MXJL00000007A - Calentador solar para liquidos, por incidencia y reflexion. - Google Patents

Abstract

Esta invencion se refiere a un calentador solar para liquidos, por incidencia y reflexion, que aprovecha la energia solar incidente a cuatro areas capturadas, inundadas del liquido a calentar, y la energia reflejada y concentrada por cuatro modulos sobre las mismas areas, lograndose por esta propiedad elevadas temperaturas en el liquido.El objeto de esta invencion es ecologico y economico ya que el equipo puede dar agua caliente para bano humano en lugares geograficos en donde antes solo con equipo a base de combustibles se lograba y en lugares de alta insolacion producira abundante agua caliente a elevada temperatura.

Description

-i- CALENTADOR SOLAR PARA LÍQUIDOS,POR INCIDENCIA Y REFLEXIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Los calentadores solares conocidos están integrados por un cajón de poca al tura,cuyo fondo está aislado térmicamente;en la parte media contiene una ca ma de tubos por donde circula el líquido o agua a calentar jorientados en la longitud mayor e interconectados a una entrada y salida común en cada extre mo, en la parte superior una cama de vidrios trasparentes que dejan pasar la radiación solar,pero aislan al sistema del aire ambiente. El cajßn se coloca a cielo abierto orientado norte-sur en su longitud mayor con el extremo norte más levantado y conectadas, su entrada y salida, a un tanque termo o a un proceso. En éste tipo de calentadores solares el área expuesta a los rayos,por su po sicißn casi horizontal,los recibe de las siguientes formas: a).- En horas tempranas ,muy inclinados ,poca ganancia, b).- A la hora meridiano,casi perpendiculares,alta ganancia. c).- En horas de la tarde,muy inclinados ,poca ganancia, d).- En verano,casi perpendiculares,alta ganancia. e).- En invierno,muy inclinados ,poca ganancia. En lugares geográficos a mucha altura sobre el nivel del mar o alejados de la zona tropical,se presentan condiciones de mucho frió o poca energía solar con éste tipo de calentadores no se logra elevar la temperatura del agua,co mo para un baño confortable, or contar solo con el efecto de incidencia di recta de la energía solar. Con el fin de compensar las variaciones de captación de la energía solar por latitud.,altitud y hora del dia y obtener mayor aprovechamiento de la mis ma con una mejor eficiencia,se investigo y desarrollé la tecnología para el diseño y construcción de éste novedoso " Calentador solar para líquidos,por incidencia y reflexión. ",que se pretende proteger por medio de la presente solicitud,por tratarse de un diseño totalmente diferente a lo conocido ya que aprovecha,simultáneamente,la energía directa incidente en cuatro áreas verticales captadoras ,que simultáneamente reciben la energía reflejada y con centrada por cuatro módulos que operan sin importar la hora del dia o fecha.

Los módulos reflejantes cubren el espacio horizontal y vertical entre cada dos áreas receptoras, ue están perpendiculares unas de otras, de tal manera que lo presentado al sol en unidades cuadradas,es mucho mayor que lo que pre sentan las áreas captadoras y como su construcción es de material ligero y económico,se tiene un equipo de gr n rea de trabajo a un menor costo. Por las características antes mencionadas ,1a energía solar es altamente con centrada lográndose temperaturas de líquidos mucho más elevadas que las lo gradas con cualquier otro sistema conocido. Por el ahorro de combustible que se obtiene con el uso de éste equipo y me-nos gases de combustión contaminantes, el equipo es ecológico por su función y las leyes de la óptica lo definen.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN.

Los detalles característicos de éste novedoso calentador solar para líquidos por incidencia y reflexión,se muestran cl ramente en la siguiente descrip -ción y en los 13 dibujos que se acompañan así como una ilustración de aque -lia y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes y las figuras mostradas. En las figuras enlistadas a continuación, se mencionarán las alineaciones y localizaciones de partes del equipo,por tratarse de un calentador cuyo combustible es el sol,con respecto a los puntos cardinales, (N° 1-sur), (N° 2-norte), (N° 3-oriente), (N° X-poniente) .

