Proyecto Equipo Solar Térmico por Termosifón

Calentador Solar Térmico

“Proyecto Equipo Solar Térmico Por Termosifón”



I.E.S El Calero
2º de electricidad


Índice:

Descripción del prototipo.



Boceto.



Croquis.



Plano de despiece acotado.



Pliego de condiciones:

- Características técnicas de materiales.
- Operadores eléctricos, electrónicos y mecánicos.
- Medidas de Seguridad en la instalación.
- Condiciones de funcionamiento.


Planificación del desarrollo del prototipo.


Relación con contenidos curriculares; bloques de contenidos de las diferentes materias.


Reglamento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE 2007).


Bibliografía.









Descripción del prototipo.

Esto es un prototipo de un calentador solar térmico por termosifón que se va a intentar construir con materiales reciclados como por ejemplo: serpentín de una nevera, depósito de gasolina, madera sobrante de alguna carpintería. Para hacerlo se ha de investigar varios tipos de colocación de los componentes que forman a este. Se intentará hacer lo mejor posible para llegar a poder conocer el sistema de calentador solar.
PASO 1: Decidir si lo quiero hacer.
Pensar en la necesidad de obtener agua caliente de forma económica y gratuita, investigando las posibilidades de realizarla de forma adecuada y de buena calidad.
PASO 2: Entender como funciona.
1. Principios básicos de la física de un calentador solar:
El aire y el agua son malos conductores del calor, sin lo embargo absorben fácilmente; esto es: cuando están en contacto con una superficie más caliente o más fría sólo cambia de temperatura la superficie cercana a donde esta varía, por ejemplo: los refrigeradores comerciales que tienen dos vidrios en planos paralelos, dejando un espacio de aire entre ellos evitando que el frío salga. O aquellos que están en los supermercados abiertos en la parte superior aprovechando que el aire frío siempre está en las superficies más bajas.

a) Principio de convección:
Tanto el aire como el agua absorben el calor por contacto pero cualquiera de ellos debe estar en movimiento para transmitir la temperatura, como en el caso de los intercambiadores de calor, o los refrigeradores actuales que cuentan con un ventilador para mantener el frío.

Utilizando la convección en un calentador solar la temperatura máxima del que he obtenido a la salida de un colector es de 65°C

b) Efecto invernadero
El efecto invernadero es tan fácil como que el calor solar que entra a un lugar cerrado, se mantiene porque al no circular el aire, este no se disipa: Ej. el automóvil cerrado al rayo del sol tiene una temperatura superior a la del medio ambiente.

El panel del calentador solar está cubierto con un vidrio que permite la entrada de la luz solar, pero evita que el aire, por lo que la temperatura al interior de la caja del calentador solar es mayor que la del medio ambiente.

c) Vasos comunicantes
El líquido alcanza la misma altura en los diversos recipientes que se comunican entre sí sin importar la forma o el volumen que estos tengan, siempre y cuando todos estén llenos y no contengan en su interior aire o un líquido con distinta densidad dentro de ellos.

Para este caso, debo decir que el agua al calentarse aumenta su volumen y por lo tanto su densidad disminuye por lo que si colocamos una manguera transparente para medir al altura del agua en un tanque alimentador del colector y otro a la salida del colector cuando este esta frío veremos que los dos se encuentran al mismo nivel pero si el colector recibe los rayos solares, el agua se calienta y puede llegar a una temperatura entre 80 y 85 grados centígrados y si el colector tiene una capacidad de 5 lts. la diferencia entre los niveles es de 1 cm. aproximadamente, por lo es necesario que el termo-tanque esté cerrado para que esa diferencia de volúmenes haga que el agua circule y se realice la convección.

d) Principio de densidad

Densidad=peso/volumen. Tenemos que a mayor volumen menor densidad, a mayor temperatura mayor volumen, y por lo tanto a mayor temperatura menos densidad entonces el agua caliente al ser un líquido tiende a flotar. En un termotanque que tiene agua más fría y agua más caliente, el agua más fría está en una capa por abajo y el agua más caliente está otra capa por arriba y en medio hay capas de agua que cambian de temperatura. Esta diferencia es la que propicia la convección en un calentador solar.


