terma solar nuevo original

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Influencia del diámetro de tubos de PVC en el diseño de termas solares para la captación de calor Díaz Avalos,Hugo- [email protected] Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental Universidad Nacional de Ucayali Pucallpa - Perú Resumen. En el presente trabajo se diseña, optimiza y construye una terma solar con materiales reciclables para uso doméstico. Como captador se adiciona una pequeña plancha de calamina galvanizada a los tubos de plástico de polietileno que forman la parrilla del colector. La terma prototipo ha permitido disponer unos 4 litros de agua caliente en el orden de 36º C promedio durante el día y 30ºC en a media noche evaluados durante los días de invierno donde la temperatura durante la noche es del orden de 15º C. El trabajo de investigación surge como parte del desarrollo tecnología de educación en la Universidad Nacional Ucayali, mediante el curso de Metodología de la Investigacion para la Ingeniería Ambiental por el desarrollo educativo con beneficios a la población de bajos recursos, con la finalidad de fomentar valores ecológicos, la cultura reciclaje y la eficiencia energética se ha construido 1 terma Prototipo para la población de las localidades con bajas temperaturas. 1

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Microsoft Word - TERMAS SOLARES RECICLABLES Janampa

Influencia del dimetro de tubos de PVC en el diseo de termas solares para la captacin de calor

Daz Avalos,[email protected] de Ciencias Forestales y AmbientalesEscuela Profesional de Ingeniera AmbientalUniversidad Nacional de UcayaliPucallpa - Per

Resumen. En el presente trabajo se disea, optimiza y construye una terma solar con materiales reciclables para uso domstico. Como captador se adiciona una pequea plancha de calamina galvanizada a los tubos de plstico de polietileno que forman la parrilla del colector. La terma prototipo ha permitido disponer unos 4 litros de agua caliente en el orden de 36 C promedio durante el da y 30C en a media noche evaluados durante los das de invierno donde la temperatura durante la noche es del orden de 15 C. El trabajo de investigacin surge como parte del desarrollo tecnologa de educacin en la Universidad Nacional Ucayali, mediante el curso de Metodologa de la Investigacion para la Ingeniera Ambiental por el desarrollo educativo con beneficios a la poblacin de bajos recursos, con la finalidad de fomentar valores ecolgicos, la cultura reciclaje y la eficiencia energtica se ha construido 1terma Prototipo para la poblacin de las localidades con bajas temperaturas.

Palabras-clave: Termosifn, Reciclable, colector

1. INTRODUCCIN

El presente trabajo de investigacin surge como parte el curso de Metodologa de la Investigacin de la Escuela Profesional de Ingeniera Ambiental en la Universidad Nacional Ucayali. Como parte de los objetivos se consigui agua caliente de baja temperatura para diversos grupos de familias de localidades en donde las temperatura son muy bajas. Mediante la construccin de esta terma con la participacin de estudiantes universitarios de la UNU, se incentiv valores ecolgicos como el reciclado y uso eficiente de la energa disponible.

De la creciente demanda de energa y el consecuente deterioro del medio ambiente, surge la urgente necesidad de seguir no slo buscando nuevas formas de energa, como las fuentes de energa alternativa (energas renovables), sino hacer un uso eficiente de la energa para garantizar el desarrollo sostenible medioambiental (Cernergia, 2003).

Ucayali posee un potencial energtico solar importante, por lo que va incrementndose el uso de las tecnologas solares trmicas y fotovoltaicas (Serrano, 2004), en las aplicaciones trmicas, se han diseado una variedad de modelos de termas solares para uso industrial o comercial, pero que sin embargo hay una escasa cantidad de unidades instaladas sobre todo en el sector familiar domstico.

En este trabajo se construy termas solares de baja temperatura para uso domstico familiar que utiliza materiales reciclables como tubos de PVC 3 diferentes dimetros utilizados y desechados en el sector construccin civil. Para el flujo del agua se utiliz 7 tubos de plstico de 40 cm cada uno), que se caracteriza por ser flexible, resistente a la degradacin UV, es atxica y tiene una vida til de 50 aos. El uso de materiales reciclados ha permitido desarrollar programas de sensibilizacin de la poblacin beneficiaria para fomentar una cultura ecolgica, como reciclar y reusar materiales, as como el disponer de agua calienta exige una cultura de uso eficiente de la energa y del agua a nivel de las familia.

