Análisis de Generación y Aprovechamiento Pasivo de Energía Solar en viviendas rurales

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIÓN DEPARTAMENTO DE INDENERÍA DE OBRAS CIVILES

“Análisis de Generación y Aprovechamiento Pasivo de Energía Solar en Viviendas

Rurales”

TRABAJO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUÍA: Ing. JUAN PABLO CÁRDENAS RAMIREZ

HECTOR ALEJANDRO MARQUEZ BASCUR 2012

AGRADECIMIENTOS

A Traperos de Emaús Temuco por su confianza en este proyecto…

www.traperosemaus.cl

“Vivimos en un mundo limitado que vamos consumiendo poco a

poco, como gusanos una manzana, y que necesitamos atender y

cuidar para que futuras generaciones puedan seguir disfrutando de

él. El buen uso de la tecnología nos puede ayudar a que más gente,

durante más tiempo disfrute del planeta en que vivimos,

aprovechando la energía del Sol, la gran caldera de las casas

pasivas los elementos pasivos”

(Javier Crespo Ruiz de Gauna)

INDICE DE CONTENIDOS

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1

1.1. Descripción del Problema 1 1.2. Objetivos 1

1.2.1. Objetivo General 1 1.2.2. Objetivos Específicos 2

CAPÍTULO 2. CONTEXTO. 4 2.1. Enfoque del proyecto… ¿Por qué rural? 4 2.2. Aprovechamiento pasivo de energía. 6 2.3. El Sol: La gran caldera de los elementos pasivos. 7 2.4. Irradiación en La Araucanía. 8 2.5. Energía Solar: ¿Cómo se mide la energía solar? 14

CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA. 17 3.1. Técnicas y artefactos. 17 3.2. Trampa de Calor. 17 3.3. Concentrador Solar. 20 3.4. Colector Solar Plano. 25 3.5. Costos de construcción y métodos de financiamiento. 27

CAPÍTULO 4. RESULTADOS. 30 4.1. El Reciclaje… 30 4.2. Financiamiento. 33 4.3. Costos finales. 34 4.4. Mediciones preliminares. 35

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES. 40

BIBLIOGRAFÍA 46 ANEXO A. Colector Solar Plano. 48

A.1. Materiales Utilizados 49 A.2. Herramientas Utilizadas 52 A.3. Procedimiento Constructivo 54

ANEXO B. Concentrador Solar. 59 B.1. Materiales Utilizados. 60 B.2. Herramientas Utilizadas. 61 B.3. Procedimiento Constructivo. 63

ANEXO C. Horno Solar. 64 C.1. Materiales Utilizados. 65 C.2. Herramientas Utilizadas. 68 C.3. Procedimiento Constructivo 72

ANEXO D. MEDICIONES PRELIMINARES TRAMPA DE CALOR. 75 ANEXO E. REFERENCIA DE IMÁGENES WEB. 80

INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Irradiación global mensual y anual en un plano horizontal

para regiones IV, RM, IX, XII en (MJ/m2) 9

Tabla 3.1. Ejemplos de transmitancia para distintas ventanas DVH. (Passive-On Project).

20

Tabla 4.1. Precio de compra botellas recicladas (fuente: www.atinachile.cl)

31

Tabla 4.2. Precio de compra en reciclaje de papeles y cartones SOREPA S.A.

32

Tabla D.1. Condiciones climáticas presentes en medición de trampa de calor

75

INDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Evolución de la pobreza en La Araucanía (CASEN 2009) 4Figura 2.2. Situación de pobreza por zona (CASEN 2009) 5Figura 2.3. Erupción Solar NASA’s Skylab dec. 19, 1973 8Figura 2.4. Gráfica irradiación anual en un plano horizontal por región 9Figura 2.5. Irradiación anual IX región vs. IV región 10Figura 2.6. Irradiación anual según inclinación Ovalle vs. Puerto

Saavedra, azimut 180° al norte 11

Figura 2.7. Irradiación anual según inclinación Ovalle vs. Puerto Saavedra, azimut 150° al norte

11


12


12

Figura 2.10. Irradiación anual según inclinación Ovalle vs. Puerto Saavedra, azimut 0° al sur

13

Figura 2.11. Irradiación Diciembre, Enero, Febrero según azimut, Ovalle vs. Puerto Saavedra

14

Figura 3.1. Esquema efecto invernadero 18Figura 3.2. Esquema soleamiento en objetos. (Fuente: Tecnologías

Campesinas de Chile, 1988) 21

Figura 3.3 Esquema soleamiento en objetos mejorado. (Fuente: Tecnologías Campesinas de Chile, 1988)

21

Figura 3.4. Mosaico en parabólica. Superficie especular 22Figura 3.5. Esquema funcionamiento de Concentrador Solar 23Figura 3.6. Medidas antena parabólica 24Figura 3.7. Partes de un Colector Solar Plano Dinámico 26Figura 3.8. Esquema funcionamiento Colector Solar Plano Dinámico 27Figura 3.9. Costo total y costo individual presupuestado por artefacto 28Figura 4.1. Capas envase Tetra Pak (fuente: www.tetrapak.com/cl) 31Figura 4.2. Costos presupuestados versus costos alcanzados de

construcción 34

Figura 4.3. Puntos de registro de temperatura para el colector solar plano

36

Figura 4.4. Temperatura de agua matriz vs colector solar plano 28 de abril.

37

Figura 4.5. Temperatura de agua matriz vs colector solar plano 05 de mayo.

37

Figura A.1. Esquema funcionamiento colector solar plano 48Figura A.2. Conexión de captadores solares 58Figura B.1. Funcionamiento Cocina Solar 59Figura B.2. Mosaico en parabólica. Superficie especular. 63Figura D.1. Registro temperatura y humedad relativa en interior y

exterior horno solar. Jueves 26 de abril, 2012 76

Figura D.2. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Viernes 27 de abril, 2012

76

Figura D.3. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Sábado 28 de abril, 2012

77

Figura D.4. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Domingo 29 de abril, 2012

77

Figura D.5. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Lunes 30 de abril, 2012

78

Figura D.6. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Martes 01 de mayo, 2012

78

Figura D.7. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar. Miércoles 02 de mayo, 2012

79

RESUMEN

El presente escrito corresponde al Trabajo de Título para la obtención del título

profesional de Ingeniero Constructor que dicta la Universidad de La Frontera por medio

de la Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración y el Departamento de

Ingeniería de Obras Civiles en Temuco, región de la Araucanía.

Tiene como objetivo general el análisis de desarrollo de técnicas y/o artefactos para

aprovechar de forma pasiva la energía solar, actividad que mejore el estándar de

viviendas rurales en La Araucanía, tomando como idea los buenos resultados que se

han visto en localidades nortinas del uso de tecnologías campesinas para cocinar y

otras actividades, las cuales han dado desarrollo social y emprendimientos, como por

ejemplo la localidad de Villaseca en la cuarta región.

Todo esto es fundamentado con un análisis local de la posición actual de La Araucanía

en vista de datos actuales de pobreza, ruralidad y desarrollo. Sumado a una muestra

gráfica de las condiciones solares en términos de Irradiancia Solar que se presenta en

la región para la viabilidad y fomento de éstas y otras técnicas de captación de energía

solar.

Para ello se seleccionaron tres artefactos a construir; manualmente, sin calificación, con

elementos de fácil acceso, que hacen uso de técnicas de aprovechamiento pasivo de

energía solar a través de aislación térmica, principios de conducción de calor, reflexión

de la luz y efecto invernadero. Estos artefactos son evaluados en cuanto al costo de

construcción y la disminución de los mismos por medio de reciclaje de materiales,

además de generar un manual que sirve como documento técnico para transferir el

conocimiento adquirido en la experiencia y que sea motor de desarrollo y mejora de

ésta y otras técnicas. El motivo principal es dar a conocer que con elementos de

desecho o desuso se pueden generar artefactos que ayuden a solventar necesidades

básicas como el agua caliente sanitaria o crear oportunidades de emprendimiento,

como es el caso nortino, a través de cocinas y hornos solares, además de impulsar en

La Araucanía el desarrollo de este tipo de actividades que globalmente se están

masificando y cada día se suman más al aporte de soluciones que tienen que ver con

reciclaje y sustentabilidad.

Para financiar la construcción de los artefactos se generaron redes locales con privados

y organizaciones, invitándolos a participar del proyecto, lo cual no resultó como se

esperaba, pero que deja enseñanzas a tomar en el desarrollo de proyectos futuros.

Una vez construidos los tres artefactos se analizó su eficacia preliminar. Las medidas

preliminares fueron realizadas comenzando el otoño, cosa que pone a prueba inmediata

el comportamiento de éstos en su situación más desfavorable, que es la obvia

«radiación difusa» por días nublados. Dos de los tres artefactos muestran resultados

promisorios, los cuales son el Colector Solar Plano para agua caliente sanitaria y el

Concentrador Solar, mientras tanto la Trampa de Calor muestra falencias de tipo

constructiva, no teórica.

Los artefactos quedan a disposición para realizar una toma de datos anual que permita

su desarrollo, las opciones de mejoramiento o la implementación en otros Trabajos de

Título que permitan su incorporación para generar elementos más complejos. Es

importante seguir avanzando en este tema para aportar de manera activa a la creación

de soluciones propias y a posibles oportunidades de emprendimiento con conocimiento,

mano de obra e iniciativas locales.

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN.

Análisis de Generación y Aprovechamiento Pasivo de Energía Solar en Viviendas Rurales 1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Descripción del Problema

Chile presenta un gran potencial en energía solar y brinda condiciones para su

aprovechamiento. La Energía Solar es un recurso renovable, gratuito en su origen,

universal en su distribución, inconmensurable en su disponibilidad.

La Región de La Araucanía cuenta con una Radiación Solar de 3.076 [kcal/m2/día],

cercano a la media nacional de 3.562 [kcal/m2/día]. Aunque hay que considerar las

zonas, el Norte: de la I a IV Región media 4.497, el centro sur de la V a la IX 3.498 y

extremo sur de X a XII con 2.445 [kcal/m2/día]. Además el clima de Temuco, con su

viento predominante hacia el Oeste trayendo el frío de la cordillera, con sus

precipitaciones durante todos los meses del año y su humedad presente (media

mensual mayor al 50%) juega un papel importante en el aprovechamiento pasivo de

energía y es necesario su análisis local. (Anuario Climatológico Temuco).

Por otro lado, la Región de La Araucanía es la región más pobre de Chile con un 27,1%

de la población, y es la segunda región de Chile (después de la del Maule) con mayor

ruralidad del país (32% población rural, 68% Urbana), lo que enfatiza soluciones

direccionadas a éstos segmentos de la población. (Cuenta Pública 2011 Región de La

Araucanía).