e) Inclinación solar en el paralelo de Telde
El colector hay que orientarlo al sur ligeramente al oriente es decir, al sur, y con una inclinación de 30° para que los rayos solares lleguen en forma perpendicular en la zona de Telde, de cualquier manera, siempre debe tener por lo menos una pequeña inclinación.

f) Inclinación de un colector solar
Dependiendo del lugar donde se encuentre el colector solar la inclinación estará entre mínimo 15° y máximo 45°.
La orientación es aquella que le permita "mirar" al Ecuador, es decir si está en el norte que esté orientado al sur y si está en el sur que esté orientado al norte.
g) Radiación recibida del Sol
El Sol es el responsable de casi toda la energía que alcanza desde el exterior la superficie de la Tierra. El Sol emite radiación que se puede considerar de onda corta, centrada en torno a la parte del espectro a la que son sensibles los ojos, y que llamamos por ello luz visible. Incluye también dosis significativas de radiación ultravioleta, de longitud de onda menor que la visible. La parte ultravioleta es absorbida en buena parte por el ozono y otros gases en la alta atmósfera, contribuyendo a su calentamiento, mientras que la luz visible traspasa la atmósfera casi sin problemas. La Tierra intercepta una energía del Sol que en la parte superior de la atmósfera vale 1366 W/m2. Sin embargo, sólo intercepta energía la sección de la Tierra orientada hacia el Sol, mientras que la emite toda la superficie terrestre, así que hay que dividir la constante solar entre 4, lo que lleva a 342 W/m2.

PASO 3: Hacerlo (2). Boceto., Croquis. , Plano de despiece acotado.

Empezar a conseguir los materiales necesarios y realizar el proceso ya desarrollado en el proyecto.

Boceto.

Croquis.





Plano de despiece acotado.





Pliego de condiciones:


- Características técnicas de materiales.

El depósito es reciclado, de gasolina tiene una capacidad de 10l máximo pero se utiliza 5l por que es un requisito del concurso.

El serpentín utilizado para el calentamiento del agua es reciclado, es el serpentín de una nevera, las dimensiones son de 51,5 de largo y 47,5 de ancho

-Madera de contrachapado o chapa de ocumen 50X50 X1.5 cm.
-2 Serpentines de una nevera. 48 X 50.
-Depósito.(10l max)
-Arena negra.
-Pintura negra mate.
-Vidrio oscuro o metacrilato.
-Material Aislante porexpán de 40 mm de espesor. 50 X 50 X 4 cm.
-Chapa de un 1mm de cobre o papel albar. 50X50 cm.
-Bisagras.
-Silicona translucida y antimoho.

- Operadores eléctricos, electrónicos y mecánicos.

Las operaciones realizadas en este calentador solar son mecánicas:

-Cortar la madera con cada una de sus medidas.
-Montar la madera de forma que se construya las partes de calentador.
-Poner material aislante para no perder temperatura (porexpan).
-Colocar los serpentines en paralelo.
-Soldar o sujetar las boquillas para conectar los tubos.
-Agujerear el depósito para entrada y salida del agua.
-Hacer conexiones entre los tubos (formando un circuito cerrado).
-Forrar depósito con material aislante para no perder temperatura.
-Fabricar el soporte con bisagras para poner el depósito encima.
-Finalmente ya se tendrá el prototipo terminado.
- Medidas de Seguridad en la instalación.
Lo primero es la seguridad, si decides hacer un calentador solar, no olvides que lo más importante es tu seguridad por lo que antes de iniciar el proyecto consigue el equipo de seguridad y utilizalo.
1.- Guantes de cuero (para evitar quemaduras y cortaduras)
2.- Lentes de protección (Para evitar que algo lastime tus ojos, en especial al perforar con el taladro o el sacabocados).
3.- Tapones para los oidos para disminuir el impacto del ruido.


- Condiciones de funcionamiento.

-Meter agua fría o natural y obtener agua caliente.

-Calentar el agua fría en 2 horas y conseguir que llegue a una temperatura de 80º C.

-No perder temperatura.

-Que el circuito cerrado de calentamiento del agua, caliente lo mas rápido y eficientemente posible.

-Que el sistema no de problemas al calentarse el agua respecto al llegar al deposito de forma satisfactoria y no cree muchas dificultades.

