SISTEMA CONDENSO-ACUMULADOR PARA CALEFACCIÓN SOLAR PASIVA

SISTEMA CONDENSO-ACUMULADOR SOLAR PARA CALEFACCIÓN PASIVA CON BASE DE MURO TROMBE Y ENERGIA GEOTÉRMICA RESUMEN: El proyecto consta de una estructura simple donde se han aplicado conocimientos de bioconstrucción y bioclimática por módulos: 1º.-Muro trombe.

2º.-Base acumulador solar.

3º.-Colector solar para calentamiento de aire.

4º.-Colector solar para calentamiento de agua.

5º.-Ductos de ventilación.

6º.-Tuberías del circuito de agua.

1º.-Muro trombe: EL muro trombe aprovecha el efecto invernadero que se produce en su interior e impide que el calor salga.

Consta de: 1º. Cantero de barro.

2º. La mampara que separa el interior/exterior.

3º. La pared pintada de negro mate.

2º.-Base acumulador solar: La base del acumulador solar es un apilado de botellas de vidrio oscuro hasta llenar todo el hueco del cantero del muro trombe; todas ellas rellenadas con vidrio oscuro molido y sal gruesa.

Consta de: 1º.Botellas de vidrio oscuro.

2º.Vidrio oscuro molido.

3º. Sal gruesa.

3º.-Colector solar para calentamiento de aire: El colector solar para calentamiento de aire consta de unos ductos de metal pintados de negro y dispuestos en vertical dentro de un cajón de madera que se ubica sobre la pared.

Consta de: 1º. Cajón de madera o metal.

2º. Hileras de latas pintadas 4º.-Colector solar para calentamiento de agua: El colector solar para calentamiento de agua que se plantea es una estructura modular de botellas de vidrio transparente a las que se le ha quitado el pico o cuello de la botella para dejar una abertura de entre 2cm a 4 cm de diámetro (el diámetro del tubo o manguera negra que pasará por dentro) de la misma manera quedará en el fondo de la botella una apertura del mismo diámetro o bien, simplemente quitando el fondo ya que despues iran las botellas ensambladas formando un serpentín por donde trascurre el agua.

Consta de : 1º. Botellas de vidrio transparente ensambladas.

2º. Tuberia negra o manguera de riego negra.

3º. Codos de PVC o de metal para ensamblar cada hilera con su respectiva bajante en el circuito de agua .

5º.-Ductos de ventilación: Los ductos de ventilación conectan el interior de la casa con el interior del muro trombe de manera pasiva (automático) o en modo manual; y por su ubicación en la pared, generan una corriente convectiva de aire frio a caliente; sacando el aire frio del interior de la casa a una altura de entre 20 a 45 cm del suelo y lo pasa al muro trombe que lo calienta y sale por encima del colector solar para calentamiento de aire y entra a la vivienda filtrado con carbón activo, limpio y sin olor.

Constan de: 1º. Rejillas metálicas para ventilación negras (dentro del muro trombe) 2º. Rejillas para ventilación (embellecedor de dentro de la vivienda) 3º. Mosquitera metálica en la bóca de entrada de aire (de muro a vivienda) 4º. Filtro reciclado de carbón activo: Tarrina de CD´s virgenes agujereada en su base y en la tapa y llena de carbón activo vegetal, cerrada y sellada.

5º. Opcional: Un ventilador de 12 v de computadora sobremesa por cada ducto de entrada a la vivienda para regular el sistema en modo manual la entrada y salida de aire caliente.

6º.-Tuberías del circuito de agua: Las tuberías del circuito de agua de forma genérica, conectan el circuito de agua ( 4º.-Colector solar para calentamiento de agua) con los sistemas de calefacción de la vivienda.

Dependiendo de si el agua se va a tratar como agua caliente sanitaria o solo para calefacción, las exigencias cambiarán en cuanto al material a utilizar, pero en lo genérico constan de: 1º. Tubos de pvc, cobre, etc Palabras clave: Calefacción solar pasiva, condensador solar, acumulador solar, energía geotérmica, muro trombe, Reciclado, INTRODUCCIÓN: Los usos energéticos que definen la demanda del sector residencial se componen fundamentalmente de iluminación, calefacción, ventilación, refrigeración, cocción, conservación de alimentos, calentamiento de agua, bombeo de agua y esparcimiento. Puede decirse que la electricidad no ha competido realmente con el gas natural en los usos residenciales. En las áreas en las que ambas fuentes están disponibles, existe la siguiente especialización: el gas natural es empleado en los usos calóricos y la electricidad en la iluminación, acondicionamiento ambiental (frío) y artefactos electrodomésticos.