A lo largo de los años se han desarrollado diversas técnicas de ahorro pasivo de

energía, que lamentablemente, por la ubicación geográfica, mantienen la zona un tanto

al límite de las soluciones. Sumado a que no hay estudios, bases de datos, ni soporte

académico técnico del desarrollo de esta área de origen local.

1.2. Objetivos

Los objetivos que pretende este Trabajo de Título son los siguientes:

1.2.1. Objetivo General

- Desarrollar técnicas y/o artefactos de aprovechamiento pasivo de energía solar

que mejore el estándar de viviendas rurales con enfoque para La Araucanía.

CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN.


1.2.2. Objetivos Específicos

- Desarrollar técnicas y fabricar artefactos de aprovechamiento de energía solar

de bajo costo para viviendas rurales de la zona.

- Evaluar la sustentabilidad de los productos desarrollados

- Desarrollar un documento técnico con los resultados del proyecto para transferir

el conocimiento desarrollado.

.


CAPÍTULO 2 CONTEXTO

CAPITULO 2. CONTEXTO.


CAPÍTULO 2. CONTEXTO.

2.1. Enfoque del proyecto… ¿Por qué rural?

“La ruralidad y la pobreza son fenómenos multidimensionales de índole cultural, social y

económico caracterizados por:

Exclusión y discriminación social y económica debido al origen étnico y al género

Carencia de acceso o acceso limitado a los servicios destinados a satisfacer

las necesidades básicas de las familias rurales (salud, educación, vivienda,

etc.)

Niveles de ingreso inferiores a la cantidad mínima necesaria para obtener el

conjunto básico de bienes y servicios para la familia”. (García Ramón et al.,

1995)

La Araucanía es la región más pobre de Chile.

El 27,1% de la población vive bajo la línea de la pobreza y más de 90 mil personas en

indigencia. Situación que se asume al alza, ya que para CASEN 2006 se registraban

valores inferiores en siete puntos porcentuales. (CASEN 2009).

Figura 2.1. Evolución de la pobreza en La Araucanía (CASEN 2009)



Esto adquiere importancia al analizar la situación de pobreza por zona. El 13% de los

pobres corresponden a zonas rurales, cuyo 4,4% es indigencia.

Figura 2. 2. Situación de pobreza por zona (CASEN 2009) En este contexto, el 32% de la población de la región de La Araucanía vive en zonas

rurales. Corresponden a 311.145 habitantes, que después de la región del Maule,

cualifican a La Araucanía como la segunda región con mayor ruralidad del país y que

demográficamente presenta una tasa de crecimiento inferior a la media nacional

(1,07%, mientras el país 1,24%).

Lo más importante es sindicar a La Araucanía como una región postergada con

respecto a las otras regiones en 20 años de rezago, que se manifiestan en el PIB per

cápita regional más bajo de Chile (US$ 4.200 inferior al promedio nacional US$ 10.196),

el índice de pobreza, la tasa de desempleo (9,2% equivalente a 38 mil desocupados) e

indigencia.

La pobreza rural “debe ser concebida como un proceso en que los seres humanos

presentan y desarrollan patrones sociales y de comportamiento que sirven de guía a

sus acciones y relaciones dentro y fuera de sus hogares y comunidades… más que una

categoría demográfica o clase socioeconómica la pobreza es una actitud de vida”

(FIDA, 2000). Esta sentencia hace de candidato ideal al sector rural para generar



proyectos, soluciones, ideas innovadoras, planes pilotos o iniciativas de que apunten a

la inclusión social y desarrollo regional. Así dar pasos a la salida de la pobreza.

Siempre se ha dado hincapié al desarrollo de las actividades agrarias, las cuales son

más importantes por ser socioeconómicamente rentables, pero en cierta medida se ha

dejado de lado la responsabilidad de generar soluciones que apunten al bienestar de

las personas de forma más local, unifamiliar o a nivel micro. Pequeñas células que

desarrollen proyectos o ideas innovadoras en torno al reciclaje y aprovechamiento

pasivo de energía repercute de forma directa a la resolver la “problemática verde”,

degradación del medio ambiente, mantención de los valores paisajísticos y simbólicos

de la zona rural regional, la depredación generada por agricultura y consumo de

energías no renovables; así como de empoderar a un sector de la población quizá

marginado de la búsqueda de un mejor vivir, sin altos costos de mantención o ejecución

asociados.

Además cuenta este sector con espacios propicios para pilotar proyectos de desarrollo

sustentable. Cuentan (generalmente) con la tenencia de tierra y los espacios para

emplazar los proyectos. Las comunidades rurales tienen un alto desarrollo de artesanía

local, lo que les permite un nivel significativo de autosuficiencia y en ese sentido una

autonomía propicia para mejorar, aportar y ser parte de soluciones innovadoras.

2.2. Aprovechamiento pasivo de energía.

Se define aprovechamiento pasivo de energía a toda técnica o artefacto capaz de

calentar o refrigerar, con una demanda de energía tan baja, que hace innecesario el uso

de algún sistema tradicional de aporte energético de forma constante.

No se supondrán limitados por sistemas tradicionales de refuerzo, que aporten energía

en aquellos momentos en que el sistema en sí, es incapaz de cumplir el objetivo

propuesto1. La particularidad es que ese consumo de energía convencional es mínimo,

de cierta forma despreciable, lo que prevalece la condición de pasividad del sistema.

La Araucanía en particular se caracteriza por el consumo de energía a través de la

combustión de biomasa. La leña como principal agente motor de todo tipo de proceso

1 El estándar Passivhaus exige una energía primaria no superior a 120 kWh/m2a, lo que involucra sistemas de calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria, electricidad auxiliar, electricidad general, etc.



regional impacta en los índices de contaminación, que desde el año 2004 no cumple

con las normas de calidad del aire para material particulado, superando la norma anual

en un 30%. El tema radica en buscar nuevas fuentes alternativas de energía que

satisfagan las necesidades sociales. Hace pensar que la salida del uso de energías

convencionales y experimentar con Energías Renovables No Convencionales (ERNC)

involucran un alto costo. He ahí la búsqueda de técnicas o artefactos que combinen el

reciclaje de desechos y elementos de bajo costo, para hacer participar al segmento más

pobre de la población en el proceso.

2.3. El Sol: La gran caldera de los elementos pasivos.

El Sol es el elemento más importante de nuestro sistema solar.

La energía solar se genera en el interior donde la temperatura llega a 15 millones de

grados Celsius y la presión es tan intensa que origina reacciones nucleares que se

manifiestan en la superficie donde se libera luz y calor. Así, en la fusión de un kilogramo

de hidrógeno del Sol se pierde aproximadamente un gramo de masa, liberando éste

una energía de nueve millones de millones de Joules.

La capa exterior visible del Sol, la fotosfera, tiene una temperatura de 6000 °C que

juega un rol similar al de un radiador de calor. Emite ondas electromagnéticas, luz, en

un amplio rango de frecuencias, tanto visible (desde el rojo al violeta), como invisible

(infrarrojo, ultravioleta, rayos X y Gamma).

La fuerza solar fuera de la atmósfera que recibe la Tierra es cerca de 173x1012 kW o

una energía de 15x1017 kWh/año. Al atravesar la atmósfera, cerca del 53% de la

radiación es reflejada y absorbida por el nitrógeno, oxígeno, ozono, dióxido de carbono,

vapor de agua, polvo y las nubes. Por lo tanto, al pasar por una distancia de 150

millones de kilómetros la cantidad se reduce, recibiendo el planeta la energía promedio

de 3x1017 kWh/año, equivalente a 4 mil veces el consumo del mundo entero en un año

(7x1013 kWh/año). (Nandwani, 2005).



Figura 2.3. Erupción Solar NASA’s Skylab dec. 19, 1973. 2.4. Irradiación en La Araucanía.

Chile es uno de los países del planeta con mejores condiciones de irradiación solar.

Hoy en día Chile dispone de un texto que contiene información escrita con datos de

irradiancia solar para distintos lugares típicos. El 2007 el Departamento de Mecánica de

la Universidad Federico Santa María, establece alianza con el Programa de las

Naciones Unidas para el Desarrollo, concibiendo el documento Irradiancia Solar en

Territorios de la República de Chile, con antecedentes técnicos y útiles para el diseño

de sistemas solares térmicos y/o fotovoltaicos.

Por ejemplo, la irradiación global anual en un plano horizontal de la Región de La

Araucanía promedia 4690 MJ/m2 cercano a la media nacional de 5250 MJ/m2. La

región de la cual hace referencia este trabajo, es la IV región de Coquimbo con una

irradiancia superior a la media nacional. Esto es fundamental para explicar el éxito de

sus proyectos solares, como en Villaseca, Valle del Elqui.



Figura 2.4. Gráfica irradiación anual en un plano horizontal por región.

Tabla 2.1. Irradiación global mensual y anual en un plano horizontal para regiones IV, RM, IX, XII en (MJ/m2)

Comparando la irradiancia mensual de la cuarta región (que es la región de referencia a

este trabajo) con la región de La Araucanía, nos encontramos desplazados en un 30%

hacia abajo. Incluso la falta de energía para con el norte llega a peaks de 55% en el

mes de agosto. Cuando se analizan las estaciones del año, La Araucanía tiene déficits

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

XV I II III IV V RM VI VII VIII IX XIV X XI XII TA

Irradiación M

J/m2

Regiones

media nacional



de irradiancia respecto de la cuarta región de 35% en otoño, 53% en invierno, 25% en

primavera y 20% en verano.

Figura 2.5. Irradiación anual IX región vs. IV región También es importante poder diferenciar la irradiancia solar en distintos azimut e

inclinaciones. Se considerará para estos efectos la irradiancia anual de Ovalle, que se

encuentra a latitud 30,57 grados sur, lo más cercano a la localidad de Villaseca que

referencia a este trabajo, y se comparará con Puerto Saavedra, otro registro anual que

se encuentra en el manual y que se encuentra cercano a la latitud de Temuco, 30,77

grados sur, para visualizar la diferencia.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Irradiación [MJ/m2]

tiempo [meses]

IV Región

IX Región



Figura 2.6. Irradiación anual según inclinación Ovalle vs. Puerto Saavedra, azimut 180°

al norte.


al norte.

