XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR Y DEL MEDIO AMBIENTE PIURA-2014

Terma solares con materiales reciclados.

Kléber Janampa QuispeOctavio Cerón BalboaOswaldo Morales MoralesJulio Oré García

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

En el presente trabajo se diseña, optimiza y construye

una terma solar para uso doméstico de agua caliente

de baja temperatura. El colector solar se construye con

materiales reciclados para fomentar valores ecológicos

como la cultura reciclaje y la eficiencia energética.

El colector de la terma de 1,4 m x 0,8 m ha permitido

disponer 50 litros de agua caliente de 36ºC promedio

durante el día y 27ºC a media noche, evaluados

durante los días de invierno (15º C).

RESUMEN

Surge como parte del intercambio tecnológico en el

marco del proyecto “Inti, la energía que alimenta la

Tierra” :

1. Grupo de Investigación en Energía Solar- UNSCH.

2. La Red Ecológica Interinstitucional Hatun Sacha.

3. El Comité régional d’éducation pour le

développement international de Lanaudière

(CREDIL) de Québec Canadá.

INTRODUCCIÓN

Ayacucho posee un potencial energético solar importante, sin

embargo hay una escasa cantidad de unidades instaladas sobre todo

en el sector familiar doméstico por los altos costos de inversión

inicial.

Los problemas climáticos y ambientales nos obligan a repasar la

manera en que utilizamos la energía en la vida diaria y a plantearnos

alternativas innovadoras del uso de la energía a partir de la

educación no formal involucrando a la población local.

El proyecto se desarrolló en la localidad de San Melchor- Ayacucho.

Antecedente: Brasil (José Alano) 2002

INTRODUCCIÓN

DATOS CLIMÁTICOS DE AYACUCHO

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2 4 6 8 10 12 14

G(K

Wh

/m2)

Mes

Radiación global mensual

Radiación globalmensual

Latitud sur : 13° 09' 26"

Longitud oeste : 74° 13' 22"

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14

T (

oC

)

Mes

Temperatura en Ayacucho

Máxima

Mínima

Media

Terma Solar: se basa en el efecto termosifón.• Se construye prototipos de colector en la que optimiza su

funcionamiento para definir el módulo final de colector. • La evaluación térmica se basa los protocolos de evaluación

de colectores solares.

El fomento de valores ecológicos• Se incentiva a través de la práctica de reciclaje• Talleres y seguimiento del uso eficiente del agua caliente

disponible que motiva una cultura diferente del uso del agua.

MÉTODO

PROTOTIPOS DE COLECTOR SOLAR

27º 42º 40º 540W/m2

Requerimiento:

Volumen: 50 litros de agua.

Temperatura media de uso: de 35oC

DISEÑO DEL COLECTOR

Parrilla

Tubos de plástico Polietileno de Alta Densidad (HDPE), flexible, resistente a la degradación UV

DISEÑO DE LA TERMA SOLAR

Aletas: Lata de aluminio

Cubierta: botellas PET

Aletas

CONSTRUCCIÓN

Recolección y preparación de las botellas PET (Polietileno Tereftalato)

Fabricación del colector solar

CONSTRUCCIÓN DEL COLECTOR SOLAR

CONSTRUCCIÓN DEL SOPORTE DEL COLECTOR SOLAR

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Aislante

20

Terma solar con materiales reciclados.

Costo aproximado

S/. 450

INSTALACION DE LA TERMA SOLAR

EVALUACIÓN TÉRMICA

(06/07/2014)

EVALUACIÓN TÉRMICA

EVALUACIÓN TÉRMICA

Hora

T1

superior

Entrada agua

caliente

(°C)

T2

Inferior

(°C)

Tamb

(°C)

Tamb

(°F)

Tplaca

(°C)

Radiacion

( W/m2)

Velocidad de viento

(m/s)

Maxima 42.0 38.2 24.7 76.4 57.0 680.0 2.6

Mínima 30.0 21.9 13.3 56.0 48.0 420.0 0.0

Promedio 38.1 28.5 21.0 69.7 53.4 577.4 1.0

Standard deviation 3.1 4.2 3.0 5.4 2.5 61.0 0.8

mediana 39.0 28.5 21.4 70.6 54.0 602.5 0.7

EFICIENCIA DE PLACA DEL COLECTOR

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 % =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑄𝑢

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑄𝑠𝑢𝑚𝑥100%

𝑄𝑠𝑢𝑚 = 𝐻𝐴

𝑄𝑢 = 𝑚𝑐𝑝(𝑇2 − 𝑇1)

(Orbegozo y Arivilca, 2010)

EFICIENCIA

Magnitud Valor

Masa del agua: m 50 Kg

Calor específico del agua Cp 4186 J/kgoC

Temperatura inicial del agua: T1 36.6 oC

Temperatura final del agua: T2 27.0 oC

Calor útil: Qu 0.56 KWh

Intensidad de radiación solar media: H 1.75 KWh/m2

Área del colector: A 0.882 m2

Eficiencia: e 36.2%

COEFICIENTE DE PERDIDAS DE CALOR

Se determina la variación de temperatura del agua del tanque de la terma durante 8 horas (Orbegozo y Arivilca, 2010).

𝑅 =𝑄𝑝𝑒𝑟

𝑡(𝑇1−𝑇𝑎𝑚𝑏)

𝑄𝑝𝑒𝑟 = 𝑚𝑐𝑝(𝑇1 − 𝑇2)

COEFICIENTE DE PERDIDAS DE CALOR

CARACTERÍSTICA VALOR

Calor perdido: Qp 517.4 Wh

Temperatura inicial T1 36.4 OC

Temperatura final T2 27.5 OC

Temperatura ambiente: Tamb 15 OC

Tiempo de enfriamiento: t 8h

Pérdida de calor: R 3.2 W/oCm2

SOCIALIZACIÓN Y SENSIBILIZACION DE LAS TERMAS SOLARES A LOS POBLADORES BENEFICIARIOS

CONCLUSIONES

Es una alternativa simple de obtención de agua calientepara uso doméstico familiar, es de autoconstrucción, conmateriales reciclados de fácil acceso y de resultadostérmicos apropiados para uso sanitario de 3 a 4 personas.

Presenta una eficiencia media de 36.23% para unaintensidad de radiación solar media de 585W/m2, menor ala a la eficiencia de termas de placas (60% a 95%Quinteros,2012).

El coeficiente de pérdida de calor resulta 3.4W/oCm2,mayor en comparación a termas de alto aislamiento quemuestran un coeficiente de pérdida de 1-2 W/ºCm2

(Orbegozo y Arivilca, 2010)

La terma solar de materiales reciclados, nos permitedisponer 50L de agua caliente a 36oC durante el día y 27º Cdurante la noche, valores medidos durante los días deinvierno en la ciudad de Ayacucho.

Se construyeron e instalaron 10 termas para igual númerode familias de la localidad de San Melchor- Ayacucho,fomentando valores ecológicos ambientales, como:• La cultura del reciclaje• La eficiencia energética, que permite modificar

patrones de conducta y consumo en relación con el usode la energía.

• Fomentar el conocimiento y uso de nuevas fuentes deenergía.

.

BIBLIOGRAFÍA

Alano, J.A. 2004. Manual sobre la construcción e instalación de calentadores solares con materiales reciclados. Brasil

CENTRO DE CONSERVACION DE ENERGIA Y DEL AMBIENTE (CERNERGIA). (2003) Diagnóstico de la situación actual del uso de la energía solar y eólica en el Perú.

Orbegozo, C, Arivilca, R. 2010. Energía Solar Térmica. Manual técnico para termas solares. Green Energy Consultoría y Servicios SRL

Placco,C; Saravia, L; Cadena,C. Colectores solares para agua caliente INENCO, UNSA –CONICET. Salta- Argentina

Quinteros, D,S. 2012. Estudio de la eficiencia del sistema solar térmico en el barrio San Valentín, Comuna de lo Prado.

Tesis para optar al título de Ingeniero Físico Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ciencia Departamento de Física Santiago Chile.

Duffie J.A. Beckman W.A. 1991. Solar Engineering of Thermal Processes. 2da.Edición Wiley-Interscience, New York.

Serrano, P. 2004.Transferencia de tecnologías para energías renovables. Conceptos y modelos metodológicos. Seminario Internacional Sobre Energía Solar Medio Ambiente y Desarrollo. Cuzco.

Gracias