La terma solar diseada se basa en el efecto termosifn, donde el colector de forma de parrilla se construye con los tubos de plstico pintados de color negro que se adiciona calamina galvanizada y se ha logrado disponer de 1 litro de agua caliente con una temperatura de 30 C promedio para una radiacin 4.1 kWh/m2, estimada en ciudad de Pucallpa entre las 10 a.m. y 2 p.m-.El uso de tubos de PVC en el diseo de termas solares fue iniciado en Brasil en el ao 2002 por Jos Alano (Alano, 2004), en la que usa botellas PET de 2L como cubierta de los tubos PVC y colectores de cajas de cartn negro, como diferencia nuestra propuesta utiliza papel de aluminio reciclado.

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2. MATERIALES Y METODOS

2.2 Ubicacin :

La realizacin de los trabajos de ensamblaje de los materiales para la posterior construccin de las termas se realizaron en el Jr. Mariscal Castilla #665, en un azotea sin techo, al aire libre, en donde aprovechamos el lugar para el pintado de los tubos de PVC, su posterior secado y para hacer las pruebas trmicas de absorcin de calor de los 3 prototipos ya que el sol daba en forma directa los mismos.

2.3 Metodologa:

La terma solar diseada se basa en el efecto termosifn, donde el colector de forma de parrilla se construye con los tubos de plstico negro HDPE a los que se adiciona placas de las latas de aluminio como aletas y cada parrilla se cubre con las botellas PET para generar el efecto invernadero, se ha logrado disponer de 50 litros de agua caliente para los meses de invierno de 36 C promedio para una intensidad de radiacin media de 587W/m2entre las 10 a.m. y 2 p.m; La evaluacin trmica de la terma se basa los protocolos de evaluacin de colectores solares, en la que se caracteriza la eficiencia del colector, el coeficiente de prdidas y la temperatura de calentamiento mximo del agua.

2.4 Procedimiento

2.3.1 Para Tubos de PVC con de Dimetro:

1 Paso:

Con una Sierra:

-Se cortaron 7 tubos de PVC de de 50 cm cada uno.-Se cortaron 4 tubos de PVC de 2 de 20cm cada uno.-Se cortaron 4 tubos de PVC de de 15 cm cada uno

2Paso: - Se piezaron con coditos (uniones) a cada tubo de los 7 tubos de PVC de 50cm, dndoles forma de serpentn

-Se piezaron con coditos (uniones) a los 5 tubos de 30cm, dndoles forma de serpentn -Se colocaron los 4 tubos de de 15 cm de longitud, dentro de los 4 tubos de 2 con 10 cm de longitud, y se los une con coditos(uniones) a los 4 tubos de 10 cm, dndoles forma de serpentn

2.3.2 Para Tubos de PVC con 1 de Dimetro:Primer Paso:

-Se cortaron 5 tubos de PVC de 1 de 30 cm de longitud cada uno.

Segundo Paso:

- Se piezaron con pegamento a los coditos (uniones) con los extremos de los 5 tubos de 30cm, dndoles forma de serpentn

Tercer Paso:

-Con un spray negro, la estructura armada quedo pintada de negra.

Cuarto Paso:

-Se tom una botella grande(3lts) y se le hizo 2 agujeros, dos de ellos en una misma cara de la botella, pero a diferente nivel de altura, uno casi a 7 cm de llegar a la boquilla de la botella, y el otro a 7 cm de llegar a la base de la misma.

Sexto Paso:

-Se corto una manguera de1,20 m para la entrada del agua proveniente de una red pblica de agua potable, conectada al grifo y el otro extremo al inicio de la terma.-Se corto 40 cm aproximadamente donde saldr el agua ya caliente

Quinto Paso:

-Se procedi a colocar la terma expuesta a los rayos del sol.

2.3.3 Para tubos de PVC de 1, combinado con tubos de PVC de :

Primer Paso:

-Se cortaron 4 tubos de PVC de 1 de 15 cm de longitud cada uno.-Se cortaron 4 tubos de PVC de 1/2 de 10 cm de longitud cada uno.

Segundo Paso:

- Se piezaron con pegamento a los coditos (uniones) con los extremos de los 5 tubos de 30cm, dndoles forma de serpentn.

Tercer Paso:

-Con un spray negro, la estructura armada quedo pintada de negra.

Cuarto Paso:

-Se tom una botella grande(3lts) y se le hizo 2 agujeros, dos de ellos en una misma cara de la botella, pero a diferente nivel de altura, uno casi a 7 cm de llegar a la boquilla de la botella, y el otro a 7 cm de llegar a la base de la misma.

Sexto Paso:

-Se corto una manguera de1,20 m para la entrada del agua proveniente de una red pblica de agua potable, conectada al grifo y el otro extremo al inicio de la terma.-Se corto 40 cm aproximadamente donde saldr el agua ya caliente

Quinto Paso:

-Se procedi a colocar la terma expuesta a los rayos del sol.

Parrilla. Consta de una parrilla de 7 tubos plstico de PVC de pulgadas de diametro, y 40 cm de longitud unidos a por codos correlativamente en forma de serpentn.

5cm40 cm Curvas de flujo espectral de la radiacin emitida por un cuerpo negro a diferente temperatur

2.4 Esquema del acabado y la instalacin. El soporte sobre la que reposa el tanque de almacenamiento es una estructura triangular de madera

60cm38cmRedUso60cm50cm140cm54.7cm48cm23

Figura 5- Esquema del acabado e instalacin de la terma solar casera

3 RESULTADOS

El tanque de almacenamiento de agua caliente se encuentra a una altura igual que el extremo superior del colector. La cantidad de agua disponible es de 50lit que se calienta por efecto termosifn, el de suministro de agua fra est conectado a la red.

Variacin de la temperatura de salida del agua de las 3 diferentes prototipos de termas.

Tabla 1.Resultados Obtenidos Registrados NumricamenteHoraTC Amb.TC Salida del Tanque(agua fria)TC en Entrada al tanque(agua caliente

09:00 a.m.252325

09:30 a.m.252426

10:00 a.m.252426

10:30 a.m.252426.5

11:00 a.m.2624.526.6

11:30 a.m.2624.527

12:00 a.m.26.524.528.5

12:30 a.m.27,524.528.5

01:00 p.m.2824.529.5

01:30 p.m.2924.530

02:00 p.m.3024.530

02:30 p.m.292430.5

03:00 p.m.292430

03:30 p.m.292430

04:00 p.m.282430

Tabla 2. Magnitudes determinadas para el clculo de la eficiencia de la terma solar

MagnitudValor

Masa del agua: m50 Kg

Calor especfico del agua Cp4186 J/kgoC

Temperatura inicial del agua: T136.6 oC

Tabla 3. Magnitudes determinadas para el clculo de la eficiencia de la terma solar

CARACTERSTICAVALOR

Calor perdido: Qp517.4 Wh

Temperatura inicial T136.4 OC

Temperatura final T227.5 OC

Temperatura ambiente: Tamb15 OC

Tiempo de enfriamiento: t8h

Prdida de calor: R3.2 W/oCm2

4 DISCUSION

La terma solar construida es una alternativa simple de obtencin de agua caliente para uso domstico familiar, son de autoconstruccin, con materiales reciclados de fcil acceso y de resultados trmicos apropiados para uso sanitario de 3 a 4 personas. El costo aproximado de la terma est en el orden de 30 nuevos soles, y si se desea de mayor tamao, tendr un costo ms elevado.

La terma solar presenta una eficiencia media de 36.23% para una intensidad deradiacin solar media de 585W/m2, menor en comparacin a la eficiencia de termas de placas cuya eficiencia media puede alcanzar valores de 60% a 95% (Quinteros, 2012) , sin embargo es importante considerando los materiales reciclados utilizados.

El coeficiente de prdida de la terma resulta 3.4W/oCm2, mayor en comparacin a termas de alto aislamiento que muestran un coeficiente de prdida de 1 - 2 W/Cm2 (Orbegozo y Arivilca, 2010). Por otro lado el factor global de prdidas (UL) de colectores sin cubierta est en el orden de 15 a 25 W/Cm2 (Placco,et al) de colectores con cubierta simple esta alrededor de 7 W/Cm2, en el caso de la terma desarrollada queda por determinar el coeficiente global de prdidas para caracterizar el comportamiento global de la terma.La terma solar de materiales reciclados, nos permite disponer 50L de agua caliente a 36oC durante el da y 27 C durante la noche, valores medidos durante los das de invierno en la ciudad de Ayacucho.Se construyeron e instalaron 10 termas para igual nmero de familias de la localidad de San Melchor, Ayacucho. A travs de la construccin y uso de las termas solares se ha desarrollado la educacin ambiental no formal orientada al uso y manejo de las tecnologas ecolgicas solares y en la cultura de respeto al Medio Ambiente.