6489,4 6415,3 6204,35862,8

3629,33987,7 3856,3 3653,2

3385

2367

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

21 31 41 51 90

Irradiancia [M

J/m

2]

Inclinación [°]

Azimut 180° al norte

Ovalle

Pto. Saavedra

6295 6131,9 5945,45600

3837,93874 3739,3 3613 3374,1

2560,9

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

21 31 41 51 90

Irradiancia [M

J/m

2]

Inclinación [°]

Azimut 150°

Ovalle

Pto. Saavedra




al norte.


al norte.

6009 5887,5 5795,1 5801,5

4327,7

3757,9 3741,1 3645,1 3488,3

2959,3

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

21 31 41 51 90

Irradiancia [M

J/m

2]

Inclinación [°]

Azimut 120°

Ovalle

Pto. Saavedra

5727,8 5695,9 5635,8 5485,64795

3660,4 3593,8 3591,4 3491,32930,6

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

21 31 41 51 90

Irradiancia [M

J/m

2]

Inclinación [°]

Azimut 90°

Ovalle

Pto. Saavedra




al sur. La Araucanía, como se refleja en los gráficos, se encuentra un 38,34% bajo de

irradiancia solar anual si se compara con la IV región, tomando latitudes a la altura de la

comunidad de Villaseca y de Temuco.

Sin embargo estos registros son anuales, e incluyen las estaciones de otoño e invierno

propias del sur que merman en la irradiancia total en la región.

Si se ocupan los meses de verano solamente, que es la estación más favorable para

hacer uso de generadores pasivos de energía solar se observa que Puerto Saavedra se

encontraría bajo en un 27% con respecto de la ciudad de Ovalle.

5415,3

4869,7

4290,8

3738,9

2200

3250,12942,5

1982,3 1893,81693,8

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

21 31 41 51 90

Irradiancia [M

J/m

2]

Inclinación [°]

Azimut 0° al Sur

Ovalle

Pto. Saavedra



Figura 2.11. Irradiación Diciembre, Enero, Febrero según azimut, Ovalle vs. Puerto Saavedra.

2.5. Energía Solar: ¿Cómo se mide la energía solar?

Antes que todo se debe considerar que todo tipo de resultado depende del día, la hora,

el lugar y las condiciones atmosféricas, además de la estación del año.

Se pueden usar dispositivos fotoeléctricos consistentes en células fotoeléctricas de

amplio espectro, sensibles a la radiación solar, unido a un circuito eléctrico cuyo voltaje

de salida es registrado en un voltímetro estándar. Luego con la ayuda de una tabla de

calibración se puede deducir la energía detectada. En toda medición, el fotodiodo debe

orientarse directamente al Sol, lo cual es un proceso manual en el que se registra la

máxima señal observada. (Retamal, 2005).

El Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile, para realizar el

Informe Solar en conjunto a 100 colegios de nuestro país (2005), utilizó un equipo que

básicamente consta de dos instrumentos: un sensor de radiación, llamado solarímetro,

y un multímetro que sirve para medir: voltaje, corriente, resistencia, conductividad, etc.

El solarímetro tiene un fotodetector de radiación fabricado de un material semiconductor

llamado silicio y un amplificador que entrega un valor de voltaje medido, el cual se

0

100

200

300

400

500

600

700

800

180 al Norte 150 120 90 0 al Sur

Irradiación [MJ/m

2]

Azimut [°]

Dic ‐ Ovalle

Dic ‐ P Saavedra

Ene ‐ Ovalle

Ene ‐ P Saavedra

Feb ‐ Ovalle

Feb ‐ P Saavedra



transforma a potencia, multiplicando el voltaje leído por un factor de calibración2. El

resultado resulta en la potencia total de la radiación solar (que incluye radiación visible,

infrarroja y ultravioleta) medida en Watts por metro cuadrado.

2 Factores de calibración obtenidos por la Universidad de Santiago


CAPÍTULO 3

METODOLOGÍA

CAPITULO 3. METODOLOGÍA.


CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA.

3.1. Técnicas y artefactos.

El primer paso es determinar qué medidas pasivas o técnicas se pueden aprovechar.

Existe hoy en día una cantidad de información importante en torno a herramientas de

consumo pasivo de energía, sobretodo en manuales de autoconstrucción y ahora, como

está en boga, a la selección de construirlos con material reciclado. El número de

opciones es infinito, Brasil, Uruguay, Colombia, Argentina, Chile, Estados Unidos, Gran

Bretaña, los países escandinavos, son algunos que ya desarrollan técnicas de

aprovechamiento solar pasivo. Las redes virtuales proveen información de sobra.

YouTube, blogs, comunidades sustentables, desarrollos propios, innovaciones

personales y más se puede encontrar de estos temas con solo “googlear” <<Artefactos

Solares>>.

Se escogieron tres sistemas para construir. Es primordial la empleabilidad de elementos

reciclados, puesto que la idea es concebir diseños al menor costo para que puedan ser

desarrollados por cualquier habitante, mano de obra no calificada y aumentar las

opciones de mejoramiento.

Los artefactos escogidos para su construcción son:

1. Trampa de Calor (Horno solar)

2. Concentrador solar (Cocina solar)

3. Colector solar plano (colector solar dinámico)

Estos artefactos hacen uso de principios físicos fácil de explicar. La Trampa de Calor y

el Colector Solar Plano utilizan el efecto invernadero como fuentes de energía, mientras

que el Concentrador Solar hace uso de leyes de la óptica para su funcionamiento.

Todos ellos transmiten el calor por convección y conducción de los elementos que

conforman el sistema.

3.2. Trampa de Calor.

Funciona principalmente por el uso de efecto invernadero, aislación térmica y

acumulación e inercia térmica.



Las propiedades naturales del vidrio dejan pasar la radiación solar visible (luz blanca),

de longitud de onda 4 micras, pero bloquean la radiación de onda larga, infrarroja y la

radiación ultravioleta, con lo que el desequilibrio energético producido supone un

aumento de la temperatura interior.

El esquema funciona de la siguiente manera (Serrano, 1988):

1. La luz blanca o visible atraviesa el vidrio

2. La luz blanca calienta el Objeto a bajas temperaturas (0-100-200 °C)

3. El Objeto al aumentar de temperatura emite calor en forma de radiación infrarroja

invisible.

4. Como el vidrio es opaco a este tipo de radiación, empieza a acumular energía en

el interior aumentando la cantidad de calor en un ciclo continuo.

Figura 3.1. Esquema efecto invernadero en trampa de calor. De esta forma, para aprovechar el Sol para calentar, hay que introducir toda la energía

posible y evitar que se pierda.

Esta es una de las partes más complicadas en su confección. Para atrapar y conservar

la energía en el sistema - y hacerla eficiente - se utiliza aislación. Los cerramientos de la



trampa de calor están compuestos por una o varias capas de distintos materiales:

poliestireno expandido, lana mineral, acero galvanizado, etc.

Las propiedades termodinámicas que intervienen en el comportamiento de la trampa de

calor son:

λ: Conductividad térmica. Cantidad de calor que en condiciones estacionarias pasa en una unidad de tiempo a través de la unidad de área de una muestra de material homogéneo de extensión infinita, de caras planas y paralelas y de espesor unitario, cuando se establece una diferencia de temperatura unitaria entre sus caras. Se determina experimentalmente según NCh850 o NCh851.

[W/(m x K)]

R: Resistencia térmica Oposición al paso de calor que presentan los elementos de construcción.

[m2 x K/W]

Para una capa de espesor e conformada por un material homogéneo de conductividad

térmica λ, la resistencia queda dada por:

(3.1)

ρ Densidad Relación entre la masa (m) y el volumen (V) de un cuerpo.

[kg/m3]

U Transmitancia térmica Flujo de calor que pasa por unidad de superficie del elemento y por grado de diferencia de temperaturas entre los dos ambientes separados por dicho elemento.

[W/(m2xK)]

La transmitancia térmica corresponde al inverso de la Resistencia Térmica, y se define

por:

1 1

∑ (3.2)



Donde Rint y Rext corresponden a las resistencias térmicas superficiales

correspondientes al aire interior y exterior respectivamente.

La transmitancia térmica de los elementos nos proporcionan el grado de eficiencia

energética del sistema, cuanto menor es el valor, menor es la energía que se pierde, del

mismo modo que pasa con la envolvente de los edificios.

El principio básico del horno solar es que funcione de forma pasiva, como un termo,

conservando el calor gracias al aislamiento térmico.

El problema principal de la trampa de calor es el vidrio: su elevada conductividad

térmica que implican un puente térmico. Aparte también son las perdidas de calor en el

marco o las juntas de carpintería.

Una referencia a la solución del problema del vidrio en la trampa de calor es estudiar las

propiedades de las ventanas de eficiencia térmica para viviendas pasivas. Las pérdidas

de calor a través de los cristales es proporcional a la transmitancia térmica U, el detalle

es que al reducir la transmitancia suele reducirse también la radiación que pasa y

consecuentemente la ganancia térmica.

Tabla 3.1. Ejemplos de transmitancia para distintas ventanas DVH. (Passive-On Project).

DESCRIPCION U (W/m2 x K)

panel simple 5,7 panel doble 2,8 panel triple 1,9 panel triple sellado con revestimiento de baja emisividad 1,4 Además relleno de argón 1,2 además con dos revestimientos de baja emisividad 0,8 Ventana de vacío (alto vacío) 0,5 20 mm de aerogel (vacío reducido) 0,3

3.3. Concentrador Solar.

Utiliza la reflexión regular o especular como funcionamiento. Cuando la luz se propaga

a través de medios homogéneos y se interpone en su camino una superficie bien pulida,

el haz de luz se refleja siguiendo las leyes de la física.



Se supone un objeto recibiendo la energía del sol para aumentar su temperatura, donde

se puede observar que su área de soleamiento está limitada al plano de incidencia en

que se encuentra.

Figura 3.2. Esquema soleamiento en objetos. (Fuente: Tecnologías Campesinas de Chile, 1988)

Esta captación solar se puede mejorar proveyendo de distintas “áreas de soleamiento”,

aumentando los haces de luz incidentes sobre el cuerpo. Para ello se pueden usar

superficies especulares que reflejen la luz en todo el cuerpo a calentar.

Figura 3.3. Esquema soleamiento en objetos mejorado. (Fuente: Tecnologías Campesinas de Chile, 1988)

El problema es que no toda la luz que incide en los espejos va a llegar al objeto,

además que las superficies especulares no reflejan el 100% de la luz incidente. Existe

una variación entre 100% y 95% de reflejo en espejos normales.



“Existe una disposición matemática continua que permite a la superficie especular

reflejar todos los rayos incidentes en un solo punto que se conoce como foco” (Serrano,

1988)

La Parábola permite a la luz incidente concentrarla en el objeto y maximizar la ganancia

de energía. Así con esta solución se pueden crear distintos concentradores que

dependiendo de la superficie reflectora y del tamaño del mismo, pueden o no obtener

mejores resultados.

