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• Luis Figueroa Castillo

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“AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU” UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA- PROEDUNP SULLANA PROYECTO FINAL

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TEMA: COLECTOR SOLAR VERTICAL

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ASIGNATURA: APLICACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

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DOCENTE: LIC. SANTOS TERESIO CASTRO ZAVALETA.

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INTEGRANTES: -ALBURQUEQUE GUEVARA, ROSSYDIANA KAROLINA. -GARCIA ZAPATA, CLEVER MARTIN. -LEON CASTRO, JENIFER DENISSE. -CARHUAPOMA PIÑIN, DAVID. -CRUZ RUIZ, MIGUEL ANGEL. -BURGOS OVIEDO, RODY LUIS. -JIMENEZ ALVARADO, ESTIBEN. -FIIGUEROA CASTILLO, LUIS CARLOS. -LOPEZ MORE CRISTHIAN

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FACULTAD:

CICLO:

INGENIERÍA CIVIL.

2016

IX

INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………………………… ………………02 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………… ………………03 VENTAJAS DEL USO DE COLECTORES SOLARES TÉRMICOS……………………………..04 Ventajas estratégicas……………………………………………………………………………………. .05 Ventajas económicas…………………………………………………………………………………… …05 Ventajas ambientales……………………………………………………………………………………. .06 USOS DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA……………………………………………………………06 DESVENTAJAS………………………………………………………………………………… ……………….07 JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………………………… ………………07 MARCO TEORICO………………………………………………………………………………………… …..09 Colector termoiónico…………………………………………………………………………………… ….09 Colector de placa plana…………………………………………………………………………………….09 Colector de polipropileno………………………………………………………………………………… 09 Colector cilindro parabólico………………………………………………………………………………09 ENERGIA LIMPIA…………………………………………………………………………………………… ….10

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Energía eólica…………………………………………………………………………………………… ……….10 Energía hidráulica……………………………………………………………………………………… ………11 Energía solar……………………………………………………………………………………………… ………11 Energía geotérmica…………………………………………………………………………………… ………11 ENERGIA SOLAR TERMICA………………………………………………………………………………….12 USO DE COLECTORES SOLARES EN EL PERU……………………………………………………….14 ESTRUCTURACION DEL COLECTOR SOLAR VERTICAL………………………………………….15 PROCEDIMIENTO PARA CONSTRUIR EL CALENTADOR………………………………………..20 TOMA DE DATOS…………………………………………………………………………………………… …..23 DATOS…………………………………………………………………………………………… …………………..25 EFICIENCIA DE UN COLECTOR SOLAR………………………………………………………………….30 CONCLUSIONES……………………………………………………………………………… ………………….31 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………… …………………..32

INTRODUCCION El agua caliente constituye un consumo energético importante en una casa teniendo diversos usos como la higiene personal y la limpieza de la casa. A nivel internacional existen algunos estudios de medida de este consumo. En general se considera que un consumo medio típico es del orden de los 40 litros por día y persona. En los países en desarrollo este consumo constituye entre el 30 y el 40% del consumo de energía de un COLECTOR SOLAR

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hogar, este porcentaje es mayor que en los países desarrollados, donde el consumo de energía para producir agua caliente sanitaria (ACS) se supone del 26% del consumo total de la vivienda. Pero, en general, a nivel mundial, se ha convertido en el segundo uso energético doméstico en importancia después de la calefacción y la refrigeración. Por esta razón, el calentamiento de agua mediante energía solar, más allá de ser una alternativa ecológica, se ha convertido en una tecnología económicamente atractiva y competitiva en muchos países. En los últimos años se está produciendo un aumento notable de instalaciones de energía solar térmica en el mundo; los avances tecnológicos permitieron la fabricación de sistemas de mejor calidad y a menor costo y la sociedad está entendiendo la necesidad de sustituir los combustibles fósiles. Los colectores solares son dispositivos utilizados para colectar, absorber y transferir energía solar a un fluido, que puede ser agua o aire. La energía solar, puede ser utilizada para calentar agua, para sistemas de calefacción o para climatización de piscinas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Demostrar la generación y aprovechamiento de la energía solar a través de un colector solar casero.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS    

Lograr la creación del colector solar casero Aprovechar la energía limpia generada Dar a conocer las ventajas que tiene la energía solar para el medio ambiente Demostrar que si se puede utilizar la energía solar

VENTAJAS DEL USO DE COLECTORES SOLARES TERMICOS

Los colectores solares térmicos aprovechan la energía del Sol para generar calor y calentar agua u otro tipo de fluidos a temperaturas que oscilan entre 40°C y 50°C, y más.

