Universidad Politécnica de Sinaloa

Programa Académico de Ingeniería en

Energía

DISEÑO, INNOVACIÓN Y

CONSTRUCCIÓN DE DIVERSOS

PRODUCTOS CON TECNOLOGÍA

SOLAR.

ARAMBURO MEDINA DANIEL

Tesina presentada como requisito parcial para optar al

título de:

Licenciado en Ingeniería en Energía

Asesores:

Ing. Quiroz Flores Andrés, Dr. Padilla Osuna Ismael,

Dr. Galán Hernández Néstor Daniel.

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Dictamen de aprobación

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Dedicatoria

Si no puedes volar entonces corre, si no

puedes correr entonces camina, si no

puedes caminar entonces arrástrate, pero

hagas lo que hagas, sigue moviéndote

hacia delante.

Martin Luther King

A mí querida familia y apreciados amigos.

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RESUMEN SAECSA SOLAR es una empresa comprometida con el medio ambiente, que se

dedica en realizar proyectos ecológicos y autosustentables, buscando brindar al

cliente calidad, estética y confort, todos sus procesos de producción son

artesanales realizados en su mayoría por personal y no por maquinaria. El

departamento de ingeniería tiene como objetivo primordial el diseñar e innovar los

productos de la empresa, al mismo tiempo se encarga de supervisar el correcto

funcionamiento e instalación de los productos entregados al cliente. Los proyectos

realizados son la redacción de un manual de construcción de los gabinetes así

como la detección de fallas y mejoras que puedan cambiarse en el diseño de

estos. La creación de una base de datos con la radiación promedio de cada uno

de los municipios del país, la cual será utilizada para facilitar el dimensionamiento

de los proyectos y servirá de guía para detectar los lugares con mayor área de

oportunidad para la implementación de tecnología solar. El diseño y construcción

de un concentrador cilindro parabólico, para mejorar el funcionamiento de un

deshidratador solar semi-industrial, disminuyendo el tiempo de calentado del

líquido que circula por las tuberías del deshidratador y a su vez incrementando el

tiempo de independencia nocturna al alcanzar mayores temperaturas.

Palabras Clave

Tecnología solar, Eficiencia, Autonomía.

SUMMARY SAECSA SOLAR is committed to the environment, which is engaged in making

and self-sustaining ecological projects, provide customer looking for quality,

aesthetics and comfort, all production processes are hand made mostly by staff

and not by machinery. The engineering department has as primary objective to

design and innovate products of the company, while he oversees the proper

operation and installation of the products delivered to the customer. The projects

are drafting a manual construction of cabinets and fault detection and

improvements that can be changed in the design of these. The creation of a

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database with the average radiation of each of the municipalities, which will be

used to facilitate the design of projects and serve as a guide to detect the places

with the largest area of opportunity for implementation of solar technology.

The design and construction of a parabolic trough concentrator to improve the

operation of a semi-industrial solar dryer, reducing the heating time of the liquid

flowing through the pipes dehydrator and in turn increasing the independence night

time to reach temperatures.

Keywords

Solar technology, Efficiency, Autonomy.

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ÍNDICE

RESUMEN ........................................................................................................................................ - 3 -

SUMMARY ....................................................................................................................................... - 3 -

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... - 8 -

CAPÍTULO 1: MARCO CONTEXTUAL ................................................................................................ - 9 -

1.1- La empresa ......................................................................................................................... - 10 -

1.1.1- Descripción de la empresa .......................................................................................... - 10 -

1.1.2- Ubicación de la empresa ............................................................................................. - 12 -

1.1.3- Departamento de ingeniería. ...................................................................................... - 12 -

1.2- Planteamiento del problema ............................................................................................. - 13 -

1.3- Justificación ........................................................................................................................ - 13 -

1.4- Objetivo General ................................................................................................................ - 14 -

1.5- Objetivos Específicos .......................................................................................................... - 14 -

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... - 15 -

2.1- Radiación solar en México ................................................................................................. - 15 -

2.2- Energía disponible y aplicaciones ...................................................................................... - 16 -

2.2.1- Aplicación Fotovoltaica ............................................................................................... - 16 -

2.2.2- Aplicación Termosolar................................................................................................. - 17 -

2.2.2.1- Colector Cilindro Parabólico .................................................................................... - 17 -

CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA ........................................................................................................ - 19 -

3.1 Gabinetes ............................................................................................................................ - 19 -

3.1.3- Manual de construcción de gabinete de tres baterías ............................................... - 22 -

3.2 Base de datos ...................................................................................................................... - 24 -

3.3 Concentrador Cilindro Parabólico (CCP) ............................................................................. - 25 -

3.3.1 Diseño del CCP .............................................................................................................. - 25 -

3.3.2 Diseño 2D en SOLIDWORKS 2015 ................................................................................. - 26 -

3.3.3 Materiales .................................................................................................................... - 27 -

3.3.4 Modelo en 3D SOLIDWORKS 2015 ............................................................................... - 27 -

CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................................... - 30 -

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4.1.- Resultados gabinetes ........................................................................................................ - 30 -

4.2.- Resultados Base de datos ................................................................................................. - 30 -

4.3.- Resultados CCP .................................................................................................................. - 30 -

CAPÍTULO 5: CONCLUSIÓN ............................................................................................................ - 32 -

Referencias .................................................................................................................................... - 33 -

