INSTITUTO TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

CAMPUS ZACATEPEC

DEPARTAMENTO DE METALMECÁNICA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

CONSTRUCCIÓN DE UN COLECTOR SOLAR DE USO DOMÉSTICO:

UNA ALTERNATIVA ENERGÉTICA SUSTENTABLE PARA EL ESTADO DE MORELOS

CAMILO FLORES FRANCISCO XAVIER

GILES VIEYRA JOAN ELÍAS

MÉNEZ SÁNCHEZ IVÁN EMMANUEL

TORRES SALGADO LUIS ANTONIO

VALDEZ BAHENA ADOLFO

M.C. Luis David Bautista Moreno Docente del Departamento Económico Administrativos

CONTENIDO

RESUMEN ........................................................................................................................................ 3

1. INTRODUCCION .......................................................................................................................... 3

2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 4

2.1. ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 4

2.2. JUSTIFICACION........................................................................................................................ 5

3. OBJETIVO DE LA INVESTIGACION ........................................................................................... 5

OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 5

4. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 5

5. METODOLOGÍA ........................................................................................................................... 7

5.1. HIPÓTESIS ................................................................................................................................ 7

5.2. MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................................................... 7

5.2.1. MATERIALES ......................................................................................................................... 7

5.2.2. MÉTODOS .............................................................................................................................. 8

5.3. TIPO DE ESTUDIO .................................................................................................................. 11

5.4. VARIABLES ............................................................................................................................ 11

6. CRONOGRAMA ......................................................................................................................... 13

7. PRESUPUESTO ......................................................................................................................... 14

8. REFERENCIAS .......................................................................................................................... 15

9. ANEXOS ..................................................................................................................................... 16

RESUMEN La base de la investigación realizada es el diseño de un prototipo de colector solar que pueda ser utilizado en los hogares del estado de Morelos como una alternativa energética sustentable, justificando su óptimo desempeño con base en el estudio del funcionamiento de un colector solar e información sobre las condiciones climatológicas del lugar de aplicación. México cuenta con un potencial solar prolífico, un promedio de entre 5 y 6 kWh/m2día, específicamente en Morelos los índices de radiación solar son considerables (de 4.7 a 5.8 kWh/m2día) lo que hace que este sea un proyecto viable para aplicarlo en el estado. El prototipo es un colector solar plano de 2.4 x 1.4m, este tipo de colector es ampliamente usado para este clase de aplicaciones pues la temperatura que alcanza el agua no rebasa los 100°C, lo que es ideal puesto que el agua es utilizada con fines domésticos ya sea para higiene personal o limpieza de la casa. La construcción del colector solar se pretende realizar con materiales reciclados (no del todo) como lo son tablas de madera, lámina de acero, tubos de cobre y si es posible una hoja de vidrio, esto reducirá considerablemente los gastos de construcción. 1. INTRODUCCION En un mundo caracterizado por cambios rápidos donde la necesidad de estar en armonía con nuestro medio ambiente es una exigencia, la gente tiene cada vez una mayor necesidad de enfocar las cuestiones del medio ambiente de un modo eficaz, viable, creativo e innovador mediante el aprovechamiento de energías limpias como la energía solar. En comparación con otros países, México es un país excepcionalmente dotado pues cuenta con una potencia solar considerable (los niveles de irradiación están entre 5 y 6 kWh/m2*día en el 90% del territorio) que ofrece grandes posibilidades como fuente de energía alternativa y contrariamente a otros recursos como el petróleo, no presenta la posibilidad futura de agotamiento. Sin embargo, científicos mexicanos aseguran que se desperdicia el potencial de energía solar que existe en México y específicamente en el Estado de Morelos. Ante esta realidad, nuestro país ha atribuido importancia a la búsqueda de fuentes no convencionales de energía tales como la energía solar. Sonora es el estado con mayores permisos solicitados para el aprovechamiento de energía solar en el país con más del 40%. Durango, Aguascalientes y Jalisco son otros estados que pretenden impulsar la generación de energía a partir de fuentes renovables como la energía solar. De esta manera, el uso de colectores solares es una buena alternativa energética de bajo costo para el clima cálido del Estado de Morelos. Con este proyecto se pretende elaborar un colector solar que caliente el agua, para después poder utilizarla ya sea para bañarse o cualquier otro uso que dependerá de cada usuario, además proporcionará un ahorro de gas y/o energía eléctrica. Este colector solar será práctico, de fácil elaboración, amigable con el medio ambiente y lo más importante, de bajo costo.

