calentador solar de agua con posicionador electrónico - Iberchip.net

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+X Y 10 0.625 20 2.5 30 5.625 40 10.0 50 15.62 60 22.5 Tabla 1. Tabulación de la ecuación del plano (cm.) 3. CALCULOS ENERGÉTICOS Para Determinar la energía solar que se recibe por metro cuadrado de superficie se obtuvo como referencia la cantidad de energía que llega a la superficie de la atmósfera que el la constante solar que equivale a 1400 joules / seg-metro cuadrado[2]. Esta cantidad de energía es la que llega a la capa superior de ozono en la parte mas alta de nuestra atmósfera y equivale aproximadamente a la energía que requiere un motor de dos caballos de fuerza para funcionar adecuadamente. El día domingo 16 de mayo aproximadamente a las 2:00 PM el sol estaba a 90º es decir cuando estaba más intensa la energía recibida, se coloco una masa conocida de cobre de 32 gr. con una área de superficie de 11.44 cm2 expuesta directamente a la luz solar, y con un termómetro para monitorear su temperatura a una razón de dos tomas de temperatura por minuto, de donde obtuvimos como dato después de graficar el incremento de temperatura con respecto al tiempo de exposición se sacó un promedio de incremento de 4 ºC por minuto. Y con este dato se puede llegar a calcular la energía intercambiada[3] con la siguiente fórmula: Donde: Q = C M ? T [Ec. 4] Q = cantidad de calor en joules C = calor especifico = 0.390 J/gr. ºC (para el cobre). M = masa = 32 gr. ?T = incremento de temperatura = 4 ºC/min. Q = (0.390)(32)(4) = 49.92 joules/min. Respuesta: 49.92 joules por minuto en el área de 11.44 centímetros cuadrados del cobre y obteniendo la relación, tenemos 727 joules por minuto en un metro cuadrado de exposición solar, en un segundo. Observe que ésta cantidad de energía es aproximadamente la necesaria para que un motor de un caballo de fuerza funcione con la energía proveída por un metro cuadrado de exposición a la luz solar. El área del plano paraboloide es de 1.14 metros lo que equivale a tener una captación de 829.0909 joules/seg. Mas de un caballo de fuerza !!! Para darnos una idea de la cantidad de agua que se puede calentar con esa energía se aplica otra vez la ecuación Q = C M ? T, y si despejamos la masa y ponemos varios valores de incremento de temperatura se pueden obtener los siguientes valores para temperatura y agua por hora (suponiendo que la toma de entrada sea de 20ºc): M = Q/(C? T) M = 2984727.24 j/hr (4.19 j/gr ºC)(? T) litros T Final ? T 35.617 40ºC 20ºC 23.744 50ºC 30ºC 17.808 60ºC 40ºC 14.246 70ºC 50ºC 11.872 80ºC 60ºC 10.176 90ºC 70ºC 9.372 96ºC 76ºC Tabla 2. Cantidades logradas en 1 hora. La tabla 2 nos dice que con la cantidad de energía solar recibida en 1.14 metros cuadrados podemos elevar la temperatura de agua de 20°C a un temperatura final marcada en la tercer casilla la cantidad de litros de la primer casilla. De esta manera la temperatura de salida del agua se puede controlar regulando el caudal de entrada de agua, lo que nos brinda mas facilidad en la utilización de éste calentador. 4. CONTROL DE POSICION 4.1. Objetivo del control: Este calentador debe llevar un controlador de posición que se retroalimenta con la posición del sol, de ésta forma, cuando el sol cambie de
posición, el controlador deberá detectar el cambio por mínimo que sea y corregirá la posición angular del plano de captación, de lo contrario se tendrán perdidas energéticas. 4.2. Análisis del control: Primeramente se debe de idear la forma en la cual un sistema electrónico pueda determinar donde se encuentra una fuente luminosa como en este caso lo es el sol por lo tanto lo que vamos a sensar va a ser una diferencia de intensidad de la luz incidente en dos sensores del mismo tipo separados por una 4.3. Diseño del control: Para detectar una diferencia de luz, los sensores se escogieron dé tal manera que la resistencia de cada uno sea proporcional a la luz incidente y con este principio se ponen en un puente de weatstone alimentado con + 12 volts para que la salida diferencial sea positiva o negativa con respecto a tierra según sea el sensor con exceso de luz. El controlador empleado es un controlador proporcional con una ganancia de 2000, lo que aumenta la sensibilidad a los cambios de luz. Los sensores se montan en un puente de weatestone, y el voltaje diferencial resultante lo toma el amplificador[4], la retroalimentación del circuito es por medio de la posición. La etapa de potencia del controlador es por medio de relevadores, uno que se acciona con voltaje positivo, para girar el motor en un sentido, y otros dos que se accionan con voltaje negativo, éstos últimos para invertir la polaridad de alimentación del motor, de esta manera gira hacia el otro sentido. La disposición de los sensores se muestra en la figura 2, donde se indica el sentido de giro para alcanzar la misma cantidad de luz en los dos sensores, la figura 3 muestra el diagrama completo del controlador. Figura 2. Disposición de sensores. 4.5. Diagrama del controlador. Figura 3. Diagrama total del controlador. 5. BIBLIOGRAFÍA [1] I. Suvorov, “Calculo Diferencial e integral con Geometría analítica”, PISA, pp.62-64, 1983. [2] Diccionario Enciclopédico Salvat, tomo 5 pp. 1187, 1981. [3] Zundahl, “Fundamentos de Química”, Mc. Graw Hill, pp.72-73, 1992. [4]Robert F Coughlin, “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”, Prentice hall, pp.120-123, 1993.
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