Calentador Solar

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Scientia et Technica Año XII, No 31, Agosto de 2006 UTP. ISSN 0122-1701

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CALENTADOR SOLAR DE AGUA OPERANDO POR
TERMOSIFÓN
RESUMEN
En este artículo se presenta el proceso de diseño y construcción de un colector
solar para calentamiento de agua de consumo doméstico, operando por
termosifón. El diseño matemático, la selección de los materiales y el proceso deconstrucción, con base en las normas técnicas colombianas NTC 4368 y NTC
2461, se describen en este trabajo.
PALABRAS CLAVES: Colector solar, Termosifón.
ABSTRACT
In this paper, the design process and construction of a solar collector for
heating of domestic use water operating by thermosiphon is presented. The
mathematic design, materials selection and construction process, taking inaccount Colombian Technical Standards NTC 4368 and NTC 2461, are
described in this work .
KEYWORDS: S olar collector, Thermosiphon.

JUAN CARLOS BURBANO J.
Ingeniero Mecánico, MSc.
Profesor Asistente
Universidad Tecnológica de Pereira
jburbano@utp.edu.co
ÁLVARO HERNÁN RESTREPO
Ingeniero Mecánico, MSc.
Profesor Asis tente
Universidad Tecnológica de Pereira
arestrep@utp.edu.co
OSCARJULIAN SABOGAL F.
Ingeniero Mecánico
Universidad Tecnológica de Pereira
asabogal@telecom.com.co

1. INTRODUCCIÓN
El calentamiento solar de agua para consumo doméstico,
como alternativa para sustituir los calentadores
tradicionales (eléctricos, a gas, etc), es una opción
atractiva, si se toma en cuenta las bajas temperaturas
necesitadas (40ºC a 60ºC), además, desde el punto de
vista de ahorroenergético es la opción más favorable, ya
que en estos sistemas, la fuente de calor es la radiación
solar, la cual sustituye los combustibles fósiles ó la
electricidad.
Los sistemas solares para calentamiento de agua están
constituidos por dos elementos principales [3]:
- C olector, encargado de recibir y transformar la energía
incidente durante el día.
- Tanque de almacenamiento, aisladopara el agua que ha
sido calentada.
Existen dos tipos de sistemas para el calentamiento, los
cuales se diferencian en la forma de circulación del agua:
Sistema de circulación natural y Sistema de circulación
forzada [3].
El colector, para el que se describe el diseño y
construcción, opera por circulación natural, es decir, la
circulación del agua entre colector y tanque, es producida
porel principio de termosifón, presentado cuando, una
masa de fluido es calentada, a través de la base de un
recipiente, es decir, el agua al entrar al colector por la
parte inferior es calentada, lo cual disminuye su densidad
debido al incremento de la temperatura, entonces, la
columna de agua fría en la tubería de retorno al colector y
la columna de agua caliente dentro del mismo , sedesequilibran haciendo que por gravedad la primera baje
y empuje el agua caliente hacia el tanque.
La figura 1, muestra un esquema de un colector de este
tipo.
Fecha de Recepción: 27 Enero de 2006
Fecha de Aceptación: 06 Junio de 2006

Figura 1. Distribución de un colector de circulación natural. [3]

Las viviendas que pueden utilizar este tipo de colector y
para las cuales se realizó eldiseño, son de tipo
unifamiliar y la utilización de agua caliente es sólo para
cubrir las neces idades básicas del baño y la cocina, por lo
cual el consumo de agua caliente por persona, a una
temperatura de 50ºC, es de alrededor de los veinte (20)
litros. La temperatura es alta para permitir que se mezcle
con el agua fría proveniente de la red de acueducto, y
permitir un mayor rendimiento delagua caliente
almacenada en el tanque acumulador del sistema. El
promedio de personas por vivienda en el país, de acuerdo
al informe de reactivación social del Departamento
Nacional de Planeación del año 2003, es de 3,9 personas
[13]; tomando en cuenta este dato se asumirán 4 personas
por cada vivienda para el diseño del colector.
2. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL
CALENTADOR SOLAR DE...