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ENERGÍA-PUERTO RICO: Donde hay sol, hay electricidad

por Carmelo Ruiz
SAN JUAN, abr (IPS) – Puerto Rico está bendecido con abundante sol. Su sector energético aún no ha explotado esa ventaja, pero un pequeño aunque creciente grupo de pioneros están hoy dedicados a la instalación de paneles solares fotovoltaicos.

Uno de ellos es Emmanuel Pérez, quien brinda asesoramiento y diseña sistemas de energía solar para aquellos interesados en sacarse de encima las onerosas facturas de la estatal Autoridad de Energía Eléctrica (AEE).

Pérez, quien vive en la localidad montañesa de San Sebastián, es un incansable defensor de las fuentes renovables de energía y de las políticas alternativas en la materia.

”Alguien que construye una casa lejos de la red de electricidad verá que la energía alternativa es más competitiva que la ofrecida por la AEE”, sostuvo el experto y activista.

En la localidad de Camuy, cercana a San Sebastián, uno de los clientes de Pérez construyó una casa a 100 metros de la línea de energía más cercana. La AEE le pidió 12.000 dólares por la conexión. Pérez, en cambio, le instaló paneles solares a un costo único de 13.000 dólares.

”En realidad, ahorró dinero. Eso fue hace cinco años, y mi vecino no pagó ni una factura”, dijo.

La energía renovable avanza en todo el mundo. La facturación por equipos e instalación habrá subido de 4.700 millones de dólares en 2003 a 30.800 millones en 2013, según Clean Edge, firma consultora radicada en la occidental ciudad estadounidense de San Francisco.

La tecnología de energía solar es hoy unas 10 veces más cara que la de los combustibles fósiles para la generación de grandes cantidades de electricidad, según los Laboratorios Nacionales Sandia, del gobierno de Estados Unidos.

Pero los paneles solares de producción de electricidad, que costaban 100 dólares por watt en 1976, hoy se venden a menos de tres dólares por watt, y se prevé que los costos caerán a un ritmo de cinco por ciento al año aun si no se producen grandes avances tecnológicos.

”El viento y el sol son las fuentes de energía de más rápido crecimiento en el mundo. La capacidad instalada de generación solar se multiplicó por siete desde mediados de los años 90, y la de energía eólica, por 13”, informó en 2004 el Worldwatch Institute, centro académico radicado en Washington.

Esto implica un crecimiento anual de 22 por ciento para la energía solar y de 30 por ciento para la eólica en el último decenio, agregó. Estas cifras ”están más cerca de las computadoras y las telecomunicaciones que de las tasas de crecimiento de un dígito” de las energías tradicionales, explicó el Worldwatch Institute.

Pero si la energía solar resulta una inversión atractiva en viviendas y comunidades aisladas, la situación es muy distinta en zonas urbanizadas.

En las ciudades, ”el costo de la conexión” eléctrica tradicional es considerado un gasto de construcción y ”se oculta en la hipoteca de las viviendas”, explicó Pérez. ”Así que no se sabe cuál es. No podemos competir así, pues se desconocen los costos de conexión”, añadió.

La quema de combustibles fósiles por parte de AEE y las compañías que contrata también tiene un importante costo ambiental. ”Sus centrales de energía contaminan el aire y son un riesgo de salud para las personas”, según Pérez.

La costa meridional de Puerto Rico cuenta con cuatro plantas: dos termoeléctricas de AEE, alimentadas con petróleo, otra operada por la firma Ecoeléctrica, a base de gas natural, y otra de la corporación AES, a carbón.

Estos generadores de energía son un peligro para el Bosque Seco Guánica, considerado por ambientalistas y científicos una maravilla única en el mundo pero afectada por la lluvia ácida.

La educación hace avanzar a la sociedad hacia la sustentabilidad y el consumo consciente, dijo Pérez. El sistema de enseñanza debería enseñar a niños y niñas cómo reducir el uso y desperdicio de electricidad, agregó.

”Los consumidores deberían exigir un sistema de energía más eficiente. Al comprar un refrigerador, pro ejemplo, puede consultarse la información dispuesta por el Departamento (ministerio) de Energía de Estados Unidos sobre su gasto de energía”, indicó Pérez.

”Y las diferencias son enormes. Hay heladeras que gastan 900 watts por día, y otros de las mismas dimensiones que usan 2.200. ¡Y debemos tirar esas bombillas incandescentes! El gasto inicial en bombillas fluorescentes es alto, pero uno de 15 watts es tan luminoso como uno incandescente de 60”, ejemplificó.

