Calentador Solar
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CALENTADOR SOLAR
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ÍNDICE
Delimitación del tema 2
Planteamiento del problema 2
Formulación del problema 2
Justificación 3
Objetivo General 5
Objetivo Especifico 5
Marco teórico 6
Lista de actividades 51
Diagrama de Gantt 52
Conclusiones 53
Presupuesto 54
Bibliografía 56
1
DELIMITACIÓN DEL TEMA
Calentador solar como alternativa del calentador de gas LP en una casa
habitación.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Es importante mencionar que el 80% del consumo de gas en una casa se debe
al calentador. Dentro de cualquier vivienda, el gas es una necesidad básica por
lo que el consumidor debe cubrir una cantidad considerable de dinero
anualmente para satisfacer las necesidades de agua caliente de su familia. Con
un calentador solar se obtiene un beneficio tanto energético como económico a
largo plazo.
Para seleccionar un buen calentador solar de agua, hay que tener presente el
volumen requerido de agua al día en litros y la temperatura deseada; en base a
los habitantes de la casa.
Cabe mencionar que dicho prototipo tiene como beneficio ocupar la energía
solar, ya que en otros lugares no se consume mucho el gas LP.
Esperando que este sea eficaz, se espera la relación de la cobertura de
abastecimiento de agua a una casa habitación.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Podrá ser posible mantener el abastecimiento de una casa con agua
caliente?
2
JUSTIFICACION
En la actualidad, la tendencia es disponer de un sistema híbrido para calentar
el agua de uso doméstico, consiste en instalar un calentador de gas y un
calentador solar en serie o combinados. Si utilizamos únicamente un calentador
de gas, estamos desperdiciando un recurso no renovable que además es más
caro, pero si contamos únicamente con un calentador solar no nos asegura
tener agua caliente cuando utilizamos más de la requerida en días normales,
sin tomar en cuenta las condiciones climáticas que puedan limitar el recurso
solar.
Estudios indican que el consumo de gas lp en una casa en la ciudad de México
es de 135lt. glp/mes, del cual 46% se utiliza para cocinar y el 54% restante
para el aseo personal. En base a estos datos, la reducción en el consumo de
gas; utilizando un calentador solar, será de 21lt. glp/mes correspondientes al
porcentaje de aseo personal de tres personas considerando 50 litros de agua
diarios por cada una.
GRAFICAS PARA APLICAR EL ABASTECIMIENTO DEL AGUA CALIENTE
Solo para uso de regadera, 30 litros por persona a 45ºc
Nº de personas Capacidad de
termo tanque
Nº de colectores
solares planos
Válvula
anticongelante
2 115 1 0
4 115 1 0
6 200 2 0
8 300 2 0
10 300 2 0
3
Para uso de regadera, lavado, fregadero y lavado de ropa, 45 litros por persona
a 55ºC
Nº de personas Capacidad de
termo tanque
Nº de colectores
solares planos
Válvula
anticongelante
2 115 1 0
4 200 2 0
6 300 3 0
8 2 x 200 3 0
10 300 +200 4 0
Para uso de todos los servicios anteriores, mas lavatrastos, 60 litros por
persona a 60 ºC
Nº de personas Capacidad de
termo tanque
Nº de colectores
solares planos
Válvula
anticongelante
2 115 1 0
4 300 3 0
6 2 x 200 4 0
8 300+200 5 0
10 2 x 300 6 0
4
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un calentador como alternativa de un calentador de gas en una casa
habitación.
OBJETIVO ESPECIFICO
Proporcionar agua de un 60% a un 80% usada para los quehaceres
domésticos.
Tomar los rendimientos del sol aprovechando sus recursos.
Tener una alternativa como un ahorro económico.
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MARCO TEORICO
Un calentador solar es un aparato que utiliza el calor del sol (energía solar)
para calentar alguna sustancia, como puede ser agua, aceite, salmuera, glicol o
incluso aire. Su uso más común es para calentar agua para uso en albercas o
servicios sanitarios (duchas, lavado de ropa o trastes etc.) tanto en ambientes
domésticos como hoteles. Son sencillos y resistentes, pueden tener una vida
útil de hasta 20 años sin mayor mantenimiento.
En muchos climas un calentador solar puede disminuir el consumo energético
utilizado para calentar agua. Tal disminución puede llegar a ser de hasta 50%-
75% o inclusive 100% si se sustituye completamente, eliminando el consumo
de gas o electricidad. Aunque muchos países en vías de desarrollo cuentan
con climas muy propicios para el uso de estos sistemas, su uso no está
extendido debido al costo inicial de la instalación. En varios países
desarrollados las normativas estatales obligan a utilizar estos sistemas en
viviendas de nueva construcción.
Los calentadores tienen una elevada eficiencia para captar la energía solar.
Dependiendo de la tecnología y materiales implementados, pueden llegar a
alcanzar eficiencias del 70% u 80%. No debe confundirse el panel solar térmico
con el panel fotovoltaico, el cual no se utiliza para calentar substancias, sino
para generar electricidad a partir de la luz.
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El funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo también
llamado como colector solar plano, este se instala normalmente en el techo de
la casa y orientado de tal manera que quede expuesto a la radiación del sol
todo el día.
Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se
coloca con cierta inclinación. La cual depende de la localización de la cuidad
donde sea instalado.
El colector solar plano está formado por aletas captadoras conectadas a tubos
por donde circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los
rayos y transferirlo al agua que circula en su interior.
7
Pero ¿cómo circula el agua por todo el sistema? esto se logra mediante el
efecto denominado “termosifónico”, que provoca la diferencia de temperaturas.
Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la fría y, por lo tanto, tiende
a subir. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termotanque,
con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún
equipo de bombeo.
Y ¿cómo hacemos para mantener el agua caliente? precisamente, esa es la
función del “termotanque”, el cual está forrado con un aislante térmico para
evitar que se pierda el calor ganado.
Componentes del calentador solar, de acuerdo con su funcionamiento los
calentadores solares se clasifican en dos tipos:
Activos: los calentadores solares activos son aquellos que utilizan una bomba o
algún tipo de energía externa para mover el agua dentro de su ciclo
Pasivos: los generadores solares pasivos no requieren de energía externa para
funcionar. Utilizan el principio de convección para mover el agua dentro del
sistema.
