diseño, construcción y evaluación de tres
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1. yA Q Q lt lt gt Ll gt Z 9 O Q a 22 Z O a O Z pra EZ O 72 ART CULO DE REFLEXI N DISE O CONSTRUCCI N Y EVALUACI N DE TRES COLECTORES SOLARES T RMICOS PARTE ESTADO DEL ARTE Cuando el sol se eclipsa para desaparecer se ve mejor su grandeza Lucius Annaeus SENECA Efredy Delgado Aguilera RESUMEN El presente trabajo pretende establecer una platafor ma constituida por al menos tres tipos de colectores solares que aprovechen la energ a t rmica proveniente del sol para calentamiento de un fluido que permita el uso directo o para calefacci n y la energ a fotovoltaica que admita la alimentaci n para una unidad habitacio nal t pica con el fin de realizar mediciones de eficiencia en condiciones medioambientales como las existentes en Bogot posteriormente dise ar un control que per mita el seguimiento por parte de los colectores Esto se escenifica dentro del impulso a energ as lim pias y con bajo costo a las cuales se deben allegar a m s personas en este pa s PALABRAS CLAVE Energ a energ as renovables solar colectores control Fecha de recepci n del art culo Fecha de aceptaci n del art culo ABSTRACT The present work aim to establishments a pla tform with three solar collectors at least they are must be thermal energy the sun provided for transmission hot by fluid it s to allow the direct used or calefa2. Z 9 O Q 5 a 22 Z o 0 O Z pra Ez O 74 tes aspectos El aumento de la poblaci n la tecno log a que acercar y reducir los costos de desa rrollo frente a los combustibles convencionales la competencia impulsada por las decisiones de tipo pol tico permitir generar alternativas en t rminos de servicios p blicos monopol sticos a alternativas de mercado y costos competitivos medio ambiente este argumento se presenta con mayor peso en la actualidad debido a los desordenes que clim ticos que exhibe el planeta por cuenta de el mal manejo de recursos naturales En el pa s se han desarrollado estudios energ ticos como el hecho por la Unidad de Planeaci n Minero Ener g tica sobre escenarios energ ticos para Colombia en un horizonte de 20 a os UPME 2002 en algunos as pectos que toca este estudio se encuentra la conciencia nacional sobre los temas ambientales y energ ticos Lo que implica que los desarrollos energ ticos no limpios se vean afectados debido a que sean seguidos muy de cerca por las sociedad tener su aprobaci n desestimu lando las inversiones en el orden energ tico tradicional que de otro lado apoyar a los proyectos que sean ami gables con el medio ambiente Esa posici n de conciencia debe estimular los cam bios que se den a trav s de cambios tecnol gicos en cuanto a producci n y conversi n energ tica debe igualmente alertar en la capacitaci n de capital hu ma
3. g a solar t rmica de baja temperatura Un ejemplo de aplicaci n ser a la producci n de agua caliente sanitaria 2 Los Colectores Solares de Concentraci n Los cua les haciendo uso de los m todos de concentraci n pticos son capaces de elevar la temperatura de fluido a m s de 70 C Estos se aplican en la ener g a solar t rmica de media y alta temperatura 3 Colectores Solares sin concentraci n Estos co lectores se caracterizan por no poseer m todos de concentraci n por lo que la relaci n entre la superficie del colector y la superficie de absorci n es pr cticamente la unidad 4 1 Colector solar de Placa Plana En general un colector de placa plana act a como un receptor que recoge la energ a procedente del Sol y caliente una placa la energ a almacenada en la placa es transferida al fluido Estos colectores en general poseen una cubierta transparente de vidrio o pl stico que aprovecha el efecto invernadero Su aplicaci n es la producci n de agua caliente sanitaria climatizaci n de piscina y calefacci n 4 2 Colectores Solares de Concentraci n Usan sistemas especiales con el fin de aumentar la intensidad de la radiaci n sobre la superficie absor Cuadro 1 Longitud de ondas micras de la energ a total recibida Naturaleza de la radiaci n 0 25 a0 4 1a3 Ultravioleta 0 4 a 0 75 40 a 42 Visible 0 75 a 2 5 55a59 Infrarrojo Fuente Cabirol 1999 1 http wwv text
