Practica 1 inge solar

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Universidad Autónoma de San Luis Potosí 
Ingeniería en Nanotecnología y Energías renovables
Ingeniería Solar I
Dra. Harumi Moreno 
Colectores Solares 
28 de septiembre de 2017
Ana Gabriela Alvarez Contreras 
Introducción 
Un colector solar es un dispositivo que está diseñado para recolectar la energía generada con el sol y convertirla en energía térmica; estos se dividen en dos grandes grupos aquellos que son de bajar temperaturas, que son utilizados para el “uso doméstico” y aquellos de altas temperaturas que son de uso industrial. Su principal aplicación es la preparación de agua caliente para usos sanitarios, climatización de piscinas o calefacción. (1)
Dentro de los diversos tipos de captadores solares, están los planos; estos son diseñados y utilizados en aplicaciones en las que se requieren bajas temperaturas, o bien en lo que se llama “uso doméstico”, al igual que los colectores de tubos al vacío. En este tipo de colector la temperatura del fluido llega a alcanzar los 65º C, utilizan la radiación solar directa y difusa, no se requiere un movimiento continuo para el seguimiento del sol y prácticamente no requieren mantenimiento. (2)
En el caso de los colectores de tubos al vacío, estos se basan en tubos evacuados, los cuales están conformados por dos tubos concéntricos entre los cuales existe un vacío. En uno de los extremos ambos tubos se unen para sellar el vacío; dentro de ellos se sitúan varios tipos de absorbedores los cuales determinan los distintos sistemas. Este tipo a su vez se divide en dos, los tubos evacuados simples, los de flujo directo y los Heat pipe. Los simples solo son utilizados en aquellos colectores que son termosinfonicos, por lo tanto contienen agua. Los de flujo directo son usados tanto para calentadores exentos o compactos con depósito integrado. Los Heat pipe cuentan con un mecanismo que consiste en un tubo cerrado en el cual se introduce un fluido de propiedades específicas. (3)
Materiales
· Colector Plano
Base para el tanque y la placa
Tanque
Placa
Termómetro
Termopar 
Cubeta
Piranometro 
Multímetro 
· Colector de tubos al vacío
Diferentes piezas de la base del tremotanque
Termotanque
Gomas flexibles y duras para los tubos
Tubos al vacío 
Tornillos y tuercas
Un juego de llaves
Cubeta 
Multímetro
Termopar 
Termómetro
Explicación 
· Colector plano
Para el colector plano, lo primero que se realizo fue orientar la base; para posterior mente colocar la placa y el tanque; sin embarco estos no se pudieron conectar debido a que existió un problema con las mangueras con las cuales se realiza esta conexión por lo que el agua se introdujo directamente a la placa dando un volumen de dos litros con una temperatura inicial entre los 21ºC y los 25º C. Lo que quiere decir que se considera que el agua se encontraba a temperatura ambiente. 
Posteriormente se midió la irradiancia solar cada cinco minutos para poder calcular como iba variando esta y como es que hacía que la temperatura del agua dentro del calentador variara. 
Para finalizar después de sacar el agua se midió la temperatura de esta y posteriormente se deshecho y se comenzó con la desinstalación del colector. 
· Colector de tubos 
Para el calentador de tubos se comenzó por armar la base en la que va el termotanque viendo que piezas iban primero y encontrando algunos problemas al momento de armarla, debido a alguna confusión, se orientó de una manera en la que se creyó que la temperatura llegaría a su máximo de aproximadamente 90ºC. 
Ya que la base estaba armada se colocó el termotanque y se prosiguió a colocar la “goma” en los tubos al vacío, esto se realizó en un lugar con sombra para que estos no se calentaran antes de lo necesario y para facilitar este proceso, se lubrico el tubo con agua con jabón. 
Ya que los tubos estaban listos se prosiguió a colocar los tubos, lubricándolos una vez más y lubricando cada uno de los orificios del termotanque en los que se iba a poner un tubo. Ya que se terminó con la instalación de los tubos se fijó la última parte de la base y para finalizar con la instalación comenzó a llenarse con agua. 
Se le dio seguimiento a la instalación durante unos días más, tomando medidas de temperatura dos veces al día, a las 8:00 horas y a las 14:00 horas. 
Para finalizar una vez que se midio la temperatura del agua que se encontraba dentro del tanque por última vez, se comenzó con la desinstalación de los tubos, vaciando el agua contenida en ellos en una cubeta y midiendo su temperatura desde el inicio hasta el final. 
Cuando se terminó con los tubos, se quitó el termotanque y después e comenzó a desarmar la base y se deshecho el agua utilizada. 
Datos 
· Colector de placas
Volumen de agua= 2 litros. 
	Temperaturas
	Temperatura inicial del agua en cubeta= 25ºC
	Temperatura Final del agua en cubeta = 78ºC
	