La figura 1. es una perspectiva convencional del equipo. La figura 2. es una proyección horizontal del calentador, La figura 3. es una perspectiva convencional del módulo reflejante norte- poniente. La figura k. es una perspectiva convencional de una silleta soportante del perfil que conforma la concavidad vertical de los módulos re fiejantes. a figura 5. es una perspectiva convencional del módulo reflejante sur- poniente. La figura 6. es una proyección horizontal de la mitad poniente del equipo con rayos solares oblicuos del norte. La figura 7. es una proyección horizontal de la mitad poniente,con rayos solares ecuatoriales. La figura 8. es una proyección horizontal de la mitad poniente con rayos solares oblicuos del sur. La figura 9- es una proyección vertical de la mitad norte,con rayos sola res oblicuos al atardecer. La figuralO. es una proyección vertical de la mitad norte, con rayos sola res ,perpendiculares ,hora meridiano- La figurall. es una proyección vertical de la mitad norte con rayos obü cuos ,primeras horas del dia. -k- La figura!2.- es un corte vertical qué muestra la tubería hidráulica de una área captadora,por donde circula el líquido a calentar. La figural3.- muestra el perfil vertical de las áreas captadoras.

Con referencia a dichas figuras el calentador solar está conformado por la combinación de dos sistemas básicos : a.- El primero consiste en k áreas captadoras de la energía solar (N° 5J6,T y 8),que van colocadas verticalmente,orientadas a los cuatro juntos cardinales (N° 1,2,3 y h ) , ostrados en las figuras 1,2,6,7 s8,12 y 13, y convergentes a un tubo central vertical, distribuidor común (N° 15) i Su trabajo consiste en recibir energía solar directa y reflejada a través de vidrios o plásticos transparentes (N° 8); esta energía calienta unas láminas negras (N° 77),que transmiten el calor a los tubos de cobre o aluminio (N° 7 ,figuras 12 y 13, y los tubos calien tan el líquido que circula en su interior, b.- El segundo sistema formado por cuatro módulos cóncavos refle jantes (N° 9»10,11 y 12), mostrados en las figuras 1 y 2 , que a manera de gajos cubre verticalmente y horizontalmente,el es pació comprendido entre las áreas captadoras y que su trabajo consiste en reflejar,en forma concentrada,sobre cualquiera de las k áreas captadoras,los rayos solares que no las tocaron en forma directa.

Por la dualidad de los dos efectos ,incidencia y reflexión,se logra un aumen to del 50 al 100 i?, de las temperaturas de las áreas captadoras y por lo tan to del líquido a calentar; el doble efecto de ganancia de calor y aumento de temperatura,logrado con el diseño de éste calentador, es totalmente novedoso y no existe en ningún otro equipo conocido- El formato de las reas captadoras se ilustra en las figuras ,12 y 13, cada una contiene un tubo horizontal superior, (N° lk) ,colector de líquido calen tado,un tubo vertical distribuidor de líquido por calentar, (N° 8?),un con junto de tubos de cobre o aluminio rolados en segmentos de arco concéntricos (N° 705que interconectan el tubo horizontal y el vertical,cerrando el cir cuito hidráulico; todo este sistema se interconecta al tubo de distribución general,vertica, (N° 15),que tiene una entrada de líquido por calentar (N° 75 y una salida de líquido calentado, (N° 76);las cuatro áreas se interconectan al tubo (N°15),de la misma forma y a 90° una de otra. Cubriendo al sistema anterior por ambos lados, tenemos lámina negra, (N° 77), vidrios transpa rentes o plástico (N° 78),para aislar el sistema. Todo lo anterior es soportado por la estructura metálica (N° 79).

