PROYECTOCALENTADOR SOLAR

ASIGNATURA FSICA I

NRC: 1813

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAHoy en da, el consumo de energa proveniente de los hidrocarburos ha incrementado sus costos econmicos y ambientales, debido al agotamiento de estos recursos naturales no renovables, por lo que es necesario hacer un cambio en nuestro consumo de fuentes de energa.Uno de los puntos en los que se consume gran cantidad de energa en las casas es en el calentamiento de agua, en cuanto a un calentador de agua podemos sustituir el uso de gas por la energa solar.

FORMULACIN DEL PROBLEMA

Problema General Disear y construir un calentador solar para las condiciones climticas de la ciudad, con materiales de fcil dominio, con una gran resistencia y a un buen precio.

Objetivos especficos Conocer los tipos y partes que componen un calentador solar. Comprender el funcionamiento de un calentador solar Disear pruebas experimentales para determinar los materiales de construccin para el calentador solar.

JUSTIFICACINUn calentador solar se usa con el fin de aprovechar la energa solar, la cual que es gratis y no es aprovechada adecuadamente. Adems esta energa es limpia, es decir, no produce contaminantes ni daa el medioambiente como lo hacen los hidrocarburos (petrleo, gas L.P., gas Natural, etc.). El Sol es una fuente inagotable de energa por la razn de que siempre est presente en nuestro medio, el calentador solar de agua a la larga conviene en el factor econmico ya que no genera gastos durante el tiempo que es utilizado, slo con la instalacin del equipo al principio, por otro, los sistemas convencionales de calentamiento de agua generan gastos a lo largo del tiempo en que se usa el servicio.Este proyecto se realizar con el propsito de adquirir conocimiento sobre el calentador solar de agua y as tener una fuente alterna de energa para el calentamiento de agua.Se realizarn pruebas de diferentes materiales para que el calentador tenga un funcionamiento ptimo.

