18 de Septiembre de 2015

Informe de avance de la propuesta,

Paneles solares térmicos

Ing. Mg. Doyreg Jovana Maldonado Pérez Diseño de ingeniería

1Cañate Masson Max Daniel

1García González Paula Andrea

1González García Oiden Giovanny

2Guzmán Julio Andrea Carolina

2Salcedo Martínez Antonio José

1 Ingeniería Electrónica, 2 Ingeniería Civil

Universidad de la Costa

Barranquilla

2015

1

Tabla de contenido, Informe de Avance 1.

1. Introducción.…………………………………………………………………………………2

2. Justificación………………………………………………………………………………….2

3. Objetivos …………………………………………………………………………………….3

3.1. Generales………………………………………………………………………...3

3.2. Específicos…………………………………………………..............................3

4. Presentación de la Empresa……………………………………………………………….5

4.1. Nombre…………………………………………………………………………...4

4.2. Logotipo……………………………………………………………………….….4

4.3. Misión……………………………………………………………………………..4

4.4. Visión……………………………………………………………………………..5

4.5. Organigrama………………………………………………...............................5

4.6. Descripciones de Áreas de la Empresa. ……………………………………..5

5. Lluvia de Ideas de Problemas …………………………………………………………….6

6. Argumentación del Problema………………………………………………………….…..7

7. Síntesis del Problema…………………………………………………………….……….9

8. Conclusiones……………………………………………………………………………….11

9. Bibliografía (APA)…………………………………………………………….……………11

2

INFORME DE AVANCE 1: PANELES SOLARES TÉRMICOS

En este se consigan los aspectos relacionados en los lineamientos de entrega del

primer informe de avances.

1. INTRODUCCIÓN.

Actualmente el cambio climático afecta drásticamente a las distintas regiones del

país, altas temperatura en las zonas costeras y bajas hacia el interior del país.

Pero no sólo en Colombia si no en distintas partes del mundo. Como un grupo de

futuros ingenieros civiles y electrónicos hemos notado que es necesaria ya una

respuesta o solución ecológica a la climatización de espacios que funcione con

energías sustentables, de aquí se inspira y nace nuestro proyecto: Paneles

solares térmicos.

2. JUSTIFICACIÓN.

Los paneles solares térmicos se utilizan para producir agua caliente y contribuir a

la calefacción del hogar. Durante las temporadas más frías toda la energía que

absorben es útil.

Sin embargo, en verano, los colectores tienden a acumular un exceso de calor, lo

que se origina cuando existe demasiada captación solar en relación al consumo

que se hace de la energía obtenida. Cuando esto ocurre los colectores retienen

el calor que no se ha evacuado y elevan su temperatura hasta niveles que

pueden resultar peligrosos para la instalación. Lo que ha contribuido a aumentar

tanto la eficiencia ambiental como energética de diseños convencionales.

Como finalidad de este proyecto se busca disminuir los costos adquiridos

mensualmente en nuestros recibos de energía eléctrica y así contribuir en escala

pequeña a la conservación del medio ambienté utilizando para ellos recursos que

no lo afecten.

3

3. OBJETIVOS.

3.1. Generales.

Los materiales inteligentes están revolucionando el sector de los colectores

solares térmicos, el equipo de investigadores de la EPFL, ha desarrollado un

recubrimiento que es capaz tanto de absorber calor, como de repelerlo,

imperceptible para el ojo humano, esta cobertura evita el exceso de producción de

energía y el sobrecalentamiento de la instalación.

Actualmente, la Unión Europea es el segundo territorio, tras China, en

instalaciones de energía solar térmica. Según un informe de la Comisión Europea

sobre la evolución de las energías renovables en la Unión Europea publicado

recientemente, la solar térmica cubre ya el 17% de las necesidades de

climatización, una cifra que va en alza, aunque tiene un potencial de crecimiento

mucho mayor. De esta forma, se pretende no sólo reducir la dependencia exterior

de la Unión Europea en su abastecimiento energético, sino también impulsar

medidas en la lucha frente al cambio climático, además de implementar estas

nuevas tecnologías en otros países.

