga Solar
1998 2010
Trmica (m2)1.250 40.000.
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Recursos:radiacin
Recursosdeenergasolares Factoresastronmicos
Factoresclimticos
Mtodosdemedidadelaradiacinsolar
Absorcinydispersindelaradiacinsolarenlaatmsfera
Radiacinsolardirecta,difusayglobal
Clculodelaradiacinsolardis onible
Clculodelaradiacinsolarensuperficiesinclinadas
Formasdeaprovechamientodelaenergasolar
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Estrellas: reacciones de fusin nuclear. eunen osn c eos e omos geros, r genoy e o,para ormar
tomosmspesadosyenelprocesoseliberangrandescantidadesde
energa Einstein:masa energa.Patrn
Caractersticasemiteunpatrnderadiacinelectromagnticaquepuedeidentificarseeneles ectroelectroma ntico
Eltipodependerdelascaractersticasfsicasqueposeanlosfotones. LaenergacontenidaenlosrayosdelSolsecalculaapartirdelafrmulade
,
E=hv Eeslaenergadelosfotones,
heslaconstantedePlanck,(6.625x1034 Js)
veslafrecuenciaalaqueoscilanlosfotones
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Se desprende que hay fotones que
poseengrancantidaddeenerga(comolosrayosgamma)yotrosquesonmenosenergticos(losrayosinfrarrojos,porejemplo).
stosetra uceenque ay otonesquen s qu era
puedenatravesarlaatmsferaterrestre,mientrasque
nicamenteconloshuesos:estosltimosconstituyen
losrayosX,queseutilizanparatomarradiografas.
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corriente
Distancia149.450.000km
30
NcleoT=15x106C
= .
73.46%H+24.85%He +.
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Ley Stephan-Boltzmann
E (W/ m2)= T 4
= .
T temperatura cuerpo (K).
Ley Wien
max = C/T
C constante = 2897
temperatura cuerpo .
rayos infrarrojo (>0,78) = 46%
luz visible = 47% ultravioleta (
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o rra a energ a en o as asdirecciones del espacio, con potencia
del orden de 4 x 1023
kW Consumo 2003
(31% Electricidad) 1,52 x 1010 kW
A medida que la radiacin se aleja delSol, la energa se reparte en una
superficie esfrica.
Constante Solar: En el mbito de laatmsfera terrestre se recibe una
potencia solar media de
1353 W / m2
En realidad este valor no es constante,puesto que la posicin de la Tierra conrespecto al Sol no es constante.
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37
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Influencia osicindelatierraI
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Influencia osicindelatierraII Plano de la eclptica
Situacin respecto del
Sol del punto de
captacin de radiacin.
da del ao
hora
39 latitud del lugar.
fl d l
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InfluenciaposicindelatierraIII
oor ena as or zonta es
altura solar hy azimut
solar A.
El acimut A : ngulo que
forma el plano vertical que
meridiano.
La altura solar h mide el
z
ngulo con el plano
horizontal.
h
Sur
Este
La latitud geogrfica
determina en cada instante,
tanto la altura del Sol como la
40A
Norte
Oeste
el azimut.
Influencia posicin de la tierra IV
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InfluenciaposicindelatierraIV
es la latitud local
L es La longitud del lugar
es la declinacin, ngulo formado por la direccin del sol al medioda y el plano del
, -
es el ngulo de la superficie con el plano horizontal del lugar
Cooper =23,45sen[360*(284+n)/365]
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es el ngulo de incidencia, entre la direccin de la radiacin incidente sobre una superficie
y la direccin normal a sta
Influencia posicin de la tierra V
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InfluenciaposicindelatierraV
Benford y Book
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La intensidad dereflejadareflejada radiacin en la superficie
terrestre no es la misma
ue en las ca as altas deabsorbida
directadifusa
absorbida
directadifusa
la atmsfera, puesto que
sta acta como filtro de
reflejadareflejada
.
No se miden radiacionesen la superficie terrestre
superiores a los 1000
W/m2.
a a m s era provoca un amen a men e os en menos e a enuac n, que son a spers ny la absorcin.
radiacin difusa y radiacin directa, siendo la suma de ambas igual a la radiacin total, o
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tambin denominada radiacin global, que es la que interesa a efectos de balance energtico
sobre una superficie.
Radiacin solar en la superficie terrestre II
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RadiacinsolarenlasuperficieterrestreII
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d l l f
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RadiacinsolarenlasuperficieterrestreIII
Masaaire(AM)condicionesnormalizadas
aniveldelmarconcieloclaro
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f (longitud de onda) atenuacin provocada por el vapor de agua, elozono, el oxigeno y el dixido de carbono,
La suma de la irradiancia a lo largo del todo espectro determina lairradiancia total.