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Esta agua caliente puede estar destinada al uso doméstico como agua sanitaria, calefacción o incluso producción de energía mecánica y, a partir de ella, de electricidad. El tamaño del calentador dependerá de la cantidad de personas que viven en la casa y de la cantidad de agua caliente que utilicen. En general, para conseguir aportes del 50% de las necesidades totales de agua caliente sanitaria de una vivienda con 4 personas, se necesita un equipo formado por paneles de 2 a 4 m2 y 200 a 300 litros de acumulación. El uso de esta energía solar para el calentamiento de agua sanitaria doméstica, reviste gran importancia ya que sirve a lo menos para dos propósitos relevantes:

a) El cambio de uso de la fuente de energía para este calentamiento, desde uno tradicional, llamadas fósiles, como el gas, petróleo, leña, etc., a una energía limpia y natural como es la energía del Sol. Esto implica disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera del planeta.

b) Al ser una energía limpia, es también una alternativa más barata y de fácil manejo, lo que la hace apropiada para su instalación en aquellos sectores de la población que tradicionalmente no han incorporado aún sistemas de calentamiento de agua sanitaria en la vivienda, por el costo significativo de la reposición de combustible y los costos asociados al mantenimiento.

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Ventajas Estratégicas 

Contribuye a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

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Reduce dependencia energética con el exterior.

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Genera un mayor valor para los inmuebles que la incorporan.

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Genera puestos calificados de trabajo directos en la producción, instalación y mantenimiento de los sistemas solares.

Ventajas Económicas 

Reducción directa de costo asociado al calentamiento de agua, ya sea de electricidad o combustibles como gas o leña.

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Los sistemas solares pueden lograr ahorros en el costo de preparación del agua caliente de aproximadamente de 70% respecto a los sistemas convencionales.

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Las placas solares pueden ser un complemento importante de apoyo a la calefacción, sobre todo en sistemas que utilicen agua a temperatura inferior a 60ºC.

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En la mayoría de los casos, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre un 50% y un 70% del agua caliente demandada. El resto de la demanda puede ser suplida por sistemas convencionales de producción de agua caliente (caldera de gas o gasóleo, calefont doméstico, etc.).

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La inversión se amortiza con el ahorro energético. Actualmente, las instalaciones solares térmicas pueden quedar amortizadas a partir de 4 a 6 años, con una vida útil de 20 años en promedio. El período de amortización efectivo dependerá del tipo de combustible que se sustituye y de las variaciones de su precio.

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El costo de operación y mantenimiento disminuye a medida que la tecnología va avanzando, en tanto el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo al ser éstos cada vez más escasos.

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Ventajas Ambientales 

Al tratarse de una energía renovable permite sustituir una parte del consumo de combustibles fósiles y/o electricidad, evitando o postergando el agotamiento de los limitados recursos naturales.

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No emite gases perjudiciales para la salud ni emite gases de efecto invernadero que afecten el cambio climático.



Por otro lado, la energía solar es una fuente inagotable, limpia, silenciosa y confiable. En gran parte de nuestro país está además presente en forma abundante.



Los Colectores Solares Térmicos proporcionan un valor agregado a todo tipo de viviendas. A modo de ejemplo, una casa unifamiliar que tenga instalada 2 m2 de paneles evita la emisión de 1,5 toneladas de CO2 al año.

Usos de la Energía Solar Térmica 

Generación de agua caliente



Calefacción



Generación eléctrica



Secado



Desalinización de agua



Usos industriales



Refrigeración (por absorción)

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DESVENTAJAS

En realidad las desventajas no tienen que ver con sus características, ni sus posibilidades, ni sus niveles de contaminación. La principal ventaja de las energías limpias es su escasa implantación. Desde los albores de la Revolución Industrial y al progreso se ha optado por utilizar otro tipo de recursos fósiles y se han dejado de lado otras soluciones mucho más sostenibles. Así que el principal escollo que tienen que superar las energías limpias es su propia implantación, el desarrollo de las suficientes infraestructuras y, por supuesto, la concienciación de la población sobre la necesidad de apostar por las energías limpias. Por otro lado, algunas instalaciones como los aerogeneradores o las centrales hidroeléctricas pueden provocar cambios en los comportamientos migratorios de aves y peces.

JUSTIFICACIÓN Este proyecto se realizara debido a que existe una opción de generar energía limpia por medio de un colector solares que contribuye al ahorro de dinero y al mismo tiempo combatir con el calentamiento global debido que la energía solar se la considera una energía renovable. Los colectores solares tienen diferentes usos para funcionar en una casa, el más común es el de calentar agua.

