Resumen

en este proyecto yo hablare sobre el calentador solar con lamina de policarbonato porque me di cuenta de que es muy importante saber como se puede calentar agua a forma casera y aparte de todo porque el que yo hice su valor es mucho más económico que un calentador solar que se encuentran en el mercado comercial.

Aparte de todo me gusto mucho este calentador solar porque tiene muchos beneficios para nosotros los seres humanos y porque yo lo hice con mis propias manos y a un costo muy bajo

El calentador solar funciona adecuadamente calentándola y manteniéndola en una temperatura constante de 50 a 60 °C.

Resulto ser una gran alternativa para el ahorro de gas y electricidad

En este caso me di cuenta de que me calentador solar sí estuvo calentando el agua a una temperatura de aproximadamente 35 a 40 grados C.

Cuando la primera vez que hice mi calentador no me funciono porque al ponerle agua si la calentaba, pero se rompió el tubo y así lo estuve probando toda la semana y pasaba lo mismo y lo que tuvimos que hacer es que cambiamos el tubo para ver si no se rompía y afortunadamente no se rompió el segundo tubo que le pusimos.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

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, durante 1998 se instalaron 470 mil m2, mientras que en México en el 2000 se tenían instalados un total de 373 mil m2 de calentadores. Un calentador solar de agua en su casa, departamento u oficina, ahorrara gas, y por ende y más importante dinero. Además, contribuirá a mejorar el aire que todos respiramos.

Actualmente en México, existen demasiados calentadores solares, pero sus costos son muy elevados, el policarbonato es un material termoplástico amorfo y sus propiedades mecánicas son: ópticas eléctricas y térmicas de alto nivel, es por ello muy importante, que existan más calentadores a bajo costo para que la gente en general los pueda adquirir.

Antecedentes

Un calentador solar es un aparato que utiliza la radiación del sol (energía solar) para calentar alguna sustancia, como puede ser agua, aceite, salmuera, glicol o incluso aire. … En muchos climas un calentador solar puede disminuir el consumo energético utilizado para calentar agua.

Los calentadores solares, como ya mencionamos, aprovechan la energía térmica de la radiación solar y para poder hacerlo cuentan con colectores solares. Estos colectores se fabrican de materiales especiales que pueden captar la radiación solar y transformarla en energía térmica, en términos simples funciona de una manera similar a lo que ocurre cuando exponemos un recipiente con agua al sol, sólo que estos colectores maximizan el efecto de los rayos del sol, por lo que el líquido se calienta más rápido y alcanza temperaturas más elevadas.

actualmente podemos encontrar en el mercado diferentes tipos de calentadores solares que se distinguen entre sí por su capacidad, diseño y forma en que suministran el agua caliente. En términos generales, por el sistema mediante el que funcionan podemos catalogarlos en dos grandes grupos: calentadores pasivos y activos.

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 termo tanque, 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 “termos fónicos”, 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 termo tanque, 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 “termo tanque”, 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.

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.

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 climática.
• 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 termo tanque.
• De preferencia, báñese usted y su familia en la tarde o noche, que es cuando se tiene la mayor temperatura del agua en el termo tanque.
• Limpie periódicamente la cubierta del colector solar, para eliminar la suciedad que disminuye la eficiencia del equipo.

¿Qué es el Policarbonato?

El policarbonato es un material termoplástico amorfo cuyas principales características son sus propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas y térmicas de alto nivel. Es uno de los materiales más usados la construcción, proporcionando variadas soluciones para techos y fachadas.

Se trata de un plástico liviano, duro, resistente, duradero, fácilmente moldeable y con la propiedad de ser teñido en diversos colores. Se usa normalmente cuando se requiere un material a través del cual se pueda mirar, pero suficientemente resistente a los malos tratos.

El policarbonato es muy usado por su larga vida útil en espacios donde se necesitan áreas internas con iluminación natural translucida tales como  invernaderos, naves industriales, centros comerciales,  instalaciones deportivas, toldos para ventanas, techo en terrazas, etc.  También su gran uso es debido a su amplia variedad de perfiles, formas, colores y dimensiones que permiten encontrar la solución personalizada que satisfaga los criterios específicos de rendimiento.

Las propiedades e innumerables ventajas que posee el policarbonato lo ha convertido en uno de los mejores materiales de construcción a la hora de cubrir superficies en la que mantener la iluminación es una prioridad absoluta. Las características más comunes del policarbonato son:

• Resisten muy bien el impacto
• Resistencia a condiciones climatológicas adversas
• Excelente transmisión luminosa (88%)
• Posee propiedades termoaislantes
• No envejece, o sea, no adquiere tonalidades amarillentas, por lo que mantiene sus valores de transmisión de luz con el paso del tiempo al conservarse con su color original .
• Resistencia a la radiación ultravioleta. Debido a un tratamiento superficial que evita la degradación por luz solar.

