Calentador Solar

z

CALENTADOR SOLARES ESTUDIANTE •

May Vasquez Rojas

INDICE INTRODUCCIÓN

FALLAS Y ACIERTOS

•3

EVOLUCIÓN DE LOS CALENTADORES SOLARES

•4

TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS

• 22

PLANOS

•6

PROCESO DEL PROYECTO

• 25

• 28

3D

PRUEBAS DEL CALENTADOR

•9

PRIMERA FASE

POST E HISTORIAS

• 10

SEGUNDA FASE

• 33

RECOMENDACI ONES Y CONCLUSIONES

• 16

TERCERA FASE

• 43

• 19

• 45

REFERENCIAS

• 47

3

INTRODUCCIÓN

En el presente proyecto se tiene como propósito la ayuda para las familias de diferentes localidades y también del medio ambiente, el calentador solar será óptima tanto en el uso y el traslado, contará su construcción con materiales de reciclaje para la ayuda al medio ambiente, y de un bajo costo para el alcance de más familias.

4

EVOLUCIÓN DE LOS CALENTADORES SOLARES

5

z Siglo XVIII

Siglo XVII

Siglo XVI • Leonardo da Vinci también pensó cómo utilizar el sol.

• 1615 se da la aplicación de la energía solar.

• De 1651-1700 / E.W.T schirnhaus.

Utilizó espejos parabólicos de distintos diámetros para fundir materiales.

• En 1682 presenta un nuevo método de construcción de un horno solar.

• Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788) construyó el primero de los muchos hornos solares franceses, con espejos múltiples.

• En 1741 Lomonsov, desarrolló un horno salar utilizando combinaciones de espejos y lentes.

• Antoine Lavoisier (1743-1794), también experimentó con hornos solares.

• Horace de Saussure, ralizó los primeros hornos solares para

212 A.C • Arquímedes defiende Siracusa de la flota Romana.

PRIMERAS REFERENCIAS • Siglos VII y VII A.C. Las sacerdotisas romanas encargadas de mantener la llama eterna que ardía en el Templo de Vesta en el Foro Romano.

Siglo XVIII

Siglo XX: William Bailey

Siglo XX: Isidoro Cabnyes

Siglo XX: Aubrey Eneas • 1899-1904, fundó la primera empresa de energía Solar “Solar Motor Company Of Boston”

Siglo XIX • Los avances hechos por Mouchot, Prife, Ericsson y Adams estuvieron inactivos hasta inicios del siglo XX. • E.Weston(1888) ropone un dispositivo llamado Termopar.

• M.L Severy(1893) plantea una máquina solar que funciona con batería.

• Padre Himalaya • Mario Antonio Gomes 1868-1983: Se convirtió en el pioero como un desarrollo ecológicamente sostenible. Su mayor logro fue el “Pirelióforo”

• 1903: El Español presenta en la revista “La energía Eléctrica” Por debido a su elevado costo, las torres solares no tienen ningún tipo de atención.

• En 1907 se patentó por primera vez, en • Alemania.

• 1908: Patenta el calentador solar “Día y Noche” • No necesitaba bomba para impulsar el agua ente el colector y depósito acumulador.

• Tuvo una acogida muy exitosa debido a un precio mucho menor.

• El descubriminto e gas natural y petróleo, en California, en la década de los años 20, pone fin al auge de la industria de los calentadores solares.

6

TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS

DISEÑO DE UN CALENTADOR SOLAR DE PLACA DE CALOR PARA CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO DOMESTICO.

TESIS

7

z CIRCUITOS ABIERTOS

VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR • • • • •

Este tipo de energía no contamina.

Fuente inagotable.

Es un sistema de buen acceso Fácil mantenimiento El costo bajo.

CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Colectores: 1. Área de captación: 1.3 m².

Termotanque: Modelo Básico 100L con base metálica. Área de instalación: Ancho 1.5m, largo 1.5m.

Orientación: Hacia el sur, libre de sombras.

Peso máximo: Equipo lleno de agua 150Kg. Temperatura promedio anual: 50°C Número de usuarios: 3** Alimentación: Tinaco o hidroneumático de hasta 3kg/cm² de presión.

INCLUYE 1 termotanque de 100L de capacidad.