El consumo de gas natural en el sector residencial corresponde a un mercado masivo que está fuertemente afectado por la estacionalidad, teniendo en cuenta que los usos para calefacción y calentamiento de agua son los que sostienen la demanda residencial. En la calefacción, la cantidad de energía a utilizar es notablemente sensible a la eficiencia energética de la vivienda. La correlación entre el consumo de gas por usuario y las bajas temperaturas invernales es alta, si bien actúan más de un factor cuando se buscan las variables responsables del consumo. Este gasto fue el principal responsable de las emisiones de CO2 del sector residencial de la última década, aunque su participación en la estructura total de emisiones se estabilizó a partir de 1992 en alrededor del 80%.

Partiendo de que el consumo de electricidad y de gas natural para el sector residencial ha aumentado desde los periodos comprendidos entre 1970 y 2004 según la gráfica de la Secretaría de Energía de la Nación para el caso de la electricidad de 500 a 2000 TEP y en el caso del gas natural de 2000 a 9000 TEP; en nuestro país, el 30% del gas consumido se utiliza en el sector residencial, y de éste un 70% es para calentar agua o para calefacción. En 2005, el país consumió 94,3 TWh de electricidad, lo que corresponde a 2.368 kWh per cápita. El consumo residencial representó el 29% del total, mientras que los consumos industrial y comercial representaron el 43% y el 26% respectivamente. Se estima que para satisfacer la demanda creciente se necesitará aumentar la capacidad de generación en 1.000 MW por año .

La reducción de las pérdidas de energía en las viviendas en el invierno y el aislamiento térmico de las mismas en verano, contribuyen a un ahorro considerable de energía en calefacción y refrigeración, respectivamente. Con tal fin sería deseable –además de la difusión de los beneficios de invertir en los mismos- la presencia de financiamiento fiscal para el reacondicionamiento energético de las viviendas, normas obligatorias de acondicionamiento térmico de edificios en las que se fijen valores máximos admisibles de transmitancia térmica y el establecimiento de sellos de calidad en viviendas privadas.

Considerando los esfuerzos que ha realizado Argentina -a través de una política energética que se mantuvo a pesar de los cambios institucionales hasta principios de los ‘90- se puede inferir que las medidas para disminuir las emisiones del sector residencial, descansarán fundamentalmente en la concientización del daño ambiental que ocasionan y en los ahorros y uso eficiente de la energía que se pueden alcanzar a partir de la misma, una vez que se conozcan los medios para ejecutarlas.

Y es por esto, que hago mención acá a las virtudes de la arquitectura bioclimática, porque si bien hay que tomar conciencia a la hora de hacer una distribución del plano de construcción de una vivienda, con pequeños principios de esta técnica, podemos adaptar y hacer un consumo mas responsable de la energía en nuestra vivienda, a través de materiales que pueden tener segundos y terceros usos, decreciendo así la huella de CO2 colectiva y disminuir hasta un 20% del CONSUMO TOTAL DE GAS EN ARGENTINA utilizando colectores solares.

MATERIALES Y MÉTODOS Vamos a comenzar a describir los materiales, métodos y principios de funcionamiento de cada módulo por orden de construcción: 1º.- Ductos de ventilación:Los materiales para construir los ductos son muy variados; si

se tiene en cuenta implementar esta tecnología de calefacción pasiva a la hora de comenzar la construcción de la vivienda, simplemente se dejarán los huecos en la pared con el espaciado y el diámetro correspondiente a los filtros de carbón activo*.

En caso de tener que adaptar una vivienda a este sistema, solo hay que practicar las aberturas en el lugar correspondiente y después poner un tubo de PVC del mismo largo que el ancho de la pared, y de sección el diámetro del filtro; o enyesar la oquedad dejando el diámetro correspondiente al final del ducto para que el filtro encaje a la perfección.

Una vez instalados los ductos, se ubicará en cada abertura ubicada dentro del muro trombe, una malla mosquitero de metal para evitar la entrada de insectos al ducto y una rejilla embellecedora negra. De la misma manera, en las aberturas del interior de la vivienda, se ubicará una rejilla embellecedora para ocultar los filtros y los cooler.

Filtros de carbón activo*.-Cada filtro esta construido con el reciclado de un CD CASE tubular al que se le han practicado agujeros en la parte superior e inferior, y se le ha atornillado un cooler reciclado de computadora sobremesa de 12v. En el espacio interior del CD CASE, se rellena con carbón natural de tamaño tal que no salga por las aberturas practicadas en la tapa y la base.Los filtros funcionan constantemente, pero los ventiladores son opcionales y funcionan en modo automático o manual con un regulador de potencia ubicado en el interior de la vivienda.

