LAPECAS - Sistemas solares termosifónicos

Instituto de Energías Renovables UNAM

3 Dec 202018:17

Summary

TLDREn este video, el Dr. Octavio García del Instituto de Energías Renovables de la UNAM explica el funcionamiento y evaluación de los sistemas solares termosifónicos. Se describen dos tecnologías principales: los colectores solares planos y los tubos evacuados. García detalla cómo estos sistemas aprovechan la energía solar para calentar agua, ahorrando gas y reduciendo emisiones de CO2. Además, se discuten los métodos de evaluación de rendimiento energético y las pérdidas durante la noche. También se explican los requisitos de instalación y mantenimiento de estos sistemas para garantizar su eficiencia y durabilidad.

Takeaways

🔆 El laboratorio de pruebas de equipos de calentamiento solar del Instituto de Energías Renovables de la UNAM evalúa el rendimiento de sistemas termosifónicos solares.
🌞 El sistema solar termosifónico funciona mediante convección natural, sin necesidad de bombas, y utiliza el principio de calentamiento del agua a través de tubos de cobre.
🚿 Los sistemas termosifónicos pueden almacenar agua caliente durante el día y conservar la temperatura hasta el día siguiente gracias a un tanque bien aislado.
📏 Para evaluar estos sistemas, se mide el área de apertura del colector, que varía según el diseño y la tecnología utilizada.
⚙️ Existen dos tipos principales de sistemas: colectores solares planos y tubos evacuados. Ambos funcionan de manera similar, aunque los tubos evacuados pueden utilizar diferentes configuraciones de fluido y estructuras.
💨 Se utilizan válvulas de seguridad y eliminadores de aire para evitar sobrepresiones y mantener un funcionamiento seguro.
📉 El rendimiento térmico se evalúa mediante pruebas diurnas y nocturnas, analizando la energía absorbida y las pérdidas térmicas.
🌍 México tiene una ubicación privilegiada para el uso de calentadores solares, recibiendo entre 5.5 y 6.5 kWh/m² de radiación solar diariamente en promedio.
🔧 El mantenimiento e instalación de estos equipos debe ser realizado por personal capacitado, idealmente ubicándolos en una zona sin sombras y orientados hacia el sur.
💰 Los costos promedio de instalación de un sistema de calentamiento solar en México rondan los 10,000 pesos, con una garantía típica de hasta 10 años.

Q & A

¿Qué es un sistema solar termosifónico?
-Un sistema solar termosifónico es un tipo de calentador solar que no requiere de bombas ni componentes eléctricos. Funciona mediante la convección natural, donde el agua caliente sube al tanque y el agua fría, que es más densa, desciende al colector.
¿Cómo se calienta el agua en un colector solar plano?
-El colector solar plano está compuesto por tubos y aletas de cobre o aluminio que absorben el calor del sol. Este calor calienta el agua que circula a través de los tubos y se almacena en el tanque.
¿Qué tipo de mantenimiento requieren los sistemas solares termosifónicos?
-El mantenimiento es sencillo, pero debe ser realizado por personal capacitado. Incluye verificar que no haya fugas, limpiar el equipo regularmente y asegurar que el sistema esté bien instalado y orientado hacia el sur.
¿Cuáles son los beneficios de utilizar un calentador solar termosifónico?
-Los beneficios incluyen el ahorro de gas LP, la reducción de emisiones de CO2 y la posibilidad de tener agua caliente disponible incluso después de 10 a 12 horas de nublado, gracias al aislamiento del tanque.
¿Qué diferencia existe entre un colector solar plano y un sistema de tubos evacuados?
-Ambos sistemas funcionan de manera similar, pero los tubos evacuados suelen ser más eficientes en la retención de calor. Además, los tubos evacuados con tubos de calor tienen un mecanismo que utiliza acetona para transferir el calor, lo que los hace más confiables en caso de rotura.
¿Qué precauciones de seguridad tienen estos sistemas?
-Los sistemas cuentan con válvulas eliminadoras de aire y válvulas de sobrepresión que evitan la acumulación excesiva de presión en el tanque, lo que podría llevar a una explosión si no se controla.
¿Qué variables se miden para evaluar el rendimiento térmico de los sistemas solares?
-Se mide el área de apertura del colector, el volumen de agua en el termotanque, la irradiación solar y la temperatura ambiente. Con estos datos, se pueden calcular la energía obtenida y las pérdidas durante la noche.
¿Cuánto tiempo dura la prueba de evaluación de rendimiento de un sistema solar?
-La prueba diurna dura aproximadamente 8 horas, durante las cuales se registran las temperaturas iniciales y finales. La prueba nocturna dura 15 horas, donde se mide cuánto calor se pierde durante la noche.
¿Qué condiciones meteorológicas se requieren para realizar una prueba válida según la norma mexicana?
-La norma requiere irradiancia solar global superior a 800 W/m², velocidad del viento inferior a 3 m/s y una temperatura ambiente mayor a 10°C para que las pruebas sean válidas.
¿Cuánto tiempo puede mantenerse el agua caliente en un sistema termosifónico durante la noche?
-Gracias al aislamiento del tanque, el sistema puede mantener el agua caliente durante la noche con una pérdida mínima de temperatura, permitiendo que aún se pueda utilizar agua caliente al día siguiente.

