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Energía Solar en los Andes

Secador Solar Manual de Construcción

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Energía Solar en los Andes Secador Solar N° 5

Asociación Religiosa Programas de Empleo y Juventud Prelatura de Sicuani 2

“Esta publicación goza de los derechos de autor bajo protocolo 2 de Convención Universal de los Derechos de Autor. Las solicitudes de autorización para la reproducción, traducción o adaptación de parte o todo su contenido deberán ser dirigidas al Programas de Empleo y Juventud PEJ PA, La institución acogerá con gusto sus solicitudes. No obstante, pequeños extractos pueden ser reproducidos sin autorización, con la condición que se indique la fuente.” Primera Edición Agosto del 2009 Programas de Empleo y Juventud PEJ PA Proyecto de Energía Solar Sto. Tómas Jr. Dos de Mayo N° 212 Sicuani Cusco Perú Telefax : 084 35 24 74 Email : [email protected] Eco. Henry Mar Tapia : Director ejecutivo PEJ – PA Ing. Ronald Huallpayunca : Coordinador del proyecto Energía Solar Ing. Simon Rüegsegger : Autor [email protected] Hecho en Perú Printed en Perú

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PRESENTACIÓN La Asociación Religiosa Programas de Empleo y Juventud PEJ de la Prelatura de Sicuani, como institución de soporte del Proyecto “Energía Solar en los Andes” que viene formando técnicos solares y asumiendo formación básico en instituciones educativos en Chumbivilcas, asume su compromiso de educar y difundir la propuesta de usar energías limpias y el cuidado del medioambiente dese el año 2006 Es para el Proyecto *Energía Solar en los Andes” motivo de alegría el poder publicar el manual “Casas Solares”, dentro el marco del proyecto de Energía Solar en los Andes, que tiene como institución financiera la KLJB de Alemania y el apoyo de un cooperante de la Misión Belén Immensee de Suiza, los cuales hacen posible realizar la formación de técnicos en Energía Solar para la difusión y popularización de la Energía Solar y del cuidado del medioambiente. La Energía Solar y las Energías renovables son una propuesta que hace al frente del modelo de energía convencional que por su precio no está al alcance de los más pobres y más necesitados una alternativa de desarrollo y satisfacción de necesidades básicos. Queremos asumir el reto, de que la población de base puede aprovecharse de las energías renovables y así hacer su aporte al cuidado del medioambiente. Las energías renovables son una propuesta alternativa para hacer llegar energía a los pobladores más lejanos de centros poblados. Esta publicación es parte de la seria “Energía Solar en los Andes” Casas Solares N° 1 Termas Solares y Gasfitería N° 2 Cocinas y Hornos Solares N° 3 Paneles Fotovoltaico y Electricidad N° 4 Secadores Solares N° 5 Bombeo de Agua N° 6 Fitotoldos N° 7 Fogones mejorados N° 8 Biodegistores N° 9 El Autor



ANTECEDENTES: El PEJ es un equipo social de la Prelatura de Sicuani cuyo enfoque es el Desarrollo Humano Integra y economía solidaria en la que el centro de es la persona como ser humano, y una de sus actividades esta orientada al bienestar familiar en cuanto a salud, nutrición y viviendas, implementando para ellas estrategias necesarias. En ese sentido, es prioridad para el PEJ, motivar y generar cambios en los hábitos de consumo de alimentos, condiciones de vivienda, el aprovechamiento adecuado de los recursos disponibles en la zona, en forma coordinada y organizada y que involucren a la familia y comunidad, ya que el progreso de las próximas generaciones es un aspecto clave para impulsar a nuestra comunidad y mejorar la calidad de vida. En la provincia de Chumbivilcas el 89.44% son viviendas que se encuentran en estado precario, el 33.5% solo tiene una habitación, que es compartido como cocina, despensa, comedor y dormitorio, se tiene el 34.50% de hogares en estado de hacinamiento, las viviendas son de construcción de adobe en un 65.0 % y piedra con barro en un 29.1%, con techos de paja el 89.2% y con techo de calamina el 8.9%, el piso es mayormente de tierra (97.4%). Fuente Censo nacional de construcción y vivienda INEI Las enfermedades frecuentes en las familias que usan leña como combustible y sin ventilación del humo al interior de su cocina, son enfermedades respiratorias crónicas en adultos y niños y problemas graves con el tiempo en la vista. En la zona es frecuente que se tenga casos de infecciones respiratorias agudas en la estación de invierno por el descenso de la temperatura.

ASPECTOS DE LA VIVIENDA SOLAR: Una casa de siglo XXI debe de contar con los servicios básicos Agua Desagua Systema de cocción y calefacción Electricidad Systema de agua templada Luz



Índice 1 Base teórico 6 1.1 Formas de transmisión del calor 6 1.1.1 Conducción 6 1.1.2 Convección 6 1.1.3 Radiación 6

1.1.4 Experimentos de transmisión del calor 7 1.2 Efecto invernadero 8 1.3 Fenómenos convectivos naturales 8 1.4 Calor de vaporización 9

1.5 El recurso Solar 9 1.5.1 Radiación directa, difusa y reflejada 10 1.5.2 Energía del sol para Cusco 11 1.5.3 el camino del sol 12

1.6 Tipos de Secadores 13 1.7 Tamaño de secador 13 2 La Construcción del Secador Solar en Detallé 14

2.1 Datos técnicos 14 2.2 Materiales 14 2.3 Armar paso por paso 15

3 El uso del secador 20

4 Anexo 21 4.1 Planos de otras Casa Solares 21 4.2 Fotos 23

5 Bibliografía 24



1 Base teórico

1.1 Formas de transmisión del calor Es importante tener presentes los mecanismos de transmisión del calor para comprender el comportamiento térmico de una casa. Microscópicamente, el calor es un estado de agitación molecular que se transmite de unos cuerpos a otros de tres formas diferentes: 1.1.1 Conducción

El calor se transmite a través de la masa del propio cuerpo. La facilidad con que el calor “viaja a través de un material lo define como conductor o como aislante térmico. Ejemplos de buenos conductores son los metales, y de buenos aislantes, los plásticos, maderas, aire. Este es el fenómeno por el cual las viviendas pierden calor en invierno a través de las paredes, lo que se puede reducir colocando un material que sea aislante. El coeficiente de conducción térmica de un material es una medida de su capacidad para conducir el calor.

1.1.2 Convección Si consideramos un material fluido (en estado líquido o gaseoso), el calor además transmitirse a través del material (conducción), puede ser “transportado” por el propio movimiento del fluido. Si el movimiento del fluido se produce de forma natural, por la diferencia de temperaturas (aire caliente sube, aire frío baja), la convección es natural, y si el movimiento lo produce algún otro fenómeno (ventilador, viento), la convección es forzada. 1.1.3 Radiación Todo material emite radiación electromagnética, cuya intensidad depende de la temperatura a la que se encuentre. La radiación infrarroja provoca una sensación de calor inmediata (piénsese en una estufa de butano, por ejemplo). El sol nos aporta energía exclusivamente por radiación.



1.1.4 Experimentos de transmisión del calor

Experimento 1 Pone diferentes materiales (cobre, fierro, madera, ..) sobre una llama y toma el tiempo hasta llega el calor a tus manos. ¿Que has observado? Que forma de transmisión de calor es?

Experimento 2 Toma la temperatura de la aire en un lugar a donde hay sol y muy cerca de ese lugar en la sombra. También observe que sientes tu. ¿Qué has observado? ¿Qué forma de transmisión de calor es ¿

En una venta abierta pones una vela abajo y una arriba. ¿Qué has observado? ¿Qué forma de transmisión de calor es ¿



1.2 Efecto invernadero

Es el fenómeno por el cual la radiación entra en un espacio y queda atrapada, calentando, por tanto, ese espacio. Se llama así porque es el efecto que ocurre en un invernadero, que es un espacio cerrado por un acristalado. El vidrio se comporta de una manera curiosa ante la radiación: es transparente a la radiación visible (por eso vemos a través de él), pero opaco ante radiación de mayor longitud de onda

(radiación infrarroja). Cuando los rayos del sol entran en un invernadero, la radiación es absorbida por los objetos de su interior, que se calientan, emitiendo radiación infrarroja, que no puede escapar pues el vidrio es opaco a la misma. El efecto invernadero es el fenómeno utilizado en las casas bioclimáticas para captar y mantener el calor del sol.

1.3 Fenómenos convectivos naturales

Como ya dijimos, la convección es un fenómeno por el cual el aire caliente tiende a ascender u el frío a descender. Es posible utilizar la radiación solar para calentar aire de tal manera que, al subir, escape al exterior, teniendo que ser sustituido por aire más frío, lo cual provoca una renovación de aire que se denomina ventilación convectiva. El dispositivo que provoca este fenómeno se denomina chimenea solar.

En un espacio cerrado, el aire caliente tiende a situarse en la parte de arriba, y el frío en la de abajo. Si este espacio es amplio en altura, la diferencia de temperaturas entre la parte alta y la parte baja puede ser apreciable. Este fenómeno se denomina estratificación térmica. Dos Habitaciones colocadas a diferentes alturas, pero comunicadas entre sí, participan de este fenómeno, y resultará en que la habitación alta está siempre más cálida que la baja.



1.4 Calor de vaporización Cuando un cuerpo pasa de estado líquido a gaseoso, necesita absorber una cantidad de calor que se denomina calor de vaporización. Entonces el agua, al evaporarse, necesita calor, que adquiere de su entorno inmediato, enfriándolo. Por eso los lugares donde hay agua están más frescos. Las plantas están transpirando continuamente, eliminando agua en forma de vapor. Por eso los lugares donde hay plantas están también más frescos. En agua de un botijo permanece fresca a pesar de que haga calor, gracias a que el barro de que está hecho es permeable al vapor de agua, permitiendo entonces la evaporación de parte del agua interior, que refresca la masa de agua restante.

1.5 El recurso Solar El Sol se originó de la contracción de una gigantesca nube de gas, compuesta esencialmente de hidrógeno, bajo el efecto de las fuerzas de gravedad. Colisiones violentas entre las partículas de hidrógeno liberaron entonces un intenso calor, permitiendo la fusión de los núcleos de hidrógeno y de la energía nuclear asociada. El ritmo actual de esta fusión es de 3.82 millones de toneladas por segundo. Esta fuente –llamada renovable- tendrá, pues, un final, pero seguirá siendo abundante durante cinco o seis billones de años. Las fusiones termonucleares liberan energía bajo la forma de ondas o de radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia. Esta energía radiante nace en el corazón del sol a temperaturas estimadas entre 10 y 14 millones de grados Celsius (°C), pero en la superficie solar no llegan a más de 5500°C. Se habla entonces de fotones, o partículas de luz que atraviesan el espacio bajo la forma de energía electromagnética compuesta de radiaciones de diferentes longitudes de onda. Todas estas radiaciones electromagnéticas son emitadas por el sol y parten en todas las direcciones a la velocidad de la luz. A 150 millones de km/h, la tierra intercepta la 0.45 milmillonésima parte de la energía emitida por el sol. Se define por constante solar la intensidad de radiación o de la energía radiante que alcanza las capas superiores de la atmósfera terrestre. Se trata de una potencia por unidad de superficie, cuyo valor es de 1367 W/m2 (watts por metro quadrado)



Experimento imagen representativa Pone un Balón con un diámetro de 13.5cm en una distancia 1.50m de una billa de un diámetro de 0.126cm Eso es el imagen representativa de la relación entre el sol y la tierra. 1.5.1 Radiación directa, difusa y reflejada La energía solar incidente en una superficie terrestre se manifiesta de tres maneras diferentes: La radiación directa es, como su propio nombre indica, la que proviene directamente del sol. La radiación difusa es aquella recibida de la atmósfera como consecuencia de la dispersión de parte de la radiación del sol en la misma. Esta energía puede suponer aproximadamente un 15% de la radiación global en los días soleados, pero en los días nublados, en los cuales la radiación directa es muy baja, la radiación difusa supone un



porcentaje mucho mayor. Por otra parte, las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que “ven” toda la semiesfera celeste, mientras que las superficies verticales reciben menos porque solo “ven” la mitad de la semiesfera celeste. La radiación reflejada es, como su propio nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Por otra parte, las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no “ven” superficie terrestre, mientras que las superficies verticales son las que más reciben. La radiación global = directa + difusa + reflejada 1.5.2 Energía del sol para Cusco

