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.