el calentador solar de agua
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS SISTEMA
NACIONAL DE NIVELACIÓN Y ADMISIÓN PROYECTO DE AULA
ASIGNATURA: FÍSICA
TEMA: “CALENTADOR SOLAR CASERO.”
PARALELO: M4
GRUPO: Nº 1
INTEGRANTES:
CHANGOLUISA CUAYAL KEVIN ANDRES COLLAGUAZO PILAGUANO JOHANNA YADIRA ESCOBAR NARANJO KAREN MARTHY JIMA SÁNCHEZ JHONNY WLADIMIR
FECHA DE ENTREGA: 31 – 07 – 2014
EL CALENTADOR SOLAR DE AGUA
En el verano de 1909, en una pequeña tienda al aire libre de un suburbio de Los
Ángeles, un ingeniero llamado William J. Bailey comenzó a vender, un
colector solar para la producción de agua caliente domiciliaria, el cual se puede
considerar como uno de los primeros calentadores solares de la historia, tal y
como los conocemos ahora. Una de las novedades de este calentador era que no
sólo suministraba agua caliente durante el día, sino que también lo hacía por la
noche.
Es un sistema que calienta agua sólo con la energía proveniente del sol y sin
consumir gas o electricidad.
El calentador solar de agua consta principalmente de tres partes:
1. El colector: Tiene en su exterior un cuerpo negro (botellas PET) que
absorbe los rayos del sol calentando lo que se encuentra en contacto con el
mismo, en
nuestro caso, la tubería PVC que contendrá agua.Véase en figura N°1
2. El termo-tanque: Su función principal es conservar la temperatura del agua.
Para lograr esto se rodea al recipiente con una capa de espesor de
material aislante. En nuestro caso utilizamos esponja.Véase en figura N°1
3. El sistema de tuberías: Es un sistema de conexiones de tuberías PVC
alineadas y en serie por donde circula el agua, recubiertas con pintura
negra para la absorción del calor.Véase en figura N°1
El funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo, el colector
solar plano se instala normalmente en el techo de la casa y orientado de tal
manera que quede expuesto a la radiación del sol todo el día.
Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se
coloca con cierta inclinación, la cual depende de la localización de la ciudad
donde sea instalado.
El calentador solar está formado por aletas captadoras conectadas a tubos por
donde circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los rayos y
transferirlo al agua que circula en su interior.
Esto se logra mediante el efecto denominado “termo-sinfónico”, que provoca la
diferencia de temperaturas. Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la
fría y, por lo tanto, tiende a subir.
Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termo-tanque, con lo
cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de
bombeo.
Figura N°1, partes del calentador solar de agua
Existen una variedad de calentadores pero los más comercializados y fabricados
son los siguientes:
CALENTADORES DE PLATO PLANO ENCRITALIZADO
Los calentadores de plato plano encristalados, son cajas aisladas y resistentes
a la intemperie que contienen un plato oscuro, una o más cubiertas de vidrio o
plástico (polímero).
Los recolectores de plato plano con cristal son usualmente utilizados para los
sistemas de calefacción de piscinas solares, los cuales tienen un plato
plano oscuro que absorbe la radiación solar y la mantiene aislada caja, son
hechos de metal o polímero sin cubiertas o carcasa, son también conocidos como
“recolectores de Temperatura” estos recolectores son eficientes cuando la
diferencia de temperatura entre el medio ambiente y la temperatura del
agua deseada es baja (entre 10 a 15grados). Los colectores con cristal son
recolectores
de temperatura mediaVéase en figura N°2
DURACION: 10 a 25 años
PRECIO DE MERCADO: $ 950 dólares americanos dependiendo de su tamaño
TEMPERATURA MAXIMA: 40°C TEMPERATURA MINIMA: 28°C
MANIOBRALIDAD: Una vez instalado no debe ser movido sin supervisión técnica
INSTALACION: requiere instalación técnica y construcción de un soporte
MANTENIMIENTO: requiere un mantenimiento cada 6 meses para la limpieza
de canales, vidrio Y termo-tanque
Figura N°2, Calentador de plato plano en cristalizado
Ventajas:
Son relativamente económicos a diferencia de otros colectores solares
El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por encima de
40 °C en días nublados.