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Sus componentes son:
1. El colector constituido por la placa absorbente y la caja térmica. la placa
absorbente es la unidad receptora de la radiación solar que calienta el agua, y
está formada por una plancha de fierro a la cual se adhieren una serie de tubos
paralelos dentro de los cuales circula el agua. la caja térmica lleva en su interior
la placa absorbente con un colchón de aislamiento.
Tubos y placas: en el llamado colector, se disponen dos tubos horizontales y se
conectan con varios tubos verticales.
2. El tanque de almacenamiento almacena el agua caliente hasta su utilización
y está aislado para conservar el calor.
3. Las conexiones, que se usan para la circulación del agua entre el colector y
el tanque durante las horas de sol, y de éste hacia la tubería de uso con el
funcionamiento y el servicio esperando sea eficaz se espera la realización de la
cobertura de abastecimiento del agua a una casa.
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EL SISTEMA DEL CALENTADOR:
Son todas las tuberías, bombas, sistemas de control llaves de paso, y
accesorios con las que el calentador solar, conecta por medio de tuberías el
colector con el contenedor, así como también el calentador con las tuberías de
una casa.
Sustancia del trabajo:
Si la circulaciones directa, se emplea agua potable; la misma que se utiliza
en regaderas, lavabos, lavadoras, albercas, etc. en este caso, el agua se hace
10
pasar por el colector para ser guardada e el contenedor. si se utiliza circulación
indirecta existen dos circuitos: uno con agua potable para el consumo, y otro
con un fluido calo portador, que usualmente es agua o una mezcla de agua y
glicol.
Los dos circuitos se ceden energía mediante un intercambiador de calor, en
este sistema, el agua potable no pasa por el colector, sino únicamente por el
contenedor que aloja un intercambiador de calor donde se transfiere la energía
captada por el fluido calo portador.
Este sistema es más conveniente si el calentador se encuentra en una
localidad de clima frio, ya que el fluido calo portador que circula por el colector
tiene propiedades anticongelantes, previniendo la ruptura de las tuberías por
congelamiento.
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TIPOS DE CIRCULACIÓN:
Circulación directa: el agua que se calentó en el colector se utiliza
directamente por el usuario.
Circulación indirecta: una substancia de trabajo se calienta y se envía a un
intercambiador de calor. Este utiliza el mismo principio que un radiador, de esta
manera se separara el fluido del sistema con el fluido a utilizar. Esta opción es
conveniente cuando el sistema de calentado se ubica en zonas propensas a
congelación, donde el agua podría quebrar las tuberías al congelarse.
Los tubos de conexión del tanque con el calentador son de jebe o
mangueras aisladas. El tanque y la tubería deben ser aislados con un forro de
unos 8 cm de los mismos materiales indicados para la caja térmica. El
mantenimiento debe ser constante: limpieza del vidrio de la caja térmica;
sellado de los vidrios con masilla; repintado de las partes de madera; verificar
el funcionamiento de la boya o flotador; inspección de la pintura interior del
tanque; y control de cualquier filtración.
VENTAJAS:
Costo mínimo en comparación con calentadores a base de gas.
Facilidad de mantenimiento.
DESVENTAJAS:
Dependiendo el volumen y el momento en que se usa el agua caliente, esta
puede tener o no la tempera deseada (dependiendo de las condiciones
climáticas).
12
Para garantizar el suministro suele necesitar el apoyo de un sistema
calentador convencional.
AMBIENTALES:
El uso de los calentadores solares permite mejorar en forma importante
nuestro entorno ambiental.
¿Cómo? los problemas de la contaminación en las zonas urbanas no solo son
provocados por los combustibles utilizados en el transporte y en la industria, si
no también por el uso de gas lp en millones de hogares, lo cual contribuye en
conjunto al deterioro de la calidad del aire y la emisión de gases de efecto
invernadero.
¿Qué es energía térmica?
Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor. Puede
ser obtenida de la naturaleza o del sol, mediante una reacción exotérmica,
como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o
de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto
termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o
químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se
encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o
la energía solar fotovoltaica.
La obtención de energía térmica implica un impacto ambiental. La combustión
libera dióxido de carbono (CO2) y emisiones contaminantes. La tecnología
actual en energía nuclear da lugar a residuos radiactivos que deben ser
controlados. Además deben tenerse en cuenta la utilización de terreno de las
plantas generadoras de energía y los riesgos de contaminación por accidentes
en el uso de los materiales implicados, como los derrames de petróleo o de
productos petroquímicos derivados
¿a qué se debe la energía térmica como se transfiere?
13
La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la
materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que
esté a mayor temperatura.
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de
temperatura se denomina calor.
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el
calor emitidos por el Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del
calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en
dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables,
particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia
o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los
paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente
reciclable al día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones
atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la
superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la
suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco
solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la
bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y
refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos
atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse
para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que
proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la
atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de
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1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y
un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar
electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.1
Energía proveniente del Sol
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol alcanza la
superficie terrestre.
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la
capa más alta de la atmósfera.2 Aproximadamente el 30% es reflejada de
vuelta al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos
y las masas terrestres. El espectro electromagnético de la luz solar en la
superficie terrestre está ocupado principalmente por luz visible y rangos
de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta. 3 La radiación
absorbida por los océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra incrementan
la temperatura de éstas. El aire calentado contiene agua evaporada que
asciende de los océanos, y también en parte de los continentes, causando
circulación atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas
altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que
el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la
condensación del agua amplifica la convección, produciendo fenómenos como
el viento, borrascas y anticiclones. La energía solar absorbida por los océanos
y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C. Para la fotosíntesis de las
plantas verdes la energía solar se convierte en energía química, que produce
alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los combustibles
fósiles.
Flujo Solar Anual y Consumo de energía
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humano
Solar 3,850,000 EJ7
Energía eólica 2,250 EJ8
Biomasa 3,000 EJ9
Uso energía primario (2005) 487 EJ10
Electricidad (2005) 56.7 EJ11
Se estima que la energía total que absorben la atmósfera, los océanos y los
continentes puede ser de 3.850.000 exajulios por año. En 2002, esta energía
en un segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un año.
La fotosíntesis captura aproximadamente 3.000 EJ por año en biomasa, lo que
representa solo el 0,08% de la energía recibida por la Tierra. La cantidad de
energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al
doble de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no
renovable como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural.
