UNIVERSIDAD TÉCNICA

DE COTOPAXI

CIENCIAS DE LA INGENIERÍAS Y APLICADAS

INGENIERÍA INDUSTRIAL

Diseño y construcción de un calentador de agua casero con material reciclado a base de energía solar

AUTORES

GRANDA TAIPE MIGUEL 

PARRA ALEX

ARTEAGA GABRIEL

TUTOR

Ing. Miriam Iza

ABRIL-AGOSTO

2016

1.      SELECCIÓN  DELIMITACIÓN Y CONCERTACIÓN DEL TEMA

En el presente proyecto desarrollaremos un calentador de agua casero con materiales reciclados con el propósito de generar una concientización de investigación en los estudiantes de la carrera de Ingeniería Industrial.

Este proyecto consiste en la elaboración de un calentador de agua casero con materiales caseros y utilizando la energía del sol para poder calentar el agua sin necesidad de utilizar recursos no renovables.

2.      PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los estudiantes de la carrera de Ingeniería Industrial carecen de conocimientos investigativos sobre los procesos de reciclaje, el proyecto demostrara que materiales caseros pueden generar solución a problemáticas de diario vivir.

Dando así a formular varias preguntas investigativas a realizar como por ejemplo, que beneficios tendrá a corto mediano y largo plazo la fabricación de este calentador de agua, en el campo del proceso de reciclado sobre qué podemos hacer para que el mundo no se deteriore de una manera tan progresiva.

3.      ENUNCIADO DEL PROBLEMA

En la siguiente investigación se pretenderá analizar los problemas que se presentara a lo largo de la investigación, uno de ella es: ¿De qué manera podremos ayudar a los estudiantes de la Universidad técnica de Cotopaxi con la construcción del calentador de agua casero con materiales reciclados? ¿Cuáles serán los beneficios al realizar este calentador de agua casero?

4.      OBJETIVOS

4.1  OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un calentador de agua casero con material reciclado a base de energía solar.

4.2  OBJETIVOS ESPECÍFICOS

       I.            Estudiar su funcionamiento y beneficio a la sociedad.

    II.            Reutilizar los materiales reciclados apoyando a la conservación del medio ambiente.

 III.            Crear nuevas alternativas para calentar agua con el uso de energías alternativas.

5.      JUSTIFICACION

Muchas personas ocupan calentadores de gas o eléctricos sin estar ampliamente informadas del daño que ocasionan estos equipos al ambiente cuando son utilizados con frecuencia, sí además, se le aumenta, que en Ecuador, se producen miles de toneladas de desechos por año, se puede imaginar el impacto ambiental que está sufriendo la nación por la cantidad de desechos y gases que se envían a la biosfera.  Dentro de los desechos sólidos que se vierten en los tiraderos se encuentran involucradas latas de aluminio para su posterior venta a las empresas de reciclaje. Sin embargo, las latas de aluminio no siempre llegan a su destino de recolección o reciclaje.

Por lo tanto, el presente proyecto busca sacar ventaja de las latas de aluminio que generalmente se tiran a la basura, buscando, con todo lo anterior, justificar la creación de un proyecto para la creación de un calentador solar hecho con latas de aluminio que permita minimizar la acumulación de latas de aluminio en la basura y que a su vez contribuya a disminuir la contaminación y lograr economía en los hogares que lo utilicen.

