E N E R G Í A S O L A R

ORÍGENES DEL SOL, LA TIERRA Y LA VIDA

Hace aproximadamente 15 mil millones de años, se produjo una gran explosión en el infinito cosmos y se liberó una gran cantidad de energía con ella, a partir de esta detonación cósmica el universo continuó cambiando constantemente.

Al principio, sólo existieron remolinos de gases y pequeñas partículas de polvo, durante este proceso se formaron los átomos de hidrógeno y de helio; el oxígeno aún no existía.

La gravedad atrajo a los átomos hasta formar enormes esferas, que concentraban los gases y las partículas, que por estar girando se calentaron hasta incendiarse convirtiéndose en estrellas.

Una de esas nubes se desintegró por haber chocado con otra y empezó a girar convirtiéndose en la estrella central de nuestro sistema planetario, el sol.

Al mismo tiempo alrededor del sol se empezaron a formar los planetas que giraban en torno de esa gran bola de fuego. Uno de esos planetas es la tierra. Para entonces ya habían pasado 10 mil millones de años de la gran explosión.

Luego la Tierra empezó a enfriarse y se formó sobre ella una corteza. Los volcanes entraron en erupción escupiendo por sus cráteres el magma, es decir los componentes de la tierra que no se habían enfriado y que empujados por los gases salían violentamente hacia el exterior. La Tierra formó su primera atmósfera de vapor de agua, hidrógeno, amoníaco y metano.

El vapor se condensó y formó las nubes que se cargaron de electricidad provocando relámpagos y tormentas eléctricas.

Los relámpagos fusionaron los gases que formaron las moléculas orgánicas que las lluvias trajeron de la atmósfera.

Y llovió tanto que se formaron los mares ricos en moléculas orgánicas que continuamente recibían energía del sol que solía calentar el agua de algunas playas cercanas al ecuador.

Hace algunos 3500 millones de años los grupos de moléculas se unieron y formaron las células de las que desciende toda la vida existente en el planeta.

La vida evolucionó hasta hace 1000 millones de años aproximadamente cuando apareció un tipo de célula nuevo, que no se alimentaba de moléculas orgánicas.

Los antepasados de las plantas utilizaron la fotosíntesis para transformar el co2, el agua y la radiación solar en energía, produciendo oxígeno... GRACIAS AL SOL.

ENERGÍA SOLAR

El turismo ecológico consiste en visitar lugares relativamente intactos para estudiar, admirar y disfrutar la flora, la fauna y la cultura humana de la zona visitada.

A partir de esta definición es fácil suponer que los sitios con vocación ecoturística no están cercanos a las infraestructuras de servicios que ofrecen las ciudades tales como agua entubada, drenaje, energía, entre otros.

Consecuentemente la infraestructura para el turismo ecológico debe auxiliarse de las ecotecnologías para proporcionar al hospedaje ecológico la autosuficiencia indispensable para dar el confort necesario a los visitantes.

En el rubro de la energía calorífica y eléctrica la fuente de energía con la que cuenta toda la República Mexicana es el sol. Captando adecuadamente la radiación solar, se puede transformar en calor a través de colectores solares térmicos o bien se puede utilizar en forma práctica para climatizar locales, para calentar agua, o utilizando celdas fotovoltaicas para obtener energía eléctrica.

Es fundamental para el ecoturismo que incluya a las comunidades indígenas del sitio desde el inicio de la planeación, luego durante la construcción y finalmente la operación del proyecto.

Se trata de aprovechar la sabiduría indígena que durante cientos de años ha protegido la naturaleza y ha creado la arquitectura vernácula. El ecoturista busca a la gente y las manifestaciones culturales del sitio que visita, la conservación también incluye el arte y la cultura popular propia del lugar que visitan los ecoturistas, prueba de ello es que el viajero interesado en ecoturismo, no está interesado en ir a visitar réplicas e imitaciones dentro de la ciudad, él prefiere ir a donde está lo autóctono. El otro ingrediente buscado por los turistas ecológicos es el contacto con la naturaleza, visitando áreas no tocadas por la mano del hombre, sin disturbarlas, con la finalidad de admirarlas, estudiarlas y recrearse.

Por ello el ecoturismo es una actividad que propicia la conservación, tiene un bajo impacto ambiental y desde el punto de vista socioeconómico es una forma de elevar el nivel de vida de las comunidades locales.

La participación de las comunidades indígenas del sitio donde se establece el hospedaje ecoturístico es un factor fundamental en la planeación de las instalaciones ecoturísticas. Aún cuando se financie con capital privado las comunidades podrán ser socios en el desarrollo ecoturístico, aportando el terreno y los materiales habilitados para la construcción, tales como tierras y arenas limpias y preparadas para usarse en la fabricación de adobes, y otros elementos constructivos, piedra ya trabajada para muros y cimentaciones, troncos y carrizos para el techo, varas, bejucos y troncos limpios para la

estructuración de muros, fabricación de cal en el caso de existir materia prima en el sitio, excepto algunos materiales industrializados como tuberías, tinacos, cristales, cerraduras y otros, la mayoría de los insumos para la construcción pueden ser un aporte de la comunidad. Durante la edificación pueden aportar la mano de obra; con estas tres aportaciones terreno, materiales y mano de obra, su participación como socios capitalistas les deberá reportar ganancias además de la creación de empleos para la operación de las instalaciones y el impulso a microempresas de artesanía, alimentos y otras actividades de servicio necesarias para el apoyo y funcionamiento del hospedaje ecológico.

Respecto a las instalaciones solares tanto para producir calor como energía eléctrica, son tan sencillas de instalar como de mantener, que no se requiere de técnicos especialistas que revisen continuamente su funcionamiento. Ya existen numerosas instalaciones de éstas en comunidades apartadas, sobre todo en el norte de la República, funcionando sin problemas, conforme lo han manifestado los ejidatarios .

Diagrama de una potabilizadora solar que funciona con energía solar fotovoltaica. El tanque elevado sobre la cisterna sirve también de mirador.

VALOR DE LA RADIACIÓN SOLAR

Valuar la radiación solar en pesos y centavos, puede parecer insólito, en virtud de que no hay ser viviente sobre la Tierra que pueda vivir sin recibir la radiación del sol.

Sin embargo, el mundo de hoy pretende expresar todo en términos económicos. Así, aprovechando esta forma de ver el valor de las cosas, se explicará el desperdicio de dinero al no aprovechar la radiación solar que llega a un tipo de construcción.

Para efectos de ilustrar este desperdicio de energía se supone una casa en México, D. F., con 100 m2 de azotea. Ésta cubierta recibe en término medio 1000/kwh por metro cuadrado al año, es decir, 1000 kwh en toda la superficie que calculados a un precio de $3.50 el kw, estará recibiendo $350,000.00 al año que no está aprovechando. Lo que es peor en la mayoría de los casos, esa radiación transformada en calor está causando enormes gastos por eliminar el incremento en la temperatura interior de los edificios, ya que se estará gastando en aires acondicionados para tener temperaturas de confort interior unos $36,000.00 al año para disminuir 6º C y tener locales habitables.

Una casa con 100 m2 de azotea, recibe en el D. F. un promedio de 1,000 Kwh al año, unos 100,000 Kwh en total que a $3.50 el Kw, representan $350,000.00 al año.