1 colector solar SAECSA modelo residencial certificado.

1 base metálica soporte para termo y colector.

El agua que circula por los colectores se usa directamente para el consumo

CONSTRUCCIÓN En el modelo Calentador Solar 100 litros se integra un colector solar de 1.3 m² de área de captación, apto para áreas extremas de sol o nublados y aún donde existe riesgo de congelamiento.

Deberá considerar tener un área en su azotea de 1.5m de ancho por 1.5m de largo con orientación hacia el sur libre de sombras (termotanque y colector llenos de agua con un peso aproximado de 150 (Kg) carga despreciable para la techumbre de una casa convencional).

Este modelo entrega temperaturas promedio anual de 50°C, abastece el baño diario de hasta 3 personas, y está diseñado para ser alimentado por tinaco o hidroneumático.

CIRCUITOS CERRADOS

Esta agua cede su calor por medio de un intercambiador al agua que circula por el circuito secundario, siendo éste agua la que es almacenada en el acumulador.

ESQUEMA DE INSTALACION DE UN CALENTADOR SOLAR

FABRICACIÓN DEL MODELO

8 PRIMERA FASE z

SEGUNDA FASE

La primera fase consiste en la construcción de la placa colectora, la cual pasa por diferentes procesos para poder llegar a forma final, por mencionar algunos de estos:

En ésta fase se llevó a cabo la tarea de la unión entre el termotanque y la placa colectora. El tanque fue ranurado de modo que el colector, al ser introducido, quedará en el ángulo correcto para poder absorber la mayor radiación directa posible, además se hicieron perforaciones por los extremos para la inserción de boquillas de entrada y salida de agua a ser calentada, y otra en la parte superior para la colocación de un indicador de temperatura.

Conformado (ver IMG 2), proceso en el cual se puede observar inicio de los dobleces para poder preformar.

Preformado (ver IMG 3), proceso en el cual se le da la forma deseada a la pieza en construcción.

Soldadura (ver IMG 4), proceso en el cual se aplica un metal de aporte (estaño) en las uniones, para asegurar la hermeticidad del equipo.

IMG. 8-TANQUE DE ALMACENAMIENTO

IMG. 1- PLACA DE COBRE

IMG. 2- CONFORMADO DE LA PLACA

IMG. 9-UNION PLACA-TANQUE

TERCERA FASE En esta tercera y última fase se llevaron a cabo las tareas de:

IMG. 3- PREFORMADO DE UN PRISMA RECTANGULAR

IMG. 5- SOLDADURA DE LAS ALETAS

IMG. 4- APLICACION DE SOLDADURA

IMG. 6- COLECTOR SOLAR

Aislamiento de tanque de almacenamiento ( lana mineral recubierto con papel aluminio y hule espuma, para una mejor conservación de calor en el termotanque) Construcción de soporte del calentador (soporte estructural construido de aluminio) Aplicación de recubrimiento en el colector ( recubrimiento color negro acabado mate para evitar la reflectancia y aumentar la absorción de calor) Aislamiento del evaporador-condensador ( para evitar pérdidas de calor por conducción en la placa) Introducción del fluido de trabajo al colector Generación de vacío en el colector (a fin de disminuir el punto de ebullición del fluido de trabajo) Inserción de indicador de temperatura

METODOLOGÍA -El llenado del termotanque fue a modo de cubrir por completo la parte del condensador del colector.

Colocación el colector en una zona en la cual recibió la mayor radiación incidente.

-Se verificó que la varilla del indicador de temperatura no estuviera contacto con el cuerpo del tanque o el condensador, ya que esto ocasionaría errores en la medición -Se realizó una hoja de registro de datos en la cual se registraba la fecha, hora, temperatura inicial del agua, temperatura del agua por cada hora y estado del tiempo en ese momento.

-Se realizo la búsqueda de datos de radiación solar global “qrad (W/m2)” de los días de prueba a través de la página de internet del Sistema Meteorológico Nacional.

-El registro de los datos anteriores se hizo por un periodo de 10 días con el fin de obtener una mejor eficiencia promedio.

-Se realizó una memoria de cálculo descriptiva en la cual se indican las ecuaciones a aplicar para la el cálculo de la eficiencia.

