Tubos al Vacio Para Calentamiento de Agua

PANELES SOLARES PARA PRECALENTAMIENTO DE AGUA
PARA USO DOMESTICO O INDUSTRIAL
Resumen: En el siguiente documento se hace un análisis económico sobre el uso de
componentes chinos o almenes en el ensamblaje de paneles solares en el Ecuador, los
paneles de tecnología superior, pueden ser usados como reemplazo de los tradicionales
paneles solares térmicos planos o tubulares además de una repotenciación de los mismos,
así como también, de los beneficios de usarlos en el precalentamiento de agua para calderos
de las empresas, hospitales, piscinas, etc. en la ciudad de Manta y el resto del País.
1.- Descripción de las tecnologías:
a.- Paneles solares tradicionales
Las pérdidas de calor se dan por conducción, mismas que se
reducen al hacer un vacío, cuando el vidrio es plano, hacer el
vacío conllevaría a implosión del vidrio, es por esta razón que
estos paneles no son muy eficientes, sin embargo son los más
ampliamente usados.
Suelen alcanzar temperaturas máximas de 80oC, presentan
muchas perdidas por el bajo nivel de aislamiento térmico.
b.- Paneles solares modernos
Con la finalidad de hacer el vacío modernamente se hacen tubos
de vidrio a manera de lámparas fluorescentes, dentro de los
tubos hay un liquido transmisor de calor que lleva todo el calor
a la punta del tubo, al hacer el vacío en tubos, estos no
implosionan ya que la forma geométrica del tubo es serrada,
esto ha marcado una gran ventaja ya que son más eficientes que
los paneles tradicionales y pueden alcanzar temperaturas de
o
hasta 300 C con sustancias de trabajo, marcando una nueva generación de paneles solares
térmicos.
c.- Componentes importados
La idea es importar en contenedor los tubos al
vacío y armar los paneles solares en el Ecuador
los tubos tienen un costo en la China de 2,85
dólares el tubo de 2,1m x 5cm de diámetro
calidad A, el mismo tubo en Alemania cuesta
75 dólares, cada tubo tiene una potencia de
0,2KW. Importar paneles completos de la
China es una locura, por cuanto ocupan mucho espacio y son muy caros, además que el
ensamblaje es algo muy elemental, las protecciones para evitar que se rompan ocupan
mucho espacio en el contenedor e implican costos adicionales en peso y volumen.
Tubos al vacío alemanes, fabricados por la
POWERSOL puestos en Manta cada uno
tiene un costo de 75$, un costo mucho más
elevado que los chinos de 2,85$ la unidad.
Calidad, los tubos alemanes son resistentes
a cargas axiales y deflexiones, los tubos
chinos resisten un 50% los esfuerzos, no es
ninguna ventaja porque los tubos son
hechos para colocar en la cubierta bien
pegados al techo no para jugar beisbol, en
cuanto a rendimiento los tubos alemanes son superiores en un 20% a los chinos, pero
como estamos instalándolos en el Ecuador no en Alemania el rendimiento nos vale carpeta,
por cuanto la radiación solar en Manta o Quito es hasta 20 superior a Alemania por la altura
cercanía al sol e inclinación del sol, dado por la ley de atenuación exponencial de la
radiación en penetración atmosférica, además en el caso de Manta el rendimiento térmico
de la máquina de Carnot tiene que ver con la diferencia de temperatura con la temperatura
ambiente, es decir el rendimiento en Alemania seria del tipo 90-6 pero en Manta es del tipo
90-25 por cuanto la temperatura promedio en Manta es del orden de 25 no de 6 como en
Alemania, así, en Ecuador pierde todo sentido de la proporción y no justifica su elevado
costo.
1.- Principio de funcionamiento.
Ensamblaje de paneles solares en el Ecuador
Hacer agujeros a un tubo madre, el diámetro de los agujeros corresponde al diámetro de un
tubo de vidrio, de la siguiente manera
Los agujeros permiten introducir los tubos de vacío dentro del tubo madre o permiten
introducir calor en forma de intercambiador de calor, dentro de tubos con líquidos
diferentes.
2.- Composición: de
Panel solar gigante de 2,2m ancho x 30m largo de 60KW térmicos, para ubicar sobre
cubiertas, el panel es liviano 600Kg repartidos uniformemente en 60m2.
Con este panel se calienta 2,5m3/h de agua a 90oC, tiene una vida de 15 a 30 años, el
mantenimiento consiste en lavarlo una vez por semana con manguera a presión desde abajo.
Se compone por:
 300 tubos al vacío: 3,85$ x 300 unidades = 1.155,oo$
 30m manguera plástica de 3” térmico de cañuela, 150,oo$
 Bases de caucho, 150$
 Aislante térmico, 200$
 Acoples, 600$
 Montaje, 1200$
Total: 3.455,oo$, es un sistema que implica baja inversión
3.- Ventajas del equipo propuesto.
 El agua caliente no es un caldo de cultivo de bacterias, por someterse a la radiación
solar directa.
