INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Beatriz Cruz Muñoz

13 horas

CODIGO CIE

3-18-5

Laura Andrea Flórez Bedoya

Coinvestigador

0 Horas

Melissa Reales Ríos

Estudiante

0 Horas

Mario Miki Yoshida

Coinvestigador

0 Horas

Milton Humberto Medina Barreto

Coinvestigador

5 Horas

Jorge Mario Hincapié Zapata

Estudiante

0 Horas

Yeimy Susana Cortés Ruiz

Estudiante

0 Horas

Jorge Iván Montes Monsalve

Coinvestigador

0 Horas

Ruben Jose Dorantes Rodriguez

Coinvestigador

0 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2017. Décimoprimera Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo general: Depositar superficies selectivas sobre sustratos metálicos utilizando la técnica CVDAA, con el fin de construir un colector solar plano para el calentamiento de agua. Además, diseñar, construir e instrumentar un banco de pruebas experimental para determinar el rendimiento térmico de colectores solares. Objetivos específicos: 1) Depositar recubrimientos selectivos (materiales tipo CERMET y otros) sobre sustratos metálicos utilizando la técnica CVDAA. 2) Caracterizar óptica, estructural, mecánica y con pruebas de intemperismo acelerado los recubrimientos selectivos. 3) Fabricar una superficie absorbedora selectiva soldada o unida a un arreglo de tubos de cobre. 4) Diseñar y construir a escala un colector solar plano con cubierta de vidrio y con superficie selectiva. 5) Diseñar térmica y mecánicamente un banco de pruebas escalable de circuito abierto para colectores solares.

RESUMEN

Se depositaron recubrimientos sobre sustratos de vidrio, cobre y aluminio empleando la técnica de depósito químico de vapor asistido por aerosol (AACVD) variando parámetros de depósito tales como: velocidad de la tobera, flujo del aire, temperatura del sustrato y concentración en peso de las sales precursoras. Se utilizaron tres tipos de sales precursoras: Oxiacetylacetona Titanium IV, Cloruro de Aluminio Hexa hidratado, Acetato de Níquel (II) Tetra hidratado, nitrato de aluminio nona hidratado, Nitrato de Niquel (II) hexahidradtado, como solvente se empleó etanol y metanol. Con la primera sal en concentración molar de 0.05 M, se depositaron películas sobre vidrio haciendo un barrido de temperatura del sustrato entre 150 °C y 450 °C, con un flujo de aire entre 3 L/min hasta 6 L/min y número de capas entre 2 y 6. Se determinó, después del análisis estructural y óptico que las películas con velocidad de 0.6 cm/min, temperatura del sustrato de 400 °C, flujo de aire 5 L/min y cuatro capas, presentan una fase anatasa, una energía de banda prohibida 3.5 eV y transmisión de hasta el 70 % de la luz en el rango visible-NIR. Estos resultados permiten concluir que estas películas podrían ser empleadas como trampas ópticas, lo que hace sugiere que se puedan utilizar como material antirreflectante para integrarse con la capa absorbedora de un colector solar. Esta hipótesis se está implementando y no se tienen resultados analizados. Al depositar sobre sustratos de aluminio pulido la solución precursora con molaridad 0.25 M de cloruro de aluminio y acetato de níquel disueltos en etanol (Temperatura 400 °C, velocidad 0.3 cm/min, flujo 6 L/min y cuatro capas), variando el porcentaje en peso de níquel de 10 % hasta 70 %, se obtuvieron películas con absortancias entre 50 % y 75 % en el rango UV-Vis, siendo la más alta para la muestra con 50 % de acetato de níquel. Sobre sustratos de cobre no se observó mejoría en la absortancia y no se continuó probando. Además, se depositaron recubrimientos de nitrato de aluminio con nitrato de níquel disueltos en metanol y 0.25 M (Temperatura 400 °C, Velocidad 0.5 cm/min, flujo 4 L/min y cuatro capas) variando la concentración de níquel desde 50 % hasta 100 %. Se obtuvieron películas más uniformes, con formación de óxido de níquel en la superficie. La absortancia promedio en el rango UV-Vis varía entre 88 y 90% obteniendo el valor más alto para la muestra con 90 % de nitrato de níquel. Las muestras se expusieron en cámara salina encontrando que durante 4 horas el recubrimiento resiste sin sufrir daños. Por otra parte, se diseñó y construyó un banco de prueba escalable para determinar experimentalmente el rendimiento térmico de colectores solares, cumpliendo la norma técnica colombiana NTC 5434. Se instrumentó la adquisición de: la temperatura de entrada y salida del agua, la irradiación solar, presión, el flujo y temperatura del depósito de agua, con sistema de regulación de temperatura del agua controlado por un radiador y calentador con control on-off de circulación. Además, se diseñó un sistema de irradiación solar variable con el tiempo, empleando una lámpara de 100 W, cuyo funcionamiento se automatizó utilizando un dimer AC y un servomotor, apoyados en bases de datos meteorológicos para poder simular un sol real. Con el fin de evaluar el funcionamiento del banco de prueba se construyó un colector solar a escala (30 x 30) cm con recubrimiento selectivo y se adquirieron a través de un interfaz de labView, las temperaturas mencionadas anteriormente, la irradiación solar y con una tabla de Excel se realizó el cálculo del rendimiento térmico, empleando un flujo volumétrico entre 0.2 L/min y 1.0 L/min, obteniendo valores entre 45 % y 60 %. Por lo tanto, se concluye que con la ejecución del proyecto se fabricaron superficie absorbedoras, se construyó un colector solar y un banco de prueba.