-Se realizo un programa en “EXCEL” basado en las ecuaciones de la memoria descriptiva para el cálculo de la eficiencia.

IMG. 10-INTRODUCCION DEL FLUIDO DE TRABAJO

IMG. 11-GENERACION DE VACIO

IMG. 12-AISLAMIENTO DEL TANQUE

IMG. 13-INSERCION DEL INDICADOR DE TEMPERATURA

IMG. 14-EQUIPO TERMINADO

IMG. 15-EQUIPO EN PRUEBA

A continuación se muestran algunas imágenes del equipo terminado.

IMG. 7-COLOCACION DE PLACA DE ACRILICO

9

PROCESO DEL PROYECTO

10

PRIMERA FASE

11

DISEÑO DE UN CALENTADOR SOLAR CACERO DE USO DOMESTICO

PRIMERA FASE

La primera fase consiste en la construcción de los módulos que se encargaran de la distribución y transformación del agua.

El calentador contará con 7 módulos, cada módulo estará conformado por 1 tubo, 5 botellas y dentro de cada una placa compuesta de cartón, Tecnopor y lata de cerveza para mantener y absorber el calor del exterior.

12 PROCEDIMIENTO DE TUBOS

3

1

Se cortará los tubos en 1mt

Se envolverá con aluminio

2

Se pintará con aerosol negro

1. Determinará la medida de altura de la parrilla del calentador 2. Ayuda a que el tubo tenga firmeza y a retener el calor.

3. El aluminio ayuda como un aislante térmico.

13 PROCEDIMIENTO DE PLACAS

1

3

Se cortará el Tecnopor en 20cm x 80cm

Se cortará las latas de cerveza y aplanadas.

2

80 cm

20 cm

Se cortará el Tecnopor en 20cm x 80cm

1. Determinará la medida de altura de la parrilla del calentador 2. Ayuda a que el tubo tenga firmeza y a retener el calor.

3. El aluminio ayuda como un aislante térmico.

14 CONSTRUCCIÓN DE PLACAS

Lata

Cartón

Tecnopor

15 CONSTRUCCIÓN DE LOS MÓDULOS

Placas

Tubos

Rafia

Botellas cortadas

Se unirá las placas con los tubos con rafia, y luego esto se pondrá en el centro de las botellas de plásticos, que servirás como aislante térmico.

16

SEGUNDA FASE

17

DISEÑO DE UN CALENTADOR SOLAR CACERO DE USO DOMESTICO

SEGUNDA FASE

La segunda fase consiste en la construcción de la parrilla que se encargaran de conectar a los 7 módulos por medio de Tubos T de pvc ½ y Codos de pvc ½ .

18 CONSTRUCCIÓN DE LOS MÓDULOS

Para poder conectar se utilizaron: • • • • •

14 und T de ½ pvc 8 und Codos de ½ pvc Pegamento de tubo Lija Tapón de tubo de ½

19

TERCERA FASE

20

DISEÑO DE UN CALENTADOR SOLAR CACERO DE USO DOMESTICO

TERCERA FASE

La tercera fase consiste en la unión tanto de la parrilla como el del tanque.

• Primero se procederá a perforar el tanque de 4 espacios de ½ , 2 funcionará para la entra y salida las del agua hacia la parilla.

• Las otras 2 será para el ingreso del agua dde la vivienda y otro para el grifo.

• Ésta unión va a estar a base de tubos de ½ pvc, y por 2 tubos de plásticos de rosca.

21

MATERIALES:

PRECIO:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Tubo pvc ½” Papel aluminio Tecnopor de 2cm Botellas descartables Lata de Gaseosa Pintura Negra Cinta Cartón T pvc ½ Codos pvc ½ Mangueras con rosca.

Silicona en barra Silicona gasket maker Silicona líquida Tapón de ½ Cinta teflón Pegamento de tubo.

Sierra de mano Rafia Cúter Tijera Lápiz Lija

PRESUPUESTO: 200

12.00 3.00 13.5 ------10.00 6.00 13.5 54.00 8.00 16.00 5.00 24.00 4 1.00 2.00 14.00 6.00 1.00 3.00 1.00 1.00 3.00

22

FALLAS Y ACIERTOS

23

ACIERTOS

• El poder útil izar las latas ayuda mucho a mantener el calor.