- 7 -

Lista de Figuras

Figura 1 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 2 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 3 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 4 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 5 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 6 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 7 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 8 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 9 ............................................................................................................... - 3 -

Figura 10 ............................................................................................................. - 3 -

- 8 -

Lista de Tablas

Tabla 1 ................................................................................................................ - 3 -

Tabla 2 ................................................................................................................ - 3 -

Tabla 3 ................................................................................................................ - 3 -

Tabla 4 ................................................................................................................ - 3 -

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Introducción

En México existe un gran cantidad de recurso solar aprovechable, en casi todo los

lugares de la república se cuenta con este recurso y se puede explotar de manera

eficiente, empresas como SAECSA buscan aprovechar esto, realizando proyectos

ecosustentables que beneficien al cliente reduciendo al máximo el daño e impacto

al medio ambiente. Si bien las fuentes renovables de energía tienen gran potencial

económico, sin olvidar desde luego su bajo impacto ambiental, hasta la fecha no

han sido ampliamente explotadas y comercializadas. Lo anterior se debe

principalmente al costo de inversión relativamente alto para desarrollar estas

tecnologías, además, estos sistemas no han tenido amplia aceptación debido a la

intermitencia y requerimientos de almacenamiento de energía por lo que es común

que se opte por fuentes convencionales, sin embargo, en los sistemas con fuentes

renovables, además de su bajo impacto ambiental, un punto que se debe tener en

mente es el costo de operación ya que estas tecnologías no presentan consumo

de combustible para su operación. Así, la amortización de los sistemas con

fuentes renovables ocurre eventualmente por el ahorro de los costos asociados al

consumo de combustible. SAECSA se encuentra actualmente consolidada como

una de las empresas líderes en productos y servicios energéticos empleando

tecnología solar, en el área de ingeniería y sistemas, se busca estar creando

nuevos productos innovadores y a al mismo tiempo mejorar la calidad y eficiencia

de los productos actuales, por lo cual se desarrolla una investigación de las áreas

de trabajo y productos actuales para buscar fallas y proponer mejoras en las áreas

de oportunidad que se detecten, a razón del limitado tiempo solo se abordaran

ciertos proyectos que se consideraron más relevantes y de mayor aporte para la

empresa. Dado que la energía solar por sí misma es gratuita, el reto es diseñar

sistemas de captación y aprovechamiento que transformen esta energía con

sistemas que sean económicos y fácilmente operables. Sin embargo, para el

aprovechamiento de la energía solar se tiene como primera limitante su baja

densidad de potencia comparada con los combustibles fósiles, por lo que se busca

sistemas con elevada eficiencia de conversión.

- 10 -

CAPÍTULO 1: MARCO CONTEXTUAL

1.1- La empresa

1.1.1- Descripción de la empresa

SAECSA SOLAR

Misión

Impulsar el uso de fuentes de energía renovables a través de la invención,

desarrollo y comercialización de equipos de alto rendimiento, elevada calidad,

amortización atractiva, uso confortable, estética y ecotecnia, con enfoque al

Equilibrio Natural del Planeta.

Visión

Ser la marca de mayor prestigio en la innovación y distribución de ecotécnias,

generando alternativas energéticas sostenibles de uso industrial, comercial,

particular y de gobierno, logrando las de nuestros clientes, usuarios e

inversionistas.

Antecedentes

En el año 1995 iniciaron sus actividades formales en la ciudad de Puebla, México,

bajo la dirección del Ing. Pedro Antonio Bretón Ramiro, uno de los expertos más

versados por su gran experiencia y conocimientos especializados en Energías

Renovables, junto a un grupo de inversionistas que decidieron conjuntar

experiencia y tecnología de punta para la investigación, desarrollo fabricación,

comercialización y promoción de los sistemas solares y equipos de tecnología

solar.

A SAECSA se le han otorgado diversos premios a nivel nacional e internacional en

reconocimiento a su trabajo y esfuerzo al adecuar sistemas que permiten el ahorro

energético y la conservación del medio ambiente. Estos premios motivan a

SAECSA y los comprometen a ser mejores, sin embargo, aun consideran

insuficiente el esfuerzo aportado ante la grandeza de las metas que tienen, como

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motivar el cambio de estrategias para la generación de energía por métodos y

tecnología limpia y amigable con el Equilibrio Natural del Planeta.

Desde hace más de 18 años ofrecen servicios de asesoría profesional para la

aplicación de sistemas ecotécnicos en la construcción de residencias y edificios

autosuficientes así como el desarrollo de proyectos estratégicos para procurar la

aplicación de tecnología solar en procesos industriales. Los diversos equipos y

servicios que ofrecemos, permiten el suministro de energía eléctrica y el

calentamiento de fluidos para usuarios residenciales o industriales.

Nuestro portafolio de productos actual cuenta con siete líneas en el sistema

termosolar y 13 líneas en el sistema electrosolar, todos ellos orgullosos portadores

de patentes mexicanas registradas ante la Dirección de Patentes del Instituto

Mexicano de Propiedad Industrial.

SAECSA es líder en la fabricación, instalación y venta de equipos solares en

Latinoamérica, legado de la experiencia adquirida en nuestra incursión en el

mercado y el mantenimiento de estándares que nos permitan el diseño de equipos

de altos rendimiento, rentables, confortables, estéticos y ecotécnicos.

