Cal Solar

5/13/2018 Cal Solar - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARACENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA ELECTRICA

XVI EXPODIME “MARZO 2008” 1/7

CALENTADOR SOLAR AUTO CONTENIDO PARABOLICO CON REFLECCION DIRIGIDA

González Pulido Alfonso [email protected] 3311639573

González Pulido Francisco Javier [email protected] 36663093

González Pulido Gerardo [email protected] 0454611719218

NOMBRES DE INTEGRANTES E-MAIL TELEFONO

RESUMEN DEL PROYECTO:

Los calentadores solares actuales más eficientes tienen costos prohibitivos, porque utilizan materiales caros ymétodos de fabricación complicados. Se analizaron los métodos de construcción y costos de fabricación. Se

concluyo que el costo es la causa por la cual no se generaliza esta tecnología, Los calentadores solares máseconómicos de fabricar son los de tipo autocontenido. Su eficiencia es la mas alta con respecto a los demás,Pero tienen la desventaja de perder la mayor parte del calor captado en las noches, debido a sus fugastérmicas. Se decidió modificar este tipo de calentadores solares, para hacerlos mas eficientes en la medida delo posible y económicamente viable, las modificación lograda fue agregarle un sistema automático que cierraunas celosías aislantes y reflectivas, para contener la fuga de calor. Además de que se implemento un termode cristal. Se calcula que una vez contando con los moldes, el tiempo de fabricación de un calentador solar sereducirá en aproximadamente un 40% y su costo en un 30%. Se logro sobrepasar la eficiencia aislante deeste tipo de equipos haciéndolo viable en todo clima.

ANTECEDENTES:

Los calentadores solares se inventaron tan pronto como 1868 y se vendieron en forma comercial cerca de1910 La causa por la cual entraron en desuso, fue el petróleo, que costaba centavos de dólar el litro, las

eficiencias de estos equipos se han ido incrementando al mismo tiempo que su costo, actualmente es masviable contar con un calentador solar en serie con un boiler, que solamente con un boiler ya que nos regresala inversión en pocos años. Las personas están acostumbradas a gastar en gas en pagos pequeñosmensuales que invertir en un equipo que le ahorrara dinero pero que significa 2 años de gasto de gas de unasola vez.

Es de todos sabido que las reservas de petróleo del mundo están descendiendo, y su costo se iraincrementando con el tiempo, volviendo una opción mas atractiva y con el tiempo casi obligada del uso de loscalentadores solares.

El mercado de calentadores solares en México se compone de 2 tipos, los fabricados en el país y losimportados .

los nacionales se fabrican desde hace muchos años sin sufrir cambios ni mejoras, y su costo es alto pero noexcesivo, pero su duración es corta si no se les da mantenimiento.

Los equipos importados fabricados de tubos al vació, que tienen el riesgo de romperse a causa de los granizoso el vandalismo, ademas de que su costo es excesivo.

Dentro de los tipos de calentadores solares están los de tipo concentrador, los de placa plana, los tubos decalor y los auto contenidos, de todos ellos los mas económicos son los autocontenidos, pero son los que masperdidas tienen. Por eso no se encuentran muchos fabricantes en el mundo que los fabriquen,

Por esto se decidió tomar este tipo de calentador y mejorarlo lo mas posible sin incrementar mucho los costos,para que exista en el mercado una opción que sea realmente viable,






DESARROLLO:Primero se tomo en cuenta que un calentador solar comercial, requiere en promedio un metro cuadrado porcada cien litros de agua, es por eso que se tomo esta medida, para una vez terminado poder realizar pruebascomparativas contra equipos existentes, además de ser un tamaño comercial de calentador.

Según datos de la empresa vitro fabricante de vidrio, el vidrio de 2 mm de espesor tiene una transmisión de laluz solar de 90% al ser dos capas, entonces pasarían tomando en cuenta pérdidas 769 watts.EL policarbonato de 4 mm acabado cristal tiene transparencia del 91 % de la luz, después de atravesar lascapas de vidrio y el policarbonato de 950watts que llegan, lograrían pasar solo 699 watts hora. /mt 2 ,Según empresa PLEXIGLAS

Las propiedades del policarbonato celular acabado cristal son:(Incoloro: permeable a los ultravioletas):

