CENTRO DE ENSEÑANZA TÉCNICA Y SUPERIOR Escuela de ingeniería Energía Solar Práctica 1 Prototipo de Calentador Solar Presenta: Sunemi Janeth Álvarez López M038397 Elizabeth Cristina Lopez Gonzalez M033388 Daniel Arturo Mancillas Padilla M037192 Mexicali, B.C. , a 11 de Marzo del 2022 Práctica 1: Prototipo de Calentador Solar La energía solar tiene una amplia historia con respecto a la humanidad y lo funcional que esta ha sido para ella. Desde siglos antes de Cristo, hay registros del aprovechamiento de los rayos solares por parte de las primeras civilizaciones del mundo: los griegos, por ejemplo, construían sus hogares en función de la trayectoria del Sol; los romanos, por su parte, crearon invernaderos aprovechando la luz solar. Incluso se dice que los griegos aprendieron a redireccionar con espejos los rayos de luz para concentrar el calor en un solo punto, fue así que prendían la llama de la antorcha con la que daban inicio a los juegos olímpicos (Solarever, 2021). De cualquier manera, los avances en el área energética no se detuvieron ahí. Con el paso de los años y la creciente necesidad del ser humano por utilizar la energía para distintos procesos, se ha logrado un mejor y mayor entendimiento de esta, especialmente de la energía solar, sus características y bondades. Además, junto con los avances de la ciencia, se han desarrollado métodos más eficientes de las tecnologías para el aprovechamiento de la misma. A raíz de lo anterior es que se despliega el presente reporte. Marco Teórico Energía solar: Energía pasiva y activa La energía solar es la emisión de radiación electromagnética a la Tierra, generada por procesos de fisión nuclear en el Sol (Recio Miñarro, s. f.). Este tipo de energía, a su vez, puede subdividirse en distintas categorías, dependiendo de la forma en la que sea aprovechada, por ejemplo. En esta ocasión, abordaremos los tipos de energía pasiva y activa. La energía solar pasiva, se trata de cuando los rayos del sol son aprovechados directamente sin transformarlos; es decir, no se hace uso de ningún dispositivo que la convierta en energía eléctrica, mecánica, etc. (Carrasco, 2021). De esta manera, podemos ver la manifestación de la energía pasiva cuando las ventanas de una vivienda permiten a los rayos del sol iluminar la sala del hogar, o cuando el calor del sol calienta el agua de una piscina sin techo. Desde los más simple a lo complicado, existen infinidad de maneras de aprovechar la energía solar pasiva, solo es necesario un poco de planificación y diseño inteligente de las estructuras para utilizarla eficientemente. Por su parte, existe la energía solar activa. Esta energía sí necesita de equipamiento e instalaciones externas no solo para la captación de los rayos solares, sino también para su transformación en energía eléctrica y/o mecánica (Svea Solar, s. f.). Dentro de esta energía, hay una clasificación en la que podemos encontrar dos áreas de aprovechamiento: la energía solar fotovoltaica (que hace uso del movimiento de fotones para generar electricidad) y la energía solar térmica (utiliza únicamente el calor del sol). Energía solar térmica La energía solar térmica o también conocida como energía termosolar, es aquella que “aprovecha el efecto de que el sol calienta todos los días a nuestro planeta” (Compromiso con el planeta, 2018, párr. 3), es decir, no utiliza los fotones para producir energía, sino el calor que llega a la Tierra, emitido por el Sol. Los colectores son aquellos dispositivos que “recogen y concentran la luz solar para producir las altas temperaturas que se requieren en los procesos de calentamiento y de generación de electricidad”. (Compromiso con el planeta, 2018, párr. 8) Existen varios tipos de acuerdo con las necesidades. Pueden instalarse en viviendas o grandes centrales eléctricas. (Planas, 2020) ● De baja temperatura: De 65°C o menos. ● De media temperatura: Entre 100°C y 300°C. ● De alta temperatura: Desde 500°C hasta 1000°C. Características de los colectores Según la información publicada por el Ministerio de Energía de Chile (s.f.), las características de este tipo de sistemas son: ● En promedio, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre un 50% y un 70% del agua caliente demandada. El resto de la demanda puede ser proporcionada por sistemas convencionales de producción de agua caliente (caldera de gas, calefón doméstico, etc.). ● La inversión se amortiza con el ahorro energético. Actualmente, las instalaciones solares térmicas pueden quedar amortizadas entre 8 y 12 años, con una vida útil de 15 a 20 años en promedio. El período de amortización efectivo dependerá del tipo de combustible que se sustituye, variaciones de su precio, radiación solar existente, demanda de agua caliente, y el tamaño y costo del SST. ● Es una buena alternativa para instalar en sectores vulnerables de la población que no disponen de agua caliente en la vivienda por no contar con presupuesto mensual para adquirir el gas. En este caso, la utilización de SST no redunda en ahorros de energía ni económicos, pero si posee un impacto relevante en la calidad de vida de las familias al asegurar el acceso al agua caliente sanitaria. ● La energía solar es una fuente energética renovable, limpia y confiable; permite sustituir parte del consumo de combustibles fósiles y/o electricidad, evitando