Parte de la bibliografía sugiere la fabricación manual de la parábola. En la búsqueda de

material reciclado se optó por la reutilización de antenas parabólicas satelitales en

desuso. La superficie especular es resultado de reutilización de trozos de espejos y la

técnica de mosaicos.

Figura 3.4. Mosaico en parabólica. Superficie especular. Según el libro Tecnologías Campesinas de Chile (Serrano, 1988), “el uso de espejos

rotos es por muchos motivos el de mejor resultado”, y es la que se utilizó para este

trabajo. Otra técnica que sugiere el texto es el uso definido de cuadrados de espejos de

3 x 3 cm, para los cuales el trabajo de cubrir la parábola se hace mucho más sencillo.



Figura 3.5. Esquema funcionamiento de Concentrador Solar. La parábola concentra todos los haces incidentes hacia el posterior del objeto,

concentrando la energía en el foco de la parábola.

Existen dos formas de encontrar el foco: de forma práctica y teórica.

Forma práctica de encontrar el foco.

Ayudado de la superficie especular que posee, se sitúa delante de la antena una

superficie de cualquier tipo, ojalá obscura, que demuestre la luz reflejada. Se aleja esta

superficie a medida que los haces de luz reflejados se concentran en un punto. Es fácil

llegar al foco puesto que si se está en condiciones óptimas se empezará a quemar la

superficie de ensayo (quizá hubiese sido aclarador empezar por aquí, ya que en la

práctica, se quema una bandeja)

Forma teórica de encontrar el foco.

La antena satelital no es circular. Su perímetro viene definido por una elipse. Por lo

tanto, es necesario descomponer sus medidas en la longitud de la elipse mayor (alto de

antena), la longitud de la elipse menor (ancho de antena), más la profundidad que

posee.

A modo de ejemplo, la antena utilizada es de 86 cm de alto y 75 cm de ancho.



Figura 3.6. Medidas antena parabólica La profundidad de la antena es de 8 cm. Esta se puede medir utilizando una regla y

huincha midiendo al centro de la parabólica.

Por lo tanto se cuenta con dos parábolas para determinar el foco.

La parábola es la curva por el cual un punto cualquiera es equidistante al foco F y a la

directriz D.

La ecuación general de una parábola vertical con vértice en (0,0) y foco en (0,p) es:

4 (3.1)

Para determinar el foco de la antena se reordenan los términos de la ecuación

quedando de la siguiente forma:

4 (3.2)

Remplazando los términos de la ecuación por las medidas de las dos parábolas se

tiene:



434 8

57,781 (3.3)

37,54 8

43,945 (3.4)

De esta forma, la zona en la que debe situarse el objeto a calentar queda comprendida en el eje de la parabólica a la distancia del foco menor, es decir, 44 cm aproximadamente. El cuerpo a calentar, por no ser un punto, recibe de igual forma los rayos reflectados al foco situado a mayor distancia.

3.4. Colector Solar Plano.

Pensado para ser construido con materiales de fácil acceso local y material reciclado

domiciliario. Es una de las mejores formas de obtener agua caliente, ofrece la ventaja

de usar una orientación fija y aprovecha la radiación solar tanto de forma directa como

difusa.

La idea es emular a los colectores solares existentes en el mercado. La diferencia

radica en que su construcción es por mayor mucho más económica y puede ser

fabricado manualmente por personas sin capacitación.

El concentrador escogido es un Colector Dinámico de Botellas propuesto por el Centro

Uruguayo de Tecnologías Apropiadas en su boletín “Tecnologías Apropiadas N° 4:

Energía Solar”.

Se conforma de cuatro partes fundamentales: la cubierta transparente, la placa

captadora, el aislante y el tanque acumulador.



Figura 3.7. Partes de un Colector Solar Plano Dinámico

1. Superficie transparente: Será la encargada de dejar pasar la luz blanca visible,

generar Efecto Invernadero y concentrar la energía en el interior de la Placa

Captadora.

2. Placa captadora: Absorbe la radiación solar y la transforma en energía térmica

traspasando por conducción al fluido del sistema.

3. Aislación térmica: Encargada de evitar las pérdidas térmicas al exterior del

sistema.

4. Estanque acumulador: Mantiene el agua caliente del sistema.

Este diseño permite generar un circuito cerrado con la circulación de agua entre el

acumulador y el colector solar plano, haciendo uso del principio de convección.



Figura 3.8. Esquema funcionamiento Colector Solar Plano Dinámico La luz blanca visible incide en la superficie transparente de las botellas PET generando

efecto invernadero en su interior. Esta energía acumulada calienta la manguera de

polietileno que transporta el agua en su interior, la que se calentará provocando la

estratificación del fluido debido a que las partículas de agua caliente pierden densidad y

suben dejando las de menos temperatura siempre abajo, generando flujo por

convección.

3.5. Costos de construcción y métodos de financiamiento.

Los costos de construcción fueron estimados mediante el programa Presto 8.7 en el

cual se crearon tres partidas, las cuales corresponden a los tres artefactos a construir.

Cada partida comprende las cantidades utilizadas y el precio de dichos materiales. La

lista final de los componentes se encuentran en Anexo A “Colector Solar Plano”, Anexo

B “Concentrador Solar” y Anexo C “Horno Solar”.

Los costos para cada uno de los artefactos están reflejados en la Figura 3.9.



Figura 3.9. Costo total y costo individual presupuestado por artefacto. El método de financiamiento fue buscando ayuda de comerciantes locales, regionales,

que quieran participar de la realización del presente trabajo.

Además se solicitarán ayudas estudiantiles en la Facultad de Ingeniería, Ciencias y

Administración, por el monto remanente de lo que se pueda concertar con privados.

$ 114.797

$ 29.019

$ 79.613

$ 6.165

Colector Solar Plano Horno Solar Cocina Solar

Costo total Costo


CAPÍTULO 4

RESULTADOS

CAPITULO 4. RESULTADOS.


CAPÍTULO 4. RESULTADOS.

4.1. El Reciclaje…

El proceso de maximizar la experiencia favoreciendo todo elemento que se pudiera

reciclar y sea funcional para los objetivos propuestos, es lo más satisfactorio de este

trabajo. El reciclaje de materiales se convierte en uno de los ejes principales de este

proyecto. Como tal, corresponde a la actividad de reutilizar o aprovechar un desecho

como materia prima para la generación de nuevos productos de los que se pueden

lograr beneficios económicos, ecológicos y sociales.

En nuestro país se recicla tan solo el 14% de los desechos. El reciclaje es una actividad

más o menos clandestina, no organizada, que va en escalada y son los recicladores de

base (como se llaman) quienes recolectan el 60% del material de desecho doméstico

directamente desde la basura y lo venden a intermediarios que ejecutan pobres

tratamientos de limpieza y compactación, y a su vez existe otro comprador que maneja

volúmenes mayores, precios mayores, con procesos mejores, que finalizan la línea de

reciclaje.

La búsqueda de «socios» que apoyen a la contribución de material para reciclar

también es “especial”. Y es que uno está pidiendo por su basura, sus desechos. Si bien

casi siempre es una respuesta favorable, la posición de ayuda no lo es. Muchas veces

corresponde a responder a qué hora se saca la basura y “ven a rescatar lo que te

sirva”… no es muy proactivo, tampoco muy higiénico. Otra sorpresa es cuanto material

se puede juntar. Es increíble cuanto material se genera de desecho.

En el reciclaje de Botellas PET se contactó un bar universitario muy conocido de

Temuco. Ellos son unos de los pocos que trabajan con botellas de bebida de 1,5 L. La

cantidad que generan de desechos de este tipo es enorme, más hay que sumarle las

otras botellas que no se captaron para la realización de este trabajo, que son botellas

de vidrio y PET de envases que no corresponden a 1,5 L. En un día domingo por la

mañana, con la acumulación de botellas de un viernes y sábado de trabajo, se completó

la necesidad del proyecto con creces. Para realizar el trabajo final se utilizaron 24

botellas del mismo tipo, todas las otras botellas de descartaron. Se juntaron,

aproximadamente, 40 botellas PET, sin hacerse cargo de la cantidad, obvia quizá, de

botellas vidrio que genera el local nocturno. Si se quiere evaluar en costos monetarios



el reciclaje de botellas, una referencia a precios de reciclajes se incluye en la siguiente

tabla:

Tabla 4.1. Precio de compra botellas recicladas (fuente: www.atinachile.cl)

elemento precio Botellas y bidones desechables todo tamaño transparente $120 c/kiloBotellas y bidones desechables todo tamaño color verde $120 c/kiloBotellas y bidones desechables todo tamaño color azul $120 c/kiloBidones y botellas plásticas desechables blancos (ejemplo: diluyentes) $100 c/kiloTapas plásticas. Todas las botellas $80 c/kilo

Para con las cajas Tetra Pak sucede algo similar. La acumulación de material corresponde a la generación de residuos de este tipo de una vivienda familiar. Aunque se hicieron contactos con cafés y locales particulares de Temuco, no hizo falta. La necesidad de material en el transcurso del tiempo se vio solventada por el consumo propio. La forma más común de reciclar tetra pak es mediante la recuperación de la fibra en plantas de reciclado de papel. Además se puede recuperar el aluminio y polietileno que componen el envase a través de métodos de reciclado de extrusión. Para comprender los materiales que podemos aprovechar de una caja tetra pak hay que saber que una caja está compuesta por 6 capas de tres elementos polietileno, cartón, aluminio.

Figura 4.1. Capas envase Tetra Pak (fuente: www.tetrapak.com/cl)



Si se quiere dar un valor monetario, hay que manejar los precios de reciclaje de papeles

y cartones. SOREPA S.A. es una empresa filial de CMPC que recupera papeles y

cartones. Como dato, SOREPA retira material en el radio urbano de Temuco con un

mínimo de 500 kg, o se puede vender directamente a ellos desde 1 kg en adelante en la

empresa ubicada en Camino Viejo a Cajón Km 7,5. El listado de precios para la comuna

de Temuco es el siguiente:

Tabla 4.2. Precio de compra en reciclaje de papeles y cartones SOREPA S.A.

Recorte Precio $/kg blanco 1: papel y cartulina blanca sin impresiones, colorantes y repelentes de humedad

76

blanco 2: papeles y cartulinas blancas de baja impresión: cartas, fotocopias, hojas de cuaderno, etc.

69

blanco 3: papeles y cartulinas blancas como magazines, carteles, promociones, etiquetas, envases, etc.