Rendimiento
Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio
policristalina oscilan alrededor del 10%. Para células de silicio monocristalino,
los valores oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los colectores
solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70% de
rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de
nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que
16
puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante
las horas de sol.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos visto, un rendimiento en
torno al 15 % y no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay
líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía
eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para
instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento-proyectos de
electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica-, aunque su
precio es todavía alto. Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a
alcanzar la paridad -igualar el precio de obtención de la energía al de otras
fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que
garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de
Alemania, Italia o España.
También se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con
un rendimiento del 3%.
Según un estudio publicado en 2007 por el World Energy Council, para el año
2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar.14 Según informes
de Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la
población mundial en 2030.15
Energía fototérmica
Artículo principal: Energía solar térmica
Los Sistemas fototérmicos convierten la radiación solar en calor y lo transfieren
a un fluido de trabajo. El calor se usa entonces para calentar edificios, agua,
17
mover turbinas para generar electricidad, secar granos o destruir desechos
peligrosos. Los Colectores Térmicos Solares se dividen en tres categorías:
Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas
menores de 65º C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para
aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento
doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades
industriales en las que el calor de proceso no es mayor a 60º C, por ejemplo
la pasteurización, el lavado textil, etc.
Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la
radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente
entre los 100 y 300º C. En esta categoría se tienen a los concentradores
estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la
concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor
tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente
directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a
zonas de alta insolación.
Colectores de alta temperatura. Existen en tres tipos diferentes: los
colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y
los sistemas de torre central. Operan a temperaturas mayores a los 500º C
y se usan para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica; en
algunos países estos sistemas son operados por productores
independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días
nublados son remotas.
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Usos y aplicaciones de la energía térmica
Aplicaciones
La energía térmica posee un sinfín de aplicaciones pero se emplea
principalmente para abastecer a los sistemas de calefacción y para proveer
agua caliente a los sistemas sanitarios; los equipos domésticos de alta
tecnología cuentan con un desarrollo fiable y económico, pueden funcionar a
base de energía solar o de otras fuentes. En el primer caso no debemos
depender únicamente de los días soleados ya que los equipos actuales
cuentan con depósito y un sistema energético auxiliar en donde se almacena
toda la energía recogida durante días lo que nos permite utilizarla luego
durante la noche.
La cocina es otro de los lugares en donde se utiliza la energía térmica, siempre
y cuando nos refiramos a las cocinas solares; en ellas se pueden cocinar la
mayoría de los platos que haríamos con un horno convencional con la ventaja
de que en una cocina solar obtenemos un plato de manera ecológica. El único
inconveniente de estos dispositivos es que necesita de un período de tiempo
mucho más extenso para que los alimentos alcancen las temperaturas de
cocción. La energía térmica no se ha explotado convenientemente aún pero, de
acuerdo a varios entendidos, este proceso no demorará mucho tiempo; son
muchas las naciones que han presentado planes y proyectos para incursionar
en este recurso aprovechando sus beneficios al máximo. Seguramente, en
pocos años, encontraremos muchos más hornos y radiadores solares que hoy
en día
Según la forma de recoger la radiación solar podremos obtener energía térmica
o transformarla en electricidad, dependiendo de la tecnología utilizada en cada
caso. El calor se logra mediante los captadores solares térmicos, mientras que
la electricidad, por lo general, se consigue a través de los llamados módulos
fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su
tecnología ni en su aplicación.
19
A día de hoy la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo
tienen como finalidad la producción de agua caliente para uso doméstico. A
esta aplicación se destinan los esfuerzos de la mayoría de los mercados
nacionales importantes, aunque el tipo y el tamaño de las instalaciones, así
como el porcentaje total de la demanda que cubre, varía en función de la zona
del mundo a la que hagamos referencia.
El aporte de energía solar en sistemas de calefacción es el segundo en
importancia; una aplicación que resulta especialmente interesante en países
fríos y que se utiliza cada vez con mayor frecuencia tanto para viviendas
familiares como para todo tipo de instalaciones colectivas.
Se trata de una opción cada vez más valorada en países como China,
Australia, Nueva Zelanda o Europa, donde se entiende la edificación desde una
perspectiva global en la que la energía solar puede ofrecer soluciones
integradas en muy diversos ámbitos, y la calefacción constituye siempre un
potencial muy atractivo.
Finalmente entre las aplicaciones de la energía solar térmica en el mundo cabe
también destacar la climatización del agua para piscinas. Esta aplicación sigue
teniendo gran importancia en países como Estados Unidos, Canadá, Australia
y Austria, aunque en los últimos años ha perdido Energía Térmica en parte de
su mercado, después de un periodo en el que se han registrado fuertes
crecimientos.
Por lo que respecta al reparto de la energía solar térmica por países, el
mercado mundial continua bajo el dominio de China. Se calcula que
aproximadamente el 40% de los captadores solares colocados en el mundo se
encuentran en este país. Después de alcanzar una gran aceptación en
pequeños municipios durante las décadas de los años 80 y 90, la energía solar
térmica en la República Popular China ha penetrado con fuerza en ciudades de
medio y gran tamaño como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias
disponen de agua caliente gracias al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3
20
millones de toneladas de carbón al año, que evita la emisión de más de 13
millones de toneladas de CO2.
A China le siguen Japón, Turquía, Alemania e Israel con altos índices de
crecimiento en los últimos años. Entre ellos, llama especialmente la atención el
desarrollo de la energía solar en Israel, donde alrededor del 85% de las
viviendas están equipadas con captadores solares térmicos, como resultado de
una ley de hace 20 años que requiere que todos los edificios de menos de 20
metros de altura deban estar dotados de sistemas solares térmicos en los
tejados.
Más espectacular si cabe resulta el caso de Chipre. El país que recientemente
se ha incorporado a la Unión Europea es el que más cantidad de energía solar
térmica aporta por habitante en el mundo, con 431 kWth (kW térmico) por cada
1.000 habitantes. En este país más del 90% de los edificios construidos están
equipados con captadores solares térmicos, lo que representa más del doble
de la capacidad instalada por habitante en otros países europeos con gran
tradición solar, como Grecia o Austria.
USOS DE LA ENERGIA TERMICA
Los sistemas de captación de la energía calorífica del sol, Son los llamados
colectores térmicos. Por medio del calor recogido en los colectores podemos
calentar agua a media y baja temperatura para poder disponer de ella en
utilidades tanto domésticas como industriales, de ocio, etc.
