martes, 3 de enero de 2012

Calentador Solar

Introducción
Con este proyecto daremos una alterativa de cómo ahorrar gas, luz etc. con un Calentador Solar, el cual como lo indica calienta el agua absorbiendo el calor y posteriormente esta energía que hace que el agua se caliente se puede utilizar ya sea para bañarse o para cualquier otro uso que dependerá de cada usuario, este Calentador Solar es practico y para su elaboración no se necesita mucho dinero ni es muy complicada su elaboración, además de que este no contamina y al no tener piezas móviles es muy durable, esperamos que este Calentador Solar sea de su agrado y se de cuenta que hay otras formas de facilitar su vida, aprovechando de una manera eficiente la fuente energética del sol, el uso que los calentadores solares pueden dar a la sociedad es muy importante por que son muy útiles y sencillos de elaborar.
Justificación
Con este Calentador Solar podemos ayudar a las comunidades que no cuentan con suficientes recursos para poder tener comodidades como con las que cuenta uno y probar antes que nada si la temperatura que llegue a lograr el calor es suficiente sobre el agua es adecuada para nosotros.
Objetivos
·         Elaborar un Calentador con energía Solar
·         Dar una opción a las personas para calentar el agua sin gastar mucho dinero y que no sea muy complicada su elaboración
·         Ayudar a que los calentadores solares puedan ser de gran beneficio para una comunidad de escasos recursos y así lograr que esa comunidad pueda seguirlo utilizando para su propio beneficio
·         Ayudar a las personas a calentar agua haciendo que ahorre dinero ya sea en gas o en electricidad elaborando un Calentador de agua
·         Informar a la gente de otras opciones de calentado de agua, haciendo que esta ahorre dinero y tiempo
·         Comprobar si el agua puede calentarse con el sol a través de una manguera es decir de forma casera.
Marco Teórico
Calentador Solar
Un calentador solar es un aparato que utiliza el calor del sol para calentar alguna sustancia, como puede ser agua, aceite, salmuera, glicol o incluso aire. Su uso más común es para calentar agua para uso en albercas o servicios sanitarios (duchas, lavado de ropa o trastes etc.) tanto en ambientes domésticos como hoteles. Son sencillos y resistentes, pueden tener una vida útil de hasta 20 años sin mayor mantenimiento.
En muchos climas un calentador solar puede disminuir el consumo energético utilizado para calentar agua. Tal disminución puede llegar a ser de hasta 50%-75% o inclusive 100% si se sustituye completamente, eliminando el consumo de gas o electricidad. Aunque en muchos países, por lo general en vías de desarrollo con climas muy propicios para el uso de estos sistemas, no los utilizan debido al costo inicial que se debe de cubrir para calentar la primera gota de agua.
Se recomienda limpiar el colector cada 4 o 6 meses para aumentar su eficiencia y vida útil.
La eficiencia para captar la energía solar es muy elevada en los calentadores solares. Dependiendo de la tecnología y materiales implementados, puede llegar a tener eficiencias de 70% u 80%. No debemos confundirnos con el panel fotovoltaico, el cual no se utiliza para calentar substancias, sino para generar electricidad a partir de la luz.
¿Cómo es?
Un calentador solar de agua consta principalmente de tres partes: El colector solar plano, que se encarga de capturar la energía del sol y transferirla al agua; el termotanque, donde se almacena el agua caliente; y el sistema de tuberías por donde el agua circula. En las ciudades donde se alcanzan temperaturas muy bajas durante las noches, los calentadores deben estar provistos de un dispositivo que evite el congelamiento del agua al interior del colector solar plano.
¿Cómo funciona?
El funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo: El colector solar plano se instala normalmente en el techo de la casa y orientado de tal manera que quede expuesto a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende de la localización de la ciudad donde sea instalado.
El colector solar plano está formado por aletas captadoras conectadas a tubos por donde circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los rayos y transferirlo al agua que circula en su interior.
Pero ¿cómo circula el agua por todo el sistema? Esto se logra mediante el efecto denominado “termosifónico”, que provoca la diferencia de temperaturas. Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la fría y, por lo tanto, tiende a subir.
Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termotanque, con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.
Y ¿cómo hacemos para mantener el agua caliente? Precisamente, esa es la función del “termotanque”, el cual está forrado con un aislante térmico para evitar que se pierda el calor ganado.
¿Para qué nos sirve?
Para nuestro aseo personal y algunos quehaceres domésticos, requerimos agua caliente. Para ello, normalmente utilizamos un calentador, que conocemos como “boiler” y que funciona con gas, o en algunos casos utilizamos leña.
Entonces, si instalamos en nuestra casa un calentador solar de agua del tamaño adecuado, en épocas de mucho calor y en lugares donde hay mucho sol, todo el año servirá, no sólo para bañarnos, sino para cubrir todas las necesidades de agua caliente. Incluso en los días los días muy nublados, el “boiler” servirá para calentar, parcialmente, el agua que requerimos para el aseo personal.
¿Cómo se instala?