63

cartón corrugado 11 clasificado 1 29 clasificado 2 10 diario 4 dúplex 13 esquineros 5 guías telefónicas granel 1 La madera reciclada corresponde a material del Laboratorio de Maderas del

Departamento de Obras Civiles. Del mismo modo, el reciclaje de poliestireno

expandido. Se suplieron todas las necesidades con los residuos que mantiene el

laboratorio.

El vidrio y espejo fue material colectado en Traperos de Emaús, así como fueron las

ruedas. Este punto es válido contar: ellos en su tarea de recolectar material en desuso

de viviendas, reciclan todos estos elementos que aporten a la funcionalidad de los

muebles que reparan para la venta. Las ruedas corresponden a todas aquellas sillas de

escritorio que se desechan, dándole nueva utilidad al componente en el proceso de

reparación de muebles.

La lana mineral y el poliestireno expandido son elementos de alto costo en la realización

de los artefactos. He aquí un buen motivo para reciclar. El poliestireno, como se



mencionó anteriormente, es material reciclado del Departamento de Obras Civiles. La

Lana Mineral a granel corresponde a restos que quedaron en la instalación de una

estufa particular.

¿Qué se rescata al final de este proceso? Hay un cambio de conducta después de la

petición y el ejercicio de reciclar. Después no es el “botar un envase de leche a la

basura” es “juntémoslo porque «alguien o algo» les da utilidad”, y se da un ejercicio de

aislar el material, de cierta forma cuidarlo, acopiarlo y entregarlo de forma adecuada. Se

le da valor. Y es este ejercicio lo que se transforma en costumbre. Y es aquello lo que

se debe formalizar y masificar, para que el reciclaje en este país sea un aporte real al

cuidado permanente del medio ambiente y el desarrollo sostenible.

4.2. Financiamiento.

En la búsqueda de financiamiento se concertaron reuniones con privados locales

invitándolos a participar. Dos ferreterías, una vidriería, una empresa de insumos

sanitarios y una organización social, todos de Temuco, fueron concertadas.

Las reuniones de presentación del proyecto fueron bien recibidas. Se encontró ánimo e

interés por el proyecto a realizar. Este proceso fue de difícil ejecución, puesto que es

necesario concertar con gerentes o administradores que usualmente no disponen del

tiempo y muchas veces del interés para recibir peticiones con fines académicos. Si bien

todas muestran un interés promisorio por el proyecto a realizar; con ninguna de ellas se

llega a acuerdo para la participación formal. Se presentaron los costos estimados, y las

tareas a ejecutar, pero con el tiempo se va desvaneciendo el interés, las reuniones se

dilatan y, en definitiva, se pierde el contacto.

Quien sí participa del proyecto de tesis es Los Traperos de Emaús Temuco3, los que

aportaron con el material a reciclar para la construcción de los artefactos.

Los Traperos de Emaús es una comunidad de personas que trabaja hace más de 40

años en la recolección y recuperación de objetos en desuso, con el objetivo de servir

primero y siempre “al que más sufre”. También tienen como objetivo el aportar al

mejoramiento del medio ambiente y de la calidad de vida de las personas para asegurar

3 http://www.traperosemaus.cl/temuco/temuco.html



el porvenir de las presentes y nuevas generaciones. En ese sentido ellos aceptaron la

participación de trabajar en el proyecto.

“Los Traperos”, como se les llama, cuentan con una cancha de acopio de objetos

donados y la sala de ventas de las restauraciones ubicadas en Las Quilas #1435 en

Temuco. De este acopio de material es del cual se dispone material a reciclar para el

desarrollo del trabajo.

4.3. Costos finales.

Luego del reciclaje de materiales de los distintos focos antes mencionados, los costos

de construcción se reducen en un 77%. El gráfico de la figura 4.1 demuestra el costo

total del proyecto versus el costo alcanzado luego del reciclado.

Figura 4.2. Costos presupuestados versus costos alcanzados de construcción.

Cumple de forma correcta las expectativas del trabajo. El reciclado de madera,

poliestireno y lana mineral que son los costos más elevados en las partidas provocan

esta baja considerable. Básicamente estos costos finales alcanzados corresponden

justamente al material que no se consideraba reciclar en un principio del proyecto, como

$ 114.797

$ 26.425 $ 29.019

$ 79.613

$ 6.165

$ 18.885

$ 6.350 $ 1.190

colector solar plano horno solar cocina solar

Costo total Costos alcanzado



es en la confección del Colector Solar Plano, que evidencia el gráfico su totalidad de

costos, en lo que es cañerías de polietileno, fitting polietileno y los otros ítems que

comparte con el resto de los artefactos como son: adhesivo de montaje, látex negro,

uniones de tornillos, etc.

4.4. Mediciones preliminares.

Las medidas preliminares fueron realizadas comenzando el otoño, cosa que pone a

prueba inmediata el comportamiento de los artefactos en su situación más extrema, la

cual podría ser por muchos la obvia «ausencia de sol» por días nublados. Estas

condiciones demuestran no solo el potencial uso de los artefactos en el transcurso del

año, sino la capacidad de irradiancia en condiciones de nubosidad parcial.

Dos de los tres artefactos muestran resultados promisorios. El Colector Solar Plano

para agua caliente sanitaria es uno, el cual tiene mayor proyección, y es una

oportunidad visible de hacer más estudios sobre él y mejorar sus prestaciones. El

Concentrador Solar por su parte mostró muy buenos resultados en condiciones no

óptimas para su uso; también abre posibilidades de crear nuevos artefactos. Mientras

tanto la Trampa de Calor muestra falencias de tipo constructivas, no teóricas;

problemas con las filtraciones no solo demuestran lo complicado de hacer elementos

estancos, sino que extrapolan su complejidad al pensar en la construcción de viviendas

y edificios que cumplan con estos requerimientos. Es necesario mejorar y adaptar a la

climática regional. Por este motivo, los artefactos quedan a disposición para realizar una

toma de datos anual que permita su desarrollo, las opciones de mejoramiento o la

implementación en otros trabajos de título que permitan su incorporación para generar

soluciones más complejos.

Para medir la eficacia preliminar de la trampa de calor, se registró la temperatura tanto

en el exterior como en el interior del sistema, mediante el uso de termocuplas, durante

una semana, comprendidos los días entre el 26 de abril de 2012 y 03 de mayo de 2012,

posicionado el artefacto en sentido norte oriente maximizando la ganancia de irradiación

solar. Los resultados no son los esperados. Se debería obtener una ganancia de

temperatura dentro de la trampa mayor a los 100 - 120 °C, para poder cocer alimentos

(que son los fines de su construcción). Los peaks obtenidos de temperatura en el

interior del horno son de 50 y 47 °C aproximadamente.



Los resultados no reflejan lo esperado debido a las condiciones climáticas que no son

las ideales y que proyectan la ineficacia del sistema en época de otoño e invierno. La

radiación directa es muy importante en la necesidad de crear efecto invernadero para

ganar temperatura. Otro problema es la filtración de la temperatura ganada, tanto por el

puente térmico que se genera en la superficie transparente y las pérdidas de

temperatura en las juntas. La idea es sellar y mejorar las juntas para dejarlo estanco,

además de cambiar su interior, puesto que está pintado negro opaco con el fin de

absorber mayor cantidad de luz, pero en videos y otras experiencias en internet, se

utiliza papel aluminio para favorecer el efecto invernadero. Otra potencial solución al

problema es el aumentar a dos los vidrios monolíticos que conforman la parte superior

de la estructura. Todas ellas para realizar registros y eficacia en época de primavera y

verano.

Se estima que en verano con la irradiación solar de La Araucanía el resultado de la

trampa solar será exitoso. A las altas temperaturas que se generan en el interior de

viviendas y áreas cerradas habitables, el mismo principio de funcionamiento puede

aplicarse para la construcción de una Chimenea Solar, que de seguro traerá buenos

resultados.

Para medir la eficacia preliminar del colector solar plano, se registró la temperatura de

salida de la matriz de agua potable y la salida del colector solar. Para dichos efectos se

utilizó un termómetro digital de sonda de acero inoxidable de 130 mm.

Figura 4.3. Puntos de registro de temperatura para el colector solar plano.



Figura 4.4. Temperatura de agua matriz vs colector solar plano 28 de abril. Estas medidas fueron tomadas el día 28 de abril de 2012, la temperatura ambiente

14,5°C, día totalmente nublado, humedad del 63% y vientos de 15 km/hr4

Figura 4.5. Temperatura de agua matriz vs colector solar plano 05 de mayo.

4 Datos meteorológicos proporcionados por Weather Underground, Inc. Fuente: Aeropuerto Temuco (SCTC)

14,8 14,3 14,7 14,3

18,9 19,3 19,5 18,7

0

5

10

15

20

25

30

35

40

14:18 15:24 16:34 17:49

Temperatura [°C]

Tiempo [hora]

Salida 2 °C

Salida 1 °C

16,5 17,3 17,6 16,5

23,1

38,6

30,8

16,7

0

10

20

30

40

50

60

12:41 14:30 15:50 18:20

Temperatura [°C]

Tiempo [hora]

Salida 2 °C

Salida 1 °C



Estos datos fueron tomados el día 05 de mayo de 2012, la temperatura ambiente 16,0

°C, día parcial nublado, humedad del 77% y viento norte a 2 km/hr5.

Por su parte el Concentrador Solar fue medido un día de nubosidad parcial con

termocuplas. Se registraron temperaturas de 275 °C en el foco del concentrador,

satisfaciendo las expectativas, además cabe considerar que por reflejar la luz es

interesante observar como oscila la temperatura cuando, por ejemplo, pasa una nube

obstruyendo los rayos del sol. De 0 °C a 270 °C en cosa de segundos. El problema

fundamental con el concentrador es la demanda de atención para su trabajo.

Constantemente hay que seguir el astro rey para reflejar su luz con la parabólica. En

locaciones no despejadas hacia el norte en ángulos menores a 45° puede haber

complicaciones con el tiempo de uso. Con un día soleado y despejado se puede usar

desde las 9 am hasta las 4 pm considerando horario de verano y las condiciones

favorables. Cabe destacar que su aplicación puede ser variada y complementada, por

ejemplo: si se modifica el colector solar plano de cañería de polietileno a cobre, se

pueden esos 275 °C dirigirlos al calentamiento de un fluido, o fotoceldas que reciban no

el foco, pero si la luz reflejada para la generación de corriente eléctrica. Las

oportunidades de mejoramiento son variadas, además de la implementación de estos

sistemas en otros trabajos o la evaluación de ellas en escenario real, recibiendo la

retroalimentación con el usuario, etc.