• El uso de botellas es beneficioso porque es un buen aislante térmico.

• La mangueda de rosca es benifioso, ya que la ser rosca se puede puede mover de lugar muy fácilmente y separa los 2 módulos para mejor transporte.

24

FALLAS

• El mal pegado de los tubos, dificultó el proceso del calentador en sí.

• Al ser el timbo muy grande dificultó el proceso del agua, demorando el proceso, para calentar el agua de todo el timbo.

• En las botellas si no hay buena conexión tiende a llenarse con l lluvia.

25

PLANOS

26 Plnta

27 Elevación

28

3D

29 ISOMÉTRICO

30 LATERAL

31 ISÓMETRICO

32 FRONTAL

33

PRUEBAS DEL CALENTADOR

34 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 06 – 12 – 2021 z Prueba 24 h 40 35 30 25

DÍA Lateral 6 am:

10 am:

Temperatura Ambiente: 20° Estado: Nublado Ubicación: En sombra Temperatura: 24°

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Parcialmente Nublado Ubicación: En sombra Temperatura: 28°

2 pm:

6 pm:

Temperatura Ambiente: 28° Estado: Parcialmente Soleado Ubicación: En sombra Temperatura: 34°

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Parcialmente soleado Ubicación: En sombra Temperatura: 29°

20

15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

6.00 pm

Tem. Cal.

FUNCIONAMIENTO DEL CALENTADOR

50 40 30 20

10 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Columna1

Caliente Frio

35 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 07 – 12 – 2021 z Prueba 24 h

DÍA Lateral

45

6 am:

10 am:

40

Temperatura Ambiente: 21° Estado: Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 26°

Temperatura Ambiente: 28° Estado: Parcialmente Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 43°

2 pm:

6 pm:

Temperatura Ambiente: 32° Estado: Soleado Ubicación: Sol Temperatura: 46°

Temperatura Ambiente: 19° Estado: Parcialmente soleado Ubicación: Sol Temperatura: 37°

35 30 25 20 15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

6.00 pm

Tem. Cal.

60 50 40 30 20 10 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Serie 3

Se ha trasladado el prototipo a un lugar más despejado, para el sol le de más directamente, y se ve que los resultados han mejorado bastante.

36 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 08 – 12 – 2021 z Prueba 24 h

DÍA Lateral

50

6 am:

10 am:

45

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 36°

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Parcialmente Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 40°

40 35 30 25 20 15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

2.00 pm

Tem. Amb.

Tem. Cal.

10:00 a.m.

2.00 pm

Tem. Amb.

Tem. Cal.

6.00 pm

60

50 40 30 20 10 0

6:00 a.m.

6.00 pm

Columna1

2 pm:

6 pm:

Temperatura Ambiente: 32° Estado: Soleado Ubicación: Sol Temperatura: 39°

Temperatura Ambiente: 19° Estado: Parcialmente soleado Ubicación: Sol Temperatura: 34°

37 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 13 – 12 – 2021 z Prueba 24 h 40 35 30 25 20

DÍA Lateral

6 am:

10 am:

Temperatura Ambiente: 21° Estado: Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 30°

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Parcialmente Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 33°

15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

2.00 pm

Tem. Amb.

Tem. Cal.

10:00 a.m.

2.00 pm

Tem. Amb.

Tem. Cal.

6.00 pm

50 40 30 20 10 0

6:00 a.m.

6.00 pm

Columna1

2 pm:

6 pm:

Temperatura Ambiente: 28° Estado: Soleado Ubicación: Sol Temperatura: 46°

Temperatura Ambiente: 21° Estado: Parcialmente soleado Ubicación: Sol Temperatura: 42°

38 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 14 – 21 – 2021 z Prueba 24 h

DÍA Lateral

50

6 am:

10 am:

45

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 36°

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Parcialmente Nublado Ubicación: Sol Temperatura: 40°

40 35 30 25 20 15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

2.00 pm

Tem. Amb.

Tem. Cal.

10:00 a.m.

2.00 pm

6.00 pm

60

50 40 30 20 10 0

6:00 a.m.

