Colque Monge Omar Alex Condori Alanoca Angel Hugo

 

Figura 9. Piranóm Piranómetro etro Digital. Digital. Fuente: fotografía tomada en el C.P SALCEDO PUNO.

2.2.7.2 2.2.7 .2 Termocupla Termocupla La medición de temperatura se hace por medio de un sensor llamado termocupla que tiene gran precisión que se puede obtener en las medidas de diferencia de tensión. Con dos metales diferentes cuyas juntas están a temperaturas diferentes, se puede obtener una diferencia de potencial o voltaje muy pequeño (efecto Seebeck3) del orden de los milivoltios el cual aumenta J ” está es tá hecha con un con la temperatura. Por e jemplo, una termocupla “tipo J”

alambre de hierro y otro de constantan (aleación de cobre y níquel). Hierro (Fe) (+) Unión a 750ºC Constantan (Cu-Ni)

42,2ºC ( – )

Figu Figura ra 10. 10. Termocupla tipo J. 3

El efecto Seebeck, es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1821, por el físico alemán Thomas Seebeck.

41

 

Se muestra a continuación una imagen de la Termocupla empleada en el Proyecto de Tesis.

Figura 11. Termoc Termocupla upla dig digital ital Fuente: fotografía tomada en el C.P SALCEDO PUNO.

2.2.7.3 2.2.7 .3 Anemómetro Anemómetro La medida medida del viento viento es import importante ante sob sobre re todo para lo loss colector colectores es plano planos, s, y más aún para aquellos que no poseen una cubierta; en el caso de colectores solares de tubos de vacío la velocidad del viento no es importante porque las pérdidas pérdid as de calor por convecció convecciónn son despreciables despreciables porq porque ue la temperatura superficial de los tubos es aproximadamente la temperatura te mperatura ambiente, porque la superficie exterior del tubo de vacío no se calienta. Los instrumentos más utilizados, para medir la velocidad del viento, son los l os anemómetros. La figura 12 muestra el anemómetro digital utilizado en el proyecto de tesis.

42

 

Figura 12. Anemó Anemómetro metro digi digital. tal. Fuente: fotografía tomada en el C.P SALCEDO PUNO.

2.2.7.4 Controlador microcomputador solar Instrumento Instr umento que per permite mite co controlar ntrolar el nivel del agu aguaa del tanq tanque ue de almacenamiento del agua caliente, se puede programar la temperatura máxima a la que se quiere llegue el agua caliente del tanque. El instrumento a su vez permite medir la temperatura del agua caliente en el tanque de almacenamien almacen amiento to a través del tiemp tiempo. o.

Figura Con Controlador trolador solar. fotografía tomadamicrocomputador en el C.P SALCEDO PUNO. Fuente:13.

43

 

2.3 GLOSARIO GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉRMINOS BÁSIC BÁSICOS OS 2. 2.3. 3.11 Calo Calorr y ttem empe pera ratu tura ra Con frecuencia, solemos confundir los términos calor y temperatura, puede parecer lo mismo, pero no es así, ya que: calor es una forma de energía y temperatura es la medida de dicha energía.

2.3.2 Radiación Modo en que se traslada la energía térmica o calorífica a través del vacío y el espacio libre entre moléculas. Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la energía radiante que incide sobre él. La unidad en que se mide la radiación solar en los colectores solares es el W/m 2.

2.3. 2.3.33 Colec olecto torr sola solarr Los colectores solares son dispositivos (tubos de vacío) capaces de captar la radiación solar y transmitirla a un fluido (agua) para su posterior aprovechamiento energético.

2.3. 2.3.44 Tub Tubos de vacío acío Son colectores que se les ha efectuado efe ctuado el vacío en el interior de un tubo, este vacío es aprovechado para eliminar las pérdidas por convección y de esta forma aumentar la temperatura, con menos necesidad de captación efectiva, también permiten más integración en el espacio arquitectónico, esto es debido a que su espacio es más reducido.

2.3.5 Terma rma sola solarr Una terma solar consta de un colector (tubos de vacío), así como de un tanquee de almacen tanqu almacenamiento amiento aislad aislado, o, está diseñ diseñado ado ppara ara ser utiliza utilizado do en casas, 44

 

hospitales, lavanderías, etc.; cuyo objetivo es calentar el agua utilizando la energía del sol.

2.3. 2.3.66 Ener Energgía Solar olar Las potencias de radiación solar máxima están entre 1000 W/m 2 (día soleado) y 200 W/m2 (día nublado), correspondiendo energías lumínicas de 8 KWh/m2 y 1,5 KWh/m2 respectivamente. Estas energías disponibles se pueden transformar en electricidad o en calor útil.

2.3.7 Piranómetro Instrumento de medida de la radiación solar, el piranómetro fotovoltaico utiliza como sensor una celda fotovoltaica, la que transforma la radiación solar incidente (W/m2) en una señal eléctrica (mA).

2. 2.3. 3.88 Cole Colect ctor or fo foto toté térm rmic icoo Dispositivo de conversión fototérmico que convierte la radiación solar incidente en energía calorífica útil. En el caso de una terma solar por ejemplo se trata de obtener obtener ag agua ua caliente. caliente.

2.3.9 Anem emóómet etrro Instrumento Instr umento de me medida dida para llaa velocidad velocidad del vi viento, ento, se ubica usualme usualmente nte a una altura altura de de 6 m, en una zo zona na libr libree de oobstácu bstáculos. los.

2. 2.3. 3.10 10 Irra Irradi diac ació iónn El valor instantáneo de la energía solar que llega por cada unidad de tiempo y por cad cadaa unida unidadd de área (W/ (W/m m2).

45

 

2.4 HIPÓTESIS HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN 2. 2.4. 4.11 Hipó Hipóte tesi siss Gene Genera rall Se determinará la eficiencia térmica de una una terma solar de tubos al vacío en Puno.

2. 2.4. 4.22 Hipó Hipóte tesi siss Esp Espec ecíf ífic icas as -

Se diseñará una una metodología experimental para la evaluación térmica ddee una terma solar solar de tubos al vacío vacío en Pun Puno. o.

-

Se cuantificará experimentalmente la eficiencia térmica de una una terma solar de tubos al vacío en Puno.

46

 

2.5 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

VARIABLES

DIMENSIONES

INDICADORES

POTENCIA Dependiente

Watt

W

TIEMPO Independiente

Segundos

S

MASA Independiente

Kilogramos

Kg

CAUDAL Dependiente

Metros segundo

EFICIENCIA TÉRMICA Dependiente

Porcentaje

%

ÁREA DEL COLECTOR Dependiente

Metros cuadrados

m2

TEMPERATURA Dependiente

Grados Celcius

ºC

ENERGÍA CALORÍFICA Dependiente

Kilowatt hora

KWh

RADIACIÓN SOLAR Dependiente

Watt por metro cuadrado

W/m2

CALOR ESPECÍFICO Dependiente

Kilo Joule por Kilogramo –  Kelvin

DENSIDAD Dependiente

Kilogramos cúbico

VOLUMEN Dependiente

Metros cúbicos

IRRADIANCIA Dependiente

Watt por metros cuadrados

cúbicos

por

por

metro

m3 /s

KJ/Kg-ºK Kg/m3 m3 W/m2

47

 

CAPÍTULO III

 

DISEÑO METODOLÓGICO DE INVESTIGACIÓN 3. 3.11 TIPO TIPO Y DIS DISEÑ EÑO O DE INVE INVEST STIG IGAC ACIÓ IÓN N 3. 3.1. 1.11 Ti Tipo po de In Inve vest stig igac ació iónn El ti tipo po de in inve vest stig igac ació iónn de desa sarr rrol olla lado do eenn la pres presen ente te tesi tesiss es ddel el ttip ipoo ddee investigació invest igaciónn aplica aplicada da o experim experimental. ental.

3. 3.1. 1.22 Dise Diseño ño de la In Inve vest stig igac ació iónn Para cumplir el objetivo de la tesis: “Determinación de la eficiencia

térmica

de una terma solar en Puno”, se diseñó el ensayo experimental a ejecutar,

considerando los factores limitantes en cuanto al módulo experimental de investigación e instrumentos de medición de los parámetros experimentales necesarios para la determinación de la eficiencia térmica. Considerando que en la Escuela Profesional no se tiene un módulo para el ensayo de termas solares, ni la instrumentación necesaria de acuerdo al avance de la tecnolog tecnología ía actual en el área de la energía solar. En primer lugar para suplir el módulo de ensayo de investigación para el desarrollo desarr ollo de la tesis, co compram mpramos os una terma solar de tub tubos os de vacío de flujo directoo marca DAVSOL que reunía las caracter direct características ísticas necesar necesarias ias para el trabajo de investigación considerando nuestras posibilidades en cuanto al factor económico, que fue asumido totalmente por nosotros los tesistas. Respecto Respec to al otro aspec aspecto, to, los instru instrumento mentos; s; utilizamo utilizamoss la termocu termocupla pla y el anemómetro de la escuela Profesional y, compramos un Controlador Microcomputador Solar para medir la temperatura del agua caliente del tanque y alquilamos un piranómetro para medir la radiación solar.

49

 

3.1.2.1 3.1. 2.1 Terma solar de ttubos ubos de vacío vacío de flu flujo jo ddirecto irecto En nuestra investigación el módulo de ensayo lo constituye la terma solar de tubos tubos ddee vacío vacío de flujo flujo dir directo ecto marc marcaa DAV DAVSOL SOL de 6 tubos tubos de vvacío acío y ccon on una capacidad de almacenamiento de 60 litros de agua caliente (Figura 14).