3.2. Específicos

Un panel solar "ideal" debe ser capaz de absorber el calor hasta un punto y luego

repeler los rayos del sol, como si de un espejo se tratara, para evitar el

sobrecalentamiento, un espejo no absorbe el calor, es por eso que las mantas de

rescate de montaña tienen un recubrimiento de aluminio, pero también se necesita

elementos absorbentes, el laboratorio de la EPFL se centra en optimizar la

temperatura de transición a través de un "dopaje" que se adapta al material, el

resultado es un componente inteligente, imperceptible a simple vista, que debe

comportarse como un "buen" semiconductor a temperaturas más bajas y como

"mal" conductor metálico a temperaturas más altas. Con una capa de este

material sobre un sustrato metálico se puede obtener una superficie con una

emisividad térmica baja en estado frío y alta emisividad térmica en uno caliente

4

4. PRESENTACIÓN DE LA EMPRESA.

Solar Fresh es una empresa comprometida con el medio ambiente, la innovación en el

sector tecnológico de la climatización de espacios y en mejorar la calidad de vida de las

personas. Nuestros productos trabajan con energías sustentables, principalmente con

la energía inagotable del sol, brindándoles a nuestros clientes economía y confort en los

espacios donde los desee instalar.

4.1. Nombre

“Solar Fresh”

4.2. Logotipo

4.3. Misión

Brindar soluciones a la refrigeración de entornos mediante el uso de la energía solar

como fuente sustentable, garantizando la protección del medio ambiente y a la vez

ofrecer a nuestros clientes un sistema de climatización que requiere de un gasto

mínimo de energía para funcionar mejorando su calidad de vida y confort.

5

4.4. Visión

Reducir en gran medida el porcentaje del consumo de electricidad en los hogares

promedio para la refrigeración de espacios o climatización innovando en materiales

y sistemas que, independientemente del estado del clima, puedan funcionar de

forma autónoma y lograr un ambiente con una temperatura propicia para el

desarrollo de las actividades cotidianas.

4.5. Organigrama

4.6. Descripciones de Áreas de la Empresa

Gerente General: Es la máxima autoridad ejecutiva de la empresa encargada

de administrar, coordinar, controlar y supervisar el accionar de la empresa en

si ver las políticas de producción. Representa a la empresa ante toda clase

de autoridades.

6

Gerente Administrativo: Su función es la atender y realizar el trámite

administrativo interno y externo de la empresa, llevando para ello el control

de la documentación recibida, emitida y velar de los archivos administrativos,

efectuando su respectivo seguimiento.

Gerente Comercial: Establece el contacto con el cliente, con el fin de realizar

la venta. Supervisa el trabajo en equipo; resuelve problemas en beneficio de

la empresa.

Gerente de Finanzas: Planea y analiza los estados financieros con el fin de

manejar los activos, pasivos y capital social de la empresa.

Gerente de Producción: Planifica, organiza, dirige, coordinar, controla y

evalúa las operaciones de su departamento. Supervisa el proceso de

producción, en todas las fases. Establece el control de calidad de cada lote

de producción.

5. LLUVIA DE IDEAS DE PROBLEMAS.

Huecos en andenes peatonales.

Falta de accesibilidad de personas con limitaciones físicas a pisos superiores

en la CUC.

Sequía lago Cisne.

Falta de presupuesto de algunas urbanizaciones en el atlántico.

Problema de refrigeración de espacios.

Un bastón para ciegos que reconoce caras

Paneles solares que combaten altas temperaturas

Bicicleta de bambú que recarga celulares

Bioasfalto

Extintor de fuego que funciona con ondas sonoras

7

6. ARGUMENTACIÓN DEL PROBLEMA.

Durante mucho tiempo el hombre ha diseñado múltiples artefactos electrónicos con

el fin de refrigerar o climatizar el lugar donde habita, logrando el confort necesario

para él. Hoy en día el uso de dichos artefactos, como el aire acondicionado,

representa un aumento significativo en el costo de la factura de la electricidad ya

que se utiliza en promedio unas 15 a 18 horas diarias, aumentando el consumo de

energía en las épocas más calurosas del año. Debido a estas altas temperaturas su

uso es inevitable y las personas asumen las consecuencias económicas pero las

empresas no dan abasto porque la demanda de electricidad acrecienta y no logran

suministrar tanta cantidad de energía a toda una población provocando sobrecargas

y cortes de suministro.

Para reducir el gasto energético y lograr con eficacia la refrigeración de un entorno,

los ingenieros y expertos coinciden en que se debe combinar el diseño del espacio

con la tecnología, dándole un enfoque ecológico. Existen dos tipos de sistemas de

refrigeración: los sistemas activos y los sistemas activos.

Los sistemas activos de refrigeración son los que necesitan un aporte de energía

para poder funcionar como los ventiladores, aires acondicionados, entre otros. Por

el contrario los pasivos son aquellos que requieren un aporte de energía mínima o

nula para poder dar confort a los habitantes del sitio donde se encuentra instalado,

estos sistemas hacen parte de la llamada arquitectura bioclimática, la cual busca

aprovechar al máximo las formas y componentes del edificio, y las condiciones

naturales que los rodean.

El uso de paneles solares es una de las formas más habituales y eficaces de

obtener energía eléctrica utilizando un recurso natural, como lo es la energía

térmica del sol, para encender los sistemas de refrigeración presentes en el hogar.

Pero, si combinamos el uso de paneles solares para suministrarle dicha energía a

sistemas activos sustentables de refrigeración, teniendo en cuenta en la

construcción o remodelación de nuestro hogar el uso de sistemas pasivos,

podemos conseguir una vivienda más fresa y un gasto energético notablemente

inferior.

8

El sistema denominado Bioclimatización o evaporative cooling, genera aire fresco a

partir de la evaporación del agua. La bioclimatización permite obtener refrigeración

con sistemas de funcionamiento similar a los actuales aires acondicionados, pero

con un consumo casi 10 veces inferior ya que no depende de un compresor para

obtener aire fresco. Aquí se aprovecha el fenómeno natural ya empleado en los

sistemas pasivos que en el cambio de fase del agua de estado líquido a estado

gaseoso, la reacción absorbe calor del ambiente, es decir, reduce la temperatura del

aire. Las unidades exteriores requieren un suministro de agua, la cual puede ser de

lluvia, para conseguir el efecto evaporativo. En la unidad exterior se hace pasar el

aire por una capa o cortina de agua que empapa unos filtros de celulosa, de manera

que se obtiene aire más fresco y levemente más húmedo que el de entrada. Este

aire fresco se distribuye a las habitaciones de la residencia mediante conductos.

Este sistema tiene la capacidad de refrigerar una vivienda de unos 100 m^2 con

sólo unos 500w de potencia, los cuales pueden ser fácilmente suministrados por los

paneles solares. Retomando el interés por utilizar la inagotable fuente de calor

llamada sol, la refrigeración solar busca aprovechar las energías renovables, limpias

e inagotables para combatir las prolongadas oleadas de calor. La energía solar

térmica con paneles ya sean convencionales o de tubos de vacío puede aplicarse a

tecnologías como la refrigeración por absorción.

Este sistema permite obtener aire fresco a partir de calor obtenido con colectores

solares, como los que se utilizan para proveer agua caliente sanitaria.

La energía solar captada en colectores solares térmicos calienta el agua a altas

temperaturas (entre 80 y 150 ºC). Entonces la máquina de absorción realiza un ciclo

de compresión termoquímica (en vez de la compresión mecánica del vapor que

realiza una máquina de aire acondicionado) y produce el agua fría necesaria para la

climatización de las estancias. Este proceso de compresión en estado líquido tiene

muy bajo consumo eléctrico.

La máquina utiliza para el intercambio de calor dos fluidos, uno refrigerante y otro

absorbente. Lo más habitual es emplear agua como refrigerante y una sal (bromuro

de litio, LiBr) como absorbente. El funcionamiento resumido es que el agua

calentada por el sol cede ese calor al absorbente. Se consigue así agua fría. El

9

absorbente debe volver a ceder el calor (que se disipa o transfiere a otra agua que

actúa como refrigerante) para regenerarse y volver a hacer su función.

A nivel doméstico, se han desarrollado equipos, accionados por agua caliente, aptos

para viviendas o para el sector terciario, de tamaño compacto. Ello se ha

conseguido mediante mejoras en la eficiencia de funcionamiento de la máquina de

absorción, a través de procesos de rotación de los componentes. El refrigerante

empleado es agua y su consumo eléctrico es reducido en comparación con otros

sistemas (del orden de 300 Wh). Esto también hace posible que este aporte

eléctrico sea provisto por energía solar fotovoltaica, creando así un sistema

autosuficiente energéticamente.

Otro sistema derivado de la refrigeración solar es combinar la obtención de energía

solar térmica con una bomba de calor y paredes radiantes. La instalación de

colectores solares para calefacción mediante paredes radiantes puede incorporar

una bomba de calor que, con un consumo eléctrico muy bajo, permita revertir el

ciclo y obtener agua fría. Esta agua fría circula por los conductos alojados en las

paredes o techos, creando paredes frescas que sin afectar las condiciones del aire

interior mejoran el confort de los ocupantes, ya que les “roban” calor.

