COLECTORES SOLARES

• Los Sistemas Fototérmicos convierten la Radiación solar en calor y lo transfieren a un fluido de trabajo.

• El calor se usa para calentar edificios, agua, mover turbinas para generar electricidad, secar granos, etc.

COLECTORES SOLARES

COLECTOR SOLAR ABIERTO

COLECTOR SOLAR CERRADO

COLECTOR TUBO EVACUADO

COLECTORES A BAJA TEMPERATURA

• Proveen calor útil a temperaturas menores de 65ºC mediante absorbedores metálicos o no metálicos. Aplicaciones para calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de agua de baño, procesos como pasteurización, lavado textil.

COLECTORES A TEMPERATURA MEDIA

• Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura usualmente entre los 100˚C y 300˚C. Son los concentradores estacionarios y cilindros parabólicos, la concentración es mediante espejos dirigidos a un receptor de menor tamaño.

COLECTORES A TEMPERATURA ALTA

• Operan a temperaturas mayores a los 500˚C y se usan para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica.

• Existen tres tipos:

• Colectores de plato parabólico, nueva generación de cilindro parabólico y los sistemas de torre central.

DISEÑO DE COLECTORES SOLARES

• Para diseñar debemos de realizar un análisis de la demanda de la energía a utilizar.

• Para calentamiento de agua debemos conocer la cantidad de agua a consumir, las horas de utilización, las temperaturas de agua que se necesitan.

• Para calentamiento de aire debemos conocer la cantidad de producto a secar, la cantidad de agua a extraer, la cantidad de días a realizar el secado.

• RECURSOS DISPONIBLES• Debemos tener el valor de la Radiación

Diaria Acumulada (energía), para nuestra región Arequipa utilizamos 6.24Kwh/m2-día

DISEÑO DE COLECTORES SOLARES

• Además tener los valores de la temperatura ambiente, velocidad del viento, humedad relativa; los que deben ser valores históricos.

• La determinación del área del colector, se calcula por la siguientes ecuaciones.

DISEÑO DE COLECTORES SOLARES

AREA PARA TERMA SOLAR

m*Cp*(Tf-Ti)A = --------------------- η*Ediaria

AREA PARA TERMA SOLAR

• m = masa de agua en el tanque (kg)• Cp = Calor especifico del agua (J/kg- ˚K)• Tf = Temperatura final del agua en el tanque

(˚C)• Ti = Temperatura inicial del agua en el

tanque (˚C)• Ediaria = Radiación acumulada diaria (J)• η = Eficiencia de la terma

• m*hfg

• A = ----------------

• η*Ediaria

AREA PARA SECADOR SOLAR

hfg calor latente de vaporización

CALOR UTIL Y EFICIENCIA DEL COLECTOR

TaTeUHFrq lu *

H

TaTeUFr l

*

*

CALOR UTIL Y EFICIENCIA DEL COLECTOR

• Fr= Factor de Remoción de Calor• H = Radiación Solar (W/m2)• Transmitancia absortancia ( )• Ul =Coeficiente Global de Perdidas (W/m2- ˚K)• Te = Temperatura entrada del fluido al colector

(˚C)• Ta = temperatura ambiente (˚C )

EFICIENCIA COLECTORES

COLECTOR SOLAR

• ELEMENTOS PRINCIPALES• - ABSORBEDOR

• - CAJA

• - AISLAMIENTO

• - CUBIERTA TRANSPARENTE

ABSORBEDOR

• Tiene la misión de recibir la radiación solar, transformarla en calor y transmitirla al fluido.

ABSORBEDOR

• Recubrimiento del absorbedor

• - Pinturas de color negro absorben la radiación (α=0.9), tienen emisión bastante alto, se debe preparar bien la superficie.

ABSORBEDOR

• Superficies Selectivas• Tienen coeficiente de emisión bajo y de

absorción alto.• Se obtienen por superposición de varias

capas (metal y componentes metálicos)

CUBIERTA TRANSPARENTE

• Cualidad

• Provocar el efecto invernadero y reducir pérdidas por convección.

• Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire.

• Poseer alto coeficiente de transmisión de radiación solar en la banda de 0.3 a 3μm

• Coeficiente de conductividad térmica bajo

CUBIERTA TRANSPARENTE

• MATERIALES• Vidrio: a) Buenas propiedades ópticas: • -Vidrios recocidos o templados• -Transmisión es función del espesor, tipo

de vidrio y ángulo de incidencia.• Energía que atraviesa el vidrio ζ = --------------------------------------• Energía incidente sobre el vidrio

CUBIERTA TRANSPARENTE

• Bajo porcentaje en sales de hierro cuando visto el vidrio de canto se ve blanco, si se ve verdoso hay alto contenido de hierro por lo tanto baja la transmisividad.

• b) Propiedades Mecánicas de los vidrios:

• En enfriamiento súbito, no todo el vidrio enfría rápidamente y se `producen tensiones rompiéndose el vidrio.

CUBIERTA TRANSPARENTE

• Desigual dilatación, provoca rotura por contracción-tracción.

• - Se evita lo anterior, sometiendo al vidrio a un templado después del corte. Un vidrio templado de 6mm resiste los choques de una bola de acero de 500gr tirado a 2 metros de altura, así como es 4 a 5 veces más resistentes a la flexión.

