O fluxo de energia solar incidente é
e a temperatura da superfície do coletor é
.
20.14 Um coletor de energia solar, medindo
, é instalado no telhado em uma posição horizontal. Que fração de energia solar incidente é perdida por convecção para o ar ambiente parado que está a uma temperatura de
? Que efeito sobre as perdas convectivas resultaria se a superfície do coletor fosse corrugada, com ondulações espaçadas de 1 ft ?
20.14 Um coletor de energia solar, medindo
Passo 1
O coletor é um placa horizontal de face voltada para cima, com superfície a
F e ar ambiente parado a
F. A irradiância é
Btu/
. Vamos estimar a fração de energia perdida por convecção natural livre usando a correlação para placas horizontais aquecidas voltadas para cima:
onde
e depois
Passo 2
Calcular as propriedades no filme de ar entre
e
:
– Temperatura de filme ≃ F.
– Propriedades do ar a F:
Btu/
t
F,
f
/s,
f
/s,
.
– Temperatura de filme ≃
– Propriedades do ar a
.
Comprimento característico
ft e
°F.
Logo
Passo 3
A perda por convecção por unidade de área é
logo a fração perdida é
Passo 4
Se a superfície for corrugada com ondulações espaçadas de
ft, cada “célula” de convecção natural terá
ft. Repetindo os cálculos para
ft:
Resposta
A fração de energia solar perdida por convecção natural no coletor plano é cerca de 23.5 %.
Se a superfície for corrugada com espaçamento de 1 ft, a perda por convecção sobe para cerca de 49.5 %.
Se a superfície for corrugada com espaçamento de 1 ft, a perda por convecção sobe para cerca de 49.5 %.