CAPÍTULO 5

CONCLUSIONES

CAPITULO 5. CONCLUSIONES.


CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES.

Se debe considerar en primer lugar que la región de La Araucanía es la región más

pobre del país y la segunda a nivel nacional con mayor ruralidad. El enfoque de

soluciones que mejoren la calidad de vida de las personas con respecto al

aprovechamiento de energía, hasta el momento, se dirige a la población que pertenece

al área urbana en términos comerciales, de capacidades monetarias o de ayudas de

estado para viviendas sociales.

El consumo de energía actualmente se está transformando en un problema a nivel

global. El 31 de octubre de 2011 se llega a la cantidad de 7 mil millones de habitantes

en el planeta, y los recursos tienen que distribuirse a todos. Además se debe considerar

el impacto ambiental que provoca este volumen actual de población en alza.

Si se pretende mejorar los índices de la región de desarrollo y pobreza se debe aportar

en el mejoramiento de la calidad de vida de las personas. El empezar por las zonas

rurales de La Araucanía es una apuesta a sectores que cuentan con oportunidades de

desarrollo distintas y variadas de las que ofrece el radio urbano. En el campo,

generalmente, se cuenta con la tenencia de tierra, es decir, hipotéticamente existirían

los espacios para el emplazamiento de proyectos ligados a aportar los índices de

desarrollo enfocados a eficiencia energética y sustentabilidad. Además las zonas

rurales cuentan con altos niveles de artesanía local, gran capacidad de autosuficiencia y

autonomía que son propicios para levantar proyectos y soluciones innovadoras que

resuelvan de forma directa los problemas de degradación e impactos ambientales, el

mantener los valores paisajísticos de la región y a la toma de conciencia en el consumo

de energías renovables no convencionales.

Este Trabajo de Título se conforma de soluciones que no son nuevas; de hecho,

bastante antiguas, que demostraron éxito en localidades nacionales y extranjeras

aportando desarrollo social y calidad de vida que repercuten en índices de desarrollo y

crecimiento. Donde se contribuye es en demostrar que “se puede hacer”, solo basta

iniciativa y empoderamiento.

La Araucanía se caracteriza por el consumo de energía a través de la combustión de

biomasa. Cocinar, calentar agua, calefaccionar ambientes, en especial en sectores

rurales, existe dependencia del consumo de leña. Es pensar solamente que en el



campo generalmente está todo el día la cocina a leña prendida, indistinto de las

condiciones climáticas. Es por ello que el aprovechamiento pasivo de energía es un

tema a introducir de forma regional. El Sol irradia de manera favorable a este país.

Goza de una energía de irradiancia global anual de 5.250 MJ/m2. La Araucanía

promedia 4.690 MJ/m2. Las soluciones solares se remiten a las condiciones más

favorables de clima. En época de primavera y verano la región se encuentra baja en un

20% solamente de las regiones nortinas, que son las más favorecidas en registros de

irradiancia solar. Se puede decir con toda seguridad que el funcionamiento de sistemas

de aprovechamiento solar pasivo, en las épocas favorables, demostrarán eficacia.

Las técnicas y/o artefactos que se construyeron son tres: un colector solar plano, un

horno solar y una cocina solar. Todos tienen las cualidades de ser de fácil construcción,

no se necesita mano de obra calificada y sus materiales son de fácil acceso y bajo

costo, lo cual favorece su producción y desarrollo. Además se demuestra que el

aprovechamiento de material en desuso o desecho garantiza la disminución de costos

de construcción en aproximadamente un 70%, además de hacerse cargo de los

beneficios económicos, ecológicos y sociales que tiene el reciclaje. Fundamentalmente

la generación de soluciones que incluyan material reciclado, aportan de sobremanera al

escaso 14% de reciclaje nacional y puede ser una fuente de generación de negocios

inclusivos en los cuales se puedan integrar a recicladores de base de zonas urbanas,

quienes son responsables del 60% de la recolección de desechos domiciliarios.

La experiencia adquirida en el proceso de construcción de los equipos solares es

reflejada en un manual de carácter técnico que fomente la autoconstrucción de

artefactos de aprovechamiento solar pasivo. Va a ser de mucha ayuda, se detallan

todos los materiales utilizados en la construcción, las herramientas necesarias y el

proceso constructivo de manera fácil y es altamente replicable. Además se consideran

los costos de obtención de cada uno de los elementos, los cuales son un gran aporte a

la hora de establecer los impedimentos monetarios y las posibilidades de reutilización

de material de desecho y técnicas de reciclaje.

En el proceso de financiamiento se invitaron a empresarios locales a participar del

proyecto con el fin de traspasar los costos a potenciales socios capitales y generar

redes de trabajo futuro. Si bien muestran interés en la iniciativa del proyecto, no se

concreta su participación en el aporte de materiales. Básicamente es una cuestión de



dilatación en el tiempo. Existen pocas oportunidades de conquistar y cerrar un trato con

un potencial socio capitalista. Nuestra formación académica, como Ingeniero

Constructor, no abarca temas de negociación efectiva formalmente, los que son,

personalmente hablando, necesarios para los tiempos de hoy debido al dinamismo de

mercado y para la generación de emprendimientos que desde el área de la construcción

también aporten al desarrollo local.

Sí se generaron lazos con una organización que comparte los principios de este trabajo

de pregrado: Los traperos de Emaús. La comunidad que lleva más de 40 años

recolectando y recuperando objetos en desuso comulgan con el objetivo de

mejoramiento al medio ambiente y de la calidad de vida de las personas para el

porvenir de las presentes y futuras generaciones. Ellos son de vital ayuda en el aporte

de material en desuso para la disminución de costos del proyecto.

Por parte de las prestaciones de los equipos solares construidos, hay que reconocer

que sus mediciones se realizaron algo tarde. Algo tarde para demostrar el total

beneficio y capacidad máxima de cada uno; pero a tiempo para generar conclusiones

de su utilización anual e imaginar comportamientos futuros.

El Colector Solar Plano demostró ser el más potente elemento de ser potencial

candidato a generar una solución de carácter formal a bajo costo, más allá de las

pruebas de carácter académico. Cada pasada de agua por el colector cuenta con una

ganancia de temperatura de aproximadamente 5 °C medido en condiciones de

«ausencia solar», nubosidad parcial. Es importante recalcar esto, no tuvo radiación

solar directa y al momento de contar con los rayos directos del sol, mostró un aporte de

temperatura al agua de un 44%. Este trabajo presenta un colector solar dinámico,

significa que por convección se cuenta con un flujo del fluido de forma permanente a

través del colector solar plano; lo que en condiciones óptimas de clima, además de una

aislación eficiente del estanque acumulador de agua, proponen en cada pasada del

fluido una ganancia de este 44% de aporte energético. Además de aumentar sus

prestaciones mediante la ampliación de la superficie captadora de energía o

simplemente adosando más colectores solares o ampliando el tamaño del mismo. Es

este artefacto el que augura más promisorio éxito en la implementación de agua

caliente sanitaria para sectores de escasos recursos y/o rurales de la región. Su aporte

al reciclaje además es considerable y los costos de construcción son mínimos.



Por su parte, el Concentrador Solar es el equipo de más bajo costo de construcción si

se asume su realización con material de desecho como es propuesto en este trabajo.

Medido en un día de condiciones no óptimas marcó un peak de 275 °C en el foco. Es

de esperar que para épocas de verano no sorprenda el llegar a los 500 °C. Como

primera aproximación a esta tecnología es un muy buen resultado y hay que avanzar al

nivel de profesionalismo que presentan las cocinas solares del norte de Chile y tratar de

emular sus buenos resultados en las épocas de sol favorables para La Araucanía.

La Trampa de Calor para la época que fue medida, no satisface los requerimientos

esperados. Sus funciones no las cumple debido a la ausencia de irradiación solar

directa y factores climáticos como la alta humedad presente en la región – sobre un

85% - y vientos que llegan a 10 km/hr. Es necesario ver su factibilidad en primavera y

verano, optimizar su estanqueidad y panel de absorción. También puede ser base de

modificaciones para probar chimeneas solares que también prometen como solución a

la climatización de ambientes y al aporte de arquitectura sustentable.

El concentrador solar o cocina solar es el gatillo del trabajo. En el norte de Chile, en la

localidad de Villaseca, el ingeniero eléctrico Pedro Serrano Rodríguez desarrolla a

mediados de 1988 proyectos de autoconstrucción participativa de equipos solares

destinados a disminuir el consumo de leña. Veintitrés años después, para el 2011, el

académico de la Universidad Federico Santa María presenta su tesis de magister

basada en el aumento de índices de desarrollo social, los emprendimientos que se

generaron y la evolución de mejora socio-económica de la localidad Villaseca, en fin,

todos los beneficios que significa el compartir una idea y realizarla en comunidad. Son

esas experiencias a las que humildemente pretende este trabajo.

Es menester de nuestra profesión y del perfil profesional que pretende esta carrera, el

ser parte de la generación de soluciones tangibles a problemas que atañen a la región y

a la sociedad en general. Se debe actuar: desarrollar cosas, generar proyectos y

conocimientos innovadores, vincularse con el medio, con el rubro, con la ciudadanía y

con el resto de la universidad.

Se debe como carrera fomentar el I+D+i. Otras casas de estudio cuentan con centros

de innovación e investigación que desarrollan este tipo de proyectos y otros vinculados

a satisfacer necesidades locales. Faltan competencias genéricas acorde a los tiempos

que se agreguen a la formación de la profesión: comunicación efectiva, liderazgo,



negociación, resolución de conflictos, trabajo en equipo, etc. Son ellas las que situarán

a la cabeza en este medio actual de generación de profesionales sin mesura. La

capacidad de encantar a alguien a la participación de un proyecto no necesariamente

debe ser una consecuencia de causa y error sumado a la constancia o

empecinamiento. Las capacidades se pueden adquirir en la sala de clases. Este

Trabajo de Título tiene como objetivo implícito la motivación de trabajos similares, de

proyectos de tesis generados por el departamento de obras que se realicen y se midan

y exista así la demostración de los mismos. Llevar a terreno las ideas y proyectos. Ser

un aporte a la generación de desarrollo social, a negocios inclusivos y emprendimientos

futuros.

Queda demostrado que la generación de equipos solares con material reciclado es de

bajo costo. Queda aún por demostrar las bondades en épocas favorables de luz y calor.

La Araucanía presenta condiciones de irradiación solar favorables, ya se ve la

implementación de Sistemas Solares Térmicos en proyectos habitacionales del sector

urbano. Un Termosifón de 300 L tiene un costo comercial aproximado de $1.800.000.

