Usos de la Energía Solar

Tipos de Calentadores Solares

Existen dos tipos de colectores planos: a) con tapa, también llamados encapsulados, que son los más comunes. b) sin tapa o desnudos. En el caso de los colectores con tapa, cuentan con una cubierta transparente, que puede ser de vidrio, u otros materiales como policarbonatos, acrílicos y películas de polivinilfluoruro.

La tapa transparente evita la pérdida de calor en la parte frontal. En lo general, estos colectores pueden generar temperaturas de entre 30°C a 70°C, y dependiendo del diseño pueden alcanzar temperaturas de hasta 100°. Sus aplicaciones más comunes son para calentar agua en casas habitación, hoteles, hospitales y clubes deportivos.

El colector de tubos evacuados al vacío se utiliza para aplicaciones de calentamiento de agua a temperaturas que fluctúan entre los 50 a los 190°C. Los tubos evacuados absorben, además de los rayos solares directos, el calor del medio ambiente y la radiación solar difusa cuando esta nublado. Cada tubo de vidrio al vacío a su vez esta constituido por dos tubos de vidrio. El tubo exterior está hecho de un material de vidrio transparente (por ejemplo, borosilicato). El tubo interior está también hecho de vidrio, pero se encuentra cubierto con una material de buena calidad en la absorción del calor solar y pocas propiedades de reflexión. Cada tubo de cristal tiene un tubo interior y otro exterior concéntrico, los cuales están al vacío entre ellos. En su interior se transfiere la energía mediante tubos de calor que van interconectados mecánicamente a un intercambiador de calor (con un aislante). La pérdida de calor es eliminada porque no hay aire que conduzca el calor o lo circule y cause pérdidas

De reciente tecnología, este tipo de colectores es similar al de tubos evacuados, pero con rendimientos superiores. Los tubos transmisores de calor que componen al colector solar, consisten en tubos al vació, pero con un elemento adicional de tubo de cobre retenido entre dos aletas. Su sistema de funcionamiento es un sistema de energía solar cuya característica principal es el empleo de tubos de vidrio al vacío y en cuyo interior se aloja un tubo superconductor, conocido como Heat-Pipe, o tubo de calor. Este tubo superconductor, sometido a vacío, contiene una mezcla de componentes líquidos, que aceleran su conductibilidad.

Los tubos de vacío llevan un fluido vaporizante que no puede salir del interior del tubo y que funciona como caloportador. El fluido se evapora por efecto de la radiación solar, asciende hasta el extremo superior del tubo que se encuentra a temperatura inferior, esto hace que el vapor se condense, ceda su energía y retorne a su estado líquido cayendo por acción de la gravedad a la parte inferior del tubo, donde al recibir más radiación vuelve a evaporarse y comienza de nuevo el ciclo. Calentador Solar de Efecto Invernadero Introducción: El agua caliente es indispensable en todos los hogares del mundo, la mayoría de las familias mexicanas obtienen agua caliente por medio de calentadores  convencionales de depósito.  Ante el frecuente aumento en el costo del gas L. P., y después de observar los daños a la ecología provocados por la quema de combustibles, es prudente buscar otras alternativas para satisfacer nuestras necesidades de agua caliente. La solución es aprovechar otras fuentes de energía que sean baratas y renovables,  la energía solar es la alternativa perfecta  para la población mexicana; pues México por su ubicación geográfica cuenta con días soleados  durante gran parte del año. Alternativa de Solución: La solución propuesta es la utilización de un calentador solar de efecto invernadero, elaborado con materiales y procesos de fabricación de bajo costo. Beneficios: "        Económicos: Con la instalación de un calentador solar se pueden satisfacer la mayor parte de las necesidades de agua caliente en una casa, sin tener que pagar combustible; aunque la inversión inicial  para adquirir una calentador solar es mayor a la de un boiler convencional, el dinero invertido se recupera a corto plazo. "        Ecológicos: El uso de calentadores solares ayuda al mejoramiento del entorno ambiental, pues los problemas de contaminación en zonas urbanas no se deben únicamente a las actividades industriales o de transporte, sino también a la quema de gas LP (licuado del petróleo) en miles de hogares. Es curioso, que los mismos principios físicos involucrados en un problema nos den una alternativa de solución. Sabemos de los grandes daños que ocasiona la emisión de gases a la atmósfera; pues provocan el muy conocido efecto invernadero. Los gases producto de la quema de combustibles, CO2; principalmente se acumulan en la parte alta de la atmósfera formando una capa, esta permite el paso de la energía del sol desde el exterior pero evita que la energía reflejada por la Tierra se escape al espacio, lo que ocasiona el aumento de la temperatura de la Tierra, fenómeno conocido como calentamiento global. El calentador solar de efecto invernadero simula el fenómeno ocurrido en la atmósfera, con la intención de aprovechar al máximo la energía otorgada por el Sol. Caja de efecto invernadero. Partimos de una simple caja de madera o lámina, la cual deberá captar la energía del sol con la menor disipación de calor posible. La caja deberá ser tapada con dos cristales como se muestra, y la cámara formada por ellos  deberá encontrarse al vacío (preferentemente); por las razones que se explican a continuación: La intención de la caja de efecto invernadero es mantener la temperatura más alta posible en el interior. Al estar cerrada la caja, la temperatura del interior T2, será mayor que la del exterior T1; pues el aire en su contenido no tiene posibilidades de desplazarse y ser remplazado por aire frío. Pero si solo se colocara  un solo cristal o no existiera la cámara de vació,  el aire caliente (del interior) estaría en contacto directo  con el aire frió (del exterior) dándose transferencia de calor por conducción, lo que ocasionaría pérdidas. En cambio si existe un espacio vació entre el exterior y el interior se reduce la posibilidad de perdidas por conducción de calor. Elemento calefactor. Será el elemento responsable de transferir la energía captada, al agua. Constara de una estructura de tubos de cobre conectados en paralelo como se muestra en la figura.                             Esta estructura estará colocada en el interior de la caja de efecto invernadero antes descrita,  y con la intención de aprovechar al máximo la radiación solar los tubos serán cubiertos por pintura negra. Aún después de pintar los tubos de color negro sigue  sin aprovecharse al máximo la radiación solar; observe:

Para contrarrestar este efecto proponemos el siguiente arreglo de espejos.

De esta manera se puede maximizar la superficie expuesta a la radiación solar lo que nos permitirá obtener menos perdidas.

Diseño:

Características: El elemento calefactor de nuestro calentador solar (anteriormente descrito), será de 10 tubos de cobre con una longitud de 1.5m y un diámetro de 1pulg.

Volumen de agua contenido en el elemento calefactor.

Según estos cálculos  lograremos elevar la temperatura de 7.6 litros de agua, 30°C en alrededor de una hora.

¡MANOS A LA OBRA!

 

         

   

     

Sin palabras, las imagenes lo dicen todo, hasta la temperatura...

Sin embargo no dicen lo divertido y agradable que fué trabajar con el increíble equipo de trabajo para que este proyecto se viera realizado.