Al ofrecer nuevas alternativas que disminuyan el uso de energía, se aproveche el recurso natural de la energía solar, de material de desecho y se pudiera disminuir el gasto económico familiar, se planteó el presente proyecto donde se ha propuesto el empleo de latas de aluminio, para precalentar agua empleada en hogares. Desarrollando y aplicando una metodología para el diseño de prototipos con visión sistémica que posteriormente derivará en la construcción de un calentador de agua construido con latas de aluminio que se recuperaron de desechos

CAPÍTULO  1

6.      MARCO TEORICO

6.1   PRINCIPALES CONCEPTOS

El Sol.- El Sol es una estrella común y corriente. Esto quiere decir que en el Universo existen millones de estrellas como ésta. Sin embargo, aquéllas se localizan a miles de millones de kilómetros de nuestro planeta y por esta razón, para nosotros no son más que débiles puntos de luz en el firmamento. La estrella más cercana a la Tierra es el Sol, que se encuentra a 149 450 000 Km. de distancia; nuestra estrella tiene un diámetro de 1 391 000 Km., aunque para nosotros no es más que un plato amarillo de unos cuantos centímetros de diámetro. Tiene una masa de 2 X 1030 kilogramos, cifra difícil de imaginar para nosotros, que estamos acostumbrados a las masas de los objetos terrestres, pero es 333 veces más pesado que la Tierra.

El Sol existe desde hace 4 600 millones de años y se cree que seguirá viviendo durante un periodo similar; por lo tanto, para cualquier fin práctico, el Sol es una fuente inagotable de energía.  La radiación que emite el Sol en todas direcciones, producto de las reacciones nucleares, corresponde a una parte del llamado espectro electromagnético. Cada cuerpo, según sus características intrínsecas, emite un patrón de radiación electromagnética (una forma de radiación característica) que puede identificarse en el espectro electromagnético. La más común es la luz visible, pero también los rayos X o los rayos infrarrojos constituyen otras formas de radiación electromagnética.  

La Tierra tiene una atmósfera cuyo límite se fija convencionalmente a 2000 km. de altura sobre la superficie y está compuesta de las siguientes capas: troposfera, estratosfera, ionosfera y exosfera. Ésta funciona como un gran invernadero, que guarda parte del calor proveniente del Sol; el efecto invernadero permite que la temperatura terrestre no sea la de un témpano de hielo. Sin embargo, el efecto invernadero también puede provocar un calentamiento global del planeta, lo cual ocasionaría daños ecológicos. Para entenderlo se debe mencionar que cuando la radiación llega a un objeto, éste la absorbe y a su vez emite una radiación en forma de ondas electromagnéticas que no necesariamente tiene la misma longitud de onda.

Un ejemplo muy claro lo podemos observar cuando los rayos solares llegan a un invernadero, el vidrio deja pasar la longitud de onda corta, y el suelo y las plantas absorben esa radiación, pero, a su vez, emiten una radiación de longitud de onda larga. Esta radiación de onda larga no puede salir porque el vidrio no deja pasar esa radiación. Así, como el calor no puede salir se eleva la temperatura en el interior del invernadero. Para saber cuál es la cantidad de radiación que llega a la superficie de nuestro planeta y no sólo a la frontera de la atmósfera, debe hacerse un análisis global de los diferentes procesos físicos y químicos que tienen lugar desde que la radiación solar atraviesa la atmósfera hasta que llega a la superficie terrestre. Este proceso global se llama balance energético de la radiación solar.  Hacer un balance preciso de la radiación solar resulta una tarea compleja. Hasta ahora sólo se han hecho aproximaciones. Por otro lado, la radiación solar que recibe cada punto de la Tierra varía, dependiendo de la radiación directa y difusa que reciba. Por ello, hablar de un balance global resulta una aproximación de la radiación promedio anual que recibe la superficie terrestre, aunque permite darse una idea de lo que sucede.

Radiación Solar.- Solamente 47% de la radiación solar que absorbe nuestra atmósfera llega a la superficie terrestre; 31% directa y 16% indirectamente, como radiación que se difunde en la atmósfera y se denomina, por ello, radiación difusa. Por otro lado, la radiación solar que se desaprovecha se divide en los siguientes porcentajes: 23% se va al espacio exterior por reflexión en la capa superior de la atmósfera, 6% se pierde por difusión de aerosoles, 7 % se refleja en el suelo terrestre y 17% lo absorben las distintas capas de la atmósfera. La suma de estas pérdidas da un total de 53%.