CUBIERTA TRANSPARENTE

• Resisten diferencias de temperatura del orden de 30˚C (contracciones térmicas).

• Se fragmenta en trozos de pequeñas dimensiones.

• Plásticos: • Existen de décimas de milímetros o como

placas rígidas de algunos milímetros.

• Tienen poco peso, fragilidad y dureza.

CUBIERTA TRANSPARENTE

• Mala conductividad térmica.• Radiación ultravioleta vuelve inestable

químicamente y se deteriora físicamente, lo que se traduce en reducción de la transmitancia, fisuración del plástico y la destrucción.

• Superficie exterior debe tener tratamiento antireflejante y la interior reflejante para las longitudes de onda largas.

AISLAMIENTO

• Debe resistir altas temperaturas.

• No debe descomponerse pues generan vapores que se condensan en la cubierta.

• No deben envejecerse.

• Protegerlos contra la penetración de agua que hacen perder las cualidades aislantes.

AISLAMIENTO

• Se emplea en tres lugares bien diferenciados: posterior del colector, las conexiones y la cabina o tanque.

• La elección se determina por:

• - Bajo coeficiente de conductividad

• - Precio bajo.

• - Colocación sencilla.

• - No ser corrosivo.

AISLAMIENTO

• - Ser estable y no enmohecerse.

• - Resistencia mecánica buena.

• - Peso especifico reducido.

AISLAMIENTO

• Disminuye las pérdidas térmicas del absorbedor, las conductividades térmicas más comunes: Tem. máx.

• K= 0.050 W/m-˚C Lana de vidrio 150˚C• K= 0.050 W/m-˚C Lana de roca 150˚C• K= 0.057 W/m-˚C Espuma de vidrio 150˚C• K= 0.042 W/m-˚C Poliestireno (tecnopor) 85˚C• K= 0.027 W/m-˚C Poliuretano 110˚C • K= 0.052 W/m-˚C Corcho expandido 110˚C

CAJA

• Protege y soporta a los elementos del colector así como actúa de enlace para situar y anclar el colector

CAJA

• - Es rígida, resiste presión del viento.

• - Buena resistencia de los elementos de fijación.

• - Resiste a variaciones de temperatura

• - Resiste a corrosión y a la inestabilidad química.

• Galvanizar aceros y los plásticos deben estar protegidos contra radiación ultravioleta.

CAJA

• - Evitar retención de agua, hielo, nieve en exterior de colector, evitar la geometrías que permiten ello.

• - Al desmontar el vidrio, evitar quitar los colectores adyacentes.

COLECTOR SOLAR EN TECHO

COLECTORES SOLARES EN EDIFICIOS

COLECTOR SOLAR EN TECHO

TERMA SOLAR

TERMA SOLAR

• 1.- Vidrio

• 2.- Placa Absorbedora

• 3.- Tuberias de la rejilla

• 4.- Aislante

• 5.- Caja

• 6.- Fondo

• 7.- Sujetador del vidrio

TERMA SOLAR

CALCULO DEL AREA

• AREA DEL COLECTOR SOLAR

• Tanque de 500 litros

• m = 500 Kg

• Ti = 9˚C

• Tf = 60˚C

• η = 40%

• Eacum = 7Kwh/m2-día = 25200 Kj/m2-día

• Cp = 4.186 Kj/Kg-˚K

• 500*4.186*(60-90)

• A = -------------------------

• 0.4*25200

• A = 10.59 m2

CALCULO DEL AREA

COSTOS

• Energía Utilizada

• E=m*Cp*(Tf – Ti)

• E=500*4.186*(60-9)

• E =106743 Kj/día = 29.65Kwh/día• Es el valor de energía que daría la

resistencia si se utilizaría energía eléctrica.

COSTOS

• COSTO DE ENERGIA

• De algún recibo de SEAL

• Costo = 0.486 Soles/Kwh

• GASTO DE ENERGIA ELECTRICA POR DIA

• G = 29.65Kwh/día* 0.486 soles/Kwh

• G = 14.41 Soles/día

COSTOS

• Costo Terma = 190$/m2 * 10.6m2

• Costo Terma = 2014$ = 7049 soles

• Costo/Gasto = 7049 Soles/14.41 soles/día

• Numero de días que se pagaría la terma al usar resistencias eléctricas

• 489 días = 1 año 4 meses

CALENTADOR DE AGUA

PRINCIPIO TERMOSIFON

COLECTOR SOLAR PARA AGUA

ECUACIONES DEL COLECTOR

PERDIDAS EN COLECTOR

COEFICIENTES DE PERDIDA POR LA PARTE SUPERIOR

COLECTOR TIPO REJILLA

ECUACIONES DE PERDIDAS

BALANCE DE ENERGIA EN COLECTOR

UNION ALETA-TUBO

ALETA-VOLUMEN DE CONTROL

ECUACIONES EN ALETA

• q = k* S* ( dT/dx) x ⇒• (∂q/∂x)*Δx = k* S* ( d²T/dx²)x* Δx

• qc = Uc *(a Δx)* (T-Ta ) = Uc* Δx *(T - Ta)

• αs* Is* Δx – Uc* Δx* (T-Ta) + (∂²T/∂x²)* k* S* Δx = 0

ECUACIONES EN ALETA

• ( ∂²T/∂x² ) x =(Uc/(k* S))*(T - Ta ) –αs*Is/(k* S)