2º.- Cantero: Los materiales de construcción, pueden pasar desde lo convencional hasta lo reciclado; de esta manera, ya que el principio de funcionamiento del cantero es contener el acumulador solar, intentaremos utilizar materiales que lo aislen del suelo para no tener perdidas energéticas innecesarias; como por ejemplo neumáticos de automovil rellenadas con tierra prensada para hacer el cantero, y como la base del acumulador solar se ubica dentro del cantero lo ideal seria aislarlo con un material como por ejemplo paja seca,carton, diario o cartones con revestimiento de alumínio y plastico de los tetrapack de leche (lo ideal es crear un suelo aislante con los tetrapack de leche con el aluminio hacia abajo y encima, carton, papel de diario molidos hechos una masa con agua y de un grosor de unos 2 cm sobre todo el suelo del cantero.)

Una vez terminado se puede comenzar con el llenado de las botellas con el vidrio oscuro molido y la sal gruesa que constituirán la base del acumulador solar.

3º.-Colector solar para calentamiento de aire: El colector solar para calentamiento de aire que se plantea es un cajón lleno de latas de bebida ensambladas entre si una encima de otra hasta completar el cajón ( podria tambien ser de latas de conserva, pero las de refresco son mas fáciles de ensamblar); a las latas se les agujerea la parte del fondo, y se les quita la chapita de

arriba; de esta manera, la estructura modular esta conectada de abajo hacia arriba como un ducto metálico de aire. A medida que el sol penetra dentro de la mampara, los rayos calientan las superficies de color mas oscuro; como el acumulador de vidrio oscuro, y a su vez este refracta calor dentro del habitaculo, calentándose a medida que asciende; de esta manera las latas pintadas de negro van progresivamente aumentando la temperatura del aire a medida que este asciende por dentro de las mismas, consiguiendo así un doble efecto invernadero. El aire del habitaculo es calentado por el acumulador solar, y a su vez las latas calientan el aire precalentado del habitaculo al colectar la energia solar sobre su superficie negra y metálica.

4º.-Colector solar para calentamiento de agua: El Colector solar para calentamiento de agua esta hecho de una estructura de botellas de vidrio recicladas, sometidas a stress térmico controlado tras haberles practicado dos cortes con ruedas diamantadas en la ubicación correcta (parte inferior y parte superior) y de esta manera dejar una abertura através de la botella del diámetro del tubo o manguera de color negro que pasará por el interior de la misma; consiguiendo un efecto similar al conseguido en los tubos de vidrio de vacío y cerámica que se utilizan en los colectores solares convencionales; los tubos de vidrio al vacío de los calentadores solares absorben no solo los rayos solares directos sino que también absorben la radiación solar difusa permitiendo calentar el agua aún en días nublados. Así pues, imitando esta técnica salvo por el vacío ( lo cual, pese a que haya pérdidas de calor por convección y conducción; la energía calórica que se libere en el ambiente por reffracción del vidrio, será aprovechada como remanente y para calentar el aire de dentro del muro trombe y por ende el colector solar para calentamiento de aire) entre las botellas y el tubo negro de su interiór, podemos conseguir una alta tasa de calorias de manera pasiva que pasa al contenido del tubo interno, en este caso agua caliente bien para uso sanitario (en cuyo caso se recomienda que el tubo sea de un metal como cobre o acero para evitar la ingestión de dioxinas provenientes del desprendimiento por calor sobre el agua contenida dentro de un tubo de PVC; los materiales organoclorados como el policloruro de vinilo (PVC), llevan cloro en su composición, al igual que el DDT, de tal forma que cuando se calienta o se quema, forma sustancias extremadamente perjudiciales para la salud como las mencionadas dioxinas) o para calefaccionar uno o varios ambientes; conectando este circuito, bien sea desde a un termo calefón hasta una pared radiante, un suelo radiante, una red de radiadores de agua de pared distribuido por toda la casa, etc.

5º.-Mampara de cierre del muro trombe: si bien el cantero lleno de botellas que constituye la base del acumulador solar, la mampara es lo que evita que ese calor irradiado por el acumulador se pierda en el ambiente; es por esto que debe utilizarse un material que mantenga la temperatura en su lugar y evitar perdidas; de nada sirve todo el trabajo de ensamblado de los módulos explicados anteriormente si no somos capaces de darle un buen cierre que mantenga en lo posible una pérdida mínima de la tan codiciada temperatura que tanto nos ha costado conseguir. Es por esto que lo mas recomendable sería utilizar doble vidrio para un caso ideal, pero es algo no apto para todos los bolsillos, por lo cual podemos recurrir a materiales reciclados y un poco más de ingénio; asi pues creamos nuestra mampara con marcos donde se ubica un cristal simple, botellas de vidrio transparente llenas de agua y lavandina (para producir mayor difracción de la radiación hacia el interior del invernáculo; produciendo un efecto parecido a la difracción de fresnel ) y despues otro cristal simple sobre el marco externo para el acabado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: En la busqueda de información, para buscar la mejor tecnologia y aplicarle materiales reciclados, hemos encontrado: TIPOS DE COLECTORES SOLARES PARA CALENTAR AGUA -Colectores de placa plana con cubierta.* -Colectores Concentradores Parabólicos Compuestos.