El Departamento de Recursos Naturales de Puerto Rico tiene una oficina de energía a cargo de promover su uso sustentable, pero los activistas no se muestran muy impresionados con su trabajo.

Si el gobierno no escucha, algunos individuos y organizaciones sí lo hacen. La organización comunitaria Casa Pueblo, ganadora de premios internacionales ambientales, consume electricidad producida por paneles que instaló Pérez.

”Creemos haber alcanzado un nuevo nivel de libertad con la energía solar. Rompemos la dependencia y avanzamos hacia la autonomía”, dijo el director de Casa Pueblo, Alexis Massol. (FIN/2005)

http://www.tierramerica.net/2005/0416/noticias1.shtml

pARA CONSTRUIR UN CALENTADOR SOLAR

insumos necesarios

hERRAMIENTAS

• terraja para roscar los tubos PVC

• Plegadora: doblar la chapa galvanizada a 90º para hacer la caja
• Soldadores
• Guillotina: para cortar la chapa galvanizada
• Sensitiva: sacar rebarbas y cortar los caños
• Sierra circular: para cortar las maderas utilizadas en la caja del primer colector
• Lijadora de banda: para lijar las maderas antes mencionadas
• Soldadores

Materiales

• Vidrio
• Lamina de zinc: utilizada en el tercer colector como placa absorvedora de calor
• Bronce fosforado: utilizado para las aletas del radiador en el primer colector
• Telgopor: es el aislante del primer colector
• Lana de vidrio: es el aislante del segundo colector
• Mexpol (aislante para techos): aislante del tercer colector
• Caños de cobre
• Estaño: para realizar las soldaduras del primer colector

· Bronce: para realizar las soldaduras del sgundo colector

· Materiales reciclados de una viejo refrigerador comercial: para extraer del mismo el radiador y la puerta.

Elementos de medición:

Los elementos de medición de temperatura utilizados fueron unicamente dos:

• Termómetro digital (sensores LM35)
• Termómetro de mercurio

El segundo Colector Solar Acumulador

A partir de los buenos resultados obtenidos en la primera experiencia, se proyectó, construyó y comparó un CSA de mayor capacidad, 768 litros, recubierto ahora por tres capas de policarbonato alveolar, que denominaremos: CSA-T768. Se buscó de esta forma reducir el mayor defecto encontrado en el primer CSA-T384, esto es sus altas pérdidas térmicas nocturnas.

En primera instancia se estimo que podríamos extraerle el doble de agua caliente con relación al primer dispositivo, esto es 300 litros por día. Luego de iniciada la primera serie, se vio que esta cantidad era excesiva y el dispositivo había perdido buena parte de sus ventajas que mostró con relación a los CS´s, relacionada con la mayor masa de agua contenida en el tanque y que produce menores fluctuaciones en los valores de la temperatura del agua caliente extraída, con relación a los CS, cuando se suceden series de días soleados interrumpidos por días intermedios nublados o seminublados. Un análisis de la radiación solar que le llega al CSA-T768, en promedio a lo largo del año es del 66%, con respecto a los 4 m2 de colectores solares planos, inclinados 45° al norte, que posee el CS-T270 con que se lo comparó. (Fasulo y otros, 2001) El CS-T270 comercial empleado para comparación, diseñado para la producción de 300 litros de agua caliente por día, está constituido por dos colectores planos de 2 m² cada uno y tanque de acumulación de acero inoxidable de 270 litros de capacidad protegido térmicamente por 12 cm de materiales opacos y una cubierta de chapa. En la figura 3 podemos ver una fotografía del dispositivo instalado con el CS-T270 con el que se lo comparó.

El CSA-T768 posee 5 termocuplas instaladas en el interior del tanque, 4 sobre la superficie exterior del tanque y 9 sobre las caras interiores de las superficies de policarbonato, tanto sobre el sector cilíndrico como las porciones planas de las tapas. Estas nos permiten seguir la evolución de las temperaturas en el interior del dispositivo y determinar así las eficiencias internas diurnas, y las perdidas térmicas nocturnas.

http://www.textoscientificos.com/energia/solar/nuevo-colector-solar-acumulador/experiencias

El primer Colector Solar Acumulador

El primer CSA experimentado consistió en un tanque de 384 litros de capacidad, construido con acero inoxidable, cubierto con pintura negro mate y protegido térmicamente del medio ambiente con una cubierta de policarbonato alveolar de 4 mm de espesor, CSA-T384. La cubierta de policarbonato se mantiene a una distancia de unos 8 cm de la superficie del tanque. Está sujeta en su contorno inferior por una base de madera aglomerada (que sostiene el tanque) y por la parte superior por la tapa, construida con el mismo material, que se mantiene centrada y fija por el tubo de salida del agua caliente del tanque. Ambas superficies de policarbonato se mantienen unidas y selladas mediante ataduras y pegamentos.

