Termas dimensionamiento.5
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN CENTRO DE ENERGIAS RENOVABLES
CER – EE
CURSO
“TERMAS SOLARES” TEMA: “CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO”
Expositor: Mg. Gonzalo Chávez Oblitas
Octubre 2014
CONTENIDO
Antecedentes
Niveles de radiación en los principales departamentos del Perú
Partes principales de la terma solar tradicional
Colector, tipos, partes y función
Tanque termo, arquitectura, partes y función
Cálculo del colector
Ejms. de cálculo del colector (caso práctico 1; caso práctico 2)
Dimensionamiento del tanque termo
Aislante térmico
Forro del tanque termo
Ejms. de dimensionamiento del tanque
Tanque mixto solar - eléctrico
ANTECEDENTES
La energía Solar la tenemos millones de años y estará presente, millones
mas. El sol recién se ha consumido en un 10%.
La radiación solar se mide en Kw/m2 y se la expresa en promedio diario
de Kw-h /m2. En Arequipa se llega a registrar hasta 900 w/m2 y en
promedio se usa 7,0 Kw-h/m2 para el cálculo del colector solar.
La energía solar se transforma en Calor y Electricidad. La conversión en
calor es la que logramos en el colector; la transformación en electricidad
es con las celdas fotovoltaicas.
En el Perú el departamento que tiene mayor radiación solar es Arequipa
seguido de Puno, Ayacucho, Cajamarca etc. la gran ventaja que presenta
esta Zona sur es que la mayor parte del año esta con sol (96%).
La experiencia de calentar agua con la energía solar es tan antigua como el
hombre, pero usar principios de la física para hacer este procedimiento
continuo es lo que hace eficiente a un sistema de calentamiento de agua,
así mismo innovar con nuevas técnicas y materiales
NIVELES DE RADIACION SOLAR EN
EL PERU (Kw-h/m2)
PARTES PRINCIPALES DE UNA TERMA SOLAR
EFECTO TERMO SIFON
NO OCURRE EL EFECTO TERMO SIFÓN
COLECTOR SOLAR (panel)
Es la parte mas importante de la terma solar, de su calidad y buena construcción depende la eficiencia de la terma solar.
Su función es la de transformar la radiación solar en energía calorífica
Como elemento de ingeniería mecánica viene hacer un intercambiador de calor, existen varios diseños
Los antiguos se fabricaban de fierro negro, luego de tubos galvanizados, luego hubo un tiempo que se los hacia de PVC, pero el cobre es el material ideal para su fabricación.
Para termas solares de grandes dimensiones el tipo Serpentín da buenos resultados.
Este intercambiador tipo serpentín o el de tubos paralelos va contenido en una caja metálica, de madera o de concreto, un aislante térmico y un vidrio por la parte superior.
A mayor área de colector mas calentamiento del agua, se recomienda realizar un adecuado cálculo del área. En m2.
COLECTOR SOLAR DE PLACAS
PLANAS
COLECTOR TIPO SERPENTIN
CALCULO DEL COLECTOR SOLAR
E = m Cp (Ts – Ti)
E = Energía en KJ
m = masa Kg.
Cp = Capacidad calorífica del agua 4,18 KJ/Kg ºC
Ts = Temperatura de salida
Ti = Temperatura de ingreso
Ejm. Cual es la energía para calentar 120 litros de agua de
15 ºC hasta 40 ºC.
E= 120 x 4,18 (25)
E = 12 540 KJ
CALCULO DEL AREA DEL COLECTOR
A = E / 3 600 R e
A = Área en m2
E = Energía KJ
R = Radiación KW-h /m2 …. Arequipa = 7 KW-h
e = Eficiencia (0,5)
A = E / 12 600 (m2) solo para Arequipa.
Ejm. Para calentar los 120 litros de 15 a 40 ºC ¿Qué área se
requiere de colector?
A = 12 540 / 12 600
A = 0,99 m2 = 1 m2
Ejm. Caso practico 1: Casa residencial s.s.e. “A”
Una familia de 5 miembros habita una casa con tres baños e
instalación de agua caliente en el lavadero de la cocina,
todos los miembros acostumbran tener un baño diario.
1.- Determinar la capacidad de la terma:
Consumo moderado: 20 l/persona
Consumo normal: 30 “
Consumo extra: 40 “ ……… * se escoge
Consumo en la cocina 40 litros
Consumo diario = 5 x 40 + 40 = 240 litros
Ejm. Caso practico 1: Casa residencial s.s.e. “A”
2.- Determinar la cantidad de energía para calentar el agua
de 10 ºC a (20, 30, 40, 50 ºC) se escoge 50 ºC.
E = m Cp (Ts – Ti)
E = 240 x 4, 18 x (40)
E = 40 128 KJ.
3.- Determinar el área de colector
A = E / 12 600
A = 40 128 / 12 600
A = 3,18 m2 …………………….. A = 4 m2
Ejm. Caso Practico 2 Casa modesta s.s.e. “C”
Se tiene una vivienda familiar de un solo baño y habitan 5 miembros, la
instalación de agua caliente es solo para el baño.
1.- Determinar la capacidad de la terma:
Consumo diario = 20 litros x 5 personas = 100 litros.