• = (Uc/(k* S))*(T - Ta –(αs*Is)/Uc)

• ( ∂²Φ/∂ξ² )ξ = (Uc* a* l²/(k* S))*Φ = ( Bi) Φ

• con: Bi = Uc* l²/(k* e)

• l =( L – de)/2• • ξ = x/L

ECUACIONES EN ALETA

• Φ(ξ) = Ch {√ Bi* (1 - ξ)}/(Ch √ Bi)

• (T-Ta – (Is *αs/Uc))

• Φ(ξ)= -----------------------------

• (Tb -Ta –( Is* αs/Uc))

ENERGÍA A TRAVÉS DE LA ALETA

• q(aletas −tubo )= - 2 k* S/l*(Tb -Ta – Is* αs/Uc)) √Bi *Th √Bi

• = (L - de) {Is*αs-Uc*(Tb -Ta)}( Th√ Bi) /√Bi

η =(Th√ Bi)/√Bi es la eficiencia de esta aleta

• q(aletas −tubo )= (L-de)* {Is*αs – Uc*(Tb - Ta )} η

EFICIENCIA DE ALETA

ENERGIA A TRAVEZ DEL TUBO

• Por el Tubo

• q tubo = de {Is* αs - Uc (Tb - Ta )}

• Calor Útil• Qu = {Is*αs – Uc* (Tb-Ta )} {(L - de )*η + de }

ENERGIA AL FLUIDO

• Calor que absorbe el fluido

• Tb – Tf

• Qu = -----------------------------

• 1/hcF* (π*di*a)+ (1/Cb)

• Cb =kb*b/eb= longitud de unión

e= grosor de unión

CALOR UTIL DEL COLECTOR

• Is*αs – Uc*(Tf - Ta )• Qu = -------------------------------------------------------• 1/(de + (L-de ) η)+ (Uc/Cb)+ (Uc/hcf*π*di)

• Donde F factor eficiencia del colector• 1/L• F = --------------------------------------------------------• 1/(de + (L-de)*η) + (Uc/Cb)+( Uc/hcf*π*di

CALOR UTIL DEL COLECTOR

• 1/(L*Uc)• F = ---------------------------------------------------------• (1/(Uc {de+(L-de)*η})+(1/Cb)+(1/hcF*π*di)

• Qu = L*F*{Is*αs – Uc*(Tf - Ta)}

FACTOR DE REMOCION

• Ganancia energética útil del colector

Fr = ------------------------------------------------------------------------• Ganancia energética útil si la superficie del colector está a Tfe

• Gfluido*Cpf* (Tfs - Tfe)

• Fr = --------------------------------

• Is*αs – Uc*(Tfe - Ta )

CALOR UTIL

• GFluido*Cpf*(1-e( -Uc*F/GFluido*Cpf ))

• Fr = -----------------------------------------------

• Uc

• Qu = Acol*Fr* {Is*αs – Uc*(Tfe - Ta )}

EFICIENCIA DEL COLECTOR

• Qu• η = -------------• Acol*Is

Uc*(Tfe − Ta)• η = Fr *(αs - ---------------------)• Is

FACTOR EFICIENCIA Y EFICIENCIA DE ALETA

FACTOR EFICIENCIA Y EFICIENCIA DE ALETA

FACTOR EFICIENCIA Y EFICIENCIA DE ALETA

CURVA CARACTERISTICA DEL COLECTOR PLANO

• RENDIMIENTO INSTANTANEO• Los colectores se ensayan en banco de

pruebas bajo condiciones estables de radiación solar, velocidad de viento, temperatura del fluido a la entrada y temperatura ambiente.

• Ul*(Te – Ta)• η = Fr*(ζ*α) - ------------------• I

CURVA CARACTERISTICA DEL COLECTOR PLANO

• Suponiendo (ζ*α) y Ul constantes, la curva η vs (Te-Ta)/I

• Curvas que deben ser facilitadas por fabricante. Un colector será tanto mejor cuanto mayor sea su valor de Fr(ζ*α) y menor valor de la pendiente Ul.

• Valores experimentados:

CURVA CARACTERISTICA DEL COLECTOR PLANO

• Colector Rango T(˚C) Ul(W/m²-˚C)• Sin cubierta 10-40 15-25• Cubierta simple 10-60 7• Cubierta doble 10-80 5• Superficie selectiva 10-80 5• Tubos en vació 13-130 2

ORIENTACION E INCLINACION DE LOS COLECTORES

• Se sitúan de forma que a lo largo del periodo anual de utilización aprovechan al máximo la radiación solar disponible en el caso nuestro orientados hacia el norte geográfico.

• Se procura que la radiación solar incida más o menos perpendicularmente sobre la superficie del colector al mediodía medio de la época de utilización de la terma.

• Variaciones de +/- 10˚ con respecto a la latitud.

FLUIDO CALOPORTADOR

• Puede ser:

• - Agua natural

• - Agua con adición de anticongelante

• - Líquidos orgánicos sintéticos

• - Aceites de silicona

FLUIDO CALOPORTADOR

• AGUA NATURAL• Se usa en circuito abierto, directamente pasa

por los colectores, agua sanitaria.• Circuito cerrado, el agua circula

independientemente del consumo.• La dureza del agua consiste en la cantidad de

calcio y magnesio que tiene el agua, al calentarse precipitan formando una costra dura o sarro, lo que acelera la corrosión, restringe el flujo y reduce la transferencia térmica.