Organigrama de la empresa

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1.1.2- Ubicación de la empresa

Figura 1.-Ubicación de la empresa, Av. México Puebla 1908, Nave 3 Cuautlancingo, Puebla.

La empresa se encuentra ubicada sobre la avenida México-Puebla a un costado

de la gasolinera cuatro caminos y frente a bodega ahorrara, en el municipio de

Cuautlancingo puebla.

1.1.3- Departamento de ingeniería.

El departamento de ingeniería es el encargado y responsable de todo el desarrollo

e innovación de nuevas tecnologías aplicadas para los nuevos productos que la

empresa ofrece, de igual forma se encarga de supervisar cada uno de los

productos antes de que estos sean entregados al cliente, para verificar su correcto

funcionamiento, este departamento se encuentra conformado, por el Director de

Ingeniería y Procesos, el Gerente de Ingeniería, el encargado de Ingeniería

Operativa, el Jefe Innovador, Jefe de Sistemas y el Jefe de Control de Calidad.

Todos ellos encargados de diferentes aspectos de los productos y la empresa,

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pero siempre trabajando en conjunto para lograr una mejor eficacia y entregar

mejores resultados.

1.2- Planteamiento del problema En el departamento de ingeniería existen toda cantidad de problemas, y no debido

a falta de eficiencia si no a que este departamento es el encargado de solucionar

la mayoría de los problemas de la empresa, son varios los productos en desarrollo

y a los que se les está implementando mejoras, uno de ellos es la falta de una

base de datos con información sobre la radiación promedio en diferentes partes

del país, lo cual tenía como consecuencia el hacer esperar al cliente, al tener que

realizar estos estudios para así definir el dimensionamiento necesario, o en

algunos casos a falta de información realizar un sobredimensionamiento o uno

insuficiente, para lo que se propuso la creación de una base de datos nacional con

datos específicos de cada uno de los municipios del país.

La mayoría de los procesos realizados en SAECSA son de tipo artesanal por

técnicos especializados, buscando con esto entregar un trabajo más

personalizado y con mejor calidad al cliente, pero se detectó que no se tienen

manuales de los procesos realizados, y aunado a eso se notaron ciertas fallas de

diseño en los gabinetes, para lo que se realizó un estudio detallado del área. Otra

área de oportunidad se detectó en el diseño del deshidratador semi-industrial, el

cual tiene tiempos de calentamiento muy elevados, al utilizar colectores solares

planos los cuales solo pueden calentar el fluido a una temperatura no muy

elevada, provoca que el sistema de calentamiento mediante el uso de gas sea

requerido más tiempo lo cual trae como consecuencia un mayor consumo y costo

de operación del deshidratador.

1.3- Justificación Es de vital importancia para la empresa, al estar trabajando con tecnologías

renovables, las cuales tienen grandes avances día con día, el estar innovando y

actualizando de forma periódica sus productos, tecnologías y procesos. En los

estudios realizados a los diversos productos y áreas de trabajo de la empresa se

encontraron ciertas áreas de oportunidad para mejoras de diseño, ya que ciertos

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aspectos como la falta de aislamiento en los gabinetes, el estancamiento de

productos como el deshidratador semi-industrial, la falta de una base de datos y

manuales de trabajo para capacitación de personal, han estado acarreando día

con día diversos problemas para la empresa, representando perdidas económicas,

desaprovechamiento de tiempos y poca satisfacción por parte del cliente.

Es de vital importancia para la empresa comenzar a hacer cambios en las áreas

anteriormente mencionadas, ya que los beneficios podrán observarse a corto

plazo, al tener una base de datos con registros sobre las características de los

diferentes municipios del estado será mucho más fácil y rápido dimensionar y

cotizar un proyecto en cualquier zona, el crear un manual de construcción y el

hacer cambio en los gabinetes permitirán dar una mejor seguridad y garantía a

equipos como las baterías y los controladores, y finalmente el crear un colector

cilindro parabólico, incrementara en gran medida la eficiencia de los

deshidratadores semi-industriales dándole mayor estándar a un producto ya

consolidado en la empresa.

1.4- Objetivo General Desarrollar un análisis de las áreas de trabajo y productos de la empresa,

detectando áreas de oportunidad que puedan explotarse, así como cambios a los

diseños en busca de mejores beneficios económicos para la empresa y para

entregar un mejor servicio al cliente.

1.5- Objetivos Específicos Redactar un manual de construcción de gabinetes para la capacitación de

nuevo personal.

Encontrar fallas y mejoras en el diseño de los gabinetes.

Crear una base de datos con de cada uno de los municipios del país, en la cual

se registren los datos de radiación promedio para facilitar el dimensionamiento

y cotización a los clientes.

Construir un concentrador solar cilindro parabólico, para sustituir a los

colectores planos, con el fin de mejorar la eficiencia de los deshidratadores

solares semi-industriales.

- 15 -

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

2.1- Radiación solar en México La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por

el Sol. El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de

6000 K, en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear que

producen una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía

liberada del Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar. El Sol se

comporta prácticamente como un cuerpo negro, el cual emite energía siguiendo

la ley de Planck a la temperatura ya citada. La radiación solar se distribuye desde

el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de

la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas son absorbidas por

los gases de la atmósfera. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la

Tierra es la irradiancia, que mide la potencia que por unidad de superficie alcanza

a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado) (Méndez, 2010).