4. a tasa de desarrollo de la actividad energ tica Aunado a esto se presenta la seguridad de abastecimiento infraestructura ya definida para su aprovechamiento y aspectos como la estabili dad pol tica de las zonas que poseen reservas de fuen tes convencionales que motiva an a un cambio muy lento a tecnolog as energ ticas alternas Los recursos energ ticos cualquiera que sea su na turaleza son usados por el hombre para satisfacer algunas de sus necesidades b sicas en forma de ca lor y trabajo El calor es necesario para un sinn mero de aplicacio nes como la climatizaci n del espacio la cocci n de alimentos o la producci n o transformaci n de algu nos compuestos qu micos La utilizaci n dom stica del calor con el dominio del fuego en las pocas pre hist ricas y la invenci n de las m quinas t rmicas a partir del siglo XVII constituyen algunos de los logros tecnol gicos m s grandes en la historia de la huma nidad El trabajo por otro lado se utiliza para una variedad de procesos en los que hay que vencer fuerzas de oposici n para levantar una masa en un campo gra vitacional para deformar un cuerpo estirar una liga o un resorte o hacer fluir un l quido o gas para la mayor a de los procesos industriales al transformar materia prima en producto terminado para el trans porte de personas y de mercanc as y hasta para tocar cualquier instrumento musical Como la necesidad no cambia la producci
5. ada a la onda Ver cuadro 1 Los rayos infrarrojos calientan la materia en cuanto entran en contacto con ella lo mismo que los ultra violetas pero estos ltimos son mucho menos en cantidad La cantidad de energ a solar que llega a la superficie terrestre en menos de dos semanas es equivalente a la de todas las reservas conocidas de combusti bles f siles Se estima que un total de 1 5 x 1015 megawatt por a o aproximadamente 2500 veces la energ a generada por el hombre por medio de todas las formas convencionales evitando los problemas de radiaci n que ellas provocan La energ a solar tiene dos desventajas 1 Esuna energ a muy difusa es decir que la cantidad que llega a la Tierra por unidad de tiempo y por unidad de rea es muy peque a lo que obliga a recogerla y concentrarla 2 Es intermitente ya que el Sol est disponible solamente durante el d a y frecuentemente es oscurecido por las nubes lo cual obliga a almacenar su energ a para poder disponer de ella en forma continuada 4 COLECTORES T RMICOS Los colectores solares t rmicos son dispositivos ca paces de captar la radiaci n solar y comunic rsela a un fluido para su posterior aprovechamiento Los colectores solares se dividen en dos grandes grupos 1 Los Colectores Solares sin concentraci n Los cuales no son capaces de alcanzar altas tempera turas llegan aproximadamente a unos 702C por lo que son usados en las aplicaciones de la ener
6. ar una mayor gt Consumo atenci n a caracterizaci n t rmica y otras considera gt Consumo ciones apoyadas en herramientas de tipo matem ti A co modelamiento y criterios experimentales Fuente Manual t cnico de captadores solares 1999 5 BIBLIOGRAF A Best Gustavo ORGANIZACI N DE LA NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACION 24 Octubre de 2000 Bisquert Juan C lulas solares de titanio nanoestructurado sensitivizado Alternativas para la generaci n fotovoltaica Junio 2002 Universidad Jaume Cabirol Pelissou y Roux El calentador solar de agua 1999 Spain Cab G David Fundamentos de energ a Solar 2002 Z Q a lt gt paa ES gt LL gt Z Q O Q 3 a 122 Z O a O Z pra Ez O Casta er Luis Markvart Tom Practical handbook of photovoltaics fundamentals and applications 2003 ITESO Manual de radiaci n solar 1999 M xico Opazo Mario Las energ as alternativas revista Javeriana Marzo de 2004 num 702 tomo 140 pp 62 71 Manual t cnico de operaci n y construcci n de captadores solares TERMICOL Rodr guez Humberto Mapas de radiaci n solar en Colombia 1995 Universidad Nacional de Colombia 7 y AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 Patel Murkund Wind And solar power systems 1999 New York CRC Rubio Camacho Berenguer Control de campos de colectores solares Comit Espa ol de Au