FLUIDO CALOPORTADOR

• La dureza es problemática cuando hay más de 60mg/l (250ppm) es dura a partir de los 180mg/l.

• Las aguas muy blandas también perjudican, son muy corrosivas.

FLUIDO CALOPORTADOR

• AGUA CON ADICION DE ANTICONGELANTE

• Tener en cuenta las características de la mezcla.

• a) Son tóxicos se debe evitar la mezcla con el agua de consumo, el circuito primario debe tener menor presión que las del secundario (consumo) .

• b) Aumenta la viscosidad, tener en cuenta para la perdida de carga y la potencia de la bomba.

FLUIDO CALOPORTADOR

• c) La dilatación es mayor que la del agua, se debe colocar el vaso de expansión.

• d) Se degradan a temperaturas mayores de 120˚C y generan productos corrosivos.

• e) Calor especifico inferior al agua, se tiene en cuenta en el calculo del caudal, dimensionado de tubería y la bomba.

• f) La temperatura de ebullición es mayor.

FLUIDO CALOPORTADOR

• FLUIDOS ORGANICOS• Se debe tomar en cuenta lo concerniente

a toxicidad, viscosidad y dilatación; son combustibles hay riesgo de incendio.

• Estables a alta temperatura.• ACEITES SILICONAS• No son tóxicos ni inflamables, son

estables y de buena calidad, pero son demasiado costosos.

PROTECCION CONTRA CONGELACION

• La bóveda celeste actúa como cuerpo negro, absorbiendo radiación térmica del colector, puede llegar a la congelación en valores cercanos de 0˚C.

• En regiones con condiciones duras (bajo cero), hay que utilizar métodos que no consumen mucha energía y se puede indicar:

PROTECCION CONTRA CONGELACION

• a) Paro total de Instalación en Invierno• En zonas de baja radiación solar por largos

periodos se debe detener la instalación y proceder a vaciarla al comienzo de la estación fría y sin embargo el colector vació tiene mayor riesgo de corrosión.

• b) Calentamiento de los colectores por recirculación del fluido.

• Un termómetro controla la temperatura del fluido y pone en funcionamiento la bomba, cuando la temperatura esta por el punto de congelación. El fluido pasa por el tanque.

PROTECCION CONTRA CONGELACION

• c) Calentamiento por resistencias eléctricas• La resistencia funciona a partir de que la

temperatura del agua esta en congelación. Se puede colocar en el circuito interior del fluido.

• d) Utilización de Anticongelante• Se usa una mezcla de anticongelante y agua.• Cuando hay diferencias de altura, puede

decantarse el anticongelante, tiene riesgos de corrosión y se debe tomar precauciones para evitar la fuga.

PROTECCION CONTRA CONGELACION

• e) Colectores capaces de soportar congelación

• Tienen alta elasticidad y soportan el aumento de volumen.

• Se puede introducir unas capsulas elásticas y estancas que contienen aire o nitrógeno que se comprimirán la aumentar la presión por congelación.

• Tienen resistencias eléctricas tipo banda para fundir zonas de hielo.

PROTECCION CONTRA CONGELACION

• f) Vaciado de Colectores

• Cuando la temperatura llega a los 0˚C se abre en forma automática una válvula situada en la parte baja del circuito vaciándose.

TUBERIAS

• Materiales usados son: cobre, hierro galvanizado, hierro negro y plásticos.

• -Tubería de cobre: Tiene pequeñas cantidades de fósforo residual, tiene resistencia a corrosión tanto a líquido , como al aire o humedad.

• El cobre en contacto con agua, se recubre con rapidez de una fina película de óxido que lo protege.

TUBERIAS

• La maleabilidad y ductilidad permiten la manipulación y facilidad de realizar trazados complicados, resisten pocas heladas.

• Se nombra por su diámetro exterior.• A igualdad de diámetro la pérdida de

carga es la más baja.

TUBERIAS

• Los accesorios de cobre son fáciles de soldar y resiste grandes presiones.

• La limitación de uso del cobre en energía solar es cuando se necesita de diámetros superiores a 54mm.

• - Tubería de Acero Galvanizado: No debe utilizarse en tramos del colector al tanque de almacenamiento, debido a que el zinc se deteriora al superar los 65˚C.

TUBERIAS

• -Tubería de Acero Negro: Para grandes instalaciones y caudales, no utilizada para agua caliente por oxidarse, difícil de trabajar y mayor espesor. Pintada para proteger a la corrosión, costosa mano de obra.

• -Tubería de Plástico: Igual que el cobre, hay diversidad de materiales. Se puede usar tuberías de polietileno reticulado que resiste más de 120˚C. Fáciles de trabajar en pequeños diámetros.

TUBERIAS

• Pérdida de Carga:• L*V² • ΔPc = f *( ----------)• 2*g*D

• f = 64/Re Laminar• f = 0.32/Re^0.35 Turbulento• Re = v*D/ע

TUBERIAS

• Δpo =k*V²/(2g)

• ΔPt = ΔPl + ΔPo +H

• Cálculo de Tuberías: Diámetro mínimo de tubería.

• Circulación Continua: 1.3 m/s

• Circulación intermitente : 2.5 m/s

TUBERIAS

• Se recomienda que la pérdida de carga por cada metro lineal no debe superar los 40mm columna de agua.