Los edificios todos de cristal con aire acondicionado central son la máxima expresión de la falta de conciencia ambiental del arquitecto, que no solo desperdicia la energía solar, sino que tiene que gastar enormes cantidades de dinero en energía comercial para climatizar la insoportable temperatura interior de este tipo de edificios.

Es un derroche irracional no aprovechar la energía solar, ya sea para calentar o para refrescar el hábitat humano y al mismo tiempo quejarse de falta o crisis de energía; más bien habría que hablar de falta de inteligencia y crisis de imaginación.

Muchos piensan que el sol sirve para broncearse, para asolearse, y es un elemento que sólo debiera existir en las playas, ya que en otros sitios no le ven ninguna utilidad práctica, desconocen la gran cantidad de colectores y máquinas solares que sirven no sólo para calentar, sino también para refrescar, como los refrigeradores solares que funcionan por absorción, aviones solares, autos solares, barcos solares y desde luego telescopios como el

Hobbel que funcionan con la energía solar, e infinidad de objetos de uso cotidiano que tienen como fuente de energía al sol, entre ellos están los teléfonos, calculadoras, relojes, sistemas de energía ininterrumpida, faros marinos y otros muchos.

Por ello es necesario difundir las numerosas formas de aprovechamiento de la energía solar. Los desarrolladores de turismo ecológico por necesidad requieren obtener la energía para sus instalaciones, ya sea utilizando el sol, el biogás, el viento, el mar o las corrientes de ríos y arroyos en virtud de que en los sitios donde se instalan los alojamientos ecoturísticos no se cuenta con energía comercial precisamente por estar alejados de las fuentes de producción y distribución.

Es urgente erradicar la creencia de que estas tecnologías son muy complicadas o muy caras, a pesar de que cada vez con mayor frecuencia las utilizados en la vida diaria.

No debe olvidarse que el sol es el padre de las energías, ya sea eólica, biomasa, hidráulica, maremotriz, geotérmica, y todas las existentes en la tierra, y su utilización práctica es muy sencilla.

LA GENEROSIDAD DEL SOL

La radiación promedio anual sobre la superficie de la tierra varía de 2000 a 2500 kwh/m2 en las zonas de alta insolación, y entre 1000 y 1500 kwh/m2 en lugares localizados en latitudes altas.

La duración de la insolación y la intensidad de la radiación dependen localmente de la estación del año, de las condiciones del tiempo y de la situación geográfica.

La intensidad de la radiación se mide en kwh/m2/tiempo, por ello es que se puede traducir a pesos y centavos; es decir, si en un m” inciden durante un determinado lapso de tiempo cierta cantidad de rayos solares medibles en su intensidad, podremos determinar los kwh/m2 que recibió esa superficie y por lo tanto obtener valor monetario conforme al costo por kwh/m2 en este sitio.

Sin embargo, el hombre a lo largo de la historia utiliza cada vez menos la energía solar, particularmente en la arquitectura moderna, la radiación solar no ha podido ser manejada positivamente por los arquitectos que prefieren apoyarse en “alta tecnología” y en edificios “inteligentes” despilfarrando la

energía comercial que tarde o temprano se agotará. Ignorando la energía gratuita que generosamente nos brinda el sol.

México está entre los 5 países más asoleados del mundo, sin embargo, ahora al inicio del siglo XXI padece crisis de energía.

HISTORIA DE LOS COLECTORES SOLARES TÉRMICOS

Desde el siglo IV a. C., los griegos ya conocían los principios tanto de los colectores solares planos como los de seguimiento o enfoque, en el siglo II a.C. apareció un tratado de Diócles titulado Sobre espejos que queman, donde se describe que apuntando varios espejos hacia un mismo lugar podría prenderse fuego a un objeto, los espejos empleados eran de cobre o de plata pulidos. Aristóteles, cuenta un relato, empleó reflectores solares para quemar los barcos enemigos de la flota romana en Siracursa y así ganó la batalla.

También desde tiempos muy remotos los indígenas de África, Australia, China, India, Países Bajos, Pakistán y otros han utilizado la energía solar para calentar agua con recipientes diseñados especialmente para ello. Durante la segunda mitad del siglo XVIII numerosos científicos construyeron las llamadas “cajas calientes” que servían para calentar agua, alcanzando temperaturas de ebullición. Entre ellos, se contaban Herschel y S.P. Langley, así como el francés C. Tellier.

En 1881 Kemp desarrollo y fabricó calentadores solares de agua patentados bajo el nombre de Climas, consistentes en tanques de hierro galvanizados pintados de negro mate en su interior y encerrados dentro de una caja de madera con cubierta de vidrio que podían conectarse al sistema de agua corriente de las casas en que se instalaba. El problema de estos colectores fue el almacenamiento, ya que el agua caliente que se almacenaba en el colector quedaba aislada del exterior sólo por un cristal y durante la noche se disipaba la energía calorífica captada durante el día.

Este colector pionero de los paneles solares térmicos es muy similar a los que hoy, cien años después, se fabrican industrialmente.

No fue sino hasta 1909 cuando W.J. Bailey diseñó un colector solar plano, consistente en una caja de madera de 10cm. de profundidad aislada térmicamente en su interior, con una cubierta de cristal que contenía un serpentín de tubo metálico con lo que alcanzaba fácilmente temperaturas de 60º C. El agua caliente se almacenaba por separado en un tanque aislado térmicamente para poder disponer de ella en el momento que se necesitara sin que la temperatura sufriera descensos.

En 1881 este colector auto contenido se fabricó en Estados Unidos con el nombre de Climax, no prosperó porque la caja era de madera y no resistía mucho tiempo la intemperie y como la tapa era un solo cristal, el calor se disparaba en la noche.

En México todos los centros de investigación de energía solar han realizado proyectos sobre colectores solares planos sin entrar a su diseño y perfeccionamiento en virtud de que las mejoras que pueden lograrse son muy pequeñas en cuento a eficiencia.

Comercialmente existen fabricantes y empresas vendedoras de colectores solares térmicos desde la segunda mitad de la década de los cuarenta. Existen además algunos representantes de compañías extranjeras que intentan vender colectores tanto planos como auto contenidos.

SOL Y ARQUITECTURA

El origen de la arquitectura fue el acondicionamiento de cuevas naturales y copas de árboles desde la época en que apareció el Homo Erectus.

Posteriormente se fueron perfeccionando, descubriendo e inventando herramientas, primero de piedra y más adelante metálicas que les permitían definir cada vez más sus diseños.

En las primitivas manifestaciones de arquitectura, el condicionamiento del diseño era principalmente motivado por el medio ambiente y los materiales del sitio, valores hoy olvidados, pero que sin embargo debieran seguir siendo factores determinantes de la forma arquitectónica.

Esta primitiva arquitectura dio origen a otras, hasta llegar a la de este tercer milenio que con la bandera de la tecnología, el progreso, la industrialización, la facilidad de construcción, el rendimiento económico y otros argumentos, el arte-ciencia se ha enemistado y apartado del medio ambiente, del tránsito solar, los vientos dominantes, la temperatura y otros factores climáticos fundamentales que deben considerarse en la arquitectura responsable para dar paso a una arquitectura de consumo donde la tecnología ha substituido al ingenio creador.

El arquitecto de hoy por lo general, al atacar un proyecto piensa primero en forma, en que su obra debe ser bella, proporcionada, colorida, innovadora, estética, impresionante, moderna y concordante con la arquitectura de los países desarrollados que marcan “lo actual”, estableciendo estilos arquitectónicos que tal vez sean adecuados en sus países de origen, países que por cierto tienen otro clima, otra tecnología, otra economía, una historia y tradición muy diferente a la mexicana.

El arquitecto además de sus obligaciones profesionales que implican solucionar los problemas de cobijo, funcionamiento, seguridad, economía y otros implícitos al proyecto arquitectónico, debe cumplir con su responsabilidad ambiental. Esto quiere decir que su obra debe ser concordante con los factores climáticos, ambientales e históricos del sitio donde se ubica.

Lamentablemente en México los profesionistas de la arquitectura, es decir, los prestadores de este servicio profesional, aparentemente no relacionan sus proyectos con la realidad nacional, no saben o no toman en cuenta la crisis de energía y de agua que se intensifica cada día y proyectan edificios que despilfarran estos dos elementos fundamentales para la vida y el desarrollo nacional.

La mayor fuente de energía, que además es la madre y el padre de todas las energías es el sol, que para la gran mayoría de los arquitectos que se enfrentan al reto, de diseñar un

edificio, el sol les resulta un enemigo problemático cuyos efectos al interior del inmueble exigen la instalación de costosos equipos de aire acondicionado que eliminen los efectos de la insolación y del efecto invernadero en el interior, es decir, con el proyecto arquitectónico crean un problema que no existía, a partir de su falta de información o de un criterio antiecológico y de pobreza de imaginación, en virtud de que el acondicionamiento climático lo resuelven a base de tecnología de consumo, es decir, aire acondicionado que conserva todos los espacios a temperatura confort.

El avance y el proceso bien entendido de nuestro país dependen de la energía disponible para su utilización, por ello independientemente de que tanto la energía solar como la eólica y otras, se utilicen en las instalaciones ecoturísticas, es necesario difundir la facilidad con que pueden instalarse los generadores correspondientes a cada una, y la gran variedad de modelos que existen por ejemplo en lo referente a energía solar térmica, que es la más conocida y la más fácil de instalar con sencillos sistemas, ya sean termosifónicos o de circulación forzada.

Hay que pensar que la energía es la herramienta que permite trabajar a un ritmo más acelerado y así producir más para alcanzar los índices de crecimiento deseados.

Esto quiere decir que si queremos crecer como país, debemos preservar y conservar la energía. Quiere decir también que nuestra responsabilidad ambiental nos obliga a buscar una arquitectura que use racionalmente la energía comercial y tienda a dar autosuficiencia a las obras, ya sean habitacionales, comerciales, industriales o turísticas.

Una de las formas más sencillas de captar o utilizar prácticamente la radiación solar son los colectores solares que se dividen en dos grandes grupos; los térmicos que producen calor, ya sea para calentar agua o aire, y los fotovoltaicos que transforman la radiación solar en electricidad.

UTILIZACIÓN PRÁCTICA DE LA ENERGÍA SOLAR EN ARQUITECTURA

La radiación solar es en efecto, como ya se ha dicho, una fuente inagotable de energía, su utilización práctica ofrece dos problemas principales:

• LA CAPTACIÓN de esa radiación transformándola en calor o en energía eléctrica. • EL ALMACENADO de la energía eléctrica o el calor para utilizarlos en el momento

que se requiera.

Para lograr la adecuada captación y almacenado de la energía solar existen muy numerosos dispositivos, mecanismos e instalaciones, tanto para energía calorífica como eléctrica.

COLECTORES SOLARES TÉRMICOS Y LA FORMA DE UTILIZACIÓN PRÁCTICA DE LA ENERGÍA SOLAR

Catálogo de colectores, sistemas termosifónicos, sistemas de circulación forzada, colectores concentradores, autocontenidos con calentamiento alterno de gas, calefacción ambiental termotanques, colocación y orientación de colectores.

EL SOL

El sol tiene una edad de entre ocho y diez billones de años; ya existía desde antes de la aparición del hombre sobre el planeta y probablemente continuará brillando después de la desaparición de la raza humana de la faz de la tierra. El origen de la energía solar es un proceso continuo de fusión termonuclear que produce temperaturas cerca del núcleo del Sol de 45 millones de grados Fahrenheit. La Tierra recibe alrededor de 1/200 millonésima parte de la energía producida por el Sol, en forma de radiación, viajando a 300,000 km/s desde una distancia de 150 millones de km. en un recorrido de cerca de 8 min., para que el mundo reciba fuera de la atmósfera una constante que tiene un valor de 1.353 kw/m2.

ENERGÍA SOLAR

El empleo consciente de la energía solar para ser utilizada por el hombre es tan antiguo como la agricultura. Desde entonces los agricultores primitivos, seleccionaban, protegían y cultivaban ciertas plantas que consideraban útiles. Estas plantas convertían una pequeña parte de la energía que recibían del sol, a través de sus hojas, en la energía química que captan los elementos que sirven para alimentar y vestir a los hombres. Este proceso de transformación de energía en las plantas se conoce como fotosíntesis.

La luz del sol permite a las plantas tomar dióxido de carbono de la atmósfera y agua del suelo para formar carbohidratos que constituyen la fuente de energía biológica de la cual dependen. En consecuencia, toda la energía vital proviene del Sol.

PLANOS PARA AGUA CON TERMOTANQUE TERMOSIFÓNICOS

Consta de un colector plano, absorbedor de tubos de cobre aleteado de color negro dentro de un gabinete aislado térmicamente con cubierta de cristal.

Miden aproximadamente 2x1 m. y se pueden colocar individualmente o unirse formando circuitos.

PLANOS PARA AGUA CON TERMOTANQUE CIRCULACIÓN FORZADA

Igual que el anterior, consta de un colector plano con espesor de 4 a 10 cm. absorbedor de tubos de cobre aleteado, con las mismas características del anterior, sólo que por tener colocado el termotanque por debajo del nivel del colector se requiere una bomba de recirculación.

PLANOS AUTOCONTENIDOS TERMOSIFÓNICOS

Consta de un gabinete o caja aislada térmicamente con cubierta de cristal, con espesor de hasta 35 cm. donde se alojan varios tubos de cobre de 10 a 15 cm. de diámetro pintados de color negro e interconectados entre sí, pueden colocarse individualmente o unirse formando circuitos.

PLANOS AUTOCONTENIDOS CIRCULACIÓN FORZADA

Consta de un gabinete o caja aislada térmicamente con cubierta de cristal, con las mismas características que el anterior, excepto que la alimentación de agua fría viene de nivel inferior por lo que requiere una bomba. La ventaja de los colectores autocontenidos es que no requieren previsiones de anticongelamiento.

TERMICOS CON SEGUIMIENTO

Los colectores con seguimiento pueden tener uno o dos ejes, con el objeto de que en todo momento el panel absorbedor se encuentre en una posición perpendicular a los rayos del sol, a fin de maximizar su eficiencia, por lo general funcionan con una bomba para hacer llegar el agua fría al panel absorbedor.