Outlines

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🌞 Funcionamiento del Sistema Solar Termosifón

El doctor Octavio García, investigador del Instituto de Energías Renovables de la UNAM, explica el funcionamiento de un sistema solar termosifón. Este sistema utiliza la placa plana con tubos y aletas de cobre a través de los cuales el agua se calienta por efecto del sol. El proceso de calentamiento se basa en el efecto termosifón, donde el agua caliente se mueve hacia arriba y el agua fría hacia abajo, creando un ciclo natural de recirculación. El sistema incluye un tanque aislado que mantiene el agua caliente durante el día y la noche, permitiendo ahorros en el uso de gas LP y reducción de emisiones de CO2.

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🌡 Caracterización de Sistemas Solares Termosifónicos

Se describen dos tecnologías de sistemas solares termosifónicos: la de tubos evacuados atmosféricos y la de tubos evacuados con tubos de calor. La tecnología de tubos evacuados se basa en el mismo principio de funcionamiento que los colectores planos, pero con tubos evacuados que pueden contener agua directamente o un fluido que se evapora y se condensa para calentar el agua. Se menciona que los tubos de calor son más confiables que los tubos evacuados convencionales, ya que en caso de rotura no hay pérdida de agua. La explicación incluye detalles sobre la evaluación de estos sistemas para determinar su rendimiento y pérdidas durante la noche.

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📊 Evaluación de Sistemas de Calentamiento Solar

Victor Hugo Gómez Espinoza, técnico académico del Instituto de Energías Renovables de la UNAM, detalla el proceso de evaluación térmica de sistemas de calentamiento solar termosifónicos. La evaluación involucra medir el área de apertura del colector, el volumen de agua del termotanque y obtener datos a lo largo de 10 puntos para generar las curvas características diurnas y nocturnas. Se mencionan las normas y requisitos meteorológicos para realizar estas pruebas, incluyendo irradiancia solar, radiación y velocidad del viento. Además, se describe el sistema automático de registro y almacenamiento de datos utilizado en el laboratorio.

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💡 Tecnología Solar y Evaluación de Sistemas

Gabriel García de Alba, estudiante de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, habla sobre la madurez de la tecnología termosolar en México y las tres tecnologías principales: placa plana, tubos evacuados y autocontenidos. Se aborda la instalación y mantenimiento de estos sistemas, así como las preguntas frecuentes sobre su uso, como la garantía, los costos y la capacidad de mantener el agua caliente después de una noche. Se muestra una demostración de la temperatura alcanzada por el agua en el tanque de almacenamiento térmico.

Mindmap

Keywords

💡Sistema solar termosifónico

Un sistema solar termosifónico utiliza la energía solar para calentar agua sin necesidad de bombas o componentes eléctricos. Funciona mediante convección natural, donde el agua caliente sube al tanque y el agua fría desciende al colector. Este sistema es central en el video ya que se utiliza para explicar cómo el calor solar puede ser aprovechado para reducir el consumo de gas LP y disminuir las emisiones de CO2.

💡Colector solar

El colector solar es una parte esencial del sistema termosifónico, compuesto por tubos y aletas de cobre que captan la radiación solar. En el video, se describe como el dispositivo que absorbe la energía del sol y transfiere el calor al agua, permitiendo su uso para calefacción o agua caliente en el hogar. Existen diferentes tipos de colectores, como el de placa plana, que se mencionan en la explicación.

💡Tubo evacuado

Los tubos evacuados son otra tecnología de captación de energía solar, similar a los colectores planos. Estos tubos están diseñados para minimizar las pérdidas de calor, aumentando la eficiencia del sistema. En el video, se comparan los tubos evacuados con los colectores planos, destacando sus ventajas y desventajas en términos de confiabilidad y eficiencia.

💡Tanque termo

El tanque termo es un componente de almacenamiento del agua caliente en los sistemas termosifónicos. Está muy bien aislado para evitar pérdidas de calor durante la noche o en días nublados, permitiendo que el agua se mantenga caliente por más tiempo. El video resalta la importancia del aislamiento del tanque para asegurar el rendimiento del sistema, incluso en condiciones adversas.