Dentro de este apartado hay tres grandes tipos de aplicaciones:
- A.C.S. o agua caliente sanitaria.
- Calefacción por suelo radiante
- Climatización de piscinas
- Calentamiento en aplicaciones industriales
21
- Frío solar (producción de frío mediante máquinas de absorción para uso
industrial o climatización de edificios)
- Secadero
- Desaladoras
- Arquitectura bioclimática
- Conversión termodinámica: centrales solares
- Cocinas solares
Tipos de energías alternativas
Tipos de energías alternativas
Comprender los principios de la termodinámica ha permitido a los seres
humanos la posibilidad aprovechar las fuentes naturales de calor para crear a
la energía térmica y energías alternativas a partir de una gran variedad de
fuentes.
Otras fuentes de energía térmica
El sol, el océano y las fuentes geotérmicas, como géiseres y volcanes, pueden
ser fuentes de energía térmica. Como seres humanos intentamos convertir las
formas sostenibles de energía alternativa, ya que los recursos de combustibles
fósiles a partir de los derivados del petróleo se están agotando, debemos
enfocar nuestra atención en mejorar los métodos de aprovechamiento de la
energía térmica en la actividad de alimentación humana.
La energía solar térmica es una de las formas más utilizadas de energía
térmica. Aunque la recolección de energía solar sólo está disponible cuando el
sol es visible en el cielo, los científicos han desarrollado muchas formas de
almacenar y utilizar la potencia absorbida por los dispositivos solares.
En un pequeño nivel, una persona puede calentar su piscina mediante la
colocación de sistemas colectores de baja temperatura en el interior o
22
alrededor del agua. Al absorber la luz solar y su distribución en el agua, se
aumenta la temperatura durante el día e incluso después de la puesta del sol.
Los paneles solares, piscinas de evaporación, y otros sistemas avanzados
pueden realizar esta función en un nivel mucho más extendido, creando
suficiente energía almacenada para ejecutar una fábrica o suficiente energía
solar térmica para una ciudad.
La Tierra está construida alrededor de un núcleo fundido de calor increíble que
disminuye considerablemente a medida que alcanza la superficie o el nivel de
la corteza. Sin embargo, mediante el aprovechamiento del calor generado por
debajo de la superficie del planeta, los seres humanos pueden extraer enormes
cantidades de energía.
La forma más sencilla de hacerlo es a través de fuentes de energía geotérmica,
como géiseres, o en los límites de las placas tectónicas. Los pozos
geotérmicos bombean energía en forma de agua caliente o vapor que se puede
convertir en energía utilizable, o simplemente la pueden utilizar directamente.
La energía térmica es una fuerza impresionante que está empezando a ser
plenamente comprendida. Mediante la creación de nuevos dispositivos y
métodos para concentrar, almacenar y transportar la energía térmica natural,
los seres humanos pueden reducir la dependencia de formas no sostenibles de
energía. Gracias a la potencia de calor, los baños térmicos, el agua hervida, y
las ciudades térmicamente potencia son posibles.
Clases de energía:
Las energías están divididas en las que se pueden renovar y las que no:
Energía renovable:
También llamada energía alternativa o blanda, este término engloba una serie
de fuentes que en teoría no se agotan con el paso del tiempo. Estas fuentes
23
serían una alternativa a otras tradicionales y producirán un impacto ambiental
mínimo, pero que en sentido estricto ni son renovables: hidráulica, solar, eólica,
maremotriz y de la biomasa.
Energía no renovable:
Este término engloba una serie de fuentes que se encuentran en cantidades
limitadas, sus reservas disminuyen, hasta desaparecer, al consumirlas: carbón,
petróleo, gas natural, energía nuclear y energía geotérmica.
Fuentes de energía:
a) Fuentes de energía renovable:
a.1) Energía hidráulica o hidroeléctrica:
Tiene a favor el gran desarrollo de su tecnología y su elevado rendimiento de
conversión. Entre sus desventajas hay que mencionar la carestía del transporte
(las centrales están lejos de los consumidores) y los efectos negativos sobre el
entorno (erosión del suelo, alteración del régimen de los ríos). En la actualidad
solo se utiliza el 17% del potencial hidroeléctrico mundial, cifra que podría
llegar a 32% en el año 2000.
Energía solar:
La energía solar que recibe el hombre durante un cierto tiempo representa
unas10000 veces el consumo actual del hombre en ese mismo tiempo. Esta
energía es cara y difícil de captar , concentrar y conservar. Su forma de
aplicación más interesante es la de la calefacción domestica.
Energía eólica:
Utiliza el viento, es poco interesante. Serían necesarios un millar de motores
eólicos con unas palas y alturas determinadas para conseguir una energía
eléctrica de 100 MW. Este tipo de energía puede servir, como de hecho lo
24
hace, para extraer el agua de los pozos, aunque su desarrollo viene
condicionado por las sujeciones de la explotación y las molestias (ruidos).
Energía biomásica:
Puede ser utilizada de dos formas: aprovechando directamente la leña y la
madera como combustible o transformando química o biológicamente ciertas
especies de vegetales en materiales combustibles.
Energía mareomotriz:
Aprovecha el movimiento de las mareas. Se estima que, a nivel mundial se
podría totalizar un potencial energético de un orden de 60000 a 70000 MW.
Energía no renovable:
Energía geotérmica:
Se basa en el calor que sale de las profundidades de la Tierra, que transmite
por conducción hasta su superficie. La geometría de alta energía utiliza
yacimientos de distintos tipos.
Energía nuclear:
Explota la fisión de los núcleos pesados de uranio235 o de plutonio 239. Esta
forma de energía presenta según sus partidarios, algunas ventajas:
1. Es fiable
2. El precio del kilovatio es competitivo.
3. Permite una seguridad de provisión.
Carbón:
25
(Lignito y huya principalmente) fue muy abundante a principio de siglo, pero
perdió supremacía a principios de los sesenta.
Gas natural:
Mezcla de gases combustibles que se encuentran en el subsuelo, con
frecuencia acompañando al petróleo.
Se conduce desde los yacimientos hasta la costa por medio de gasoductos, se
licúa y se transporta en buques metaneros.
Se utiliza como combustible industrial, para usos domésticos como materia
prima en la industria química.