Las láminas de policarbonato se pueden instalar sobre diferentes tipos de estructura, ya sea de madera, metálicas, de aluminio, etc.  El material se fabrica en grandes planchas rectangulares de poco peso. Este material es hasta 20 veces más resistente que una plancha de fibra de vidrio y al mismo tiempo es más flexible.

Objetivo

• Elaborar un calentador solar con lamina de policarbonato.
• 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 lámina de policarbonato es decir de forma casera.
• Fomentar la utilización de la energía solar para el calentamiento de agua.
• 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

Justificación

Este proyecto se realizará con el propósito de adquirir conocimiento sobre el calentador solar de agua y así tener una fuente alterna de energía para el calentamiento de agua.

En casa mis papas anduvieron investigando precios y calidad de calentadores solares, motivo por el cual me día ala tares de investigar cómo se hace un calentador y sobre todo si funciona.

Un calentador solar se usa con el fin de aprovechar la energía solar, la cual que es gratis y no es aprovechada adecuadamente. Además, esta energía es limpia, es decir, no produce contaminantes ni daña el medioambiente como lo hacen los hidrocarburos (petróleo, gas L.P., gas Natural, etc.). El Sol es una fuente inagotable de energía por la razón de que siempre está presente en nuestro medio, el calentador solar de agua a la larga conviene en el factor económico ya que no genera gastos durante el tiempo que es utilizado, sólo con la instalación 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.

Hipótesis

Pues antes de hacer el Calentador Solar pensamos que si va a funcionar ya que al exponer una lámina de policarbonato el sol esta lógicamente se calienta y por consiguiente el agua saldrá caliente, entonces en pocas palabras este Calentador si funcionara.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

• Lamina de policarbonato
• Tubería de PVC de varios tamaños y calibres
• Garrafón de agua
• Bote de agua de 19 lt.
• Acero estructural
• Silicón
• Cinta teflón
• Llave de agua
• Pegamento

Herramientas

• Taladro
• Esmeril
• Arco
• Pinzas
• Desarmadores
• Pistola de calafateo

Elaboración del Calentador solar

Para poder elaborar mi calentador tuve que asistir a un taller de mecánica industrial debido a que ahí tienen las herramientas necesarias y sobre todo la supervisión de una persona preparada.

Taller MASIME

Como primer punto nos dimos a la tarea de la preparación de nuestro termo-tanque

haciéndole diferentes tomas de agua en los puntos correctos de nuestro termo-tanque (garrafón).

En  segundo punto ranuramos nuestros tubos de pvc de 1 ½ “ para poder insertarnuestra lamina de policarbonato y tener listo nuestro colector solar plano

Como tercer punto y ya teniendo preparados nuestro termo-tanque y colector solar plano, realizamos el armado de la tubería de PVC de ½ “con la conexión de la llave.

Por ultimo nos dimos a la tarea de instalarlo en la azotea de mi casa y de llenar el termo-tanque con agua para realizar las pruebas necesarias para para ver si funciono, 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.

Como último punto era esperar a que funcione y sobre todo que el sol hiciera su trabajo y que a través de las celdas de la lámina de policarbonato calentara el agua.  Para poder medir la temperatura del agua lo intentamos con un termómetro de mercurio el cual no funciono, posteriormente lo intentamos con un termómetro eléctrico y no sirvió debido a que solo marca temperatura de 42 y como último recurrimos a un termómetro de precisión.

Galería Método

Resultados

Los resultados fueron favorables ya que, si se pudo elaborar un calentador solar con lámina de policarbonato.

Galería Resultados

Discusión

aunque hubo pequeños detalles ya que no quedo al primer intento debido a que la intensidad del sol generaba que el agua saliera del tubo, pero nos dimos cuenta que teníamos que cambiar el tubo de PVC era de 3” y se cambió a 1 ½ “pero se logró el cometido.

Me di cuenta que su valor es mucho más económico que un calentador solar que se encuentran en el mercado comercial.

El calentador solar funciona adecuadamente calentándola y manteniéndola en una temperatura constante de 50 a 60 °C.

Resulto ser una gran alternativa para el ahorro de gas y electricidad.

Conclusiones

Finalmente, se demostró la factibilidad de construir un calentador con lámina de policarbonato a bajo costo que puede ser de gran utilidad para algunas personas al reducir sus gastos en gas y apoyar con ello a la protección del medio ambiente.

De acuerdo a los resultados obtenidos, se podrían considerar cambiar algunos materiales para lograr mantener por más tiempo el agua caliente.

Bibliografía

http://calentadodeaguacaseramente.blogspot.mx/

Taller MASIME

Ing. Omar Medina

Ing. José Luis Sánchez

http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria18/F_L_DT%20Disenio_y_construccion_de_un_cal.pdf

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography