Proyecto de Innovación Tecnológica2015

DATOS DEL PROYECTOTítulo del Proyecto: Techo termoeléctrico solar

Disciplina: Termoelectricidad

Tiene una solicitud de patente: No ( ) Si ( X ) Número de solicitud: MX/E/2013/011114

Título de la invención: “Estufa solar de colectores no reflectivos”

Nombre del Responsable: José Guillermo Pérez Luna

Si colaboran más integrantes mencionarlos:

Salvador Alcántara IniestaSandra Jiménez XochimitlLuis Armando Moreno Coria

Nombre del estudiante becario: Jorge Méndez BeristainMatricula: 200901197Programa Académico: Facultad de Ciencias de la electrónica

INFORMACIÓN DEL PROYECTO

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Indique el Área de aplicación

( ) Salud ( X ) Energía y Medio Ambiente

( ) Electrónica, Computación y Comunicaciones

( ) Agroalimentación ( ) Biotecnología ( ) Materiales

( ) Otro ______________

Resumen: Se presenta la propuesta para desarrollar el prototipo de un Techo Termoeléctrico Solar (TTS). Este desarrollo está enfocado a la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía solar. Con este sistema se pretende en primera instancia, mostrar la viabilidad de desarrollar generadores termoeléctricos solares que sean competitivos en el campo del la generación de energía eléctrica. Existe un nicho de oportunidad en los estacionamientos para automóviles. En estos casos se han planteado soluciones parciales; como es el caso de dar sombra a los automóviles. La solución que se plantea está dirigida a realizar una acción multifuncional; es decir, proveer sombra a los automóviles y resguardo de la lluvia, que el techo se aproveche para generar energía eléctrica, que se almacene energía en forma de calor para generar energía eléctrica aun de noche y que el techo cuente con lámparas para iluminación en la noche e inclusive en su entorno mediante un poste adicional. El sistema es factible de realizar, por que se han hecho previamente pruebas de captación de energía solar y de generación de energía eléctrica. (Solicitudes de patente: MX/E/2013/011114; MX/E/2012/054445 y MX/E/2013/009055)

Palabras Claves: Termoelectricidad, Techo termoeléctrico, Almacenamiento de energía térmica, iluminación.

Planteamiento del problema a resolver: La energía solar que llega a los estacionamientos no se aprovecha y daña la pintura de los automóviles; además de originar en su interior un sobrecalentamiento. Algunos estacionamientos no cuentan con iluminación nocturna y en la mayoría de los casos se debe consumir energía eléctrica procedente de la red eléctrica lo cual incrementa los costos de operación de las instituciones. Recientemente con el advenimiento de los automóviles eléctricos, se requiere de centros de recarga. Resulta interesante y provechoso, desarrollar un sistema de generación de energía eléctrica de tipo ecológico que permita la recarga de los automóviles mientras estos se encuentran estacionados. De esta manera, el efecto adverso de la radiación solar, se cambia por una ventaja provechosa que redunda en un desarrollo de tipo económico, energético y ambiental.

Antecedentes del Proyecto a desarrollar: En la solicitud de patente MX/E/2013/011114, se mostró la factibilidad de desarrollar paneles solares con captadores no reflectivos que permiten alcanzar temperaturas de hasta 130 °C en un sistema termo-hidraúlico de lazo cerrado. Se han desarrollado también generadores termoeléctricos solares e inclusive las celdas termoeléctricas (Solicitudes de patente: MX/E/2012/054445 y MX/E/2013/009055 respectivamente).

Fundamentación del Proyecto: La energía eléctrica es un elemento fundamental de desarrollo para todas las sociedades. Su generación en México se hace preponderantemente a partir de partir de Energías Convencionales; como son, el petróleo, el gas y el carbón. Una parte importante de la generación se efectúa a partir de centrales hidroeléctricas y se cuenta también con una planta nuclear. Sin embargo, la energía solar por su alto potencial en México es un área atractiva de desarrollo. El reto fundamental es crear tecnología de bajo costo y eficiente que pueda transformar la energía solar en energía eléctrica. La propuesta de desarrollar un techo termoeléctrico resulta atractiva porque, es un concepto novedoso, útil y

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trasciende al ámbito económico, energético y ambiental. El prototipo que se plantea desarrollar es viable, pues se cuenta con experiencia en el desarrollo de sistemas térmicos y generadores termoeléctricos.

Objetivo: Desarrollar el prototipo de un techo termoeléctrico que capte la radiación solar y que genere energía eléctrica mediante celdas termoeléctricas.

Objetivos específicos:

-Desarrollar un techo termo-eléctrico de 6 m2 para protección de un automóvil.-Desarrollar un generador termo-eléctrico de 200 W.-Desarrollar un termo-tanque para almacenamiento de energía térmica-Desarrollar un sistema de iluminación de alta eficiencia mediante el empleo de lámparas LED.