Mes Hora Día

Gh SDE P SDA SDE P

kWh/m2 h/m W/m2 h/d h/d Kw/d

Ene 189 175 1,080 12.9 5.6 6.10

Feb 185 166 1,114 12.5 5.9 6.61

Mar 201 177 1,136 12.2 5.7 6.48

Abr 177 191 927 11.8 6.4 5.90

Mai 161 207 778 11.5 6.7 5.19

Jun 152 209 727 11.3 7.0 5.07

Jul 170 222 766 11.4 7.2 5.48

Aug 167 216 773 11.7 7.0 5.39

Sep 174 199 874 12.0 6.6 5.80

Okt 205 198 1,035 12.4 6.4 6.61

Nov 190 190 1,000 12.8 6.3 6.33

Dez 180 172 1,047 13.0 5.5 5.81

Fuente: Meteonorm V 5.0

Gh = radiación global SDE = hora del sol efectivo SDA = hora del sol astronómica P = Energía



1.5.3 el camino del sol



1.6 Tipos de Secadores El secado de alimentos o de pasto para animales puede efectuarse directo bajo el sol. Pero eso método trae algunas desventajas como perdida de color, protección de animales, protección de lluvia y humedad entre ellos. Normalmente la época en cual se hace falta de secar alimentos o pasto es en la época de lluvia cuando hay sobre producción, pero justo en este época estamos confrontado con lluvias que pueden malograr el resultado secando al aire libre. En general podemos diferenciar dos tipos de secadores cuales son, el seco en la sombra o en el sol. Secar bajo sol es para productos en cuales no importa el cambio de color del producto como pasto para animales. Para secar hierbas medicinales o aromáticas el mercado nos exige que el producto tenga su color natural. En este caso hay que secar en la sombra. Por las razones mencionadas arriba nos concentramos en secadores que secan bajo sombra para obtener una mejor calidad del producto.

1.7 Tamaño de secador El tamaño del secador depende del producto, la cantidad y el tiempo que deseamos secar. Para calcular el área de captación de calor necesitamos saber cuánto de agua contiene el producto que queremos secar. Para eso juntamos 10Kg (exactos) del producto fresco eso lo hacemos secar hasta que está bien seco y lo pesamos otra vez. Por ejemplo: Orégano fresco 10Kg da 1Kg de Orégano seco Con esta prueba sabemos que un 1Kg de Orégano contiene 900gr. De agua cual hay que secar. La vaporización de un kilogramo de Agua necesita 0.74kW de energía En promedio nos llega 6kW/m2 de energía por día del sol cual podemos aprovechar para el secado de productos. Ejemplo: 10kg de Orégano contienen 9kg de agua



Vaporización de 9kg de agua (9 x 0.74) necesita 6.66kW de energía Nuestro secador va a tener una eficiencia de 50% que sínica que podemos aprovechar solo 3kW que nos brinda el sol. Con este valor calculamos la área del colector (6.66kW / 3.00kW) = 2.22 m2 2.22 metros cuadrados tiene que ser la áreaw del colector para poder vaporizar 9 kg de agua en un día. Si queremos secar en dos días se reduce la área a la mitad 1.11 m2

2 La Construcción del Secador Solar en Detallé

2.1 Datos técnicos El secador solar presentado es un modelo familiar para el secado de hierbas medicinales y aromáticos para el auto consumo. Datos técnicos: Área de captación de energía: 0.715 m2 Vaporización de agua por día: 2.89 Kg Área para materia prima: 0.445 m2 Niveles: 3