• Se estima como mínimo

• D = j*C^ 0.35 D en centímetros

• J = 2.2 tuberías metálicas

• 2.4 tuberías plásticas

• C=caudal en m³/h

TUBERIAS

• Potencia de la bomba (w)

• P = ץ*Q* ΔP

• Peso especifico (agua 9800 N/m³) = ץ

• Q = Caudal m³/s

• ΔP = m

ALMACENAMIENTO

• Se utiliza debido a que la captación no coincide con la utilización es decir para la demanda de noche o poca demanda.

• Almacenamiento de energía en sustancias inertes como agua, piedras, etc, (calor sensible) o como calor latente en sistemas químicos o deshidratación (sulfato de sodio).

ALMACENAMIENTO

• Deben tener: Alta capacidad calorífica, volumen reducido, rápida respuesta a la demanda, bajo costo, seguridad y larga duración.

• TANQUES DE ALMACENAMIENTO• Almacenan energía mediante agua caliente, es

barata, fácil, alta capacidad calorífica y es elemento de consumo.

• Materiales son de acero, acero inoxidable, aluminio y fibra de vidrio reforzada.

ALMACENAMIENTO

• En forma cilíndrica, la altura debe ser mayor que el diámetro por el fenómeno de estratificación.

• De la parte de arriba extraemos el agua de consumo.

• Por la parte de abajo ingresa el agua fría de reposición.

• Ingresa al tanque por parte de arriba.

ALMACENAMIENTO

• En la parte baja de la caja ingresa el agua para el calentamiento solar.

• El calentamiento directo es cuando la fuente esta dentro del tanque (resistencia).

• El calentamiento indirecto esta en el exterior (colector solar).

ALMACENAMIENTO

• Dimensionamiento: • La superficie de colectores instalados

debe ser de 70 lt/m².• La temperatura de utilización• 35˚C ---- 80lt/m²• 45˚C ---- 70lt/m²• 60˚C ---- 50lt/m²• 70˚C ---- 40lt/m²

COLECTORES DE VACIO

• Para sistemas de temperatura intermedias y en lugares fríos con diferencias elevadas entre la temperatura del colector y el ambiente.

• Su reducido Ul los hace aptos para la radiación difusa.

• El vació reduce las pérdidas, también minimiza la condensación, humedad. Etc.

• A 0.001 atm se elimina pérdidas por convección.

COLECTORES DE VACIO

• COLECTORES TUBULARES DE VACIO

• a) De flujo directo: En la placa absorbedora hay insertado un tubo coaxial de intercambios de calor por donde pasa el fluido. El fluido entra por el interior del tubo coaxial y retorna por la cavidad exterior que esta en contacto con la placa.

COLECTORES DE VACIO

• b) Con tubo de calor (heat pipe)• Es un tubo hueco cerrado por los dos

extremos sometido a vacío y con una pequeña cantidad de un fluido vaporizante en su interior (mezcla de alcohol)

• Se calienta el fluido, este se evapora absorbiendo el calor latente, el vapor se desplaza hasta llegar en la parte del tubo que tiene menor temperatura, produciéndose condensado.

COLECTORES DE VACIO

• El líquido retorna por capilaridad o debido a la gravedad.

• Se les llama superconductores.

      

                                             

En cada uno de los tubos de vidrio del colector hay un absorbedor integrado, que absorbe la radiación solar y la traspasa al tubo térmico. Al ser traspasado el calor al tubo térmico, el líquido que se encuentra en el tubo térmico se evapora. El vapor asciende por el condensador, que se encuentra en el intercambiador de calor de doble tubo. En el intercambiador de calor se traspasa el calor al medio portador de calor que circula por allí. Al ser extraído el calor, el vapor se condensa. El líquido fluye de vuelta al tubo de calor, y el proceso se repite.El principio Heat pipe se emplea en el colector de tubos de vacío Vitosol 300 de Viessmann. Ventaja: todos los tubos están unidos "secos" y pueden desmontarse en todo momento, sin tener que dejar vacío a todo el sistema.

COLECTORES DE VACIO

TERMA SOLAR

TERMA SOLAR

TERMA SOLAR

TERMA SOLAR

COLECTOR DE AGUA EN CORTE

TERMA SOLAR

TERMAS SOLARES

BATERIA TERMAS SOLARES

PISCINA SOLAR

PISCINA SOLAR

PISCINA CAYMA

PISCINA

PISCINA SOLAR

CUBIERTA DE PISCINA

PISCINAS SOLARES

• TIPO DE COLECTORES

• -No es necesario ningún tipo de intercambiador de calor.

• -Circula agua de la piscina directamente por colectores.

• -Son de caucho (polipropileno) o plástico (polietileno).

PISCINAS SOLARES

• -No tienen caja, ni material aislante, placa captadora desnuda.

• -Temperatura de trabajo no debe superar los 30°C

• -Estos colectores de plástico no se degradan a los rayos ultravioleta, pues tienen aditivos, que hace al polímero opaco a la luz ultravioleta.

PISCINAS SOLARES

• -Tienen aditivos para preservarlos contra los agentes químicos en la purificación del agua de las piscinas.

• - No son rígidas se adecuan al techo.

• -Resisten posibles heladas.