Figura 14. Term Termaa solar de tub tubos os de vacío ma marca rca DAVS DAVSOL OL Fuente: fotografía tomada en el C.P SALCEDO PUNO.

3.1.2.1.1 3.1. 2.1.1 Orient Orientación ación e inclinaci inclinación ón ddel el co colector lector solar de tubos tubos de vvacío acío El colector o captador solar se situó de forma que a lo largo del periodo anual de utilización utilización apro aproveche veche al máximo la radiació radiaciónn solar dispon disponible. ible. Se orientó hacia el Norte geográfico, considerando nuestra ubicación en el hemisferio Norte o Noroeste con respecto a la orientación Norte no afectan sensiblemente el rendimiento de de la energía térmica captada por el equipo solar 2.

Se utilizó la brújul brújulaa de un celular. La determinac determinación ión prácti práctica ca del Norte 50

 

geográfico puede concretarse por la dirección de la sombra proyectada por una varilla o tabla vertical, a las 12 horas o mediodía solar. En general, se procura que la radiación solar incida perpendicularmente sobre la superficie del colector solar al mediodía solar del día o punto medio de la época de la utilización utiliz ación del equipo. La superficie de nuestro colector solar de tubos de vacío recibiría la mayor cantidad posible de energía si es perpendicular a la dirección del sol, pero como la posición del sol varía a lo largo del día, la posición óptima de la superficie también tendrá que ser variable. La orientación óptima será un valor constante, con una inclinación ( ) que va a depender de la latitud   (ángulo que forma la vertical de un lugar con el ecuador) del lugar y un azimut ( ) (es el ángulo ángulo de gir giroo del sol co conn respec respecto to al sur geográfico medido sobre el plano horizontal) que depende del hemisferio en el que está situado el colector. El azimut óptimo para que una superficie fija reciba la mayor cantidad posible de energía solar debe ser cero (=0º), la superficie del colector se debe orientar hacia el sur si está situado en el hemisferio norte o hacia el norte si está en el hemisferio sur. Para la determinación de la inclinación óptima (opt.) de nuestro colector de tubos de vacío que se uutilizó tilizó para el trabajo de investigación en la ciudad de Puno (Salcedo), se utilizó una fórmula basada en análisis estadísticos de radiación solar anual sobre superficies de colectores con diferentes inclinaciones situados en lugares de diferentes latitudes:

opt = 3,7 + 0,69  Donde: 51

 

: latitud del lugar, sin signo (grados) opt: ángulo de inclinación óptima (grados) Para Puno:  = 15,8º

Entonces:   opt = 3,71 + 0,69 (15,8)

opt = 14,60º Considerando la tabla 2, de inclinación recomendados, basada en la experiencia y la observación, se obtiene: Para un consumo anual constante:

opt =  Entonces, para Puno:

opt = 15,8º Cuya variación con respecto a la determinación de la primera inclinación es de: 1,2º (8,22%). Variaciones4 de ±10º con respecto al ángulo de inclinación óptimo no afectan afe ctan sensiblemente al rendimiento y a la energía térmica útil aportada por el equipo.

3. 3.1. 1.2. 2.1. 1.22 Dete Determ rmin inac ació iónn de las so somb mbra rass Normalmente, en el día más desfavorable del periodo de utilización, el equipo no tendrá más del 5% de la superficie útil del colector solar cubierta por sombras. Un equipo resultará inoperante cuando el 20% de la superficie de captación solar esté en sombra. La existencia de sombras proyectadas sobre los colecto colectores res puede ser por por do doss cau causas: sas: 

4

Obstáculos próximos

Vásquez, C. (2008) Energía Solar Térmica. Edit. Técnica, España.

52

 



Sombras entre colectores

Para el ensayo ensayo técn técnico ico realiza realizado do en el trab trabajo ajo de la tesis, no se tu tuvo vo obstáculos que proyectaran sombra sobre el colector ni tampoco sombras entre colectores porque solo se trabajó por investigación con una sola terma solar por consiguiente con un solo colector.

3.1.2.2 3.1. 2.2 Determ Determinació inaciónn de las varia variables bles exper experimenta imentales les Para la determinación de las variables experimentales que se midieron, en principio se determinó la variable eficiencia térmica, té rmica, que se evalúa con el calor útil o el cal calor or absor absorbido bido por por el fluido fluido térmico térmico (agua) Q, la irradiación solar térmica I y el área de dell colec colector tor ddee tubos tubos de vacío Ac. Este método5 de ensayo ensayo para termas solare solaress se sir sirve ve de uunn sis sistema tema cerrad cerradoo que consiste en un colector y un tanque de almacenamiento, en el sistema cerrado de energía se considera solamente el intercambio de energía y no de materia. La eficiencia térmica se define como:

η E 



Qµ  I µ  AC



m a  C P Tq

  T  t e

 

I µ  AC  α s

ma : masa del agua (Kg) CP : Calor específico del agua (KJ/Kg-ºK) Tq : Temperatura del agua caliente en el tanque (ºK) (º K) Te : Temperatura del agua a la entrada (ºK) a gua de la terma (s)  t : Intervalo de tiempo de calentamiento del agua

5

Rosenthal,P. – Canedo, W.( 1996), Sistemas solares, solares, GT2, Editorial Proper, Bolivia.

53

 

I : Irradiación solar (W/m2) Ac : área del colector de tubos (m 2)

s : factor de corrección del porcentaje de radiación incidente Por consiguiente las variables a determinar experimentalmente para validar el trabajo son las siguientes: -

TEMPERATURA FRÍA: FRÍA: es la temperatura a la que se encuentra inicialmente el agua del colector en el instante que comienza a operar. Es la temperatura de entrada del agua al colector (Te)

-

TEMPERATURA CALIENTE: Temperatura de trabajo del colector. Se mide dentro del tanque de almacenamiento de la terma (T q).

-

RADIACIÓN SOLAR: Es la energía en forma de ondas electromagnéticas que será captada por la superficie del colector para luego ser transferida en forma de calor al agua.

-

IRRADIANCIA (I): El valor instantáneo de la energía que llega por cada unidad de tiempo y por cada unidad de área (W/m 2).

-

IRRADIACIÓN: El valor de la energía que llega durante un periodo de tiempo por cada unidad de área (Kwh/m 2).

-

MASA DE AGUA: Es la cantidad de agua alojada en la terma. t erma.

-

CALOR ESPECÍFICO (CP): Cantidad de energía necesaria para incrementar la temperatura del agua en un grado (KJ/Kg-ºK).

-

VOLUMEN DEL AGUA: El volumen del agua contenida en el tanque y en los tubos (m3).

-

DENSIDAD DEL AGUA: La masa por unidad de volumen del agua (Kg/m 3).

-

ÁREA DEL COLECTOR DE TUBOS: La superficie de los tubos de vacío que reciben la radiación solar (m2). 54

 

3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN Consideran Consi derando do que la tesis es del tipo experi experimental mental eenn el con contexto texto ddee la ing ingenierí enieríaa no corresponde este aspecto.

3.3 UBICAC UBICACIÓN IÓN Y DESCR DESCRIPC IPCIÓN IÓN DE LA POBLA POBLACIÓ CIÓN N El ensayo técnico experimental se desarrolla en Salcedo  –  Puno, por las características ambientales óptimas para la investigación que se desarrolló.

3.4 MATERI MATERIAL AL EXPERI EXPERIMEN MENTAL TAL La instrumentación necesaria para la medición de las variables en el trabajo de investigaci invest igación, ón, estuvo compuesta compuesta de lo sigui siguiente: ente:

3. 3.4. 4.11 Term Termoc ocup upla la digi digita tall Instrumento que se utilizó para medir la temperatura del ambiente, como parámetro parám etro referen referencial cial durante durante la toma de datos y la tempera temperatura tura de entrada de dell agua a la terma en ºC. Para la medición de la temperatura ambiental se tuvo cuidado que la radiación solar no incida sobre la termocupla (se midió en la sombra) (T a). El agua que llega a la terma solar proviene de un tanque “ROTOPLAS”, cuya

temperatura del agua es la temperatura de entrada del agua a la terma solar (Te). Las características técnicas de la termocupla son: Digital Thermometer Marca

: Yokogawa

Type

:K

Rang ango ddee med medid idaa

: -1 -160 60ºC ºC a + +13 1372 72ºC ºC

Fabricación

: Ja Japón

Modelo: 2455

55

 

3. 3.4. 4.22 Pira Piranó nóme metr troo Dig Digit ital al Instrumento Instr umento utiliza utilizado do para medir la irradia irradiación ción solar (I), energía instantánea que llega al colector de tubos de vacío por unidad de área en Wh/m 2. Las características técnicas del piranómetro digital son: PCE-SPM1

: Datalogging Solar Power Meter

Unidad de medida

: Wh/m2

3. 3.4. 4.33 Anem Anemóm ómet etro ro digi digita tall Instrumento que nos sirvió para medir la velocidad del viento en Km/h, parámetro que se midió como referencia, el cual era importante para las pérdidas por convección. En los colectores de tubos de vacío no es importante porque la superficie de los tubos no se calienta y está a la temperatura del ambiente. Las características técnicas del anemómetro digital son: Windmaster 2 Marca

: Kaindl electronic

Rango de medida

: 2,5 a 150 Km/h

Made in Germany Fabricación

:A Allemania

3.4.4 3.4 .4 Contro Controlad lador or mic microc rocomp omputa utador dor sol solar ar Instrumento que sirve para el control automático del nivel de agua que ingresa a la terma, terma, a través de una vá válvula lvula qque ue es con controlada trolada por un microc microcompu omputador. tador. También el instrumento mide en forma continua la temperatura del agua caliente en el tanque de almacenamiento a través de una termocupla cuyo sensor transmite la temperatura al microcomputador.