PLANOS PARA CALENTAMIENTO DE AIRE

En estos colectores, el fluido transmisor del calor es el aire, que por lo general se hace pasar por una trampa de piedras de alta inercia térmica como piedra bola de río, debidamente aislada térmicamente para conservar el calor y extraerlo en el momento que se requiera. El panel absorbedor es una caja aislada térmicamente con cubierta de cristal y una placa metálica pintada de negro en el interior.

COLECTORES CONCENTRADORES

La diferencia básica entre los colectores concentradores y los colectores planos es que han sido fabricados para lograr altas temperaturas y en lugar de basarse en el principio de la concentración. Su principal característica es que reflejan los rayos solares en un área muy pequeña comparada con la superficie de captación. Normalmente el absorbedor es un tubo de color cobre dentro de un tubo envolvente de cristal colocado en el foco de la parábola.

PARA CALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALBERCA

Dependiendo del lugar donde se instale, el panel absorbedor puede estar dentro de una caja aislada térmicamente con cristal en la cubierta, o bien colocado desnudo sobre una estructura próxima a la alberca. Este sistema tiene la ventaja de que su máximo uso es en el verano cuando la insolación es más intensa por lo que los colectores aumentan la producción de calor y la pérdida es mínima.

ASOSADOS A LOS MUROS

También conocidos como muros captores y acumuladores de calor. Consisten en un panel de vidrio aposado a un muro orientado al sur, interiormente pintado de negro para mayor absorción. Al incidir el sol en el muro el aire caliente sube por la cámara formada entre el cristal y el muro y penetra al interior por lo orificios superiores, de esta forma la cámara succiona aire por los orificios inferiores formándose así un ciclo de calentamiento continuo.

TRAMPAS DE CALOR EN AZOTEAS

Consiste en una caja aislada térmicamente colocada en la azotea, llena con piedras de alta inercia térmica y cubierta con cristal o acrílico transparente. El calor captado se almacena en las piedras de color oscuro para mayor absorción. Dentro de la trampa se coloca un tubo perforado conectado a su vez a un ducto aislado por donde se extrae el calor para llevarlo hasta el lugar que se desea calentar.

INVERNADERO DE VENTANA

Consiste en una caja alrededor de la ventana que forma un espacio entre ésta y la superficie acristalada del invernadero que deberá estar orientado al sur o al poniente. El calor almacenado entre la dos superficies acristaladas es absorbido al interior al momento de abrir la ventana interior.

INVERNADERO ADOSADO

Puede ser del tamaño de una recámara pequeña o bien abarcar todo el frente de la fachada con orientación sur o poniente. Estará conectado al espacio por calentar mediante un tubo a nivel del piso para que al momento de abrir las puertas de conexión con el calor almacenado y el invernadero succione el aire frío a nivel del piso.

CONCENTRADOR CON ROTOR EOLICO

Tiene una doble utilidad, calentar aire que puede ser extraído para llevarlo a los espacios por climatizar y producir energía eléctrica mediante el rotor eólico contenido dentro de él. Su gran tamaño, 40 m. de radio, cubierto con tela transparente permite calentar un enorme volumen de aire que sale por el tubo central habiendo girar el rotor generador que produce calor.

DESHIDRATADOR DE LA COSECHA

Utilizando un colector solar para calentamiento de aire conectando el conducto de salida a una caja donde se ha colocado el grano para secar, de tal forma que permita pasar al aire caliente hacia la parte superior, arrastrando la humedad del grano. En la parte superior deberá tener salidas de aire o una chimenea solar para acelerar el proceso de circulación y con ello el secado.

PURIFICADOR DE AGUA

Consistente en un recipiente metálico o de madera pintado interiormente de color negro, con tapa de cristal inclinada hacia un canal longitudinal a lo largo de toda la caja que recibe el agua pura y la conduce a un depósito. El agua por purificar se deposita en la caja; con la acción del sol y el efecto invernadero evapora el agua que escurre por el vidrio hasta el canal. Se debe limpiar después de cada carga de agua.

CHIMENEA SOLAR

Para extraer el calor del interior, se requiere de un tubo de 15 cm. de diámetro colocado en el techo con una capucha de tubo metálico pintado de color negro mate de 20 cm. de diámetro. El sol al calentar la capucha metálica provoca que el aire se expanda y salga hacia el exterior por la holgura entre los dos tubos y al salir este succiona el aire caliente que se encuentra inmediato al techo.

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD CON TERMOCOLECTORES

Colocando colectores concentradores en la azotea de un edificio se obtienen elevadas temperaturas de vapor de agua, que se hacen pasar por una turbina para generar electricidad; del mismo sistema se deriva vapor hacia intercambiadores de calor para climatizar el ambiente y para proporcionar agua caliente en cocinas y baños.

PUNTA ELÉCTRICA CON TERMOCOLECTORES CONCENTRADORES

En la ladera de una montaña orientada al sur, se colocan baterías de colectores concentradores para obtener vapor a presión, que al pasar por una turbina genera energía eléctrica, el agua regresa por gravedad a los colectores para repetir el ciclo.

COLECTORES AUTOCONSTRUIBLES

MANGUERA PLÁSTICA

Dentro de una caja de madera con cubierta acristalada, colocar una manguera negra flexible enrollada en forma de espiral.

TAMBO DE 100 O 200 LITROS

Dentro de una caja aislada térmicamente, colocar un tambo metálico pintado de negro, la caja puede o no llevar tapa de cristal.

MADERA Y TELA PLÁSTICA

Impermeabilizando el interior de una charola de madera, pintada de negro, cubrirla con tela plástica transparente.

MADERA Y DOMO ACRÍLICO

En un marco de madera metálico colocar una charola impermeable con salida y entrada de agua, cubiertas con un domo de acrílico.

TANQUE DE GASOLINA

El tanque de desecho dentro de una caja de madera y piedras para aumentar la inercia térmica.

MANGUERA Y BOTELLAS

Perforando el fondo de botellas de vidrio transparentes, hacer pasar por su interior una manguera negra flexible.

TUBO DE COBRE NEGRO

Haciendo pasar el agua por un serpentín negro expuesto al sol.

MADERA CON TAPA

En los climas extremosos para no perder el calor durante la noche colocar una tapa de madera para cerrarla cuando el sol se mete.

CALENTAMIENTO SOLAR DE AGUA

COLECTORES PLANOS CON TERMOTANQUE

Colectores fabricados con tubería de cobre con 8 tubos aleteados con lámina de cobre calibre 32 soldada a todo lo largo de los tubos.

La vida útil sobrepasa los 25 años de garantía sobre defectos de fabricación, contrariamente a lo que sucede con los PVC y polipropileno de alta resistencia que son plásticos que con el efecto de los rayos ultravioleta se ven afectados de tal forma que su vida útil no llega a los 12 años. Además de que los plásticos son aislantes térmicos por lo que su eficiencia es menor que los de cobre que es un metal con alta transferencia de calor.

COSTOS

Sistema para 1 a 3 personas

1 colector de cobre 137.00 dls. 1 termotanque 150 l. Aluminio 274.00 dls.

Total 411.00 dls.

SISTEMA PARA 4 A 6 PERSONAS

2 colectores de cobre 274.00 dls. 1 termotanque 250 l. Aluminio 316.00 dls.

Total 590.00 dls.

SISTEMA PARA 7 A 10 PERSONAS

4 colectores de cobre 547.00 dls. 1 termotanque 500 l. Aluminio 632.00 dls. Total 1179.00 dls.