2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

2.1. ANTECEDENTES

Durante siglos, el hombre ha encontrado diversas aplicaciones para aprovechar la energía solar. En 1860, con el apoyo de Napoleón III, Augusto Mouchot construyó un colector solar en forma de cono truncado de 2.2 m de diámetro, que se utilizó primero en una caldera y posteriormente en una planta para bombear agua. En la Exposición Mundial de París, celebrada en 1878, Mouchot exhibió una estufa solar y un motor solar que empleaba su colector. También en la Exposición Mundial que se realizó en el Palacio de las Tullerías, Mouchot y Abel Pifre llevaron un motor solar integrado a la prensa de una imprenta. Más tarde, en esta imprenta se editaría la revista Le Journal du Soleil. Después de varias contribuciones, durante la primera mitad del siglo XX, el aprovechamiento de la energía solar permaneció en el olvido debido a que, entre otras razones, los dispositivos solares no podían competir con las máquinas que empleaban combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón. En las últimas décadas, la energía solar ha cobrado importancia como fuente energética, puesto que las reservas de combustibles fósiles no son eternas. Esto ha ocasionado que, por ejemplo, sean parecidos los precios de un calentador solar y de uno de gas, lo que no sucedía hace 60 años. Así, con respecto a los costos, los sistemas solares son cada vez más baratos, con la gran ventaja de que el combustible, la luz del sol, aparece todas las mañanas sin cobrar. En nuestro país, que posee regiones con el promedio mundial de insolación o soleamiento anual más alto, el aprovechamiento de la energía solar constituye, sin lugar a dudas, una buena opción. El que esta fuente de energía sea rentable depende de las investigaciones que se realicen, de los recursos económicos destinados a su estudio y del interés que se preste a su desarrollo. Hoy en día, la energía solar no contribuye significativamente a satisfacer las necesidades nacionales de energía. Según algunas fuentes, en 1985 el petróleo y el gas natural ocupaban el primer lugar, con el 90.46% del total de la demanda de energía. En segundo lugar se encontraba la biomasa, con el 4.6%; la energía hidroeléctrica contribuía con el 3.3%; después seguía el carbón, con el 1.5% y, finalmente, la energía geotérmica con el 0.2%. Por otro lado, cabe mencionar que más de 20% de la población rural no tiene acceso a la energía eléctrica. El promedio diario de energía solar que llega a la República Mexicana es 5.5 kWh/m². La utilización de la energía solar se ha probado con éxito como alternativa para satisfacer las necesidades de electricidad en las comunidades rurales. También se ha usado ampliamente en la vivienda. Cabe destacar el hecho de que una casa puede ser autosuficiente, en lo que respecta al consumo externo de energía, si se emplean algunos dispositivos solares y si la arquitectura de la vivienda está diseñada para que el clima esté controlado naturalmente con diversos sistemas solares llamados pasivos. De lo anterior se desprende que el uso de la energía solar contribuye a eliminar nuestra dependencia de los recursos energéticos no renovables. Algunos países de América latina han elaborado planes para la implementación de colectores solares, estos son algunos que se han llevado acabo:

Programa de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Hídricos de Brasil: Ing. José Alcino Alano Brasil. Este programa desarrolló un manual de calentador solar con botellas de plásticos recicladas que en su interior tienen tetrapack pintado de negro. José Alcino Alano, 2006. Proyecto Instalado en Combemtu Brasil, Comisión del Bienestar del Menor de Tubarão, Brasil, de colectores solares realizados con botellas PET para el aprovisionamiento de agua sanitaria para obras de mayor envergadura, con un sistema similar presentado al proyecto anterior. Programa del Estado de Paraná, Brasil, 2008. Proyecto colector solar pasivo, hecho con botellas descartables de PET, que ofician de colector-acumulador, de Pedro Serrano del Canello de Nos, ONG de Chile. Este sistema consiste en un gabinete aislado térmicamente por detrás, en el que se colocan las botellas. Este gabinete posee una ventana por delante que se abre para permitir la renovación de la carga de agua; en el lapso de tres horas alcanza una temperatura de 60-85°C en un día claro, sin nubes. Serrano P., 1995. 2.2. JUSTIFICACION Este colector solar ayudará a las comunidades del estado de Morelos que no cuentan con suficientes recursos económicos para poder calentar el agua, además, es un proyecto de carácter ambiental que contribuye a la reducción de gases contaminantes, condición que a su vez ayuda a preservar y mejorar el ambiente en la entidad. También es una tecnología necesaria para aprovechar la radiación solar excesiva con la que contamos en el estado. 3. OBJETIVO DE LA INVESTIGACION