PISCINAS SOLARES

• CARACTERISTICAS

• Pequeñas piscinas 300lt/hr-m2– Perdida de carga 60cm c.a./m2– Piscinas grandes 150 lt/hr-m2

La bomba succiona agua de la piscina y la impulsa hacia los colectores.

Filtro esta después de la bomba.

PISCINAS SOLARES

• PROBLEMAS

• -Purgado insuficiente y formación de bolsas de aire.

• -Presencia de impurezas y suciedades

• -Escaso diámetro de las conducciones

• -Escaso caudal y bomba de pequeño diámetro

PISCINAS SOLARES

• SUPERFICIE COLECTORA

• -Logra que la temperatura del baño sea agradable.

• -Piscina para todo el año.

• -Temperatura del agua debe estar entre 24 a los 27°C.

• Pérdidas de energía por radiación a la atmósfera, son mayores en la noche.

PISCINAS SOLARES

• -Valores del mes mas desfavorable.

• -Perdidas por evaporación, al pasar del estado líquido a vapor el agua necesita una apreciable cantidad de energía. Esto depende de la humedad relativa, temperatura del aire y velocidad del viento.

PISCINAS SOLARES

• -Pérdidas por convección, debido el viento que circula por la superficie de la piscina.

• -Pérdidas por conducción, por el fondo y paredes laterales son despreciables.

PISCINAS SOLARES

• METODO SEMIEMPIRICO• En base a una profundidad de 2 metros,

cada empresa tiene sus formulaciones.• CON MANTA TERMICA• -Cubre la superficie de la piscina durante

la noche.• -Manta de plástico aislante a base de

polietileno, polipropileno o vinilo que resisten los rayos ultravioleta.

PISCINAS SOLARES

• -Transparentes o coloreados, tienen burbujas de aire.

• -Se puede enrollar manual, automática o semiautomática

PISCINAS SOLARES

• NOMENCLATURA

• Ta: Temperatura ambiente durante las horas de sol.

• Viento– Debil menos de 3m/s– Flojo de 3 a 5m/s– Moderado de 5 a 7m/s– Moderado fuerte 7 a 10m/s

PISCINAS SOLARES

• HUMEDAD RELATIVA– Zona muy seca 35-45%– Zona seca 45-55%– Zona media 55-65%– Zona húmeda 65-75%– Zona muy húmeda 75-100%

PISCINAS SOLARES

• PERDIDAS POR RADIACION (Mj/m2)• Ta sc/cc Ta sc/cc Ta sc/cc • 15 14.6/9.6 21 11.4/7.5 27

7.9/5.1

• 16 14.1/9.2 22 10.8/7.1 28 7.3/4.7

• 17 13.5/8.9 23 10.3/6.7 29 6.7/4.2

• 18 13.0/8.5 24 9.7/6.3 30 6.0/3.8

• 19 12.5/8.2 25 9.1/5.9 31 5.4/3.4

• 20 12.0/7.8 26 8.5/5.5 32 4.7/2.9

PISCINAS SOLARES

• PERDIDAS POR CONVECCION (Mj/m2)• Ta/Viento Predominante Nulo Flojo Moderado Moderado • Fuerte

• 15 11.3/6.2 16.3/8.9 20/11.0 25.1/13.7

16 10.5/5.7 15.2/8.2 18.7/10.1 23.3/12.6

• 17 9.7/5.2 14/7.5 17.3/9.2 21.6/11.5

• 18 8.9/4.7 12.9/6.8 15.9/8.3 19.9/10.4

• 19 8.2/4.2 11.8/6.0 14.5/7.4 18.1/9.3

• 20 7.4/3.7 10.7/5.3 13.1/6.5 16.4/8.2• sc/cc sc/cc sc/cc sc/cc

PISCINAS SOLARES

• PERDIDAS POR EVAPORACION (Mj/m2)• Grado humeda/ Viento predominante Nulo Flojo Moderado Moderado

• Fuerte

• Muy seco 7.3/4.4 9.1/5.4 15.1/9.1 21.2/12.7

• Seco 6.5/3.9 7.8/4.7 12.5/7.5 17.3/10.4

• Medio 5.6/3.4 6.5/3.9 9.9/6.0 13.4/8.0

• Húmedo 4.8/2.9 5.2/3.1 7.3/4.4 9.8/5.7

• Muy húmedo 3.8/2.3 3.9/2.3 4.8/2.9 5.6/3.4

• sc/cc sc/cc sc/cc sc/cc

PISCINAS SOLARES

• Para el cálculo, se suma las tres pérdidas

• Se calcula la radiación solar que recibe la piscina E.

• Por reflexión 0.85*E

• Con sombras 0.75*E

• Energía que deben suministrar los colectores

• Ec = Pt – 0.85*E

PISCINAS SOLARES

• PISCINAS CUBIERTAS• Valores no dependen de las condiciones

exteriores• Tseca>Tagua• Hr : 55 a 70%• Ta seco de 28°C• Hr : 65%• No hay aportación solar

PISCINAS SOLARES

• PISCINAS CUBIERTAS• Valores no dependen de las condiciones

exteriores• Tseca>Tagua• Hr : 55 a 70%• Ta seco de 28°C• Hr : 65%• No hay aportación solar

PISCINAS SOLARES

• EJEMPLO• Piscina de 7*15*2, viento flojo, Ta=24°C, ή=75%• Sin utilizar manta térmica• Perdidas por radiación: 9.7 Mj/m2