Todos los colectores están fabricados con tubería de cobre aleteado, cristal de 4 mm. y marco de aluminio. Los precios son a la primera mitad del año 2000.

CALENTAMIENTO SOLAR DE AGUA CON PANELES PLANOS Y TERMOTANQUE

Sistema de calentamiento complementario de la instalación del calentador de gas que usualmente se tiene en casas y edificios.

Este sistema ahorra entre el 50% y el 80% del gasto de energéticos para el calentamiento de agua.

El colector está fabricado con tubo de cobre y aleteado con aluminio, se aloja en una caja con marco de aluminio anodirado de 91x183cm.; con tapa de cristal de 6mm., empaque y aislamiento térmico. En condiciones de insolación semiradiante, proporciona 40 l. por hora de agua caliente, con un incremento de 35º C sobre la temperatura de entrada, almacenándose en el termotanque para disponer de agua caliente a cualquier hora.

CALENTAMIENTO SOLAR CON GAS ALTERNO

COLECTORES SOLARES DE AIRE

Los colectores solares de aire funcionan también con el principio de invernadero y utilizan el aire como medio transportador de calor.

El uso común es para calentar locales, aunque también es posible calentar indirectamente una alberca o producir agua caliente.

Este tipo de colectores circulan entre 0.3m3 a 1.0m3 de aire por minuto y por m2 de superficie colectora. El movimiento del aire se puede efectuar en forma natural o por circulación forzada con la ayuda de ventiladores.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS SOLARES DE CALENTAMIENTO DE AIRE

• No hay problemas de corrosión, congelamiento un sobrecalentamiento • Los elementos constructivos de una edificación pueden usarse como acumuladores • Los colectores de aire permiten la ventilación natural de los espacios • La piedra o las masas de tierra que se requieren para almacenar el calor se encuentran

fácilmente en cualquier sitio

DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS SOLARES DE CALENTAMIENTO DE AIRE

• La instalación de colectores de aire con acumulador de piedras tiene menor capacidad calorífica que los sistemas de agua, por ello el volumen del acumulador debe ser mayor

• Regular el sistema es complicado • Su aplicación para calentamiento de agua y calefacción de albercas es más complicada

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN COLECTOR SOLAR DE AIRE

CALENTAMIENTO SOLAR DE INTERIORES

Diagrama de un sistema de colectores de aire con almacenamiento de calor en una trampa de piedras que permite su extracción para conducirlo mediante ductos aislados térmicamente hasta el lugar que se pretenda calentar.

CALEFACCIÓN AMBIENTAL RESIDENCIAL

Utilizando paneles solares planos, termotanque y una caldera de gas de apoyo, el sistema funciona con 2 bombas y cuenta con un piso radiante e intercambiadores de calor en los sitios por calentar.

SUELO RADIANTE

La calefacción por suelo radiante tiene como elemento fundamental una red de tuberías que conducirán el agua caliente en un circuito conectado a los colectores solares, queda empotrado por lo general en el firme sobre el que se coloca el piso definitivo. Para evitar pérdidas de calor y lograr que éste fluya hacia arriba y caliente el piso, es necesario colocar un aislante térmico antes de colar el firme que contendrá la red de tubería de agua caliente.

SISTEMA CERRADO DE CALENTAMIENTO CON SUELO RADIANTE

El circuito de tuberías se conecta al calentador de gas que recibe el agua caliente o precalentada del sistema de calentamiento solar de agua.

SISTEMA ABIERTO PARA SUELO RADIANTE Y SUMINISTRO DOMÉSTICO

POSIBLES DEFICIENCIAS EN LOS COLECTORES TÉRMICOS PARA CALENTAMIENTO DE AGUA

Un buen colector debe tener escasas pérdidas térmicas con cristales lo menos ferrosos posible, además de estar bien construido de tal forma que no tenga defectos tales como:

Sección de un colector solar térmico, donde se pueden apreciar todos los elementos, la caja, el acristalamiento, los tubos de cobre negros y el aislante a base de espuma de poliestireno en la parte inferior.

FUGAS DE AGUA.- Una fuga de agua por pequeña que sea provoca la condensación del vapor en la superficie interior del cristal, disminuyendo la transmisión de calor y por tanto la eficiencia del colector. Algunos aislantes térmicos pierden sus propiedades si se humedecen.

COLOCACIÓN DEL ACRISTALAMIENTO.- El vidrio de 4mm. Generalmente, está expuesto a fuertes cambios de temperatura por lo que si está sujeto sin suficiente tolerancia, se provocarán roturas. Si está insuficientemente sellado y calafateado con silicón puede penetrar agua de lluvia con los efectos señalados anteriormente.

FALTA DE PURGAS DE AIRE.- Dentro del colector quedan siempre atrapadas ciertas cantidades de humedad que para ser eliminadas requieren de purgas de aire para evitar condensaciones.

VIDRIO INAPROPIADO.- El espesor de vidrio deberá ser el adecuado al tamaño del colector. Cuando se trata de ahorrar colocando un cristal demasiado delgado, éste puede romperse fácilmente con granizo, con un cambio brusco de temperatura o con el más ligero impacto.

RENDIMIENTO DE LOS COLECTORES SOLARES

El rendimiento es la cantidad de energía extraída por el agua que circula a través del colector, expresada en fracciones de la cantidad total de energía solar que incide sobre el colector. Dicho de otra forma: si el colector recibe 5kwh de energía solar, y contribuye con 2.5 kwh al calentamiento del agua, esto quiere decir que el colector trabaja con una eficiencia del 50%.

Generalmente los colectores trabajan con una eficiencia que va del 30% al 70%.

Para optimizar el rendimiento de un colector es necesario:

Tener un buen aislamiento térmico en la caja

La placa absorbedora metálica deberá ser de color negro mate intenso

Los tubos deberán soldarse a todo lo largo de la placa quedando perfectamente unidos de ella

Los cristales de la tapa superior no deberán ser ferrosos, ni manchados

La caja deberá estar sellada herméticamente

EFICIENCIA DEL COLECTOR SOLAR PLANO Los colectores térmico-solares planos no alcanzan el 100% de eficacia, ya que sólo el 58% de la radiación que incide en el cristal del colector es traspasado al fluido interior de los tubos en la placa absorbida.

CALENTADOR SOLAR DE TUBERÍA DE COBRE ALETEADA

Puede instalarse para calefacción de agua y calefacción ambiental. En uso residencial la temperatura promedio anual en la ciudad de México es de 40º C y en días nublados 34º C.

CARACTERÍSTICAS

• La placa de cobre calibre 32 está soldada a todo lo largo a los tubos de cobre de ½” y al cabezal de 1”, pintados con pintura negra de alta absorción, baja emisividad y larga duración con aditivos para evitar la oxidación.

• Los perfiles del marco de aluminio de 2” atornilladas con pijas de acero inoxidable • El aislamiento interior de lana mineral blanca y las laterales de lana mineral y aluminio • Cristal de 4mm. o templado de 3.2mm. • Garantía de 10 años • Se puede utilizar también para calefacción ambiental con intercambiables de calor • En uso residencial la temperatura promedio anual en la ciudad de México es de 40º C,

en días nublados alcanza unos 34º C, con lo que se ahora hasta el 65% del total del gasto de gas LP.

