Informe de Energía Solar Térmica

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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL PROCESOS INDUSTRIALES Ing. Zaida Chávez Romeo Estudiantes: Sthefany Chicoma Manay Cris Ramirez Chinguel Carla Ruiz Villasis Chi!"a#o$ %& de a'i" de" &%() INTRODUCCI*N ENERGÍAS RENO+A,LES-

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FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROCESOS INDUSTRIALES

Ing. Zaida Chávez Romeo

Estudiantes:

Sthefany Chicoma Manay 

Cris Ramirez Chinguel

Carla Ruiz Villasis

Chi!"a#o$ %& de a'i" de" &%

INTRODUCCI*N

ENERGÍASRENO+A,LES-

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El uso prudente de los recursos naturales es uno de los temas más comunes, cada vez en may

medida, como el protagonista del momento actual y del futuro inmediato. La preocupación no solo

aspectos económicos sino también en la protección del medio ambiente.

Las energías renovables, debido a su origen gratuito y permanente y la nula incidencia en el med

ambiente, se han convertido en una alternativa interesante de desarrollo económico, social

ambiental.

Dentro de la clasicación de las energías renovable encontramos una !ue es la más abundant

universal y constante, la energía solar.

La energía solar tiene un valor energético en la supercie terrestre !ue es previsible y esta tabula

dentro de los ciclos de día y noche. La energía solar !ue incide actualmente sobre la "ierra e!uivale

unas diez mil veces la demanda de energía anual de la población mundial, por lo !ue pue

armarse !ue el potencial de esta fuente de energía es muy relevante.

Dentro de la clasicación de la energía solar encontramos la energía solar térmica, esta se basa en

aprovechamiento térmico de las radiaciones solares, es decir, la transformación de estas en capara obtener agua caliente, sistemas de calefacción, entre otros.

Este traba#o nace como consecuencia de la necesidad de claricar aspectos básicos sobre la energ

solar térmica, profundizar en algunos temas para el !ue ya ha estudiado supercialmente es

energía y, en general, para todo el mundo interesado en la diversicación de la energía a través

esta tecnología.

$demás, se conocerá cómo es !ue se obtiene esta energía para su utilidad no solo a nivel domésti

sino también a nivel industrial. %or otro lado se pondrá en discusión las aplicaciones hechas desde u

nivel mundial hasta un nivel regional.

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ENERGÍA SOLAR TR/ICAI. /ARCO TE*RICO

I.(. E" 0o"El &ol es la estrella más cercana a la "ierra, y como es una estrella es el 'nico cuer

del universo !ue emite luz. El &ol es también nuestra principal fuente de energía, !ue

maniesta, sobre todo, en forma de luz y calor. El &ol contiene más del (() de toda

materia del &istema &olar. E#erce una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetaslos hace girar a su alrededor. El &ol se formó hace *.+- millones de aos y tien

combustible para .--- millones más. (Astronomía, 2008)El sol es una estrella con forma esférica ubicada en el centro del &istema &olar. /onsis

en su mayoría de materia en estado de plasma caliente entrete#ido con camp

magnéticos, !ue se estima sus elementos son 00) de 1idrógeno, 22) 1elio y el res

de otros materiales. El &ol está a una distancia de 3- millones de 4ilómetros de

 "ierra. "iene una masa 555 mil veces mayor !ue la de la "ierra constituyendo el ((.6+

del total de la masa del sistema solar. (Artinaid, 2013)

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I.&. Eneg1a enova'"eLa energía renovable se reere a las fuentes de energía !ue se producen o llegan

nuestro planeta en forma continua y !ue en una escala de tiempo real son inagotable

&e pueden dividir en dos, por el tipo de uso !ue tiene7 energías renovab

convencionales, constituidas por la energía hidráulica de grandes potencias y energí

renovables no convencionales, constituidas por la energía solar, eólica, de biomas

geotérmica, de picos hidráulicos, mareomotriz e hidráulica de pe!ueas potencia

(Ministerio de Agricultura, 2008)Energías renovables a las fuentes de energía !ue se obtienen de medios naturales

teoría inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía !ue contienen o por!

son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energías renovables

cuentan la 8iomasa, 8iogás, 1idroeléctrica, Eólica, &olar, 9eotérmica y mareomotr

(Capital de la biodiversidad, 2012)Las energías renovables son a!uellas !ue se producen de forma continua y s

inagotables. El sol está en el origen de la mayoría de ellas por!ue su energía provoca

la "ierra las diferencias de presión !ue generan los vientos, fuente de la energía eólic

Las energías renovables son a!uellas energías !ue provienen de recursos naturales !

no se agotan y a los !ue se puede recurrir de manera permanente. &u impac

ambiental es nulo en la emisión de gases de efecto invernadero como el /:2.L

energías renovables son, además, fuentes de energía amigables con el medio ambient

(Fonam er!, 2012)

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I.2. Eneg1a 0o"aEl sol produce energía en forma de radiación electromagnética derivadas de

reacciones de fusión procedentes en el interior; por lo !ue el hidrógeno !ue contiene

transforma en helio. Es la fuente más importante con la !ue cuenta la tierra. Es

energía puede ser aprovechada mediante dos tipos7 energía térmica y energía eléctric

La primera, utiliza sistemas solares térmicos y en el segundo sistemas solar

fotovoltaicos. (Agencia Andalu"a de la #nergía, 2011)

El ob#etivo de !uienes estudian la energía solar es aprovechar la luz proveniente del sy transformar esa luz en calor o electricidad. La transformación de la energía solar

calor se denomina conversión foto térmica. Este proceso permite obtener temperatur

!ue van de los 6-</ para uso doméstico a temperaturas !ue pueden superar l

3---</. /uando se desea transformar la energía solar en electricidad, el proce

utilizado se denomina conversión fotovoltaica. %ara llevar a cabo esta conversión

utilizan las celdas solares, !ue son dispositivos !ue nos entregan una corriente eléctri

al ser e=puestos a la luz. (Cnea, 2010)La energía solar es alabada como fuente de combustible inagotable libre

contaminación y de ruidos. $ pesar de los inconvenientes, el uso de la energía solar

aumentado un 2-) al ao durante los 'ltimos 3 aos gracias al rápido descenso de l

precios y a las ganancias en eciencia.  >apón, $lemania y los Estados ?nidos  son

principales mercados de las células solares. /on incentivos tributarios, la electricid

solar a menudo puede amortizarse en un periodo de cinco a diez aos. ($ation

geograp%ic, 200&)

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I.). Radia!i3n 0o"aDenida como la energía procedente del &ol en forma de ondas electromagnéticas.

potencia media con la !ue llega al planeta es de 3.5+0 @Am 2.La radiación solar !ue llega a la supercie terrestre está formada principalmente por d

componentes7 radiación directa y radiación difusa. La radiación directa es a!uella !

alcanza la supercie directamente desde el &ol sin e=perimentar cambios, mientras !

la radiación difusa se considera como a!uella !ue procede de toda la bóveda y !ue

sufrido cambios debido a su interacción principalmente con los component

atmosféricos. (Agencia Andalu"a de la #nergía, 2011)

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   /   l  a

  s   i     c  a  c   i   ó  n    d

  e   l  a

   B  r  r  a   d   i  a  n  c   i  a

Directa$lcanza una supercie en lamisma dirección !ue la de lalínea recta desde el discosolar, se llama tambien directanormal

DifusaCo alcanza la supercie en lamisma dirección de la línearecta desde el disco solar

eEe#ada

adiación solar en el suelo y

otros ob#etos inciden sobreuna supercie.

I.4. Iadian!ia 0o"a&e dene la irradiancia solar como la potencia radiante FEnergía radiante por unidad

tiempo EAtG incidente por unidad de supercie sobre un plano dado. &e e=presa

W ¿m2

.

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I.5. C"a0i6!a!i3n de "a eneg1a 0o"aLa energía solar es un tipo de energía renovable y limpia, !ue se le conoce com

energía verde. ?n sistema energético !ue dependa de la energía solar, genera venta#

como la no contaminación. (#co'sio%ort, 2008)Entre su clasicación tenemos 2 tipos7

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II. ENEGÍA SOLAR TR/ICAII.(. O'7en!i3n de eneg1a 0o"a 78mi!a

II.(.(. A nive" m9ndia"La contribución de la solar térmica al consumo energético mundial sigue siendo m

escasa todavía, pese a !ue empiezan a percibirse ciertos síntomas de cambio !

permiten ser más optimistas de cara al futuro. $l creciente interés de los ciudadan

por este tipo de soluciones hay !ue sumar las ayudas e incentivos !ue se han pue

en marcha en muchos países del mundo y la reducción de precios de los captador

solares en algunos mercados especialmente activos como /hina o >apón. ?

situación !ue pone de maniesto !ue estamos ante una tecnología madura !ue

e=perimentado un signicativo avance durante los 'ltimos aos.En la actualidad la capacidad de energía solar instalada en el mundo supera a la

otras renovables con altos índices de desarrollo, como es el caso de la energía eólic

/on una potencia instalada de (6,* 9@ térmicos a nales de 2--*, considerando

países !ue representan el 0) de la población mundial y el 6H(-) del merca

mundial de solar térmica, la energía solar térmica ha sido posible sin el empu#e so

de países como $lemania, 9recia, $ustria y Espaa !ue, en con#unto, representan

06) de la capacidad instalada en Europa. El uso de los captadores solares pa

producir agua caliente, al igual !ue ocurre en el resto del mundo, es la aplicac

preferida por los europeos, seguida de la calefacción y de forma muy po

signicativa la climatización de piscinas, !ue sólo tiene cierta importancia en $ustri

$lemania. En países del norte de Europa también destaca el uso de colectores de a

para calentar el espacio, en especial en &uiza, con un total de 63 I@th producid

con esta tecnología, Coruega con 260 I@th instalados, y a más distancia Jinlandia.%recisamente, la investigación de nuevas tecnologías de origen renovable es una

las seas de identidad del mercado europeo. Los países de la ?nión Europea son

!ue están conduciendo el desarrollo de la industria solar térmica en la mayoría de áreas tecnológicas. &in embargo, esto podría de#ar de ser así pronto, a no ser !ue

países de la ?nión se decidan a ampliar signicativamente la capacidad de ener

solar instalada en cada uno de los mercados nacionales !ue forman parte de la Euro

de los 2./on el ob#eto de fomentar el uso de esta fuente renovable frente a otras opcion

menos respetuosas con el entorno, la mayoría de países europeos conceden ayud

p'blicas a empresas y particulares. El ob#etivo de éstas es aumen

signicativamente el par!ue solar a través de incentivos económicos !ue hagan m

atractiva la energía solar térmica al usuario. El tipo de apoyo p'blico más usual son subvenciones directas, en cuantías !ue varían del 2-) al +-), como es el caso

$ustria, $lemania, Dinamarca, Espaa, 1olanda o &uecia. El 'ltimo en sumarse a e

forma de potenciar la energía solar térmica es Jrancia, donde se ha puesto en marc

el “Plan Soleil” , !ue permite deducir de la declaración de la renta más del *-) de

costes de instalación. ?na iniciativa !ue ya empieza a dar sus frutos y !ue

generado grandes e=pectativas a corto y medio plazo.%or su parte, $lemania contin'a con el programa “Marktanreiz” !ue tan buen

resultados le ha dado desde principios de los aos (- y !ue le ha llevado a colocar

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como líder indiscutible en Europa, con *.--- I@ térmicos instalados y una super

de ,0 millones de metros cuadrados.El 6-) del mercado doméstico en este país corresponde a instalacionesHtipo pa

agua caliente sanitaria F$/&G en viviendas familiares, aun!ue también se est

empezando a potenciar los sistemas solares de gran tamao para suministrar calo

edicios comerciales, industrias, hospitales e incluso barriadas enteras.9recia es el segundo país europeo en importancia en cuanto a volumen de mercado

reere.

/on un 3*) del total de la supercie instalada en la ?nión Europea, el país heledispone de un te#ido solar !ue abastece de agua caliente a uno de cada cua

habitantes. Después de varias décadas en las !ue el gobierno ha apoyado c

decisión la instalación de paneles solares mediante incentivos scales y a través

campaas de publicidad en medios de comunicación, actualmente se han suspend

todos los privilegios con los !ue contaba esta tecnología en el pasado. &in embarg

esta medida no ha repercutido en la demanda !ue, en 2--*, aumentó un 5

respecto al ao anterior. Esto pone de maniesto el grado de satisfacción de

helenos con la energía solar térmica y su conanza en esta tecnología para produ

agua caliente.

II.(.&. A nive" na!iona"El primer proyecto de electricación rural JK en el %er' fue un proyecto de

cooperación técnica alemana !ue instaló en 3(6+ H (+ en el Departamen

%uno cerca de -- &JD, en un marco preHcomercialM FsubsidiadosG. Durante

evaluación del proyecto !ue el /EH?CB ha realizado 3- aos después d

inicio del proyecto, se observó !ue todos los usuraos eran muy contentos c

esta tecnología y !ue los &JD visitados han seguido en operación.

%osteriormente, el Iinisterio de Energía y Iinas FIEIG ha instalado ent3(( y 3((6 un total de 3-- &JD en diferentes regiones del %e

mayormente en comunidades de la selva y muy dispersa. Bnicialmente el IE

planteó !ue el proyecto debe incentivar a empresarios privados para inver

en proyectos fotovoltaicos ba#o un es!uema de mercado. Jinalmente se op

de dar al proyecto un ob#etivo social, pidiendo al beneciario solamente u

contribución para los costos de mantenimiento del &JD a su disposición. Est

&JD están ahora propiedad de la empresa estatal $DBCEL&$, !uién

administra con un modelo tarifaria y, para facilitar la administración, creado en cada comunidad una asociación de usuarios.En el pasar de los aos el %er' se ha interesado por la e=plotación de energ

solar fotovoltaica.

II.&. Com:onen7e0 # e;9i:o0 de o'7en!i3n

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?na instalación solar térmica está formada por varios sistemas7

a< Si07ema de !a:7a!i3n

El sistema de captación está formado por captadores solares conectados entre sí.

misión es captar la energía solar para transformarla en energía térmica, aumentan

la temperatura de uido !ue circula por la instalación.

El tipo de captador más e=tendido es el captador solar plano !ue consigue aument

de temperatura de +- </ a un coste reducido. Estos captadores están indicados pa

la producción de agua caliente para diversas aplicaciones7 $gua caliente sanitar

calefacción por suelo radiante, etc.

El captador plano está formado por una placa metálica !ue se calienta con

e=posición al &ol FabsorbedorG; esta placa es de color negro de forma !ue no ree

los rayos del &ol. Cormalmente la placa está colocada en una ca#a con cubierta vidrio. %or el interior de la ca#a se hace circular agua a través de un serpentín o

circuito de tubos de forma !ue el calor se trasmite al uido. El efecto !ue se produ

es similar al de un invernadero, la luz del &ol atraviesa la placa de vidrio y calienta

placa ennegrecida. El vidrio es una trampa solarM, pues de#a pasar la radiación d

&ol Fonda cortaG pero no de#a salir la radiación térmica !ue emite la pla

ennegrecida Fonda largaG y como consecuencia, esta placa se calienta y trasmite

calor al lí!uido !ue circula por los tubos.

%ara las aplicaciones de calentamiento de agua de piscinas se pueden emplear l

captadores no vidriados. Estos están formados simplemente por una gran cantid

de diminutos tubos de metal o de plástico dispuestos en serpentín por los !ue circu

el agua. Co necesitan ca#a ni cubierta de cristal, por esta razón el aumento

temperatura es ba#o, en torno a 5- </. Las pérdidas de calor son grandes lo !u

limita su aplicación a otro tipo de instalaciones. Los tubos e=ibles toleran bien

paso de aguas agresivas, como el agua de piscina clorada, pero aguantan mal l

tensiones mecánicas !ue se producen al congelarse el agua y los rasgu

superciales. &on más económicos !ue los captadores solares planos.

E=isten también en el mercado los captadores solares de vacío. /onsisten en tub

de metal !ue recubren el tubo metálico !ue contiene el uido de traba#o de#and

entre ambos una cámara !ue act'a como aislante. "ienen un rendimiento m

elevado, pero su costo también es elevado.

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%ara aplicaciones de media y alta temperatura e=isten otros elementos de captació

provistos de sistemas concentradores de la radiación, sistemas de seguimiento de

posición del &ol a lo largo de día, etc.

'< Si07ema de a!9m9"a!i3n

/onsiste en almacenar la energía térmica en un depósito de acumulación para

posterior utilización. El agua caliente obtenida mediante el sistema de captación,

conducida hasta donde se va a utilizar. %uede ser directamente, como es el caso d

calentamiento del agua de una piscina. En aplicaciones de $/& o calefacción

demanda no siempre coincide con el momento en el !ue hay suciente radiació

por tanto si se !uiere aprovechar al má=imo las horas de &ol será necesa

acumular la energía en a!uellos momentos del día en !ue esto sea posible

utilizarla cuando se produzca la demanda.

El sistema de acumulación está formado por uno o más depósitos de agua calien

La dimensión de los depósitos de almacenamiento deberá ser proporcional

consumo estimado y debe cubrir la demanda de agua caliente de uno o dos días.

!< Si07ema de di07i'9!i3n

En este sistema se engloban todos los elementos destinados a la distribución

acondicionamiento a consumo7 control, tuberías y conducciones, vasos de e=pansió

bombas, purgadores, válvulas, etc. "ambién forma parte de este sistema el sistem

de apoyo basado en energías convencionales Feléctricos, caldera de gas o gasóleo

necesarios para prevenir las posibles faltas derivadas de la ausencia de insolación

hacer frente a los picos de demanda

III. APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TR/ICALos datos proporcionados por la $sociación &olar de la Bndustria "érmica F$&B"G, en l

'ltimos aos F2---H2--*G se ha producido un crecimiento apro=imado del 3) dentro

este campo.Entre los sistemas basados en la energía de sol !ue más se utilizan con nes industriale

tenemos7a< Se!adoe0 0o"ae0

H :frecen una solución muy apropiada.

H &e eleva la temperatura en una planta industrial del orden de 3- a 3N/H &e usa en procesos de secado FsemillasG.

'< Pe!a"en7amien7o de =9ido0&on sistemas de aprovechamiento de la energía solar muy similares a los !ue

emplean en las viviendas. %ermite obtener ahorro energético.

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III.(. De manea dom807i!aIII.(.(. A nive" m9ndia"

 

/alentamiento de agua de piscinas7 El uso de colectores pue

permitir el apoyo energético en piscinas al e=terior alargando el perio

de bao, mientras !ue en instalaciones para uso de invierno, en

épocas de poca radiación solar, podrán suministrar una parte pe!ue

de apoyo a la instalación convencional. 

/alefacción de ba#a temperatura7 la energía solar térmica puede ser complemento al sistema de calefacción, sobre todo para sistemas !

utilicen agua de aporte a menos de +- </. La refrigeración7 %ara obtener frío se debe disponer de una fuen

cálida, la cual puede proveerse a través de paneles solares instalad

en el techo de una casa. /alentadores de agua y las estufas solares. %roducción de agua caliente sanitaria

III.(.&. A nive" na!iona"

   "erma solar en el asilo de ancianos en 1uamanga 

%iscinas temperadas con energía solar 7 /ua#one y "o!uepala

III.(.2. A nive" egiona" 

%iscinas temperadas con energía solar en /hiclayoIII.(.). Di0!90ione0

En los tres puntos anteriores, se puede apreciar claramente !ue l

aplicaciones dadas a nivel nacional y regional se aseme#an de mane

importante; ya !ue como es un tipo de energía nueva está tomando fuerza

a pocos y hay un considerable precio al ad!uirir los captadores solares. %or

!ue en el país, está empezando a ser conocida y aplicada. Esto nos conlleva

!ue se fomentará un desarrollo importante para el país, teniendo diferent

alternativas !ue nos permita preservar y cuidar el ambiente; además

proporcionar energía a los diferentes puntos del país./on lo !ue respecta a nivel mundial, se puede observar !ue este tipo

energía es a'n más desarrollada y valorada en otros países, ya !ue cuenta c

diversas tecnologías !ue proporcionan la factibilidad de desarrollar proyect

!ue permiten llevar energía y otras aplicaciones a las personas.

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I+. CONCLUSIONES  &e puede concluir !ue la energía solar es rentable en sí misma. Oa !ue nos proporciona u

ayuda 'til, al mostrarnos !ue podemos utilizar un recurso sin contaminar el med

ambiente. Lo 'nico !ue se necesita es fomentar su uso, para !ue su desarrollo pued

e=pandirse y así la necesidad de diversicar nuestras fuentes de energía ante posibl

crisis de suministro. 

Es un tipo de energía !ue no de#a huella ecológica cuando naliza el periodo

e=plotación, además de ser una energía !ue no corre peligro de agotarse a medio plazo

!ue su fuente productora es el sol. 

/ontribuye a la creación de empleos en especial al impulso de empresas de carácter local

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