· Incoloro 29070: ~ 91%.- Coeficiente de transmisión de calor k: 2,5 W/m²K (informe de prueba 13-901399/P2/Fi, FMPA Stuttgart).- Posible dilatación por calor y humedad: aprox. 5 mm/mt.- Temperatura máxima de uso sin carga: 70°C. Según datos obtenidos de la empresa (Vitro) La amplitud del espacio de aire en un acristalamiento dobledetermina el grado de aislamiento térmico, llegando a su nivel óptimo cuando se utiliza una separaciónde 12.7 mm. Una alternativa para reducir la transmisión de calor por conducción es inyectar gas Argón en elespacio de aire, ya que éste conduce menos calor que el aire del ambiente

Entonces basándose en esta área y en las dimensiones del tanque, se calculo tanto el ancho, el alto como lacurvatura de los lados curvos,Se procedió al diseño del gabinete contenedor, el cual debería ser lo mas resistente posible. Para que tuvierasolo 2 capas de fibra de vidrio, se decidió por un diseño en forma de sol, que además de aludir al medio deenergía que utiliza, le da estructuralidad para evitar su deformación en el transporte he instalación.

Se diseño esta superficie curva en dos dimensiones que concentra la luz en algún punto del tanque internoen todas las épocas del año considerando el descenso del sol en el firmamento durante las estaciones delaño. la cual es de unos 26 grados y sabiendo que el ángulo con que incide la luz en una superficie reflejantees el mismo con el que es reflejado. Por eso la inclinación interna de la curva del reflector, es mayor que lainclinación máxima del sol por efecto de la época del año.






La precisión de esta curva, no debía ser perfecta a causa de que si concentramos más de 4 veces la luz solarsobre alguna pintura, esta se degradara rápidamente descascarándose, evitando el paso del calor hacia eltermo.Se tomo en cuenta el ángulo de incidencia del sol para que el equipo pudiera adaptarse sin hacerlemodificaciones a cualquier altitud del mundo, solamente calzando su base según el lugar de instalación.Se buscaron tablas de transferencia de calor de materiales para la elección de los aislantes a utilizarconsiderando para esto el costo beneficio ya que el objetivo es lograr un equipo fiable al más bajo costo posible .

Una ves decidida la forma mas conveniente se procedió a la fabricación del esqueleto metálico se realizo concuadrado de ½ pulgada el diseño del gabinete se baso en el echo de que las partes curvas debían concentrarla luz en algún punto del tanque central así que se elevo con respecto a la base del gabinete para que seintegrara en el molde la base del tanque y el espacio para el aislante de base.

El forrado se hizo con madera de 3 milímetros atornillada al esqueleto y se alisaron las imperfecciones conpasta automotiva y fibra de vidrioSe hicieron las mediciones para contemplar el ancho y tipo de aislantes en base a su costo, comparado con sucapacidad aislante,La relación entre poli estireno y poliuretano es de 1.45 a 1, es decir por cada pulgada de poliuretano serequieren 1.45 pulgadas de poli estireno,La fibra de vidrio tiene un Coeficiente de conductividad: térmicaDe 0,056 a 0,049 kcal/h·m·ºC de 1plg de espesor

El poliuretano tiene un coeficiente de conductividad térmica de 0.020 kcal/h·m·ºC de 1plg de espesorEl poliestireno tiene un coeficiente de conductividad térmica de 0.029 kcal/h·m·ºC de 1plg de espesorEl costo de poliuretano contra poliestireno mt 3 es de 4 a 1Por esto se opto por el uso de poliestireno de 1.5 plg seria la mejor opción Se fabrica el marco que aloja la cubierta de poli carbonato, y se dejo el espacio requerido para ubicar lascelosías reflejantes y aislantes,

Una vez terminado el modelo y asegurándose que no tuviera atrapes en el molde.Se analizo la forma para segmentar el molde en solo 2 piezas para evitar complicaciones






LINEA DIVISORIA DEL MOLDE

Se cubrió con pintura, se le aplico un desmoldante y se hizo el molde sobre el modelo.Una vez terminado el molde se procede al asentado lijado y encerado del mismoY se fabrico una pieza, Se compro un tanque de 200 litros de la medida, galvanizado externa he internamente

con 3 tomas roscadas.2 tomas para la entrada y salida del agua caliente y una mas para el caso de que se instale resistenciaeléctrica automática. Se coloco el tanque en el centro del equipo, y se fijo una vez cubierto, con hojas devidrio de 2 mm de espesor sellado y con agregado de gel silica para evitar la condensación y la transmisión decalor entre los dos vidrios

Para el mecanismo de activación del sistema de celosías se considera que un pistón neumático activado porgasificación de algún liquido, es lo mas practico y con menos fallas, para esto se están probando estoslíquidos.

