Propuesta De Diseño De Calentador

Propuesta de Diseño de Calentador Solar

Un calentador solar es un equipo que aprovecha la energía proveniente del sol para calentar alguna sustancia o fluido; sin usar ningún tipo de combustible. Su uso más común es para calentar agua.

Los calentadores solares pueden utilizarse durante todo el año a pesar de los días nublados ya que funciona aprovechando la radiación solar visible e invisible; el único cambio sería en que la eficiencia del equipo no sería la misma.

Funcionamiento

Se compone de un colector solar plano, donde se captura la energía proveniente del sol; que después será transferida al agua. Dicha placa térmica colectora puede ser metálica (fierro, aluminio, cobre, etc.) o de plástico (menos eficiente). Debe ser oscura para aumentar la captación térmica y debajo de ella se ubican los cabezales de alimentación y circulación de agua. Eso quiere decir que el agua entra fría y se calienta al pasar por el colector solar.

El agua caliente es más ligera que el agua fría y por esta razón tiende a subir, estableciendo una circulación natural entre el colector solar y el termotanque; que es donde se almacena el agua caliente sin necesidad de ningún equipo de bombeo (Termosifón). El termotanque está forrado con un aislante térmico para evitar la pérdida de calor y mantener el agua caliente para que este lista para usarse en el momento requerido.

Tipos de Calentadores

Hay dos tipos de calentadores solares y esto tiene que ver con el material captador; existen los colectores solares planos y los de tubos evacuados.

1.- Los colectores solares planos cuentan con un elemento captador de placa de cobre, este equipo tiene la capacidad de proporcionar agua entre 30 ºC y 60 ºC en un día soleado.

2.-Los colectores de tubos evacuados utilizan como elemento captor 2 tubos concéntricos de cristal, con un espacio vacío entre ambos; donde el tubo interior está provisto de una capa que absorbe el calor. Este equipo tiene la capacidad de proporcionar agua hasta 80 ºC en un día soleado.

Propuesta de diseño

Debido a los intercambiadores que hay en la pared fría de la caseta CAGETEV, el diseño será el siguiente:

Existen 4 intercambiadores de calor con 13 tubos verticales de ½ pulg. de 1.1 mts. de largo y 2 tubos horizontales de 1 pulg. de 1.3 mts. de largo, por lo tanto el volumen es:

V_(1/2)=(π∙D^2)/4∙L∙NoTub=1.8114 lts

V_1=(π∙D^2)/4∙L∙NoTub=1.3174 lts

V_TI=(V_1+V_(1/2) )∙4=12.5152 lts

Tomando en cuenta lo anterior se opta por 10 tubos verticales de ¾ pulg. de 1.2 mts. de largo y 2 tubos horizontales de 1 pulg. de 1 mt. de largo, por lo tanto el volumen es:

V_1=(π∙D^2)/4∙L∙NoTub=1.0134 lts

V_(3/4)=(π∙D^2)/4∙L∙NoTub=3.4202 lts

V_TC=(V_1+V_(3/4) )=4.4336 lts

Según CONAGUA, se tuvo una temperatura promedio de 21.2 °C de 1981 al 2000, valor que tomaremos para el agua como temperatura ambiente, el calor especifico del agua es 4.181 KJ/Kg°C y se propone elevar la temperatura 20°

Q=C_e∙m∙ΔT Pero

m=ρ∙V=1000kg/m^3 (0.0044336 m^3)=4.4336 Kg

∴Q=4.181 KJ/(Kg°C)∙4.4336 Kg∙20°C Q=88608.42 cal

Se tendrá que llenar un tinaco aislado de 230 lts. para almacenar el agua caliente. La radiación media solar es k=1366 W/m2 = 326.24 cal/sm2 y suponiendo una eficiencia del colector del 50%, se tardara en llenar:

t=Q/(η∙k∙A)=2376.24 s=39 min,36 seg

Caudal=V/t=0.1119lts⁄min

∴ t_tinaco=Vtin/Caudal=34 hrs,15 m.

Considerando que el colector funciona un promedio de 10 horas al día, se tardara poco más de 3 días en llenar totalmente el tinaco

Nota: el área se toma solo de la parte expuesta al Sol de los tubos verticales, y su forma se simplifica a la de un rectángulo donde D=h

Como se necesita tener la temperatura a 20 °C en la pared fría, para el análisis de calor

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