Tem. Amb.

Tem. Cal.

6.00 pm

Serie 3

2 pm:

6 pm:

Temperatura Ambiente: 32° Estado: Soleado Ubicación: Sol Temperatura: 46°

Temperatura Ambiente: 21° Estado: Parcialmente soleado Ubicación: Sol Temperatura: 42°

39 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 11 – 12 – 2021 z Prueba 24 h 40 35 30 25

NOCHE Lateral 8 pm:

12 am:

Temperatura Ambiente: 20° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 24°

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 28°

2 am:

4 am:

Temperatura Ambiente: 28° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 34°

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 29°

20

15 10 5 0 8.00 pm

12:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 am

6.00 pm

Tem. Cal.

50 40 30 20

10 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Columna1

40 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 12 – 12 – 2021 z Prueba 24 h

NOCHE

8 pm:

12 am:

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 26°

Temperatura Ambiente: 14° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 23°

15

2 am:

4 am:

10

Temperatura Ambiente: 13° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 21°

Temperatura Ambiente: 16° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 21°

35 30 25 20

5 0 8.00 pm

12:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 am

4.00 am

Tem. Cal.

30 25

20 15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Columna1

41 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 13 – 12 – 2021 z Prueba 24 h 40 35 30 25

NOCHE Lateral 8 pm:

12 am:

Temperatura Ambiente: 20° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 24°

Temperatura Ambiente: 26° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 28°

2 am:

4 am:

Temperatura Ambiente: 28° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 34°

Temperatura Ambiente: 23° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 29°

20

15 10 5 0 8.00 pm

12:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 am

6.00 pm

Tem. Cal.

50 40 30 20

10 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Columna1

42 PRUEBAS DEL CALENTADOR / 14 – 12 – 2021 z Prueba 24 h

NOCHE Lateral 8 pm:

12 am:

Temperatura Ambiente: 20° Estado: DEspejado Ubicación: En sombra Temperatura: 28°

Temperatura Ambiente: 16° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 23°

15

2 am:

4 am:

10

Temperatura Ambiente: 14° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 22°

Temperatura Ambiente: 12° Estado: Despejado Ubicación: En sombra Temperatura: 20°

35 30 25 20

5 0 8.00 pm

12:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 am

4.00 am

Tem. Cal.

30 25

20 15 10 5 0 6:00 a.m.

10:00 a.m.

Tem. Amb.

2.00 pm

Tem. Cal.

6.00 pm

Columna1

43

POST E HISTORIAS

44

z

45

COCLUSIONES Y RECOMNDACIONES

46

RECOMENDACIONES • Siempre estar atentos con el pegamentos de los tubos, para no tener problemas con el agua, que puede gotear.

• Siempre cortar todos los tubo a medias exactas para que todo cuadre y pueda sostenerse apropiadamente.

• La ubicación del calentador debe estar en un lugar despejado para aprovechar el sol del día y poder absorberlo.

• Si es posible en volver cada módulo con file para evitar que las precipitaciones entren dentro d ellos módulos y malogre tanto el cartón como el Tecnopor.

• Siempre pintar todos los tubos de negro ya sean del módulo o los externos.

• Tener aislado el timbo del exterior para que sea más eficaz.

• Aunque el prototipo sea de fácil traslado, se debe tener cuidado.

47

CONCLUCIONES • Entre mayor sea la temperatura exterior más calentará el agua, debido a que se absorbe ésta temperatura y procede a transformación de temperatura en el agua.

• La temperatura promedio que se ha logrado en el día es de 40°, esto también de tener en cuenta que mayormente se ah tenido un cielo despejado.

• La temperatura promedio que se ah logrado en la noche es de 25°.

• Estas diferencias pueden basarse a que se necesita más aislante térmico en el timbo que se utilice.

REFERENCIAS

49

REFERENCIAS • https://ecoinventos.com/calentador-solar • https://www.scribd.com/document/257491318/Historia-de-Los-CalentadoresSolares-de-Agua

• http://dspace.utpl.edu.ec/bitstream/123456789/2386/1/Tesis_Calle_Ortiz.pdf • http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S231329572019000400005&script=sci_arttext

• http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2224-61852017000200010