Energia Solar Termica

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  • Energa Solar

    Trmica

  • Al finalizar la sesin usted podr:

    1. Definir qu es la energa solar.

    2. Comprender el funcionamiento de la energa solar

    trmica.

    3. Describir el proceso de calentamiento de agua.

    4. Analizar otras aplicaciones para la energa solar

    trmica.

    5. Costos de inversin, operacin y mantenimiento.

    6. Describir aspectos ambientales asociados.

    7. Enumerar las ventajas y desventajas de la energa

    solar trmica.

    8. Conocer experiencias en Centro Amrica

  • Qu es la energa solar?

    E l sol, fuente de vida y origen de las diversas formas

    de energa que el ser humano ha utilizado

    desde el inicio de su historia, puede satisfacer

    prcticamente todas nuestras necesidades si

    aprendemos cmo aprovechar de forma racional su

    luz.

  • Fuerza del Sol

    La fuerza del sol que llega a la tierra equivale a

    10.000 veces el consumo mundial de energa.

    Este astro es como una gran estrella corriente, capaz

    de hacer llegar hasta nosotros grandes

    cantidades de energa radiante.

  • El Sol tiene un flujo radiante de 3,8 x 10^26 W,

    equivalente a una densidad de 62,5 MW por cada

    metro cuadrado de superficie solar.

    En la utilizacin de la energa solar, el problema no es

    la cantidad total disponible, sino las dificultades para

    su aprovechamiento, dado que sta se dispersa,

    repartindose por toda la superficie de la Tierra y los

    ocanos.

    En promedio, la cantidad que llega a nuestra

    atmsfera exterior equivale a una potencia de 1,4 kw

    por cada m2, cantidad que se reduce hasta

    aproximadamente 1 kw/m2 cuando

    llega al suelo.

  • La radiacin global directa (procedente directamente

    del Sol) se refleja por la presencia de las nubes, el

    vapor de agua, etc., y se dispersa por las molculas

    del agua, el polvo en suspensin, etc.

    Esta se divide en tres partes:

    Radiacin directa: formada por los rayos procedentes directamente del Sol.

  • Radiacin difusa: procedente de toda la bveda celeste, excepto la que llega directamente del Sol.

    Originada por los efectos de dispersin de los

    componentes de la atmsfera, incluidas las nubes.

    Radiacin del albedo: procedente del suelo, debido a la reflexin de la radiacin incidente sobre l depende

    directamente de la naturaleza de ste. Al cociente

    entre la radiacin reflejada y la incidente en la

    superficie de la tierra se le llama albedo.

  • Ciclos Solares

  • La forma ms usual de medir la fuerza del Sol es en

    kw/m2 de rea horizontal. En el mapa

    mundial de radiacin solar (www.energie-

    atlas.ch/sonn-e.htm), se indica la radiacin promedio

    anual en kwh/m2.

    As muestra que la mayora de Amrica Central

    recibe una cantidad de 1.950 kwh/m2 por

    ao, un valor muy alto si se compara con Europa

    Central que recibe apenas, 1.100 kwh/m2 por ao.

  • El aprovechamiento activo se puede regir bajo dos

    puntos de vista bien diferenciados:

    1.La conversin trmica o aprovechamiento del calor

    contenido en la radiacin solar

    2.La conversin elctrica o aprovechamiento de la

    energa luminosa (fotones), para generar directamente

    energa elctrica (efecto fotovoltaico).

    Esta sesin discute la conversin trmica.

  • Historia del desarrollo y estado actual de la

    tecnologa

    El aprovechamiento trmico del sol era conocido ya

    por los romanos.

    Ellos saban que un cuerpo negro absorbe ms el calor

    que un cuerpo claro, pero fue hasta la gran crisis del

    petrleo de los aos setenta en el siglo pasado,

    cuando se empez la difusin masiva de los sistemas

    solares trmicos.

  • Absorcin de la radiacin solar por materiales

    Cuando la radiacin del Sol u otra fuente llega a una

    superficie, una parte es reflexionada, otra

    es absorbida y otra puede pasar, dependiendo del

    material del que est hecha la superficie. Materiales

    brillantes con colores claros reflejan la mayora de la

    radiacin, mientras que los oscuros y mates la

    absorben. Materiales transparentes, como el vidrio,

    dejan pasar casi toda la radiacin.

  • Funcionamiento de la energa solar trmica

    La energa solar presenta dos caractersticas

    especiales muy importantes que la diferencian de las

    fuentes energticas convencionales: dispersin e

    intermitencia.

    a. Dispersin: En condiciones favorables, la

    densidad de la energa del sol apenas alcanza 1

    kw/m2.

    b. Intermitencia: La energa solar no es continua, lo

    cual hace necesarios sistemas de

    almacenamiento.