	Temperatura final del agua en placa = 92ºC
Este proceso de calentamiento fue realizado en un tiempo de 20 minutos. 
Irradiancia
El valor de la irradiancia fue tomada cada 5 minutos
	Valor medido por el multímetro (mV)
	I (W/m2)
	10
	567.536
	10.5
	595.913
	11
	624.29
	11.5
	652.66
· Colector de tubos
Volumen de agua = 6 litros. 
	Irradiancia
	Valor dado por el multímetro= 17.2 mV
	I= 976 W/m2
La temperatura inicial del agua fue de 25.2ºC
	Hora
	Temperatura ºF
	Temperatura ºC
	12 pm
	122
	50
	2 pm
	124
	51.11
	8 am
	126
	52.2
	2 pm
	168
	75.77
	8am
	132
	55.5
	2 pm
	145
	62.77
Cálculos 
· Colector de placas
Los cálculos realizados en este trabo fueron los siguientes:
La irradiación se calculó utilizando un piranometro sin embargo al medirla el resultado dado por el multímetro estaba en mV por lo tanto tubo que calcularse con la siguiente formula
, donde el valor de referencia es 17.62 µW/m2.
En la siguiente grafica se observa como fue cambiando la irradiancia
Tomando en cuenta lo anterior se puede realizar el cálculo de la eficiencia de este mediante la siguiente formula y los datos dados anteriormente
En la siguiente grafica se muestra cómo va cambiando la eficiencia de acuerdo a la irradiancia solar medida durante un periodo de tiempo de 20 minutos. 
Como se observa en la gráfica, conforme la irradiación solar aumenta, obtenemos que la eficiencia de nuestro calentador baja, cuando debería aprovecharse más este recurso. 
· Colector de tubos
Debido a que no se tiene el área del colector, no se pueden realizar los cálculos anterios por lo tanto, no sabemos la eficiencia del calentador solar, pero si sabemos que para este se debe tomar una irradiancia constante y que la eficiencia podría compararse día con día de acuerdo a las mediciones de sus temperaturas. 
Conclusiones
Debido a que el calentador de placas, de acuerdo a nosotros no se orientó de la manera adecuada porque cuando se midió la irradiancia no daba su máximo, se encontró un problema al momento de medir la temperatura. Al mismo tiempo la primera vez que se instaló no se midió la temperatura inicial del agua, por lo que se tuvo que volver a hacer. 
En el caso del colector de tubos, no se presentó el máximo esperado de la temperatura, el cual era de 90ºC, esto posteriormente se concluyó que fue debido a una mala orientación, debido a que el clima durante esos días daba para alcanzar esa temperatura. También se concluye que de acuerdo a lo estudiado y a pesar de que ambos son utilizados para uso doméstico, varias personas consideran que es mejor el de placas, sin embargo el aprovechamiento de energía que ofrece el colector de tubos le da una mayor eficiencia a la que tiene el colector anteriormente mencionado.
De acuerdo con los datos obtenidos se puede observar que una vez que se llega a cierta temperatura o bien, que tenemos cierta irradiancia, la eficiencia del colector puede aumentar o disminuir, en este caso se observó una disminución por que se tomaron en cuanta los valores medidos en la cubeta debido a que no se tiene una medición de temperatura inicial del agua dentro de los tubos de cobre de la placa. 
Anexos 
 
Bibliografía
1. EnergíaSolar365.com. Actualidad sobre energia solar. EnergíaSolar365.com.[Online] Enero 26, 2011. https://www.energiasolar365.com/articulos/que-son-los-colectores-solares.
2. Coleccion y almacenamiento de energia. [Online] [Cited: Septiembre 27, 2017.] http://www.geocities.ws/leon_df/cap05.html.
3. Sitiosolar.com. Los colectores solares de tubo al vacio. SitioSolar.com. [Online] 2013. http://www.sitiosolar.com/los-colectores-solares-de-tubo-de-vacio/.
4. Termas Solares Luxxol. Tipos de colectores solares termicos . Termas Solares Luxxol. [Online] [Cited: Septiembre 27, 2017.] http://www.termasolar.com/2011/06/3-tipos-de-colectores-solares-termicos.html.