Es un combustible de gran poder calorífico, de combustión fácilmente
regulable, y produce escasa contaminación.
Petróleo:
Líquido de aspecto oleso y de color oscuro, menos denso que el agua, formado
por la mezcla compleja de hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos en
disolución y pequeñas cantidades de compuestos que contienen oxigeno,
nitrógeno y azufre.
Probablemente, su origen es la acumulación de restos de seres vivos marinos
que vivieron hace aproximadamente500 millones de años.
Se extrae mediante pozos que se perforan en la tierra hasta que se alcanzan
las bolsas petrolíferas.
El crudo extraído en los campos petrolíferos no es utilizable como fuente de
energía, por que se somete en las refinerías de petróleo a una serie de
operaciones, obteniéndose: propano, butano y otros gases combustibles,
gasolina, gasóleo, fuer, lubricantes, asfalto, etc.
Posibles soluciones ambientales.
26
Medidas a nivel mundial:
-Limitar la contaminación de las centrales térmicas.
-Disminuir los gases de los tubos de escape de los automóviles. En muchos
países se están introduciendo catalizadores de tres vías, que se acoplan a los
tubos de escape y eliminan 90% de los óxidos de nitrógeno y también otros
contaminantes.
-Restringir el uso de automóviles, fomentando la utilización del transporte
público utilizando formas alternativas de transporte público y utilizando formas
alternativas de transporte, como la bicicleta.
-Ahorrar energía en las viviendas y fábricas, e investigar y aplicar formas
alternativas de energía, como la solar y la eólica.
-Aumentar las regulaciones sobre la producción de contaminación y controlar
que se cumplan estas normas.
Medidas en el ámbito individual:
-Usa el coche lo menos posible: ve al colegio caminando en bicicleta o
utilizando un medio de transporte público.
-Si la calefacción de tu casa es de carbón, consigue que tus padres la cambien
por una que queme combustible sin humo.
-España va retrasada con respecto a muchos países en la eliminación de la
contaminación causante de la lluvia ácida. Solidarízate con las campañas
ecologistas. Escribe al presidente del Gobierno para pedirle una mayor
protección del medio ambiente.
A nivel mundial:
27
Para disminuir los niveles de dióxido de carbono hay que quemar menos
combustible fósil. Esto se puede conseguir si utilizamos energías alternativas
(energías renovables, que ya se explican anteriormente).
Otra forma de reducir el nivel de dióxido de carbono es deteniendo la
deforestación, o plantando árboles que transforman el dióxido de carbono del
aire.
Desarrollo del calentador solar
La transformación directa de la energía solar es bastante antigua. Así como
mediante una lupa es posible calentar un papel con la radiación solar hasta
hacerlo arder, se pueden usar espejos adecuados para focalizar la radiación
solar en recipientes con agua y calentarla. También es posible calentar agua
mediante sistemas llamados colectores, es decir, grandes depósitos de agua
que se calientan por radiación solar. El agua caliente se puede utilizar para uso
doméstico directo, para calefacción o para generación de energía eléctrica.
La radiación solar está constituida por una superposición de ondas
electromagnéticas cuya longitud de onda están comprendidas entre 0,25
micras y 4 micras. Cuanto menor es la longitud de onda mayor es la energía
asociada a la onda.
Longitud de ondas(micras) % de la energía total
recibida
Naturaleza de la
radiación
0.25 a 0.4 1 a 3 % Ultravioleta
0.4 a 0.75 40 a 42 % Visible
0.75 a 2.5 55 a 59 % Infrarrojo
Tabla extraída del libro “El calentador solar de agua” de Cabirol, Pelissou y
Roux
28
Los rayos infrarrojos calientan la materia en cuanto entran en contacto con ella,
lo mismo que los ultravioletas, pero estos últimos son mucho menos en
cantidad.
La cantidad de energía solar que llega a la superficie terrestre en menos de dos
semanas, es equivalente a la de todas las reservas conocidas de combustibles
fósiles. Se estima que un total de 1,5 x 1015 megawatt por año,
aproximadamente 2500 veces la energía generada por el hombre por medio de
todas las formas convencionales, evitando los problemas de radiación que ellas
provocan.
La energía solar tiene dos desventajas:
1. Es una energía muy difusa, es decir que la cantidad que llega a la Tierra
por unidad de tiempo y por unidad de área es muy pequeña, lo que
obliga a recogerla y concentrarla.
2. Es intermitente, ya que el Sol está disponible solamente durante el día y
frecuentemente es oscurecido por las nubes, lo cual obliga a almacenar
su energía para poder disponer de ella en forma continuada.
El calentador solar de agua
El calentador solar de agua
Aunque los sistemas investigados tienen grandes diferencias entre sí, todos
poseen tres partes fundamentales:
Colector
Capta la energía solar y la transfiere al agua (es la parte más importante).
Acumulador
Allí es donde se deposita el agua caliente, para conservarla con la menor
pérdida posible.
29
Sistema de caños
Poseen la función de transportar el agua fría y el agua caliente a través de los
elementos que forman el sistema.
Diferentes tipos de colectores
Los colectores solares se clasifican según el grado de concentración de la
energía solar captada.
Índice de concentración = Área de captación del colector / Área de recepción
del colector
Se pueden clasificar en colectores planos (índice de concentración igual a 1) y
colectores de concentración (índice de concentración mayor que 1)
Colector plano
Consiste en un panel metálico plano que presenta una superficie absorbente de
radiaciones solares. Se coloca sobre una estructura protectora (caja de madera
o chapa galvanizada). En la parte superior se coloca una lámina de vidrio y por
la parte inferior y los laterales se coloca material aislante.
30
Colector solar plano
Básicamente los colectores planos están formados por:
Cubierta transparente
Placa o aletas de metal
Tubos
Caja
Aislante térmico
La cubierta transparente (generalmente vidrio) es la encargada de producir un
efecto invernadero dentro del colector, porque permite la entrada de la
radiación solar incidente (de onda corta) impidiendo la salida de la energía de
la placa al calentarse (de onda larga).
Las placas o aletas de metal generalmente son de una aleación de cobre ya
que este material ofrece buena transmisión de calor, durabilidad y de fácil
trabajo. Su función es aumentar la superficie de absorción de calor.
Los pequeños tubos es por donde circula el agua mientras se calienta. Suelen
estar soldados sobre una placa metálica negra o en su defecto tienen aletas
soldadas sobre sus bordes.