💡Pérdidas nocturnas

Las pérdidas nocturnas se refieren a la cantidad de calor que se escapa del sistema durante la noche cuando no hay radiación solar. Este concepto es clave en la evaluación del rendimiento de los sistemas solares, ya que permite determinar la eficiencia del aislamiento del tanque y cuánto calor se conserva para su uso al día siguiente. En el video, se menciona como parte del análisis de rendimiento de los equipos.

💡Rendimiento térmico

El rendimiento térmico mide la eficiencia con la que un sistema solar transforma la energía solar en calor utilizable. El video aborda cómo se evalúa este rendimiento a través de pruebas de laboratorio, midiendo tanto la ganancia de energía durante el día como las pérdidas nocturnas. El rendimiento térmico es crucial para determinar la cantidad de gas y energía que se puede ahorrar utilizando estos sistemas.

💡Norma NMX-004-CGE-2010

Esta norma mexicana regula las pruebas de rendimiento de los sistemas solares térmicos, estableciendo las condiciones bajo las cuales se deben realizar las evaluaciones. En el video, se menciona que las pruebas de laboratorio para medir el rendimiento térmico de los sistemas termosifónicos siguen los requisitos de esta norma, asegurando que los resultados sean precisos y consistentes.

💡Ángulo de inclinación

El ángulo de inclinación del colector solar se ajusta según la latitud del lugar de instalación para maximizar la captación de energía solar. En el video, se explica que el ángulo es importante para asegurar que los rayos solares incidan de la manera más eficiente posible durante todo el año, lo que optimiza el rendimiento del sistema solar.

💡Válvula de seguridad por presión

La válvula de seguridad por presión es un componente de los sistemas termosifónicos que previene la sobrepresión dentro del tanque, lo cual podría causar una explosión. Esta válvula se menciona en el video como un dispositivo crítico para la seguridad, ya que libera agua cuando la presión es excesiva, garantizando el funcionamiento seguro del sistema.

💡Irradiancia solar

La irradiancia solar es la cantidad de energía solar que incide sobre una superficie por unidad de área, medida en watts por metro cuadrado. En el video, se menciona que las pruebas de rendimiento requieren niveles específicos de irradiancia para ser válidas. Esta medida es fundamental para calcular la eficiencia de los sistemas solares y determinar cuánta energía pueden captar durante el día.

Highlights

Explicación del funcionamiento de un sistema solar termosifónico, que utiliza la convección natural para calentar agua sin necesidad de bombas o elementos eléctricos.

El sistema solar termosifónico puede alcanzar temperaturas de hasta 60 grados Celsius a las 11 de la mañana, suficiente para el uso doméstico mezclando con agua fría.

El colector solar plano tiene una cubierta de policarbonato o vidrio y tubos de cobre que calientan el agua mediante radiación solar directa.

El tanque termo sifónico está bien aislado, lo que permite conservar la temperatura del agua durante la noche o en días nublados.

La tecnología de tubos evacuados también sigue el mismo principio de termosifón, pero con una mejor conservación del calor gracias a su diseño.

Los tubos evacuados con tubos de calor utilizan acetona para evaporar y transferir energía térmica al agua del tanque, una tecnología más confiable en caso de roturas.

El sistema termosifónico puede conectarse en serie con un boiler de gas, lo que permite ahorros en el consumo de gas LP y garantiza agua caliente continua.

El área de apertura del colector solar se mide para evaluar la eficiencia energética del sistema, y se registran las pérdidas de energía nocturnas.

Los sistemas solares pueden alcanzar temperaturas de hasta 80 grados, y su rendimiento se evalúa durante el día para obtener una curva de rendimiento térmico.

El sistema de tubos evacuados es más confiable en cuanto a fugas de agua en caso de roturas, comparado con los sistemas de colectores planos.

La norma mexicana NMX-S-004-CGE-2010 regula las pruebas de rendimiento de los sistemas solares, considerando condiciones meteorológicas específicas como la radiación solar y la temperatura ambiente.

Una estación meteorológica mide variables como la irradiancia solar, velocidad del viento y temperatura ambiente para garantizar la validez de las pruebas.

El laboratorio de pruebas de calentamiento solar de la UNAM utiliza un sistema automático de registro y almacenamiento de datos para evaluar el rendimiento de los sistemas.

En México, la ubicación geográfica permite recibir una irradiación solar promedio de 5.5 a 6.5 kWh/m2 al día, lo que favorece el uso de calentadores solares.

El mantenimiento de estos sistemas es sencillo, y pueden conservar agua caliente incluso después de 12 horas de nublados, gracias a su excelente aislamiento.