Diseño de Un Tanque de Almacenamiento de Agua Caliente Sanitaria, Utilizando Materiales de Bajo...
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7/25/2019 Diseo de Un Tanque de Almacenamiento de Agua Caliente Sanitaria, Utilizando Materiales de Bajo Cost
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Scientia Et Technica
ISSN: 0122-1701
Universidad Tecnolgica de Pereira
Colombia
Mantilla, Juan Alberto; Casallas, Mario Alexander
Diseo de un tanque de almacenamiento de agua caliente sanitaria, utilizando materiales
de bajo costo
Scientia Et Technica, vol. 20, nm. 3, septiembre, 2015, pp. 225-233
Universidad Tecnolgica de Pereira
Pereira, Colombia
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84943818004
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http://www.redalyc.org/revista.oa?id=849http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=849&numero=43818http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/revista.oa?id=849http://www.redalyc.org/http://www.redalyc.org/revista.oa?id=849http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=849&numero=43818http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84943818004http://www.redalyc.org/revista.oa?id=849http://www.redalyc.org/revista.oa?id=849 -
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Scientia et Technica Ao XX, Vol. 20, No. 3, Septiembre de 2015. Universidad Tecnolgica de Pereira. ISSN 0122-1701 225
Fecha de Recepcin: 26 de noviembre de 2014Fecha de Aceptacin: 14 de Mayo de 2015
Diseo de un tanque de almacenamiento deagua caliente sanitaria, utilizando materiales
de bajo costoDesign of a storage tank hot water, using inexpensive materialsJuan Alberto Mantilla, Mario Alexander Casallas
Facultad Tecnolgica, Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas, Bogot, [email protected]@correo.udistrital.edu.co
Resumen En este artculo se presenta el proceso de diseo y
construccin de un tanque de almacenamiento de agua calientesanitaria (ACS) para consumo domstico. Adems, se describe el
anlisis matemtico, la seleccin de materiales tanto para el
aislamiento como para el cuerpo del tanque, la simulacin delcomportamiento hidrosttico, el proceso de construccin con baseen la norma Asme seccin VIII y las pruebas de funcionamiento
del mismo.Este trabajo hace parte de un proyecto de investigacin orientadoal diseo y construccin de calentadores solares a partir demateriales reutilizables, realizado por el semillero de investigacin
SEA, perteneciente al grupo de investigacin en energasalternativas Gieaud, de la Universidad Distrital Francisco Jos deCaldas.El calentador solar y el tanque se encuentran montados en laterraza del gimnasio ubicado en la Facultad Tecnolgica y se le
realizaron pruebas para evaluar la eficiencia en la conservacinde la temperatura y actualmente se contina con pruebasadicionales que permitan observar mejor el desempeo del
tanque.
Palabras clave Tanque de almacenamiento, Aislamiento
trmico, Norma Asme, Transferencia de calor, Recipiente apresin.
AbstractThis article describes the process of design andconstruction of a storage tank hot water (DHW) for domestic
consumption is presented. In addition, mathematical analysis isdescribed, the selection of materials for both insulation and thebody of the tank, hydrostatic simulation behavior, theconstruction process based on ASME Section VIII and testing
operation.This work is part of a research project aimed at designing andconstruction of solar heaters from reusable materials by the
hotbed of research SEA belonging to the group of alternativeenergy research GIEAUD District University of Francisco Jos deCaldas.The solar heater and the tank are mounted on the roof of the gymlocated in the Faculty of Technology. Tests were performed to
evaluate the efficiency in maintenance of the temperature andcurrently continues with additional tests to better observe theperformance of the tank.
Key Word Thermal insulation, ASME, Heat transfer,
Pressure vessel.
I. INTRODUCCIN
El calentamiento de agua para el consumo domstico, o laproduccin de agua caliente sanitaria (ACS) por medio de laenerga solar, es una alternativa muy importante para sustituirlos calentadores tradicionales (a gas, elctricos, etc.) debido alahorro energtico que ste representa, al permitir el reemplazode los combustibles fsiles o la electricidad para lograr estepropsito.
Un calentador solar de ACS, construido con materialesreutilizables, presenta ciertas ventajas comparadas con loscalentadores solares de placa plana o de tubos al vaco, comosu bajo costo, pero tambin implica inconvenientes, como su
baja eficiencia por las prdidas de calor que se presentan en eltanque de almacenamiento del ACS, principalmente en lashoras nocturnas, entre otros aspectos. Por esta razn y porseguridad, se requiere de la construccin de un tanque quecumpla con normas internacionales, como se regula en Asme[1]
El presente trabajo hace parte de un proyecto de investigacingeneral, que se ha venido desarrollando al interior del semillerode investigacin en energas alternativas de la UniversidadDistrital (SEA), el cual consiste en el diseo y construccin deun calentador solar usando material reciclable o de bajo costo.Para esto se ha trabajado en dos frentes: uno consistente en
disear y construir el colector solar que produzca ACS amnimo 40 C con la radiacin solar promedio de la ciudad deBogot, y el otro dedicado al diseo y construccin del tanquede almacenamiento.
Este proyecto se ha desarrollado con el objetivo de Disear y construir un tanque de almacenamiento deACS para el calentador solar con mejor rendimiento construidohasta el momento por los estudiantes del semillero SEA y elgrupo de investigacin Gieaud, que corresponde a un
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calentador solar construido con tubera galvanizada en paralelo
y envases Pet translcidos para 120 litros de agua, con
lineamientos de la Norma Asme seccin VIII divisin 1
Recipientes a presin.
II. Diseo y construccin del tanque
En esta seccin se detalla el procedimiento llevado a cabo para
el diseo y construccin del tanque, adems del anlisis yseleccin del aislante trmico y la evaluacin del rendimiento
del mismo.
A.
Determinacin de las dimensiones
del tanque y simulacin
Para el desarrollo de este tem de diseo, se ha tomado como
referencia las Reglas para la construccin de recipientes a
presin de la Norma Asme [2], de donde se brindan los
parmetros necesarios para determinar las dimensiones del
tanque, como la longitud, el dimetro, la presin de diseo, el
espesor y tipo de material, entre otros.
Las especificaciones para este tanque son:
Capacidad de almacenamiento: 120 L (4,2372 ft3), que va
a ser utilizada para uso domstico y cubrir la necesidad de
una familia promedio de 4 personas.
Temperatura de trabajo: 60 C (140 F). Aunque la
temperatura de trabajo mnima es de 40 C, se adopta un
valor de temperatura mayor, contemplando un factor de
seguridad, que en este caso es de 1,5.
Presin de operacin: 0,1 Mpa (14,5 psi).
Presin de diseo: 0,2 Mpa (29 psi).
El material que se trabajar es Acero 1020, este es aceptado porla norma en mencin, con algunas modificaciones sugeridas
por la misma [2], cuyas propiedades mecnicas se citan a
continuacin:
Resistencia a la fluencia Sy= 200 Mpa (29 Ksi).
Esfuerzo ltimo a la tensin Sut= 414 Mpa (60 Ksi).
Mdulo de elasticidad E= 200 Gpa
(29 x 106psi)
coeficiente de conductividad trmica
k= 41W/m*K
Para el anlisis de las soladuras, se siguen los lineamientos de
la seccin UW, en la que la eficiencia de la soldadura est en
funcin de la inspeccin de la misma (tintas penetrantes o rayos
x) donde el valor mximo es 1. Para este caso, el valor de la
eficiencia es 0,7 porque no se cuenta con inspecciones
certificadas tanto en las tapas como en el cuerpo [3].
B.
Presin de diseo
El valor que se usa en las ecuaciones para el clculo de las
partes del tanque es el siguiente.
Para Po > 300 psi (2,07MPa), entonces P = 1,1 Po
Para Po < 300 psi (2,07MPa), entonces P = Po + 30 psi;
donde P es la presin de diseo y Po la presin de operacin.