En la operación, los tubos de cobre rolados, reciben del distribuidor gene ral (N° 15), y a través del distribuidor vertical (N° 8?),el líquido a calen tar,el cual fluye por los tubos rolados (N° 7 ,aumentando su temperatura y es colectado por el tubo (N° ik) , por donde circula al tubo general (N° 15 y al tanque termo de almacenamiento, o a un proceso,por la salida general -(N° 76) J s cuatro áreas captadoras están colocadas en el equipo en forma de cruz y alineadas con los ejes: norte-sur, (N° 2-1) ,y oriente-poniente, (N° 3-^),figuras 1 y 2, y convergen en el cruce de los ejes ,al tubo central (N° 15). La posición vertical de la tubería es otra de las novedades de éste equipo ya que aumenta la eficiencia de operación por qué las burbujas de gases des prendidos por el calentamiento,circulan rápidamente hacia la parte superior disminuyendo el coeficiente de fricción del líquido el cual circula rápida mente,aumentando la capacidad de intercambio de calor,en circulación por convección.

Los módulos reflejantes están conformados en su concavidad por la combina ción de dos curvas, una vertical y la otra horizontal, para poder reflejar cualquier rayo solar, sin importar su inclinación o declinación,sobre las áreas captadoras. La curva vertical,figura ^,está formada por una cintilla metálica o solera rolada, (N° 38),con un radio (N° 26), con origen en el punto (N° 25), y una longitud de radio comprendida entre (N° 25) y (N° 27), que es un punto sobre el segmento de arco (N° 38),el material rolado tiene un límite superior (N° 2^0, y un inferior (N° 23);el material rolado (N° 38),tiene como soporte la silleta de estructura metálica (N° 13).

La figura 4 coincidecon la primer silleta de la figura 3 y ee aprecia el eje vertical (N° 30-31), en ambas figuras. Varias silletas (N° 13), colocadas a decuadamente, conformarán el perfil de la curva horizontal de cada módulo reflejante. 5 La curva horizontal figura 2 está formada por dos mitades simétricas ,1a mi tad poniente comprende el arco entre los puntos (N° 29 y 28),módulo (N° 9) y el arco entre los puntos (N° 44 y 43), ódulo (N° 10). La mitad oriente com prende el arco entre (N° 39 y 4?), módulo (N° 12), el arco entre (N° 1 y 10 42),módulo (N° ll). El arco poniente se genera desde el centro (N° iß), con el radio (N° 20),que toca un punto cualquiera (N° 17),sobre el mismo; el centro (N° l6),está cituado sobre el eje oriente-poniente (N° 3- ). El arco oriente se genera desde el centro (N° l8),con el radio (N° 2l) ,que toca un punto cualquiera (N° 19) ,sobre el arco; el centro (N° 18), está ci 15 tuado sobre el eje oriente-poniente (N° 3- ).