México es uno de los países con mayor radiación solar anual promedio, por su

privilegiada posición en el globo, teniendo índices que van de los 4.4 kWh/m2 por

día en la zona centro, a los 6.3 kWh/m2 por día en el norte del país, lo cual

muestra que el aprovechamiento de energías renovables de tipo solar, térmico y

fotovoltaico, son ideales para ser aplicadas en el país.

Figura 2.- Radiación global media diaria del país. (Muñoz, 2008)

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2.2- Energía disponible y aplicaciones Para cualquier tipo de proyecto o dimensionamiento que se vaya a realizar sobre

algún proyecto de tipo solar, es necesario el estimar la energía solar disponible en

el sitio de mediciones de una forma estadística, ésta se puede obtener a partir de

las curvas de frecuencia acumulada de la irradiancia solar global promedio durante

al menos un ciclo climatológico.

A el total de energía recibida diariamente, por unidad de área, en un sitio

particular, se le ha denominado Recurso Solar, este valor representa la irradiación

diaria que se obtiene a partir de un promedio diario, semanal, mensual, ó anual.

Las unidades usadas comúnmente para este concepto en el Sistema Internacional

(SI), son los Joules sobre metro cuadrado [J/m²] (UNAM, 2003).

2.2.1- Aplicación Fotovoltaica

Con la tecnología fotovoltaica, la luz del Sol es convertida directamente en

electricidad. La luz que llega a las celdas solares libera su energía a los electrones

que éstas contienen. Dichos electrones, una vez conectados a una carga, generan

una corriente eléctrica. Dicho proceso no requiere necesariamente radicación solar

directa, aún en condiciones de luz difusa, como cielos nublados, es posible

obtener hasta un 50 % de la producción de un día normal. Cada celda solar es

conectada eléctricamente y encapsulada en un módulo fotovoltaico. Esto las

protege contra el ambiente y les permite una vida funcional de más de 30 años.

Las garantías típicas de manufactura en pruebas de durabilidad son de 25 años.

Figura 3.- Diseño de una celda fotovoltaica. (Renewables Academy, 2010)

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2.2.2- Aplicación Termosolar

La energía solar térmica o energía termosolar consiste en el aprovechamiento de

la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar

alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua

doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción

de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede

emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea

calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar

el aire de los locales (Punter, 2007).

Los colectores de energía solar térmica se clasifican como colectores de baja,

media y alta temperatura. Cada uno de estos diferenciándose por la temperatura

que alcanzan tienen aplicaciones específicas, los colectores de baja y media

temperatura usualmente son placas planas usadas para calentar agua o aire para

usos residenciales o comerciales. Los colectores de alta temperatura concentran

la luz solar usando espejos o lentes y generalmente son usados para la

producción de energía eléctrica.

2.2.2.1- Colector Cilindro Parabólico

Tienen aplicaciones tanto en generación de energía eléctrica como en

calentamiento de agua, pudiendo para esta última aplicación ser construidos con

materiales ligeros y baratos, lo cual disminuye el costo de inversión inicial y facilita

el seguimiento solar.

Las partes que componen a un colector cilindro parabólico son las siguientes:

• El reflector cilindro parabólico: es un espejo curvado en una de sus dimensiones

con forma de parábola, que concentra sobre su línea focal toda la radiación solar

que atraviesa su plano. La superficie especular se consigue a base de películas de

plata o aluminio depositadas sobre un soporte que le da rigidez. Entre los

diferentes tipos de soporte para la película se tiene láminas de aluminio, vidrio e

incluso el plástico.

• Absorbedor o tubo receptor: en este elemento recae el rendimiento global del

colector, puede constar de un tubo o de dos tubos concéntricos; en el caso de

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tubos concéntricos, el tubo interior es de material metálico y es por el cual circula

el fluido que se calienta, y el tubo exterior es de cristal. El tubo metálico lleva un

recubrimiento selectivo que posee una elevada absorbancia mayor al 90% y una

baja emisividad, por el interior de este tubo va a pasar el fluido de trabajo,

pudiendo ser agua o aire. El tubo de cristal que rodea al tubo interior metálico

tiene la doble misión de reducir las pérdidas térmicas por convección en el tubo

metálico y de proteger de las inclemencias del clima debido a su recubrimiento

selectivo, este tubo de cristal suele llevar también un tratamiento antireflexivo en

sus dos caras, para aumentar su transmisividad a la radiación solar y,

consiguientemente, el rendimiento óptico del colector.

• El sistema de seguimiento del sol: el sistema del concentrador cilindro-parabólico

aprovecha la radiación solar directa al máximo si existe un mecanismo de

seguimiento solar automatizado que siga la trayectoria del sol a lo largo del día. El

sistema de seguimiento solar consiste en un dispositivo que gira los reflectores

cilindro parabólicos del colector alrededor de un eje de seguimiento.

• La estructura metálica: es la encargada de dar rigidez al conjunto de elementos

que lo componen.

Figura 4.-Colector cilindro parabólico, partes que lo componen y forma de trabajo. (Pons, 2008).

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CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA

3.1 Gabinetes Se realiza un análisis del área de gabinetes durante la cual se creara un manual

de construcción en el que se incluirán los materiales necesarios y cada uno de los

pasos descritos de la forma más específica posible, posteriormente se analizaran

estos materiales y procedimientos, buscando formas de mejorarlos y simplificarlos.