Entonces, para este caso, la presin de diseo Po=30 psi(0,21MPa) y la presin de operacin P= 60 psi (0,41MPa)
C. Diseo ptimo del tanque
Para el diseo del tanque, se establece la relacin del dimetro
con la longitud del mismo. La ecuacin que se emplea es la
siguiente.
(1);donde
P= presin de diseo (psi)
C= corrosin mxima permitida (in). La corrosin mxima
permitida no puede exceder 1/6 del espesor del material.
[4]
S = valor del esfuerzo del material (psi)
E = eficiencia de la soldadura (adimensional).
F = relacin entre el dimetro y longitud del recipiente
(adimensional).
60
50 10
0,7
F= 0,4114
Ahora, con el valor del factor F= 0,4114 y el volumen del
recipiente V=4,23 ft3 (0,12m3), se busca el dimetro del
tanque en a la siguiente figura:
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Figura 1. Determinacin grafica dimetro exterior del tanque (veranexo 2 tabla de obtencin de dimetros tanque) [5]
Segn la figura 1, el dimetro exterior optimo del tanque es de1,3 ft o 400 mm y, con este valor, se calcula la longitud ptimade acuerdo con la ecuacin 2.
(2);
Donde:
L= longitud optima del recipiente (mm o inch) V= volumen de trabajo (ft3o L) D= dimetro exterior optimo (mm o inch).
Entonces:
44,2372!
"1,3
L= 3.1 ft (944 mm)
Una vez obtenidos los resultados de dimetro y longitud, sedetermina, en el Anexo 2 (memorias de clculo cuerpo deltanque) el espesor de la lmina del tanque de 1/8 in, y el tipode tapas laterales a utilizar (tapas elpticas) tal como se muestraen el Anexo 3 (planos tanque) las dimensiones finales para laconstruccin del mismo, basados bajo [6].
C. Anlisis hidrosttico
El propsito de este anlisis es saber si el tanque diseado va asoportar el peso del agua, adems de la presin a la que va aestar sometido. Tambin se busca establecer si el materialescogido es el apropiado para que ste no vaya a sufrir algndeterioro o no cumpla con los requerimientos de diseo. Elanlisis se realiza mediante uso del softwareAnsys en el que sepretende encontrar los rangos de esfuerzos y deformacionesque presenta el tanque, as como determinar si cumple o no conlas especificaciones de diseo.
En la figuras 2 y 3 se aprecian los esfuerzos y deformaciones alos cuales est sometido el tanque bajo las condiciones dediseo.
Figura 2. Comportamiento del material del tanque por esfuerzos
Con una presin de 30 psi (0,21 MPa) y una temperatura deoperacin de 60 C, la simulacin hecha por el softwareAnsysmuestra que la deformacin mxima es de 8,4 e-3 pulgadas
(0,2 mm) y que el esfuerzo mximo est en el orden de 3,6 psi(24,8 KPa), lo cual garantiza que el recipiente no va a fallarporque no excede la presin de diseo (30 psi). Por lo tanto, elespesor de la lmina del tanque es apropiado para realizar yllevar a cabo su funcin. En efecto, el espesor 3 mm esapropiado para su construccin.
Figura 3. Comportamiento del material del tanque por deformacin.
El software Ansys muestra, de manera exagerada, dnde esposible que falle el elemento. Una vez realizadas estassimulaciones, se procede a determinar cul es el mejor tipo deaislante para el cuerpo del tanque, el cual conservar latemperatura mnima del ACS para su consumo.
D. Determinacin del tipo de aislante
Los materiales preseleccionados para determinar el de mejorcomportamiento son el papel corrugado, el cartn, elpoliestireno expandido y la lana de vidrio. La seleccin se debea que son de fcil obtencin, es decir, se pueden encontrar ensitios habituales como viviendas, empresas, centro dereutilizacin de materiales o universidades, y su valor deadquisicin es relativamente bajo en condiciones iniciales deldiseo. A continuacin se muestra proceso seguido para laseleccin del tipo de aislante.
