Estudio Comparativo de Dos Piscinas Domésticas Utilizando un Calentador Termo Solar en Heredia, Costa Rica.

Transcripción

1 II Congreso Nacional sobre Fuentes Alternativas de Energía y Materiales. Centro Nacional de Alta Tecnología, Edificio Dr. Franklin Chang Díaz, Pavas. San José, del 19 al 21 de Febrero Estudio Comparativo de Dos Piscinas Domésticas Utilizando un Calentador Termo Solar en Heredia, Costa Rica. Shyam S. Nandwani (1) y Rolando J. Madriz (2) (1) Prof. Pensionado, Universidad Nacional, Costa Rica, snandwan@yahoo.com (2) Lab. de Energía Solar, Universidad Nacional, Costa Rica. madriz_rolando@yahoo.com Laboratorio de Energía Solar, Departamento de Física Universidad Nacional. Heredia. Costa Rica

2 Patio Solar de Investigación UNA-Depto. Física Desde 1975!!

3 Estudio de la Energía Solar en Costa Rica Casa Solar Demostrativa Vista Interna de la Casa Solar Algunos Instrumentos de medición

4 Acerca de las Etapas de ésta Investigación Mediciones de transmisividad, reflectividad y absorbidad de algunos materiales para mejorar el aprovechamiento de la energía solar. Costa Rica, Nov Estudio de un Estanque Solar para Almacenar Energía Calórica en Costa Rica. Cuba, Jun Estudio Comparativo de Dos Piscinas Domésticas Utilizando un Calentador Termo Solar en Heredia. Costa Rica, Feb 2014.

5 I. Introducción: A. Objetivos B. Aplicaciones en CR

6 A- Objetivos: Climatización de piscinas aprovechando la energía solar mediante el uso de dos elementos: colector y anillos solares. Lograr un aumento en la temperatura promedio del agua hasta 7 C más en comparación con otra piscina de referencia sin colector solar bajo las mismas condiciones climáticas.

7 B- Aplicaciones en CR: Piscina climatizada = 28 C Con sistema de calefacción de gas. Ubicada en Aserrí. Piscina climatizada = 34 C Con sistema de caldera a diesel. Ubicada en San José.

8 B- Aplicaciones en CR: Sistema de calefacción con Colectores plásticos. Ubicada en Heredia. Sistema de calefacción con Colectores metálicos. Ubicada en Alajuela.

9 II. Materiales y Método: A. Sistema B. Experimento

10 A- Sobre el Sistema: Dos piscinas, ambas de plástico y con igual dimensión: (largo 3m x ancho 2m x altura 0.65m) Conexiones hidráulicas necesarios para incorporar colector solar tipo placa plana de cobre (2m 2 ) Sensores de temperatura en varios puntos dentro de la columna de agua (0,10, 20, 30 y 40 cm), temperatura ambiente e intensidad solar Elementos complementarios como son los anillos solares. Acoplado como un sistema abierto de circulación natural tipo termosifón.

11 A- Sobre el Sistema: Sensor de medición de radiación solar Piscina B [PB] Piscina A [PA] Sensores de temperatura en la columna de agua Llenado de 2 piscinas iguales con área de 6m 2 y columna de agua de 50 cm (3000 litros cada una) y conexión de sensores al data logger de la estación meteorológica

12 A- Sobre el Sistema: Sensores de temperatura a la Salida del colector [ Tout ] Sensores de temperatura a la entrada del colector [ Tin ] Conexión del colector solar en forma termosifón, área de 2m 2 (33% del área de la piscina)

13 B- Sobre el Experimento: 1) Patio solar de la UNA ubicado en Heredia, (latitud 10º N, longitud 84º W; altitud 1050 m.s.n.m.) 2) Período de tiempo (Junio a Agosto del 2011) 3) Agua utilizada era potable, sin ningún elemento químico adicionado, turbiedad o sólidos suspendidos. 4) Se definieron 5 experimentos o tipos de sistemas para el estudio Experimento Piscina A [PA] Piscina B [PB] 1 Normal Normal 2 Normal Con colector solar 3 Normal Con 2 anillos solares 4 Normal Colector solar + 2 anillos 5 2 anillos Colector solar

14 Sistema completo listo para la etapa de experimentación

15 III. Resultados: A. Por experimento B. Discusión

16 Experimento 1: [PA] = [PB] Tmin. inicial = 20 C ambas / Tmáx. PA= 28 C, PB= 28,3 C Diferencia de T del agua a 30cm de profundidad osciló entre 2 a 4 C Variación de la temperatura superficial del agua en dos piscinas iguales para el 8 de Junio de 2011.

17 Experimento 2: [PA] vs [PB + Colector Solar] Diferencia de T de PB siempre fue > que PA, en el orden de 2 a 3 C + Diferencias de T en el colector solar: Tin = 23 C / Tout= 43 C Variación de la temperatura promedio del agua en dos piscinas iguales, entrada (Tin) y salida (Tout) del colector solar y radiación solar incidente (H) para el día 22 de Junio de 2011.