Las experiencias se desarrollaron entre febrero y junio de 1997 y consta de tres series. En la primera comparamos el CSA-T384 con un CS comercial de bajo costo, constituido por un Colector Plano de 2 m2 de superficie, con placa absorbedora de acero inoxidable, cubierta con pintura negro mate y con su parte frontal protegida del medio ambiente con una placa de policarbonato alveolar de 4 mm de espesor. Se usó un tanque de acumulación de 100 litros de capacidad de fibrocemento, con flotante para el control del nivel, 10 cm de aislaciones de poliestireno expandido granular y cubierta externa de chapa galvanizada, que denominaremos: CS-T100.

A partir de la segunda serie se agregó un CS comercial de mayor calidad, esta mayor calidad se refiere al tanque de acumulación, usándose un tanque de acero inoxidable de 270 litros de capacidad, que opera bajo la presión del tanque con agua de reserva domiciliaria, con aislaciones y cubierta externa similar al anterior, que denominaremos CS-T270.

En la figura 2 podemos apreciar las características de los resultados que se obtienen. Vemos que para la primera serie (Días Julianos 55 a 74) con una radiación solar global horizontal, H, entre 25 y 30 Mj/m2 y con una temperatura del agua fría entre 20 y 25° C, ambos dispositivos, el CSAT384 y el CS-T100, presentan casi todos los valores (agua caliente extraida) por encima de los 40° C. Para la segunda serie (Días Julianos entre 103 y 121), con H debajo de 20 Mj/m2 y una temperatura del agua fría próxima a 20°C, el CSA-T384 presenta casi todos sus valores por debajo de 40° C, mientras los otros dos CS se mantienen por encima de los 40 °C, con unos pocos puntos por debajo.

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eL COLECTOR

El Colector Solar Acumulador propuesto, CSA, consiste de un tanque de acero inoxidable de sección circular, cerrado mediante dos tapas del mismo material. Su superficie exterior está cubierta con pintura negro mate. Posee dos orificios, ubicados en las tapas, por los que se conecta con el sistema de provisión de agua caliente domiciliario. El colector solar acumulador propuesto se instalará en un lugar que reciba la mayor cantidad de radiación solar durante todos los días del año. En la figura 1 podemos ver un esquema del colector solar acumulador. Podemos ver que el dispositivo opera bajo la presión del agua contenida en el tanque de reserva domiciliario. El agua contenida en el CSA circula hacia el usuario cuando este abre una canilla de agua caliente. El tanque en su interior a unos pocos centímetros de la entrada de agua y enfrentando a esta lleva una placa paralela a la tapa inferior, cuya finalidad es evitar que el ingreso de agua fría destruya la estratificación térmica del agua contenida. El tanque se asienta sobre una base de material aislante. Esta misma base sirve de soporte para la cubierta semitrasparente a la radiación solar (policarbonato alveolar) que rodea completamente al tanque por su lateral y tapa superior, protegiéndolo térmicamente del medio ambiente

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CSA

Un Colector Solar Acumulador (CSA) es un componente habitualmente utilizado para instalaciones de provisión de agua caliente residencial, realiza la acumulación de la energía a través de la misma agua que se consume y en el mismo lugar de captación de la energía solar por la superficie absorbedora del colector. Los CSA se conectan directamente en serie a la línea de provisión de agua y actúan como precalentadores del sistema de provisión de agua caliente, respondiendo directamente a la demanda de los consumidores, sin necesidad de bombas de impulsión ni controladores (ASHRAE, 1995). Además, dada su gran masa térmica, estas unidades son muy resistentes al congelamiento (Goetzbeger y Rommel, 1987) y no debe preverse ningún dispositivo adicional para su protección nocturna. Esta simplicidad de funcionamiento y montaje, así como su resistencia al congelamiento, han hecho que este tipo de colectores estén siendo día a día más utilizados, desplazando en muchos casos al tradicional sistema de colector plano, ya que este último, requiere una alta inversión inicial debido a su mayor complejidad tecnológica. (Barral y Wood, 1997)

Existen varios modelos de CSA, consistentes en general en tanques, o en tubos conectados en serie dentro de una caja aislada cubierta por una o varias superficies transparentes, pudiendo o no disponerse alguna superficie reflectante, dependiendo del diseño. La superficie exterior de los tanques o tubos, pintada de negro o con una superficie selectiva, absorbe la energía solar y el agua que se encuentra dentro de ellos, sacando provecho de su alta capacidad térmica, almacena la energía absorbida. Por el último tanque o tubo sale el agua que demanda el usuario, que es la que está más caliente por haber permanecido más tiempo dentro de la unidad, agua que es reemplazada automáticamente en el otro extremo (la entrada al colector) por agua fría proveniente de la red de suministro (Barral, 1997).