-No ponerlo en zonas que pueda haber sombra por causa de los edificios, árboles, etc.

-Comprobar que los materiales aislantes hagan su trabajo y mantengan el calor de forma duradera.
Planificación del desarrollo del prototipo.


Conseguir todos los materiales que se necesiten para realizar el proyecto.
Empezar a cortar todas las maderas y montar el colector con todos los materiales ya citados anteriormente, soldar todos los tubos de cobre con los serpentines de nevera y uniéndolo con el depósito de gasolina ponerle un grifo para sacar el agua caliente y hacer un circuito cerrado, el colector con el deposito y luego hacer las patas para el colector con bisagras como se ve en el boceto, finalmente poner aprueba el trabajo realizado.


1.www.terra.org/html/s/ingenio/termicos/circuito.html 2. www.maquinaria.cl/solar.htm

Ingenios solares térmicos- Sistema de intercambio directo.

Los rayos solares penetran en la caja caliente (1), en cuyo interior está expuesta el agua dentro de un colector plano de chapa pintado de negro. La chapa negra absorbe la radiación y se calienta, cediendo parte de su calor al agua en él contenida. Al calentarse, el agua se hace menos densa y sube hacia el depósito (2) empujada por la más fresca y pesada. Así, continuamente se va calentando el agua de todo el circuito y situándose en su parte superior. Allí está el depósito rodeado de aislante, que actúa como conservador del calor obtenido, manteniendo el agua caliente hasta el momento en que queramos usarla (abriendo la llave [3]). El rebosadero (4) se encarga de mantener lleno el circuito y sirve de vaso de expansión para el agua cuando se dilata.(8) Monta la estructura de mobi-metal, la cual deberás fijar sobre una madera de 50 x 120 cm y 20 mm de grosor. Instala en su parte superior el termo eléctrico y en la base la placa solar térmica. ( 1)


Relación con contenidos curriculares; bloques de contenidos de las diferentes materias.

-La relación con el contenido curricular no tiene mucho que ver con nuestros módulos impartidos en el curso, pero entra en el bloque de contenidos de instalaciones singulares el tema de energías fotovoltaicas y se podría decir que es buena la idea de entrar en este proyecto de calentador solar térmico por termosifón. (Incompleto)


Reglamento de instalaciones térmicas en edificios (RITE 2007).

El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias ITE ,se aprobó por Real Decreto 1751/1998, de 31 de julio, y tiene por objeto establecer las condiciones que tienen que cumplir las instalaciones térmicas en los edificios, destinadas a atender la demanda de bienestar térmico e higiene a través de las instalaciones de calefacción , climatización y agua caliente sanitaria, con objeto de conseguir un uso racional de la energía que consumen, por consideraciones tanto económicas como de protección al medio ambiente, y teniendo en cuenta a la vez los demás requisitos esenciales que deben cumplirse en los edificios, y todo ello durante un periodo de vida económicamente razonable.
El actual RITE posee un contenido que aun siendo plenamente válido para alcanzar los objetivos por él perseguidos de potenciar un uso más racional de la energía en las instalaciones térmicas de los edificios, de su consiguiente reducción del impacto ambiental y de el bienestar térmico y de higiene en el uso de las mismas de forma segura y eficaz, se hace necesaria una revisión del texto que permita actualizar sus preceptos a las nuevas disposiciones que en materia de energía y traspaso de competencias se han venido desarrollando en España a lo largo de esta última década.


Bibliografía.

Hemos consultado en las siguientes páginas web para llegar a cabo la información encontrada en Internet:

1. http://www.terra.org/articulos/art01296.html

2. http://micalentadorsolar.com.mx/
3. http://ecoinventos.wordpress.com/?s=calentador+solar
4. http://calima.univalle.edu.co/revista/vol37_2/articulos/pdf/3702338.pdf
5. ADAMS, R.W. ( 1987), Calor Solar en su casa. Instrucciones sobre planificación e instalación en su hogar de los sistemas de calor por energía solar. Madrid: Paraninfo.
6. SABADY, P.R. (1983), Práctica de la Energía Solar. Barcelona: Ceac.
7. URKA LUS, I.S. Energía renovable práctica. ( 2003) Gobierno de Navarrar: Asociación TIA.