ESTADO

Concluye Satisfactoriamente

FECHA DE INICIO

22/01/2018

FECHA DE FINALIZACION

22/01/2020

PRODUCTOS

Definición de criterios y parámetros de diseño de un sistema de depósito químico de vapor asistido por aerosol (AACVD)

Patente

URL

Diseño matemático de calentadores solares

Curso diseñado para programas de maestría

Diseño y construcción de un contador proporcional de flujo de gas con aplicación en espectroscopia Mossbauer

Patente

URL

Estancia postdoctoral: ¿Estudio de la influencia de la técnica de depósito vía CVDAA y Sol Gel hacia la formación de películas selectivas para colectores solares¿.

Estudio postdoctoral

Fabricación de absorbedores solares para calentadores de agua de baja temperatura

Iniciación científica Joven investigador

Hidraúlica

Curso diseñado para programas de maestría

I Congreso Internacional de Ingeniería 4.0: Avances y Perspectivas

Ponencia en evento especializado

Instrumentation and control of an aerosol-assisted chemical vapor deposition system (AACVD)¿

Patente

Joven Sena-Colciencias: Fabricación de superficies selectivas sobre sustratos metálicos utilizando la técnica CVDAA

Iniciación científica Joven investigador

Pasantía Investigativa en el marco de dos proyectos: interno e internacional

Pasantías

Red COLMEX de Tecnologías en Energías Renovables

Red de conocimiento especializado

URL

Síntesis de polvos y cerámicos de Bi0.4Sr0.6Fe3 con posibles aplicaciones a cátodos de celdas de combustión de óxido sólido

Pregrado

Síntesis de recubrimientos de cloruro de aluminio y acetato de níquel utilizando la técnica de vapor químico asistida por aerosol (CVDAA)

Pregrado

Statistical study of the variable speed of an AACVD device implemented in the UTP

Patente

Synthesis of Bi0.4Sr0.6FeO3-¿ (BSF) powders and ceramics

Patente

URL

Taller de introducción a la física de celdas solares

Organización de eventos

Tercer encuentro de investigadores colombo franceses

Ponencia en evento especializado

VI Seminario Nacional teórico práctico de caracterización térmica de materiales

Ponencia en evento especializado

XXVII International Materials Research Congress

Comunicación social del conocimiento

XXVIII Congreso Nacional de Física

Ponencia en evento especializado

3 Congreso Internacional Teinnova

Ponencia en evento especializado

6 th Colombian Conference of Engineering Physics and 1st International Conference on Applied Physics

Ponencia en evento especializado

6th Colombian Conference of Engineering Physics and 1st International Conference on Applied Physics

Ponencia en evento especializado

6th Colombian Conference of Engineering Physics and 1st International Conference on Applied Physics

Ponencia en evento especializado