RECOMENDACIONES

PARA FAMILIAS 2.3 PERSONAS 1 COLECTOR TERMOTANQUE 115 LT. 3.6 PERSONAS 2 COLECTORES TERMOTANQUE 250 LT. 6.10 PERSONAS 4 COLECTORES TERMOTANQUE 500 LT.

TERMOTANQUE SOLAR HORIZONTAL

TERMOTANQUE DE AGUA CON CALEFACTOR ELÉCTRICO DE INMERSIÓN

El interior del tanque contenedor del agua, deberá estar pintado con pintura epóxica que evite la proliferación de bacterias y micro organismos.

El forro exterior estará pintado con epóxica resistente a la intemperie.

Todos los ensambles y soldaduras deberán contar con óptimo acabado y sujetas a pruebas de presión que garanticen la seguridad de la instalación.

TERMOTANQUE SOLAR

Tabla de dimensiones usuales

CAPACIDAD (LITROS)

A

(MM)

B

(MM)

C

(MM)

PESO

(KG)

CALEFACTOR ELECTRICO

(WATTS)

80 920 860 450 40 1500 120 860 790 560 46 2000 150 1030 960 560 53 2000 200 1270 1210 560 65 2500

CIRCUITO CERRADO

CALENTAMIENTO SOLAR DE AGUA

TERMOSIFÓNICO CON SERPENTÍN INTERCAMBIADOR DE CALOR

CIRCUITO CERRADO

En el calentamiento con circuito cerrado el agua depositada en el termotanque es independiente del agua calentada en el colector solar que por efecto termosifónico circula por un intercambiador de calor, constituido por una tubería metálica en espiral instalada dentro del depósito de líquido a calentar.

FUNCIONAMIENTO.- el agua recorre el circuito del colector se calienta y sube para entrar al serpentín por la parte de arriba. El vacío que deja el agua en el interior del colector es ocupada de inmediato por agua fría procedente del serpentín. El agua caliente al entrar al intercambiador irá cediendo el calor que transporta al líquido del termotanque, al mismo tiempo que se enfría el agua del serpentín que vuelve al colector e inicia nuevamente el ciclo.

TERMOTANQUES INTERCONECTADOS

Cuando se requiera tener mayor cantidad de agua almacenada, ya sea porque con un solo termotanque no se alcanza a guardar la suficiente para cubrir las necesidades requeridas, o bien porque el consumo de agua caliente es mayor en una temporada que en otra; se pueden colocar varios termotanques conectados entre sí con el objeto de aumentar la reserva de agua caliente en el momento que convenga o bien cerrar las válvulas para reducir el volumen y tener disponible agua caliente con menor volumen de salida.

El primer termotanque recibe el agua fría de la red por la parte inferior y ésta fluye hacia el colector solar que al calentarla la envía por efecto termosónico a la parte superior del primer termotanque. Cuando en este primer depósito hay suficiente agua caliente, ésta pasa al segundo termotanque cuando el gasto de agua va a variar se colocarán válvulas para sólo utilizar el agua caliente del primer termotanque, de otra manera la salida se tomará del último depósito.

Esta forma de conexión está indicada para el caso de instalar dos o más termotanques conectados entre sí o cuando el sistema instalado requiere una mayor capacidad, la ampliación puede realizarse conectando otro equipo completo de paneles y termotanque sin mover el ya instalado. Teniendo cuidado de aislar las tuberías, la eficiencia de un sistema de calentamiento solar de agua con varios termotanques no es menor que la que funciona con uno solo.

SISTEMA DE CIRCULACIÓN FORZADA

Se le llama sistema de circulación forzada porque requiere de una bomba para que el agua circule por el circuito y se deposite en el termotanque, para de ahí pasar al calentador de gas alterno o directamente a servicios.

Este sistema se usa cuando el termotanque no puede colocarse en un nivel superior al de los colectores solares y en consecuencia no es un sistema termosifónico.

La bomba debe quedar controlada mediante un interruptor óptico, es decir, una célula fotoeléctrica que ponga a funcionar la bomba cuando hay suficiente radiación solar y la desconecte por la noche, o cuando la radiación es insuficiente. De la misma forma el termotanque deberá tener un sensor de calor que desconecte la bomba cuando el agua alcance la temperatura deseada aún cuando se tenga suficiente asoleamiento.

En los climas fríos con poca radiación solar se puede agregar también un termostato que pondría a funcionar un sistema de calentamiento dentro de los termotanques cuando el agua se enfriara en exceso.

COLOCACIÓN DE LOS COLECTORES SOLARES

Para lograr la máxima eficiencia de los colectores solares ya sean térmicos o fotovoltaicos, éstos deben colocarse con una inclinación sobre el horizonte, igual a la latitud del lugar. Es decir, si el sitio donde se van a instalar se localiza latitud 20º C, el colector tendrá una inclinación de 20º C sobre un nivel horizontal.

La dirección del colector deberá coincidir con el eje norte sur, con una tolerancia de 15º C hacia el este o hacia el oeste. De la misma manera la tolerancia de la inclinación es de 10º C más o menos. Fuera de estos parámetros la eficiencia de los colectores empieza a decrecer y su rendimiento será menor.

TOLERANCIA PARA COLOCACIÓN DE COLECTORES SOLARES

ORIENTACIÓN Y ASOLEAMIENTO

CONCEPTOS REFERIDOS AL HEMISFERIO NORTE

TIEMPOS DE ASOLEAMIENTO DIARIO FACHADA ASOLEAMIENTO PROMEDIO Sur 12 Horas Este y Oeste 6 Horas Norte 0 Horas (*)

Sureste y Suroeste 9 Horas

Noreste y Noroeste 3 Horas

En términos generales la orientación es el elemento más importante en la climatización de un edificio, ya que de ésta dependerá la ganancia térmica a la que se encuentran expuestos sus muros y vanos.

(*) Dependiendo la latitud, la insolación es mínima

Las fachadas oriente y poniente tienen asoleamiento profundo difícil de controlar mediante aleros. Requiere de elementos adicionales: celosías o quiebrasoles para evitar su incidencia en climas cálidos.

La fachada sur tiene asoleamiento durante todo el día en invierno; sin embargo, mediante aleros fácilmente se puede controlar la penetración solar.

En este esquema se pueden apreciar las trayectorias aparentes del sol y la forma en que influyen en el asoleamiento de las fachadas sur y norte.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica indica la cantidad de calor que pasa por una superficie en cierta unidad de tiempo y por cada grado de temperatura.

La inercia térmica indica el tiempo que tarda en fluir el calor almacenado en un muro o una techumbre.

Los efectos del color tienen gran importancia, ya que afectan desde los siguientes puntos de vista:

Térmico: reduciendo o aumentando las ganancias del calor solar.

Psicológico: deprimiendo o motivando.

De reflexión: ocasionando deslumbramiento.

Es recomendable el uso de colores claros en climas cálidos y oscuros en climas fríos.

