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8/19/2019 Informe energética final.docx

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Proyecto Gestión

Integrantes: Ernesto Bordigoni Domingo de la MazaDaniela GonzálezMitchell Zuñiga

Profesores: Andrés Fuentes/ RodrigoDemarco

Ayudante:Fecha: 1 de !o"iem#re de $%1&

Estudio de Colectores solares para uso domestico


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INDICE

'ag

RE()ME! E*E+),-. $

1 'R B0EM ,-+A $

$ -!,R D)++-2! &

3 B*E,-. ( 4 A0+A!+E

351 B*E,-. GE!ERA035$ B*E,-. E('E+6F-+

353 A0+A!+E 7

& MAR+ ,E2R-+ 7

&51 ,RA!(FERE!+-A DE +A0 R ' R + !D)++-2! 7

&5$ ,RA!(FERE!+-A DE +A0 R + ! + !.E++-2! 8

&53 ,RA!(FERE!+-A DE +A0 R ' R RAD-A+-2! 8

&5& MODELO DE HOTTEL - WHILLIER 8

D-AGRAMA DE +-+0 DE .-DA DE0 'R 4E+, 9

7 F)!+- !AM-E!, 4 ,-' ( DE + 0E+, RE( 9

751F)!+- !AM-E!, DE )! + 0E+, R ( 0AR

:

75$ ,-' ( DE + 0E+, RE( ( 0ARE( :75$51 + 0E+, R ( 0AR '0A! :

75$5$ + 0E+, R ( 0AR DE ,)B ( DE .A+- 1%

75$53 +-R+)0A+-2! 11

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8 D-AGRAMA DE F0)* DE0 'R +E( 1$

9 +R-,ER- ( DE D-(E; DE0 (-(,EMA 1&

951 )B-+A+-2! 1&95$ A!G)0 DE -!+0-!A+-2! 1

953 DEMA!DA DE AG)A 18

: + !+0)(-2! 18

1% A!E< 4 + ,-ZA+-2! 19

RESUMEN EJECUTIVO

El =resente tra#a>o muestra el =rimer a"ance so#re el estudio decolectores solares domiciliarios5 El estudio consistirá ? contendrá laso=ciones @ue entrega el mercado chileno de los distintos sistemas decolectores solares ? sus =recios se ad>unta una cotizaci n de em=resachilena +hisol (5A las distintas conCguraciones acti#les @ue e isten=ara la im=lementaci n de los colectores en una casa ha#itada =or una

amilia de & integrantes un diagrama de u>o @ue contiene lasdi erentes eta=as del estudio un diagrama o=erati"o técnico de una=osi#le soluci n a im=lementar ? algunos datos de estimaciones de lademanda del consumo de agua =ota#le5 (e muestra un diagrama @ue

contiene la estructura del =ro?ecto en general un diagrama de u>o#astante a=ro imado del =roceso com=leto5

alta eCciencia marcas =recios demanda de agua radiaci n datoscuantitati"os5

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1 'R B0EM ,-+AH

Io? está mu? en #oga la reducci n de emisiones deCO

2 eleCciente uso de la energJa dis=oni#le con el mJnimo im=acto =osi#leso#re nuestra naturaleza ? además sa#iendo @ue en el actual conte tola energJa @ue se utiliza =ro"iene en un 9%K de com#usti#les silesCnitos5 Es =or esto @ue se @uiere disminuirH

Alto costo del gas natural im=ortado en el =aJs ? generaci n de

ahorro en la cuenta mensual5

0as emisiones de + $

Escoger un diseño de colector solar a=to =ara el sectordomiciliario5

Además de res=onder cuantitati"amente al =ro#lema del costo deim=lementaci n de un sistema de colector solar =aracalentamiento de agua en una casa =ara & =ersonas5

2 INTRODUCCION

Actualmente se trans orma energJa =ro"eniente en

a=ro imadamente un 9%K de com#usti#les siles Lgas car# n ?=etr leo a ni"el mundial 15 Nstos se encuentran en nuestro =laneta en

orma Cnita ? teniendo en cuenta @ue la demanda energética crece añoa año en el mediano =lazo e istirá escases energética =or lo @ue se unae celente alternati"a es omentar el uso de energJas reno"a#les no

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con"encionales LER!+ @ue trans orman energJas =ro"enientes de otrasuentes ? no emiten + $ siendo una uente alternati"a lim=ia5

0a uentes directa de la ER!+ escogida =ara el =resente estudio esel sol5 (e estudiará es=ecJCcamente la acti#ilidad técnico econ micade im=lementar un colector solar =ara una red de agua =ota#ledomiciliarJa en una casa donde "i"e una amilia de & =ersonas u#icadaen la @uinta regi n ? analizar su im=acto5

Dentro de los resultados las "aria#les @ue se considerarán másim=ortantes @ue res=onden a la =ro#lemática ? @ue se es=era el estudiotenga un im=acto =ositi"o sonH

Ahorro si e iste en dinero de la cuenta mensual de gas natural5.A! ? ,-R del =ro?ecto en un horizonte de tiem=o de años5Reducci n neta anual de las emisiones de + $

Adicionalmente se com=ararán estos resultados con la acti#ilidadde im=lementar el colector en otro ti=o de "i"ienda como =or e>em=louna "i"ienda social ? se "erán las o=ciones de su#sidios @ue se o recenen el =aJs5

'ara hacer todo esto =osi#le es o#"iamente im=rescindi#le contarcon todos los datos de radiaci n solar =or =aJs ? ciudad uente térmica#ásica en el =roceso5 (e hará uso de so tOare RE,(creen @ue contieneuna #ase de datos de radiaci n solar =or sector geográCco5

Dentro del mercado nacional se cotiz en $ distintas em=resas @ueo recen sistemas domiciliarios estas sonH

C iso! S"# $Santiago% E&'resa 2 $Ernesto (or)igoni%

En #ase a estas cotizaciones ? otras o#ser"aciones en el mercadonacional se tom la decisi n en =rimera instancia de estudiar un

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colector ti=o tu#os de "acJo ?a @ue su eCciencia es ma?or ? latem=eratura de salida =romedio tam#ién5

* O(JETIVOS + #,C#NCE

*"1 O(JETIVO GENER#,

Estudio de la acti#ilidad técnica ? econ mica de la instalaci n de uncolector solar doméstico domiciliario en una casa =ara una amilia de &=ersonas a=ro imadamente5

*"2 O(JETIVOS ESPECI-ICOS

• Determinar el costo de inversión inicial de n sistema de colector solar domiciliario!• Determinar la ca"acidad ó"tima a instalar del sistema de colector solar!• #nali$ar % estimar na demanda "romedio de cons mo de a& a %'o a& a caliente en

na casa "ara 4 "ersonas!• Esco&er n sistema de colector ó"timo anali$ando e(iciencia de )ste % se&*n

dis"oni+ilidad del mercado nacional!• O+tener de la literat ra dis"oni+le los datos de radiación solar "ara 3 ci dades de la

re&ión o al& na re&ión ad%acente cercana % com"ararlos!• Determinar el ,n& lo de inclinación ó"timo "ara "oder ca"tar la ma%or ener& a solar

"osi+le!• Eval ar los +ene(icios % costos (inales mediante RET.creen

*"* #,C#NCE

El est dio se reali$ar, en na casa +icada en la ci dad de /on /on % se com"arar,

con al& na otra vivienda +icada &eo&r,(icamente en la ci dad de .antia&o!

El est dio "arte de la +ase 0 e las casas en la act alidad c entan con n sistema de

calentamiento de a& a en +ase a n cale(ont % &as nat ral "osteriormente se est diar, el


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im"acto económico % (inanciero 0 e tendr, 0 e dic a vivienda ten&a adicionalmente n

sistema de colector solar 0 edando en de(initiva n sistema +rido!

/a+e mencionar 0 e en &eneral los datos n m)ricos emisiones de /O2 entre otros

ser,n estimados de est dios anteriores % no medidos en este tra+a o "or el alto costo de los

instr mentos!

4 MARCO TEÓRICO

Los "rinci"ios 0 e s stentan % tili$an la ener& a solar "ara s a"rovec amiento en

n estra sociedad mediante la trans(erencia de calor son

La cond cciónLa convecciónLa radiación

E6iste tam+i)n el modelo de Hottel - W illier de trans(erencia de calor "or n

colector solar 0 e calc la el (l o de calor neto acia la "laca!

4.1 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

P Q × Δ [

DondeH

S P ,rans erencia de calor =or una =laca5 P +oeCciente de conducti"idad térmica5

P rea de trans erencia5T P Di erencia de tem=eratura en las caras de la =laca5

P Ancho de la =laca5

4.2 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

PU Q × Δ [

DondeH

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= ,rans erencia de calor =or con"ecci n5UP +oeCciente de con"ecci n5

P rea de trans erencia5T P Di erencia de tem=eratura5

4.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

PV Q QL × Ts4 − Talred

4

[

DondeH

S P ,rans erencia de calor =or radiaci n5VP Emisi"idad de la su=erCcie5

P +onstante de (te an Boltzmann 78Q1% 9 W/ $ & 5 P rea de ca=taci n5

P ,em=eratura su=erCcial5 P ,em=eratura alrededores5

4.4 MODELO DE HOTTEL - WHILLIER (flujo !"o #! $%lo& '%$ % l% )l%$%*

P ηsp Q × [

DondeHηsp P eCciencia de ca=tura de radiaci n =or la =laca5 P Radiaci n solar glo#al incidente5

P rea de ca=taci n5

. DI#GR#M# DE, CIC,O DE VID# DE, PRO+ECTO

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Idea9re(acti+ilidad t)cnica


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/ -UNCION#MIENTO + TIPOS DE CO,ECTORES

/"1 -UNCION#MIENTO DE UN CO,ECTOR SO,#R

Es un sistema relati"amente sencillo com=uesto =or un =anelcolector solar un tan@ue de acero ino ida#le una #ase de so=orte =aradarle inclinaci n ? de>arlo C>o al techo de la casa @ue es dondegeneralmente se coloca =ara a=ro"echar la gra"edad ? la radiaci nsolar un ta#lero inteligente de control "ál"ulas de u>o ? algunos

com=onentes más de=endiente de la marca ? conCguraci n5

:

1er dia&rama del "roceso

;a"ro6imación<

#n,lisis de datos em" ricos% e6"eriencias "asadas

Reco"ilación de

Entre&a avance =>1/oti$ación =>1

?ase de ?acti+ilidad

Re est dio /orrecciones

E0 i"amiento de(initivo% s s costos Dia&rama del "roceso

Eval ación económico

/oncl siones (inales


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Figura 15 E>em=lo de colector solar5

El =anel a#sor#e la radiaci n solar calentando el agua @ue estádentro5 (e o#ser"a en la Cgura 1 @ue el agua rJa ingresa =or la =artein erior del colector ? a medida @ue aumenta su tem=eratura =or laradiaci n solar asciende hasta su#ir al tan@ue5 Este e ecto se conocecomo termosi n5

/"2 TIPOS DE CO,ECTORES

/"2"1CO,ECTOR SO,#R P,#NO

(e usa generalmente =ara o#tener agua caliente sanitaria a ni"el

residencial ? tam#ien en otras a=licaciones de una demanda ma?or5 'orlo general uncionan en un rango de tem=eratura de 1X+ a 9%X+5 'oseenuna cu#ierta de "idrio mezclada con incrustaciones de hierro con unes=esor mJnimo de & milJmetros con un alto grado de trans=arencia deentre :%K ? : K con =elJculas antirre ectoras5 (u eCciencia de

1@


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con"ersi n de=ende del modelo ? marca5 (e sa#e eso si @ue la eCcienciaaumenta si aumenta la radiaci n5 +on &%% Y/m $ ? una di erencia detem=eratura entre el colector ? el medio am#iente de $%X+ su eCcienciaes de 7 K5 A medida @ue la di erencia de tem=eratura es ma?or laeCciencia #a>a5 A continuaci n se muestra un colector solar =lano en laCgura $ con sus =rinci=ales com=onentes5

Figura $5 +olector solar =lano ? sus =rinci=ales com=onentes5

75$5$ + 0E+, R ( 0AR DE ,)B ( DE .A+-

)tilizado =ara o#tener energJa térmica su =rinci=al uso es =aracalentar agua sanitaria domiciliaria ? =rocesos térmicos industriales5 (u

uncionamiento consiste en el uso de =lacas a#sor#entes de energJa ?tu#os con uidos de tra#a>o dentro de un tu#o al "acJo esto hace @ue se

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o#tenga un ma?or aislamiento térmico ? asJ alcanzar ma?orestem=eraturas en la =laca incluso so#re 1%%X+ te ricos5 (u eCcienciade=ende del modelo ? marca5 +on &%% Y/m $ ? una di erencia detem=eratura entre el colector ? el medio am#iente de $%X+ se o#tieneuna eCciencia del 8 K lo @ue es ma?or @ue un colector =lano5 E isten"arias conCguraciones de colectores de "acJo ?a sea @ue se calientadirectamente el agua a utilizar o mediante un intercam#iador de caloren @ue se calienta agua de otro circuito =ara calentar el agua sanitaria autilizar5 De esto se indagará más en el =r imo a"ance5 En la Cgura 3 semuestra un tu#o de "acJo5

Figura 35 ,u#o de colector solar

/"2"*CIRCU,#CI0N

0a +irculaci n !atural L(in =resurizar

0a +irculaci n Forzada L=resurizado con una #om#a

0a di erencia undamental entre am#as es @ue en la =rimeraLcirculaci n natural no ha? elementos en el sistema de ti=oelectromecánicoH el motor de la circulaci n natural es directamente laenergJa solar mientras @ue en la segunda Lcirculaci n orzada el uidocircula gracias a una #om#a de circulaci n5

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Figura &5 Diagrama de los ti=os de circulaci n

DI#GR#M# DE -,UJO DE, PROCESO

# contin ación se descri+ir,n los "rinci"ales elementos 0 e com"onen el "roceso

%.- Col!$"o& +ol%& $o %$u,ul%#o& El a& a sanitaria in&resa (r a al circ ito de la vivienda "asando "or el estan0 e % +a ando "or los t +os al vacio en donde el a& a se calienta en los

ran&os de 3@>/ asta los : >/! El a& a caliente s +e al estan0 e n evamente % re-circ la

asta ser tili$ada! Este colector tiene 0 e 0 edar a na alt ra considera+le "ara acer so

de la &ravedad!

Figura5 +olector solar tu#o de "acio con estan@ue de $ % litros5

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.- C%l!fo " "!l /! "!El a& a 0 e +a a del colector solar entre tem"erat ras de 3@>/ %: >/ in&resa al cale(ont inteli&ente! Este cale(ont tiene n sensor "ro&rama+le al c al se le

con(i& ra na tem"erat ra de salida del a& a del cale(ont! .i la tem"erat ra de salida

con(i& rada es menor a la tem"erat ra 0 e trae el a& a entonces el cale(ont no "render,

&ener,ndose el a orro en &as!

$.- 0o, % )&!+u& %#o&%La ( nción de )sta es dar "resión al (l ido! Es activada "or nav,lv la de (l o % se +ica a la salida del colector solar!

#.- V l3ul% #! flujoEs la encar&ada de activar la +om+a! La v,lv la se activa al detectar na "e0 eAa corriente de a& a en el momento 0 e no a+re na llave en el +aAo "or

e em"lo! Esta "e0 eAa corriente m eve la v,lv la % a s ve$ activa la +om+a con n retardo

a"ro6imado de 1 se& ndo!

# contin ación se m estra el dia&rama de (l o de todo el "roceso con s s

"rinci"ales com"onentes

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Criterios )e )ise3o )e! siste&a

"1 U4icación

15

H2Osanitaria (ria

/olector solar con termo de 25@litros a""

El colector solar " ede ser "or t +os de vac o "lano osin c +ierta

/ontrolador de a& a% >T en estan0 e H2O entre 3@> % : >/

B,lv la de (l o "araactivar +om+a

De"endiendo del ti"o desistema a im"lementar esta

+om+a " ede no ser necesaria

Com+a "ara dar "resión al a& a

/ale(ont inteli&ente con sensor tem erat ra


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0a u#icaci n del m dulo de#erá ser en un sitio des=e>ado @ue esté li#rede o#>etos o ár#oles @ue =uedan =ro"ocar som#ras lo más cerca allugar donde desea instalar el sistema Llám=aras o a=aratos 5 'uede serso#re un =oste metálico o de madera o so#re el techo de la casa si éstelo =ermite5

"2 #ng5!o )e Inc!inación

El sol se des=laza en el cielo de este a oeste5 0os colectores solares

alcanzan su má ima e ecti"idad cuando están orientados hacia el sol enun ángulo =er=endicular con éste a mediodJa5 'or lo general loscoelctores solares se colocan so#re un techo o una estructura tienenuna =osici n C>a ? no =ueden seguir la tra?ectoria del sol en el cielo5 'orlo tanto no estarán orientados hacia el astro con un ángulo =timo L:%grados durante toda la >ornada5 El ángulo entre el =lano horizontal ? el=anel solar se denomina ángulo de inclinaci n5

De#ido al mo"imiento terrestre alrededor del sol e isten tam#ién"ariaciones estacionales5 En in"ierno el sol no alcanzará el mismoángulo @ue en "erano5 -dealmente en "erano los =aneles solaresde#erJan ser colocados en =osici n ligeramente más horizontal =araa=ro"echar al má imo la luz solar5 (in em#argo los mismos =aneles noestarán entonces en =osici n =tima =ara el sol del in"ierno "er Cgura5+on el =ro= sito de alcanzar un me>or rendimiento anual =romedio los=aneles solares de#erán instalarse en un ángulo C>o determinado enalg n =unto entre los ángulos =timos =ara el "erano e in"ierno5

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Figura H Angulo de inclinaci n =timo en in"ierno ? "erano5

Algunos a#ricantes recomiendan @ue se de#a encontrar el =unto de=roducci n adecuada en el in"ierno con lo @ue se logrará unageneraci n =tima el resto del año5 El ángulo de inclinaci n es medidoentre el =anel solar ? el =lano horizontal tal como lo muestra la Cgura+ada latitud =resenta un ángulo de inclinaci n =timo5 0os =anelesde#en colocarse en =osici n horizontal nicamente en zonas cercanas alecuador5 A continuaci n se muestra una ta#la con ángulos de inclinaci nrecomendadosH

,a#la ![H ngulos de inclinaci n =ara sistemas C>os5

0atitud del lugar Len gradosAngulo de inclinaci nC>o

%X a 1 X 1 X

1 X a $ X 0a misma latitud$ X a 3%X 0atitud más X3%X a 3 X 0atitud más 1% X3 X a &%X 0atitud más 1 X&%X o más 0atitud más $% X

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0os distri#uidores en +hile recomiendan latitud más 1 X comonorma =ara todo el territorio5 0igeras des"iaciones de unos grados conres=ecto del ángulo de inclinaci n =timo tienen s lo un e ecto menoren la =roducci n de energJa5 0as di erencias a causa de las condicionesclimáticas son más im=ortantes en la =roducci n de energJa5 En el casode los sistemas aut nomos el ángulo de inclinaci n =timo de=ende del=atr n de demanda mensual5

"* De&an)a )e ag5a ca!iente sanitaria

El re@uerimiento de agua caliente sanitaria necesaria será =arauna casa de & =ersonas (eg n el estudio de re@uerimiento de aguacaliente sanitaria LA+( realizado =or la +omisi n !acional de EnergJas lo =ara ducharse se utiliza en =romedio un "olumen de 3$ litros a&%[+ es decir a una ducha de & minutos ? medio Lcaudal de 8 litros =orminuto de agua a &%[+ 5

'or lo tanto =ara cuatro =ersonas considerando una ducha 1 "ez al dJa=ara & =ersonas se estima una demanda de 1$9 litros diarios5

6 CONC,USI0N

+omo =rimera im=resi n se a"anz mu? #ien en como sea#ordarJa el estudio sus alcances un diagrama tentati"o del =roceso

com=leto entre otras cosas5.emos @ue una =ro#lemática @ue ha#rá @ue deCnir =ara el $do

a"ance es si se escoge un sistema de colector solar =lano o de tu#o de"acJo5 En segunda instancia si es de de u>o orzado o no5 (i #ien ?a setiene tentati"amente la selecci n mencionada en este in orme ?a sea

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=or eCciencia ? =or e =eriencia =ro=ia de los =ro=ios integrantes encomo hacer más acti#le técnicamente la o=eraci n del sistema con lasmJnimas allas =osi#les Cnalmente una "aria#le no menor =ara tomaresta decisi n será el retorno de la in"ersi n en el horizonte de tiem=odado @ue se coincidi serian años5 'arece =rudente este horizonte deanálisis econ mico Cnanciero ?a @ue en años creemos @ue no ha#ráun cam#io tan drástico de la tecnologJa como si se hiciera a 1% años en@ue si =uede e istir un cam#io drástico ? e istir tecnologJa con eCcienciamu? su=erior ? costos muchos menores5 En años se minimiza el riesgode tener una ca=acidad instalada con una in"ersi n grande @ue @uedao#soleta =or el =aso del tiem=o5

'or ltimo se estudiará si e iste alg n ti=o de incenti"o ti=osu#sidio en el =aJs =ara hacer más "ia#le Cnancieramente el =ro?ecto ?#a>ar la in"ersi n inicial =or e>em=lo5

17 #NE8OS9'RE()')E(, (Co" %$ 1 E,)&!+% C' +ol S.A (S"/o* 5 W "!& S.A (S"/o*.

D!"%ll! E,)&!+%

C% " #%# P&!$ ou "%& o

/alentador solar #TM 25@ litros 35 t +os15@@ 47MM

/ isol 1 253!@@@

/ontrolador #TM / isol 1 45!@@@B,lv la Me$cladora termo / isol 1 25!@@@Com+a "res ri$adora 25@W 22@B / isol 1 72!@@@/ale(ont Inteli&ente 1@ litros Winter 1 17@!@@@TOTAL 6 787.999

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2@

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