3.1.1- Manual de construcción de gabinete de una batería

Dimensiones:

Altura: 47cm Ancho: 49cm Profundo: 29cm

Colores: verde y plateado.

Materiales:

Lamina o Acero inoxidable.

Esparrago3/8 de 35cm, doblado en forma de U usando el punto medio (17.5cm)

como referencia.

Dos rondanas planas – Dos tuercas 3/8, colocadas en ambos extremos del

esparrago.

Cinta Norton adherible de media pulgada.

Remachadora y un Remaches: 5/32.

Taladro con broca de 3/8.

Clema.

Controlador de 30 Amperes.

2 Cables No.10 de 70cm de largo para conectar la batería.

2 Cables No.10 de 40cm de largo para conectar el modulo.

Dos tornillos y dos tuercas 9mm.

Cintillos.

Silicón.

Proceso de ensamblaje:

Material Aislante unicel forrado con papel aluminio (pegado con silicón), dejando

libre una de las caras la cual se usara para pegar el aislante al gabinete.

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2 Aislantes con dimensiones = 25.5cm * 37cm, los cuales serán colocados en las

partes laterales interiores del gabinete.

1 Aislante con dimensiones = 25.5cm * 39cm, el cual será colocado en el techo.

1 Aislante con dimensiones = 25.5cm * 29cm, para la puerta.

Acrílico transparente de 4mm de grosor y dimensiones de 5cm * 10cm.

El primer paso es poner un empaque para sellar el compartimiento inferior en el

cual se colocara el controlador, para sellarlo, con un marcador dibujamos todo el

contorno de la tapa inferior, después pegamos la cinta sobre el contorno dibujado

y a si mismo también colocamos cinta en la base de la tapa de manera que topen

al cerrar el compartimiento.

Una vez colocado el empaque, se taladran 6 orificios, 4 en la parte inferior del

compartimiento con fines de ventilación y en caso de que agua o algún líquido

lograra penetrar por el sellador esta tenga una salida y no se estanque en el

compartimiento. Los otros dos serán para atornillar el controlador al gabinete y

estos se colocaran en la parte inferior del gabinete. Finalmente se coloca silicón

para asegurar el aislante.

A continuación se coloca el acrílico en la ranura del controlador, con el fin de aislar

al controlador permitiendo la visión de la pantalla del controlador, se sella con

silicón para fijarlo mejor y evitar colaciones. Se coloca el controlador y se fija

mediante el uso de los tornillos y las tuercas, fijado de manera que la pantalla

quede alineada con el acrílico.

Se pasa a conectar el cableado al controlador, primero los dos cables del panel

fotovoltaico puesto que estos se conectaran a una clema la cual facilitara la

conexión del panel al gabinete una vez en instalado en el poster, después se

conectaran los cables de la pila y con un remache se asegurara la clema al

gabinete. Finalmente con 2 cintillos se aseguraran los cables para mantenerlos

juntos.

Finalmente se aplica el aislante el cual se colocara en el techo con una dimensión

de 25.5cm * 39cm, se colocan los dos laterales con dimensiones 25.5cm * 37cm, y

finalmente se coloca el aislante de la puerta con una dimensión de 25.5cm * 29cm,

todos se pegan mediante el uso de silicón colocado en el gabinete o la parte no

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forrada del unicel. Una vez terminado el aislamiento se le coloca su esparrago con

sus rondanas planas y sus tuercas.

Una vez terminado el gabinete se le aplica el sello de la empresa por medio de

serigrafía, mezclando un poco de catalizador, la pintura necesaria y

acondicionador hasta que la pintura tenga una textura adecuada, después se

coloca la pintura en el molde del sello y por medio de presión se estampa el logo

de SAECSA en el centro de la puerta del gabinete o en caso de usar vinil con el

cúter remover las partes no deseadas de la calcomanía hasta que solo quede el

logo, después pegarlo mediante el uso de presión.

3.1.2- Manual de construcción de gabinete de dos baterías

Dimensiones:

Alto: 61cm Ancho: 49cm Profundo: 29cm

Colores: Verde y Plateado.

Materiales:

Lamina o Acero inoxidable.

Esparrago 3/8 de 35cm, doblado en forma de U usando el punto medio (17.5cm)

como referencia.

Dos rondanas planas – Dos tuercas 3/8, colocadas en ambos extremos del

esparrago.

Remachadora y dos Remaches: 5/32.

Taladro con broca de 3/8.

Controlador de 30 Amperes.

Silicón.

Material Aislante unicel forrado con papel aluminio (pegado con silicón), dejando

libre una de las caras la cual se usara para pegar el aislante al gabinete.

4 Aislantes con dimensiones = 25.5cm * 29cm, los cuales serán colocados en las

partes laterales interiores del gabinete.

2 Aislantes con dimensiones= 25.5cm * 39cm, los cuales serán colocados en el

techo y en la puerta por la parte interior del gabinete.

Proceso de ensamblaje:

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Lo primero es sellar por la parte interior las ranuras o desperfectos del gabinete,

mediante el uso de silicón, evitando con esto la entrada agua o insectos que

puedan dañar a las baterías o controlador.