La caja es el soporte de todos los demás componentes. Suele ser de chapa
galvanizada, ya que este material es económico y resistente a los fenómenos
climáticos.
Colectores de concentración
En estos tipos de colectores se utilizan espejos que concentran la radiación
solar sobre un foco determinado a través de una línea denominada eje focal,
donde se ubica el receptor.
31
El índice de concentración varía según las características constructivas, puede
ir desde 2 hasta 1000 o más.
Estos colectores deben instalarse con sistemas automáticos de seguimiento
solar de precisión.
Concentración lineal alcanzan temperaturas de 200ºc a 300ºc
Concentración puntual alcanzan temperaturas de más de 300ºc
En los tres colectores se eligió utilizar el colector solar plano por las siguientes
razones:
32
Su eficiencia es la necesaria para las necesidades
Su costo es mucho menor
No necesita mantenimiento
No utilizan energía extra (como lo hacen los de concentración para
seguir el movimiento del sol).
Su construcción es más simple.
Además los colectores planos, aparte de utilizar las radiaciones directas,
aprovechan las radiaciones difusas, aumentando su eficiencia en un 10% al
20%. Los colectores de concentración no pueden utilizar las radiaciones
difusas porque salen del foco calculado.
Sistema directo e indirecto
Sistema directo
El agua se calienta en el colector y se envía al depósito de almacenamiento.
Ésta se ve reemplazada en el colector por agua fría que luego se calienta y así
sucesivamente.
Sistema indirecto
33
El agua caliente procedente del colector puede también circular por un
intercambiador de calor en el interior del depósito: al entrar en contacto con el
agua fría del depósito cede sus calorías a través de la pared del intercambiador
y vuelve a calentarse en el colector.
El sistema empleado en los tres colectores es un sistema directo, puesto que
su construcción resulta más sencilla y su costo es menor. Pero se reconoce
que un sistema indirecto es más eficiente porque la sustancia que circula por el
interior puede ser otra diferente del agua, con mejores propiedades, como ser
mejor captación del calor o incorporar anticongelante para que no se congele el
agua que se encuentra dentro de los tubos finos de cobre.
Sistemas de termosifón o por bomba
Sistema de termosifón o pasivo
El principio de este sistema se basa en que al calentarse el agua que se
encuentra en el colector, esta adquiere una menor densidad, siendo menos
pesada que el agua fría a igual volumen. Así el agua caliente recibe una
presión del agua fría, capaz de vencer la resistencia del circuito, y empuja a la
primera a volver al colector.
34
Su única desventaja es que el colector debe encontrarse próximo y por debajo
del tanque de almacenamiento (mínimo 40cm).
Sistema por bomba o Activo
Para este sistema se acude a una bomba que hace que el agua circule a través
del colector y nuevamente hacia el acumulador.
El sistema elegido fue el termosifón puesto que es menos complicado, es
menos costoso, no necesita mantenimiento y no utiliza energía extra para su
funcionamiento. Por otra parte tiene la desventaja de que el acumulador está
condicionado a colocarse sobre el colector.
CONSTRUCCIÓN DEL CALENTADOR DE AGUA
35
Construcción del primer colector
Para el armado del absorbedor (radiador) se utilizó cobre y una de sus
aleaciones: bronce fosforado (81% cobre, 18,5% estaño y 0,5% fósforo),
porque posee una gran capacidad de transmisión del calor, además de ser muy
fáciles de trabajar.
1) Se procedió al corte y aplanamiento de 6 tubos finos de cobre de un
diámetro interior de 5 mm. Quedaron así los tubos finos de cobre de un largo
de 50 cm con una abertura de 2,5 mm (lo recomendable es entre 2mm y 4mm).
Esta abertura no debe ser ni demasiado estrecha para provocar una resistencia
al paso del agua ni demasiado ancha para permitir el aumento del caudal del
agua, la cual no podría ser calentada adecuadamente.
2) Luego a los tubos finos de cobre se les soldó a lo largo una placa de bronce
fosforado (una de cada lado) para aumentar la superficie de absorción del
calor.
36
Cabe mencionar que la soldadura, en este caso de estaño, debe estar bien
hecha para permitir un mejor flujo de calor de las placas hacia el tubo fino de
cobre.
3) Los extremos de los tubos finos de cobre se unieron a los dos tubos de
cobre colectores. Para lograr esto, primero se debe agujerear, con una mecha,
el tubo colector, tantas veces como pequeños tubos existan. Luego se
introducen los extremos de los pequeños tubos y se suelda todo alrededor. El
tubo inferior es el enlace entre la cañería de agua fría y los pequeños tubos de
cobre, mientras que el colector superior es el enlace entre los pequeños tubos
de cobre y la cañería de agua caliente.
4) El absorbedor (radiador) quedó de la siguiente manera:
37
Luego se lo pintó de un tono mate para evitar la reflexión y de negro ya que
todos los cuerpos oscuros absorben más calor.
5) Este absorbedor se montó en una caja de madera de 84 cm de ancho, por
84 cm de largo, por 7 cm de altura, la cual en la parte inferior y laterales se
encontraba revestida de aislante, en este caso telgopor de 2 cm de espesor.
La caja debe tener los dos orificios necesarios para realizar las conexiones
adecuadas a los tubos de polipropileno, como se indica en el esquema:
6) En el siguiente esquema se muestra cómo se debe conectar el conjunto de
caños de polipropileno con el colector y el acumulador. Se utilizaron caños de
polipropileno porque su uso es muy común en todo tipo de instalaciones de
agua. Además están revestidos con un aislante térmico para evitar las pérdidas
de calor del agua durante su recorrido.
38
7) El acumulador del colector experimental tiene una capacidad de 5 litros y
está parcialmente aislado con telgopor de 2cm de espesor. La mayoría de las
pérdidas de calor se producen aquí, 1ºC cada 8 minutos aproximadamente.