7. ction and the photovoltaic energy allow to be a system supply for typical unit habita tion It s to make measurements about useful and efficiency in Bogot city environment conditions and then to make a design of control to allow the followed of sun This work It s between impulse to the renewable ener gy and low cost it s begin to all population of this country KEY WORDS Energy Renewable energy solar collectors control 1 Doctor en Ciencias Econ micas Candidato Universidad del Zulia 2004 Master en Administraci n IESA 1983 Licenciado en F sica Universidad Nacional de Colombia 1975 Profesor Universidad del Zulia Facultad de Ciencias Econ micas y Sociales Divisi n de Post Grado Maestr a de Gerencia de Empresas Profesor Universidad Rafael Urdaneta Divisi n de Post Grado Maestr a en Banca y Finanzas y profesor de pregrado Escuelas de Administraci n Ciencias Pol ticas y Psicolog a Docente Investigador de la Universidad Libre inscrito en COLCIENCIAS Enviar comentarios al correo amadeom20030 yahoo com AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 1 INTRODUCCI N Durante una de las sesiones de la Asamblea General de las Naciones Unidas en Julio de 1997 convocada para la revisi n de la Agenda 21 de la Conferencia so bre Ambiente y Desarrollo de ri de Janeiro de 1992 se enfatiz en que los patrones de desarrollo sos tenible en la producci n distribuci n y consumo de energ a son cruciale
8. n debe for zarse a ello sin embargo tal cambio requerir de im portantes inversiones de capital y una concienciaci n por parte de usuarios de los problemas que a largo plazo se presentaran en el planeta por culpa de las emisiones de combustibles y actividades energ ticas convencionales cabe mencionar que las energ as re novables ser n atractivas a un sector mas amplio de la poblaci n cuando estas presenten una competitivi dad frente a las energ as convencionales Dentro de los recursos renovables que pueden ser aprovechados para desarrollo de potenciales genera dores est n el viento y el agua la energ a solar la energ a e lica los biocombustibles y los biogases No obstante el costo de utilizaci n de energ as alterna tivas en muchas aplicaciones es muy alto comparado con los combustibles f siles reflejando un sistemas de fijaci n de tarifas que no toma en cuenta los cos tos ambientales Algunos expertos mencionan que en tanto el precio por KW h para las energ as alternativas aun no sea competitivo estas podr n ser atractivo para un sector de la poblaci n no atendida mediante los energ as convencionales se alando adem s que las energ as alternativas llegaran a ser atractivas por las siguien AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 Z Q a lt 2 ES gt SA gt yA Q O Q a H 22 yA e O e Z LU N O 73 yA Q Q lt gt ES gt LL gt
9. na es un colector solar Otra aplicaci n directa muy com n es el secado de ropa y algunos productos en procesos de producci n con tecnolog a simple Secado de gra nos por ejemplo 3 1 2 Energ a solar T rmica Se denomina t rmica la energ a solar cuyo aprove chamiento se logra por medio del calentamiento de alg n medio La climatizaci n de viviendas calefac ci n refrigeraci n secado etc son aplicaciones t r micas 3 1 3 Energ a solar Fotovoltaica Se llama fotovoltaica la energ a solar aprovechada por medio de celdas fotoel ctricas capaces de con vertir la luz en un potencial el ctrico sin pasar por un efecto t rmico La transformaci n directa de la energ a solar es bas tante antigua As como mediante una lupa es posible calentar un papel con la radiaci n solar hasta hacerlo arder se pueden usar espejos adecuados para foca lizar la radiaci n solar en recipientes con agua y ca lentarla Tambi n es posible calentar agua mediante sistemas llamados colectores es decir grandes de p sitos de agua que se calientan por radiaci n solar El agua caliente se puede utilizar para uso dom stico directo para calefacci n o para generaci n de energ a el ctrica La radiaci n solar est constituida por una superpo sici n de ondas electromagn ticas cuya longitud de onda est n comprendidas entre 0 25 micras y 4 mi cras Cuanto menor es la longitud de onda mayor es la energ a asoci
