Laboratorio De Colectrores

OBJETIVOS

Objetivos específicos

Evaluar el desempeño de un colector térmico de placa plana utilizado en el calentamiento de agua

Objetivos generales:

Observar y analizar el comportamiento de las temperaturas y e modelo de estratificación en los niveles del tanque.

Comparar el patrón de temperaturas a la entrada y salida del colector en el tiempo.

Analizar el comportamiento de la eficiencia en el tiempo, debido a la intensidad de los rayos.

INTRODUCCIÓN

La razón de ser de la ingeniería, es la obtención de energía para alguna aplicación en especial a partir de otra, bien sea energía química en mecánica (motores), energía calorífica en mecánica (plantas de vapor), energía mecánica en energía hidráulica (bombas hidráulicas), etc. Es decir el ingeniero (ingeniero mecánico en especial) juega con la TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA para suplir necesidades que lo aborden.

Con lo dicho anteriormente existe una forma de aprovechamiento de energía de forma limpia: la energía solar, en cuyo caso debe existir un intercesor para la transformación de la energía UN COLECTOR SOLAR. El colector solar es un dispositivo que aprovecha la energía radiante del sol para el calentamiento de un fluido. Estos dispositivos son utilizados especialmente en servicios domésticos de calefacción, o generación de energía eléctrica. Los colectores solares han tenido gran auge debido a la producción de energía térmica, libre de contaminantes y gases tóxicos que perjudican el ambiente y la vida en nuestro planeta.

MARCO TEÓRICO

EL SOL que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiación de su energía electromagnética, aporta directa o indirectamente toda la energía que mantiene la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible proceden en última instancia de las plantas que utilizan la energía de la luz del Sol.

Datos Históricos importantes:

Las primeras utilizaciones de la energía solar se pierden en la lejanía de los tiempos. No obstante, por algunas tablillas de arcilla halladas en Mesopotamia, se sabe que hacia el año 2000 antes de J.C. las sacerdotisas encendían el fuego sagrado de los altares mediante espejos curvados de oro pulido.

En Egipto, hacia el año 1450 antes de J.C., existían unas estatuas sonoras del faraón Amenhotep III. El sonido producido por estas estatuas era consecuencia del aire calentado en sus enormes pedestales, que eran huecos, y que comunicaban con el exterior por un orificio muy pequeño.

Arquímedes utilizó espejos cóncavos, con los cuales incendió las naves romanas durante el renacimiento.

El primer colector solar plano fue fabricado por el suizo Nicholas de Saussure (1740-1799), y estaba compuesto por una cubierta de vidrio y una placa metálica negra encerrada en una caja con su correspondiente aislamiento térmico. Este colector solar se utilizó para cocinar alimentos que se introducían en su interior.

Colector solar:

Los colectores solares son dispositivos diseñados para captar la radiación solar, transformarla en energía térmica y así elevar la temperatura de un fluido. Esto nos facilita, por ejemplo, calentar agua para su posterior aprovechamiento a nivel doméstico o comercial.

Clasificación de los colectores solares Según la temperatura que puede alcanzar el fluido operante.

Los de concentración o altas temperaturas: son aquellos que necesitan enfocar la energía dispersa para llegar a temperaturas superiores a los 100- 150º C. Los concentradores son dispositivos capaces de aprovechar la energía solar con un sistema de espejos que concentran la energía proveniente del sol en un punto, para calentar agua y convertirla en vapor. Este vapor mueve unas turbinas que a su vez mueven un generador para producir electricidad. El concentrador más simple y conocido que muchos hemos usado para quemar pequeños objetos es la clásica lupa. Históricamente, la idea de concentrar la radiación solar para obtener más energía, fue anterior a la de los colectores planos

Fuente: extraído de wikipedia

Los captadores de bajas temperaturas: son dispositivos más simples que nos permiten obtener energía calórica de baja temperatura (inferior a 100º C).

Se subclasifican en dos:

Captador solar plano, también llamado colector solar plano o panel solar térmico, consistente en una caja plana metálica por la que circula un fluido, que se calienta a su paso por el panel.

Panel de tubos de vacío, donde la superficie captadora está aislada del exterior por un doble tubo de vidrio que crea una cámara al vacío.