Fig. 1. Balance energético de la radiación solar para longitudes de onda corta. (4 μm.) Por lo tanto, en los diferentes dispositivos solares se puede aprovechar, en promedio, 47% de la radiación que llega fuera de la atmósfera. De acuerdo a la ubicación de cada zona que recibe irradiación varía la cantidad de esta, en el solsticio de invierno, el 21 de diciembre, los rayos solares llegan al Hemisferio Norte durante menos tiempo, porque es el día más corto del año, y el Sol se encuentra al mediodía en el punto más bajo del cielo; en consecuencia, en el día el soleamiento es mínimo. En el Hemisferio Sur ocurre lo contrario. La radiación que llega a la Tierra es variable y dichos cambios deben conocerse para saber la cantidad de radiación que puede aprovecharse en cada lugar del planeta. En otras palabras, la radiación solar no es constante sino que cambia según las estaciones del año, las condiciones atmosféricas y la latitud de cada región.

Definición de un colector solar.- Un colector solar es cualquier dispositivo diseñado para acumular la energía irradiada por el sol y convertirla en energía térmica.

Clasificación de colectores solares

Los colectores solares se clasifican en dos grandes grupos que son:

Fig. 2. Clasificación de los colectores solares.

- Colector de baja temperatura (utilizados fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y calentamiento solar de agua).

- Colector de alta temperatura (conformados mediante espejos, y utilizados generalmente para producir energía eléctrica). También llamados de concentración. Todos estos a su vez se subdividen de acuerdo al modo en el que están construidos.

Calentador Solar con Latas de Aluminio.- En este proyecto se presenta el proceso de diseño y construcción de un calentador solar  CON LATAS DE ALUMINIO para consumo doméstico, hoteles, sanitarios entre otros. Hecho con material reciclable, de muy bajo costo pero sobre todo ecológico realizado por la mejora del medio ambiente. El  uso de la energía solar, junto con el empleo de toda una serie de fuentes renovables (energía procedente de las mareas, viento, geotérmica, hidráulica etc.) pueden ser muy bien aprovechadas por lo cual hemos puesto en marcha este proyecto.

CAPITULO 2

7.      INVESTIGACIÓN DE CAMPO

Al analizar la investigación podemos calentar agua de una manera muy rápida y limpia para el ecosistema, Comprobando así el proceso de calentamiento de agua a través de la energía solar que diariamente es proveedora por el sol y no tiene ningún costo.

CAPITULO 3

8.      PROPUESTA:

Ante la necesidad de utilizar energías alternas este proyecto se basa en reciclar materiales,  hemos diseñado un prototipo que nos permita calentar agua de una manera eficaz.

Los componentes que utilizaremos en este proyecto son reciclados y de bajo costo generando un producto económico, accesible y amigable con la naturaleza.

El principio de funcionamiento se basa en que los recipientes metálicos que contiene el líquido reciben directamente la luz solar generando el aumento de temperatura del mismo y del líquido contenido.

9.      GLOSARIO

·         LÍQUIDOS: El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible lo que significa que su volumen es, bastante aproximado, en un rango grande de presión.

·         FLUIDEZ: La fluidez es una característica de los líquidos o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea

·         MEZCLA Se conoce como mezcla a la combinación de dos o más sustancias, sin que se produzca como consecuencia de esta una reacción química y las sustancias participantes de la mencionada mezcla conservarán sus propiedades e identidad.

·         DE PALETAS

Consiste en esencia en una o varias paletas horizontales, verticales o inclinadas unidas a un eje horizontal, vertical o inclinado que gira axialmente dentro del recipiente (aunque no siempre está centrado con éste).

·         Agitación y mezcla de líquidos

Agitación- se refiere al movimiento inducido de un material en una forma específica, generalmente con un modelo circulatorio dentro de algún tipo de contenedor.