10. no capaz de adecuar y fomentar la investigaci n en estas reas que pueden llegar a erigirse como un producto nacional generador de divisas 2 FUENTES DE ENERG A NO RENOVABLE Se considera no renovable la energ a que est alma cenada en cantidades inicialmente fijas com nmente en el subsuelo A medida que se consume un recurso no renovable se va agotando Las reservas disponi bles est n sujetas a la factibilidad t cnica y econ mica de su explotaci n al descubrimiento de nuevos yacimientos y al ritmo de extracci n y consumo 3 FUENTES DE ENERG A RENOVABLE Se llama energ a renovable la que administrada en forma adecuada puede explotarse ilimitadamente es decir su cantidad disponible en la Tierra no dis minuye a medida que se aprovecha AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 Como el alcance de este documento es la energ a t r mica solar esta ser el rea definida para el mismo 3 1 Energ a Solar La energ a solar como recurso energ tico terrestre est constituida simplemente por la porci n de la luz que emite el Sol y que es interceptada por la Tierra Colombia es un pa s con alta incidencia de energ a solar en la gran mayor a de su territorio debido a su posici n en la zona t rrida 3 1 1 Energ a solar directa Una de las aplicaciones de la energ a solar es directa mente como luz solar por ejemplo para la iluminaci n de recintos En este sentido cualquier venta
11. oscientificos com energia calentador solar construccion colectores AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 4 Q a lt D ES gt lll gt yA Q O Q 5 a H 22 yA e a e Z LU N a 75 bente y de este modo conseguir altas temperaturas en el fluido transferente La principal complicaci n que presentan es la necesidad de un sistema de se guimiento para conseguir que el colector est perma nentemente orientado en direcci n al Sol Figura 1 Concentrator La figura 1 muestra un sistema concentrador con un Reciever elemento focal de transporte de fluido t rmico Sea cual fuere el sistema a implementar debe poseer por lo menos de tres partes fundamentales Colector sistemas de acumulaci n y tuber as o ca er as el pri mero de ellos Capta la energ a solar y la transfiere al fluido t rmico transportador el sistema de acumulaci n es donde se deposita el fluido para conservarlo con la menor p rdida posible el tercero tiene la funci n de trans portar el fluido fr o caliente a trav s de los elementos que forman el sistema Fuente Patel 1999 Figura 2 Colector solar plano con reservorio La intenci n de este primer acercamiento a este tema es mencionar algunas de las t cnicas con las cuales Consumo se aprovecha energ a solar en el mbito del proyec to que cubre mas acciones por lo que el dise o y SS la construcci n de los colectores prest
12. s en el mejoramiento continuo de las condiciones de vida UNDP 2000 El tema se centr en la discusi n de sustituir el con sumo de energ a procedente de combustibles f siles por fuentes de energ a alternativa como camino a los m ltiples problemas ambientales sociales y econ micos causados por el consumo de combustibles de origen f sil Sin embargo el cambio esta vinculado con la viabilidad comercial de las energ a alternativas y su versatilidad y competitividad frente a los combus tibles f siles OPAZO 2003 El panorama mundial energ tico muestra que para atender la demanda prevista existe una buena provi si n de energ ticos que durante la ltima d cada ha mostrado un patr n sostenido en su crecimiento ex poniendo una relaci n con el crecimiento del producto interno bruto PIB de cada pa s Sin embargo se prevee que la tasa de crecimiento sufra un descenso estimado alrededor de 1 7 al 2 1 para el per odo de 1007 2010 este declive ser mayor en los pa ses desarrollados mientras que en los pa ses en v as de desarrollo tiende a crecer Dentro de las tendencias de crecimiento de energ ticos se sit an con mayor proyecci n el aumento en la parti cipaci n y masificaci n del gas seguido por el petr leo y el carb n quedando relegadas la energ a nuclear y un mayor uso de las energ as renovables con este plantea miento se da por sentado que el aumento de emisiones contaminantes crezca a la mism
13. tom tica Octubre 2006 Vol 3 num 4 pp 26 45 Unidad de Planeaci n Minero Energ tica UPME Futuros para una Energia Sostenible en Colombia Ministerio de minas y energ a 2002 Unidad de Planeaci n Minero Energ tica UPME Atlas de radiaci n solar en Colombia Ministerio de minas y energ a 2006 UNDP Energy and the challenge of sustainability United Nations Development Program 2000 New York U S A REVISI N EN INTERNET http www fao org sd spdirect EGre0057 htm http www textoscientificos com energia calentador solar construccion colectores http riai isa upv es AVANCES Investigaci n en Ingenier a 2007 No 6 Z Q a lt 2 ES gt SA gt yA 2 O Q gt 22 H 22 yA e a e Z LU N O 77
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