Entre las ventajas de fabricar colectores solares caseros se debe a que en la ciudad donde vivimos contamos con mucha radiación solar lo que hace fácil la

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implementación, fabricación y demostración de nuestro colector solar casero. Este proyecto es importante ya que nos ayuda a entender de una manera más directa todos los temas referentes a la energía solar como puede ser todas las ventajas que esta energía produce y sus implicaciones con respecto a lo social, económico y ético. Todo esto tiene la intencionalidad de demostrar que no se necesita deteriorar y contaminar la naturaleza para obtener recursos que solo tenemos por comodidad, por contrario debemos tener proyectos que aprovechen los recursos de la naturaleza como es el sol.

En este trabajo pretendemos demostrar, concientizar y que sepan que se pueden realizar estos colectores solares casero utilizando materiales accesibles y que el procedimiento es sumamente fácil se lo puede realizar solo. Al pasar el tiempo nos damos cuenta que es indispensables utilizar otras energías alternativas para contribuir con el medio ambiente. La energía limpia es, entonces, una energía en pleno desarrollo en vista de nuestra preocupación actual por la preservación del medio ambiente y por la crisis de energías agotables que están afectan a todo el mundo.

Otro propósito del trabajo es que todos podemos aportar para una mejor utilización de esta energía ya que es renovable y es natural, si seguimos aprovechándola y cuidándola podremos llegar a tener mucho ahorra de energía utilizándola cada vez para más actividades eléctricas y una vida más fácil económica con menor impacto ambiental.

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MARCO TEÓRICO Se conoce como colector solar o captador solar a un dispositivo cuya finalidad es la de calentar agua a partir de la radiación solar. Existen colectores solares de baja temperatura y colectores solares de alta temperatura. Los primeros se utilizan fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y agua caliente sanitaria. Los segundos, por su parte son utilizados generalmente para producir energía eléctrica. Funciona por concentración de los rayos solares mediante espejos reflectantes. El colector solar cumple su objetivo de calentar agua de diferentes maneras. Existen métodos diversos adecuados a la aplicación que quiera dársele al agua que se calienta a través de un colector solar, entre los cuales se encuentran: 

Colector termosifónico: su funcionamiento es por convección natural, es decir que no se requiere bomba circuladora (sistema de bombeo) ni sistema de regulación.



Colector de placa plana: su uso se limita a la disponibilidad de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción solar. Incluso se emplea este tipo de colector solar para la climatización de piscinas.

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Colector de vacío: cuando quiera que el colector de placa plana reporte dificultades para lograr las temperaturas del agua, se recomienda el empleo de este tipo de colector solar para disponer de agua caliente sanitaria y calefacción solar.

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Colector de polipropileno: este colector solar se utiliza para calentar el agua de las piscinas permitiendo prolongar el uso de las mismas a lo largo del año.



Colector cilindro parabólico: su uso a nivel industrial se extiende a las centrales térmicas. Se consiguen altas temperaturas del fluido caloportador que es utilizado para hacer girar las turbinas eléctricas.

ENERGIA LIMPIA: La energía limpia es un sistema de producción de energía con exclusión de cualquier contaminación o la gestión mediante la que nos deshacemos de todos los residuos peligrosos para nuestro planeta. Las energías limpias son, entonces, aquellas que no generan residuos. La energía limpia es, entonces, una energía en pleno desarrollo en vista de nuestra preocupación actual por la preservación del medio ambiente y por la crisis de energías agotables como el gas o el petróleo. Hay que diferenciar la energía limpia de las fuentes de energía renovables: la recuperación de esta energía no implica, forzosamente, la eliminación de los residuos. La energía limpia utiliza fuentes naturales tales como el viento y el agua. Las fuentes de energía limpia más comúnmente utilizadas son la energía geotérmica, que utiliza el calor interno de nuestro planeta, la energía eólica, la energía hidroeléctrica y la energía solar, frecuentemente utilizada para calentadores solares de agua.

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Un tema importante a tener en cuenta es la inmensa preocupación que se está produciendo por los altos costes sociales, ya que se van haciendo cada vez más elevados así como los costes medioambientales asociados a la energía convencional, a la energía nuclear y a los combustibles fósiles. Sin ninguna duda, esta preocupación de todas las naciones beneficia a las energías limpias y puras.