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1. Condiciones iniciales
Al desarrollo del clculo para determinar cul de los materialespreseleccionados ofrece las mejores condiciones de aislamientotrmico, se siguen las recomendaciones del ingeniero Cengel,que recomienda evaluar el radio crticode aislamiento, la razn
de prdida de calor, el espesor del aislante y, finalmente, latransferencia de calor con el aislante[7].En la figura 4 se muestran las dimensiones bsicas con lascuales se realizan los diferentes clculos.
L: Longitud 0,944 m#$: Dimetro: 0.200 m
Figura 4. Modelo clculo de aislante trmico.
%& %'() *!+%)% (+ !'*-.+%& %'() +/!+%)% (+ !'*-.+
%& %'() +/!+%)% (+ ''0+*!)
En la Tabla 1 se muestran los valores de coeficiente deconductividad trmica y calor especfico de los materialesaislantes preseleccionados.
MATERIAL K (W/(mK)) Cp(KJ/(kgK))
Papel corrugado 0,039 1,9
Cartn 0,03 1,75
Poliestireno
expandido 0,040 1,2
Lana de vidrio 0,044 0,96
Tabla 1. Coeficientes de conductividad trmica y calor especficomateriales. [7]
2. Procedimiento para calcular el radio crtico deaislamiento
El radio crtico de aislamiento para un cuerpo cilndrico estadenotado por:
%,5689 (3)
Dnde:rc= radio crtico (m)k= coeficiente de conductividad trmica (W/m C)h= coeficiente de conveccin trmica (W/m2C)
3. Procedimiento para obtener la razn de prdida decalor sin aislante
En la ecuacin 4 se muestra la prdida de calor:
:; =?@A ?@ (4)>= BCD (5);
Dnde:EF: Coeficiente combinado de transferencia de calor en el tuboGH: IJKLexterior cuerpo del tanqueMN: OKPQKJLORJL SRQKJTUVUKExterior del tanque sin aislanteMWXY: OKPQKJLORJL LUJKZPor medio de este modelo se determina la cantidad de energaque se pierde en el tanque.
4. Procedimiento para calcular el espesor del aislante
Las ecuaciones 6, 7 y 8, respectivamente, muestran la prdidade calor en trminos generales, en el tanque sin aislamiento yel clculo del espesor, teniendo una prdida de 565,5 w sinaislante y fijando como parmetro una prdida mxima de 200w equivalente al 66 %.
:; [\][^_`ab]acdb (6)
:; [ef][ef
ghih]jkl`m `n o
pqk
(7)
%A % r (8)
5. Procedimiento para determinar la prdida de calorcon el aislante respectivo
A continuacin se describen las ecuaciones para determinarcul es la transferencia de calor correspondiente del tanque almedio, teniendo en cuenta el espesor de cada tipo de materialaislante.
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Los valores de R, en la ecuacin 6, corresponden a las
resistencias trmicas que tiene cada material para transferir
calor.
Los valores de las resistencias trmicas se calculan de la
siguiente manera:
s t)*u, 1 vfw (C/w) (9)
s !.x) yz jfo2"{D
|}~ $H
s ''+*!) `m`8
(C/w) (11)
st)*u,2 vm (C/w) (12)
s !)!' s4, sss4, (13);
Donde:
M@$: KPQKJLORJL Ky (40 C)M@Temperatura ambiente (10 C)E$, E: KTUVUKzOK K VzKVVUz Ky OLzRK LPZG$, &JKL SRQKJTUVUK Ky OLzRK LUSyLzOKZ$, : Coef. Transferencia de calor tanque y aislante.
La Tabla 2 muestra los resultados obtenidos a partir de la
ecuacin 3 hasta la ecuacin 13 y, con estos valores, se
determina el aislante trmico con el cual se va a recubrir el
tanque.
MATERIAL rc(cm)
:(w)SinAis
%(cm) Q (w)aislantePapel
corrugado0,195 565,5 11,21 200
Cartn 0,15 565,5 9,75 200
Poliestireno
expandido0,2 565,5 7,13 200
Lana de
vidrio0,22 565,5 5,5 200
Tabla 2 .Resultados mejor aislante.
El radio crtico arroja valores muchos menores comparados con
el radio 1 del tanque. Por eso, este valor no tiene relevancia en
el proceso de escoger el espesor de los aislantes ya que el radio
3 siempre ser mayor al radio crtico de diseo.
Los datos obtenidos arrojan que el mejor material aislante para
recubrir el tanque es la lana de vidrio, con un espesor de pared
mnimo de 5,5 cm de acuerdo con el parmetro de prdida de
calor fijado (200 w).
En la figura 5 se aprecia el aspecto fsico de cmo queda
finalmente el tanque despus de seleccionar el aislante
apropiado y su recubrimiento metlico. Las dimensiones
finales son:
Dimetro con aislante =510 mm
Longitud con aislante = 951 mm
Figura 5. Tanque con coraza y aislante
E. Construccin y montaje del tanque
al colector solar
Una vez se tienen todos los criterios de fabricacin (tipo de
aislante, dimensiones del cuerpo y posicin), se ha procedido a
construir y posteriormente ensamblar el tanque al captador
solar escogido, (calentador en envases PET traslucido, con
tubera galvanizada en paralelo) en la terraza del gimnasio de
la Facultad Tecnolgica de la Universidad Distrital Francisco
Jos de Caldas.
Desde la figura 7 hasta la 10, se muestra un registro fotogrfico
del proceso de fabricacin, pasando por la construccin del
tanque, la unin del recubrimiento trmico, el sellamiento del
tanque con su aislamiento y el montaje para sus respectivas
pruebas.
Figura 6. Fabricacin tanque.
En la figura 6 se muestra el proceso de rolado y abombado de
tapas. Se debe tener en cuenta las uniones soldadas para que as
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mismo no haya fugas y el funcionamiento del tanque sea eladecuado.
Figura 7. Cuerpo tanque.
En la figura 7, el cuerpo del tanque presenta un acceso delimpieza o handhole para realizar mantenimiento general yrealizar futuras inspecciones de desgaste del material porcorrosin. Segn norma que se sigue [6].
Las figura 8 y la figura 9 muestra el recubrimiento de la lana devidrio y su coraza protectora en lmina de acero calibre 14. Conesto, se garantiza que no queden espacios sin cubrir y quedenen contacto directo con la intemperie.
Figura 8. Montaje aislante (lana de vidrio)
Figura 9. Ubicacin carcasa y tapas laterales.
En la figura 10 se muestran tanto el tanque como el captadorfijos en la estructura que previamente se ha dispuesto para estefin. Esta estructura est construida a partir de un ngulo
estructural en L ASTM A36 de 2 x 3/8. El calentador seinstala con la instrumentacin necesaria para realizar laspruebas de funcionamiento: 3 termmetros de escala (-10 a 110C) o (20 a 220 F), que cumplen con la norma de EN-13190[8], ubicados a la entrada del tanque, salida del colector y salidadel tanque agua caliente; un manmetro y vlvula de alivio paragarantizar la seguridad del dispositivo al ser operado.
Figura 10.Ensamble, tanque, captador solar, instrumentos yaccesorios para su correcto funcionamiento.
F. Prueba de fugas tanque captadorsolar
Una vez realizado el respectivo ensamble, se deja el tanque conagua un tiempo de 3 das esto con el fin de verificar que no
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posea algn tipo de fugas que podra repercutir en el buen
funcionamiento del calentador solar, adems de verificar que el
captador solar este en buen estado y este no presente ninguna
dao o deterioro entre sus componentes.
III. Ensayo del rendimiento del tanque en la
conservacin de la temperatura
A continuacin, se menciona el procedimiento de cmo se
realizaron las pruebas para verificar qu tan eficiente es el
tanque, tomando el procedimiento, la obtencin de datos y
posteriormente su interpretacin.
A. Descripcin del ensayo
Una vez realizado el ensamblaje del tanque con el captador
solar y elaborado la verificacin de cero fugas, se procedi a
tomar datos de temperatura y presin durante una semana
(contemplada desde el 25 de marzo del 2015 al 1 de abril del
2015), teniendo tres horas establecidas: en la maana a las 7:30
a. m., medioda 12 m., y tarde 5:30 p. m. con el fin de corroborar
y realizar un consolidado de los datos para verificar si laconstruccin del tanque y el procedimiento que se llev a cabo
corresponden con el fin ltimo, esto es, mantener la
temperatura del agua ms elevada para consumo domstico.
B. Datos obtenidos
Los datos observados son los das en los que se realiz el
ensayo que comprende el periodo desde 25 de marzo al 1 de
abril del 2015, donde se establece la temperatura ambiente del
da y la presin manomtrica registrada por el instrumento
instalado.
DIA
TEMPERATURA
Pm7:30
a.m.12:00 m. 5:30 p.m.
Ta
in out In out In out
da 133
30 44 41 36 33 16 3,8
da 22
825 43 40 34 31 14 3,8
da 330
27 44 41 33 30 13,6 3,8
da 429
26 43 40 36 33 17 3,8
da 532
29 41 38 38 35 15 3,8
da 62
825 42 39 35 32 13,5 3,8
da 731
29 45 42 33 30 14 3,8
da 83
031 43 40 37 34 16 3,8
Tabla 2. Datos obtenidos experimentalmente.
C.
Anlisis de resultados
En las grficas 1 y 2, se evidencia la variacin de temperatura
durante los das evaluados, teniendo en cuenta la franja horaria
en la que fueron tomados los datos (7:30 a. m., 12 m., 5:30 p.
m.). Se observ que la temperatura ms alta obtenida es a las
12 m., y que este efecto se produce a la entrada y salida del
tanque. Por el contrario, las temperaturas ms bajas se registran
a las 7:30 a. m. debido a las condiciones ambientales que a esahora de la maana se tienen.
Grfica 1. Comparacin de temperatura a la entrada tanque de las treshoras establecidas.
Grafica 2. Comparacin de temperatura a la salida del tanque de lastres horas establecidas.
La franja horaria de 5:30 p. m. muestra un comportamiento
promedio respecto a las otras temperaturas y franjas horarias
evaluadas, y es la ms estable en el proceso de recoleccin de
datos.
Por lo anterior, el tanque presenta variaciones de temperaturamenores a 5 C a la entrada y salida del dispositivo, y las
temperaturas del dispositivo entre las horas de la noche y la
maana estn por encima de los 28 C, por lo que el tanque
presenta un rendimiento del 72 %.
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IV. Costos
En la Tabla 3, se mencionan los costos de ejecucin delproyecto en trminos generales.
COSTOS TANQUE
Elemento und costo unidad costo total
fabricacin (comprende rolado
de lmina ,abombado de
tapas, soldadura, entradas de
tubera, handhole y pintura
epxica )
1 1!"#""" 1!"#"""
$olado tapa exterior,
aislamiento t%rmico, tapas
laterales con a&u'eros salida
tubera
1 1""#""" 1""#"""
accesorios(comprende lo ue
es acoples tubera, tubera,
platinas de su'ecin tanue,
tornillos, soldadura ,limpiador,
tefln ,silicona, brocas,
lulas de salida, todo
mane'ado en tubera de 1/*+)
1 1*"#""" 1*"#"""
nstrumentacin(comprende lo
ue son termmetro, lulaaliio de presin, manmetro)
1 1-"#""" 1-"#"""
pintura (acabado final)latas de
.!"ml* .#""" 1-#"""
transporte y otros 1 *!#""" *!#"""
total $ 571.000
Tabla 3. Costos ejecucin proyecto.
