APLICACIONES TÉRMICAS DE LA ENERGÍA SOLAR DE BAJA TEMPERATURA

1. APLICACIONES TÉRMICAS DE LA ENERGÍA SOLAR DE BAJA TEMPERATURA Posgrado de Ingeniería Energía Introducción al Aprovechamiento de las Fuentes Renovables de Energía

2. El Sol es una estrella gigante, que entrega energía a nuestro planeta. ENERGÍA SOLAR El Sol es un gigantesco reactor nuclear. En efecto es una enorme esfera gaseosa, formado fundamentalmente por Helio, Hidrógeno y Carbono, en el seno de la cual se producen continuas reacciones nucleares de fusión, es decir, reacciones mediante las cuales se unen los núcleos de dos átomos de hidrógeno para formar un núcleo de helio, liberando en dicho proceso una gran cantidad de energía.

3. LA RADIACIÓN SOLAR Y LA ATMÓSFERA De la enorme cantidad de energía que emite constantemente el Sol, una parte llega a la atmósfera terrestre en forma de radiación solar. De ella, un tercio es enviada de nuevo al espacio a consecuencia de los procesos de refracción y reflexión que tienen lugar en la atmósfera de la Tierra. De los dos terciosrestantes, una parte es absorbida por las distintas capas atmosférica que rodean el globo terráqueo. El resto llega a la superficie de la Tierra por dos vías: directamente, es decir, incidiendo sobre los objetivos; e indirectamente, como reflejo de la radiación solar que es absorbida por el polvo y el aire. La primera recibe el nombre de radiación directa y a la segunda se le llama radiación difusa.

4. La energía emitida por el Sol no llega a la Tierra de manera uniforme. Varía según la hora del día, según la inclinación estacional del globo terráqueo respecto del Sol, según las distintas zonas de la superficie terrestre, etc.

5. kWh/m2/día ZONAS CON MAYOR RECURSO SOLAR

6. kWh/m2/día 5.8-6.4 5.2-5.8 4.6-5.2 4.1-4.6 3.5-4.1 RECURSO SOLAR EN MÉXICO

7. . Distribución de la energía solar recibida en función de la longitud de onda, en la parte exterior de la atmósfera y en el interior de la misma.

8. Formación de la radiación difusa en la atmósfera.

9. . Efecto del ángulo de incidencia en la potencia radiativa interceptada por una superficie.

10. Medidores de radiación solar Pirheliómetro Piranómetros espectrales Estereo piranómetros Piranómetro Piranómetro con banda

11. TECNOLOGÍA DE CAPTADORES SOLARES DE PLÁSTICO (USO ALBERCAS) • Para temperaturas menores a 40ºC • El panel solar es sumamente ligero. • Los colectores están fabricados en módulos individuales. • Fácil instalación

12. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SOLAR Bomba de recirculación del sistema solar. Válvula Check Válvula de tres vías que dirige el agua hacia los paneles o hacia el filtro opera automáticamente . Válvulas esfera para habilitar o deshabilitar el sistema solar de forma manual. Válvula eliminadora de aire Entrada de agua fría a los paneles Salida de agua caliente de los paneles Control diferencial que controla la válvula de tres vías y/o la bomba. Sensor de radiación solar. Sensor en la tubería de agua fría de la alberca.

13. Introducción El sol es la fuente de la mayoría de nuestras fuentes renovables de energía y una de ellas es la energía solar foto térmica, es decir el uso directo de la radiación solar para calentar un fluido y después utilizarlo.

14. Clasificación Se pueden clasificar los sistemas de colección solar foto térmica en dos tipos: de alta temperatura y de baja temperatura • Calentamiento solar activo • Máquinas termo solares • Calentamiento solar pasivo • Luz de día (Daylighting)

15. Aplicaciones Térmicas de la Energía Solar Calentamiento de agua - Viviendas - Clubes deportivos - Hoteles - Procesos Industriales - Albercas - Sector agropecuario Secado Solar Concentración Solar Refrigeración Solar

16. SECADORES SOLARES • Las secadores solares, son dispositivos que permiten deshidratar productos. El proceso de secado es una etapa importante para muchos productos que deben ser comercializados o almacenados , sin que se produzca el problema de degradación biológica.

17. Calentador solar de techo • Para mucha gente calentamiento solar significa calentadores de techo. A finales de 1999 había un total de 8.5 millones de metros cuadrados de colectores solares instalados en Europa • Calentador solar con bomba • Calentador solar de termosifón

18. Calentador solar con bomba

19. Elementos de un calentador solar con bomba • Panel colector: generalmente de 3-5 m2 de área, montado en el techo de una casa. Normalmente está conformado de tres elementos. • Tanque de almacenamiento: Su capacidad es de 200 l aproximadamente. Contiene un calentador eléctrico para el invierno. • Un sistema de circulación por bombeo: Sirve para transferir el calor del panel al tanque de almacenamiento.

20. Calentador solar de termosifón

21. ¿Cómo funciona un calentador solar? • El Calentador consta de dos partes fundamentales: • -El colector - Elemento encargado de captar la energía del sol y transformarlo en calor.. • El colector a su vez consta de las siguientes partes: • -Caja • -Absorbedor • -Cubierta: • -El acumulador o tanque, Depósito donde se almacena el agua caliente para su consumo • El acumulador y el colector están unidos entre sí por tuberías.