7. SÍNTESIS DEL PROBLEMA.

La demanda de refrigeración crece con la temperatura ambiente, y ésta a su vez

crece con la irradiación, o sea con la energía disponible. En zonas con altas

temperaturas, se precisa refrigerar más no solo en las épocas más calurosas del

año (cuando hay más energía solar disponible) sino también en todo momento,

cuando lo necesite. Es por esto que ingenieros y expertos han planteado la solución

a este problema, que combinara más que diseño e ingeniería, beneficios para el

bolsillo de las personas y para el medio ambiente; la implementación consiste en

utilizar colectores solares en conjunto con refrigeradores de absorción, que al ser

sistemas pasivos necesitaran de poca o nula energía eléctrica para satisfacer la

necesidad, es decir, una vivienda más fresca y un gasto energético notablemente

inferior. Este diseño está basado en el sistema denominado Bioclimatización o

10

evaporative cooling, que a través del cambio de fase del agua (aprovechando el

fenómeno natural) genera aire fresco y reduce la temperatura del aire. La máquina

utiliza para el intercambio de calor dos fluidos, uno refrigerante y otro absorbente.

El funcionamiento resumido es que el agua calentada por el sol cede ese calor al

absorbente. Se consigue así agua fría. El absorbente debe volver a ceder el calor

(que se disipa o transfiere a otra agua que actúa como refrigerante) para

regenerarse y volver a hacer su función.

El desarrollo de equipos los cuales han ido progresando año tras año, más que

satisfacer las necesidades de las personas, deben enfocarse en la preservación del

medio ambiente y qué mejor manera de hacerlo que mediante la utilización de una

fuente inagotable de calor como es el sol, en donde la refrigeración solar buscaría

aprovechar las energías renovables, limpias e inagotables para combatir las

prolongadas oleadas de calor.

El problema busca más que todo en la climatización de una vivienda, y de otros

espacios, pero si se limita a una sola necesidad no contribuiría con su máximo

potencial, es por esto que el uso de paneles solares térmicos tendrían función y

utilidad como un sistema calefactor del hogar durante las temporadas más frías ya

que toda la energía que absorben es útil. Uno de los problemas que presentan este

tipo de paneles solares es que en época de verano, tienden a acumular exceso de

calor por demasiada captación solar en relación al consumo que se hace de esta, y

cuando esto sucede eleven su temperatura hasta niveles que pueden resultar

peligrosos para la instalación; es por esto que entra el papel fundamental de

determinar qué funciones deben realizar los paneles para que no ocurran problemas

posteriormente, es decir, que se convierta en un panel solar “ideal” capaz de a el

calor hasta un punto y luego repeler los rayos del sol para evitar el

sobrecalentamiento. La innovación de este proyecto es la combinación exitosa de

un efecto selectivo con una función termocrómica, por la cual el color reacciona y

cambia con el calor, un cambio de fase que se produce a partir de 68⁰.

11

8. CONCLUSIONES.

El proyecto del panel solar calefactor y refrigerador se perfila como una buena e

innovadora idea que puede llegar a tener auge no solo a nivel regional sino también

a nivel nacional e incluso a nivel internacional en países donde se presenten

características similares a Colombia, teniendo en cuenta las temperaturas por las

que pasa actualmente la Costa Caribe, notando que cada vez se llegan a sentir aún

más altas y por otro lado, las bajas temperaturas que se llegan a soportar en el

interior del país, ya que además de servir como un ahorrador de energía, con el

aprovechamiento de la energía solar transformada en energía eléctrica también

suple una gran necesidad que aunque ya es suplida por distintos dispositivos, no se

había tratado de una manera ecológica como lo es el panel solar calefactor y

refrigerador.

9. BIBLIOGRAFÍA (APA).

Ediciones EcoHabitar. (25 de Marzo de 2014). Revista EcoHabitar. Recuperado el 11 de Septiembre de

2015, de Paneles solares para calefación y refrigeración: http://www.ecohabitar.org/paneles-

solares-para-calefacion-y-refrigeracion/

Mejorarq. (22 de Octubre de 2012). Mejorarq, diseño sustentable. Recuperado el 11 de Septiembre de

2015, de Arquitectura Bioclimatica: http://mejorarq.com/arquitectura-bioclimatica/

Terra. (31 de Julio de 2014). Terra, Ecología Práctica . Recuperado el 11 de Septiembre de 2015, de

Refrigeración ecológica: http://www.terra.org/categorias/articulos/refrigeracion-ecologica

Twenergy. (2015). © twenergy.com . Recuperado el 11 de Septiembre de 2015, de GUÍA DE

REFRIGERACIÓN EN EL HOGAR: http://twenergy.com/a/guia-de-refrigeracion-en-el-hogar-166