En este trabajo se apuesta por una solución de carácter social con $29.000. Es cierto

que en prestaciones no existe nivel de comparación, pero puede ser una iniciativa de

innovación local el mejorar y acondicionar el modelo presentado a menores costos.

Sería interesante el desarrollo de proyectos de implementación de Trabajos de Título de

esta índole en localidades vulnerables. Como se expresa en el desarrollo del trabajo,

estas localidades cuentan con la segura ventaja de apostar por soluciones innovadoras

y es que si se piensa en estos focos de 27% pobreza, de 32% ruralidad, la frase del

“todo sirve” adquiere peso a la hora de aportar a los índices de desarrollo. Además si se

generan iniciativas de trabajo en conjunto con la población, florecen oportunidades de

ideas y otras mejoras que a su vez crean proactividad que conlleva a situar a la región

como un referente en el desarrollo de la eficiencia energética y sustentabilidad, eso es

altamente beneficioso y el tiempo dará la razón. Por esto, los equipos solares quedarán

a disposición del departamento de obras para el estudio, mejora y análisis en otros

trabajos de investigación y a lo que se espera, implementarlos en proyectos formales.

Es de esperar además que este proyecto sea seguido de muchos más que aporten a la

búsqueda de probar tecnologías existentes o innovar con las propias tecnologías que se

relacionen con el reciclaje y la sustentabilidad, aumentar el conocimiento de



aprovechamiento pasivo de energías y la generación de nuevas soluciones que

impulsen el desarrollo de la eficiencia energética, la búsqueda de aportes sociales

reales, y que en un tiempo más se puedan medir los impactos que generan los Trabajos

de Título de la carrera.

BIBLIOGRAFÍA.


BIBLIOGRAFÍA Centro Uruguayo de Tecnologías Apropiadas, “Energía Solar: Autoconstrucción de cocinas y calentadores de agua”, http://www.tecnologiasapropiadas.com/biblioteca/index.html Uruguay. Visitada el 10 de abril de 2012.

CNE / PNUD / UTFSM, “Irradiancia Solar en Territorios de la República de Chile”, http://issuu.com/jovenestehuelches/docs/registrosolarimetrico_de_chile# Chile. Visitada el 04 de abril de 2012.

Corporación de desarrollo tecnológico de la Cámara Chilena de La Construcción, “Sistemas Solares Térmicos I”, http://descontamina.cl/blog/wp-content/uploads/2009/10/Manua_de_Energia_Solar_CDT11.pdf Chile. Visitada el 04 de abril de 2012.

García Ramón M.D., Tullas i Pujol A.F., Valdovinos Perdices N., 1995, “Geografía Rural”, 1ª Ed., Editorial Síntesis, España.

Gobierno de Chile, “Cuenta Pública 2011 Región de La Araucanía”, http://issuu.com/gobiernodechile/docs/araucania?viewMode=magazine Chile. Visitada 28 de Marzo de 2012.

Movimiento Nacional de Recicladores de Chile, http://movimientorecicladoreschile.blogspot.com Chile. Visitada el 05 de Mayo de 2012

Proyecto explora, “Informe Radiación Solar 2005”, http://solar2008.usach.cl/wp-content/uploads/2008/03/informe.pdf Chile. Visitada el 04 de abril de 2012.

Quilandria B., Monares A., Ugarte R., 2000, “Hacia una región sin pobres rurales”, 1ª Ed., Ediciones LOM, Chile.


ANEXOS

ANEXO A. COLECTOR SOLAR PLANO


ANEXO A. Colector Solar Plano. Pensado para ser construido con materiales de fácil acceso local y material reciclado

domiciliario. Es una de las mejores formas de obtener agua caliente.

El Colector Dinámico de Botellas permite generar un flujo continuo de agua caliente

entre el acumulador y el colector solar plano, debido a la convección.

Las botellas reciben la radiación solar generando efecto invernadero en su interior que

calienta el fluido.

El aislante térmico dentro de las botellas evita perdidas considerables de temperatura.

Figura A.1. Esquema funcionamiento colector solar plano



A.1. Materiales Utilizados

Esta es una lista de los componentes y materiales utilizados:

Botellas PET 1,5 L desechable

Cantidad: 24

Información: tienen que ser todas iguales. Será

la superficie transparente que captará la luz

blanca o visible, creando efecto invernadero

energizando el sistema.

Costo: $0 (material reciclado)

Cajas Tetra Pak

Cantidad: 24

Información: Proporciona una mayor área de

absorción de la radiación solar en el interior de

la botella.

Costo $0 (material reciclado)

Poliestireno expandido 25 mm

Cantidad: 1 plancha

Información: Evitará las perdidas de calor en el

interior de las botellas.

Costo: $530

Cañería Polietileno ½”

Cantidad: 16 m

Información: Transportará el fluido en las

columnas del colector.

Costo: $1.200



Cañería polietileno ¾”

Cantidad: 3 m

Información: Transportará el fluido por las filas

del colector.

Costo: $330

Tee polietileno reducción ¾” a ½”

Cantidad: 10

Información: Hará las uniones fila-columna en el

colector.

Costo: $2.900

Codo polietileno ¾”

Cantidad: 2

Información: unirá las esquinas libres del

sistema. Debe ir acompañado de una reducción

¾” a ½” para cambiar de fila a columna.

Costo: $360

Reducción polietileno ¾ a ½”

Cantidad: 4

Información: Es el complemento del codo en las

esquinas para formar la reducción además de la

salida a ½” del sistema.

Costo: $520



Terminal polietileno He ½”

Cantidad: 4

Información: Serán los accesos al estanque

acumulador de agua.

Costo: $280

Niple acero galvanizado ½” (opcional)

Cantidad: 1

Información: Es opcional. Como los estanques

de acumulación son plásticos y tras su

perforación no quedan hilados, este niple

proporcionará el hilo para no dañar el terminal

de polietileno.

Costo: $230

Látex negro opaco

Cantidad: (despreciable)

Información: Proporciona la máxima absorción

de la luz en el interior de las botellas.

Costo: $3.800 ¼ galón



A.2. Herramientas Utilizadas

Esta es una lista de las herramientas utilizadas en la confección del colector solar plano.

Son opcionales. Puede utilizarse cualquier herramienta que cumpla con la finalidad

dada, pero esta es una lista mínima que puede encontrarse en cualquier domicilio o

adquirida de forma sencilla.

Hoja para marco sierra.

Uso: Sin su marco es útil para empezar los

cortes en el fondo de la botella desechable,

puesto que es muy dura para el cuchillo

cartonero.

Costo: ≈$300

Taladro.

Información: para perforar el fondo de las

botellas.

EPP: guantes, antiparras

Costo: se pueden encontrar desde $11.500

aproximadamente.

Sierra copa 1”

Información: Es el complemento al taladro para

hacer la perforación. De 1” de ancho garantiza

la entrada de la punta de una botella PET para

formar la columna

Costo: Se pueden encontrar juegos para

montaje de cerraduras con distintos diámetros y

no grandes marcas desde $4.000

aproximadamente.



Cuchillo cartonero

Información: Para realizar cortes.

Costo: ≈$300

brocha

Información: para pintar de negro los envases

Tetra Pak

Costo: ≈$500



A.3. Procedimiento Constructivo

Lavar bien y retirar todos los elementos de la botella PET.

Perforar el fondo de la botella con la

sierra copa 25 mm. (1”) garantiza la

entrada de la punta de otra botella.

Con la hoja para marco sierra empezar 2

cortes en el fondo de la botella siguiendo

las curvaturas que presenta y con el

cuchillo cartonero continuar el corte de

modo de no extraer el total del fondo y

hacer una especie de compuerta.



Lavar bien las cajas de Tetra Pack

(fuente: http://reciclatutetrapack.blogspot.com/)

Realizar cortes según diagrama

A la caja cortada, aplicar los dobleces como

lo describe la figura:



Cortar la espuma de poliestireno

expandido utilizando como molde la caja

doblada de Tetra Pak. Una vez

finalizado, introducir ambos elementos

en la botella PET cortada.

Montar las botellas PET una tras otra, procurando que la punta de la botella anterior

entre en la perforación de 25mm de la siguiente, conformando columnas de 4 botellas.

Introducir la manguera de ½” de polietileno en el interior de la columna cuidando de las

distancias para el fitting en el armado del colector plano.



El Colector Solar Plano debe quedar de la siguiente forma:

El Colector Solar Plano estará conformado por columnas de botellas PET protegidas

con espuma de poliestireno y con la superficie de absorción mejorada con cajas Tetra

Pak. Constará de seis columnas de 4 botellas cada una, una en el interior de la otra.

Por el interior de cada columna pasará la cañería de polietileno de ½” la cual se

amarrará en sistema en serie mediante las Tee de polietileno de ¾ a ½” y la cañería de

¾”.



Pueden conectarse varios captadores para mejorar la eficiencia del sistema y obtener mejores resultados.

Figura A.2. Conexión de captadores solares

ANEXO B. CONCENTRADOR SOLAR


ANEXO B. Concentrador Solar. El Concentrador Solar utiliza la reflexión especular para hacer incidir la luz en todas las

zonas de un objeto a calentar (que puede ser una olla para cocinar).

Su superficie parabólica cubierta de espejos permite a la luz incidente concentrarla en

un solo punto que se conoce como foco, maximizando la ganancia de energía.

Figura B.1. Funcionamiento Cocina Solar



B.1. Materiales Utilizados.


Antena parabólica

Cantidad: 1

Información: Cumple con la función de reflejar

toda la luz incidente a un foco para concentrar

temperatura.


Espejo

Cantidad: la necesaria para cubrir la superficie

de la antena.

Información: Otorga la superficie especular

capaz de reflejar la luz incidente.


Adhesivo de montaje

Cantidad: 1 cartucho 300 ml

Información: Adhesivo de rápido secado para

realizar el mosaico de espejo que cubra la

superficie de la parabólica.

Costo: $2.500



Madera aglomerada.

Cantidad: 1 pieza de 77 x 60 cm

Información: funciona de base para la antena

Costo: ~$1.200

Tornillos para madera aglomerada 8 x 1 ½”.

Cantidad:16

Información: se usaron para hacer la sujeción de

las ruedas.

Costo: $920

Ruedas plásticas

Cantidad: 4

Información: Otorgan movilidad al sistema.

Costo: $790

B.2. Herramientas Utilizadas.

Esta es una lista de las herramientas utilizadas en la confección del Concentrador Solar,

una lista mínima que puede encontrarse en cualquier domicilio o adquirida de forma

sencilla.