OBJETIVO GENERAL

Elaborar un colector solar para uso doméstico utilizando materiales reciclados.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Ofrecer al público una opción para calentar el agua a un bajo costo. Optimizar y hacer conciencia del uso de energías limpias y renovables como la energía solar. Proporcionar agua suficiente para cubrir las necesidades de una familia de 4 integrantes.

4. MARCO TEÓRICO

El desarrollo de sistemas que operan utilizando energía solar, ha avanzado para contrarrestar las constantes crisis de energéticos que a nivel mundial se han venido presentando desde finales de 1970.

Estas crisis han sido causadas por la falta de materia prima que se puede utilizar como energético y por los elevados costos de extracción, procesado y distribución de los mismos; la última crisis que estamos viviendo tiene repercusiones políticas en el contexto del Medio Oriente y cada año que pase se agravará debido a que las reservas probadas de hidrocarburos sólo garantizan el abastecimiento para las próximas dos décadas. La energía solar es una fuente renovable y se ha usado históricamente con diferentes fines. El calentamiento de agua constituye un consumo energético importante en una casa teniendo diversos usos como la higiene personal y la limpieza de la casa. A nivel internacional existen algunos estudios de medida de consumo de agua caliente. En general se considera que un consumo medio típico es del orden de los 40 litros por día y persona. En los países en desarrollo este consumo constituye entre el 30 y el 40% del consumo de energía de un hogar, este porcentaje es mayor que en los países desarrollados, donde el consumo de energía para producir agua caliente sanitaria se supone del 26% del consumo total de la vivienda. En general, a nivel mundial, la acción de calentar agua se ha convertido en el segundo uso energético doméstico en importancia después de la calefacción y la refrigeración. Por esta razón, el calentamiento de agua mediante energía solar, más allá de ser una alternativa ecológica, se ha convertido en una tecnología económicamente atractiva y competitiva en muchos países como Japón, Israel y Australia, ya que si una unidad solar es usada como complemento en un calentador regular de agua, aquella puede ahorrar hasta el 90% de la energía usada por el sistema convencional. Actualmente las dos principales desventajas que presenta el uso de la energía solar son, en primer lugar, el costo elevado de los sistemas solares en comparación con los comunes y, en segundo lugar, el mantenimiento de los sistemas solares. Es necesario crear sistemas de aprovechamiento de energía solar que sean poco costosos, sencillos, eficientes y duraderos. COLECTOR SOLAR

Cuando un objeto se expone a la radiación solar la temperatura se eleva hasta que las pérdidas igualan a las ganancias. Las pérdidas se deben a la emisión de material caliente (radiación), al movimiento del aire frío que lo rodea (convección) y de la conductividad térmica de los objetos en contacto (conducción). Las ganancias dependen de la intensidad de radiación solar, de la capacidad emisiva del material, del poder de absorción de la superficie y del coeficiente de transferencia de calor por convección. Un colector solar es una especie de intercambiador de calor que transforma la energía radiante en calor. La transferencia de energía se hace desde una fuente radiante (sol) hacia un fluido, generalmente agua, que circula por los tubos o ductos del colector. El flujo de energía radiante que finalmente intercepta el colector, proviene básicamente del rango visible del espectro solar y es por naturaleza variable con el tiempo. En condiciones óptimas podemos esperar como máximo flujos de 1100 W/m2. Los colectores solares se clasifican en colectores concentradores y colectores planos, de estos, los colectores solares planos son los más comunes pues tienen la capacidad de recolectar tanto radiación difusa como radiación directa. Estos pueden ser diseñados y utilizados en aplicaciones donde se requiere que la energía sea liberada a bajas temperaturas debido a que la temperatura de colección de estos colectores no rebasa los 100°C.

El principio de funcionamiento de todo colector solar es captar la energía de los rayos solares con una capa absorbente expuesta a estos, y pasar esta forma de energía de calor al agua que circula en contacto con la placa. Tiene en su interior un cuerpo negro que absorbe los rayos del sol calentando lo que se encuentra en contacto con el mismo. El colector solar plano consiste en una capa de vidrio transparente que deja pasar la radiación solar, una placa absorbente metálica, una capa de aire o agua circulando en contacto con ella, otra placa paralela a la absorbente que sirve de tapa posterior a la cámara de agua. Y finalmente una capa aislante. La eficiencia de los colectores comerciales es aproximadamente del 60 y 70% en ausencia del viento, el viento disminuye la eficiencia de manera lineal. De esta forma los colectores solares presentan problemas relacionados con radiación y flujos de energía pequeños y variables. El cuerpo negro se utiliza porque es una superficie ideal que tiene las siguientes propiedades: 1. Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente, sin importar la longitud de onda y la

dirección. 2. Para una temperatura y una longitud de onda establecida, ninguna superficie puede transmitir

más energía que un cuerpo negro. 3. Aunque la radiación emitida por un cuerpo negro es una función de la longitud de onda y de la

temperatura, es independiente de la dirección, es decir, el cuerpo negro es un emisor difuso. Partiendo de los principios de la termodinámica podemos decir que la radiación que sale de la apertura depende solo de la temperatura de la superficie y que corresponde a la emisión del cuerpo negro. 5. METODOLOGÍA 5.1. HIPÓTESIS El uso del colector solar propuesto en el presente protocolo de investigación reducirá el consumo de energía destinada para calentar agua en un 80% en los hogares que lo utilicen, además de disminuir significativamente su costo de manufactura y mantenimiento. 5.2. MATERIALES Y MÉTODOS

5.2.1. MATERIALES 1. Tubos de cobre u otro metal adecuado para la transferencia de agua a altas temperaturas. 2. Base metálica (Acero preferentemente). 3. Clavos de acero de ¼ de pulgada. 4. Pintura color negro mate. 5. Soplete. 6. Madera. 7. Vidrio.

5.2.2. MÉTODOS El procedimiento para construir el colector solar de uso doméstico se resume en los siguientes

párrafos:

1. Recolectar materiales reciclados con las mejores características y calidad posible, en su

mayoría se trata de tuberías de cobre. Dichos materiales se obtienen de obras e industrias, las

cuales desechan este tipo de materiales. (Ver figura 1).

Figura 1. Recolección de tuberías de cobre.

2. Quitar todo tipo de suciedad, grasa o imperfecciones que tengan los materiales recolectados,

con la finalidad de dejarlos en las mejores condiciones para realizar el colector solar.

3. Cortar pequeños tubos de 15 cm de longitud (utilizar arco y segueta para elaborar los cortes),

los cuales se usarán en la parte superior e inferior del colector solar, estos se unirán con

conexiones tipo “T” del mismo diámetro del tubo. (Ver figura 2).

Figura 2. Unión de tuberías.

4. Cortar 12 tubos de 2 mts. cada uno, los cuales serán la longitud máxima del colector, de igual

forma se unirán a las conexiones tipo “T” que ya están unidas entre sí como se mencionó en el

punto anterior. De esta manera se formará una rejilla con todas las tuberías unidas

adecuadamente. (Ver figura 3)

Figura 3. Rejilla de tubería para el colector solar.

5. Todas las uniones del colector serán realizadas con soldadura de estaño para garantizar una

unión uniforme y evitar fugas. (Ver figura 4).

Figura 4. Soldado de todas las piezas.

6. El perímetro del colector estará delimitado por un marco realizado con madera tipo “fajilla”

(preferentemente). Las medidas de dicho marco serán de 2.40 X 1.40 mts., estas medidas

superan a las dimensiones de la rejilla de tubería, la razón es para dar un margen de 20 cm por

lado para aprovechar la radiación solar y evitar pérdidas de calor por contacto en los

materiales. (Ver figura 5a).

7. La base inferior del colector será una lámina de acero con la cual se aprovecharán los rayos

solares que incidan en forma directa. Dicha lámina estará sujeta al marco de madera con

clavos de acero de ¼ de pulgada. Una vez realizado esto, colocar la rejilla de tubería dentro

del marco de madera. (Ver figura 5b).

Figura 5. a) Marco de madera que delimita la rejilla de tubería, b) Base de metal.

8. Después de que todos los materiales estén acomodados y fijados correctamente en el interior

del colector se recubrirá con pintura color negro mate para aprovechar al máximo la “radiación

de cuerpo negro”. (Ver figura 7).

Figura 7. Pintado del colector solar.

9. Como se desea aumentar la eficiencia del sistema de captación de energía, se utilizará una

hoja de vidrio esmerilado, la cual cuenta con las mismas medidas que tiene el marco de

madera del colector solar (Ver figura 8).

b) a)

Figura 8. Colector solar con vidrio transparente.

5.3. TIPO DE ESTUDIO Este proyecto está orientado a la construcción o diseño de prototipo o equipos, esto se debe a que a partir de la información recolectada se buscará sustentarla implementado o llevando a cabo un modelo que justifique el proyecto y en el cual se pueda observar su funcionamiento. 5.4. VARIABLES

1. Radiación solar

EL aprovechamiento de la energía solar está condicionado por la intensidad de radiación que se recibe en la tierra. La radiación solar en el estado de Morelos tiene un promedio anual entre los 4.7 y 5.8 KWh/m2, esta radiación varía según la latitud y altitud del lugar, el momento del día y las condiciones climatológicas y atmosféricas, esta información es proporcionada por la CONUEE, el SMN y la NASA. (Véanse mapas y tablas de la radiación solar en el anexo 2.1, 2.2 y 2.3). 2. Salinidad del agua

Esta variable dependerá de la densidad del agua, debido a que a mayor densidad existe mayor salinidad y por lo tanto se provocara una reacción de oxidación en las tuberías. La densidad del agua sanitaria es aproximadamente de 1000 Kg/m3 pero esta también dependerá de la temperatura y de los minerales que contenga. Afortunadamente el material que se sugiere utilizar (cobre) tiene bajos índices de oxidación. 3. Temperatura Esta variable es dependiente de las condiciones meteorológicas y de la estación del año en que se encuentre, afortunadamente en la zona sur del estado llueve muy poco por lo cual esta variable no afecta negativamente al funcionamiento del colector solar (ver anexo 3, tablas de las temperaturas registradas en el país durante 2014).

4. Conductividad térmica

Esta variable dependerá del tipo de materiales que va a utilizar, principalmente se deben de ocupar materiales metálicos ya que estos tienen poca resistividad térmica y tiene un coeficiente térmico alto. (Ver anexo 4, Tablas de conductividad térmica de los materiales metálicos). 5. Ángulo de inclinación El colector solar debe estar orientado con su eje longitudinal en dirección este-oeste, y su inclinación depende de la época del año puesto que la posición del planeta respecto del sol cambia a lo largo del año, los rayos solares inciden con distinto ángulo. La exacta ubicación geográfica permitirá orientar el calentador conforme a la máxima radiación solar promedio, de tal suerte que los rayos incidan directamente sobre el colector. Existen fórmulas que permiten conocer el ángulo de inclinación del colector solar teóricamente,

pero básicamente es sumar de 10 a 15° al ángulo de latitud Norte para el estado de Morelos,

dichos valores se presentan en el Anexo 5.

6. CRONOGRAMA

CRONOGRAMA

DURACIÓN (SEMANAS) ACTIVIDADES

AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE MAYO

TERCER SEMANA

CUARTA SEMANA

PRIMER SEMANA

SEGUNDA SEMANA

TERCER SEMANA

CUARTA SEMANA

PRIMER SEMANA

SEGUNDA SEMANA

TERCER SEMANA

CUARTA SEMANA

PRIMER SEMANA

FORMULACION DEL

PROBLEMA X RECOLECCIÓN DE DATOS X MARCO TEORICO

X X SELECCIÓN DE MATERIALES X X PRUEBAS TERMICAS X LIMPIEZA DE MATERIALES X CORTE DE MATERIALES X EMSAMBLE DE

MATERIALES (BOSQUEJO)

X X PROCESO DE SOLDADO X ETAPA DE RECUBRIMIENTO X X ENTREGA DE PROTOCOLO FINAL X

7. PRESUPUESTO

El colector solar está diseñado para elaborarse en su mayoría con materiales reciclables,

reduciendo así un considerable costo en comparación de otros colectores solares; sin embargo

existen pequeños costos en su realización que no pueden ser ignorados. El presupuesto estimado

para la realización del colector solar se muestra en la tabla 2.