-Colectores de placa plana sin cubierta.

-Colectores de tubos de vacío.** De los cuales utilizaremos los conceptos de los marcados con * y **.

-Colectores de placa plana con cubierta.* Un colector de placa plana se compone básicamente de una caja metálica con aislamiento con una cubierta de vidrio o de plástico y de una placa absorbedora de color oscuro. La radiación solar es absorbida por la placa que está construida de un material que transfiere rápidamente el calor a un fluido que circula a través de tubos en el colector. Este tipo de colectores, calientan el fluido que circula a una temperatura considerablemente inferior a la del punto de ebullición en el caso del del agua y son los más adecuados para aplicaciones donde la demanda de temperatura es de 30-70 °C. Son los más utilizados para calentar agua en sistemas domésticos y comerciales y en piscinas cubiertas.

-Colectores de tubos de vacío.** Estos colectores se componen de un conjunto de tubos de vacío, cada uno de los cuales contienen un absorbedor, el cual recoge la energía solar y la transfiere a un fluido portador (caloportador). Gracias a las propiedades aislantes del vacío, las pérdidas de calor son reducidas y pueden alcanzarse temperaturas en el rango de 77 °C a 177 °C. De esta manera, este tipo de colectores resultan particularmente apropiados para aplicaciones de alta temperatura. Por su forma cilíndrica, aprovechan la radiación de manera más efectiva que los colectores planos, al permitir que los rayos de sol incidan de forma perpendicular sobre los tubos durante la mayor parte del día. Estos colectores son hasta unos 30% más eficientes que los colectores planos.

En el caso de este proyecto, utilizamos el tipo de colector de placa plana con cubierta pero

para calentar aire; ya que el cajón y las latas dentro del muro trombe, comportan los principios básicos de funcionamiento de este tipo de colector; y de la misma manera utilizamos una adaptación de colector de tubos de vacío para calentamiento de agua, aunque sin el componente de vacío debido a su fabricación casera y artesanal, lo que puede incurrir en perdidas energéticas que gracias a que esta adaptación de colector de tubos, está dentro del muro trombe, dicha energía calórica se reutiliza en el conjunto de la instalación.

Este trabajo, es aun una idea proyecto, donde los costos de MO no han sido evaluados, ni los costos de los materiales no reciclados; pero dado el alto ahorro en calefaccionar una vivienda, asi como el agua caliente para uso sanitario, hace que sea rentable el costo por hora de fabricación a medio corto plazo; además de que por su sencillez y el bajo costo de los materiales de construcción por ser reciclados, hace este proyecto accesible al común denominador de la población; no siendo tan necesario el uso de MO técnica o especializada; solo basta con comprender los principios de funcionamiento y esto es lo que mas abarata los costos totales.

En el caso del rendimiento, aun esta por hacerse pruebas tras la instalación, pero se estima un aproximado de entre 30º C y 70º C para aire caliente y entre 77º C y 177º C para agua caliente, que vendrá delimitado por la cantidad de horas de exposición a la radiación solar en primer lugar y después por la eficiencia en el ensamblado de las partes así como el sellado de de la mampara.

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.

Cada nuevo sistema de energía solar térmica es un paso hacia un ambiente limpio y sostenible. Una vivienda unifamiliar (2 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.

Desde este punto de vista, la discusión está no en los costos, si no en el abastecimiento de energia calefactora para cualquier vivienda de una manera gratuita en la medida de lo posible y en la disminución de la demanda de gas y de electricidad y de como esta tecnologia es brindada altruistamente por el INTI que es de carácter estatal al conjunto de la población argentina que no puede costear los gastos de mantenimiento estacionario de su vivienda o bien vive por debajo del nivel que ofrece el estado del bienestar a comienzos de siglo por no conocer este tipo de tecnología de facil acceso.

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COLECTORES SOLARES PARA AGUA CALIENTE http://www.inti.gob.ar/e-renova/pdf/colectores_solares_aguacaliente.pdf http://www.youtube.com/watch?v=9NezZFqtAVk&feature=relmfu http://www.youtube.com/watch?v=CR6vnFR8AnU http://www.youtube.com/watch?v=QLNViUsRCVU&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=ehDgXrpRlTU&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=QLNViUsRCVU&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=00KIxslLMxY http://www.youtube.com/watch?v=-iBBzTY11hw