Pistola para cartuchos a muelle.

Uso: Para aplicar el adhesivo de montaje.

Se puede encontrar por el nombre “pistola

para silicona”.

Costo: ≈$850



Cortador de vidrio.

Uso: Para realizar los cortes necesarios del

vidrio reciclado y cubrir de forma óptima la

superficie de la parábola

Costo: ≈$3.500

Sierra Caladora.

Uso: para cortar la madera. No es obligatoria,

sólo hace más eficaz el trabajo.



aproximadamente.

Se puede encontrar sierras manuales desde

$4.000 aproximadamente.

Atornillador de cruz

Uso: para fijar las ruedas y la antena a la

superficie base

Costo: ≈$700



B.3. Procedimiento Constructivo.

Cubrir la superficie de la parábola utilizando el adhesivo de montaje y los trozos de

espejos reciclados mediante la técnica de mosaicos.

Figura B.2. Mosaico en parabólica. Superficie especular.

¿Cómo encontrar el foco?

Ayudado de la superficie especular, situar delante de la antena una superficie de cualquier tipo, ojalá obscura, que demuestre el reflejo la luz. Se aleja esta superficie a medida que los haces de luz reflejados se concentran en un punto. Es fácil llegar al foco puesto que si se está en condiciones óptimas se empezará a quemar la superficie de ensayo (quizá hubiese sido aclarador empezar por aquí, ya que en la práctica, se quema una bandeja).

ANEXO C. HORNO SOLAR.


ANEXO C. Horno Solar.

Funciona principalmente con efecto invernadero. Las propiedades naturales del vidrio

dejan pasar la radiación solar visible (luz blanca), pero bloquean la radiación infrarroja y

ultravioleta, con lo que el desequilibrio energético producido supone un aumento de la

temperatura interior, la que usando aislación térmica se acumula y permite cocinar.

El esquema funciona de la siguiente manera (Serrano, 1988):

1. La luz blanca o visible atraviesa

el vidrio

2. La luz blanca calienta el Objeto

a bajas temperaturas (0-100-

200 °C)

3. El Objeto al aumentar de

temperatura emite calor en

forma de radiación infrarroja

invisible.

4. Como el vidrio es opaco a este

tipo de radiación, empieza a

acumular energía en el interior

aumentando la cantidad de

calor en un ciclo continuo.



C.1. Materiales Utilizados.


Madera aglomerada.

Cantidad:

o 1 pza. de 70 x 70 cm (base)

o 1 pza. de 70 x 20 cm (frente)

o 1 pza. de 70 x 50 cm (fondo)

o 1 pza. de 70 x 10 cm (superior)

o 1 pza. de 80 x 70 cm (laterales)

Información: Será la estructura de la trampa

de calor.

Costo: ~$3.000 en despuntes y corte

dimensionado.

Puntas para madera 1” (opcional)

Cantidad: 100 gr

Información: al no utilizar pinzas ni

escuadras son de gran ayuda para armar la

estructura del mueble.

Costo: $560

Tornillos para madera aglomerada 8 x 1 ½”.

Cantidad:50

Información: se usaron para fijar la

estructura y hacer la sujeción de las ruedas.

Costo: ~$2.500



Poliestireno expandido 50 mm

Cantidad: 1 plancha

Información: Aislación térmica.

Costo: $2.550

Lana mineral a granel

Cantidad: ~1,5 m2, 0,04 m3 aprox.

Información: creará la barrera de soporte de

temperatura al interior del horno. Ira antes

del poliestireno expandido para mejorar la

aislación.

Costo: $9.990 la bolsa de 5 kg.

Rendimiento: 1:1 kg/m2 (se ocupa una

ínfima parte de ella)

Cajas de Tetra Pak

Cantidad: 30

Información: Servirá de protección y

confinamiento de la lana mineral, a la vez que

de aislación a la trampa de calor maximizando la

ganancia de energía.

Costo $0 (material reciclado)

Ruedas plásticas

Cantidad: 4

Información: Otorgan movilidad al sistema.

Costo: $790



Vidrio monolítico

Cantidad: 1 pieza de 70 x 68 cm.

Información: Proporciona la superficie

transparente que absorbe la luz blanca y

genera efecto invernadero, calentando el

sistema.


Adhesivo de montaje


Información: Adhesivo de rápido secado para

realizar la estructura y fijar la aislación.

Costo: $2.500

Sellador Multiuso


Información: Sellador elástico a base de

poliuretano que evita las filtraciones en las

juntas del sistema.

Costo: ~$2.000 si se opta por importados de

marcas alternativas. Un Sika vale

aproximadamente $5.000

Tiradores cajonera

Cantidad: 2

Información: para la puerta del horno.

Costo: ~$560



Látex negro opaco

Cantidad: (despreciable)

Información: Proporciona la máxima absorción

de la luz en el interior del sistema.

Costo: $3.800 ¼ galón

C.2. Herramientas Utilizadas.

Esta es la lista de las herramientas utilizadas en la confección del Horno Solar. Pueden

buscarse herramientas alternativas que cumplan la misma finalidad. Esta lista mínima

puede encontrarse en cualquier domicilio o adquirida de forma sencilla.

Sierra Caladora.

Uso: para cortar la madera. No es obligatoria,

sólo hace más eficaz el trabajo.



aproximadamente.

Se puede encontrar sierras manuales desde

$4.000 aproximadamente.

Taladro.

Información: para perforar.



aproximadamente.



Atornillador de cruz

Uso: para fijar las ruedas

Costo: ≈$700

Cortador de vidrio.

Uso: Para realizar los cortes necesarios del

vidrio reciclado

Costo: ≈$3.500

Martillo.

Uso: Para las puntas.

Costo: ≈$2.500

Pistola para cartuchos a muelle.

Uso: Para aplicar el adhesivo de montaje.

Se puede encontrar por el nombre “pistola

para silicona”.

Costo: ≈$850

Cuchillo cartonero

Información: Para realizar cortes.

Costo: ≈$300



Lápiz

Información: Necesario para hacer los

cortes a la madera o demarcar lo

necesario.

Costo: $100 (puede ser cualquier tipo de

lápiz)

Rotulador permanente

Información: será necesario para hacer las

marcas en el vidrio monolítico

Costo: $300

brocha

Información: para pintar de negro el interior del

horno.

Costo: ≈$500

Huincha

Información: para medir las dimensiones de

las piezas a utilizar.

Costo: desde ≈$1.000

Regla acero inoxidable (regla carpintero)

Información: para tirar líneas perfectamente

rectas

Costo: desde ≈$1.000



Escuadra carpintera

Información: garantiza los ángulos rectos

de la estructura

Costo: ≈$1.500



C.3. Procedimiento Constructivo

Si fuere el caso de cortar una plancha de terciado para armar la estructura, un buen

esquema de cortes es el siguiente

las otras piezas para conformar la estructura son:



Se conforma la estructura de la siguiente

forma:

La aislación se instala siguiendo el orden:

Poliestireno expandido, luego Lana

Mineral y finalizar con Tetra Pak

Es más fácil utilizar lana mineral en formato colchoneta o rollo. Una solución para confinar el formato granel de lana mineral fue fabricar columnas con envases de Tetra

Pak, rellenarlas con lana mineral para estructurar como pie derechos, y del mismo modo que con los tabiques, rematar con las cajas Tetra Pak confinan la lana. Se utilizó

adhesivo montaje para el proceso.



Se puede finalizar confeccionando una tapa con vidrio o utilizando la superficie especular completa. Una vez sellado el elemento, en su interior poner un acumulador de energía. Este tendrá la función de conservar la energía que atrape el horno. Se puede utilizar arena, piedra, etc.

ANEXO D. MEDICIONES PRELIMINARES TRAMPA DE CALOR.



A continuación se presentan los registros de temperatura interior-exterior de la trampa

de calor comprendidos entre el 26 de abril y 2 de mayo de 2012. El objetivo es

demostrar los resultados alcanzados que no reflejan las expectativas de la tesis. El

clima de la semana registrada, como se muestra en la Tabla D.1, se debe considerar y

sirve para proyectar medidas futuras, cuyas condiciones climáticas de seguro

empeoran. Sumado a esto, hay que considerar la incapacidad de alcanzar la

estanqueidad en el sistema, cosa que invita a la mejora y a la medición de éste en

estaciones como primavera y verano, cuyas condiciones son de seguridad mucho

mejores.

Tabla D.1. Condiciones climáticas presentes en medición de trampa de calor.6

Día T Máx. °C

T mín. °C

V viento km/hr

Precipitación mm

Humedad Promedio %

Eventos

Jueves 26 de abril 2012

14 9 3,0 0,0 87 Niebla

Viernes 27 de abril 15 9 2,0 0,2 89 Niebla, lluvia Sábado 28 de abril 15 5 6,0 0,0 82 Niebla,

chubascos Domingo 29 de abril 21 10 10,0 0,0 67 N/A Lunes 30 de abril 17 8 7,0 10,0 86 Niebla, lluvia Martes 1 de mayo 15 8 4,0 0,0 86 Niebla Miércoles 2 de mayo 16 9 10,0 0,2 79 Lluvia




Figura D.1. Registro temperatura y humedad relativa en interior y exterior horno solar.

Jueves 26 de abril, 2012.


Viernes 27 de abril, 2012.

0102030405060708090100

0:01:25

0:51:25

1:41:25

2:31:25

3:21:25

4:11:25

5:01:25

5:51:25

6:41:25

7:31:25

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9:11:25

10:01:25

10:51:25

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13:21:25

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15:01:25

15:51:25

16:41:25

17:31:25

18:21:25

19:11:25

20:01:25

20:51:25

21:41:25

22:31:25

23:21:25

26/04/2012

T °C INT T °C EXT HR % INT HR % EXT

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0:01:25

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21:41:25

22:31:25

23:21:25

27/04/2012





Sábado 28 de abril, 2012.


Domingo 29 de abril, 2012.

0102030405060708090100

0:01:25

0:51:25

1:41:25

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20:51:25

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22:31:25

23:21:25

28/04/2012


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0:01:25

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18:21:25

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20:01:25

20:51:25

21:41:25

22:31:25

23:21:25

29/04/2012





Lunes 30 de abril, 2012.


Martes 01 de mayo, 2012.

0

20

40

60

80

100

120

0:01:25

0:51:25

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ANEXO E. REFERENCIA DE IMÁGINES WEB.


ANEXO E. REFERENCIA DE IMÁGENES WEB.

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Análisis de Generación y Aprovechamiento Pasivo de Energía Solar en viviendas rurales

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