En las figuras 3 y 5 ,se ilustra que los centros (N° 16) y (N° 18), están equidistantes del punto de cruce (N° 37), de los ejes norte-sur (N° 2-l), y oriente-poniente (N° 3-4), y como los radios generadores (N° 20) y (N° 21) 20 son iguales,se provoca la simetría de las dos mitades,oriente y poniente asi como la simetría de las mitades norte,módulos (N° 9 y 12), y sur,módulos (N° 10 y ll),con respecto al eje poniente-oriente (N° 4-3). Siguiendo el trazo de la curva horizontal se van colocando las silletas (N° 13),figura en forma consecutiva,figura 3.módulo (N° 9)5la. primera so- 25 bre el eje horizontal (N° 28), que es paralelo al eje oriente-poniente y a una distancia horizontal de éste y su punto inferior (N° 23),figura coin cide con el eje vertical (N° 30-31),el punto superior (N° 24), de la curva vertical de varias silletas,figura 4 , se hacen coincidir con los puntos (N° 32,33,34 y 35),situados sobre la curva horizontal (N° 28-2 ),figura 3 30 del módulo (N° 9)9y los puntos inferiores (N° 23),se alinean hacia el eje vertical (N° 30-31); la última silleta se coloca lobre el eje (N° 29),figu ra 3 ,que es perpendicular al eje (N° 28), y paralelo al eje norte-sur (N° 2-l)j una vez formado éste abanico de silletas,se fijan horizontalmente y sobre las curvas verticales (N° 38),tiras delgadas flexibles de lámina 35 reflejante (N° 36),figuras 3 y 5, asta cubrir toda el área modular. también puede construirse con otros materiales flexibles como plásticos y cartones con recubrimiento reflejante o bi n,en fibra de vidrio o plástico térmico por medio de moldes. {sr En la figura 5 ,se ilustra la conformación del módulo (N°10),la curva hori zontal se genera con el mismo radio (N° 20), y centro (N° l6),que el módu lo (N° 9),figura 3 ; las silletas (N° 13),se colocan igual que en el módu lo (N° 9),la primera sobre el eje (N° ),paralelo al eje oriente-poniente (N° 3-4) ,y el final (N° 23),sobre el eje vertical (N° 5-46), al cual se a linean todas la silletas y la última sobre el eje (N° 43),paralelo al eje norte-sur (N° 2-l); se colocan las tiras de lámina flexible y reflejante (N° 36), asta cubrir toda el área. Con todo lo anterior queda formada la mitad poniente,mßdulos (N° 9) y (N° 10),la otra mitad oriente se conforma simétricamente.

La operación novedosa del calentador se muestra en las figuras 6,7 y 8, a la mitad poniente,módulos (N° 9 y 10), y áreas receptoras (N° 5,6, y 7), le inciden haz de rayos solares,con diferente declinación, en horas de la mañana y en ellas se ilustra el comportamiento de reflexión de los mismos en la curvatura horizontal. La figura 6<j nos muestra rayos oblicuos del ñor te con un ángulo (N° 48),con respecto al eje oriente-poniente , or ejemplo, el rayo (N° 9),es reflejado doblemente, untos (N° 9.l) y (N° 9. ),módu lo (N° 9), y SU energía es captada en el punto (N° 49.3),en el área (N° 6) de igual manera se explican los rayo (N° 50,51 y 52), La figura 7, ecibe rayos ecuatoriales (N° 53,5^,55 y 56),paralelos al eje oriente-poniente ,(N° 3-4),y su reflexión y entrega de energía en las áreas captadoras,se explica con la numeración indicada. La figura 8 nos muestra rayos oblicuos del sur (N° 58,59,60 y 6l),con un ángulo (N° 57),con respecto al eje oriente-poniente,los puntos de reflexión y de entrega de energía están marcados con la numeración correspondiente. Por todo lo explicado en las figuras 6,7 y 8,se determina que en cualquier época del año¿por la mañana,la mitad poniente del equipo reflejará sobre las áreas captadoras (N° 5,6 y 7),los rayos solares concentrados, y por la tarde,la mitad oriente,módulos (N° 11 y 12) .reflejará el espectro solar con centrado sobre las áreas captadoras (N° 5,7 y 8),figura 2,por la simetría del diseño.