56

 

Las características técnicas del instrumento son: TKD2: Solar water heater microcomp microcomputer uter intelligence controller Modelo

: TK-84

Fabricación

: China

3. 3.4. 4.55 Cron Cronóm ómet etro ro digi digita tall Instrumento que se utilizó para medir el tiempo durante el ensayo técnico. Las características técnicas de este instrumento son: Celular móvil GSM HUAWEI HUAWEI G7220 VERSIÓN 01 Nº 6011491

3.5 PROCEDIMIE PROCEDIMIENTO NTO DEL EXPE EXPERIMEN RIMENTO TO La investigación que se desarrolló fue del tipo aplicativa o experimental, cuyo cuyo procedimiento fue el siguiente:

3.5.1 3.5 .1 Montaj Montajee de la te terma rma solar solar de tub tubos os ddee va vacío cío Para el proceso de toma de datos, el procedimiento del montaje de la terma, lo realizaron los técnicos de la empresa donde se compró la terma solar. a) Se arm armóó la est estruc ructur turaa metálica metálica dond dondee va monta montado do lo loss tub tubos os de vvacío acío y el tanque de almacenamiento. b) Se mont montóó el tanque tanque de alma almacenamie cenamiento nto del ag agua ua calien caliente te que tien tienee una capacidad de 60 litros. c) La est estructur ructuraa metálica metálica ddonde onde va mo montados ntados el co colector lector ssolar olar consti constituido tuido por 6 tubos de vacío, fue orientada en la dirección del norte geográfico, con la ayuda a yuda de una brújula de un teléfono celular del técnico que realizó los trabajos de montaje, para la inclinación del colector se consideró 20º. 57

 

d) Se proc procedió edió al mo montaje ntaje de lo loss tubos ddee vacío, en los ag agujero ujeross del tanq tanque ue de almacenamiento, uno por vez colocando los empaques respectivos e introduciéndolos en los agujeros del tanque a presión. e) Se veri verificó ficó el m medido edidorr del ni nivel vel de aguas aguas ddel el tanq tanque ue de aalmacena lmacenamiento miento,, constituido por un pequeño depósito con su boya respectiva, al constado del tanque. f) Se in insta staló ló to todas das las tu tuberí berías as y acceso accesorio rioss hid hidráu ráulico licoss par paraa la ent entrad radaa del ag agua ua fría a la terma solar, conectándose a un tanque ROT ROTOPLAS OPLAS de 650 litros. g) Se instal instalóó el contr controlado oladorr microc microcompu omputador tador so solar, lar, el cual ppara ara contro controlar lar el nivel de agua agua lo hace a través de una válvula hidráulica termomagnética, la que se instaló en el sistema hidráulico cerca al depósito donde se encuentra la boya de control del nivel del agua. Así mismo, el microcomputador reguistra la temperatura del agua caliente del tanque de almacenamiento, para lo cual el técnico instaló la termocupla del controlador dentro del tanque. h) Se proc procedió edió a las las prueb pruebas as hidráu hidráulicas licas del del funcio funcionamien namiento to de la te terma rma sola solar. r. i) Se co comprob mprobóó el funcio funcionamien namiento to de dell micr microcomp ocomputado utadorr sola solar, r, re respecto specto al controll del niv contro nivel el del ag agua ua que debe in ingresar gresar a la terma solar y respect respectoo al control de la temperatura del agua caliente en el tanque de almacenamiento.  j) Para medir la temperatura del agua fría de ingreso a la terma solar se s e adecuó el depósito donde se encuentra la boya controladora del nivel del agua, lo que se hizo con otra termocupla. k) Finalm Finalmente ente se in instaló staló so sobre bre un unaa pequ pequeña eña mesa eell piranó piranómetro metro y eell anemómetro para las mediciones de la radiación solar y velocidad del viento respectivamente.

58

 

3. 3.5. 5.22 Deter Determi mina nació ciónn de la ccap apac acida idadd de vo volu lume menn de ag agua ua ddel el tanq tanque ue ddee almacenamiento Para determinar el volumen del agua a calentar en la terma solar, y con el objetivo de calcularlo con la mayor aproximación posible, se siguió el siguiente procedimiento: a) Se vac vació ió comp completamen letamente te el tanque tanque de al almacena macenamiento miento del agua a través de la válvula de desagüe, ubicada en la parte inferior del tanque. b) Se pren prendió dió el micr microcompu ocomputador tador co controlad ntrolador or del nive nivell de agua qque ue ingres ingresaa al tanque de almacenamiento y a los tubos de vacío. c) Se esp esperó eró qque ue de agu aguaa se lle llene ne en eell tanque tanque de aalmac lmacenam enamien iento, to, el ccual ual eess controlado por una válvula de solenoide, la cual cierra automáticamente el paso del agua, al llegar al nivel del agua controlado por la boya en el pequeño tanque. d) El ins instante tante que eell tanq tanque ue de almace almacenamien namiento to se llenó, es ind indicado icado por sonid sonidos os del microcomputador controlador del nivel del agua. e) Por la vál válvula vula de ddesagüe esagüe del del tanqu tanquee de almace almacenamien namiento, to, se vac vació ió el tanq tanque ue recibiéndose el agua en dos depósitos de plástico color blanco con una capacidad aproximada de 25 litros cada uno. f) Se pro proced cedió ió a med medir ir el vol volume umenn de dell agua agua ccont onteni enida da eenn el tanqu tanquee de almacenamiento utilizando una jarra de plástico graduada en mililitros, cuyo rango de medida era de 0  – 1200 mililitros. g) Para el pprocedim rocedimiento iento de de medició mediciónn se diseñ diseñóó el sigu siguiente iente fo formato rmato::

59

 

VOLUMEN (mililitros: mL)

Nº 1 2 3 ⋮

20 TOTAL Elaborado: Por los investigadores.

El procedimiento se repitió dos veces, estableciéndose el volumen final del agua del tanque de almacenamiento a través del promedio de las dos mediciones en mililitros.

3.5.3 3.5 .3 Diseño Diseño del del for forma mato to pa para ra la toma toma ddee datos datos exp experim eriment entale aless Para la ejecución del ensayo experimental se diseñó el siguiente formato para la lectura de las mediciones de los parámetros necesarios para determinar la eficiencia térmica de la terma solar de tubos de vacío:

Número de Ensayo

Temperatura del Ambiente (ºC)

Temperatura del agua de entrada (ºC)

Temperatura del agua en el Tanque (ºC)

Radiación solar (W/m2)

Velocidad del viento (Km/h)

1 2 3 ⋮

20 Elaborado: Por los investigadores. i nvestigadores.

60

 

3.6 ENSAYO ENSAYO TÉCNI TÉCNICO CO EXPERIMEN EXPERIMENTAL TAL Para la ejecución del ensayo experimental, a través del cual se procedió a la toma de datos de las variables involucradas en la determinación experimental de la eficiencia térmica de una terma solar en Puno, se tuvo las siguientes consideraciones fundamentales con respecto a una investigación investi gación experimental: 

Se eligió un módulo de investigación constituido principalmente por una terma solar de seis tubo tuboss de vacío, porque porque la tecnolog tecnología ía de colectore colectoress de tubos de vacío es la que predomina actualmente en el mundo por su mayor eficiencia con respecto a los colectores de placas planas, tecnología que ha sido desplazada despla zada ddel el merca mercado, do, ssee compró compró una una ter terma ma so solar lar de seis tubos de vac vacío ío de flujo directo directo marca DAVSO DAVSOL L fabrica fabricada da totalm totalmente ente en China China..



En el montaje del colector de tubos se consideró la precisión en la l a orientación del colector en la dirección del norte geográfico, respecto a la inclinación se adaptó el soporte metálico hasta una inclinación de 20º, por limitaciones de la geometría del soporte metálico y, también considerando las condiciones de montaje que realiza el técnico de la empresa en la cual se compró la terma solar.



Las Normas Peruanas respecto al ensayo ensa yo de termas solares son más específicas sobre el ensayo de termas solares de colectores solares de placas planas, no así con respecto a los de tubos de vacío y precisan de instrumentos de medición de alta tecnología, como medidores de temperatura de rayos infrarrojos para medir temperaturas dentro de los tubos de vacío, instrumentación que no es accesible po porr las condiciones en que realizamos la investigación en nuestra universidad, por lo cual la investigación se realizó 61

 

dentro del marco de las normas peruanas adecuándonos a la metodología acorde a nuestras condiciones de investigación. Se midió la velocidad del viento, parámetro importante en las normas pero cuando se trata de termas solares de colectores colectores de placas pla planas nas en las cuales existen pér pérdidas didas de calor por convección los cuales se puede incrementar por el viento, más no en los colectores de tubos de vacío, donde la pérdida de calor por convección es despreciable.



La experimentación de la toma de datos, se realizó durante varios días para analizar el comportamiento de las variables y estudiar si la tendencia de las mediciones coincidían con los criterios lógicos y teóricos que ameritaban considerar en los ensayos técnicos realizados.

3.6.1 3.6 .1 Toma Toma de dato datoss exp experim eriment entale aless par paraa la de determ termina inació ciónn de la ccapa apacida cidadd de volumen de tanque de almacenamiento 1) Se proce procedió dió a vacia vaciarr manual manualmente mente el tan tanque que de alma almacenam cenamiento iento de dell agua por la válvula de desagüe. 2) Se prepa preparó ró el sistem sistemaa hidráu hidráulico lico del agua agua para pr prender ender el sis sistema tema auto automático mático de llenad llenadoo de agua. 3) Se pre prendió ndió el sistem sistemaa autom automático ático ddee llenado llenado de ag agua ua a tra través vés del microcomputador de control. 4) Se esperó eell mensaje de so sonido nido de dell microco microcomputa mputador, dor, qu quee indica el llenado llenado del tanque de almacenamiento. 5) Se vaci vacióó el agu aguaa del tanq tanque ue en ddos os recipie recipientes ntes de pplástico lástico de 25 li litros tros de capacidad atrás de la válvula de desagüe de la parte inferior del tanque. 62

 

6) Se proc procedió edió a medir medir el volum volumen en de agua agua del tan tanque que con una jarra ggradua raduada da en mililitros. 7) Lo Loss pas pasos os de dell 1) al 66)) se rep repitie itieron ron 2 vec veces. es.

Los datos experimentales se presentan en la tabla:

63

 

PRIMER ENSAYO DE MEDICIÓN Nº

VOLUMEN PRIMER DEPÓSITO (mL)

VOLUMEN SEGUNDO DEPÓSITO (mL)

1

1100

1100

2

1000

1070

3

1050

1100

4

1100

1025

5

975

1100

6

1000

1100

7

1000

1080

8

1050

1025

9

1100

1050

10

1100

1040

11

1100

1050

12

1050

1040

13

1050

1100

14

1000

1050

15

1075

1075

16

990

1100

17

875

975

18

950

700

19

1000

850

20

175

750

TOTAL

19740 mL

20380 mL

Volumen total = 19740 + 20380 = 40120 mL Tablaa 3. Cálculo del Volumen de agua en el tanque de almacenamiento. Tabl Elaborado: Elabor ado: Por los Investig Investigador adores es

64

 

SEGUNDO ENSAYO DE MEDICIÓN Nº

VOLUMEN PRIMER DEPÓSITO (mL)

VOLUMEN SEGUNDO DEPÓSITO (mL)

1

995

1050

2

1045

1085

3

1100

1070

4

1095

1100

5

1055

1050

6

1025

1100

7

1050

1050

8

1000

1085

9

1095

1090

10

1050

1090

11

1075

1070

12

1050

1070

13

1100

1080

14

1025

1100

15

1075

1080

16

1090

1050

17

920

1040

18

945

1030

19

900

1100

TOTAL

19690 mL

20390 mL

Volumen total = 19690 + 20390 = 40080 mL Tablaa 4. Cálculo del Volumen de agua en el tanque de almacenamiento. Tabl Elaborado: Por los investigadores.

65

 

3.6.2 3.6 .2 Toma Toma de datos datos experim experiment entale aless en el mód módulo ulo de in inves vestig tigaci ación ón Considerando la importancia de las condiciones ambientales donde se realizó realiz ó la investigación, se midió la presión atmosférica con el barómetro del laboratorio de Física de la Universidad, el promedio promedio aproximado de los cinco días don donde de en los que se hicieron las lecturas de datos experimentales fue de: Patm = 489 mm Hg =0.65 bar La ciudad de Puno está a una altura de 3827 m.s.n.m. El módulo de laboratorio se instaló en Salcedo en la urbanización APROVISA, donde no se corrió el riesgo de que la terma solar fuera obstruida por sombras de edificios. Para determinar la eficiencia térmica de la terma, es necesario cuantificar el calor útil: Qu = mCp T/  t, que es la energía calorífica ganada por la masa (m) del agua del tanque de almacenamiento de la terma y el agua de los tubos de vacío debido al gradiente de temperatura del agua:    T = Tºtanque  –  Tºentrada; en un intervalo de tiempo  t, el cual para el ensayo experimental lo consideramos de 1 hora. Para la determinación de la energía solar que incide sobre el colector co lector solar de tubos de vacío: Ic = I   A   s, se midió la irradiancia solar en w/m 2, los otros parámetros A y s son constantes y que se calcularon posteriormente. En función a lo anterior el procedimiento de toma de datos experimentales fue el siguiente:

66

 

1. Se arrancó arrancó el mó módulo dulo de investig investigación ación (10:45 (10:45 A. A.M.) M.) 2. Se verificó verificó el ffuncio uncionamien namiento to de lo loss instru instrumento mentoss de med medición: ición: termoc termocuplas, uplas, piranómetro, microcomputador solar, cronómetro, anemómetro. 3. Se procedió procedió a llena llenarr la term termaa con agua a través del co control ntrolador ador microcomputador aproximadamente en 10 minutos. 4. Se proced procedió ió a realiza realizarr las lecturas lecturas de la te temperat mperatura ura ambiente ambiente y la temp temperatura eratura del agua a la entrada de la terma con la termocupla (11:00 A.M.). 5. Despué Despuéss de un iinte nterva rvalo lo de de tiemp tiempoo (t) de 1 hora se procedió a realizar las lecturas experimentales siguientes: -

Temperatura del agua en el tanque, con la termocupla sumergida en el tanque y controlada por el microcomputador.

-

La irradiancia solar con el piranómetro digital.

-

La velocidad del viento con el anemómetro digital.

6. Se procedió procedió a vvaciar aciar el ag agua ua de la terma po porr la válv válvula ula de descarg descargaa situad situadaa en la parte inferior de la terma. 7. Se repitió repitió los los pasos: pasos: 3, 44,, 5 y 6; do doss veces más más dura durante nte el día. 8. La toma toma de da datos tos exp experimen erimentales tales se realizó realizó ddurante urante 5 días se seguid guidos os del 2233 al 27 de octubre del 2015, en el horario aproximado de 10:45 A.M. a 14:30 P.M. Los datos experimentales tomados se sistematizan sistematiz an en la siguiente tabla:

67

 

Temperatura ambiente HORA Ta (ºC)

Temperatura Temperatura del agua agua a la del agua en tanque entrada Ttanq Tent (ºC) (ºC)

Irradiancia Solar I (W/m2)

Velocidad del viento (Km/h)

DÍA: 23 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

17,2

20,2

12:00 12:15

16,3

19,6

1970

3,3

38

1862

2,6

46

2850

3,1

24,2

13:15 13:30

30

24,1

14:30

DÍA: 24 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

16,4

21,7

12:00 12:15

19,2

19,8

1962

2,3

40

1907

3,5

47

2924

2,7

25,5

13:15 13:30

32

24,3

14:30

DÍA: 25 DE OCTU OCTUBRE BRE DEL 22015 015 11:00

17,5

22,5

12:00 12:15

19,0

14:30

19,9

1921

3,3

41

1956

3,4

48

3026

2,4

25,9

13:15 13:30

33

27,1

Tablaa 5. Datos experimentales tomados en el módulo experimental Tabl Elaborado: Por los investigadores.

68

 

Temperatura Temperatura Temperatura Irradiancia del agua a la del agua en Solar ambiente tanque entrada HORA I Ta Ttanq Tent (W/m2) (ºC) (ºC) (ºC)

Velocidad del viento (Km/h)

DÍA: 26 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

17,6

24,5

12:00 12:15

17,7

18,9

1889

4,1

43

3451

3,3

50

3222

3,8

24,2

13:15 13:30

35

24,7

14:30

DÍA: 27 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

17,4

23,4

12:00 12:15

17,9

14:30

19,2

1855

3,6

44

2558

3,5

51

3391

2,9

24,6

13:15 13:30

36

24,9

Tablaa 6. Datos experimentales tomados en el módulo experimental Tabl Elaborado: Por los investigadores.

69

 

Viernes 23/10/2015 20

19.5

13:30, 19.6

19

18.5

18

17.5

11:00, 17.2

17

16.5 12:15, 16.3 16 10:45

11:13

11:42

12:11 Tíempo (hh:mm)

fico fico 1. Temperatura ambiente en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

12:40

13:09

13:37

 

Sabado 24/10/2015

Gráfico N° 2

20 13:30, 19.8

19.5 12:15, 19.2 19

18.5

18

17.5

17

16.5 11:00, 16.4 16 10:45

11:13

11:42

12:11 Tíempo (hh:mm)

fico fico 2. Temperatura ambiente en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

12:40

13:09

13:37

 

Domingo 25/10/2015

Gráfico N° 3

20 13:30, 19.9 19.5

19 12:15, 19 18.5

18

17.5

11:00, 17.5

17

Grafico N° 16.5

16 10:45

11:13

11:42

12:11 Tíempo (hh:mm)

fico fico 3. Temperatura ambiente en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

12:40

13:09

13:37

 

Lunes 26/10/2015

Gráfico N° 4

20

19.5

19 13:30, 18.9 18.5

18 12:15, 17.7

17.5 11:00, 17.6 17

16.5

16 10:45

11:13

11:42

12:11 Tíempo (hh:mm)

fico fico 4. Temperatura ambiente en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

12:40

13:09

13:37

 

Martes 27/10/2015

Gráfico N° 5

20

19.5

19

13:30, 19.2

18.5

18 12:15, 17.9 17.5

17

11:00, 17.4

16.5

16 10:45

11:13

11:42

12:11 Tíempo (hh:mm)

fico fico 5. Temperatura ambiente en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