Ya iremos explicando, en breve, más en detalle cómo funcionan estas otras clases de energías. Además, si bien existen energías limpias puede ser que éstas no sean energías renovables. El gas natural, si bien no produce una enorme contaminación, puede ser un ejemplo válido ya que aunque, mínimamente, algo contamina. Pero, para cerrar el círculo podemos decir, entonces, que sí existen las energías limpias y que son, además de aquellas que no generan residuos, un sinónimo de fuentes energéticas que respetan el medio ambiente.

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¿CUÁLES SON LAS ENERGÍAS LIMPIAS? Estas son algunas de las principales energías limpias de nuestro planeta. Nótese que todas ellas están relacionadas en cierto modo con los principales 4 elementos: el aire (viento, energía eólica), el agua (energía hidráulica/hidroeléctrica), el fuego (sol, energía solar) y la tierra (energía geotérmica). Energía eólica: La energía eólica produce energía, principalmente eléctrica, a partir del viento a través de aerogeneradores. Estos generadores provocan un movimiento en unas turbinas que son las que producen energía eléctrica. Actualmente alrededor del 5% del consumo eléctrico mundial se produce en centrales eólicas. También se extiende cada vez más el uso de la energía eólica marina.

Energía hidráulica/hidroeléctrica: Produce energía gracias al agua, aprovechando la energía cinética de mareas o corrientes. Este tipo de energía lleva siglos produciéndose, primero a pequeñas escalas con molinos de agua, ahora en grandes proporciones gracias a las centrales hidroeléctricas.

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Energía solar: Es la que proviene de la radiación del sol. La energía solar puede aprovecharse de diferentes maneras: para producir calor, para calentar agua, para producir electricidad. La energía solar es una energía renovable y totalmente limpia. Energía geotérmica: Se produce a través de la extracción de calor del interior de la tierra. Se puede extraer el calor de los fluidos o de yacimientos en seco (magma). La temperatura aumenta a medida que nos acercamos al interior de la Tierra, por lo que dependiendo de la profundidad de extracción se obtendrá más o menos energía. Así, se puede conseguir energía desde para poner un suelo radiante hasta para poner una planta eléctrica, pasando por una balneario.

ENERGIA SOLAR TERMICA 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.

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Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura. Los colectores de baja temperatura generalmente son placas planas usadas para calentar agua. Los colectores de temperatura media también 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. La energía solar térmica es diferente y mucho más eficiente que la energía solar fotovoltaica, la que convierte la energía solar directamente en electricidad.

USO DE COLECTORES SOLARES EN EL PERÚ COLECTOR SOLAR

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Datos: Marzo 2011

ESTRUCTURACION DEL COLECTOR SOLAR VERTICAL COLECTOR SOLAR

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MATERIALES:

 Madera: 0.50 x 1.00 m La Madera utilizada es de Triplay de espesor de 3 pulgadas. La madera seca contiene células diminutas de aire por lo que se comporta como aislante calorífico; además como conducto térmico.

 Tubería PVC 1/2 ‘’ Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (NaCl) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos. El PVC se presenta en su forma original como un polvo blanco, amorfo y opaco. La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones. Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros. Además de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado.

 Codos de embone ½  Vidrio Semidoble El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque también puede ser producido por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo. El vidrio se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3). El vidrio posee propiedades térmicas como:  

Calor Específico Conductividad térmica

 Botellas de Plástico  Brea Sustancia viscosa de color negro que se obtiene por destilación de ciertas maderas, del carbón mineral y de otras materias de origen orgánico; se emplea en medicina, en la fabricación de plásticos, aislantes y pinturas protectoras. COLECTOR SOLAR

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En el proyecto será un material muy importante debido a su alta conductividad térmica y además porque puede almacenar elevado calor en su interior.

 Pintura en aerosol color negro  Adhesivo Pegatodo Topex

 Llaves de paso  Tecnopor De 1 pulgada. La justificación de su uso en nuestro proyecto son sus propiedades:     

Aislamiento térmico Amortiguación de impactos Resistencia a la humedad Higiénico y renovable Moderado impacto ambiental

 Silicona Para la unión de los materiales.

PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN

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Construir un calentador solar de bajo costo con material reciclado es algo muy simple y útil. También es de interés para los que apoyan a la ecología, conscientes de la importancia de la implementación de fuentes de energía alternativas. La idea, en términos simples, consiste en crear un pequeño invernadero en cada botella y pasar por dentro de la misma una tubería de PVC. De esta manera, el calor que queda atrapado en la botella y que luego es absorbido por tubería (que ha sido pintada de negro) se transfiere al agua y así se puede calentarla y ahorrar combustible como gas, electricidad o leña.