La otra característica novedosa del calentador,consiste en su curvatura ver tical y se muestra en la mitad norte del mismo ,figuras 9,10 y 11, módulos (N° 9 y 12),área captadora (N° 5),en las figura citadas se muestran haz de rayos solares en diferentes horas del dia. La figura 9 ,rayos incidentes en horas de la tarde,con un ángulo (N° 62), con respecto a la vertical,hora meridiano; el rayo (N° 63) inci e en el ó dulo norte-poniente , (N° 9),en el punto (N° 63.l),se refleja y toca el área captadora (N° 5), en el punto (N° 63.2), en donde deposita su energía; el rayo (N° 64),incide directamente sobre el área captadora (N° 5), en el pun to (N° 64); los otros rayos (N° 65 y 66) ,se explican por su numeración. La figura (N° 10),nos muestra el haz de rayos (N° 67,68 y 69),a la hora me ridiano,todos invariablemente son reflejados por los módulos (N° 9 y 12),y son concentrados sobre el área captadora (N° 5). La figura 11,recibe rayos muy oblicuos ,primera hora solar de la mañana,con un ángulo (N° 70),sobre la horizontal; el rayo (N° 7l),libra el área capta dora (N° 5),e incide en el punto (N° 71.l) ,reflejándose sobre el área capta dora (N° 5),en el punto (N° 71.2), en donde deja su energía; los rayos (N° 72 y 73),inciden directamente al área captadora (N° 5).

P°r lo expuesto com el auxilio de las figuras 9,10 y 11 ,se determina que cualquier rayo solar a cualquier hora del dia que incida en el conjunto to tal del equipo,será atrapado por las áreas captadoras o reflejado en forma concentrada a ellas ,operando el sistema como una verdadera trampa de radia ción solar. La mitad sur del equipo ,módulos (N° 10 y ll),area captadora (N° 7),figura 2 por su simetría de diseño se comportará como la mitad norte,antes explicada en su mecánica de captación y reflexión de los rayos . La trayectoria real de los rayos solares que inciden en el equipo ,es una re sultante combinatoria de las trayectorias mostradas en el plano horizontal figuras 6,7 y 8 y las mostradas por la curvatura vertical,figuras 9,10 y 11 Lo anterior ha sido comprobado en un prototipo con rayos solares y con rayo lasser. En lugares alejados de la zona tropical,se puede inclinar el equipo para compensar el ángulo solar o eliminar la mitad sur o norte, según sea el caso.

Claims (2)

REIYINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención concidero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas ¡

1.- Calentador solar para líquidos,por incidencia y reflexión que se con forma por cuatro áreas captadoras de energía solar,colocadas en for ma vertical y a 90° una de otra,conectadas hidráulicamente por su parte inferior y superior a un tubo vertical distribuidor general y central,por el que circula el líquido a calentar por la parte in feríor y líquido calentado por la superior; las áreas están formadas cada una, por un tubo distribuidor vertical,un tubo superior recep tor horizontal, ambos interconectados por tubos de cobre o aluminio rolados en segmentos de arco concéntricos verticales ,por donde cir cula el líquido. Los tubos reciben la energía solar a través de dos láminas negras que los cubren por ambos lados y de vidrios o plástico transparete Las áreas captadoras pueden recibir por ambas caras los rayos sola res incidentes directos que causarán una temperatura determinada en el líquidoy al mismo tiempo ,reciben rayos solares reflejados y con centrados por cuatro módulos reflejantes que cubren el espacio entre las áreas captadoras. Esta energía concentrada provoca un aumento significativo de temperatura en el líquido.

2.- Calentador solar para líquidos,por incidencia y reflexión, que se caracteriza por que tal y como se reivindicó en la cláusula ante rior,se forma a demás de las áreas captadoras ,por cuatro módulos reflejantes cóncavos, estando compuesta la concavidad por la co bi nación de dos curvas,una horizontal y la otra vertical de tal forma que los rayos que tocan estos módulos, son reflejados en forma con centrada,a las áreas captadoras ,en cualquier hora del día o mes del año; estos módulos reflejantes pueden ser construidos con silletas que contienen la curva vertical ordenadas según la curva horizontal y cubiertas con tiras de lámina flexible y altamente reflejante,o bi n,pue den ser construidas en moldes que contengan la curvatura con materiales di versos como: fibra de vidrio, lástico en conformación térmica,yeso,cartón etc. ,recubiertos con pintura o material reflejante. Por su construcción el costo no es significativo comparado con la gr n área que se logra para captar la energía solar