Se estudiará un equipo para calentar agua, que consiste de un colector solar plano y un tanque de almacenamiento de agua, unidos por un circuito cerrado consistente de una tubería en cuyo interior circula un fluido refrigerante, cuya característica de gran capacidad de intercambiar calor al hacer una transición de fase será aprovechado. Al comparar este sistema con un sistema termosifónico convencional, se pueden enumerar algunas ventajas: 1. Con el sistema con cambio de fase, aun en días de luz solar intermitente (días nublados) se puede recoger cierta cantidad de calor, mayor a aquella obtenida en los sistemas termosifónicos en las mismas condiciones. 2. Los sistemas son libres de mantenimiento. 3. En zonas donde se alcanzan temperaturas muy bajas, el agua circulante en los captadores tiende a congelarse, con la posibilidad de reventar las tuberías al aumentar el volumen del agua; en los scf no existe este problema, dado que el Fluido circulante tiene puntos muy bajos de congelación en relación con el agua. 4. El fluido y el material de la tubería se escogen de modo que dicho Fluido sea inerte a la tubería y no la averíe o corroa bajo las condiciones normales de operación. 5. Estos sistemas son simples y autoregulables, ya que funcionan automáticamente con la radiación solar, es decir, son pasivos. 6. Dado las ventajas mencionadas anteriormente la vida útil del equipo se incrementa y el equipo trabajaría prácticamente todo el tiempo como al arranque del mismo. Entre las desventajas se pueden mencionar: 1. La fuga de los fluidos de trabajo hace inoperante al sistema. 2. Trabajan a presiones superiores al sistema convencional. 3. El costo inicial es un poco más elevado que los sistemas termosifónicos, ya que los scf usan un intercambiador de calor y un fluido refrigerante. El equipo funciona de la siguiente manera: al incidir los rayos solares sobre el colector solar (evaporador), calor es absorbido para incrementar la temperatura del fluido refrigerante. Este fluido, al tener un punto bajo de ebullición, se evapora y, por tener una menor densidad, se mueve hacia el tanque (condensador), que se encuentra a una mayor altura. Debido a que el agua en el interior del tanque tiene una menor temperatura, el fluido refrigerante cede su calor latente de cambio de fase al reservorio de agua, se condensa y luego regresa al colector solar, por efecto de la gravedad, donde el ciclo empieza nuevamente. Se diseñará y construírá un equipo tanque-colector plano que opera de la manera mencionada en el párrafo anterior; asimismo se modelará numéricamente el sistema completo para el diseño y optimización de este tipo de sistemas. Una vez completado lo anterior, se realizarán las pruebas experimentales correspondientes para validar el código computacional completo del sistema. Se harán pruebas con varios niveles de inundación de refrigerante y para diferentes refrigerantes en el equipo para evaluar su respuesta y desempeño ante diferentes niveles de radiación. Se colocarán tres sensores de temperatura en el tanque de agua y seis en las aletas del colector; también se usará un piranómetro para medir los niveles de radiación incidente. Una vez probada la validez del modelo numérico, se harán corridas numéricas variando el fluido refrigerante, diámetros de tubería, volumenes de inundación y los niveles de radiación. El objetivo final es, con la experiencia y conocimiento obtenidos, proponer un sistema tanque-colector plano con un circuito de cambio de fase con las características de diseño adecuadas que permitan tener una buena eficiencia, trabajando en rango más amplio de condiciones atmosféricas que los sistemas convencionales de agua. Al final la meta a alcanzar es la siguiente: un equipo solar tanque-colector con cambio de fase para calentamiento de agua sanitaria que opere con buena eficiencia en un amplio rango de condiciones atmosféricas y cuya transferencia tecnológica a una empresa del ramo sea viable desde el punto de vista económico y de funcionamiento. Además de la formación de un al menos dos recursos humanos (1 estudiante de doctorado y uno de licenciatura), 2 artículos en revista internacional con factor de impacto y artículo en congreso nacional e internacional

Diseñar un equipo solar tanque-colector con cambio de fase para calentamiento de agua sanitaria que opere con buena eficiencia en un amplio rango de condiciones atmosféricas y cuya transferencia tecnológica a una empresa del ramo sea viable desde el punto de vista económico y de funcionamiento. Al comparar este sistema con un sistema termosifónico convencional, se pueden enumerar algunas ventajas: 1. Con el sistema con cambio de fase, aun en días de luz solar intermitente (días nublados) se puede recoger cierta cantidad de calor, mayor a aquella obtenida en los sistemas termosifónicos en las mismas condiciones. 2. Los sistemas son libres de mantenimiento. 3. En zonas donde se alcanzan temperaturas muy bajas, el agua circulante en los captadores tiende a congelarse, con la posibilidad de reventar las tuberías al aumentar el volumen del agua; en los scf no existe este problema, dado que el Fluido circulante tiene puntos muy bajos de congelación en relación con el agua. 4. El fluido y el material de la tubería se escogen de modo que dicho Fluido sea inerte a la tubería y no la averíe o corroa bajo las condiciones normales de operación. 5. Estos sistemas son simples y autoregulables, ya que funcionan automáticamente con la radiación solar, es decir, son pasivos. 6. Dado las ventajas mencionadas anteriormente la vida útil del equipo se incrementa y el equipo trabajaría prácticamente todo el tiempo como al arranque del mismo. Entre las desventajas se pueden mencionar: 1. La fuga de los fluidos de trabajo hace inoperante al sistema. 2. Trabajan a presiones superiores al sistema convencional. 3. El costo inicial es un poco más elevado que los sistemas termosifónicos, ya que los scf usan un intercambiador de calor y un fluido refrigerante.