El calentador solar de agua y el “boiler” se instalan “en serie”, es decir, uno después del otro, por lo que el “boiler” respalda al sistema solar y siempre habrá agua caliente.
Componentes de un Calentador Solar plano.
De acuerdo con su funcionamiento los calentadores solares se clasifican en dos tipos:
·         Activos
Los calentadores solares activos son aquellos que utilizan una bomba o algún tipo de energía externa para mover el agua dentro de su ciclo.
·         Pasivos
Los generadores solares pasivos no requieren de energía externa para funcionar. Utilizan el principio de convección para mover el agua dentro del sistema.
Sistema
El sistema son todas las tuberías, bombas, sistemas de control, llaves de paso, y accesorios con las que cuente el calentador solar. Conecta por medio de tuberías el colector con el contenedor, así como también el calentador con las tuberías de una casa.
Substancia de trabajo
Si la circulación es directa, se emplea agua potable; la misma que se utilizará en regaderas, lavabos, lavadoras, albercas, etc. En este caso, el agua se hace pasar por el colector para ser guardada en el contenedor. Si se utiliza circulación indirecta existen dos circuitos: uno con agua potable para el consumo, y otro con un fluido caloportador, que usualmente es agua o una mezcla de agua y glicol. Los dos circuitos se ceden energía mediante un intercambiador de calor. En este sistema, el agua potable no pasa por el colector, sino únicamente por el contenedor, que aloja un intercambiador de calor donde se transfiere la energía captada por el fluido caloportador. Este sistema es más conveniente si el calentador se encuentra en una localidad de clima frío, ya que el fluido caloportador que circula por el colector tiene propiedades anticongelantes, previniendo la ruptura de las tuberías por congelamiento.
Rendimiento
Un buen calentador solar de agua puede durar funcionando hasta 15 ó 20 años, es decir, varios años más que un “boiler”.
30% mejor rendimiento que el calefactor solar plano, fácil y rápido de montar ya que su estructura de aluminio muy liviana, viene con las perforaciones y pernos adecuados.

Producción de agua caliente
En verano la producción de agua caliento es de 120 Lt/día a 98ºC. Debido a la disminución de radiación solar, la producción en invierno se reduce a la mitad; es decir 120 Lt/día a 50ºC.
Tipos de circulación
·         Circulación directa
El agua que se calentó en el colector se utiliza directamente por el usuario.
·         Circulación Indirecta
Una substancia de trabajo se calienta y se envía a un intercambiador de calor. Éste utiliza el mismo principio que un radiador. De esta manera se separa el fluido del sistema con el fluido a utilizar. Esta opción es conveniente cuando el sistema de calentamiento se ubica en zonas propensas a congelación, donde el agua podría quebrar las tuberías al congelarse.
Ubicación
Los colectores están instalados en lugares despejados, orientados de tal manera que su superficie esté lo más perpendicular posible a los rayos del sol. Si se encuentra en el hemisferio norte, el colector deberá estar orientado hacia el sur, con un ángulo proporcional a la latitud del lugar. Debido a que la inclinación terrestre modifica el ángulo de la incidencia de los rayos del sol a lo largo del año, es conveniente ajustar la inclinación del colector. Se recomienda tener un margen de +15° y -15° con respecto al ángulo de los rayos del sol en el equinoccio.
Ventajas
·         Costo mínimo en comparación con calentadores a base de gas.
·         Mayor simplicidad con respecto a la temperatura del agua.
·         Facilidad de mantenimiento.
Desventajas
·         Dependiendo el volumen y el momento en que se usa el agua caliente, ésta puede tener o no la temperatura deseada.
·         Depende de las condiciones climáticas
·         Restricción en hora de utilización del agua caliente.
·         Mantenimiento necesario.
¿Cuáles son los beneficios?
Los beneficios del uso de los calentadores solares de agua los podemos clasificar en dos: económicos y ambientales.
Económicos: Con la instalación de un sistema adecuado a nuestras necesidades, podemos satisfacer la mayor parte de los requerimientos de agua caliente de nuestra casa, sin tener que pagar combustible, pues utilizar así el sol no nos cuesta. Aunque el costo inicial de un calentador solar de agua es mayor que el de un “boiler”, con los ahorros que se obtienen por dejar de consumir gas, podemos recuperar nuestra inversión en un plazo razonable.
Ambientales: El uso de los calentadores solares permite mejorar en forma importante nuestro entorno ambiental. ¿Cómo? Los problemas de la contaminación en las zonas urbanas no sólo son provocados por los combustibles utilizados en el transporte y en la industria, sino también por el uso de gas LP en millones de hogares, lo cual contribuye en conjunto al deterioro de la calidad del aire y la emisión de gases de efecto invernadero.
¿Cómo seleccionar un equipo?
La selección de un equipo solar depende básicamente de los siguientes factores:
Primero.- Número de personas y hábitos de uso del agua en el hogar. Estos datos son básicos, ya que de ellos depende, en gran medida, el tamaño del equipo solar requerido.
Segundo.- Otros usos del agua caliente, como son el lavado de ropa y de trastes.