CONDUCTIVIDAD E INERCIA TERMICA DE ALGUNOS MATERIALES

MATERIAL CONDUCTIVIDAD INERCIA

Aire 0.021 5.45

Agua 0.50 61.8

Ladrillo 0.63 31.5

Piedra 1.56 21.8

Concreto 1.3-1.5 30.1

Tezontle 0.16

Adobes 0.50-0.70

Tierra Seca 0.50 1.54

Madera Seca 1.10-0.12 58.0

Madera Prensada 0.07 72

Corcho 0.037 67

Vidrio 1.25 46

Fibra de Vidrio 0.03

REFLEXION DE LA RADIACION SOLAR EN FUNCION DEL CALOR DE UNA SUPERFICIE COLOR % REFLEJADO Blanco cal 80

Amarillo limón 70

Amarillo oro 60 Azul claro 40-50 Rosa salmón 40 Gris cemento 32 Anaranjado 25-30 Beige 25 Verde vegetal 20 Ladrillo 18 Rojo 16 Negro 5

TABLA DE CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS EQUIPOS SOLARES

Con estas tablas se podrá dimensionar fácilmente un sistema de calentamiento solar de agua en las localidades anotadas en la lista. Para calcular el sistema en los sitios no incluidos deberán consultarse los mapas de radiación solar en la República Mexicana.

NUMERO DE PEROSNAS A LAS QUE PARA SERVICIO SI SE UTILIZA AGUA CALIENTE EN:

CAPACIDAD DEL TERMO

AREA DE CALENTAMIENTO DEL COLECTOR

BAÑO DE REGADERA BAÑO EN REGADERA

FREGADERO Y LAVADORA

300 LTS.

450 LTS.

600 LTS.

750 LTS.

900 LTS.

6 M2

9 M2

12 M2

15 M2

18 M2

6 PERSONAS

9 PERSONAS

12 PERSONAS

15 PERSONAS

18 PERSONAS

3 PERSONAS

4 PERSONAS

6 PERSONAS

7 PERSONAS

9 PERSONAS

TABLA DE CAPACIDAD DE CALENTAMIENTO DE AGUA POR METRO CUADRADO A UNA INCIDENCIA DE 413 LANGLEY/DIA (PROMEDIO ANUAL EN MÉXICO, D. F.)

LITROS DE AGUA CALIENTE POR DÍA M2 DE COLECTORES

40° 45° 50° 55° 60° 65° 70° 2 M2

4 M2

8 M2

12 M2

16 M2

20 M2

21 M2

248

495

991

1486

1982

2478

2974

198

396

793

1189

1586

1982

2379

165

330

661

991

1322

1652

1982

142

283

566

850

1133

1416

1699

124

248

495

743

991

1239

1486

110

220

440

660

881

1101

1322

100

200

400

594

793

991

1189 Nota: para encontrar la cantidad de agua caliente que puede obtenerse en cualquier parte de la República Mexicana, basta multiplicar los valores dados en la tabla anterior por el factor correspondiente al lugar deseado.

Ciudad Juárez, Chih. Mexicali, B. C. La Paz, B. C. Hermosillo, Son. Zacatecas, Zac. Culiacán, Sin. Torreón, Coah. Chihuahua, Chih.

1.30 1.23 1.21 1.22 1.20 1.18 1.18 1.17

Guadalajara, Jal. Durango, Dgo. Guanajuato, Gto. Aguascalientes, Ags. Cuernavaca, Mor. Oaxaca, Oax. Acapulco, Gro. Tlaxcala, Tlax.

1.15 1.18 1.15 1.14 1.12 1.06 1.07 1.05

Puebla, Pue. Matamoros, Tamps. Culiacán, Sin. Mérida, Yuc. Tuxtla Gtz., Chis. Saltillo, Coah. Veracruz, Ver. Monterrey, N. L.

1.07 1.07 0.98 0.95 0.95 0.95 0.93 0.89

EMPLEO DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTÁICOS

PRINCIPALES RAZONES QUE JUSTIFICAN SU UTILIZACIÓN

COSTO.- El costo se debe considerar tomando en cuenta la inversión inicial y la posterior operación.

El sistema fotovoltaico se justifica cuando su costo es menor que llevar una alimentación de energía comercial al sitio donde se instalará el sistema fotovoltaico.

Para un somero cálculo se puede decir que un kilómetro línea de conducción eléctrica de tensión media cuesta de $10,000.00 a $20,000.00 dólares dependiendo de la topografía, el terreno, las facilidades para mover los postes y los cables, la disponibilidad de materiales de construcción y muchos factores propios del sitio.

Conforme a los costos arriba considerados, un kilómetro de conducción de energía eléctrica es infinitamente más costoso que un sistema fotovoltáico.

Las aplicaciones de estos sistemas en ecoturismo comprenden alumbrado exterior, alumbrado, interior y contactos auxiliares, sistemas de bombeo, desaladoras, potabilizadoras, sistemas de intercomunicación interior y radiocomunicación hacia el exterior.

Respecto a un sistema con motor diesel o de gasolina para producir energía eléctrica, el costo del sistema fotovoltaico es menor, aunque la inversión inicial puede ser mayor que la de un generador con un motor de diesel o de gasolina. A mediano plazo el ahorro en combustible, mantenimiento y refacciones que continuamente requieren los motores de combustión interna, hacen que éstos sean más caros que un sistema solar fotovoltaico cuando la carga es menor a 10 kw h/día.

INSTALACIÓN.- Un sistema de energía solar fotovoltaica es de muy rápida y sencilla instalación, en virtud de que las partes del sistema son relativamente pequeñas pueden transportarse con facilidad a sitios de difícil acceso y alejados de centros urbanos, para ponerse en operación en unos cuantos días a diferencia de una línea de conducción de energía eléctrica que puede llevar varios meses.

IMPACTO AMBIENTAL.- Los sistemas de electricidad fotovoltaica prácticamente no tienen impacto negativo sobre el medio ambiente, en virtud de que no requieren de complicadas obras de infraestructura para su instalación y su operación consiste básicamente en limpieza de las celdas y revisión de los bancos de baterías o acumuladores cada 3 o 6 meses. Comparado con lo que implica tender una línea de conducción eléctrica que exige derribar todos los árboles cercanos al cableado, transportación y colocación de postes o torres metálicas y construcción de aminos de trabajo en muchas ocasiones. En el

caso de una planta diesel implica contaminar el aire, construir depósitos de combustible y aceites que también contaminan y la producción de ruido que se traduce en contaminación auditiva.

BATERÍAS

Las baterías o acumuladores comúnmente utilizados en los sistemas fotovoltaicos, consisten en un conjunto de celdas electroquímicas que por lo general se conectan en serie para obtener mayor voltaje. Estas celdas son capaces de almacenar energía eléctrica en forma química y cederla en forma de electricidad y volverla a recuperar con la energía producida por el sol captada con paneles fotovoltaicos, un motor de combustión, una turbina eólica o hidráulica o cualquier otro sistema de producción de energía eléctrica acopiado adecuadamente para recargar baterías.

Comercialmente las baterías más conocidas son las de plomo-ácido que son las más comunes ya que son las de tipo automotriz, usadas en automóviles y camiones de combustión interna desde hace casi 100 años. Otro tipo de baterías son las de níquel-cadmio que ofrecen algunas ventajas respecto a las de plomo ácido, tales como: menor mantenimiento, mayor durabilidad, más resistencia a temperaturas altas, frías y calientes, menor corrosión, no emiten gases peligrosos y otros; el problema es que su costo es tan alto que casi no se usan en instalaciones fotovoltaicas.

BATERÍAS DE PLOMO-ÁCIDO

Las baterías o celdas electroquímicas de plomo-ácido constan de 4 elementos principales:

Electrolito.- Consistente en ácido sulfúrico diluido con agua o en suspensión, que es el elemento líquido de los acumuladores que periódicamente debe revisarse para conservar su nivel.

Electrodos positivos.- Consistentes en rejillas de plomo recubiertas de peróxido de plomo Pb2 O2.

Electrodos negativos.- Consistentes en rejillas de plomo recubiertas de plomo esponjoso Pb.

El contenedor.- Recipiente, caja, jarra o vaso que contiene los tres anteriores elementos.

Por lo general aumenta el plomo de las rejillas, se mezcla con antimonio y calcio y una pequeña cantidad de calcio para obtener un elemento de mayor rigidez. Estas aleaciones tienen también un efecto importante en el funcionamiento y la duración de las baterías. El antimonio le da mayor resistencia a las altas temperaturas y tolerante a las descargas profundas, sin embargo, la autodescarga o pérdida de energía dentro de la propia batería

aumenta y la pérdida de agua por electrólisis se incrementa, por ello este tipo de baterías requiere de cierta ventilación y no pueden ser selladas.

El calcio en las rejillas de plomo reduce la pérdida de agua, con lo que las baterías quedan libres de mantenimiento, y disminuyen la autodescarga, sin embargo, la batería es poco resistente a descargas profundas y su duración es mucho menor con los cambios de temperatura.

Por cada 10º C de incremento en la temperatura después de 25º C, la batería plomo-antimonio reduce su vida en un 20% y la celda plomo-calcio reduce en un 50%.

BOMBEO DE ENERGÍA SOLAR

Los sistemas de bombeo fotovoltaico se usan principalmente en los sitios donde la energía eléctrica comercial no llega ó donde el suministro de electricidad es irregular.

El sistema de bombeo se determina conociendo:

• El tipo de bomba que se utilizará • La potencia de la bomba • La forma de acoplamiento de los paneles solares a la bomba. Es decir, si la conexión

será directa de los paneles fotovoltaicos a la bomba o bien a un banco de baterías con o sin inversor de corriente directa a corriente alterna.

• Número de paneles solares, así como su forma de conexión, tipo y especificaciones generales

• Instrumentos y mecanismos en el sistema, tales como: seguidor para dar máxima potencia, control de carga, regulador de voltaje, desconexión automática.

ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA

Para determinar el tipo y capacidad de la bomba se requiere conocer:

• Profundidad total a la que se encuentra el cuerpo de agua respecto al sitio de colocación de la bomba.

• La carga dinámica total CDT que se obtiene sumando la succión S, más la elevación H, más las pérdidas por fricción F.

CDT = S + H + F = carga dinámica total Succión = distancia de la bomba al cuerpo de agua Elevación = diferencia de niveles sin incluir la inclinación Fricción = cálculo de las pérdidas por fricción

Para calcular las pérdidas por fricción:

• Se deberá estimar la longitud total de la tubería y su tipo, cobre, galvanizada, pvc • Se deberá seleccionar el diámetro requerido para pérdidas menores al 2% de la

carga dinámica total • Se estimará la altura equivalente sumada por fricción • El gasto total diario, es decir, la cantidad de agua requerida • La distancia lineal y el tipo de la tubería, que incluye diámetro, material y

colocación de curvas y codos en las líneas de conducción

El objetivo de conocer los datos anteriores, es tener los suficientes elementos para calcular el tipo de bomba y su capacidad con el costo mínimo sin detrimento del funcionamiento, confiabilidad y autonomía requerida. Deberá tenerse presente que la bomba más barata casi nunca es la indicada para el sistema más económico.

INSTALACIÓN SOLAR FOTOVOLTÁICA SIMPLE

LUMINARIAS SOLARES AUTOSUFICIENTES

Se utilizarán para el alumbramiento exterior, consistentes en una caja de concreto armado de 40cm. x 60cm. interiores, anclada al piso donde se ahoga un poste de madera tropical de 20cm. de diámetro. Contiene una batería tipo automotriz, similar a la que usan los grandes camiones de carga, donde se guardará la energía producida por las celdas solares fotovoltaicas colocadas en la parte superior del poste de madera.

Esta luminaria permite alumbrar durante la noche utilizando la energía solar almacenada durante las horas del sol. Tiene una lámpara fluorescente de 40 watts activada por un balastro electrónico que a su vez se encuentra conectado a un circuito de encendido automático y a un dispositivo de tiempo controlado que permite una operación fija de 9 horas por noche. Este control se requiere para balancear la recarga solar contra el gasto de energía.

La batería será de 12 volts. A 200/amp/h está protegida contra efectos de sobrecarga y tiene una vida útil aproximada de 5 años.

El generador lo constituyen 4 fotoceldas de 20 watts/pico cada una, montadas sobre un bastidor sobre un bastidor de movimiento universal que permite orientarlo hacia el sur, no importando la posición de la lámpara.

Con este tipo de luminarias que compiten en costo con las tradicionales, conectadas a la red de energía municipal, se obtiene un ahorro significativo debido a que se evitan las excavaciones, conducciones y cableados, así como la dependencia de la red municipal.

BOMBA SOLAR DE EXTRACCIÓN

Este tipo de bombas sumergibles, serie SDS de la nueva generación Solar Jack, son bombas de desplazamiento positivo, altamente eficiente. Son de bajo voltaje, funcionan con corriente directa, están diseñadas específicamente para el suministro de agua a lugares remotos.

Operan con corriente directa de 12 a 30 voltios (V), que puede ser suministrada de diferentes formas, incluyendo paneles solares, generadores de viento, baterías o cualquier combinación de los tres. Los requerimientos de energía pueden ser tan reducidos como 3 watts (W).

Están construidas con bronce marino y acero inoxidable, son las de más alta calidad entre las bombas sumergibles.

Las bombas Solar Jack serie SDS pueden estar instaladas bajo el nivel del agua en un estanque, río, cisterna o dentro de un pozo. Se pueden usar para llenar un tanque abierto o bien, dentro de una red de distribución de agua presurizada. Para el suministro de agua se deberá proyectar el empleo de una bomba de corriente continua energizada, por medio de módulos fotovoltaicos. El sistema que se ilustra está constituido por una bomba sumergible, dos módulos fotovoltaicos de 53 W de generación y equipo de apoyo electro-mecánico.

Este sistema puede suministrar un flujo de 5595 l. por día en promedio, pero puede cambiarse a una bomba de mayor capacidad, en caso de ser requerido. El sistema es muy simple de instalar y no requiere de mantenimiento especializado ni frecuente. Es necesario sólo un conocimiento elemental del equipo.

BOMBA SOLAR DE BRAZO CON CONTRAPESO

Este tipo de bomba es una alternativa más a las bombas solares y manuales propuestas también para la extracción de agua de pozos someros. Funciona con paneles solares fotovoltaicos que accionan un motor de corriente directa. Esta mueve el brazo (que hace las veces de palanca) para bombear el agua del pozo hacia la superficie o hacia un tanque elevado para distribuirla por gravedad. En virtud, de que no cuenta con un sistema de almacenaje de energía en acumuladores o baterías, trabaja solamente de día, ya sea con sol radiante o con nublado abierto. Cuenta con un tubo ajustable como seguidor solar para orientar adecuadamente los paneles fotovoltaicos.