8) Después se coloca una lámina de vidrio sobre la caja de madera para
aprovechar el efecto invernadero. Este efecto se produce de la siguiente forma:
El vidrio, como todo cuerpo transparente, tiene la propiedad de dejar pasar las
radiaciones de la luz solar y parte de ellas (las radiaciones infrarrojas) quedan
atrapadas entre el vidrio y el absorbedor
De esta manera los rayos solares pasan casi en su totalidad a través del vidrio
e inciden sobre el absorbedor. Éste aumenta su temperatura y comienza a
emitir radiaciones, parte es retenida por el aislante, y otra parte incide sobre el
vidrio. Estas son “absorbidas” por este, que llega a temperaturas entre los 30ºC
y 50ºC. Al calentarse el vidrio éste también comienza a emitir radiaciones por
ambas caras, las radiaciones emitidas por la cara exterior significan pérdidas
de calor, pero las radiaciones emitidas por la cara interior vuelven a incidir
sobre el absorbente. En el siguiente esquema se muestran las pérdidas del
efecto invernadero
39
Gráfico extraído del libro “El calentador solar de agua” de Cabirol, Pelissou y
Roux
9) Por último se coloca un termómetro con tres sensores (LM 35) para medir
las temperaturas del agua de entrada, del interior del colector y del agua de
salida.
Correcciones de posibles fallas.
En un principio las 2 uniones entre los caños colectores y los de polipropileno
se había realizado introduciendo el de polipropileno dentro del de cobre y
sellado con pegamento. Pero luego de un tiempo y a causa de los diferentes
coeficientes de dilatación, las uniones se desprendieron. Para solucionarlo se
debieron roscar ambos caños.
Varios sensores de temperatura (LM35) se quemaron porque sus patas
entraron en cortocircuito debido al incorrecto aislamiento de los mismos.
Construcción del segundo colector
40
El segundo colector construido tiene un tamaño de 1,70 m de ancho 0,80 m de
largo y 0,10 m de alto. Tiene una capacidad de 15 litros. El objetivo de su
construcción es demostrar que es posible construir colectores para satisfacer
mayores demandas de agua. Además este colector no tiene un costo elevado
dado que está construido con viejos materiales de un refrigerador.
El radiador de este colector está formado por dos viejos radiadores de
heladera. A estos se les cortó en cada una de sus curvas como se muestra en
el siguiente gráfico:
Luego se introdujeron los pequeños caños de los radiadores en unos agujeros
previamente perforados en los caños colectores, y se los soldó todo a su
alrededor
41
El radiador es colocado en una vieja puerta de heladera, para no solo
aprovechar su estructura sino también su aislamiento
Se conectan los caños del radiador con los del acumulador quedando
conformado el colector de la siguiente manera:
Construcción del tercer colector
El tercer colector es de una construcción muy sencilla. Tiene una capacidad de
un litro. Sus medidas son 50 cm por 50 cm. El objetivo de la construcción de
este colector es lograr un pequeño suministro de agua caliente, pero de una
42
forma más rápida. Además, gracias a su fácil manejo, se pudo probar en él
gran cantidad de variables de construcción y extraer conclusiones propias
sobre que método es mejor.
En un principio este colector se construyó utilizando una caja de madera la cual
luego fue reemplazada por una caja hecha íntegramente en chapa. Este
cambio no afectó el rendimiento del colector solamente se mejoró su estructura
ya que la chapa no se deteriora tanto con las condiciones climáticas exteriores.
Antes la superficie de absorción de la energía solar estaba dada únicamente
por los pequeños caños por donde circula el agua, es decir que no tenían
soldadas aletas, ni estaban soldadas a una placa. Su rendimiento no era
satisfactorio. Luego se les soldó una plancha de zinc para aumentar la
superficie de absorción, quedando los tubos debajo de la placa. Al realizar las
pruebas se pudo comprobar que el rendimiento había aumentado
notablemente. Mas adelante se dio vuelta el radiador es decir que ahora los
tubos estaban sobre la plancha de zinc. Este cambio aumentó el rendimiento
en un porcentaje poco significativo. Este aumento se debe a que las
radiaciones solares incidían directamente sobre los tubos y no debían atravesar
la placa de zinc y las soldaduras.
En este colector a diferencia de los anteriores los caños de circulación del agua
se encuentran en su interior. Si bien es una ventaja estructural, puede hacer
fallar el sistema de termosifón ya que el efecto invernadero que se produce en
el interior del colector puede afectar la diferencia de temperatura necesaria
entre el caño que transporta el agua fría de entrada y el radiador.
En este colector también se intentó reemplazar la lámina de vidrio por un
plástico flexible similar al utilizado para envolver alimentos. Los resultados no
fueron exitosos dado el plástico no pudo hacer correctamente el efecto
invernadero. Además su colocación es más difícil dado que debe quedar sin
arrugas. Por otro lado el viento y la lluvia son condiciones a las que este
material no está preparado para vencer.
43
La experimentación más asombrosa fue realizarle un vacío al colector. De esta
forma el radiador que se encuentra dentro del colector está completamente
aislado y su eficiencia aumenta asombrosamente. Para dar un ejemplo el
colector sin vacío lograba, en primavera, calentar el agua a 72 ºC en una hora
en cambio realizado el vacío podía lograr que el agua llegara a los 70 ºC en
solo 20 minutos. El principal inconveniente de realizar un vacio es que se
aumenta la presión ejercida sobre el radiador y las soldaduras tienden a fallar si
no se encuentran reforzadas.
Otras de las mejoras que se puede realizar es un arenado de la superficie del
radiador. De esta manera se evita que la superficie del colector sea lisa y
provoque la reflexión de los rayos solares. Esta experiencia no se pudo realizar
debido a la falta de elementos necesarios para realizarla.
Al igual que en los casos anteriores el colector fue pintado de un color negro
mate y debidamente aislado en su interior. En este caso se utilizó “mexpol”, un
aislante fino de plástico con una cubierta delgada de aluminio. El “mexpol” es
utilizado para el aislamiento de techos, en nuestro caso cumple una función de
aislante y además la capa de aluminio que tiene en su superficie cumple la
función de reflejar las radiaciones que atravesaron el absorbedor nuevamente
hacia él.
El aislamiento del acumulador se realizó sobre los laterales y parte superior del
mismo con telgopor.