 No se necesita calentar más el agua esta misma puede ingresar dentro de los
calderos directamente
 No se necesita de agua ablandada
 Dado que son materiales inertes no forman depósitos químicos ni escorias.
 Las sustancias de trabajo pueden alcanzar hasta 300oC reduciendo las perdidas
térmicas por conducción.
 Los vidrios son de alta resistencia
 Los bajos costos hacen que se pueda sacar equipos por una facción del costo
comercial de los mismos.
 Fáciles de lavar
4.- Proceso de importación de China de los tubos
La empresa HAINING SHIHUI HEAT COLLECTION TUBES CO., LTD. fabricante
China, sugiere que puede meter dentro de un contenedor de 40 pies 4100 tubos, el
contenerdor tiene un peso de 26 toneladas, tendrían un costo de 11.685 dólares en la Ciudad
de Yuanhua Town, Haining, Zhejiang, P.R. China 314416 Tel: 86-573-87811441 Cell: 86159 6836 8072, ubicada a 25 Km del puerto de Haiyan, ubicado en medio de las rutas
marítimas de Taiwan y Japón.
La empresa ofrece enviar los tubos debidamente empacados dentro del contenedor de 40
pies que tardarían en llegar alrededor de 35 días a Ecuador Manta o Guayaquil.
5.- Cálculos para dimensionamiento del sistema en la empresa ASISERVY SA
Demanda actual de bunker y equivalente en dólares.
El consumo de agua precalentada actual de ASISERVY en la unidad de calderos es de
2,5m3/h a 90oC, esto equivale a 2500lt/h. y en energía es 2500Kg*1cal /goC * (90-25)0C =
162500Kcal, en galones de bunker equivale a 4,3gal/h a razón de 70centavos.
3$/h cuesta actualmente levantar la temperatura del agua usando vapor generado en las
calderas, si la eficiencia fuera el 100%, pero como es inferior al 50%, en realidad cuesta
6$/h.
Capacidad calórica de la energía solar en forma de paneles.
Dado que son tubos al vacío que minimizan las perdidas trabajaremos a 90o C, será la
temperatura a la que introduciremos agua al los calderos.
La cantidad de energía entregada por los tubos es: 2500Kg*1cal /goC * (90-25)0C =
162500Kcal
Ubicación de los tubos
Se ubicarán sobre la cubierta de los calderos y generadores.
Costo de los equipos
Panel
Interconexión
Intercambiador
Montaje
Total
3.455,oo
600,oo
1200,oo
600,oo
5855,oo $
6.- Retorno del capital
Paneles producen 163500Kcal, horrando el costo de precalentamiento del agua es decir
6$/h, si promediamos 6 horas día de luz por día, son 36$/día
Costo de los equipos es de 5855$
Se amortiza en 163 días
Beneficios del proyecto
-reconocimiento por reducción de emisiones en el mercado europeo
-posibilidad de usar el exceso de calor en el mercado del carbono
-facilidad de producción de vapor por cogeneración con los generadores térmicos.
Otros ejemplos
Ejemplo de cálculo para galpones de pollos.
Para calentar un galpón de pollos de 100m de largo x 10m de ancho x 3m alto a 38 oC se
necesita:
Q=Volumen del galpón * Capacidad Calorífica del aire * Cambio de Temperatura
Q= 3000m3 * 0,29 (Kcal/m30C) * (38-6)oC = 27840Kcal
Si cada tubo tiene una potencia de 0,2W = Q/t y queremos ocupar 5 horas por día de
radicación solar directa, por cada tubo obtendremos Q= 0,2KW * 5h = 858Kcal
Es decir necesitamos 27840/858 = 32 tubos
Suponiendo perdidas de calor por transferencia y almacenamiento, del 100% necesitaremos
320 tubos.
El costo de un panel de 320 tubos sería
Ocuparía 90m de largo de cubierta de galpón x 2m de ancho, lo que necesitaría una red de
manguera térmica de 300m y un tanque de agua caliente de cemento con paredes de
espuma flex, y 500m de manguera negra plástica tipo radiador de 2”
Costos
Reforzamiento de cubierta 600$
Tubos 320
10000$
Bases de tubos
300$
Tanque de agua
1200$
Bomba de agua
300$
Mangueras
1200$
Montaje
3000$
Total
16600$
Tendría caliente el galpón desde las 6pm hasta las 7am, dependiendo de las funciones de
perdida y transferencia de calor de cada galpón (aislamiento térmico del galpón )
Por ejemplo en el caso de la nueva refinería en Manabí, se debe realizar los agujeros a los
oleoductos con el fin de introducir calor, de esta forma se reduce la viscosidad del petróleo
lo que se traduce en grandes cantidades de dinero, la idea sería colocar los tubos al vacío a
lo largo de las tuberías de la refinería reduciendo de esta forma las necesidades térmicas de
la refinería en el proceso de cracking petrolero.
La refinería ecológica del Pacífico, puede usar tubos al vacio para precalentamiento solar
del vapor usado en la refinación del petróleo en las torres convencionales o también puede
usar torres de fraccionamiento accionadas por energía solar como la que se indica en la foto
de una gigantesca refinería petrolera solar con varios años de servicio.