Una vez sellado, se prosigue a colocar el aislante, comenzando por colocar el del

techo (25.5cm * 39cm), se le colocan 4 puntos de silicón en la cara que no está

forrada y se pega mediante el uso de una leve presión en la parte interior del

pecho. A continuación de la misma forma se colocaran las 4 piezas de aislante

(25.5cm * 29cm), en las partes laterales interiores del gabinete.

El siguiente paso es colocar el controlador en la parte interior de la puerta, se

coloca 4cm debajo de la parte superior de la puerta y a 11 cm de la parte lateral,

una vez definido donde se colara el controlador, se marcan las dos ranuras

superiores del controlador para hacer los pozos mediante el uso del taladro, y se

instala en el gabinete mediante el uso de ambos remaches.

Una vez instalado el controlador, se coloca la última pieza de aislante (25.5cm *

39cm) de la misma forma que las piezas de aislante anteriores, esta se coloca en

la parte interior de la puerta, de forma centrada evitando que impida el cierre del

gabinete.

El último paso es pintar la parte exterior de los remaches y pintar el logotipo de

SAECSA en la parte exterior central de la puerta del gabinete mediante el uso de

serigrafía, si el gabinete es verde la pintura será blanco y si es gris la pintura es

roja.

3.1.3- Manual de construcción de gabinete de tres baterías

Dimensiones:

Altura: 87cm Ancho: 49cm Profundo: 29cm

Colores: verde y plateado.

Materiales:

Lamina o Acero inoxidable.

2 Espárragos 3/8 de 35cm, doblado en forma de U usando el punto medio

(17.5cm) como referencia.

4 rondanas planas – 4 tuercas 3/8, colocadas en ambos extremos del esparrago.

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Cinta Norton adherible de media pulgada.

Remachadora y un Remaches: 5/32.

Taladro con broca de 3/8.

Clema.

Controlador de 30 Amperes.

Dos tornillos y dos tuercas 9mm.

Cintillos.

Silicón.

Material Aislante unicel forrado con papel aluminio (pegado con silicón), dejando

libre una de las caras la cual se usara para pegar el aislante al gabinete.

6 Aislantes con dimensiones = 25.5cm * 29cm, los cuales serán colocados en las

partes laterales interiores del gabinete.

1 Aislante con dimensiones = 25.5cm * 39cm, el cual será colocado en el techo.

1 Aislante con dimensiones = 27cm * 83cm, para la puerta.

Acrílico transparente de 4mm de grosor y dimensiones de 5cm * 10cm.

Proceso de ensamblaje:

El primer paso es poner un empaque para sellar el compartimiento inferior en el

cual se colocara el controlador, para sellarlo, con un marcador dibujamos todo el

contorno de la tapa inferior, después pegamos la cinta sobre el contorno dibujado

y a si mismo también colocamos cinta en la base de la tapa de manera que topen

al cerrar el compartimiento.

Una vez colocado el empaque, se taladran 6 orificios, 4 en la parte inferior del

compartimiento con fines de ventilación y en caso de que agua o algún líquido

lograra penetrar por el sellador esta tenga una salida y no se estanque en el

compartimiento. Los otros dos serán para atornillar el controlador al gabinete y

estos se colocaran en la parte inferior del gabinete. Finalmente se coloca silicón

para asegurar el aislante.

A continuación se coloca el acrílico en la ranura del controlador, con el fin de aislar

al controlador permitiendo la visión de la pantalla del controlador, se sella con

silicón para fijarlo mejor y evitar colaciones. Se coloca el controlador y se fija

- 24 -

mediante el uso de los tornillos y las tuercas, fijado de manera que la pantalla

quede alineada con el acrílico.

Si no lleva compuerta inferior, el controlador se coloca en la parte central superior

de la puerta cuidando no estorbe al cerrar.

Finalmente se aplica el aislante el cual se colocara en el techo con una dimensión

de 25.5cm * 39cm, se colocan los seis laterales con dimensiones 25.5cm * 29cm,

y finalmente se coloca el aislante de la puerta con una dimensión de 27cm * 83cm,

todos se pegan mediante el uso de silicón colocado en el gabinete o la parte no

forrada del unicel. Una vez terminado el aislamiento se le colocan ambos

espárragos con sus rondanas planas y sus tuercas.

Una vez terminado el gabinete se le aplica el sello de la empresa por medio de

serigrafía, mezclando un poco de catalizador, la pintura necesaria y

acondicionador hasta que la pintura tenga una textura adecuada, después se

coloca la pintura en el molde del sello y por medio de presión se estampa el logo

de SAECSA en el centro de la puerta del gabinete o en caso de usar vinil con el

cúter remover las partes no deseadas de la calcomanía hasta que solo quede el

logo, después pegarlo mediante el uso de presión.

3.2 Base de datos Se creó una base de datos nacional, en la cual se encuentran todos los municipios

del país con su respectiva latitud y longitud, así como su radiación promedio

(kWh/m2/día), utilizando la basa de datos de la INEGI para conocer las latitudes

de todos los municipios y posteriormente ingresando estos datos en un programa

de la NASA “NASA Surface meteorology and Solar Energy”, obteniendo ahí el dato

de la radiación promedio de cada lugar.