24. Naturaleza y Disponibilidad de la radiación solar

25. El sol tiene una temperatura de 6 mil C en la superficie • Un tercio de la cual es reflejada, y el resto se absorbe y retransmite haciendo de la tierra un sistema estable. • La radiación la percibimos como luz blanca y la tierra a 15 C en la superficie, y -20 C en la atmosfera emite ondas infrarrojas largas al espacio

26. La ley de Planck nos dice en que longitudes dee onda se emite

27. Colección de energía a alta y baja temperatura • La colección de energía solar a baja temperatura consiste en dejar pasar radiación, pero bloquear a la radiación infrarroja de onda larga. • La colección de energía de alta temperatura consiste en utilizar espejos para concentrar energía.

28. Radiación directa y difusa • La radiación que podemos percibir es directa o difusa. • La difusa está en el azul del cielo, en el blanco de las nubes, y es la que es dispersada por estas mismas. • La directa es lo que percibimos como rayos solares. • La radiación difusa y la directa sirven para propósitos térmicos, pero sólo la directa puede ser canalizada para temperaturas muy altas

29. En 1 día despejado, se puede obtener 1 “sol” que es más o menos 1Kw/m2. • La radiación solar anual máxima en una superficie horizontal se obtiene en el ecuador, y es aproximadamente 2000 kilowatt-hora por m2.

30. El porcentaje entre radiación difusa y directa puede ser 50% y 50% en el Norte de Europa. • Hacia el ecuador las ganancias en radiación favorecen más a la directa

31. Disponibilidad de la radiación • Para medir la cantidad de radiación se utilizan solarímetros o piranómetros. • El solarímetro tiene elementos termoeléctricos, siendo el voltaje proporcional a la luz incidente. • La mayoría de los solarímetros miden la energía incidente en su plano horizontal.

32. El solarímetro tiene 2 componentes principales, que son un fotodetector de radiación y un amplificador. El elemento que recibe la radiación solar es el fotodetector y la convierte en una señal que puede ser amplificada y leída. El fotodetector se fabrica de silicio, y se le meten impurezas. • Estas impurezas tienen la particularidad de cambiar las propiedades del silicio, de tal manera que cuando incide la luz sobre el fotodetector, algunos electrones que estaban ligados a los átomos se liberan y pueden circular. • Es un proceso eficiente ya que de cada 10 fotones que inciden, 8 electrones se liberan y comienzan a circular.

33. Se puede hacer un análisis midiendo la radiación difusa y la directa; y así con cálculos matemáticos se puede obtener la radiación para su superficies inclinadas y verticales • En el ecuador se pueden obtener 2000 Kwatts-hora/m2 por año, y maximizando sus cantidades en desiertos.

34. Es obvio que en verano hay más energía que en invierno, pero en números qué significa esto?.

39. Inclinación y Orientación • Nuestra superficie colectora debe orientarse hacia el sur, y mirando al sol. Su inclinación depende de la latitud y el mes del año. • El ángulo entre la superficie y la horizontal debe ser igual a la latitud, siendo la radiación incidente perpendicular en Primavera y Otoño.

40. En verano deberá ser menor la inclinación, ya que el sol aparece más alto, y en invierno será mayor que la latitud debido a que aparece más bajo. • También hay que recordar que las sombras son mayores en invierno • Otro factor es que mientras más al horizonte se encuentre el sol; este tiene que atravezar una atmósfera mayor. • A pesar de todo esto, los efectos de inclinación no son realmente críticos.

41. Vidrio • Los colectores solares de baja temperatura dependen básicamente de una sustancia llamada vidrio. • Una de las virtudes más grandes de los vidrios es que son transparentes a la luz visible, y opacos a la radiación infraroja de onda larga. • Los fabricantes tratan de mejorar la transmitancia para la luz visible, más no así para la infraroja de onda larga.

42. Una manera de aumentar la transmitancia es disminuyendo el contenido de hierro del vidrio. • También se usan plásticos, aunque estos deben ser protegidos de los rayos uv

43. Mecanismos de pérdida de calor • Se pierde energía debido a las diferencias de temperatura, al área disponible, y a las cualidades aislantes del material. • Los medios de conducción de la energía son conducción, convección y radiación.

45. Conducción • La tasa de transferencia de energía depende del gradiente de temperatura y de la conductividad térmica del materia. • Los metales tienen conductividades altas y en espacios muy pequeños conducen grandes cantidades de calor. • Los aislantes incluso a diferencias amplias de temperatura conducen poco calor.

46. La lana de vidrio es muy ocupada como aislante en las paredes

48. Convección • Se transfiere el calor debido a transporte de masa debido a las diferencias en las densidades. • Los efectos de la convección se reducen llegando la cristalería con moléculas pesadas como argón, krypton o dióxido de carbono. • Una forma de disminuir el transporte por convección es evacuando al vacío. • Otra forma de aislar es utilizando un medio transparente con burbujas de gases aislantes.

49. Radiación • La energía también se transmite por radiación, y esta depende de la temperatura del cuerpo radiativo. • También depende la de calidad de la superficie, de acuerdo a su emisividad. • Se pueden bañar las superficies de materiales que tengan una emisividad baja.

50. Aplicaciones de baja temperatura para la energía solar • Gran porcentaje de la energía se ocupa para calentamiento a baja temperatura. • Existen distintas fuertes para suministrar esta energía aparte de la solar. • Calor de desecho de estaciones eléctricas, u otras industrias. • Bombas de calor • Tienen la ventaja de funcionar todo el año, a diferencia del calentamiento solar.