PUNTOS DE EVAPORACION

éter dietilico 34.6 º cdisulfuro de carbono 45 º c

acetona 56.2 º ccloroformo 62.2 º c

metanol 65 º cacetato de etilo 77.1 º






Actualmente se esta probando el sistema de cierre de las persianas aislantes, el cual se ha utilizado un pistónneumático lleno con un líquido de bajo punto de evaporación como el alcohol. Ubicado en el centro de unpequeño espejo concentrador que solo se activara al llegar a su temperatura.

El sistema se activara al aumentar la temperatura del alcohol y evaporarse a causa de la incidencia del solcerrando el flujo de aire evitando la convecciòn y el escape de calor mediante radiaciónEl conjunto obturador girara unos 90 grados para permitir el paso de la luz y cuando el sol deje de incidir

directamente las celosías cerraran impidiendo la perdida de calor mientras se restablece la luminosidad, o pasala noche.

CERRADO ABIERTO

CALENTADOR SOLAR AUTO CONTENIDO PARABOLICO






Construcción y forrado del esqueleto metálico

Medición de las partes antes de fabricar el molde






CONCLUSIONES: ,El uso de este equipo será el más barato que se pudiera producir comparado con los equipos que calientancantidades similares de agua El uso será mayormente habitacional o hotelera.

La expansión del sistema por requerir mayor cantidad de agua, se podrá hacer interconectando varioscalentadores, al ser de 240 Kg de peso, completamente lleno. No se necesita fabricar ninguna baseespecial para su montaje

La capacidad de realización en forma practica por los elementos del equipo, fue tardada por la cantidad de,horas hombre necesarias, pero solo se limito a los sistemas de acabado estético,

Pues la parte teórica se contempla desde el inicio de la fabricación.

Se han hecho pruebas de funcionamiento en diciembre iniciando con temperatura de 20 gradoscentígrados, al amanecer

Se obtuvieron 55 grados centígrados a las 6 de la tarde

Con una temperatura al inicio de 30Cº y con un día totalmente soleado se obtuvieron temperaturas de62Cº

Al día siguiente al amanecer se registraron 36 grados centígrados, sin colocarle las persianas aislantesdurante la noche.

En días completamente soleados se obtuvieron 62 grados centígrados con el uso de aislante del que sele instalara en las celosías, pero solamente sobrepuesto y amaneció al día siguiente con 42 grados detemperatura,

La calidad del equipo terminado en cuestión estética, es muy buena además que no rompe con el estilo delas construcciones modernas.

La calidad en cuanto a su duración, es de 10 años aproximadamente con tanque de acero galvanizado yde 30 años con tanque de acero inoxidable.

El funcionamiento mecánico del prototipo solo es la parte de los deflectores, el cual usara, pistónneumático El control de cierre y apertura es el punto clave del sistema el cual debe ser lo mas confiableposible económico y libre de mantenimiento.

El beneficio que se obtendrá con este proyecto es poder fabricar un calentador solar accesible para lasociedad y que les represente no solo una baja considerable en el gasto promedio del hogar si no unacontribución a la calidad del ambiente.

Actualmente se tienen fondos de apoyo al desarrollo de este tipo de energías en todo el mundo, he inclusoen México existe una urgencia por que se implementen, el utilizar los hidrocarburos será cada vez caro ysi no se cuenta en el futuro con sistemas alternos de energía el gobierno tendrá que subsidiar cada vezmas el consumo de estos,

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:http://www.solartronic.com/download/curso_iteso.pdfhttp://www.femisca.org/publicaciones/Xcongreso/XCNIS082.pdfhttp://mx.geocities.com/leon_df/cap05.html#5.5http://www.pti.iteso.mx/U-Academicas/DYMA/Aplica-Solar.htmhttp://www.unt.edu.ar/casaecologica/ecotecnicas.htmlhttp://www.procalsol.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/4506/2/VOCABULARIOsolar.pdf

ASHRAE (:American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,).Vitro mexicana

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