Calentador solar

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

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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 in accountColombian Technical Standards NTC 4368 and NTC 2461, are described in this work . KEYWORDS: Solar collector, Thermosiphon. 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 devista de ahorro energético 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]: - Colector, encargado de recibir y transformar la energía incidente durante el día. - Tanque de almacenamiento,aislado para 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 por elprincipio 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 , se desequilibranhaciendo 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

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

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 el diseño, son de tipo unifamiliar y la utilización de agua caliente essólo 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 del agua caliente almacenada en el tanque acumulador del sistema. El promedio depersonas 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 AGUA Los componentes de un calentador solar de agua para uso doméstico básicamente...