Diseño de acumuladores de agua caliente sanitaria con materiales baratos

Domestic hot water storage tank design using low-cost materials

Este artículo es el resultado de la investigación "Diseño y construcción de calentadores solares con material reutilizable". La investigación fue realizada por el semillero de investigación mar, perteneciente al grupo de investigación de energías alternativas GIEAUD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, desde el 3 de noviembre de 2014 hasta el 10 de abril de 2015. El estudio describe el análisis matemático, la selección de materiales (tanto para el aislante como para el cuerpo del tanque), la simulación del comportamiento hidrostático, los procesos constructivos basados en la norma ASME, sección VIII, las corridas de prueba y la evaluación térmica. El colector solar (construido por los estudiantes del semillero de mar) y el tanque construido por los autores de este informe fueron instalados en la terraza del gimnasio de la Facultad Técnica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. El tanque fue evaluado para demostrar su eficiencia en la conservación de los niveles de temperatura y su funcionamiento como calentador solar. La experiencia adquirida en la creación y desarrollo del tanque y el montaje de los colectores solares confirma la conveniencia de seguir investigando métodos más elaborados que permitan mejorar el funcionamiento y utilizar nuevos materiales en el diseño, fabricación y evaluación de calentadores solares.

1. INTRODUCCIÓN

El calentamiento de agua para el consumo doméstico o producción de agua caliente sanitaria (ᴀᴄꜱ), por medio de energía solar, es una alternativa muy importante que permite sustituir los calentadores tradicionales (a gas, eléctricos, etc.) y mejorar elahorro energético, al permitir el reemplazo de los combustibles fósiles o la electricidad.

Un calentador solar de ᴀᴄꜱ construido con materiales reutilizables presenta ciertas ventajas comparadas con los calentadores solares de placa plana o de tubos al vacío —por ejemplo, su bajo costo—, pero también implica inconvenientes, sobre todo la baja eficiencia generada por las pérdidas de calor que se presentan en el tanque de almacenamiento de ᴀᴄꜱ, principalmente en las horas nocturnas, entre otros aspectos. Por esta razón y por seguridad, se requiere de la construcción de un tanque que cumpla con normas internacionales, en conformidad con la norma ᴀꜱᴍᴇ [1].

Hoy en día, los tanques de almacenamiento empleados en calentadores de uso doméstico varían dependiendo de su posición. Así, por ejemplo, los tanques cilíndricos de tipo vertical y horizontal están diseñados principalmente para la conservación de agua caliente producida por el panel solar o colector. Este tipo de tanque de forma cilíndrica se fabrica en hierro y se pinta y acaba con pintura epóxica, la cual se encarga de evitar el agente corrosivo dentro del recipiente.