o postergando el agotamiento de los recursos naturales. Funciones De acuerdo con la Junta de Castilla y León (s.f.), la energía solar térmica “permite el calentamiento de agua para su utilización en diferentes aplicaciones, como pueden ser el calentamiento de piscinas, la producción de agua caliente sanitaria o industrial, la calefacción de espacios e incluso su refrigeración.” Tomando en cuenta puntos anteriores, un sistema solar térmico se compone entonces de la conexión de captadores solares, formando un circuito cerrado. Estos accionan una bomba donde cede el calor a un depósito con agua, el cual se almacena hasta su uso. Propuesta En aras del bienestar ecológico, durante los últimos años las energías renovables se han convertido en el centro de atención de gobiernos, empresas y la población en general. Lo anterior, con el propósito de lograr generar un cambio en los hábitos de consumo eléctrico de las poblaciones, y que estos cambios puedan impactar positivamente al ambiente. Con ello en mente, la presente práctica plantea un dispositivo simple pero de gran utilidad, que puede aportar gratamente al consumo energético de viviendas convencionales: un calentador solar de agua. Planeación y desarrollo de prototipo Diseño ● Pintura negra en aerosol ● Cuerda ● Tubo de pvc de 20 ft de largo y ¾”, cortado en trozos de 1 metro y de 4.5 cm ● 2 codos de ¾” ● 8 uniones en T de ¾” ● Cartón ● Plástico transparente ● Pegamento para pvc ● Cinta ducte tape ● Tijeras ● 2 tapones ● Termómetro ● Agua ● Papel aluminio ● Lija Manufactura y proceso 1. Primero se lijaron todos los trozos de tubo pvc que se habían adquirido para que el pegamento pudiera trabajar de forma adecuada. 2. Se pegaron todos los tramos de tubo con el pegamento especial para pvc. Se espera 20 minutos a que se seque. 3. Se colocó plastico en el suelo para que la pintura en aerosol no dañara el piso. Se pintó la estructura de un lado, se espera a que se seque y se pinta por la parte de atrás. 4. Se unieron dos trozos de cartón para obtner una base de acuerdo a la estructura y se forró con aluminio. 5. Después, se hicieron hoyos en el cartón para sujetar el calentador por cuerda y que este no se cayera. 6. Se envolvió todo el calentador solar en plástico. 7. Se llenó de agua, se toma la primer medida de temperatura y se coloca el colector en un lugar con mucha luz solar con una inclinación de aproximadamente 30°. 8. Después de cinco horas, se vuelve a tomar la temperatura del agua. Resultados Como se pudo observar en las fotografías del proceso, el calentador solar casero logró su proposito, el cual era aumentar la temperatura del agua que se encontraba dentro de él. No hubo una variación muy grande de la misma, pero sí significativa pues al tratarse de un trabajo manual, no se exige un rendimiento “perfecto” para este tipo de situaciones. La temperatura del agua con la que se llenó el calentador (To) fue de 22.9°C mientras que la temperatura del agua, una vez expuesto al Sol (Tf) fue de 28.1°C. Conclusión En conclusión, un calentador solar casero como el que desarrollamos para esta práctica, puede llegar a ser muy útil de acuerdo a tus necesidades, por ejemplo, nuestro diseño es útil para calentar el agua y poder dejar una cubeta de agua llena a una temperatura media, o en otras palabras, quitarle lo frío al agua y poder usarla libremente, pero si se le hacen algunos ajustes o se utiliza otro tipo de diseño, puede llegar a ser útil hasta para bañarse sin problemas, todo depende de las dimensiones del prototipo. La manera en la que la eficiencia de un calentor solar aumenta, es pintando los tubos o mangueras (depende de lo que utilices) de color negro para que estos atraegan el calor y tapando o encerrando el protitipo con algun plastico o incluso vidrio, para que el calor que se atrajo por el color negro, se pueda mantener encerrado y por ende se caliente el agua. En nuestro caso, utilizamos pvc pintados de negro para atraer el calor en una base de carton envuelto en aluminio para reflejar los rayos del sol hacia los tuvos y lo envolvimos en un plastico para que mantuviera el calor encerrado. Referencias Carrasco, A. (2021). Energía solar pasiva: Qué es y cómo se aprovecha. Otovo. https://www.otovo.es/blog/energia/energia-solar-pasiva/ Compromiso con el planeta. (2018). ¿Qué es la energía solar térmica?. En Enérgya VM. https://www.energyavm.es/energia-solar-termica/ Junta de Castilla y León. (s.f.). Aplicaciones de la energía solar térmica. https://energia.jcyl.es/web/es/energias-renovables-ordenacion-energetica/aplicaciones-ene rgia-solar-termica.html#:~:text=La%20energ%C3%ADa%20solar%20t%C3%A9rmica% 20permite,espacios%20e%20incluso%20su%20refrigeraci%C3%B3n. Ministerio de Energía. (s.f.). ¿Qué son los Sistemas Solares Térmicos?. https://energia.gob.cl/educacion/que-son-los-sistemas-solares-termicos Planas, O. (2020). Energía solar térmica, usos y tipos de instalaciones. En Energía Solar. https://solar-energia.net/energia-solar-termica Recio Miñarro, J. (s. f.). La energía solar. Newton.cnice. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/solar.htm Solarever. (2021). Historia de la energía solar. https://solarever.com.mx/historia-de-la-energia-solar/ Svea Solar. (s. f.). Energía solar activa: qué es y aplicaciones. https://sveasolar.com/es/blog/energia-solar-activa/
