Diseño panel solar ecológico

Figura 22. Diagrama de flujo sistema de potabilización.

En primer lugar se debe contemplar la disposición que se le va a dar al sistema pero para ello nos fundamentaremos en el Proyecto “Potabilización del agua a través de un sistema ecológico colector solar” realizado en la Universidad de Ibagué [40] en donde se realizó un prototipo de pruebas y se dispuso de diferentes configuraciones y la más eficiente fue el arreglo en serie con

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envases PET con una entrada y una salida con tubería de , obteniendo una eficiencia del la cual se considerara para el cálculo y diseño de la siguiente manera:

Teniendo en cuenta que en la sección 2.3.2 Principio del calentador ecológico, se menciona que el sistema ideal corresponde al circuito en paralelo ya que favorece el efecto termosifón, por lo que cabe aclarar que debido a los resultados obtenidos en el Proyecto “Potabilización del agua a través de un sistema ecológico colector solar”[40] indican una eficiencia del 69% para la prueba del colector en paralelo y una eficiencia del 84% para el entramado en serie, cabe aclarar que estas pruebas se realizaron bajo las mismas condiciones por los cual se considera más favorable para la aplicación.

Ecuación 23.0.

El flujo de calor de diseño ya fue calculado en el apartado y corresponde a . Es importante considerar que el modelo tiene pérdidas las cuales se ven reflejadas en la eficiencia del sistema, por lo cual se reemplaza la Ecuación 27.0

. Ecuación 24.0

Conociendo flujo calórico necesario para la potabilización de de agua se procede a calcular el área total necesaria a partir de la Ecuación 28.0:

Ecuación 28.0

Flujo calórico , es el calculado para llevar el agua

= Irradiando global horizontal , la cual para la ciudad de Ibagué corresponde a Según la UPME (Ver Anexo 7.8) [41]. La inclinación del colector con respecto a la horizontal es de 10°.

Área total la cual corresponde al recorrido que realiza el agua por la tubería del calentador que es de , teniendo en cuenta que es un tubo y la vista de planta corresponde a un rectángulo despeja la Ecuación 27.0:

Ecuación 25.0

Considerando el enramado de la Figura 20, el cual consta de y codos, dividiendo la longitud total requerida en la longitud del enramado, se requiere para garantizar la longitud total, para dar conectar la entrada y la salida se requieren de tubería y codos, en total se tendrían de tubería y codos. Obteniendo el siguiente esquema:

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Figura 23. Entramado base. Disposición del entramado:

Figura 24. Esquema sistema de potabilización. 4.9.1 Cálculo de la bomba del colector solar

A partir de la piscina Figura 21 el volumen de control de plantea del punto 1 al 2, se procede a calcular la bomba que se requiere en el sistema haciendo uso de la Ecuación de Bernoulli (Ecuación 1.0) con las consideraciones que se plantean a continuación:

Como se puede ver en la Figura 21 la diferencia de alturas entre el punto 1 y el punto 2 es es, la presión del punto 1 es la ejercida por la columna de agua que se encuentra sobre él, la velocidad sobre los depósitos por lo que se contrarrestan, los términos que se tendrán en cuenta son la energía aportada por la bomba , energía potencial del punto 1, la sumatoria de pérdidas y la energía potencial del punto 2 ya que este depósito si se encuentra cerrado, obteniendo la siguiente ecuación:

Ecuación 1.0 La presión en el punto 1 ( esta dada por la Ecuación 22:

Ecuación 30. Presión absoluta

La Presión atmosférica para la ciudad de Ibagué es de a una temperatura promedio de en la finca (Tabla 7).

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Densidad del agua a es , [36].

Gravedad, .

Altura manométrica, 0.9 m

Se procede a realizar el cálculo de las perdidas primarias haciendo uso de la Ecuación 23.0, aquí se tienen en cuenta factores que interfieren directamente en la eficiencia del sistema tales como el diámetro, la longitud, la velocidad y la viscosidad del fluido [24], que se ilustra a continuación:

Ecuación 23.0 Donde:

= Longitud del tramo evaluado .

Diámetro de la tubería .

= Velocidad media del fluido en los diferentes tramos esta de la siguiente forma, cabe aclarar que las 5 horas corresponden al tiempo de radiación solar disponible en el día con el cual se calculó el área necesaria del colector en la Ecuación 25.0:

Ecuación 31.0

= La gravedad, 9.81 . = Velocidad media del fluido

es un factor adimensional que se calcula de diferentes maneras dependiendo del régimen del fluido, es decir, para calcular lo primero que se debe determinar es el régimen que obedece el fluido cuando circula por el tramo evaluado, para esto se hace uso del número de Reynolds. Ecuación 14.0

Una vez conocido el número del Reynolds, se puede determinar el régimen del flujo de la siguiente manera:

Y para tuberías lisas con régimen turbulento o sea que posee un número de Reynols entre y se propone utilizar la Ecuación 24.0 [24].

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Ecuación 24.0

Es importante acotar que estas ecuaciones trabajan con sistema métrico decimal.

En consiguiente para el cálculo de las pérdidas secundarias, las pérdidas por accesorios como uniones, codos o válvulas se calculan mediante la ecuación fundamental de pérdidas secundarias que se ilustra a continuación [24] (Ecuación 21).

Ecuación 21.0 = Velocidad , velocidad media del fluido

= Gravedad es .

= Coeficiente de pérdida por accesorio para codos tubería de es , válvula de bola es y la válvula termostática es de [39].

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CAPITULO 5: SELECCIÓN DE EQUIPOS