• Pérdidas por convección: 6.2 Mj/m2

• Pérdidas por evaporación: 5.2 Mj/m2

• Total Pérdidas: H = 21.1 Mj/m2

PISCINAS SOLARES

• Aporte del sol: 0.85*H = 0.85*H

• = 0.85*16.7

• =14.2Mj/m2

• Déficit Energético DE = 21.1 – 14.2

• DE = 6.96 Mj/m2

• Tablas de inclinación del colector con latitud f = 1.2– Factor de corrección

PISCINAS SOLARES

• ή*f*H = 0.75*1.2*16.7*4.94 = 14.1 Mj/m2

• Ec = 6.9*(7*15)*1.2*16.7*0.94 = 724.5 Mj

• Area = 51.4m2

SECADO SOLAR

• Secar es esencialmente sacar el líquido, por lo general extraer el agua.

• Finalidad del proceso es conservación de productos, procesos industriales, higiene, etc es decir se aprovecha la actividad de las moléculas de agua contenidas en los objetos o productos a secar.

• Se basa en el cambio de fase o estado.

SECADO SOLAR

• Se debe lograr tres fenómenos:

• A) Aumentar la actividad en las moléculas de agua contenidas en el cuerpo a secar.

• B) Lograr que el elemento extractor de humedad-en este caso el aire- tenga la máxima capacidad posible para aceptar moléculas de agua.

SECADO SOLAR

• C) Necesario que el elemento extractor-aire- tenga la capacidad de circular sobre o entre el material a secar, para que pueda transportar las moléculas de agua que captura.

• Para una misma cantidad de material, mientras mas superficie expuesta se logre al calor y el aire, mas rápida y eficiente la extracción de agua.

TIPOS DE SECADORES SOLARES

• SECADORES DIRECTOS: Producto recibe directamente la radiación solar.

• SECADORES INDIRECTOS: Producto esta en cámara no expuesta al sol.

• SECADORES PASIVOS: La corriente convectiva de aire se logra de un modo directo del medio ambiente

TIPOS DE SECADORES SOLARES

• SECADORES ACTIVOS: Aire caliente impulsado por otro tipo de energía o fuente (ventiladores, etc)

• SECADORES MIXTOS: Se requiere de otro aporte de energía para calentar el aire (electricidad, leña, petróleo, etc)

ColectoreldesdePedridasColectorelenUtilCalorAbsorbidoCalor ________

cr

c

hh

hh

´

111

TaTUHFdxBp

lí

dTCm **´*

*

**.

h

UF

l

1

1´

Donde F Factor de eficiencia de placa

BALANCE TÉRMICO EN COLECTOR DE

CALENTAMIENTO DE AIRE

p

LUBFe

U

HTaTe

U

HTaTs

Cm

l

ll *´

**´**

**

Ts Temperatura de salida del aire en el colector (C)Ta Temperatura ambiente (C)H Radiación solar incidente (C)Transmitancia del vidrioAbsortancia de la placaTe Temperatura del aire a la entrada del colector (C)Ul Coeficiente Global de perdidas Térmicas (W/m2*K

B Ancho del colector (m)L Longitud del colector (m)m Flujo de masa de aire (Kg/s)Cp Calor Especifico del aire (J/Kg*K)

TEMPERATURA DE SALIDA DEL AIRE EN COLECTOR

TaTeUHFrq lu *

LBC

LBC

UFe

F

m

m

p

p

l

**

**

´*1

´

´´´

Fr=F´*F´´

F´´ Factor de Eficiencia de Flujo

CALOR ÚTIL EN COLECTOR

H

TaTeUFr l

*

*

EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLAR

SECADOR SOLAR DIRECTO

SECADOR SOLAR DIRECTO

SECADOR SOLAR DIRECTO

SECADOR SOLAR DIRECTO

SECADOR SOLAR DIRECTO

SECADO SOLAR DIRECTO

SECADO SOLAR DIRECTO

SECADO SOLAR DIRECTO

SECADO SOLAR DIRECTO

SECADOR SOLAR TIPO INVERNADERO

SECADOR SOLAR DIRECTO CON CONVECCIÓN

NATURAL

SECADO SOLAR INDIRECTO

SECADOR SOLAR INDIRECTO

SECADOR SOLAR INDIRECTO

SECADOR SOLAR INDIRECTO

Secador solar indirecto

Secado solar indirecto

Secador solar indirecto Tipo Cabina

Secado solar indirecto Tipo Silo

Secador solar indirecto por convección natural

Secador solar mixto

SECADOR SOLAR HIBRIDO

Cabina secador solar

Bandejas

Bandeja

Chimenea o tiro

Secador solar Tipo Estante

Secador solar Tipo Troje

Secador de cebolla

Secador solar de madera

Secador solar de madera

Secador solar de madera

Secador para madera

Tabla Valores calor latente de vaporización,en función del contenido de humedad.Contenido de Calor Latente hfgHumedad inicial % Kcal/kg de agua15 – 35 70035 - 60 65060 - 80 63080 –90 580

Secador solar de cafe

hs =(2501.5 -2.373*T)* (1+ 4.7053e(- 28.24*Xe))

• Contenido• humedad• (bs)

• Calor latente de vaporización kJ/ kg)