Energía renovable:

Se puede decir que, de este modo, se construye un dispositivo para calentar agua, para uso sanitario, con energía totalmente renovable. Se estima que una familia tipo, de cuatro personas, utiliza aproximadamente 80 litros de agua caliente por día. Uno puede construir este calentador del tamaño que quiera, conforme a la capacidad de agua caliente requerida para el uso diario, porque se arma con columnas de 5 botellas, con 1 metros de tubería cada una. Se pueden acoplar en paralelo tantas columnas como uno quiera y se utiliza el techo de la casa soporte (en éste caso se distribuyeron 4 columnas en 0.50 metros). Porque una vez construido, este calentador ecológico se coloca en el techo de chapa de la vivienda, y si se carga con 100 litros de agua, el peso debe ser soportado por la estructura del techo.

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El procedimiento para construir el calentador solar es el que se describe a continuación: 1. Se hace un orificio en la base de cada botella igual al diámetro que tiene ésta en el sector donde va la tapa.

2.

2. Una vez hechos los orificios en las 20 botellas, se deben cortar cuatro tramos de un metro cada uno de tubería de PVC de ½ .

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3. A continuación, se une botella con la otra, insertando el cuello de una en el orificio perforado en la base de otra, para formar una columna de cinco botellas, y luego se introduce la tubería dentro de la misma. Repitiendo ese paso cuatro veces, se han usado las 20 botellas

4. se dispone de una “parrilla”, que se termina de armar poniendo codos en los extremos y uniones en el medio.se rellena con brea el interior de las botellas, lo cual hará que capte mayor energía solar y se pinta el exterior del colector con pintura en aerosol color negro.

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5.Se coloca esta parrilla al sol, en un techo de chapa y orientada hacia el Norte, preferentemente, después se introduce agua por la parte inferior a través de una manguera por una de las llaves de paso . Al cabo de 15 minutos de exposición a los rayos solares, sale por la parte superior agua a mayor temperatura, lista para usar. Esto sucede por un principio físico llamado “termosifón”.

6.

Se

puede

agregar un tacho aislado

para

guardar el agua caliente, para lo cual se utilizan tachos de 200 litros reciclados, que no hayan sido usados para transportar químicos peligrosos. Es ideal el tipo que se usa para la comercialización de aceitunas al por mayor, con el que se puede construir un termo-tanque casero, para que el agua calentada por el sol, durante el día, se pueda utilizar también de noche.

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Bajo Costo. Finalmente, es necesario destacar que este sencillo dispositivo, cuyo costo es bajo, puede ser construido por los chicos de las escuelas como trabajo de tecnología y en los clubes o centros vecinales de barrio como tarea comunitaria, o simplemente en la casa, como trabajo y pasatiempo de toda la familia.

FUNCIONAMIENTO DE UN COLECTOR SOLAR



Se introduce el agua al colector solar, la cual pasara por todas las tubería del colector en donde con ayuda del vidrio, actúa como filtro que deja pasar la mayor parte de la energía dentro del colector



Luego que el vidrio a dejado pasar la mayor cantidad de radiación solar que va a ser lo que va a calentar todo no va a dejar escapar el calor producido. Lo que también llamamos efecto invernadero

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

Además al estar pintado de color negro atrae mucho más al calor y las botellas de plástico sirven para que el aire y el viento no lo estén enfriando.



Al calentarse toda la estructura el agua que lleva dentro aumenta su temperatura a los datos obtenidos en las tablas. COLECTOR SOLAR

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ENERGÍA ALMACENADA

1. COLECTOR SOLAR VERTICAL CON AGUA: - Almacenamiento de calor: Q=m*c* ∆T …… ec1 Donde:     m=ρ∗V

Q: calor expresado en (joule) m: masa en (kg) ∆T: variación de temperatura en (°C) C: calor especifico en ( J/Kg*°C)

…. Ec 2

Donde:  M: masa del cuerpo o embase (kg)  ρ : densidad del agua(Kg/m3) ; ρ=1000 kg /m3 Reemplazando ec 2 en ec 1, se obtiene la siguiente formula:

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Q=ρ∗V∗C∗∆ T V …. Ec 3

∆T=45.52-27.4 ∆T = 18.12 o C----------------- promedio de variación de temperatura (°C) π= 521.36 W/m2 --------------- promedio de radiación solar (W/m2) V=0.00045 m3--------------- volumen contenido en envase ( 450 ml) A=0.0024 m2----------------- área del envase (m2) - Formula de la radiación solar : π =521.36

W Q = m2 t∗A

-------Despejando el valor de “Q”: Q=π∗t∗A

………….. ec 4

Igualando ec 3 con ec 4, y despejando “C” calor específico: C=

R . S∗t∗A ρ∗V∗∆ T

….. ec 5,

se sabe que 1w= 1J/s

- Hallando el valor de “Calor especifico (C)”del colector solar con agua: J ∗3600 s 2 s∗m 521.36 ∗12h∗0.0024 m2 1h C= kg 1000 3 ∗0.00045 m3∗18.12 ° C m

C = 6629.21 COLECTOR SOLAR

J kg∗° C Página 27

- Halllando el valor de la cantidad de calor “Q”: Q=1000

kg J ∗( 0.00045 m3 )∗ 6629.21 ∗(18.12 ° C) 3 kg∗° C m

(

)

Q= 54054.58 J ---- respuesta de la energía almacenada

2. COLECTOR SOLAR VERTICAL VACIO (SIN AGUA) - Almacenamiento de calor: Q=m*c* ∆T …… ec1 Donde:     m=ρ∗V

Q: calor expresado en (joule) m: masa en (kg) ∆T: variación de temperatura en (°C) C: calor especifico en ( J/Kg*°C)

…. Ec 2

Donde:  M: masa del cuerpo o embase (kg)  ρ : densidad del agua(Kg/m3) ; ρ=1000 kg /m3 COLECTOR SOLAR

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Reemplazando ec 2 en ec 1, se obtiene la siguiente formula: Q=ρ∗V∗C∗∆ T V …. Ec 3

∆T=41.4-27.4 ∆T = 14 o C----------------- promedio de variación de temperatura (°C) π= 521.36 W/m2 --------------- promedio de radiación solar (W/m2) V=0.00045 m3--------------- volumen contenido en envase ( 450 ml) A=0.0024 m2----------------- área del envase (m2) - Formula de la radiación solar : π =521.36

W Q = m2 t∗A

-------Despejando el valor de “Q”: Q=π∗t∗A

………….. ec 4

Igualando ec 3 con ec 4, y despejando “C” calor específico: C=

R . S∗t∗A ρ∗V∗∆ T

….. ec 5,

se sabe que 1w= 1J/s

- Hallando el valor de “Calor especifico (C)”del colector solar con agua: J ∗3600 s 2 s∗m 521.36 ∗12h∗0.0024 m2 1h C= kg 1000 3 ∗0.00045 m3∗14 ° C m COLECTOR SOLAR

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C = 8580.096

J kg∗° C

--- respuesta

- Halllando el valor de la cantidad de calor “Q”: Q=1000

kg J ∗( 0.00045 m3 )∗ 8580.096 ∗(14 ° C ) 3 kg∗° C m

(

)

Q= 54054.60 J ---- respuesta de la energía almacenada

RESULTADOS Tabla 1: colector solar con agua

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-

∑T° AMB = 27.4°C ∑ T° ENTRADA = 27.44°C ∑ T°SALIDA = 44.24°C ∑ RADIACION SOLAR = 521.36 w/m2 ∑ T°BOTELLAS= 43.6°C ∑T°INTERNA = 45.52°C

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Tabla 2: colector solar vacio (sin agua)

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-

∑T° AMBIENTE= 27.4°C ∑T° ENTRADA = 41.4°C ∑ T° SALIDA = 41.4°C ∑ RADIACION = 521.36 w/m2

TOMA DE DATOS  Se tomó la temperatura con el multitester y termocupla del colector con agua tanto de entrada como de salida

 Se tomó la

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radiación solar con el solarimetro

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 Se tomó

la temperatura de las botellas; las

cuales

contienen brea, con el multitester

y

la

termocupla

ANALISIS Para

la

evaluación

del

colector se han medido los siguientes parámetros: temperatura de entrada y salida del fluido del colector, temperatura del tanque y temperatura ambiente y Intensidad de Radiación Solar, los datos se han registrado durante 12 horas cada media hora, el registro de datos se ha iniciado a las 6:00 am del 03/08/16 hasta las 6:30 p.m. del mismo día. Se ha empleado el método de evaluación directa usando solamente los datos de temperatura de entrada y salida del fluido del colector (56.0 o C ) además de la temperatura y radiación-

DATOS  COLECTOR EN VACÍO TUBERIA

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TIEMPO (horas)

T.AMBIENTE T.ENTRADA(º (º C) C)

T .SALIDA (º C)

RADIACIÓN (w/m2)

06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00

22 22 23 23 23 24 24 25 25 26 28 29 31 31 32 32 32 32 32 32 30 28 27 26 26

23 23 23 24 24 25 26 27 33 35 35 38 56 62 68 68 70 71 69 63 54 37 28 29 24

1 40 65 73 78 97 119.5 155.3 198.6 235.6 965 973 980 982 976 963 954 948 935 862 760 665 568 342 98

23 23 23 24 24 25 26 27 33 35 35 38 56 62 68 68 70 71 69 63 54 37 28 29 24

TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DE LA TUBERIA CON RESPECTO AL TIEMPO

En esta grafica podemos observar que la temperatura de entrada y de salida de la tubería en vacío coincide con el pasar del tiempo COLECTOR SOLAR

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La temperatura de entrada va en aumento con el pasar del tiempo y la radiación solar, siendo la temperatura máxima que alcanza de 71ºC, debido a la brea que contiene en su interior puede almacenar esta capacidad de radiación solar.



COLECTOR CON AGUA

TIEMPO (horas) 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00

AGUA T.AMBIEN T T.ENTRAD RADIACIÓN T.BOTELL T.INTERN TE (º C) .SALIDA A(º C) (w/m2) AS (º C ) A ( ºC) (º C) 22 23 29 1 23 23 22 23 29 40 23 23 23 23 30 65 24 24 23 24 32 73 24 24 23 24 35 78 25 25 24 25 32 97 26 28 24 26 33 119.5 27 28 25 27 33 155.3 29 30 25 27 34 198.6 32 35 26 28 35 235.6 35 38 28 28 38 965 36 45 29 29 45 973 38 57 31 29 72 980 55 66 31 30 73 982 62 69 32 31 74 976 78 72 32 31 74 963 83 76 32 31 65 954 79 72 32 31 62 948 72 67 32 30 58 935 65 62 32 29 51 862 60 60 30 29 46 760 54 57 28 28 38 665 48 54 27 28 32 568 35 40 26 26 29 342 30 35 26 26 27 98 27 28

COLECTOR SOLAR

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GRAFICA 1 : T° ENTRADA (°C) vs TIEMPO (H) 35 30 25 20 T° AMBIENTE ( °C)

15 10 5 0

TIEMPO (H)

COLECTOR SOLAR

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GRAFICA 2: T° SALIDA (°C) vs TIEMPO (H) 80 60 T° INTERNA (°C)

40 20 0

TIEMPO (H)

GRAFICA 3: RADIACION SOLAR (W/m2) vs TIEMPO (H) 800 700 600 500 400 RADIACION SOLAR ( W/m2) 300 200 100 0

TIEMPO (H)

COLECTOR SOLAR

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GRAFICA 4: T° ENTRADA (°C) Y T° SALIDA (°C) vs TIEMPO (H) 80 70 60 50 40 30 20 10 0

T° ENTRADA

T° SALIDA

TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DE LA TUBERÍA CON AGUA CON RESPECTO A LA RADIACIÓN SOLAR

GRAFICO N°5: RADIACION SOLAR VS HORAS VS T° ENTRADA, T° SALIDA

RADIACION SOLAR (W/m2)

800

80

600

60

400

40

200

20

0

RADIACION SOLAR TEMPERATURA (°C)

0

HORAS (h)

COLECTOR SOLAR

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T° ENTRADA T° SALIDA

En esta grafica tenemos a la radiación solar como principal factor para el comportamiento del sistema. Aquí evaluamos la temperatura de entrada y salida que ha alcanzado el colector solar con agua y por lo tanto su funcionamiento que nos dará resultado de la eficiencia de este sistema de calentamiento. Se puede observar que hay relación entre la temperatura tanto interna como externa ya que coinciden en un punto debido a la radiación y al tiempo

GRAFICAS COLECTOR SOLAR EN VACIO

GRAFICO N°5: RADIACION SOLAR VS HORAS VS T° ENTRADA, T° SALIDA

RADIACION SOLAR (W/m2)

800

80

700

70

600

60

500

50

400

40

300

30

200

20

100

10

0

RADIACION SOLAR TEMPERATURA (°C)

T° ENTRADA T° SALIDA

0

HORAS (h)

TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DE LA TUBERÍA CON RESPECTO AL TIEMPO  En la siguiente grafica al igual que en las anteriores tenemos las temperaturas de entrada y de salida de la tubería con agua y su respectivo comportamiento del sistema COLECTOR SOLAR