Sinaloa

Municipio Latitud Longitud Radiación promedio (kWh/m2/día)

Ahome 25.919 -109.1704 6.24

Angostura 25.36 -108.161 5.85

Badiraguato 25.3624 -107.5508 5.79

Concordia 23.41 -106.6886 5.94

Cósala 24.414 -106.688 5.8

Culiacán 24.8037 -107.4305 5.97

Choix 26.7071 -108.3244 5.79

- 25 -

Elota 24.0343 -106.8444 5.8

Escuinapa 22.4663 -105.438 5.92

El Fuerte 25.8829 -108.236 5.85

Guasave 25.574 -108.43 5.85

Mazatlán 23.07 -105 5.77

Mocorito 25.40083 -107.916 5.8

Rosario 23.017 -105.857 5.72

Salvador Alvarado 25.135 -107.862 5.8

San Ignacio 23.941 -106.424 5.9

Sinaloa de Leyva 25.816 -108.216 5.8

Navolato 24.765 -107.701 5.9

Tabla 1. Ejemplo de los datos capturados en cada uno de los estados.

3.3 Concentrador Cilindro Parabólico (CCP) Se diseñó y construyó un concentrador solar cilindro parabólico para acoplarlo al

sistema del deshidratador solar semi-industrial buscando la mejora de su

eficiencia, partiendo por un modelado en Solidworks 2015, se cotizaron los

materiales ideales considerando precio y calidad, finalmente se procede a la

construcción del colector.

3.3.1 Diseño del CCP

Para el diseño del canal parabólico, se cuenta con una placa reflectora de aluminio

cuyas dimensiones son de 2.44*1.22 metros. Se toma el lado de 1.22 m como lado

curvo de parábola puesto que estructuralmente es más sencillo un soporte para

una abertura menor. Para poder saber el tamaño del lado recto, se procede a

realizar una serie de cálculos en función de diferentes distancias focales.

La longitud de la curva es conocida y es igual a S = 0.61 metros. „ƒ´(x) es la

derivada primera de la ecuación de la parábola. El límite a=0, y el límite b es

desconocido. Por tanto, operando, sustituyendo y despejando b, se obtiene el

valor de la semiabertura, o de lo que es lo mismo, de Xmáx.

Este valor depende del foco F que se escoja el cual para será de 70 en base a la

estructura y el diámetro del tubo, pues ƒ´(x)=y=

por lo que:

- 26 -

F= 0.70m ( )

( )

3.3.2 Diseño 2D en SOLIDWORKS 2015

Figura 5.- Soporte para láminas y para sistema de seguimiento. (SOLIDWORKS, 2015)

Figura 6.-Diseño final del ensamblaje del CCP. (SOLIDWORKS, 2015)

- 27 -

3.3.3 Materiales

Cantidad Unidad Descripción

9 Tramo (6m) Cuadro AR, 1 1/2 " X 1 1/2" (38.1mmX38.1mm).

3 Tramo (6m) Solera 1", Espesor 1/8" (25.4mmX3.175mm).

1 Tramo (6m) Cuadro AR, 1" X 1" (25.4mmX25.4mm).

1 Tramo (3m) Tubo Diámetro 1 1/2" CEDULA 30.

1 Tramo (3m) Tubo de Cobre Diámetro 1 1/2", Espesor 0.049" (1.24mm)

2 Pieza Chumacera de piso para flecha de 1 1/2".

2 Hoja Placa reflectora 2.44mX1.22m, catálogo ALMECO NO. 106.

24 Pieza Tornillo Autotaladrante para Lamina 5/32" X 1/2" Cabeza hexagonal.

4 Pieza Tornillo cabeza hexagonal 3/8"X 2" con Rondana de presión, Rondana plana y Tuerca.

4 Pieza Tornillo cabeza hexagonal 1/4"X 2" con Rondana de presión, Rondana plana y Tuerca.

1 Pieza Polea Aluminio Diámetro 20 cm, Eje 1 1/2", 1 mamelón y prisionero 1/8".

1 Pieza Polea Aluminio Diámetro 5 cm, Eje 1/2", 1 mamelón y prisionero 1/8".

1 Pieza Banda V para sistema de poleas.

1 Pieza Freno para poleas.

1 Pieza Chumacera de pared tipo cocol Eje 1/2".

6 Pieza Tornillo cabeza hexagonal 1/4"X 1" con Rondana de presión, Rondana plana y Tuerca.

1 Pieza Válvula Esfera Soldable 1 1/2"

Indefinido - Manguera Hidráulica Flexible para Altas Temperaturas.

Tabla 2.- Materiales Para Construcción de Concentrador Solar CCP

3.3.4 Modelo en 3D SOLIDWORKS 2015

A partir de los datos como los materiales necesarios y las dimensiones del CCP,

se realizaron los modelados de las partes del colector y del ensamblaje final en 3D

en el programa SOLIDWORKS 2015, permitiendo tener una idea más clara de

cómo quedaría construido el CCP.

- 28 -

Figura 7.- Ensamblaje final del CCP. (SOLIDWORKS, 2015)

A continuación se presentan las distintas partes que componen el CCP:

El sistema de poleas, se diseñó para uso manual y su función es el seguimiento

solar en un eje para la mayor captación solar posible a lo largo del día.

Figura 8.- Sistema de poleas del CCP. (SOLIDWORKS, 2015)

La placa captadora encargada de reflectar los rayos del sol, centrándolos en el

tubo absorbedor el cual calienta el líquido a la una alta temperatura en poco

tiempo.