Si se quiere suministrar agua caliente para estos servicios, es importante considerar sus consumos.
Recomendaciones para el uso eficiente del calentador
Para el mejor uso y operación del calentador solar de agua, tome en cuenta estas recomendaciones:
·         Durante el baño, trate de usar la menor cantidad de agua posible, para lograr el máximo aprovechamiento de la que está almacenada en el termotanque.
·         De preferencia, báñese usted y su familia en la tarde o noche, que es cuando se tiene la mayor temperatura del agua en el termotanque.
·         Limpie periódicamente la cubierta del colector solar, para eliminar la suciedad que disminuye la eficiencia del equipo.
¿Se usan los calentadores solares en México?
El calentamiento de agua con energía solar es una tecnología muy probada y usada en el mundo. Países de Europa y Norteamérica, cuya ubicación con respecto al sol es menos favorable que la de México, utilizan calentadores solares de agua con mucha mayor intensidad que nosotros. Por ejemplo, en Alemania, sólo durante 1998 se instalaron 470 mil m2, mientras que en México hasta el año 2000, se tenían instalados apenas un total de 373 mil m2 de calentadores solares de agua.
Por todas estas razones, a usted le conviene instalar un calentador solar de agua en su casa: ahorrará gas y, por ende, dinero. Además contribuirá a mejorar el aire que todos respiramos.
www.conae.gob.mx
Hipótesis
Pues antes de hacer el Calentador Solar pensamos que si va a funcionar ya que al exponer una manguera el sol esta lógicamente se calienta y por consiguiente el agua saldrá caliente, entonces en pocas palabras este Calentador si funcionara.
Desarrollo
Materiales:
ü  Una tabla de 80 × 80
ü  30m de manguera negra flexible y delgada
ü  Cinchos de plásticos
ü  2 conectores
ü  2 reducciones
ü  Un garrafón
ü  Silicón
ü  Cinta de teflón
ü  Una regadera (o una llave de agua)
ü  Bisagra
ü  Un empalme universal
ü  Un empaque
ü  Un pedazo de madera de 3.5cm de ancho y 85 cm de altura.
Herramientas
ü  Martillo
ü  Clavo de concreto
ü  Desarmador de cruz
ü  Soplete de gas
ü  Reglas
ü  Pedazo de tubo de cobre
ü  Tijeras
Elaboración
ü  En la tabla traza cuatro líneas que partan de esquina a esquina de la tabla haciendo  marcas cada 2.5cm de línea a línea dejando en descubierto el centro formando un círculo de 5cm de radio.
ü  Agujera la tabla en los puntos que marcaste entre línea y línea.
ü  Ve enrollando la manguera y sujétala con los  cinchos de plástico para que no se mueva  (no olvides dejar un pedazo de manguera al iniciar a enrollarla y también al terminar). En el  interior del calentador será para que salga el agua y el exterior es para el garrafón y por donde se introducirá el agua.
ü  Pondremos a calentar un tubo de cobre con un soplete de gas y aremos un orificio en la parte inferior del garrafón de tal manera que entre el empaque con el conector con cuerda. (No olvide que el conector va ya conectado a la manguera del lado exterior del calentador).
ü  Al terminar pondremos alrededor del empaque el silicón para evitar fugas
ü  En la parte  interior conectaremos también un  conector con cuerda en donde  va conectada también la regadera o a su vez la llave de corte. (No olvidemos poner la cinta de teflón por si hay fugas).
ü  Se corta una madera de unos 3.5cm de ancho y 85cm de altura, se coloca una bisagra uniendo en un extremo  de la madera de 85 al centro de la parte superior de la tabla. Y sujetarlo con unas pijas.
NOTA: Es complicado conseguir la manguera negra  por eso utilizamos manguera transparente  pero podemos pintarla con pintura en aerosol negra para solucionar problema.
Resultado
Al concluir la construcción del proyecto  procedimos  a la comprobación de este,  medir la temperatura en diferentes horarios para poder evaluar  los grados, las investigaciones previas al proyecto  nos decían que la temperatura promedio de un calentador solar es de 35° a 40° ya que es la temperatura promedio del ambiente y es la ideal para un baño o una ducha.
Medir la temperatura fue un poco complicado ya que no contábamos con el termómetro indicado y utilizamos uno de mercurio el  cual según nuestras investigaciones pueden ser un poco inexacto pero puede servir,  durante las mediciones de este  pudimos observar que la temperatura no era  la temperatura que esperábamos pero tampoco esta muy alejada, la temperatura durante la mañana era muy baja ya que el  clima no es muy favorable  y hace frio, pero durante la tarde la temperatura marcaba entre los 30° y 32°.
Conclusiones
Nuestro calentador no dio los resultados esperados pero puede llegar a darlos cuando la temperatura del  ambiente incremente que eso sucede durante las tardes y puede ser útil. Además la forma de la construcción es muy fácil y pueden cambiarse algunas cosas según sea el uso de cada persona.
La práctica de usar estos artefactos es que son baratos y ayudan al medio ambiente, lo malo es que a veces no dan los resultados esperados y nos son siempre exactos.

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