Desde 1997, se está ensayando un nuevo tipo de colector solar acumulador en el Laboratorio de Energía Solar de la ciudad de San Luis (Fasulo et al., 1997), el cual tiene la particularidad de consistir en un solo tanque, que no está contenido en una caja aislada, oficiando de aislante térmico el mismo sistema de cubierta que deja pasar los rayos solares. Aunque existen muchos modelos de CSA basados en un solo tanque (Reif, 1983) no se han encontrado antecedentes bibliográficos de modelos similares al descripto en este trabajo. El sistema total consiste en un tanque cilíndrico de acero inoxidable, colocado sobre el techo en forma vertical (ver Fig. 1), en el cual el agua caliente que se demanda sale por la parte superior y es reemplazada por agua fría que entra al tanque por el fondo en su eje central, proveniente de un tanque de almacenamiento. El sistema de cubierta está compuesto por una, dos o tres superficies de policarbonato alveolar, material que ha probado reunir muy buenas características para aplicaciones solares, y en particular presentando como ventajas ante el vidrio su alta resistencia al impacto y su bajo peso específico (Lenel y Mudd, 1984).

Estos modelos de CSA han sido ensayados durante algunos años, utilizando distintas variantes en lo que respecta a volumen del tanque, cantidad de cubiertas de policarbonato y distintas configuraciones (Fasulo et al., 1998). El estudio ha sido básicamente experimental, a partir del análisis de la energía absorbida por el colector y la capacidad de provision de agua caliente. A tal fin se montó un sistema de varias termocuplas en distintos lugares del sistema y se realizaron mediciones sistemáticas en función a extracciones de agua programadas durante distintas horas del día. Los colectores solares de placa plana, dada la pequeña cantidad de agua que contienen, presentan la posibilidad de considerar su funcionamiento como el de estado estacionario.

Entonces es posible determinar su comportamiento térmico a partir de ensayos de corta duración (Duffie y Beckman, 1991), esto no es posible con los CSA por su gran masa térmica y es necesario prever ensayos de larga duración para precisar el comportamiento de los mismos en las condiciones climáticas a que estén sometidos (Faiman, 1984). Bajo esta hipótesis de trabajo, las experiencias sobre estas unidades se extendieron durante varios meses.

Dado que uno de los principales problemas de los colectores solares acumuladores es su elevada pérdida energética, debido a la exposición del elemento de almacenamiento al medio ambiente (Tripanagonstopoulos y Yianoulis, 1992) se ha realizado un estudio de dichas pérdidas (Fasulo et al., 2000) para poder identificar los puntos críticos del sistema y hacia donde deberían apuntarse las mejoras para la conservación de la energía.

En este trabajo se detallan las experiencias llevadas a cabo entre los años 1997 a 2000, se describe la metodología utilizada y se presentan resultados en tablas y gráficos, remarcando los aspectos vinculados a la temperatura del agua caliente obtenida, eficiencias, y pérdidas térmicas nocturnas, para los distintos sistemas ensayados.

Se observa que el funcionamiento es satisfactorio, lográndose buenos resultados, comparables a los de los calefones convencionales, durante unos seis meses centrados en el verano. Para el resto del año, puesto en serie con un calefón convencional, se encuentra que permite bajar el consumo de la energía convencional empleada, al elevar la temperatura del agua fría de entrada.

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Un nuevo colector solar acumulador

Presenentamos………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………un nuevo dispositivo………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………….para el calentamiento solar de agua…………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………..para uso domestico…………………

Contiene en un solo cuerpo el colector solar y el acumulador de agua caliente

El mismo consiste de un tanque metalico recubierto con material altamente absorbente de la radiacion solar. El tanque esta termicamente protegido del medio ambiente mediante una o varias envolturas semitransparentes de la radiacion solar.