Tabla 2. Presupuesto estimado para la realización del colector solar.

Este protocolo está orientado a realizar el colector solar de forma personal por lo cual no se toma

encuenta el pago de un especialista en el ensamble del mismo. Si se desea contratar a un

especialista para el ensamble es importante considerar el presupuesto de la tabla 3.

Tabla 3. Presupuesto si el ensamblaje del colector solar lo hace un profesional.

DESCRIPCIÓN COSTO

Honorarios por servicios profesionales $ 2000

Pasajes y gastos de transporte $ 300

Documentos y servicios de información $ 100

Total $ 2400

DESCRIPCIÓN DIMENSIONES CANTIDAD PRECIO TOTAL

Soldadura de estaño 50/50

42.53 gr

5

$ 33

$ 165

Boquilla para soplete de lata

¼” ,120mm

1

$ 130

$ 130

Gas butano 1.48 Oz 2 $ 99 $ 198

Pintura en aerosol negra

11 Oz

1

$ 129

$ 129

Vidrio 2.4m x1.4 m 1 $ 200 $ 200

Conexiones de plomería/cobre

½ “

10

$ 10

$ 100

Total $ 922

8. REFERENCIAS

CONAGUA. (12 de Febrero de 2012). Irradiación solar en México. Recuperado el 7 de Marzo de 2015, de http://www.conagua.gob.mx/conagua07/contenido/documentos/presentacion1.pdf Nacional, S. M. (2014). Precipitación Anual. Recuperado el 7 de Marzo de 2015, de http://smn.cna.gob.mx/climatologia/TempsyPrecip/Mensuales/2014Prec.pdf Nacional, S. M. (2014). Temperatura Máxima Anual. Recuperado el 7 de Marzo de 2015, de http://smn.cna.gob.mx/climatologia/TempsyPrecip/Mensuales/2014Tmax.pdf Renovables, I. d. (2012). Energía Solar Una riqueza para todos. Recuperado el 7 de Marzo de 2015, de http://www.acmor.org.mx/?q=content/la-energ%C3%AD-solar-una-riqueza-para-todos UAEM. (2012). Clima estado de Morelos. Recuperado el 8 de Marzo de 2015, de http://www.cib.uaem.mx/Edafoclimatologia/Temps/PROLOGO.pdf Luis Juanicó, Nicolás Dilalla. (2014). Optimization of the Hose-Based Low-Cost Solar Collector. International Journal of Renewable Energy & Biofuels, 2014, 13. Valencia Bardales, J., Pesantes Rojas, R., & Falcón Cerna, N. (2014). Diseño de un calentador solar de agua para condiciones meteorológicas de la ciudad de la ciudad de Huacho. Infinitum, 25-40. Nair, P. K. (2011, 24 de Octubre). La energía solar: una riqueza para todos. En: La Unión de Morelos, pp. 34-35. Kostic, L.T., Pavlovic, Z. T. (2012). Optimal position of flat plate reflectors of solar thermal collector. Energy Build. 45, 161-168. López, G. A., Mantilla, J. A., y Poveda, B. H. (2012). Evaluación de un calentador solar de agua fabricado con tubería PVC en serie y envases pet translucidos. En: Redalyc, vol. 6, pp. 120-128. Yunus A. Çengel. (2007). Transferencia de Calor y Masa. Editorial McGrawHill F. P. Incropera y D. P. De Witt (2000): Fundamentos de Transferencia de Calor. Pearson Educación. FOX – McDONALD (1989). Introducción a la mecánica de fluidos. Editorial McGraw Hill.

9. ANEXOS

ANEXO 1: GLOSARIO

Biomasa. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable

como fuente de energía.

Caldera. Recipiente de metal, grande y semiesférico, que sirve comúnmente para poner a calentar

o cocer algo dentro de él.