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R di i l l fi i t t V
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RadiacinsolarenlasuperficieterrestreV
La radiacin difusa permite que un cuerpo reciba luz en aquellas partes noexpuestas a los rayos del Sol; incluso en das muy nublados un cuerpo siemprerecibe una determinada cantidad de radiacin.
De forma aproximada la radiacin difusa representa un tercio de la radiacin
total ue se recibe en un ao.
Espectro solar con masa de aire 1,5
1800
1400
1600
800
1000
W/m
2
200
400
600
Irradiancia espectral
rra anc a acumu a a
47
00,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
Longitud de onda (m)
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eren es aspec os a carac er zar e a ra ac n so ar.
radiacin directa a la radiacin solar incidente procedente del disco solar sin
nin n cambio de direccin.
radiacin difusapor otra parte, es aquella que procede de todas las direcciones,
excepcin hecha del disco solar, despus de su difusin en la atmsfera y
.
radiacin global la suma de radiaciones solares directa y difusa que llegan a unasuperficie.
irradiancia al flujo de radiacin solar que incide sobre la unidad de superficie por
unidad de tiempo; se trata de una densidad de potencia expresada normalmente
en W/m2
. Su inte ral tem oral se denomina irradiacin o insolacin de ex osiciny hace referencia consecuentemente al valor energtico (kWh generalmente).
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Distribucin de energa anual kWh/m2
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DistribucindeenergaanualkWh/m
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Sombras debidas a objetos
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Sombrasdebidasaobjetos
enlatrayectoriadelSolI LaposicinangulardeobstculosentrelasuperficiecaptadorayelSol,varacon
latrayectoriadelSolalolargodeldaydelao.
se recurren a los
denominados
diagramas de
posicin del Sol ocartas solaressobre
los que se dibujan
las posiciones
objetos.
51
Sombras debidas a objetos en la trayectoria del
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Sombrasdebidasaobjetosenlatrayectoriadel
SolII
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Sombrasdebidasaobjetosenla
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jrayec or a e o
MedianteBrjula,paradeterminarla
azimutdecadapuntosimularlasiluetadelentornoClinmetro aradeterminarlainclinacindelavisual,oalturarealsobre
el
horizonte
de
cada
unto
singular.
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Medida de la radiacin solar I
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MedidadelaradiacinsolarI
Pirhelimetros
Abbot en 1905.
Este a arato mide la radiacinque es capaz de penetrar en el
dimetro del tubo orientado al
En todo caso de la radiacinproveniente de un pequeo
sco a re e or e o
incluyendo una cierta fraccin
de cielo.
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Medida de la radiacin solar II
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MedidadelaradiacinsolarII
Piranmetros radiacin recibida de un hemisferio de
cielo, gran porcin de cielo
generalmente en un plano horizontal.
or an o se u zan para me r
radiacin global (directa mas difusa).
Si a stos se les aade un disco de
,directa) sirven tambin para medir
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ra ac n usa.
Medida de la radiacin solar III
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MedidadelaradiacinsolarIVHeligrafos
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Duraci nso ar
iaria
Solarmetros - Mas habitual - Se utilizan instrumentos con
lentes cuyo principio es que detectan la radiacin siempreque sta supera un cierto umbral
Suficiente como para causar a su paso a travs de la lenteuna huella sobre un papel convenientemente situado, porefecto lupa.
Mas modernamente se utilizan dos clulas fotovoltaicascalibradas, una protegida de la radiacin directa y otra no,de forma que la medida de la discordancia entre ambasclulas determina la duracin de su exposicin a unainsolacin despejada.
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ma:antige a a pa a ra c ma va asocia o a aincidencia de la radiacin solar, de hecho, dicha
. Laradiacinsolar
Latem eratura
Lahumedad
Elviento
rec p ac ones
Radiacindeondalarga
Lapresinatmosfrica
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DatosclimatolgicosII
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g
Uno de los datos mas relevantes
s comp ca os e o ener para a rea zac n e unainstalacin de aprovechamiento de la energa solar es la de la
radiacin, en sus distintas vertientes, global, directa, difusa y/ohoras de sol
Localizacin exacta donde se desea llevar a cabo dicha
provincial, consistentes en series temporales de medida ms omenos largas.
o s empre se rea zan a par r e me as rea es, por ocostoso que resulta su adquisicin, y en el mejor de los casosestas medidas no son siempre tomadas en puntos geogrficos
representat vos e a zona en cuest n.
Sin embargo, generalmente son la nica informacindis onible ara el diseo de la instalacin.