MARCO TERICOLa energa solar La energa solar es una fuente de energa renovable, obtenida a partir de la radiacin electromagntica emanada por el Sol.La radiacin solar que obtiene nuestro planeta ha sido aprovechada por el ser humano desde la millones de aos atrs, mediante diferentes mtodos como las tecnologas, que a su vez han ido evolucionando con el tiempo desde su aparicin. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como clulas fotovoltaicas, helistatos o colectores trmicos, que pueden transformarla en energa elctrica o trmica. A este proceso de captacin de energa solar, se lo ha llamado como una nueva energa o una energa renovable y es un gran agente que nos ayuda con el gran problema que sufrimos actualmente, que es la contaminacin.A los diferentes tipos de tecnologas solares se los puede clasificar de dos maneras: tecnologas solares pasivas y tecnologas solares activas, esta clasificacin basada en cmo se obtienen, se convierten y se distribuyen la energa solar. Las tecnologas activas estn constituidas con el de paneles fotovoltaicos y colectores trmicos. En las tecnologas pasivas encontramos diferentes tipos de tcnicas englobadas en la arquitectura bioclimtica, como son: la construccin de los edificios orientndolos hacia el sol, la seleccin de materiales con una masa trmica favorable o que tengan propiedades para la difusin de luz, as tambin como el diseo de espacios mediante ventilacin natural, entre otros.En 2011, la Agencia Internacional de la Energa se expres as: "El desarrollo de tecnologas solares limpias, baratas e inagotables supondr un enorme beneficio a largo plazo. Aumentar la seguridad energtica de los pases mediante el uso de una fuente de energa local, inagotable y, an ms importante, independientemente de importaciones, aumentar la sostenibilidad, reducir la contaminacin, disminuir los costes de la mitigacin del cambio climtico, y evitar la subida excesiva de los precios de los combustibles fsiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas" .El captador de energa solar ms utilizado y desarrollado actualmente es el captador de energa solar fotovoltaico. Segn un informe de la organizacin ecologista Greenpeace, la energa solar fotovoltaica podra suministrar electricidad a dos tercios de la poblacin mundial para el ao 2030.Gracias a los avances tecnolgicos que tenemos hoy en da, el coste de la energa solar fotovoltaica ha disminuido de una forma considerable desde que se construy las primeras clulas solares comerciales. Otras tecnologas solares, como la energa solar termoelctrica est reduciendo sus costes tambin de forma considerable.La Energa solar es aquella que llega a la Tierra en forma de radiacin electromagntica, esto quiere decir (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) proveniente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusin nuclear. A la energa solar se la puede aprovechar de dos diferentes maneras: por conversin trmica de alta temperatura (sistema foto trmico) y por conversin fotovoltaica (sistema fotovoltaico).La transformacin trmica de alta temperatura consiste en convertir la energa solar en energa trmica almacenada en un fluido. Para lograr calentar ese fluido se utiliza unos mecanismos llamados colectores.Por otra parte, la conversin fotovoltaica consiste en la transformacin directa de la energa solar en energa elctrica. Para aquello se utiliza unas placas solares formadas por clulas fotovoltaicas, estas clulas fotovoltaicas son hechas de silicio o de germanio.La implementacin de la energa solar trae consigo ventajas y desventajas.Ventajas: Es una energa que no contamina el medio ambiente. Proporciona energa barata en pases no industrializados.Desventajas: Es una fuente energtica intermitente. Su rendimiento energtico es bajo.Cada hora el sol lanza hacia nuestro planeta ms energa de la que sera necesaria para satisfacer nuestras necesidades de energa durante un ao entero. La energa solar es la tecnologa utilizada para aprovechar la energa producida por el sol y hacerla til. En la actualidad muchas personas tienen un conocimiento bsico acerca de las clulas fotovoltaicas o los paneles solares, saben que estos se los puede encontrar en las naves espaciales, tejados y calculadoras.Las clulas fotovoltaicas estn hechas de materiales semiconductores como los que se encuentran en los chips informticos. Cuando la luz solar entra en las clulas, hace que los electrones se separen de sus tomos. Cuando los electrones fluyen a travs de la clula generan electricidad.Las plantas de energa trmica utilizan diferentes tcnicas para obtener y concentrar la energa solar como fuente de calor. El calor se utiliza entonces: para calentar el agua, para hacer funcionar una turbina de vapor que genera electricidad, entre otros.Una de las tcnicas que se utiliza son unas largas series de espejos en forma de U que focalizan la luz solar hacia un tubo de aceite que fluye por el centro, el aceite caliente hierve el agua para as generar electricidad. Otra de las tcnicas utilizadas es la de los espejos mviles que sirve para enfocar los rayos del sol hacia una torre colectora donde se sita un receptor, la sal fundida que fluye a travs del receptor se calienta para hacer funcionar un generador.Existen otro tipo de tecnologas solares que son pasivas. Por ejemplo, las ventanas de los edificios que durante la maana ingresan los rayos solares y esto permite que los diferentes materiales que se encuentren del edificio sean recolectores del calor y durante la noche liberen este calor lo cual mantiene caliente al edificio. De forma similar, las placas absorbentes en el tejado pueden calentar el lquido en las tuberas que suministran el agua caliente a una casa.La energa solar es reconocida como una gran fuente de combustible inagotable libre de contaminacin. La tecnologa tambin es variable. Por ejemplo, las clulas solares generan energa para lugares remotos como los satlites en la rbita de la Tierra y las cabaas en las Montaas Rocosas tan fcilmente como suministran la energa a edificios del centro de las ciudades y a los coches futuristas.Sin embargo, la energa solar no funciona por las noches sin algn otro mecanismo que nos ayude con el almacenamiento como una batera y si durante el da hay nubes esta tecnologa no es muy fiable y eficaz. La tecnologa solar tambin tiene un mayor costo, con respecto al aspecto econmico y requiere de un especio amplio para poder recolectar la energa solar en tasas tiles para varias personas.A pesar de todos los pros y contras, el uso de la energa solar ha aumentado un 20% al ao durante los ltimos 15 aos gracias a los avances de la tecnologa lo que conlleva consigo rpido descenso de los precios y a las ganancias en eficiencia. Japn, Alemania y los Estados Unidos son los principales mercados de las clulas solares. Con incentivos tributarios, la electricidad solar a menudo puede amortizarse en un periodo de cinco a diez aos.

CALEFACTOR SOLAR Un calentador solar es un aparato que se utiliza para calentar alguna substancia, como puede ser agua, glicol, salmuera, aceite entre otras; con la energa proveniente del sol. Un buen calentador solar de agua puede durar funcionando hasta 15 20 aos. La energa termal del sol puede ser utilizada para calentar agua a temperaturas inferiores a los 100C o para la calefaccin de ambientes. Se recomienda limpiar el colector cada 4 o 6 meses para aumentar su eficiencia y vida til. Debido a que la inclinacin terrestre modifica el ngulo de la incidencia de los rayos del sol a lo largo del ao, es conveniente ajustar la inclinacin del colector. Se recomienda tener un margen de +15 y -15 con respecto al ngulo de los rayos del sol en el equinoccio.Este consta de principalmente de 3 partes: El colector solar plano El termo tanque El sistema de tuberasEl colector: es el encargado de capturar la energa solar. Se instala en el techo de la casa y orientado a la radiacin del sol todo el da. Para lograr la mayor captacin de la radiacin solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinacin, la cual depende del sol. La radiacin electromagntica del sol, incluyendo la luz visible e infrarroja, penetra dentro de un colector y es absorbida por alguna superficie ubicada dentro del mismo. Una vez que la radiacin es absorbida por las superficies dentro del colector, la temperatura aumenta.El colector solar plano est formado por aletas captadoras y tubos por donde circula el agua, los cuales capturan el calor proveniente de los rayos del sol y lo transfieren al agua que circula en su interior. Existen 2 tipos:

Colectores de placa planaLos colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y utilizan el calor del sol para aumentar la temperatura del agua hasta alrededor de los 70C.Consisten en una caja hermticamente cerrada con una cubierta de vidrio algn otro material transparente. En su interior se ubica una placa de absorcin la cual est en contacto con unos tubos por los que circula un liquido que transporta el calor.Los colectores tradicionales, como los de serpenti na o los de tubos paralelos, consisten en varios tubos de cobre orientados en forma vertical con respecto al colector y en contacto con una placa de color oscuro, generalmente esta placa es metlica aunque que en algunos casos puede ser de plstico o algn otro material.

Colectores de tubos paralelosEn el caso de los colectores de tubos paralelos, se colocan tubos de mayor seccin en la parte inferior y superior, para asistir a la extraccin de agua caliente y al ingreso de agua fra para su calefaccin.La placa de absorcin es aislada de la pared exterior con material aislante para evitar prdidas de calor.Los colectores de tubo de vaci se encuentran entre los tipos de colectores solares ms eficientes y ms costosos. Estos colectores se aprovechan al mximo en aplicaciones que requieren temperaturas moderadas, entre 50 C y 95 C, y/o en climas muy fros.Termo tanque: mantiene el agua caliente y est forrado con un aislante trmico para evitar que se pierda el calor ganado.Termofnico: el agua circula por todo el sistema y esto provoca la diferencia de temperatura. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termo tanque, con lo cual se establece una circulacin natural, sin necesidad de ningn equipo de bombeo.El sistema de tuberas es por donde el agua circula. El arreglo de tubos se coloca horizontalmente sobre el suelo, con una inclinacin especfica dependiendo de la localidad terrestre. El agua entra por uno de los extremos del tubo horizontal ms bajo, sube por todos los tubos verticales y sale por el extremo contrario del tubo horizontal ms alto.

SerpentnUna manguera o tubo se dispone en una formacin de vaivn o espiral. La superficie expuesta al sol recibir la energa directamente sobre el conducto.

Tubos de vacoEl colector utiliza tubos de vidrio al vaco. Dentro de los tubos se encuentran los conductos del colector. El vaco previene los fenmenos de conduccin y conveccin, aumentando la eficiencia.

Tipos de calentadoresActivosSon los aquellos que utilizan una bomba o algn tipo de energa externa para mover el agua dentro de su ciclo.

PasivosPasivos no requieren de energa externa para funcionar. Utilizan el principio de conveccin para mover el agua dentro del sistema.Ramas de la fsica que nos sirven para entender el funcionamiento de un calentador solar Mecnica ptica TermodinmicaUno de los procesos fsicos ms importantes en el funcionamiento del calentador es la transferencia de calor por conveccin. La conveccin es una de las formas de transferencia de calor. La conveccin se produce nicamente por medio de materiales fluidos. stos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, disminuyen su densidad y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que est a menor temperatura. En s, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

PROBLEMAS PROPUESTOS

ASIGNATURA Fundamentos de Programacin

NRC: 1813

NOMBRE Jonathan Pachacama