Calefacción. Conjunto de aparatos destinados a calentar un edificio o parte de él. Coeficiente de transferencia de calor por convección. Representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección. Colector solar. Dispositivo en el que tiene lugar la transferencia de la energía calorífica solar al fluido que circula por el colector. Combustible fósil. Aquellas materias primas empleadas en combustión que se han formado a

partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son algunos. Conducción de calor. Es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre

los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero. Convección. Transporte en un fluido de una magnitud física, como masa, electricidad o calor, por

desplazamiento de sus moléculas debido a diferencias de densidad. Energía. Capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios. Energía eléctrica. Forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico. Energía geotérmica. Energía que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Energía hidroeléctrica. Es electricidad generada aprovechando la energía del agua en

movimiento. Energía no renovable. Fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas, las cuales, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse. Energía renovable. Energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea

por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

Energía solar. Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación

electromagnética procedente del Sol. Espectro solar. Distribución de la energía que es irradiada por una fuente luminosa, que viene ordenada por unos valores de longitud de onda, es particular la secuencia matizada por la descomposición de los colores del iris. También llamado colores del arco iris, espectro luminoso. Fluido. Porción de materia formada por alguna sustancia entre cuyas moléculas existe una fuerza de atracción débil. Fuente renovable. También llamadas fuentes de energía renovables son aquellas que, tras ser

utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. Hidrocarburo. Compuesto resultante de la combinación del carbono con el hidrógeno.

Intercambiador de calor. Insolación. Cantidad de energía solar recibida por una superficie. Potencia. Cantidad de energía producida o consumida por unidad de tiempo. Radiación. Despedir rayos de luz, calor u otra energía. Radiación electromagnética. Una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Radiación difusa. Es el efecto generado cuando la radiación solar que alcanza la superficie de la

atmósfera de la Tierra se dispersa de su dirección original a causa de moléculas en la atmósfera. Radiación directa. Es la que pasa en línea recta desde el Sol a través de la atmósfera hasta el colector. Sistema solar pasivo. Se utilizan principalmente para captar y acumular el calor proveniente de la

energía solar. Soleamiento. Tener expuesto al sol algo por algún tiempo.

ANEXO 2.1

Mapa 2.1. Radiación solar media diaria en la república Mexicana.

ANEXO 2.2

Mapa 2.2. Mapa de la radiación solar anual según la CONUEE

ANEXO 2.3

Tabla 2.3. Radiación solar por meses durante el año 2014, fuente NASA

ANEXO 3

Tabla 3. Temperatura máxima promedio a nivel nacional

ANEXO 4

Tabla 4.1. Conductividad térmica de distintos materiales.

Tabla 4.2. Conductividad térmica (UAM)

ANEXO 5

Tabla 4.3 Latitud Norte de los municipios del Estado de Morelos.

Ejemplo: Amacuzac cuenta con una latitud norte de 18°32´, agregamos 10 a 15 ° por lo que el

ángulo de inclinación estará entre los 23 y 28°. Como es latitud norte la orientación será hacia el

sur.

Para determinar la altura del colector respecto del piso o superficie sobre la que esté montado se

puede determinar de la siguiente manera:

Altura mínima = Largo del colector * sen(ángulo1).

Altura máxima = Largo del colector * sen(ángulo2).

Para el ejemplo anterior y un colector de 2 metros de largo se determinaría así:

Altura mínima = 2*sen(23°) = 0.78 metros.

Altura máxima = 2*sen(28°) = 0.94 metros.

Municipio Latitud

norte Municipio

Latitud

norte

Municipio

Latitud

norte Municipio

Latitud

norte Municipio

Latitud

norte

Amacuzac 18° 32' Emiliano

Zapata 18° 52’

Miacatlán 18° 45’ Tetecala 18° 43’ Totolapan 18° 59'

Atlatlahucan 18° 56' Huitzilac 19° 07′

20″

Ocuituco

18° 52′

03″

Tetela del

Volcán 18° 53'

Xochitepec 18° 47'

Axochiapan 18° 30' Jantetelco 18° 42′

30″

Puente de

Ixtla 18° 43′ Tlalnepantla 19° 00'

Yautepec 18° 58'

Ayala 18° 46' Jiutepec 18° 53’ Temixco 18° 51’ Tlaltizapán 18° 41' Yecapixtla 18° 53'

Coatlán del

Río

18° 45’ 5’’ Jojutla de

Juarez 18° 41′

Temoac

18° 50′

23″ Tlaquiltenango 18° 37'

Zacatepec

de Hidalgo 18° 40'

Cuautla 18° 49’’ Jonacatepec 18° 41’

Tepalcingo 18° 36’ Tlayacapan 18° 57' Zacualpan

de Amilpas 18° 47'

Cuernavaca 19° 02" Mazatepec 18° 43′

37″

Tepoztlán 18° 59’