12:40

13:09

13:37

 

Viernes 23/10/2015

Gráfico N° 6

49 14:30, 46     ) 44    C    °     (    q    n    a    t

   T    e    u    n    q 39    a    T     l    e    n    e    a 34    u    g    a     l    e     d    a    r    u    t 29    a    r    e    p    m    e    T 24

13:15, 38

Tent (°C) 12:00, 30 Ttanq (°C)

11:00, 20.2 12:15, 24.2

19 10:45

11:57

 

13:09

13:30, 24.1

14:21

Tíempo (hh:mm)

fico fico 6. Temper Temperatura atura del agua a la entrada entrada (Tent) y Temperatura del agua en el tanque (T tanq) en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

15:33

 

Sábado 24/10/2015

Gráfico N° 7

49 14:30, 47     ) 44    C    °     (    q    n    a    t

   T    e    u    q    n    a 39    T     l    e    n    e    a 34    u    g    a     l    e     d    a    r    u    t 29    a    r    e    p    m    e    T 24

13:15, 40

12:00, 32 Tent (°C) Ttanq (°C)

12:15, 25.5

13:30, 24.3

11:00, 21.7 19 10:45

11:57

13:09

14:21

Tíempo (hh:mm)

fico fico 7. Temperatura del agua a la entrada (T ent) y Temperatura Temperatura del agua agua en el tanque (Ttanq) en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

15:3

 

Domingo 25/10/2015

Gráfico N° 8

49 14:30, 48     )    C    ° 44     (

   t    n    e

   q    n    a    t

   T    e    u    q 39    a    n    T     l    e    n    e    a 34    u    g    a     l    e       d    a    r    u    t 29    a    r    e    p    m    e    T 24

13:15, 41

12:00, 33 Tent (°C) Ttanq (°C)

12:15, 25.9 13:30, 24.1

11:00, 22.5 19 10:45

11:57

13:09 Tíempo (hh:mm)

14:21

15:33

áf áfic ico o 8. Temperatura del agua a la entrada (T ent) y Temperatura Temperatura del agua en el tanque tanque (Ttanq) en función del tiempo (horas del día). aborado: Por los investigadores. i nvestigadores.

 

Lunes 26/10/2015

Gráfico N° 9

49

14:30, 50

    ) 44    C    °     (    q    n    a    t

13:15, 43

   T    e    u    q    n    a 39    T     l    e    n    e    a 34    u    g    a     l    e     d    a    r    u    t 29    a    r    e    p    m    e    T 24

12:00, 35

Tent (°C) Ttanq (°C)

11:00, 24.5

19 10:45

13:30, 24.7

12:15, 24.2

11:57

13:09

14:21

Tíempo (hh:mm)

fico fico 9. Temperatura del agua a la entrada (T ent) y Temperatura del agua en el tanque (T tanq) en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

15:33

 

Martes 27/10/2015

Gráfico N° 10

55

    )    C    °     (

50

14:30, 51

   q    n    a    t

   T 45    e    u

13:15, 44

   n    q    a    T     l 40    e    n    e    a    u    g    a     l 35    e     d    a    r    u    t    a    r 30    e    p    m    e    T 25

12:00, 36 Tent (°C) Ttanq (°C)

11:00, 23.4 20 10:45

 

11:57

12:15, 24.6

 

13:09

13:30, 24.9

14:21

Tíempo (hh:mm)

fico fico 10. 10. Temperatura del agua a la entrada (T ent) y Temperatura del agua en el tanque (T tanq) en función del tiempo tiempo (horas del del día). orado: Por los investigadores.

15:33

 

Viernes 23/10/2015

Gráfico N° 11

3400

3200

3000

2800 14:30, 2 2600

2400

2200 12:00, 1970 2000 13:15, 1862 180011:45

12:14

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 11. 11. Irradiancia solar en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

13:40

14:09

14:

 

Sábado 24/10/2015

Gráfico N° 12

3400

3200

3000

14:30, 2

2800

2600

2400

2200 12:00, 1962 2000 13:15, 1907 1800 11:45

12:14

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 12. 12. Irradiancia solar en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

13:40

14:09

14:3

 

Domingo 25/10/2015

Gráfico N° 13

3400

3200

3000

14:30, 30 2800

2600

2400

2200

2000

1800 11:45

12:00, 1921

12:14

13:15, 1956

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 13. Irradiancia solar en función del tiempo (horas del día). orado:: Por los investigad orado investigadores. ores.

13:40

14:09

14:3

 

Lunes 26/10/2015

Gráfico N° 14

3400

3200 14:30, 32 3000

2800

2600

2400

13:15, 2451

2200 12:00, 1889 2000

1800 11:45

12:14

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 14. Irradiancia solar en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

13:40

14:09

14:38

 

Martes 27/10/2015

Gráfico N° 15

3400 14:30, 33 3200

3000

2800

2600 13:15, 2558 2400

2200

2000 12:00, 1855 1800 11:45

12:14

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 15. Irradiancia solar en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores.

13:40

14:09

14:3

 

CAPÍTULO IV

 

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 CÁLCULO DE MASA DEL AGUA AGUA DEL TANQUE DE ALMACE ALMACENAMIENTO NAMIENTO DEL AGUA (m1) Por razones razones de cálculos cálculos más exa exactos, ctos, el vo volumen lumen ddee agua del tanqu tanquee almacenamiento se halló, desaguando el agua por la válvula inferior del tanque, operación que se realizó dos veces, siempre considerando que el llenado del tanque se realizó con el controlador de nivel del microcomputador, de la misma manera como se llenó el tanque, cuando se realizó la toma de datos experimentales en el módulo de investigación. Se sabe que la densidad dela gua es igual i gual a: δ    Entonces:

m1 =   V

m1 V 

(1)

Dónde: V = Volumen de agua contenido en el tanque de almacenamiento. La medición de este volumen en mL dos veces se muestra en la tabla 3 y 4. Para el cálculo de la masa, consideramos el promedio de estos dos volúmenes: 4 0  1 2 0  4 0 0 8 0 V   2 mL V    40100mL

Pero: 1 mL = 1 cm3 = 10-3 dm3 Entonces el volumen del agua: V    40100 103 dm3

Pero: Por consiguiente:

1 dm3 = 1 103

3

  0 103 m3 V   40,1 

86

 

Considerando la ecuación (I), la densidad del agua varía con la temperatura peroo no per no sig signif nificat icativa ivamen mente te6, la densida densidadd del agua para para nu nuestros estros cálculo cálculoss la asumimos a una temperatura de 35ºC, es decir:    = 994 Kg/m3 valor que es representativo y no afectará los cálculos de ingeniería significativamente. Por lo tanto la masa del agua en el tanque de almacenamiento es de:

 δ  V 

m1 m1

 994

Kg   4 0 , 1 0 1 0  3 m 3  3  m

m 1 = 39,86 Kg

4.2 CÁLCULO CÁLCULO DE LA MAS MASA A DEL AGU AGUA A EN LOS TUBOS TUBOS DE VACÍO VACÍO (m2) Para calcular la cantidad de agua contenida en los seis tubos del colector solar, los datos técnicos de la terma solar marca Davsol son con respecto a los tubos de vacío: Número de tubos

:6

Espesor

: 2 mm

Diámetro exterior

: 58 mm

Diámetro interior

: 47 mm

Longitud

: 1800 mm

Longitud útil

: 1750 mm

Cálculo del volumen de un tubo de vacío, el volumen de un cilindro es igual a: V



π  D

4

2

L

Considerando el volumen interior del tubo de vacío: 6

Mott, Robert: Mecánica de fluidos aplicada, 2010. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, Pág. 535.

87

 

D = 47 mm L = 17 1750 50 mm

=

V = 3,44  10-3 m3

Entonces: Sabemos que:

(47)   . 1750 1750 = 34361 3436116.96 16.96 4

  m

 δ  V 

La densidad densidad del agua, anál análoga oga al acápite 4.1. m

 994

m 

Kg    3, 4 4 1 0  3 m 3 3 m

3, 4 2 K g

Por consiguiente la masa de agua contenida en los seis tubos al vacío será igual a: m2 = 6  3.42 = 20,52 Kg Por lo tanto el agua total que será calentada en la terma solar será igual a: m = (m1 + m2) = 39,86 + 20,52 m = 60,38Kg

4.3 CÁLCULO CÁLCULO D DE E LA EFICI EFICIENCIA ENCIA TÉRMICA TÉRMICA La eficiencia térmica de la terma solar se evaluó con el calor útil o el calor absorbido por el fluido térmico, es decir el agua, Q; y la irradiación solar térmica I y el área del colector de tubos de vacío AC, como se define en la siguiente ecuación:

88

 

η E  

Dónde:

Qμ Qμ = IC I×AC α S 

Q : Calor absorbido por el agua I: irradiación solar que llega al colector solar de tubos de vacío.

s : factor de corrección del % de radiación sobre los tubos al vacío 4. 4.3. 3.11 Cálc Cálcul uloo del del cal calor or út útil il (Qµ) El calor ganado o perdido por un sistema cerrado lo podemos calcular aplicando calorimetría, que es un calor útil entregado al agua en el colector de tubos de vacío y se determina con la siguiente ecuación:

Qu =

m

 CP   Ttanque – t

Tent 

(A)

Donde: m : El ag agua ua en el tan tanque que de almacenam almacenamiento iento más el agua en lo loss 6 tubos de vvacío. acío. CP : Calo Calorr esp espec ecíf ífico ico del del ag agua ua Ttanque : temperatura del agua en el tanque Tent : temper temperatura atura del del agua a la en entrada trada de llaa terma so solar lar

t : intervalo de tiempo de absorción del calor por el agua. Donde: a) m: se será rá igual igual a la suma suma de 39, 39,86 86 Kg Kg má máss 20, 20,52 52 Kg qque ue se será rá igual igual aa:: m = 60, 0,38 38 Kg b) CP : parámetro constante para el agua e igual i gual a: CP = 4,18 KJ/Kg-ºK c) Ttanque – Tent : esta diferencia de temperaturas debe estar en grado gradoss Kelvin (ºK), pero numéricamente, una diferencia de temperaturas en grados kelvin T (ºK) es igual a una diferencia de temperatura t emperatura en grados Celsius  T (ºC). T (ºK) = T (ºC)

89

 

Porque, ejemplo para las dos primeras temperaturas temperatura s de la Tabla 5: Ttanque = 30ºC; Tent = 20,2ºC Entonces:

 T (ºC) = 30 – 20,2 = 9,8ºC  T (ºK) = (30 + 273) – (20,2 + 273) = 9,8ºK Por consiguiente:

T (ºC) = T (ºK) d)    t : el intervalo de tiempo considerado en la toma de datos experimentales es 1 hora = 3600 seg segundo undos. s. En la expresión (A), para los datos Nº 1, procederemos al cálculo del calor útil

Qμ1  m1  CP1 (Ttanque  Tent1 ) t Q μ1  Entonces:

60, 38 K g KJ  4,18 (3 0  2 0, 2 )º K 3600 s K g -º K

Qμ1   70,11 30  20, 2  W

…. (B)

Se observa que la cantidad de 70,11 se mantiene constante en los cálculos de los calores útiles restantes, variando solamente el gradiente de temperatura:

T = Ttanq. – Tent.; en el Qμ1 es igual a (30 – 30,2). Entonces para la lectura número 1:

Qμ1 = 687,08 W. Para los cálculos de los calores útiles restantes se utilizará la expresión (B) en la que variará solo la gradiente de temperatura.

90

 

HORA

Ttanq (ºC)

Tent (ºC)

∆Tº

(ºC)

DÍA: 23 DE OCTUBRE DEL 2015 20,2 9,8

Qu (W)

11:00

30

687,08

13:15

38

24,2

13,8

967,52

14:30

46

24,1

21,9

1535,41

DÍA: 24 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

32

21,7

10,3

722,13

13:15

40

25,5

14,5

1016,60

14:30

47

24,3

22,7

1591,50

DÍA: 25 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

33

22,5

10,5

736,16

13:15

41

25,9

15,1

1058,66

14:30

48

24,1

23,9

1675,63

DÍA: 26 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

35

24,5

10,5

736,16

13:15

43

24,2

18,8

1318,07

14:30

50

24,7

25,3

1773,78

DÍA: 27 DE OCTUBRE DEL 2015 11:00

36

23,4

12,6

883,39

13:15

44

24,6

19,4

1360,13

14:30

51

24,9

26,1

1829,87

Tablaa 7. Cálculo del calor útil Tabl Elaborado: Por los investigadores.

91

 

4.3.2 4.3 .2 Cálcul Cálculoo de la Irradia Irradiació ciónn sob sobre re el cole colecto ctorr solar solar Para la determinació determinaciónn experimen experimental tal de la eficiencia térmic térmicaa de la terma solar de tubos de vacío es necesario calcular la cantidad de calor solar incidente sobre el colector de seis tubos, la expresión que se muestra a continuación nos permite calcular dicho valor7. IC = I  S  AC Donde: a) I, es la irra irradia diació ciónn sola solarr med medida ida con el pir piranó anómetr metroo sseg egún ún el pro proced cedimi imiento ento de lectura de datos experimentales. La terma solar se montó en un lugar donde la radiación solar no sea interferida en ningún momento del día por sombras de edificio, árboles, etc. El piranómetro empleado midió la irradiación solar en W/m2. b)   S, es el factor de corrección que determina el porcentaje de la radiación incidente que llega a los tubos de vacío y es calculado cal culado por la expresión: αS  

τα

1 (1 (1 α )ρd 

Donde: transmisiv smisividad idad de los tub tubos os de vi vidrio drio ddee bor boroo silicato silicato cuy cuyoo valo valorr es  = , es la tran 0,74 y tiene una emisividad  = 0,88.

, es la absortivida absortividadd de los tubos tubos recubi recubiertos ertos de ni nitrato trato de alu aluminio minio y es ig igual ual a  = 0,99 y su emisividad es P = 0,1. d, es la reflectancia difusa, la misma que para tubos de vacío es igual a d = 0,16. Por lo tanto, efectuando el cálculo del factor de corrección: c orrección: α S   

0,74(0,99) 1  (1  0, 9999) 00,,16

α S    0,73 7

Cengel, Yanus: Transferencia de calor, 2004, Editorial McGraw Hill, 2da. Edición, México, pp. 504-560.

92

 

c) Ac, es el ár área ea del co colector lector so solar lar de la te terma rma solar solar,, es deci decirr el área de in incidenc cidencia ia de la irradiación solar, la cual en la terma solar está constituida por el área del colector solar de seis tubos de vacío. Consideramos que cualquiera que sea la ubicación del sol, solamente la rad radiación iación solar llegará a la mitad de los tubos tubos de vacío, razón por la que solo se consideró la mitad de la superficie cilíndrica de cada tubo de vacío para el cálculo de Ac, el área del colector solar. Ac 

Dónde:

π    De  L

2

n

De : diámetro exterior del tubo de vacío L : Longitud útil del tubo de vacío n : número de tubos de vacío

Ac 

(0,058 58 m)  (1, 750 750 m) π   (0,0

 6 = 0,96 m2

2 Entonces la irradiación sobre el colector solar (Ic), se calculó para cada uno de los 15 datos experimentales a través de la expresión: IC = I  S  AC Reemplazando los cálculos efectuados:

IC   I

W  

 0, 73  0, 96 m2    m  2

Ic = 0,7008 I W

(E)

La ecuación (E) nos permitirá calcular la irradiación solar sobre el colector solar de tubos al vacío (IC) para los datos expe experiment rimentales; ales; dond dondee 0,708 es const constante ante y solo variará la irradiación solar (I) cuyos valores los obtuvimos de las tablas 5 y 6. Efectuando el primer cálculo para el dato experimental número 1: I1 = 1970 W/m2. Obtenemos reemplazando en (E):

IC1 = 0,7008 (1970) = 1380,58 W Análogamente se calculó para los restantes datos experimentales, cuyos resultados se muestran en la tabla:

93

 

HORA

Irradiancia Solar I (W/m2)

Irradiación sobre el colector Ic (W)

DÍA: 23 DE DE OCTUBRE OCTUBRE DEL 2015 12:00

1970

1380,58

13:15

1862

1304,89

14:30

2850

1997,28

DÍA: 24 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

1962

1374,97

13:15

1907

1336,43

14:30

2924

2049,14

DÍA: 25 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

1921

1346,24

13:15

1956

1370,76

14:30

3026

2120,62

DÍA: 26 DE DE OCTUB OCTUBRE RE DEL 20 2015 15 12:00

1889

1323,81

13:15

2451

1717,66

14:30

3222

2257,98

DÍA: 27 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

1855

1299,98

13:15

2558

1792,65

14:30

3391

2376,41

solares sobre el colector solar de tubos al vacío. Tablaa 8. Cálculo de las irradiaciones solares Tabl Elaborado: Por los investigadores.

94

 

   5    9    8    2  .    7    9    9    1  ,    0    3   :    4    1

   1    4  .    5    3    5    1  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

    )    W     )     (    W    u     (    c    Q    I

   9    0   :    4    1

   6    1    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    3    2    s    e    n    r    e    i    V

   9    8  .    4    0    3    1  ,    5    1   :    3    1

   2    5  .    7    6    9  ,    5    1   :    3    1

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   8    5  .    0    8    3    1  ,    0    0   :    2    1

   0    5    4    2

   0    5    2    2

    0    0    0    0    0    0    5    5    5    5    5    5    0    8    6    4    2    0    2   c    1    1    1    1    1   )    W   (  I :  r    o   t  c    e  l   o   c l   e    e   r    b    o   s   n    ó  i  c  a  i   d   a   r   r I   )    W   (   u     Q : l i  t    ú  r    o  l  a    C

   8    0  .    7    8    6  ,    0    0   :    2    1

   0    5    8

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l   e    d   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )   c    I    (   r   o    t   c   e    l   o   c    l   e   e   r    b   o   s   n    ó    i  .   c   s   a   e    i    d   r   a   o   r   r    d    I   a   g   e   i    t    )   u   s    Q  e   v    (   n    l    i    i    t   s    ú   o   r    l   o   r    l   a   o    C   P  .   :    6   o    1   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G    E

 

   6    9    4    1  .    9    4    0    2  ,    0    3   :    4    1

   5  .    1    9    5    1  ,    0    3   :    4    1

    )    W     (    u    Q

   8    3   :    4    1

    )    W     (    c    I

   9    0   :    4    1

   7    1    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    4    2    o     d    a     b     á    S

   3    4  .    6    3    3    1  ,    5    1   :    3    1

   6  .    6    1    0    1  ,    5    1   :    3    1

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   7    9  .    4    7    3    1  ,    0    0   :    2    1

   0    5    4    2

   0    5    2    2

    0    0    0    0    0    0    5    5    5    5    5    5    0    8    6    4    2    0    2   c    1    1    1    1    1   )    W   (  I :  r    o   t  c    e  l   o   c l   e    e   r    b    o   s   n    ó  i  c  a  i   d   a   r   r I   )    W   (   u     Q : l i  t    ú  r    o  l  a    C

   3    1  .    2    2    7  ,    0    0   :    2    1

   0    5    8

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l   e    d   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )   c    I    (   r   o    t   c   e    l

  o   c    l   e   e   r    b   o   s   n    ó    i   c  .   a   s    i    d   e   r   a   o   r   r    I    d   e   a   g    )    i   u   t   s    Q  e   v    (   n    l    i    i    t   s    ú   o   r    l   o   r    l   a   o    C   P  .   :    7   o    1   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    E    G

 

   7    9    2    6  .    0    2    1    2  ,    0    3   :    4    1

   3    6  .    5    7    6    1  ,    0    3   :    4    1

    )    W     (    u    Q

    )    W     (    c    I

   8    3   :    4    1

   9    0   :    4    1

   8    1    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    5    2    o    g    n    i    m    o    D

   6    6  .    8    5    0    1  ,    5    1   :    3    1

   6    7  .    0    7    3    1  ,    5    1   :    3    1

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   4    2  .    6    4    3    1  ,    0    0   :    2    1

   0    5    4    2

   0    5    2    2

     0    0    0    0    0    0    5    5    5    5    5    5    0    8    6    4    2    0    2   c    1    1    1    1    1   )    W   (  I :  r    o   t  c    e  l   o   c l   e    e   r    b    o   s   n    ó  i  c  a  i   d   a   r  r I   )    W   (   u     Q : l i  t    ú  r    o  l  a    C

   6    1  .    6    3    7  ,    0    0   :    2    1

   0    5    8

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l   e    d   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )   c    I    (   r   o    t   c   e    l   o   c    l   e   e   r    b   o   s   n    ó    i  .   c   s   a   e    i    d   r   a   o   r   r    d    I   a   g   e   i    t    )   u   s    Q  e   v    (   n    l    i    i    t   s    ú   o   r    l   o   r    l   a   o    C   P  .   :    8   o    1   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G    E

 

   8    9    8    7  .    3    7    7    1  ,    0    3   :    4    1

   8    9  .    7    5    2    2  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

    )    W     )     (    W    u     (    Q    c    I

   9    0   :    4    1

   9    1    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    6    2    s    e    n    u    L

   7    0  .    8    1    3    1  ,    5    1   :    3    1

   6    6  .    7    1    7    1  ,    5    1   :    3    1

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   6    1  .    6    3    7  ,    0    0   :    2    1

   1    8  .    3    2    3    1  ,    0    0   :    2    1

   0    5    4    2

   0    5    2    2

    0    0    0    0    0    5    5    5    5    5    0    8    6    4    2    2   c    1    1    1    1   )    W   (  I :  r    o   t  c    e  l   o   c l   e    e   r    b    o   s   n    ó  i  c  a  i   d   a   r   r I    u   )    W   (     Q : l i  t    ú  r    o  l  a    C

   0    5    0    1

   0    5    8

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l   e    d   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )   c    I    (   r   o    t   c   e    l   o   c    l   e   e   r    b   o   s   n    ó    i  .   c   s   a   e    i    d   r   a   o   r   r    d    I   a   g   e   i    t    )   u   s   e    Q    (   v   n    l    i    t    i    ú   s   o   r    l   o   r    l   a   o    C   P  .   :    9   o    1   d   o   a   c   r    i   o    f    á   b   a   r   l    G    E

 

   9    9    1    4  .    6    7    3    2  ,    0    3   :    4    1

   7    8  .    9    2    8    1  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

    )    W     )     (    W    u     (    Q    c    I

   9    0   :    4    1

   0    2    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   5    1    0    2     /    0    1     /    7    2    s    e    t    r    a    M

   0    4   :    3    1

   3    1  .    0    6    3    1  ,    5    1   :    3    1

   5    6  .    2    9    7    1  ,    5    1   :    3    1

    )    m    m    :    2     h    1     (   :     h    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   8    9  .    9    9    2    1  ,    0    0   :    2    1

   0    5    4    2

   0    5    2    2

    0    0    0    0    0    0    5    5    5    5    5    5    0    8    6    4    2    0    2   c    1    1    1    1    1   )    W   (  I :  r    o   t  c    e  l   o   c l   e    e   r    b    o   s   n    ó  i  c  a  i   d   a   r   r I   )    W   (   u     Q : l i  t    ú  r    o  l  a    C

   9    3  .    3    8    8  ,    0    0   :    2    1

   0    5    8

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l   e    d   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )   c    I    (   r   o    t   c   e    l   o   c    l   e   e   r    b   o   s   n    ó    i   c  .   a   s    i    d   e   r   a   o   r   r    d    I   a   e   g    )    i   u   t   s   e    Q    (   v   n    l    i    t    i    ú   s   o   r    l   o    l   r   a   o    C   P  .   :    0   o    2   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    E    G

 

4. 4.3. 3.33 Cálc Cálcul uloo de la la Efic Eficie ienc ncia ia T Tér érmi mica ca Realizado los cálculos preliminares del calor útil absorbido por el agua en la terma solar (Qu) y la irradiación solar térmica (I c) que incide sobre el área del colector solar de tubos de vacío, se procedió al cálculo de la eficiencia térmica de la terma solar, considerando que los datos experimentales se midieron a partir de las 11:00 11:00 aa.m. .m. ccon on iinterv ntervalos alos de 1 hora entre cada medici medición, ón, culmin culminándos ándosee aproximadamente a las 14:30 p.m. del día; durante los cinco días seguidos. La ecuación empleada fue:

ηE (%) 

Qu Q 100  u 100 IC I α  Ac

Calculando la eficiencia térmica para el primer dato, utilizando los cálculos efectuados para el calor útil (Q u) de la Ta Tabl blaa 7 y la irrad irradia iació ciónn sola solarr ssob obre re el colector (IC) de la tabla 8; se tiene:

Qu1  687, 08 W IC1  1380, 58 W Por consiguiente:

ηE1  

ηE1 

687,08W 100 1380,58W

 49,77%

Análogamen Análo gamente te se procedió para el cálculo de las demás eficien eficiencia cia térmicas, las que se muestran muestran en la ta tabla bla 9.

100

 

HORA

Calor útil Qu (W)

Irradiación sobre el colector Ic (W)

Eficiencia Térmica ηE

(%)

DÍA: 23 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

687,08

1380,58

49,77

13:15

967,52

1304,89

74,15

14:30

1535,41

1997,28

76,88

DÍA: 24 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

722,13

1374,97

52,52

13:15

1016,60

1336,43

76,07

14:30

1591,50

2049,14

77,67

DÍA: 25 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

736,16

1346,24

54,68

13:15

1058,66

1370,76

77,23

14:30

1675,63

2120,62

79,02

DÍA: 26 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

736,16

1323,81

55,61

13:15

1318,07

1717,66

76,74

14:30

1773,78

2257,98

78,56

DÍA: 27 DE OCTUBRE DEL 2015 12:00

883,39

1299,98

67,95

13:15

1360,13

1792,65

75,87

14:30

1829,87

2376,41

76,99

Tablaa 9. Cálculo de las eficiencias térmicas Tabl Elaborado: Por los investigadores

101

 

   2    0    1    8    8  .    6    7  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

   9    0   :    4    1

   1    2    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1    5    1  .    4    7  ,    5    1   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    3    2    s    e    n    r    e    i    V

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4    2   :    1

   4    1   :    2    1

   7    7  .    9    4  ,    0    0   :    2    1

   5    8

   0    8

   5    7

    0    0    5    5    7   E    6    6    5   )     %   (     η  a   c i    m   r    é    T  a  i  c    n    e  i  c i  f  E

   0    5

   5    4

   5    4   :    1    0 1    4

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l    d   e   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )    %  .    (   s    E   e         r   o   a   d   c    i   a   g    i   m   r    t    é   s    T   e   v   a   i   n    i   c   s   n   o   e   l    i   c   r    i    f   o    E   P  .   :    1   o    2   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G   E

 

   3    0    1    7    6  .    7    7  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

   9    0   :    4    1

   2    2    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1    7    0  .    6    7  ,    5    1   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    4    2    o     d    a     b     á    S

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   2    5  .    2    5  ,    0    0   :    2    1

   5    8

   0    8

   5    7

   0    5      0    5    7    6    6    5   E   )     %   (     η  a   c i    m   r    é    T  a  i  c    n    e  i  c i  f  E

   0    5

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    5 1    4

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l    d   e   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )    %    (   s    E   e         r   o   a   d   c    i   a   g   m   i    t   r    é   s    T   e   v   a   i   n    i   c   s   n   o   e   l    i   c   r    i    f   o    E   P  .   :    2   o    2   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G    E

 

Domingo 25/10/2015

Gráfico N° 23

85

80 14:30, 79 13:15, 77.23

75

70

65

60

55 12:00, 54.68 50 11:45

12:14

12:43

13:12 Tíempo (hh:mm)

fico fico 23. 23. Eficiencia Térmica   E (%) en función del tiempo (horas del día). orado: Por los investigadores

13:40

14:09

14:3

 

   5    0    1    6    5  .    8    7  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

   9    0   :    4    1

   4    2    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1    4    7  .    6    7  ,    5    1   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    6    2    s    e    n    u    L

    )    m    m    :    2     h     h    1   :     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   1    6  .    5    5  ,    0    0   :    2    1

   5    8

   0    8

   5    7

     5    0    0    7    6    6   E   )     %   (     η  a   c i    m   r    é    T  a  i  c    n    e  i  c i  f  E

   5    5

   4    1   :    2    1

   5    4   :    1    0 1    5

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l    d   e   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )    %  .    (   s    E   e         r   o   a   d   c    i   a   g    i   m   r    t    é   s    T   e   v   a   i   n    i   c   s   n   o   e   l    i   c   r    i    f   o    E   P  .   :    4   o    2   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G    E

 

   6    0    1    9    9  .    6    7  ,    0    3   :    4    1

   8    3   :    4    1

   9    0   :    4    1

   5    2    °    N   o   c    i    f    á   r    G

   0    4   :    3    1    7    8  .    5    7  ,    5    1   :    3    1

   5    1    0    2     /    0    1     /    7    2    s    e    t    r    a    M

    )    m    m    :    2     h    1   :     h     (    3    o    1    p    m    e     í    T

   3    4   :    2    1

   4    1   :    2    1

   5    9  .    7    6  ,    0    0   :    2    1

   5    8

   0    8

   5    7

 

   0    7

  )     %   (  E    η  a   c i    m   r    é    T  a  i  c    n    e  i  c i  f  E

   5    6

   5    4   :    1    0 1    6

 .    )   a    í    d    l   e    d   s   a   r   o    h    (   o   p   m   e    i    t    l    d   e   n    ó    i   c   n   u    f   n   e    )    %  .    (   s    E   e         r   o   a   d   c    i   a   g    i   m   r    t    é   s    T   e   v   a   i   n    i   c   s   n   o   e   l    i   c   r    i    f   o    E   P  .   :    5   o    2   d   o   a   c   r    i   o    f    b    á   a   r   l    G    E

 

CONCLUSIONES Primera: A travé travéss de la eejecu jecució ciónn de la Tesi Tesiss se desa desarro rrolló lló una inv invest estiga igació ciónn experimental muy importante, considerando que una línea de investigación de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica es la energía solar y, es más porque Puno tiene ventajas comparativas con con respecto a otros departamentos, po porr ser con Arequipa y Cajamarca los departamentos que tienen mayor ma yor Irradiancia Solar (W/m 2) en el Perú.

Segunda: La determina determinación ción de la eeficienc ficiencia ia térmica de una ter terma ma solar ddee tubos ddee vacío vacío,, cuya tecnología predomina predomina en el mercado actual, estuvo limitada por la disponibilidad de un Laboratorio adecuado para la investigación, un módulo de ensayo y los instrumentos necesarios para la medición con la precisión necesaria de los parámetros para la determinación de la eficiencia térmica; aspectos que los superamos con el ing ingenio enio que caracteriza a los alumnos de Ingeniería y, que encaminaron nuestra investigación a la determinación de la eficiencia térmica, cumpliéndose eficientemente los objetivos de la tesis.

Tercera: La determinación de la eficiencia térmica se realizó entre las horas de mayor irradiancia solar, entre las 11:00 y las 14:30 en una terma solar marca DAVSOL de seis tubos al vacío de flujo directo de fabricación fabri cación china. La evaluación térmica se efectuó del 23 al 27 de de octubre del 2015, 5 días consecutivos. La eficiencia térmica promedio diaria está en el rango de 66  –  74% con un promedio general diario de 69,98%.

Cuarta: La eficiencia eficiencia térm térmica ica de la terma ssolar olar se va incr incrementa ementando ndo con conforme forme la irradancia solar (W/m2) aumenta con el transcurso del tiempo de 11 11:00 :00 a 14:30 horas.

107

 

Quinta: La eeficienc ficiencia ia térm térmica ica de una te terma rma so solar lar co conn col colector ector solar ddee placa plana plana,, obtenida en un trabajo de investigación 8 fue de 55,70%, eficiencia comparada con la eficiencia promedio general diaria de 69,98% calculada en la tesis es menor en un orden de 14,28%; lo cual confirma que la tecnología de los colectores solares de ttubos ubos al vacío de flujo directo son más eficientes que los de placa plana.

Sexta: Las temperaturas del agua caliente en el tanque de almacenamiento alcanzaron un valor del orden de 51ºC con la tendencia de llegar a una temperatura de aproximadamente de 65ºC, lo cual es conveniente; porq porque ue si no se correría el riesgo de que el agua cambie de estado (aproximadamente 84ºC en Puno) y pasará a producir vapor de agua y la terma solar no está diseñada para trabajar con vapor de agua. el sur del Perú existe existenn más de 30 empresas empresas que se dedican al Séptima: En la región ddel diseño y fabricación de termas solares, pero ninguna de las proporciona datos técnicos sobre su eficien eficiencia cia térmica térmica,, lo cual da releva relevancia ncia a la inves investigaci tigación ón realizad realizadaa en esta tesis.

Octava: Puno tiene tiene una ventaja co competiti mpetitiva va en cuanto a la energía solar promedio promedio anu anual, al, por lo cual debe incentivarse el uso masivo de las termas solares, teniendo en cuenta que el precio de una terma solar de tubos de vacío de 150 litros y 10 tubos de vacío está alrededor de 1200 soles, precio que es relativamente económico para una familia y comparativamente más barato con respecto al uso de un unaa terma eléctrica.

8

XVIII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XVIII SPES) Lima, 14-19, 11. 2011.

108

 

RECOMENDACIONES Primera: Se recomi recomienda enda pr prosegu oseguir ir con el te tema ma de la inv investiga estigación ción expe experiment rimental al ejecutada, la cual debe ejecutarse implementando progresivamente un laboratorio con con la tecnología apropiada para determinar la eficiencia térmica de la terma solar con tubos de vacío, considerándola como un sistema abierto, el cual requiere de una medición experimental precisa de los parámetros necesarios para los cálculos de la eficiencia.

Segunda: Las eficiencias térmicas de la terma t erma solar de tubos de vacío marca “DAVSOL”, pueden servir de referencia para realizar investigaciones similares con termas solares de otras marcas existentes en el mercado regional, a través de convenios ddee investigación de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica con las entidades representativas de las diferentes marcas de termas solares, las cuales serían responsables del equipamient equip amientoo del módu módulo lo de ensay ensayo, o, instru instrumentaci mentación ón necesa necesaria ria y financ financiamiento iamiento ddee la tesis.

Tercera: La compara comparación ción de las eficiencias eficiencias térmicas de las diferentes diferentes marcas de termas solares existentes en el mercado y, obtenidas por convenios de proyectos de iinvestigación, nvestigación, servirían para que el diseño y construcción de este tipo de termas se optimicen y eleven su eficiencia si así lo requerirían, considerando las condiciones ambientales particulares de Puno, como por ejemplo las heladas extremas que se presentan durante varios meses y que no se tiene información sobre su impacto sobre la vid vidaa útil y funcionamiento funcionamiento de las ter termas mas sola solares res de tub tubos os de vac vacío. ío.

109

 

BIBLIOGRAFÍA 1. Herná Hernández, ndez, R. F Fernán ernández, dez, C. (201 (2010) 0) Metod Metodolog ología ía de la Inve Investigaci stigación. ón. Méxic México. o. Editorial Mc Graw Hill. 2. Valera Valera,, A. (1998). (1998). En Energía ergía Solar ((pp. pp. 103-1 103-121), 21), L Lima ima  –  Perú. Editorial Hoalo S.C.R.L. 3. Orbeg Orbegozo, ozo, R. R.,, Schult Schulte, e, B. (20 (2000). 00). Cal Calentami entamiento ento de ag agua ua media mediante nte el uso de te termas rmas solares (13-21), Amsterdam / Lima. Editorial Tool Consult Cenergia. 4. Tobaj Tobajas, as, C. (20 (2008). 08). En Energía ergía Solar Solar Térmica Térmica para insta instalador ladores. es. Madrid Madrid.. Editor Editorial ial Técnica Cano Pina S.L. 5. Rosent Rosenthal hal,, P. - Can Canedo edo,, W W.. (1996) (1996).. Sistema Sistemass sola solares res para el cale calenta ntamie miento nto del agu aguaa (pp. 140 – 150) Bolivia, Editorial Proper Bolivia GTZ. 6. Mott, R. ((1996 1996). ). Mecánica Mecánica de fl fluidos uidos aplicad aplicadaa (37 (3755  –  396). México / Nueva York. Editorial Prentice – Hall. Hispanoamericana, S.A. 7. Cencel, Y. Y.  –  Ghaja Ghajar, r, A. (2011) (2011).. Transfe Transferencia rencia de Calor y Masa. Masa. (pp. 700  –  708). México. Editorial McGraw Hill. 8. Montoya oya, L. L. – Cabana, W. (2011). Evaluación de un calentador solar de agua. XVIII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (14-19) Noviembre, 2011, Lima. 9. Kreith, F F..  –  Manglik, E. (2013). Principios de Transferencia de Calor. (pp. 506  –  524). Australia / Brasil. Editorial Cengage Learning. 10. Levens Levenspio piol,l, O. (19 (1997) 97).. Fund Fundame amento ntoss de Termodin Termodinámi ámica ca (pp (pp.. 92  –  133). México/Nuevo York. Editorial Prentice Hall, Hispanoamericana S.A.

110

 

ANEXOS

111

 

ANEXO N° 01 Instalando el módulo de investigación

112

 

Verificando Instalaciones

113

 

Realizando las pruebas de medición