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destacando
Sur las IslasCanarias.
Mapas Solares energa
incidente porm2 en unasuperficiehorizontal, enun da medioen cada
provincia
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DatosclimatolgicosVIII
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Radiacinsobreunasuperficieinclinada
Para los clculos es habitual utilizar los valores de radiacin sobre
superficies inclinadas publicados por el Ministerio de Industria y Energa.
Estos datos son elaborados a artir de medidas de radiacin realizadas or
el Servicio Meteorolgico Nacional en las distintas provincias y utilizando
las denominadas correlaciones de Liu y Jordan para el paso de radiacin
horizontal a inclinada.
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DatosclimatolgicosIX
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HoraSolar
HsolarHofical=4(LstLlocal)+ET
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E em lo1
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Calcularelngulodeincidenciaquepresentauncolectorelda13defebreroalas14y16minutosenSantaCruzdeTeneri equeest inc inado35yconunaorientacin15alEste
Ha uedeterminar:
Cooper =23,45sen[360*(284+n)/365]
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Da13febreroeselda13+31=44delaon=44 =23,45sen[360*(284+44)/365]=13,95
`
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minutos+4/4minutos=5minutos
Hsolar=Hofical+4(LstLlocal)+ET Horario de invierno ha ue restar 1 hora ue se ha sumado
Hsolar=14:16+0:051:000:14=13:25
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Hsolar=14:161:00+0:050:14=13:25ngulohorario = 21 25
declinacin latitud inclinacin 35 orientaci n 15
cos
=0,861
=30,55
ngulo
con
el
que
incide
la
radiacin
70
Ejemplo2
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Calcular
las
perdidas
por
sombras
de
un
conjunto
de
obstculos
marcadosenlafotografayunaleroenuntejadoorientado58aleste unainclinacinde34
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Ejemplo3
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Calcular
la
radiacin
media
diaria
mensual
en
un
colector
orientado
haciaelSuryunainclinacinde25situadoenlaprovinciadePontevedra
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
5.5 8.2 13 15.7 17.5 20.4 22 18.9 15.1 11.3 6.8 5.5
76
. . . . . . . . . .
1.33 1.26 1.18 1.1 1.04 1.02 1.04 1.11 1.22 1.34 1.42 1.4
7315 10332 15340 17270 18200 20808 22880 20979 18422 15142 9656 7700
DatosclimatolgicosXX
alculo
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alculo Medidasmetereolgicas.
,conlamismayqueenausenciadedatossobreradiacinsepuedenusarparasudeterminacin.Losdatossobreradiacinconstituyenlamejorfuentedeinformacin;sinembargo,afaltadestossepuedenutilizaralgunasrelacionesempricasquepermiten
,horasdeSolodenubosidad
Entrestosdestacanlosdatossobrehorasderadiacinsolarquesepuedenconseguirenlamayoradelasestacionesmeteorolgicas.Existentablasenlasquesepuedeo servare prome o e oras era ac nso ar ec o urante eza osena gunascapitalesespaolas
Datossobrenubosidadquesontambinfcilmentedisponibles.
,datosdeotraslocalidadesdesimilarlatitud,topografayclima.
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DatosclimatolgicosXXI
alculo
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alculo
RadiacindiariayanualLaintensidadderadiacintotaldiariasecalculaporlafrmuladeGloveryMcColloch
I=I0(0,29cos +0,51n/N)
es acons an eso arN:ndehorasposiblesdesolpordan:ndehorasrealesdesolporda:Latitud
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UnamodificacindeOmettofue:I=I0(0,26cos +0,51)
DatosclimatolgicosX
stimaciones
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Indicesdeclaridadyfraccindedifusa(LiuyJordan)
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DatosclimatolgicosXI
stimaciones
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Calculodedehorariaapartirdediaria
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DatosclimatolgicosXII
stimaciones
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Calculodedirecta,difusayreflejada
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DatosclimatolgicosXIII
stimaciones
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Sobresuperficiesinclinadas
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CONCLUSIONCONCLUSIONComo roceder?Como roceder?
5/21/2018 Tema 3 Solar
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a ac n oca es pr c camen e mpos e e me r ex pro eso Existen variedad de distintas MEDIDAS DE ALGUNOS VARIABLES Existen variedad de FORMULAS para la estimacin a partir de datos
medidos Existen variedad de TABLAS, PROGRAMAS, FUENTES
. Pero la cuestin es AFECTA los datos elegidos en nuestro CASO
CONCRETO y si lo HACE que hacer
SOLUCIN
1.- Indagar origen de los datos2.- Cerciorarse si la normativa nos permite elegir la fuente
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