El efecto termosifn funciona muy bien y en verano la temperatura del agua llega a 45 celsius. El tanque conserva el calor bastante bien, inclusive a medianoche aun es necesario mezclar con agua fra para darse una confortable ducha. Creo que en invierno la temperatura debe llegar a 25 C, ya les contar en tres meses (Blatter,2010).

(Tyler,2010) En la regin Arequipa, la disponibilidad elevada del recurso solar, las bajas temperaturas y la adherencia cultural en la utilizacin de la energa solar, favorecen la diseminacin del uso de los sistemas de calentamiento solar. El uso de la energa solar trmica en la ciudad de Arequipa se limita al calentamiento de agua a baja temperatura, muy conveniente para el consumo de los sectores residencial y comercial. Siendo el sector residencial el principal mercado a corto y mediano plazo, seguido por el sector comercial.

El aprovechamiento de la energa solar trmica en la ciudad de Arequipa se dio desde las culturas preincas y se intensific con la llegada de los espaoles en 1534 d.C. Ya en las culturas precolombinas se calentaba el agua en tazones y cajas hechas de arcilla y piedra. El solo hecho de colocarlos al Sol significaba tener agua caliente.

En los calentadores solares la mayor parte de los costos es debido a la inversin inicial. Los costos de operacin son bajos, por lo tanto la economa resultante debe ser usada para pagar la inversin inicial. En el caso de Arequipa la tecnologa de calentadores solares es altamente competitiva a los calentadores convencionales.

La industria fabricante de colectores solares de Arequipa, ha tenido dificultades tcnicas y financieras para diseminar la tecnologa solar trmica, que inicialmente estaba constituida por pequeas empresas que fabricaban estructuras metlicas y de poca tradicin en el desarrollo tecnolgico de colectores solares. La difusin de la tecnologa es perjudicada en gran medida por la falta de conocimiento del desempeo de los equipamientos.

El avance tecnolgico de los colectores solares y tanques trmicos pueden ser analizados por las eficiencias energticas y desempeos trmicos de los productos. Los mismos tendran que ser evaluados en un centro de investigacin, creado especialmente para dar apoyo al desarrollo de las tecnologas termosolares en el pas y debera estar equipado con tecnologas de ltima generacin que atiendan normas de evaluacin nacional e internacional. Los fabricantes de esta forma se capacitan para exportar productos que posean certificacin internacional.

El control de la calidad de los SCAES debe ser dirigido por programas pblicos de eficiencia energtica, estimulando a los fabricantes a buscar etiquetados y sellos de calidad. Al incorporar estos programas de certificacin a las industrias, se acreditan a participar en licitaciones pblicas y financiamiento, permitido solo para las que tengan control de calidad de sus productos.

5 BIBLIOGRAFIA

(Dickson.2008). Manual sobre la construccin e instalacin de calentadores solres con materiales reciclados. Brasil CENTRO DE CONSERVACION DE ENERGIA Y DEL AMBIENTE

(CERNERGIA. 2003). Diagnstico de la situacin actual del uso de la energa solar y elica en el Per.

(Orbegozo; Arivilca. 2010). Energa Solar Trmica. Manualtcnico para termas solares. Green Energy Consultora y ServiciosSRL.

(Placco; Saravia; Cadena.2011). Colectores solares para agua caliente INENCO, UNSa CONICET. Salta- Argentina Quinteros, D,S. 2012. Estudio de la eficiencia del sistema solar trmico en el barrio San Valentn, Comuna de lo Prado.Tesis para optar al ttulo de Ingeniero Fsico Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ciencia Departamento de Fsica Santiago Chile.

(Duffie; Beckman;1991). Solar Engineering of Thermal Processes. 2da.Edicin Wiley-Interscience, New York. Serrano, P. 2004.Transferencia de tecnologas para energas renovables. Conceptos y modelos metodolgicos.Seminario Internacional Sobre Energa Solar Medio Ambiente y Desarrollo. Cuzco

ANEXOS.

Fig 1. Se mide 40cm de longitud Fig 2.Cortar 7 tubos de PVC de 40cm de los tubos de pvc de .cada uno.

Fig 3.Se procede a pegar los tubos de 40 cm con coditos de pulgada.

Fig 4.Finalmente se pintara la estructura en forma de serpentn