De lo anterior, el costo neto de la construccin del tanque es de$ 370.000 por lo que econmicamente es factible para su
posible comercializacin. Los otros costos se deben a que eltanque debe tener pruebas de funcionamiento, pero dichainstrumentacin no es vital para que el tanque pueda estaroperando. El costo total es de $ 571.000 y resulta mseconmico al compararlo con uno comercial est en promediode $ 900.000.
V. Conclusiones
El captador seleccionado funcion de manera adecuadadebido a que la temperatura del agua entregada a la entradadel tanque tuvo un promedio de 41 C; sin embargo, este
valor sigue siendo bajo para las expectativas de operacin. El tanque present un comportamiento ptimo debido a
que no hubo disminucin en la temperatura por encima delos 5 C, importante sobre todo en la franja de la tarde a lamaana del siguiente da. El rendimiento del tanque es de72 %, por lo cual se recomienda tomar ms datos parapoder obtener un mejor rendimiento del mismo.
El tanque, a pesar de no tener inspecciones que afectan elfactor de seguridad, cumpli con las pruebas hidrostticas,
porque las presiones al interior del recipiente estuvieronsiempre dentro de los valores de diseo; adicionalmente eltanque no presento ningn tipo de fugas.
Se evidencia que la lana de vidrio presenta una prdida decalor mucho menor con respecto a los otros materialesaislantes escogidos; papel corrugado, cartn y poliestireno
expandido, teniendo como espesor de material 5,5 cm conuna prdida mxima de calor de 200w, que 66 % de laprdida de calor total sin aislante.
Se debe tener en cuenta que este tanque funciona con unreservorio que en este caso es el sol y no cumple con lascondiciones de fidelidad, es decir, cuando hay das opacos,lluviosos u otros el sistema no va a recibir las mismascantidades de energa que cuando hay un da soleado.
El valor del tanque construido es relativamente bajo conrespecto a los que se encuentran en el mercado, obteniendouna disminucin en costo del 37,5 %, adems ningntanque comercial cuenta con acceso o handhole paramantenimiento o limpieza del mismo; con lo cual da un
valor agregado en su fabricacin. Con la experiencia ganada en la construccin y elaboracindel tanque y ensamble de captadores solares se concluyeque es una buena opcin seguir en la investigacin demtodos ms elaborados que permitan mejorar elfuncionamiento de estos y se d utilizacin a nuevosmateriales para la fabricacin de los colectores seguir conel buen aprovechamiento de la energa solar.
Agradecimientos
- A la universidad distrital francisco Jos de caldas porsu valiosa colaboracin en la adecuacin de espaciosy ejecucin de los procesos educativos.
- Al semillero de energas alternativas (SEA) por sugran esfuerzo en el trabajo investigativo realizadohasta el momento sobre calentadores solares yaprovechamiento de energa solar.
- Al tutor, y director German Lpez Martnez quien fuepersona indispensable para llevar a cabo y culminar laetapa de investigacin y desarrollo de dicho proyecto.
-Referencias
[1] Asme, Seccin VIII Div. 1, 2011.
[2] Asme, Seccin II Div. 1, 2011.
[3] Asme, Seccin VIII Div 1 UW, 2011.
[4] Asme, Seccin VIII Div. 1 UG, 2011.
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7/25/2019 Diseo de Un Tanque de Almacenamiento de Agua Caliente Sanitaria, Utilizando Materiales de Bajo Cost
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Scientia et Technica Ao XX, Vol. 20, No. 3, Septiembre de 2015. Universidad Tecnolgica de Pereira. 233
[5] A. G. Meja y C. A. Reyes, Memoria, clculo, seleccin yanalisis numrico de un repiente a presin de 600 ft3 decapacidad, Mexico D.F., 2008.
[6] Asme, Seccion VIII Div. 2, 2011.
[7] Y. A. Celgel, Transferencia de Calor y Masa, Mexico :
Mc graw Hill, 2007.
[8] EN-13190, (Mechanical temperature measuringinstruments).