Transferencia de calor y ahorro de energía

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Benemérita Universidad

Autónoma De Puebla

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Facultad Ingeniería Química.

Colegio de Ingeniería Ambiental

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Materia: Transferencia de calor y ahorro de energía

Proyecto final:
“Colectores solares“

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Profesor(a): Dr. Gabriela Pérez Osorio

Alumnos:

Morales Sánchez Héctor

Romero Meza Jesús Omar

Carrera Núñez Oscar

Lastra González Eric Sebastián

“Pensar bien para vivir mejor”.

Contenido

Antecedentes        

Descripción        

Tipos de Colectores Solares……………………………………………………………..4

Partes/Componentes y Funcionamiento        5

    Componentes Generales        5

Colectores planos        7

Colectores Focales        7

Fundamento de Transferencia de calor        

Ecuaciones        

Colectores planos        

Colectores Focales        

Aplicaciones        

Ventajas y Desventajas        

Conclusiones        

Bibliografía        

Antecedentes

En 1872 en soleado desierto de Chile Septentrional se construyó una planta de destilación solar que cubría 4700 m2 de superficie, para transformar agua salada en agua dulce, que se emplearía en una mina de nitrato. Láminas de vidrio inclinadas cubrían canales de agua salada, transmitiendo los rayos del sol y reduciendo la radiación infrarroja perdida, calentando de esta manera el agua. El vapor de agua se condensaba en la cara interna del vidrio, era enfriado por el aire exterior y una vez condensado se vertía a unos canalones. Esta planta funciono eficazmente durante 40 años, hasta que la mina se agotó. Una notable aplicación a gran escala de la energía solar, produjo hasta 23000 litros de agua fresca por día. (DanielsFarrington, Pag.6)

En la exposición de Paris de 1878, la luz solar era enfocada a una caldera de vapor que hacia funcionar un pequeño motor que a su vez accionaba una impresora. (DanielsFarrington, Pag.6)

En 1901 en South Pasadena, un gran colector focal en forma de cono truncado producía 4.5 hp utilizando un área de 14 m2/hp. (DanielsFarrington, Pag.6)

En 1913, cerca del Cairo (Egipto), F. Shuman y C. V. Boys construyeron un gran motor solar de más de 50 hp con grandes cilindros parabólicos que concentraban la radiación solar en un tubo central con coeficiente de concentración de 4.5 a 1. Bombeaba agua para riego desde el Nilo. (DanielsFarrington, Pag.8)

Uno de los primeros intentos de almacenar energía producida por el sol fue el de J. A. Hamington en nuevo México, hace casi medio siglo. Concentro luz solar en la caldera de un motor de vapor que bombeaba agua a un tanque de 19000 litros situado a una altura de 6 m del que descendía de nuevo por una turbina accionando una dinamo y pequeñas lámpara eléctricas que iluminaban una pequeña mina de noche y día.(DanielsFarrington, Pag.8)

Descripción

Cuando un objeto se expone a la radiación solar su temperatura se eleva hasta que las pérdidas de calor igualan las ganancias. Las pérdidas dependen de la emisión de radiación del material caliente, del movimiento del aire frio que lo rodea y de la conductividad térmica de los objetos en contacto con él. Las ganancias dependen de la intensidad de radiación solar y del poder absorbente de su superficie. La radiación solar se puede recoger de dos maneras fundamentales para producir altas temperaturas: cubriendo una superficie receptora con una lámina transparente a la luz del sol de vidrio o de plástico, y enfocando la radiación solar recibida en una gran superficie a un receptor de superficie pequeña.

Los colectores solares se clasifican usualmente en colectores planos que no enfocan y en colectores focales. Los colectores planos suelen ser  estáticos, aunque a menudo son movidos cada cierto tiempo para acomodarse a la estación del año; los colectores focales casi siempre son movidos a lo largo del día para seguir al sol. Generalmente los planos son más baratos y aprovechan tanto el calor de la radiación difusa como el de la directa. Pueden funcionar tanto en días nublados como claros. Los colectores focales utilizan únicamente la radiación directa pero pueden producir temperaturas mucho más altas.

En ambos casos la superficie colectora debe ser tan negra como sea posible, en orden a absorber más de 95 por ciento de la radiación y reflejar únicamente cantidades despreciables. (DanielsFarrington, Pag.38)

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Tipos

La clasificación de los colectores solares puede ser en función al fluido térmico que utiliza, además de agua puede ser otro líquido o hasta un gas.

Los más comunes son loscolectores de placa plana con cubierta, o llamado también panel solar térmico, es usado en el hogar para sistemas de calefacción y calentar agua, de misma manera que en sistemas comerciales y piscinas. Estos dispositivos se encuentran dentro de los captadores de baja temperatura que abarcan entre los 30 y 70 grados centígrados. Se compone de una caja plana metálica por la que circula un fluido que se calienta al pasar por el panel, la cubierta evita que haya pérdidas de calor. Además, se pueden montar como parte del techo o solos de manera independiente.

En cambio los colectores de placa plana sin cubierta que también trabajan en el mismo rango de temperaturas, pero estos se destacan por ser un sistema económico y sencillo, debido a que no posee una cubierta y ningún otro aislamiento, pierden calor. Son utilizados para piscinas al aire libre,calefacción de agua para lavar carros y calefacción de agua en piscicultura.

Otro tipo de colectores son los concentradores parabólicos, consiguen altas temperaturas y usualmente son utilizados en el sector industrial como en centrales térmicas, ya que trabajan desde 40 hasta 4 mil grados centígrados, sin embargo funcionan igual que los de placa plana convencionales.

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