Su montaje es sencillo, si se tiene experiencia.
Pueden trabajar con presiones en el termo-tanque superiores a 4 atmósferas.
Desventajas
Son sensibles a la rotura del vidrio
Son muy sensibles a las incrustaciones, debido a que las tuberías del plato
Absorbedor son finas.
El mantenimiento es complejo si se requiere una limpieza por incrustaciones.
La única solución es una limpieza química.
Por su forma apantallada, no resisten vientos fuertes, por lo que se
recomienda su desmontaje en caso de ciclones.
Calentadores solares de agua “tubos al vacío “
Los recolectores solares de tubos al vacío contienen tiras de tubos de
vidrio paralelos entre sí, cada uno contiene una recubierta de vidrio y un tubo de
metal que están unidos a una aleta. La cubierta de la aleta absorbe la energía
solar, evitando la perdida de calor.
Un sistema calentador de agua solar de ciclo cerrado consiste de un recolector
solar, un tanque de agua caliente con un sistema calentador de agua de reserva y
un intercambiador de calor que circula ya sea una solución de anticongelante o
agua pura destilada como fluido para transferir el calor.
Los sistemas de tubos al vacío son más eficientes que los tradicionales
con planchas de cristal y serpentín de cobre, esto debido a el alta eficiencia de
absorción de la radiación solar de los sistemas de tubos al vacío incluso durante
condiciones climáticas desfavorables, combinadas con las excelentes
propiedades de aislamiento de los colectores y el termo tanque de
almacenamiento; calientan eficientemente el agua durante todo el año sin
importar
la estación.Véase en figura N°3
DURACION: 25 a 30 años
PRECIO DE MERCADO: $ 1000 dólares americanos dependiendo de su tamaño
TEMPERATURA MAXIMA: 50°C TEMPERATURA MINIMA: 30°C
MANIOBRALIDAD: Una vez instalado no debe ser movido si supervisión
técnica contiene partes frágiles
INSTALACION: requiere instalación técnica, construcción de un soporte y cubierta
protectora
MANTENIMIENTO: requiere un mantenimiento cada 2 años y limpiezas
periódicas de canales, vidrio Y termo-tanque
Ventajas
Figura N°3, Calentadores solares de agua “tubos al vacío “
Son productos de alta calidad, y dada la baja emisividad del tubo, su
alta absorbencia y su aislamiento por vacío, se consiguen rendimientos
superiores a otros tipos de calentadores solares.
El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por encima de
40 °C en días totalmente nublados y en días de radiación normal,
adquiere temperaturas superiores a los 75°C.
El comportamiento térmico es superior a otros colectores solares que
se comercializan, pudiendo trabajar a temperaturas superiores a los 80 °C,
con una eficiencia superior a 50%.
La curvatura del tubo de vidrio (de 30 a 40 mm de diámetro) ofrece una mayor
resistencia a los impactos que los colectores planos.
Desventajas
Si un tubo de cristal se rompe el calentador deja de funcionar, ya que
existe fuga de calor
El mantenimiento es muy complejo, se lo debe realizar por el
personal calificado.
Una vez instalados no podrán ser movidos si no es por el personal técnico.
El cristal siempre debe estar limpio de cualquier tipo de corrosión para
que tenga un excelente funcionamiento.
CALENTADOR SOLAR PARABOLICO
Un calentador solar parabólico es capaz de concentrar la energía solar en un
área reducida, aumentando la intensidad energética. Similar a una lupa
enfocando su luz en un punto, los concentradores reflejan la luz solar por medio
de un arreglo de espejos alineados hacia un objetivo capaz de captar dicha
energía para su aprovechamiento.
En el foco se coloca un conducto por donde pasa el líquido Dependiendo de la
longitud de exposición, el área de captación solar y la irradiación, dicho
fluido puede calentarse llegando a una temperatura de 300°C.Véase en figura N°4
Figura N°4, Calentador solar parabólico
DURACION: 20 a 30 años
PRECIO DE MERCADO: $ 5000 dólares americanos dependiendo de su tamaño
TEMPERATURA MAXIMA: 400°C TEMPERATURA MINIMA: 300°C
MANIOBRALIDAD: se necesita de un espacio amplio y reservado para
la instalación del sistema, son de difícil movilidad puesto que están empotrados
al suelo.
INSTALACION: requiere instalación técnica, alineación angular perfecta con el sol
diseño de un perímetro de seguridad.
MANTENIMIENTO: requiere un mantenimiento cada año y limpiezas de partes
periódicas por especialistas, se corre el riesgo de quemaduras
Ventajas
El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por encima de
200°C en días nublados y en días de alta radiación solar llega a 400°C
Es muy resistente a impactos
Su duración es de 20-30 años Por su forma, resisten vientos Fuertes, por lo
que no hace falta su desmontaje en caso de ciclones.
Desventajas
Para su eficiencia al 100% se necesita de gran espacio de instalación
No son movibles ya que son empotrados al suelo al momento de instalar
El mantenimiento se lo debe realiza consumo cuidado, existe riesgo
de quemaduras
Los espejos deben estar siempre limpios para un mejor reflejo del sol hacia
la tubería de agua
Calentador solar de agua ecológico a base de botellas PET
Un calentador solar de agua domestico tienen un funcionamiento muy
sencillo. Se compone de un colector solar plano a base de botellas PET,
donde se captura la energía proveniente del sol; que después será transferida a
la tubería PVC para calentar el agua que pasa por ella.
El agua caliente es más ligera que el agua fría y por esta razón tiende a subir,
estableciendo una circulación natural entre el colector solar y el termo
tanque; que es donde se almacena el agua caliente sin necesidad de ningún
equipo de bombeo. El termo tanque está forrado con un aislante térmico para
evitar la pérdida de calor y mantener el agua caliente para que esté lista para
usarse en el
momento requeridoVéase en figura N°5
Figura N°5, Calentador solar ecológico con botellas PET
DURACION: 15 a 30 años
PRECIO DE MERCADO: $ 20 dólares americanos dependiendo de su tamaño
TEMPERATURA MAXIMA: 35°C TEMPERATURA MINIMA: 28°C
MANIOBRALIDAD: fácil movilidad, necesitan poco espacio no pesan mucho
INSTALACION: La instalación puede realizarla uno mismo, el grado de
dificultad es mínimo y no se corre el riego de lastimarse
MANTENIMIENTO: El mantenimiento es libre y periódico cuando uno desee
o crea que sea necesario
Ventajas
Son muy económicos, la mayoría de sus piezas son materiales reciclados , su construcción rodea los 20$
Su construcción es muy fácil no requiere de expertos, Su duración es de 20-30 años y el reemplazo de sus piezas es económico
ya que los materiales son de fáciles de obtener Su movilidad es libre no pesan mucho
Desventajas
Las tuberías se pueden aflojar con el tiempo y pueden existir fugas de agua En días nublados la temperatura puede llegar hasta los 28°C Existe fugas de calor por no estar sellados herméticamente La botellas tienden a comprimirse por el sol
TABLA DE VALORACION
TABLA DE VALORACION
1 Excelente
2 Bueno
3 Regular
4 Malo
Tabla N°1 “valoración”
TABLA DE RANGOS
Valores Rangos
Excelente 6-11
Bueno 12-17
Regular 18-23
Malo 24
Tabla N°2 “valoración de resultados”
Conclusiones
En este trabajo se estudió la importancia de los calentadores de agua para
uso doméstico, donde se comprobó la contribución de estos en la generación de
contaminantes. Se diseñó una alternativa eficiente y amigable con el medio
ambiente, con la cual se propone la reducción de gases de efecto invernadero y
consumo eléctrico con el aprovechamiento de energías renovables y materiales
reciclados.
El calentador solar con botellas PET tuvo un resultado de 9 puntos y está en el
rango de excelente por lo que se concluye que es apto para la fabricación y
utilización en el hogar.
Bibliografía
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia/Energia55/HTML/Articulo05.htm
http://www.misolarcasero.com/colector-solar/funcionamiento-de-un-colector-
solar/