Mostramos las diversas experiencias efectuadas en los últimos años destinadas a evaluar su capacidad para satisfacer determinadas demandas de agua caliente. En todos los casos las experiencias se llevaron a cabo en paralelo, para comparación, con un calefón solar comercial actual. Estas se efectuaron bajo diferentes condiciones climáticas, tamaños del dispositivo y cantidad de agua extraída. Las sucesivas mejoras introducidas, tanto en cantidad como calidad de los materiales empleados, resultaron en una mejora de su eficiencia, así como un mayor conocimiento de la forma en que adquiere y pierde energía térmica. Los resultados son presentados mediante gráficas, figuras y tablas. Estos permiten concluir que el dispositivo posee capacidad para sustituir a los calefones solares comerciales durante no menos de seis meses del año, el resto del año puesto en serie con un calentador operado con energía convencional, permite reducir el consumo de esta.

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Tanques de almacenamiento.

Existen varios tipos de tanques de almacenamiento para agua caliente. Los utilizados más frecuentemente con colectores de placa plana en sistemas nuevos son los sistemas integrados, donde los tanques de almacenamiento son montados junto con los colectores, generalmente sobre el techo. Los tanques son ubicados sobre los colectores para aprovechar el efecto de termosifón. La densidad del agua varía según la temperatura. En general, el agua es más densa a mayores temperaturas de lo que es a menor temperatura. Los sistemas de termosifón hacen uso de este principio para hacer circular agua a través del colector, el agua fría, proveniente de la cañería, atraviesa el colector mientras el agua caliente es extraída del tanque de almacenamiento. Para que el termosifón sea exitoso es esencial que los caños tengan el diámetro adecuado. Las principales ventajas del uso de sistemas con tanques de almacenamiento integrados son que el sistema es más rentable para quienes lo instalen y el agua caliente se suministra a la presión de las cañerías.

Los sistemas de alimentación por gravedad también pueden ser utilizados para almacenar agua de los colectores de placa plana. En esta configuración, el tanque es instalado en una cavidad en el techo, y únicamente el colector es expuesto al sol. La posición de los colectores debe ser la adecuada para permitir que se produzca termosifón en forma natural.

Aunque estos sistemas son generalmente más baratos al momento de su compra, la cañería de la vivienda debe ser adecuada para alimentación por gravedad, esto es caños más anchos.

Otros sistemas que se utilizan con colectores de placa plana, aunque menos populares, son los sistemas forzados, en los cuales un tanque a la presión de cañería es ubicado a nivel del suelo y el colector en el techo. En estos sistemas una bomba de agua es activada cuando brilla el sol y el agua fría circula atravesando el colector. Los sistemas forzados son más caros que los sistemas integrados o de gravedad, y necesitan electricidad para accionar la bomba de circulación de agua.

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Colectores

Colectores de placa plana

Los colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y utilizan el calor del sol para aumentar la temperatura del agua hasta alrededor de los 70ºC.

Estos colectores consisten en una caja herméticamente cerrada con una cubierta de vidrio algún otro material transparente. En su interior se ubica una placa de absorción la cual esta en contacto con unos tubos por los que circula un liquido que transporta el calor. Existen un gran número de diferentes configuraciones de los tubos internos en los colectores de placa plana.

Los colectores tradicionales, como los de serpentina o los de tubos paralelos, consisten en varios tubos de cobre orientados en forma vertical con respecto al colector y en contacto con una placa de color oscuro, generalmente esta placa es metálica aunque que en algunos casos puede ser de plástico o algún otro material.

En el caso de los colectores de tubos paralelos, se colocan tubos de mayor sección en la parte inferior y superior, para asistir a la extracción de agua caliente y al ingreso de agua fría para su calefacción.

La placa de absorción es aislada de la pared exterior con material aislante para evitar pérdidas de calor.

En los últimos años se han desarrollado platos compuestos de superficies de absorción selectiva, hechos de materiales con fuerte absorción de la radiación electromagnética y baja emisión.

Colectores de tubo de vacío

Los colectores de tubo de vació se encuentran entre los tipos de colectores solares más eficientes y más costosos. Estos colectores se aprovechan al máximo en aplicaciones que requieren temperaturas moderadas, entre 50 ºC y 95 ºC, y/o en climas muy frios.Los colectores de tubo de vacío poseen un absorbedor para capturar la radiación del sol que está sellado al vacío dentro de un tubo. Las perdidas térmicas de estos sistemas son muy bajas incluso en climas fríos.

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Calentadores solares domesticos para agua

Un sistema de calefacción de agua esta compuesto principalmente por los siguientes elementos:

• Uno o más colectores para capturar la energía del sol.

• Un tanque de almacenamiento.

• Un sistema de circulación para mover el fluido entre los colectores y el tanque de almacenamiento.

• Un sistema de calefacción auxiliar

• Un sistema de control para regular la operación del sistema.

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