• (%) 10 °C 30°C 55°C• 10 5202.6 5104.1 4978.3• 20 4912.8 4819.8 4701.0• 30 4450.3 4366.0 4258.4• 40 3883.8 3810.3 3716.4• 50 2911.9 2856.7 2786.3• Agua Libre 2477.7 2430.5 2370.7• Valores experimentales de calor latente de vaporización• para café

Secador solar para papa

Secador solar para papa

Secador solar para papa

HORNO SOLAR

HORNO SOLAR

HORNO SOLAR

RELOJ SOLAR

CONCENTRADOR SOLAR

CONCENTRADOR SOLAR

CONCENTRADOR CILINDRO PARABOLICO

CONCENTRADORES

CONCENTRADOR SOLAR

TORRE SOLAR

CENTRAL SOLAR

TORRE SOLAR

CAPA DE OZONO

INDICES UV

RADIACION ULTRAVIOLETA UV-B

• PROMEDIO DE RADIACION PARA EL MES MAYO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P ROME DIO

DE L ME S

UV-B

RUV-B diaria (en mW/m2)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

6:00

7:12

8:24

9:36

10

:48

12

:00

13

:12

14

:24

15

:36

16

:48

18

:00

30/04/02

21/10/01

““¡No panic!”¡No panic!”La anomalía

Sudamericana de la Capa

de Ozono

NORMATIVA PERUANA

• NTP 399.400-2001: COLECTORES SOLARES: Método de Ensayo para Determinar la Eficiencia de los Colectores Solares

• - Se requiere construir el banco de pruebas para determinar la Constante de tiempo del colector (CTC), Eficiencia térmica instantánea y el Modificador del ángulo incidente del colector K

•

NORMATIVA PERUANA

• NTP 399.404-2006: SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR: Fundamentos para su Dimensionamiento Eficiente

• Establece los principios generales para diseñar un sistema de calentamiento solar de aguas sanitarias con colectores de placa plana sin almacenamiento de energía en su interior y depósito de almacenamiento de energía exterior.

• Valores de 50-100 lt/m2, 30-60 lt/per a 50C y el caudal de 0.02 lt/seg-m2

NORMATIVA PERUANA

• NTP 399.482-2007: SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR: Procedimiento para su Instalación Eficiente

• Establece los procedimientos y técnicas precisas para instalar un Sistema de Calentamiento de Agua con Energía Solar, considerando las condiciones y características generales del espacio físico de destino.

NORMATIVA PERUANA

• NTP 399.405-2007: SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR: Definición y pronostico anual de su rendimiento mediante ensayos en exterior

• Establece los procedimientos de ensayo que permiten definir el rendimiento de los sistemas de calentamiento de agua con Energía Solar (SCAES) bajo exposición directa a la radiación solar (ensayos en exterior) sin refuerzo auxiliar de calentamiento para pronosticar el rendimiento anual del sistema para un periodo de 12 horas de calentamiento diario.

NORMATIVA PERUANA

• Para esto se requiere de un banco de pruebas y su respectiva instrumentación

• Aplicable a sistemas solares domésticos de calentamiento de agua potable.

• Se adopta la aproximación a caja negra, por lo tanto es apropiado para ensayar todos los sistemas, incluyendo circulación forzada, sistemas colector-acumulador, etc; hasta una capacidad de almacenamiento de 0.6 m3

NORMATIVA PERUANA

• NTP 399.484-2008: SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR: Límites y etiquetado

• Establece los procedimientos exigidos a fabricantes y comercializadores de SCAES en el Perú, para el cumplimiento de adherir una etiqueta de rendimiento energético a su producto, en un lugar expuesto y de fácil visibilidad para el usuario.

• Define, detalla y precisa la información que debe contener la etiqueta referida en el párrafo anterior y los procedimientos y consideraciones para generarla, destacando aquella referida, a los límites de rendimiento térmico anual del SCAES

BANCO DE PRUEBAS

FIGURA 1: Representación esquemática del aparato de ensayo para caracterizar el rendimiento diario del sistema.

ENSAYOS

ENSAYOS

ENSAYOS

ETIQUETADO

LEGISLACION PERUANA

• LEY N 28546 (16-06-2005)

• -Ley de Promoción y utilización de recursos energéticos no convencionales en zonas rurales y de fronteras del país

• PROYECTO DE LEY 1588/2007-CR (07-09-2007)

• Ley de Fomento de Uso de las Energías Renovables

LEGISLACION PERUANA

• PROYECTO DE LEY 1799/2007-CR (25-10-2007)

• Ley de Promoción de Generación de Electricidad mediante recursos energéticos renovables

• PROYECTO DE LEY 1887/2007-CR (21-11-2007)

• Ley de promoción de Energías Renovables no Convencionales

LEGISLACION PERUANA

• Art 2.- Es de aplicación a los sistemas y proyectos con Energías Renovables No Convencionales para generación eléctrica, aislada y conectada a la red , usos térmicos, mecánicos y otros que estén operando o entren en operación a partir de la entrada en vigencia de la presente ley

• Art 3 MEM es autoridad competente de promover los proyectos de ERNC

LEGISLACION PERUANA

• Art 6.- El CONCYTEC, MEM y gobiernos locales implementaran los proyectos de investigación con la participación de universidades, instituciones técnicas y organizaciones de desarrollo.

• Art 7.-Elaboración del Plan Nacional de Energías Renovables No Convencionales

• Los artículos 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16 señalan sobre incentivos, exoneraciones a los generadores de energía con ERNC