Diseño de un mecanismo de limpieza de colectores con cubierta plana en termas solares para mejorar su eficiencia térmica

Abstract

Se diseñó un mecanismo de limpieza de colectores con cubierta plana en termas solares para mejorar su eficiencia térmica, donde el uso de energías renovables, como la energía solar térmica, adquiere una importancia vital para reducir el consumo de combustibles no renovables. Se estima que, en Arequipa, existe un considerable número de termas solares, y a pesar de su potencial, disminuyen su eficiencia térmica debido a la acumulación de polvo, requiriendo limpieza constante. Esta tarea manual se vuelve tediosa y riesgosa, especialmente en instalaciones elevadas donde no se cuenta con medidas de seguridad adecuadas. El objetivo principal de esta investigación es diseñar un mecanismo de limpieza que mejore la eficiencia térmica de los colectores planos en termas solares. Para lograrlo, se plantearon objetivos específicos como el diseño de una estructura ligera y resistente a la oxidación que soporte las condiciones climáticas, un mecanismo de limpieza eficaz, un sistema de transmisión para su desplazamiento, un sistema de rociado de agua para la remoción de polvo, y un sistema de control automático y autosustentable. La metodología aplicada incluyó métodos descriptivos, experimentales y prescriptivos, utilizando las normas de diseño VDI 2221 y VDI 2225 para la evaluación técnico-económica. Se propuso una solución que utiliza un panel solar y batería para una alimentación autosustentable, un interruptor inteligente con conectividad WiFi para la programación y activación remota, y un sistema de puente corredizo impulsado por un tornillo Acme TR8X2 - 4p para la limpieza. Los resultados demuestran un diseño de mecanismo de limpieza autosustentable y automatizado, con una estructura que utiliza perfiles de aluminio V - Slot 2020, presentando un peso ligero (7.86 kg estructural, 16.61 kg total aproximado) y alta rigidez, con un coeficiente de seguridad mínimo de 9. El mecanismo de limpieza tipo puente, similar a un limpiaparabrisas, se desplaza en el eje X con una inclinación de 30° mediante un tornillo Acme que proporciona un avance de 8 mm por cada 360° de giro y tiene una condición de autobloqueo. Se diseñó un sistema de rociado de agua conectado a la red doméstica, activado por una electroválvula, incluye rociadores en el colector y en el panel solar de la máquina. El sistema de control, basado en un interruptor inteligente WiFi y relés DPDT, permite una activación periódica programable, mejorando la seguridad al reducir la intervención humana en trabajos en altura y contribuyendo al medio ambiente al ser autosustentable.