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se puede notar que la temperatura que ha alcanzado el agua a lo largo de la tubería ha aumento con el pasar del tiempo influyendo también la radiación solar la temperatura de entrada y salida no coinciden en los puntos ya que la de salida es muy superior y más del doble que la de entrada, siendo la máxima temperatura de salida 74ºC

GRAFICA 1 : T° ENTRADA (°C) vs TIEMPO (H) 40 30 T° AMBIENTE ( °C)

20 10 0

TIEMPO (H)

GRAFICA 2: T° SALIDA (°C) vs TIEMPO (H)

T° INTERNA (°C)

80 60 40 20 0

TIEMPO (H)

COLECTOR SOLAR

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GRAFICA 3: RADIACION SOLAR (W/m2) vs TIEMPO (H) 800 600 RADIACION SOLAR ( W/m2)

400 200 0

TIEMPO (H)

GRAFICA 4: T° ENTRADA (°C) Y T° SALIDA (°C) vs TIEMPO (H) 80 70 60 50 40 30 20 10 0

T° ENTRADA

T° SALIDA

EFICIENCIA DE UN COLECTOR SOLAR La eficiencia de un colector solar se define como la relación entre la energía absorbida por el fluido portador del calor y la energía solar incidente sobre el área de abertura. La energía entregada al fluido luego será consumida por las personas, ésto significa que un porcentaje de la radiación solar es transferido al agua Siempre se pierde un poco de radiación debido a la reflexión y además sólo se considera el área de apertura, que es el área expuesta a la radiación incidente del sol. La eficiencia total del sistema “e” se calcula como la fracción entre la energía total diaria entregada (Tf-Ti ) y la energía incidente en el panel por el sol (Ti ) Los valores que se pueden obtener van entre 0 y 1 idealmente pero puede ser mayor a uno cuando se produzca un día soleado y al día siguiente nublado. La eficiencia se muestra en porcentaje al multiplicar por 100. e= Tf-Ti x100 % COLECTOR SOLAR

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T 

PARA EL COLECTOR CON AGUA Tf= 74ºC es la temperatura máxima del agua que sale del colector. Ti= 31ºC es la temperatura del agua que entra al colector solar.

74-31 x100 % 74

e max=58.10%

CONCLUSIONES La energía solar térmica es la solución más barata y limpia para instalaciones con un consumo importante de agua caliente, provoca el ahorro de grandes cantidades de petróleo, gas, electricidad y biomasa. Está teniendo una fuerte implantación sobre todo en hoteles y complejos turísticos, instalaciones deportivas y hospitales. Nuevos productos se han puesto en marcha, tanto con tubos de vacío como con colectores de placa plana. Recubrimientos muy selectivos son más comunes que los acabados de pinturas solares, con estos diseños se alcanzan temperaturas por encima de los 100 ° C. Se predice que la competencia será cada vez más fuerte, más proveedores lucharán por una parte del mercado. Los mercados emergentes van ganando terreno internacionalmente y como resultado habrá una mayor presión sobre los precios. No puede haber duda de la continua evolución de esta rama y se espera un mayor fortalecimiento de la demanda de energía verde. El incremento del precio de las energías convencionales impulsará el crecimiento continuo de la energía solar en todo el mundo y se anticipa un crecimiento del 30% anual [8]. Actualmente podemos afirmar que el aprovechamiento de la energía solar térmica es una tecnología madura y fiable, que las inversiones realizadas, en general, son amortizables, se trata de una alternativa respetuosa con el medio ambiente. Cada nuevo sistema de energía solar térmica es un paso hacia un ambiente limpio y sostenible. Una vivienda unifamiliar (2

COLECTOR SOLAR

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m2 de captadores) puede evitar. 1,5 t de CO2 al año. Un hotel con capacidad para 400 personas (580 m2 de captadores) puede evitar 128 t de CO2 al año.

BIBLIOGRAFIA

http://www.inti.gob.ar/e-renova/pdf/colectores_solares_aguacaliente.pdf http://es.slideshare.net/nachitosteffania/proyecto-medio-ambiente-panelsolar-casero http://www.viviendasaludable.es/sostenibilidad-medio-ambiente/energiasrenovables/funcionamiento-de-un-colector-solar http://es.slideshare.net/robvaler/diseo-construccion-y-ensayo-de-un-colectorsolar-de-tubos-coaxiales-de-vidrio-y-cobre-para-calentamiento-de-aguapresentation?qid=88a9c5f2-b864-4142-89ec3b1245d3372f&v=&b=&from_search=1 : http://ecoinventos.com/calentador-casero-con-botellas-de-plastico/#ixzz4GOvmJ8ey

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