Fuente: enciclopedia Wikipedia.

Colector solar plano (el utilizado en la práctica del laboratorio)

Consistente en una caja plana metálica por la que circula un fluido, que se calienta a su paso por el panel. Estos colectores se caracterizan por no poseer métodos de concentración, ser más económicos y resultar eficientes para obtener agua caliente sanitaria. Además, nos ofrecen la ventaja de usar una orientación fija y de aprovechar tanto la radiación directa como la difusa. Estos colectores de placa plana se componen de cuatro elementos principales: la cubierta transparente (vidrio o similar), la placa captadora (superficie negra que va absorber la luz solar), el aislante y la carcasa (contenedor de todo lo anterior).

Puede ser a su vez:

Captador plano protegido: con un vidrio que limita las pérdidas de calor.

Captador plano no protegido: sistema más económico y de bajo rendimiento, utilizado

Partes principales de un colector solar:

Cubierta transparente:

Es la encargada de dejar pasar la radiación solar, evitar que el calor emitido por la placa captadora se vaya del sistema y reducir las pérdidas por convección. Estamos logrando el efecto invernadero con una cubierta de vidrio o plástico y de esta forma aumentando la eficiencia del colector.

Placa captadora:

Tiene por misión absorber de la forma más eficiente posible la radiación solar y transformarla en energía térmica utilizable mediante su transferencia al fluido caloportador (agua, aceite, aire, etc.). Existen diferentes modelos, siendo los más usuales:

Dos placas metálicas separadas unos milímetros entre las cuales circula el fluido caloportador.

Placa metálica sobre la cual están soldados o embutidos los tubos por los que circula el fluido caloportador. En lugar de una placa metálica se puede dotar de unas aletas de aluminio a los tubos de cobre.

Dos láminas de metal unidas a gran presión excepto en los lugares que forman el circuito del fluido caloportador.

Placas de plásticos, usadas exclusivamente en climatización de piscinas.

Aislamiento:

La placa captadora está protegida en su parte posterior y lateral por un aislamiento que evita las pérdidas térmicas hacia el exterior. Elemento bajo la placa absorbente con el fin de disminuir las pérdidas de calor por el fondo del colector. Esto se logra colocando una placa pequeña de un material de baja conductividad térmica o colocando una placa grande de un material de mayor conductividad. La decisión de uno u otro depende de un análisis de costos de aislamiento y energía perdida, y del espacio disponible.

Las características de estos aislantes han de ser:

Resistir altas temperaturas sin deteriorarse, lo que muchas veces se consigue colocando entre la placa y el aislante, una capa reflectante, que impida que el aislante reciba directamente la radiación.

Desprender pocos vapores al descomponerse por el calor y en caso de ocurrir que no se adhieran a la cubierta.

No degradarse por el envejecimiento u otro fenómeno a la temperatura habitual de trabajo.

Soportar la humedad que se pueda producir en el interior de los paneles sin perder sus cualidades.

Carcasa:

Es la encargada de proteger y soportar los elementos que constituyen el colector solar, además de servir de enlace con el edificio por medio de los soportes. Debe cumplir los siguientes requisitos:

Rigidez y resistencia estructural que asegure la estabilidad. Estas cualidades son de suma importancia ya que debe resistir la presión del viento.

Resistencia de los elementos de fijación: mecánica para los esfuerzos a transmitir, y química para soportar la corrosión.

Resistencia a la intemperie, a los efectos corrosivos de la atmósfera y a la inestabilidad química debido a las inclemencias del tiempo.

OTROS ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN PARTES COMO TAL DEL COLECTOR SOLAR

Soporte.

Es la estructura donde se apoyan todos los elementos del colector solar, a excepción del tanque de almacenamiento. Debe tener resistencia a la carga mecánica, a la carga térmica y a la corrosión.

El tanque de almacenamiento:

El tanque de almacenamiento se usa para acumular la energía interna ganada por el fluido al pasar por la placa absorbente. En este tanque, el fluido es estratificado de acuerdo a su densidad, la cual es función de la temperatura. Aquí se observa que el fluido caliente flota

...