·         Mezclas de líquidos con líquidos

En general los líquidos se clasifican en dos grupos: hidrófilos o polares y lipófilos o apolares.

10. HIPÓTESIS

¿El diseño construcción e implementación  de un calentador de agua casero permitirá calentar el agua de una manera eficaz y económica para el gusto del consumidor?

11. VARIABLES INDICADORES

Variable Independientes	Variables Dependientes
·          Diseño de un calentador de agua casero. ·         Construcción de un calentador de agua casero. ·         Implementación de un calentador de agua casero.	·         Un producto económico y accesible para todo tipo de consumidor. ·         Nos ayudara a reciclar productos caseros y ser más amigable con el medio ambiente. ·         Nos permitirá reducir el consumo de energía eléctrica en nuestro hogar.

12. POBLACIÓN Y MUESTRA

·         Población

Postulantes:

Integrantes del proyecto (Estudiantes de la carrera de Ingeniería Industrial)

Director:

MSC. Hugo Armas

Asesor Metodológico:

Ing Miriam Iza.

Asesor Técnico:

ING. Valeria Cabezas

·        

13. DISEÑO ESTADÍSTICO

En Este tipo de  proyecto se lo realizo a través de una investigación aplicada ya que nos permite describir el funcionamiento y manejo adecuado del diseño a realizar. Se pretende analizar y realizar una investigación minuciosa tratando de encontrar datos cuantitativos para así llegar a la solución del problema.

14. PRESUPUESTO

INSTRUMENTOS	COSTOS
Internet	$2
Impresiones	$5
Anillado	$2
Transporte	$3
TOTAL	$13

15. CONCLUSIONES

·         A través del presente proyecto se evidenció en primera instancia, la enorme importancia que reviste el uso de la energía solar para el evaluar como el hombre con todas sus actividades altera, modifica o transforma los recursos naturales en función de sus necesidades, logrando así una relación bilateral entre el ser humano y su espacio.

·         El crecimiento de la población a través de los años demuestra que las tendencias en la evolución de sus centros poblados serán ascendentes, ejerciendo mayores demandas sobre el sistema energético.

·         Los calentadores solares tienen  muchos beneficios para los hogares de manera que no necesitan combustible convirtiéndose así en un producto que ayuda a equilibrar el ecosistema del mundo, tiene un alto rendimiento y sobretodo brinda seguridad a las familias sin gases tóxicos que puedan afectar su vida.

·         La energía solar no necesita de ningún combustible, solamente del sol y la claridad, se puede aplicar directamente al calentamiento del agua, existen equipos comerciales que contienen todos los accesorios necesarios para calentar el agua y acumularla para usos posteriores.

16. BIBLIOGRAFIA

ASAL, G. (1996). “Diseño de una vivienda unifamiliar utilizando energía  solar”. Trabajo de grado. Departamento de ingeniería Civil. Escuela  de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Universidad de Oriente. Núcleo  Anzoátegui

Censolar. “Centro de Estudios de la Energía Solar”.  Disponible en: www.censolar.com

LUGO M, Felipe M. (2006). Aplicación de Celdas Solares como Sistema Híbrido de Respaldo del Sistema de Emergencia de Subestaciones Eléctricas Remotas de PDVSA – Oriente. Trabajo de Grado en Ingeniería Eléctrica presentado en la Universidad de Oriente.

PERALES, T. (2007) “Guía del instalador de energías renovables: Energía Fotovoltaica, Térmica y Eólica”. Segunda edición. Editorial Limusa, México

Proyecto Nacional Simón Bolívar. Primer Plan Socialista PPS. (2007)

SALAZAR, L. (2007) “Sustentabilidad y desarrollo rural”. Manual de la arquitectura sustentable.  Edición de prueba, España.

Sostenibilidad energética en américa latina y el caribe: el Aporte de las fuentes renovables, CEPAL, GTZ, 2003.