- 29 -

Figura 9.- Placa captador y tubo absorbedor del CCP. (SOLIDWORKS, 2015)

Finalmente el soporte de la estructura, el cual permite que el CCP pueda moverse

en el eje este/oeste y de ser necesario inclinarse en el eje norte/sur.

Figura 10.- Estructura de soporte del CCP. (SOLIDWORKS, 2015)

- 30 -

CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1.- Resultados gabinetes Durante el análisis del área de gabinetes, se notaron ciertas áreas de oportunidad

que mejoran la eficiencia de estos, en aspectos como tiempo de vida, cuidado de

baterías y control de temperatura interna, dichas mejoras son las siguientes:

Rediseñar o eliminar la compuerta inferior.

Colocar el controlador en el poster para facilitar mantenimiento y manejo del

usuario.

Colocar un aislante (madera o bases de hule) para evitar que las baterías

tengan contacto directo con el gabinete ya que esto podría descargarlas.

Utilizar remaches de color para evitar tener que pintarlos.

Checar los trabajos de soldadura para evitar ranuras en el gabinete.

Utilizar espuma de poliuretano para aislar y sellar el gabinete.

Crear una ranura especial para los controladores.

Hacer más grandes las ranuras de ventilación.

4.2.- Resultados Base de datos Los resultados a los que se llegó después de crear la base de datos Nacional, fue

que en el país existe una gran capacidad solar, en especial en la zona centro y

Noroeste del país, lo cual ayudara a la empresa a saber en qué áreas del país es

buena idea invertir en publicidad y buscar proyectos con el gobierno para explotar

ese potencial solar de cada zona.

4.3.- Resultados CCP Primero se realizaron pruebas al deshidratador actual con los colectores planos.

Pruebas deshidratador actual

Tiempo (Min)

Temperatura Entrada (C°)

Temperatura Salida (C°)

Humedad Temperatura Interior (C°)

0 69 21 46.50% 18.5

20 33 32 23.00% 37.6

40 35 34 30.30% 26.8

60 38 36 25.70% 29.2

80 37 38 20.30% 31.2

100 39 39 17.70% 32.7

120 41 41 15.30% 34.6

140 44 43 13.60% 36.1

160 46 44 12% 38

- 31 -

180 47 46 10% 39

200 43 45 9.50% 40

220 42 45 9.30% 40

240 41 45 9.00% 40

260 41 44 9.00% 39.5

280 37 43 10% 39

300 37 42 10.10% 38.5

320 34 39 11.40% 37.1 Tabla 3.- Resultado de las pruebas al deshidratador con colectores planos.

La temperatura idónea dentro del deshidratador es de 75 °C y un 5% de humedad, por lo

que se puede apreciar en las tablas, aun con varias horas de trabajo del deshidratador en

un día despejado con buenas condiciones solares y funcionando en las horas pico, no se

logra alcanzar las condiciones deseadas por lo que tiene que trabajar

Pruebas Deshidratador Semi-Industrial Actual con Concentrador Solar Cilindro-Parabólico (Propuesto)

Tiempo (horas)

Temperatura Entrada (°C)

Temperatura Salida (°C)

Humedad Temperatura Interior (°C)

00:00 89.70 27.30 37.20% 31.45

00:20 56.10 54.40 18.40% 63.92

00:40 59.50 57.80 24.24% 45.56

01:00 64.60 61.20 20.56% 49.64

01:20 62.90 64.60 16.24% 53.04

01:40 66.30 66.30 14.16% 55.59

02:00 69.70 69.70 12.24% 58.82

02:20 74.80 73.10 10.88% 61.37

02:40 78.20 74.80 9.44% 64.60

03:00 79.90 78.20 8.24% 66.30

03:20 73.10 76.50 7.60% 68.00

03:40 71.40 76.50 7.44% 68.00

04:00 69.70 76.50 7.20% 68.00

04:20 69.70 74.80 7.20% 67.15

04:40 62.90 73.10 7.68% 66.30

05:00 62.90 71.40 8.08% 65.45

05:20 57.80 66.30 9.12% 63.07

Tabla 4.- Resultado de las pruebas al deshidratador con colector cilindro parabólico.

- 32 -

CAPÍTULO 5: CONCLUSIÓN El uso de la energía solar para aplicaciones tecnológicas es un campo que se está

implementando en México recientemente, aun no hay estándares de calidad bien

definidos ni muy rigurosos, que dejan como responsables a empresas como

SAECSA para ser pioneros en el desarrollo e investigación de nuevas tecnologías

que aprovechen al Sol.

De los proyectos realizados el diseño del colector cilíndrico parabólico mejorara la

eficiencia y estética de uno de los productos más vendidos por la empresa el

deshidratador semi-industrial, con la implementación de un colector cilindro

parabólico sustituyendo a los colectores planos, se reduce el costo y tiempo de

construcción, así mismo se aumenta el tiempo de calentamiento y la temperatura

máxima alcanzada, por otro lado aún se pueden realizar grandes mejoras al nuevo

colector, como un mejor diseño para facilitar la orientación hacia el sol y también el

agregarle un sistema de seguimiento solar automatizado para mejorar la estética y

comodidad del producto, también debe ser redimensionado para facilitar su

manejo e instalación.

- 33 -

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https://themorningstarg2.wordpress.com/tag/colectores-cilindro-parabolicos/