18 Experimento 3: [PA] vs [PB + Anillos Solares] Doble capa de vinilo resistente a los U.V. con aire que funciona como aislante Capa inferior de color azul absorbe hasta un 50% de la radiación Colocación de Anillos Solares (Solar Rings) en la PB Cada uno con diámetro de 1,5m, en total cubren un 58% del área superficial de la piscina

19 Experimento 3: [PA] vs [PB + Anillos Solares] Variación de la temperatura del agua en piscina sin anillos (TPSA) y en piscina con anillos (TPCA) versus radiación solar incidente, medidos el 9 de Agosto de Diferencia de T en PB siempre fue > que PA, en el orden de 3,8 a 4 C + Variación de la temperatura superficial del agua en dos piscinas iguales, PB alcanzó usando una anillos Tmáx solares = 32,5 C el 09 de Agosto de 2011 en Heredia, Costa Rica. H (W/m2) TPSA TPCA Radiación Solar (W/m2) Temperatura (ºC) 0 09:00 a.m. 09:30 a.m. 10:00 a.m. 10:30 a.m. 11:00 a.m :00 p.m. 12:30 p.m. 01:00 a.m. 02:00 a.m. 03:00 a.m. 05:30 a.m. 0 Hola local (civil)

20 Experimento 4: [PA] vs [PB + Colector + Anillos] Diferencia de T en PB siempre fue > que PA, en el orden de 6,4 a 6,8 C + PB alcanzó Variación una Tmáx de la temperatura = 34,1 C superficial del agua en dos piscinas iguales, usando anillos solares y colector solar el 23 de Agosto de 2011 en Heredia, Costa Rica. H (W/m2) TPSC TPCC+A Tin Tout Radiación Solar (W/m2) Temperatura (ºC) :30 10:00 10:30 11: :00 12:30 01:00 01:30 Hola local (civil) 02:00 02:30 03:00 05:00 Variación de la temperatura promedio del agua en piscina normal y otro con dos anillos solares y un colector solar, para el día 23 de Agosto de 2011.

21 Experimento 5: [PA + Anillos] vs [PB + Colector] Diferencia de T en PA siempre fue > que PB, en el orden de 1,0 a 1,8 C + Variación de la temperatura superficial del agua en dos piscinas iguales, una solo con anillos y otra solo con colector para el 25 de Agosto de 2011 en Heredia, Costa Rica. PA alcanzó una Tmáx = 29,4 C / PB alcanzó una Tmáx = 28,3 C H (W/m2) Tanillo Tcolector Tin Tout Radiación Solar (W/m2) :30 10:00 10:30 11: :00 12:30 Hola local (civil) 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 04:00 05:00 Variación de la temperatura promedio del agua en dos piscinas, uno con Dos anillos solares y otro con un colector solar, para el día 25 de Agosto de Temperatura (ºC)

22 A- Resumen de Resultados: Exp [PA] [PB] Observación Diferencia de T 1 Normal Normal PA = PB 0,3 C (sensores) T C = T 2 (efecto de radiación solar) 2 Normal Con colector solar PA < PB T 2 + (2-3 C) 3 Normal Con 2 anillos solares PA < PB T 2 + (3,4-4 C) 4 Normal Colector solar + 2 anillos PA < PB T 2 + (6,4-6,8 C) 5 2 anillos Colector solar PA > PB T 2 + (1-1,8 C)

23 B- Discusión: Transmisividad de la Intensidad Solar (%) Dufie y Beckman (2013): se mencionan técnicas de cobertura de piscinas con plásticos transparentes realizados en Denver, USA, donde se observó un aumento de la temperatura del agua en el rango de 5 a 10 C sobre la temperatura ambiental. Laughton (2010): en climas templados, la relación de áreas de colectores/absorbedores para climatización de piscinas esta en el rango de 50% a 100%, mientras que en climas tropicales se puede esperar un rango entre 30% a 50%. Florida Solar Energy Centre (2006): las piscinas se puede considerar como un colector solar que puede absorber hasta un 75% de la energía solar en forma de calor Profundidad Columna de Agua (cm) Transmisividad de Radiación Solar en la Columna de Agua de las Piscinas, medido el 29 de Junio de 2012 en Condiciones de Cielo Despejado

24 IV. Conclusión: A. Sobre experimento B. Recomendaciones

25 A- Conclusiones: Aunque se venden sistemas solares para calentar piscinas en Costa Rica, no existen estudios técnico «in-situ» de su rendimiento. Aunque éste es un estudio preliminar con condiciones controladas, se logra conocer algunos datos interesantes: En Heredia, en época lluviosa, se observa que solo lo por la absorción de los rayos solares, la temperatura de agua alcanza hasta 28 C, transmisividad máxima a 40cm de profundidad fue de 40%. Con un colector solar de 2 m2 (33% del área del piscina), la temperatura de agua eleva hasta los 30 C. Con anillos solares de área 3.5 m2 en total (59% del área del piscina), la temperatura de agua alcanza hasta los 32 C. En el caso colector solar y anillos solares, se alcanzan hasta los 34 C. Importante para aplicaciones terapéuticas! La diferencia del temperatura del agua sobre superficie y a una profundidad del 30 cm era menor en el rango de 2 a 4 C, es decir que había estratificación. No se puede olvidar que durante día cuando esta usando anillo solar, no se puede usar la piscina.

26 B- Recomendaciones: A nivel práctico: Un colector de placa plana de cobre no se usaría para climatización de una piscina recreativa porque los aditivos químicos dañarían las tuberías y la placa absorbedora en un sistema tipo termosifón, pero si podría usarse en un sistema de circulación forzada con un intercambiador de calor de acero inoxidable. Lo ideal sería, utilizar el colector durante el día y los anillos en las horas de no uso de la piscina, especialmente en la tarde-noche. A nivel de investigación: El estudio del comportamiento de la piscinas con fines terapéuticos sería el siguiente paso, e incluir la evaluación de las pérdidas de calor por evaporación después de la puesta del sol y hasta la noche. Creemos que es ventajoso el uso de los anillos para almacenamiento de energía calórica proveniente del sol usando un estanque solar dados los hallazgos encontrados en este estudio.

27 MUCHAS GRACIAS! MAYORES DETALLES. Tel: /