Metodología:

-Diseñar, fabricar y probar un panel de 1 m2 para captación de energía solar que presente la facilidad de acoplarse a otros paneles.-Fabricar 6 paneles de 1 m2 cada uno, para implementar un techo, de 6 m2.-Diseñar y fabricar un Generador Termoeléctrico (GTE) de 200 W, mediante un intercambiador de calor y celdas termoeléctricas.-Diseñar un termo-tanque que permita el enfriamiento del GTE y el almacenamiento de la energía térmica residual.-Diseñar y fabricar la estructura mecánica que soporte los paneles solares y el generador termoeléctrico.-Diseñar un sistema de control para control de carga y encendido de lámparas tipo LED.-Ensamblar el Techo termoeléctrico y realizar pruebas de campo-Escribir el reporte técnico

Desglose de presupuesto:

Descripción CantidadMateriales para fabricar el prototipo de un Techo Termoeléctrico

$ 50 000.00

Materiales para fabricar equipo de caracterización térmica y eléctrica

$ 30 000.00

Compra de equipo de medición $ 30 000.00Becas para estudiantes $ 18 000.00Asistencia congresos $ 18 000.00Material Bibliográfico $ 4 000.00 Material Bibliográfico

Total: $ 150 000.00

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Bibliografía:

1] D. M. Rowe, General principles and basic considerations, D. M. Rowe (Ed.), Thermoelectric Handbook: Macro to Nano, CRC/Taylor & Francis, Boca Raton, (2006).[2] Pérez L., G., Rickenstorff P. C. y Yllescas C. L., 2006, “Caracterización de diferentes pares termoeléctricos”, Memorias de la XXX Semana Nacional de Energía Solar, pp.297-300, Veracruz, México.[3] Villaverde O. I., 2004, Diseño, construcción y prueba de un generador termoeléctrico solar de cromel-alumel, Tesis de licenciatura, Puebla, Pue., México.[4] Yllescas L., 2009, Evaluación del desempeño de un Generador Termoeléctrico empleando concentración Solar, Tesis de licenciatura. Puebla, Pue., México.[5] Xochimitl S., 2013, Síntesis de materiales termoeléctricos vía AM-SPS y su aplicación en una nueva estructura de celda termoeléctrica, Tesis doctoral. BUAP, Puebla, Pue., México.

Otros: 2o Lugar Nacional, Premio al emprendedor solar 2007, “Calentador Solar Termoeléctrico”, Asociación Nacional de Energía Solar (ANES).

METAS COMPROMISO A LA CONCLUSIÓN DEL PROYECTOLos compromisos del presente proyecto son:

-Presentar un techo termo-eléctrico de 6 m2 para protección de un automóvil.-Presentar un generador termo-eléctrico de 200 W.-Presentar un termo-tanque para almacenamiento de energía térmica.-Presentar un sistema de iluminación de alta eficiencia mediante el empleo de lámparas LED.-Presentar el reporte técnico del TTS.-Presentar la solicitud de patente del TTS.

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INFORMACIÓN DE POTENCIAL COMERCIALVENTAJAS POTENCIALES

Aprovechamiento de la energía solar in situ. Desarrollo de tecnología propia. Cuidado del los vehículos de la intemperie. Establecer una estación para la posible carga de energía de los vehículos eléctricos. Impacto en la economía, generación de energía y cuidado del medio ambiente.

COMPARACIÓN CON OTROS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS O INNOVACIONES RELACIONADAS

No hay sistemas equivalentes en operación. Existe la factibilidad de desarrollar un sistema equivalente al planteado empleando celdas fotovoltaicas.

NECESIDADES DEL MERCADO QUE CUBRE LA TECNOLOGÍA O INNOVACIÓN

Existen muchos estacionamientos de vehículos en las ciudades en donde se puede utilizar este desarrollo. La tecnología puede extenderse a la sustitución de techos convencionales. Es una alternativa atractiva para ocuparse en zonas rurales en donde la energía eléctrica y el gas son de difícil acceso.

ANÁLISIS DE COMPETENCIA (Información sobre competidores, así como de productos y/o tecnologías competitivas)

Las empresas que trabajan con sistemas fotovoltaicos pueden establecer una solución a la idea propuesta.

USUARIOS Y/O CLIENTES POTENCIALESNacional:

Estacionamientos públicos, Empresas con necesidades de proteger el parque vehicular, Clínicas rurales en donde se adapte el desarrollo propuesto.

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METAS COMPROMISO DE TIPO DE DESARROLLO

( ) Proceso o metodología ( ) Equipo o dispositivo( X ) Otro (especificar)

Prototipo

INDIQUE EL GRADO A ACANZAR DEL ENTREGABLE AL FINALIZAR

( ) Metodología ( ) Diseño ( ) Prototipo de laboratorio

( ) Diseño industrial o para escalamiento ( ) Modelo escala real ( X) Otro _Prototipo de campo_

En el extranjero:

Estacionamientos públicos, Empresas con necesidades de proteger el parque vehicular, Clínicas rurales en donde se adapte el desarrollo propuesto.

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