  • Aprovechamiento

    El aprovechamiento de la energa solar se puede

    llevar a cabo de dos formas: el aprovechamiento

    pasivo y el activo.

    El

    aprovechamiento

    pasivo de la

    energa solar no

    requiere ningn

    dispositivo para

    captarla.

    Los sistemas

    activos se basan

    en la captacin de

    la radiacin solar

    por medio de un

    elemento

    denominado

    colector.

  • El aprovechamiento trmico de la energa solar se

    divide en tres reas:

    Aprovechamiento de baja temperatura (menos de 90C):

    aplicado para calentamiento de agua y preparacin de

    alimentos.

  • Aprovechamiento de mediana temperatura (menos de

    300C): para aplicaciones industriales.

    El aprovechamiento trmico de la energa solar se

    divide en tres reas:

  • Aprovechamiento de alta temperatura (hasta 4.000C):

    aplicado para la generacin de electricidad.

    El aprovechamiento trmico de la energa solar se

    divide en tres reas:

  • Calentamiento de Agua

    Calentamiento de piscinas

    El calentamiento del agua de las piscinas constituye

    una de las aplicaciones de la energa solar ms

    lgicas en Amrica Central, por las claras ventajas de

    economa y sencillez que presenta frente a otros

    sistemas que utilizan energas convencionales.

  • Dado que los colectores utilizados aqu nicamente

    deberan ser capaces de mantener una temperatura

    no mayor de 30C, lo ideal es usar unos plsticos sin

    recubrimiento, los cuales son mucho ms econmicos

    que aquellos para calentar agua de uso domstico

  • Instalacin

    Los cambios que se deben realizar para adaptar un

    sistema solar a un circuito existente de una

    piscina son sencillos.

    Solamente hay que instalar una vlvula de tres vas y

    un control termodiferencial despus del filtro que

    permite el paso del agua automticamente hacia los

    colectores en caso de que haya sol.

    Desde stos el agua retorna, ms caliente, por medio

    de tubos de PVC, a la piscina.

  • Funcionamiento bsico de un sistema solar para

    calentamiento de piscinas

    Un reloj de tiempo (timer) enciende diariamente, a la

    misma hora, la bomba de la piscina y la apaga por la

    tarde.

    Apenas el sensor de los colectores mide una

    temperatura un poco ms caliente que la del agua de

    la piscina, el control termodiferencial da una seal a la

    vlvula de tres vas para abrir el paso del agua hacia

    los colectores.

  • Desde stos el agua regresa ms caliente hacia la

    piscina. Si la temperatura del sensor mide igual que la

    del agua de la piscina (normalmente por la tarde), el

    control manda otra vez una seal a la vlvula de tres

    vas para cerrar el paso del agua.

  • Dimensionamiento

    Para lugares en Amrica Central con una temperatura

    promedio de entre 20C y 22C (la temperatura del

    agua de las piscinas est normalmente entre uno y dos

    grados encima de la del medio ambiente), se requiere

    un colector entre el 70 y el 100% del rea de la piscina

    (si existe un cobertor trmico, dicha rea se puede

    reducir a un 50%), para aumentar la temperatura del

    agua en unos cuatro o cinco grados centgrados.

  • Sistemas para uso domstico

    Los sistemas solares para uso domstico son una

    alternativa a los convencionales para calentamiento de

    agua: tanques elctricos, termoduchas o calentadores

    a gas.

    Para lograr temperaturas elevadas (entre 40 y 70

    grados centgrados), se requiere el empleo de

    colectores planos que cuenten con un recubrimiento

    (normalmente de vidrio) que provoque un efecto

    invernadero dentro de ellos.

  • El funcionamiento bsico en todos ellos es el mismo:

    un colector capta los rayos solares y transmite el calor

    al agua circulando hacia un tanque de

    almacenamiento. Ah sta se queda dentro de un

    recipiente bien aislado hasta su consumo.

  • Sistema termosifn

    El colector capta la radiacin solar directa y difusa y,

    por el efecto termosifn, el agua caliente del colector

    sube hasta el tanque y la ms fra, que es ms

    pesada, baja al colector para ser calentada.

    El tanque cuenta con un excelente aislamiento que

    slo permite prdidas mnimas de calor durante la

    noche. Opcionalmente se puede instalar una

    resistencia elctrica (encendido y apagado automtico)

    para garantizar siempre agua caliente en condiciones

    climticas adversas, cuando no haya

    radiacin solar.

  • Dimensionamiento

    El sistema bsico para una casa