2.- Determinar la energía para calentar estos 100 litros de 10 ºC
hasta (20,30,40,50 ºC) ….. 40 ºC
E = 100 x 4,18 x (30)
E = 12 540 KJ
3.- Determinar el área del colector
A = E / 12 600
A = 12 540 / 12 600
A = 0,99 m2 ……………….. A = 1 m2
Caso Practico 3: Propuesto
Un hotel de 20 habitaciones y 30 camas, requiere contar con agua
caliente con energía solar, el servicio debe ser confiable y deberá contar
con agua caliente las 24 horas. Según el propietario habrá momentos
donde todas las duchas estén siendo utilizadas (10 duchas).
1.- Determinar la capacidad
2.- Determinar la energía
3.- Determinar el área del colector.
TANQUE TERMO
CAPACIDADES DEL TANQUE TERMO
1.- Existen capacidades nominales en litros como:
60 litros
90 “
120 “
160 “
240 “
500 “
2.- Las planchas metálicas vienen comercialmente de 1,20 m de ancho,
al rolar estas se obtiene una circunferencia de 38 cm. Por lo tanto por
la formula de Volumen de un cilindro se tiene: 2
V = (0,38) * π * H ---------------------------------------
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CAPACIDADES CON D/H
TANQUES CILINDRICOS Y ESFERICOS
CALCULO DEL ESPESOR DEL TANQUE
1.- Por resistencia de materiales resulta 1 a 1,2 mm.
2.- Por facilidad del proceso de soldado se emplea plancha
de 2 mm. Inoxidable.
Si se emplea plancha negra comercial se deberá usar
como mínimo el espesor de 1/8” = 3 mm.
3.- Normalmente se debe contemplar el vacio que se puede
originar en un corte de agua, el tanque falla.
MATERIALES DE FABRICACION
1.- Los tanques interiores se han venido fabricando por años de plancha
negra y luego se le daba un tratamiento como el zincado.
2.- Algunos tanques se les colocaba ánodos de sacrificio.
3.- Existen revestimientos interiores como la fibra de vidrio, porcelanas,
etc. Todos ellos para evitar la corrosión.
4.- Los tanques de acero inoxidable 304 son los que han dado resultados
satisfactorios a un precio razonable, son los que en la actualidad se
viene usando. El tiempo de vida esta sobre los 20 años.
5.- La recomendación es que el proceso de soldadura sea con el proceso
TIG para evitar que la plancha se oxide el momento de soldar.
AISLANTES TERMICOS
1.- A lo largo del tiempo se han venido usando diferentes materiales,
antiguamente se usaba lana de oveja, pelo de vaca, cascara de arroz, en la
actualidad tenemos fibras especiales como la lana de vidrio que es un buen
aislante.
2.- Teóricamente no existe aislante ideal, siempre existirá fuga de calor
al exterior.
3.- Una recomendación es no comprimir la fibra, dado que la puedes
hacer trabajar como conductor, hay que respetar su densidad.
4.- Como investigación se debe conseguir un tanque con aislante de
vacio para aumentar la eficiencia.
TERMAS MIXTAS SOLAR-ELECTRICAS
OTRAS APLICACIONES DE LA
ENERGIA SOLAR
Secadores Solares para alimentos
Cocinas y hornos solares
Tratamiento de agua potable por destilación solar
Generación de vapor para procesos.
Colector solar paraboloide para fundición
Climatización de ambientes (viviendas)
Refrigeración solar
Calefacción de casas por las noches
Generación termosolar de energía eléctrica.
Temperado de piscinas
Invernaderos de temperatura constante para flores
Etc.
NORMALIZACION
REVISION DE LAS NTP
EXPOSICION DE GRUPOS DE 2 ALUMNOS:
NTP 399.482 2007: Sistemas de Calentamiento de Agua con
Energía Solar. Procedimiento para su instalación eficiente.
NTP 399.404 2006: Sistemas de Calentamiento de Agua con
Energía Solar. Fundamentos para su dimensionamiento
eficiente.
NTP 399.400 2001: Colectores Solares. Método de ensayo para
determinar la eficiencia de los colectores solares.
TEMAS DE INVESTIGACION
1.- Sistema de calentamiento termo solar de agua industrial a razón
de 500 litros/hora (8 horas día) Tagua ingreso = 20 ºC
Tagua salida = 50 °C, con colectores planos.
2.- Sistema de calentamiento termo solar de agua industrial a razón
de 200 litros/hora (8 horas día) Tagua ingreso = 20 ºC
Tagua salida = 90 °C, proponga el tipo de colector.
3.- Sistema de desalinización de agua 500 litros/dia con energía
solar
4.- Calefacción termo solar con serpentín para piso radiante de
vivienda rural (Caylloma) 40 m2 Tambiente= 0 ºC; Tcasa
noche = 20 °C
5.- Temperado de piscina de 6mx4mx2m en Challapampa Arequipa.
6.- Diseño de terma solar de 240 litros para la ciudad de Puno.
7.- Tema libre propuesto por el alumno.
SE PIDE:
1.- Titulo
2.- Objetivos
Objetivo general
Objetivos específicos
3.- Hipótesis
4.- Alternativas de solución
Alternativa conveniente
4.- Determinación de tus variables
Formulas y ecuaciones
5.- Diseño y resultados
6.- Análisis de costos o impactos como el Social, medio ambiental y la sostenibilidad.
7.- Conclusiones
Bibliografía
Planos
Anexos
Tres requisitos para el tema de una investigación
COPIMERA 2013 (Santa Cruz)
1.- Contribuir para atenuar el efecto invernadero
2.- Contribución al sector social mas necesitado
3.- Sostenibilidad económica en el tiempo
Tema propuesto: