IV CONFERENCIA LATINO AMERICANA Y XVII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR

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1 IV CONFERENCIA LATINO AMERICANA Y XVII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE UN SECTOR DE HORNO SOLAR DE ALTA TEMPERATURA Julio L. Warthon Ascarza, Virgilio Ayala Chacmani, Amanda Olarte Pérez, Jesús Rubio Cáceres Facultad de Ciencias Químicas Física y Matemáticas, UNSAAC

2 INTRODUCCION Uno de los factores que contribuye notablemente a la contaminación atmosférica es la producida por las fabricas de materiales de construcción y hornos artesanales, estos hornos convencionales utilizan grandes cantidades de leña y otros insumos que contaminan el medio ambiente. Este trabajo consiste en el DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE HORNO SOLAR DE ALTA TEMPERATURA (CASQUETE ESFERICO), orientado a la obtención de materiales de construcción y al estudio de materiales cerámicos

3 OBJETIVOS GENERALES Diseñar y construir un prototipo de casquete de horno solar de alta temperatura OBJETIVOS ESPECIFICOS Estudio de materiales Plantear y proponer un sistema de automatización de seguimiento del Sol.

4 Horno Solar de Odeillo que se encuentra en el Departamento de los Pirineos Orientales al sur de Francia y que está considerado el mayor horno solar del mundo, con una potencia de 1000 kw y debe su renombre mundial a su especialización en investigación de la concentración de la radiación solar y del comportamiento de los materiales sometidos a condiciones de temperatura extrema.

5 DISEÑO DEL CONCENTRADOR SOLAR DE ALTA TEMPERATURA Primeramente realizaremos un repaso sobre las ecuaciones matemáticas de la parábola y el paraboloide. La ecuación de una parábola cuyo eje es vertical es de la forma La ecuación de una parábola cuyo eje es horizontal es de la forma Ecuación involucrando la distancia focal Ecuación de una parábola vertical. La ecuación de una parábola con vértice en (0,0) y foco en (0,p) es PARABOLOIDE ELÍPTICO

6 y (m) PERFIL DEL PROTOTIPO DE HORNO SOLAR DE ALTA TEMPERATURA y = 0.06x x (m)

7 y (m) DIMENSIONES DE LA PARABOLA DE REVOLUCION QUE GENERA UN PARABOLOIDE y = x Foco x (m)

8 DISEÑO DE UN SECTOR O TIRA DE ESPEJO SEMIDOBLE El trapecio isósceles adquiere la forma (perfil) de una parábola, que debido a su características refleja todos los rayos en un solo punto, concentrándose de esta forma la energía solar en un punto o en un área pequeña. Esto permite multiplicar la energía solar que a su vez permite alcanzar altas temperaturas en el foco. sectores de superficie reflectante en base de espejos de uso comercial La figura geométrica de cada área es de un trapecio isósceles La rigidez del espejo de vidrio, varia cuando los lados no paralelos del trapecio isósceles es mucho mayor que los lados paralelos. C=2.40 m H=0.19m H=0.19m L C=2.40 m

9 DETERMINACIÓN DE LA RADIACION CONCENTRADA EN EL FOCO Para determinar este incremento se emplea el principio de conservación de la energía: E Cons tante La energía que llega del Sol hacia el concentrador es E1, y la energía que se refleja de las superficie hacia el foco es E2, sin embargo por tratarse de un fenómeno real, existe perdidas debido a la interacción de la energía con la materia, es decir, esta perdida se produce cuando la luz solar incide sobre el espejo y luego se refleja. Teóricamente se debe cumplir: E1 E 2 Experimentalmente: E 1 E 2 E x Donde es la energía que se pierde en la interacción. E x 2 1 P 1. t P2. t I1At 1 I2A2t La relación de áreas nos permite determinar la relación de incremento de la intensidad de radiación y asimismo de la potencia. La relación obtenida en este proyectos es: I1 A2 I A 2 1 I I 1 A A 2

10 x40= La relación de áreas nos permite determinar la relación de incremento de la intensidad de radiación y asimismo de la potencia. Esta proporción determina el nivel de concentración que se puede dar en el foco de la parábola. El área A 1 aproximada es de 3.50 m 2, en la siguiente tabla podemos ver el nivel de concentración de acuerdo a diferentes valores que se le puede dar al área A 2. A 1 (cm 2 ) A 2 (cm 2 ) C=A 1 / A x10 = x20= x30=

11 CONSTRUCCION DEL EQUIPO A continuación se tienen algunas fotografías del proceso de construcción del prototipo de horno solar. Foto 1. Soldadura de la estructura metálica que cumplirá la función de soporte de los espejos.

12 Foto 2. Verificando la distancias entre los soportes del concentrador solar

13 Foto 3. Estructura metálica terminada Foto 3. Estructura metálica terminada

14 INSTALACION DEL PROTOTIPO Foto 4.- Colocación de los tiras de espejos sobre la estructura

15 Foto 5. Pegado de los espejos con cinta adhesiva (de embalaje) para asegurar su posición a la estructura metálica y entre ellos.

16 PROCESO EXPERIMENTAL Parte de las pruebas se hicieron en el patio del pabellón C delaunsaac Foto 6. Se observa la incidencia de la luz solar concentrada sobre un objeto de prueba (madera de 40 cmx 40 cmx 1 cm) a la altura del foco del prototipo de horno solar de alta temperatura.

17 Foto 7. Al inicio (2 minutos) se observa un ligero humo en la tabla ubicada en el foco

18 PRUEBA EXPERIMENTAL MEDICION DIRECTA DE LA TEMPERATURA EN EL FOCO DEL CONCENTRADOR - La temperatura se midió utilizando un termómetro LASER PCE 550, se pudo realizar la medición de la temperatura en el foco del horno solar, pues un requisito es apuntar perpendicularmente sobre la madera para obtener una señal de retorno sobre el termómetro LASER. (Tabla 3.1) MEDICION DE LA INTENSIDAD DE RADIACION - La radiación de la luz solar se ha medido sobre la superficie a un costado del horno solar. (Tabla 3.1)

19 MEDICION DE LA INTENSIDAD DE RADIACION - La radiación de la luz solar se ha medido sobre la superficie a un costado del horno solar. (Tabla 1) Tabla 1 HORA RADIACION (W/m 2 ) TEMPERATURA ( C) 12: : : : : : : : : : : :

20 INTENSIDAD DE RADIACIÓN SOLAR (W/m2) INTENSIDAD DE RADIACION SOLAR EN FUNCION DEL TIEMPO :07 12:34 12:40 12:45 12:53 12:55 12:57 01:06 01:07 01:08 01:11 01:12 HORA (pm)

21 TEMPERATURA EN EL FOCO ( C) TEMPERATURA EN EL FOCO EN FUNCION DEL TIEMPO :07 12:34 12:40 12:45 12:53 12:55 12:57 01:06 01:07 01:08 01:11 01:12 HORA (pm)

22 IMPACTO AMBIENTAL El impacto ambiental es prácticamente nulo, la energía solar no produce desechos, ni residuos, basura, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc. ESTUDIO DE COSTOS Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores (a excepción del mantenimiento); el consumo de energía es totalmente gratuito; no utiliza combustibles, eliminando la incomodidad de tener que aprovisionarse y el peligro de su almacenamiento. ESTUDIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES Los materiales en estos hornos están hechos de una estructura de fierro que es muy resistente al calor al igual que los espejos. COMPARACION CON HORNOS CONVENCIONALES El Horno Solar principalmente no contamina el medio ambiente, ahorra energía, no produce residuos y su fabricación es de bajo costo.

23 A continuación tenemos algunas fotos en donde se puede apreciar la capacidad de concentración del prototipo de horno solar de alta temperatura. Foto 2. Se puede observar que la radiación solar se concentra en un área relativamente pequeña provocando el quemado del extremo superior del listón de madera

24 Foto 3. Vista de prototipo del horno solar de alta temperatura

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26 IV CONFERENCIA LATINO AMERICANA Y XVII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE UN SECTOR DE HORNO SOLAR DE ALTA TEMPERATURA Julio L. Warthon Ascarza, Virgilio Ayala Chacmani, Amanda Olarte Pérez, Jesús Rubio Cáceres Facultad de Ciencias Químicas Física y Matemáticas, UNSAAC

27 OTROS PROYECTOS DESARROLADOS POR EL GRUPO DE LA UNSAAC AEROBOMBA, COMUNIDAD CAMPESINA DE CHACACURQUI-ANTA

28 MANTENIMIENTO Chacacurqui Anta

29 TERMA SOLAR TIPO SERPENTIN

30 COLECTORES SOLARES TUBERIA DE COBRE MANGUERA EN ESPIRAL

31 Foto 3.- Colector tipo caja, este prototipo esta actualmente en prueba.

32 GRACIAS UNSAAC