44
Insumos necesarios
Insumos necesarios
Para la construcción y prueba de los colectores se necesitaron diferentes
elementos:
Herramientas para la construcción
Materiales para la construcción
Elementos para la medición
Herramientas
Terraja: para roscar los caños de PVC
Plegadora: doblar la chapa galvanizada a 90º para hacer la caja
Soldadores
Guillotina: para cortar la chapa galvanizada
Sensitiva: sacar rebarbas y cortar los caños
Sierra circular: para cortar las maderas utilizadas en la caja del primer
colector
Lijadora de banda: para lijar las maderas antes mencionadas
Soldadores
Materiales
Vidrio
Lamina de zinc: utilizada en el tercer colector como placa absorvedora
de calor
Bronce fosforado: utilizado para las aletas del radiador en el primer
colector
Telgopor: es el aislante del primer colector
Lana de vidrio: es el aislante del segundo colector
Mexpol (aislante para techos): aislante del tercer colector
45
Caños de cobre
Estaño: para realizar las soldaduras del primer colector
· Bronce: para realizar las soldaduras del sgundo colector
· Materiales reciclados de una viejo refrigerador comercial: para extraer del
mismo el radiador y la puerta.
Elementos de medición:
Los elementos de medición de temperatura utilizados fueron unicamente dos:
Termómetro digital (sensores LM35)
Termómetro de mercurio
Montaje de los colectores solares
Montaje de los colectores solares
Existen muchas formas de montaje de los colectores sobre techo plano, techo
inclinado, balcón, jardín, etc. Pero se debe tener en cuenta el incremento de
carga originado por el emplazamiento de los paneles y el acumulador (teniendo
en cuenta el agua en su interior). Además de las condiciones de sobrecarga
como ser el viento, nieve, sismos, etc.
La separación entre los colectores debe ser como se indica en el siguiente
esquema:
46
El ángulo alfa debe ser menor de 20º, para que otro objeto no produzca una
sombra sobre él.
Los colectores deben colocarse sobre el techo de manera que no retengan el
agua de lluvia.
Posibles formas de montaje de colectores solares
47
Orientación e inclinación de los colectores
Los colectores solares deben tener una orientación e inclinación adecuada para
poder recibir los rayos solares en forma perpendicular.
La orientación en el hemisferio sur debe ser siempre hacia el Norte tratando de
no desviarse más de 20º.
Las inclinaciones varían según la latitud del lugar y la época del año. Los
cálculos para obtener el ángulo de inclinación son los siguientes:
En invierno se le debe sumar a la latitud del lugar 10º
En verano se le debe restar a la latitud del lugar 20º
Si se quisiera dejar fijo durante todo el año se debe multiplicar la latitud del
lugar por 0.9
Teniendo en cuenta esto, sí la latitud del lugar es de 38,5º los resultados son
los siguientes:
En verano 18,5º
En invierno 48,5º
Todo el año 34,65º
48
Conexión de los paneles
Los paneles se pueden conectar entre sí de tres formas: en serie, en paralelo o
mixto.
En la conexión en serie el agua atraviesa todos los colectores para realizar un
ciclo, adquiriendo mayor temperatura. Los inconvenientes que se presentan
son que el agua debe vencer una resistencia mayor para atravesar los
circuitos. Además en cada colector la temperatura del agua iría en aumento
hasta llegar al último colector donde se producirían muchas pérdidas de calor.
La conexión en paralelo es mucho más efectiva puesto que la resistencia al
paso del agua es mucho menor. Incluso si un colector dejara de funcionar los
demás no se verían afectados.
49
50
LISTA DE ACTIVIDADES
Checar el tipo de tubería
Checar los precios de las celdas solares
Verificar la capacidad del termo-tanque
Revisar el espacio donde se instalara el calentador solar
Ensamblar la tubería
Instalación de las celdas solares
Tener terminado el prototipo
51
GRAFICAS DE GANTT
meta de
trabajo
45
%
Color feúcha
52
CONCLUSION
Cabe mencionar que dicho prototipo tiene una eficacia del 80%, este es capaz
de abastecer una casa habitación para una familia de cuatro habitantes. Yal
mismo tiempo tenemos una ventaja al ahorro de insumos y gastos del gas LP.
Su contradicción es que para poder abastecer algo mayor tienes que ser de
diferentes proporciones esto se realiza con detalles mayores a con las tablas
que se mostraron en la pág. N° 3.
53
Las inclinaciones varían según la latitud del lugar y la época del año. El agua
caliente procedente del colector puede también circular por un intercambiador
de calor en el interior del depósito: al entrar en contacto con el agua fría del
depósito cede sus calorías a través de la pared del intercambiador y vuelve a
calentarse en el colector.
54
PRESUPUESTO
RUBRO COSTO TOTAL
Tubo de cpvc de ½ “ 15 tramos de largo 1.90mts de
largo
$
10.22
$ 153.30
Tubo de cpvc de ¾ “ 2 tramos de 1.50mts de largo
para el cabezal
$
18.32
$ 36.64
Tee de cpvc de ¾ “ conreduccion al centro de ½” 30
piezas
$
6.99
$ 209.70
Tapon de pvc de ¾” 2 piezas $
14.13
$ 28.26
Policarbonato de 3mm de espesor 1 hoja de 2 metros
de largo x 1 metro de ancho
$
41.72
$ 41.72
MDF de 5mm de espesor 1 hoja de 2 metros de largo
x 1 de ancho
$
34.91
$ 34.91
Lamina de aluminio 15 tramos de 80cms de largo x 50
cms de ancho
$
34.50
$ 539.40
Fibra de vidrio de 2” de espesor 4 metros de largo
x .60metros de ancho
$
3.95
$ 15.80
Bolsa de plástico negra 10 piezas $ 6.00 $ 60.00
Sellador de poliuretano color blanco 3 cartuchos $
30.00
$ 90.00
Vidrio de 6 mm de espesor 1 hoja de 2 metros de
largo x 1 de ancho
$
560.00
$ 560.00
Angulo metalico de 1” x 3.05 metros de largo 4 piezas $
25.00
$ 100.00
Canal de 3” x 3.05 metros de largo 2 piezas $
100.00
$ 200.00
Pegamento para cpvc 1 litro $
100.00
$ 100.00
Pija autobrocable de 8 x ¼ “ 100 piezas $ $ 150.00
55
1.50
Grapas de uso rudo para engrapadora et-20 300
piezas
$
200.00
$ 200.00
Pintura en esmalte color negro mate 1 litro. (puede ser
en aerosol)
$
80.00
$ 80.00
Total $ $ 2,600.00
56
BIBLIOGRAFÍA
HTTP://MORADA.MX/BLOG/%C2%BFQUE-ES-UN-CALENTADOR-SOLAR/#
HTTP://WWW.SIESOL.MX/
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/CALENTADOR_SOLAR
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