2.2 Materiales

Que

Unidad Precio

Total

Triplay 1.20 x 2.40 m 1 27.00

27.00

Calaminas 1.80 x 0.63 m 3 15.00

45.00

Listones 3“x3“ x 3.00 3 9.00

21.00

Cortar Listones

6 1.00

6.00

Tuvo PVC 4“ 0.5m 6.00

3.00

Malla 51 x 39 cm 3 3.00

9.00

Malla 8 x 45 cm 1 1.00

1.00

Agro film 60 x 140 cm 1 4.50

4.50

Visagras

2 0.75

1.50

Clavos 1“ y 2“

2.00

2.00

Jebe

1.00

1.00

Silicona Unidad 1 8.00

8.00

Pintura negra

1 2.00

2.00

Total material

131.00

Trabajo 8 H 30.00

30.00

Uso de heramientos

1 3.00

3.00

Total material y trabajo

164.00



2.3 Armar paso por paso Los listones de 3” x 3” cortamos a su largo en cuatro listones de 1.5” x 1.5” que corresponde 3.5x3.5cm N° Que Medidas Cantidad 1 Listone 53.0 cm 8 2 Listone 43.0 cm 4 3 Listone 146.5 cm 2 4 Listone 160.0 cm 2 5 Listone 135.0 cm 2 6 Listone 30.5 cm 2 7 Listone 153.0 cm 2 8 Listone 40.0 cm 6 Con las piezas cortadas armamos el marco del secador según dibujo arriba usando los clavos de 2”. Los piezas 2 en el medio tienen que tener la distancia para que entre el tubo de 4” bien ajustado.



En el marco se coloca desde de abajo hacia arriba la calamina pintada de negro.



Las calaminas se aplanan antes de cortarlas en su forma N° Que Medidas Cantidad A Triplay 60.0 x 160.0 cm 1 B Calamina 19.5 x 60.0 cm 1 C Calamina 60.0 x 98.0 cm 1 D Calamina 160.0 x 150.0 cm 2 E Calamina 40.0 x 60.0 cm 1 F Triplay 60.0 x 51.0 cm 1 G Triplay 60.0 x 99.0 cm 1

Antes de colocar las piezas se echa silicona en cima del marco para que el recubrimiento esta hermético cerrado. Para mayor seguridad se clave los recubrimientos con los clavos de 1”. La Pieza G es la puerta y se coloca usando los bisagras. Encima del marco adonde toca la puerta pegamos una cinta de 2 cm de una frazada vieja.



En la pieza B hacemos 6 huecos de 6cm diámetro para que entre el aire. Para evitar que entren plagas fijamos una maílla detrás de los huecos. Medidas de la pieza D



La parte del colector se tapa con agro film o vidrio doble 60.0 x 140.0 cm también echando antes silicona.



Los tres cajones para el material de seco. N° Que Medidas Cantidad 9 Listone 40.0 cm 6 10 Listone 45.0 cm 6 11 Malla 51.0 x 39.0 cm 3

Al fin pintamos el secador con preferencia negro para que las paredes ayudan a captar calor.

3 El uso del secador El secador posicionamos en una parte plano hacia el sol del mediodía. para obtener un mejor resultado se puede ajustar cada hora el secador a la posición del sol pero normalmente no es necesario. Se llena las tres cajitas con hierbas no muy lleno para que el aire pueda pasar fácilmente. Se espera depende del producto uno o dos días hasta que está bien seco. Las hierbas en el cajón de abajo secan primero porque el aire llega más caliente y seco a ellos que a las siguientes pisos. La chimenea tiene la funciona de aumentar la cantidad de aire que pasa por el secador. Para evitar que entre lluvia por la chimenea se puede colocar una tapita en forma de sombrero encima dejando un espacio para que el aire puede descaspar.



4 Anexo 4.1 Planos de otras Casa Solares

Fuente. http://www.tecnatrop.com/modulo-ww.htm

Fuente:http://tilz.tearfund.org/Espanol/Paso+a+Paso+41-

50/Paso+a+Paso+46/Secador+solar.htm

http://www.tecnatrop.com/modulo-ww.htm



Fuente: http://www.energiasrenovables.gov.ar/images/secador-solar-2.gif



4.2 Fotos



5 Bibliografía Calefacción solar para regiones frías ISBN:9972 47 003 2 Intermediate Technology Development Group, ITDG-Perú Autores: Jean-François Rozis y Alain Guinebault 1997 Energía Solar Teoría y Práctica Universidad nacional de Ingeniería Lima-Perú Autor: Aníbal Valera P. 1993 Manual: Técnica de secado Soluciones Prácticas-ITDG, UNIFEM 1998 Difusión de la tecnología de secado en bandejas en el Perú Soluciones Prácticas-ITDG Autor: Bruno Viani 1998

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