Transferencia de calor y ahorro de energía

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Los colectores de tubos de vacío pueden alcanzar temperaturas desde los 77 hasta los 177 grados centígrados, es por eso que son usados para propósitos industriales como calefacción pero también pueden ser útiles para sistemas domésticos. Estos dispositivos están compuestos por tubos parecidos a los tubos fluorescentes que son utilizados como focos, estos conductores se montan en una estructura de peine; los tubos de los colectores contienen un Absorbedor, que influye en que no se produzca una pérdida de calor.

De esta clase de colectores se pueden encontrar de flujo directo y con tubo de calor o Heat pipe el primero funciona como los captadores planos, el agua circula por los tubos mientras se calienta; el segundo sistema consiste en que el fluido que pasa por los tubos de vacío se evapora, funcionando como caloportador.

Partes/Componentes y Funcionamiento

¿De qué se compone?

Generalmente un sistema de energía solar térmica está constituido por varios subsistemas, que a su vez pueden considerarse como sistemas interdependientes conectados entre sí. Sin embargo, hay ocasiones en que un mismo elemento físicamente independiente realiza varias funciones dentro del sistema solar. Estos distintos subsistemas son:

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El sistema de captación.- Los paneles o calentadores solares propiamente.

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El sistema de acumulación.- Un depósito para acumular el agua caliente generada.

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El sistema hidráulico.- Bombas y tuberías por donde circula el fluido de trabajo.

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El sistema de intercambio.- En caso de que el fluido que circula por los paneles solares no sea el mismo que el que utiliza el usuario en su aprovechamiento; por ejemplo cuando existe riesgo de heladas o el fluido del usuario puede dañar la instalación solar.

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El sistema de control.- Que en los sistemas de circulación forzada con bombas se encargará de ponerlas en marcha y pararlas.

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El sistema de energía auxiliar.- Hay ocasiones que la viabilidad económica de la instalación solar exige que no se pueda satisfacer la demanda energética en todo momento, máxime cuando la energía producida por la instalación depende de las condiciones climatológicas, es por esto que en ocasiones se dispone en la misma instalación de un sistema de producción de energía auxiliar.

De todos estos subsistemas el que distingue la instalación solar de cualquier otra instalación de producción de agua caliente es el sistema de captación. Los calentadores solares más comunes son los llamados paneles solares planos. Estos están constituidos por:

- Cubierta.- Elemento transparente a la radiación solar y opaco a la radiación de onda larga que emite el Absorbedor (material selectivo transmisivo), produciendo así el efecto invernadero en el interior del captador que aumentará considerablemente el rendimiento del mismo. La cubierta también sirve para reducir las pérdidas por conducción y convección. Algunos captadores llevan varias cubiertas transparentes que reducen aún más las pérdidas pero aumentan considerablemente el coste del equipo. Sin embargo en sistemas para piscinas o que requieren un salto térmico pequeño, se prescinde de la cubierta (además de otros elementos como la carcasa o el aislamiento posterior) para abaratar los costes de la instalación.

- Absorbedor.- Es el elemento donde se produce la transformación de la energía que llega por radiación en energía térmica que absorbe el fluido caloportador. Generalmente está constituido por unos tubos o dos placas conformadas de metal o un material plástico que se encuentran expuestos a la radiación solar y por cuyo interior pasa el fluido de trabajo. Atendiendo al tipo de tratamiento, los absorbedores pueden ser presentados con pinturas negras especiales o con tratamiento selectivo absorbente (alta absortancia en longitudes de onda corta y baja emisividad en longitudes de onda larga).

- Aislamiento.- Para reducir las pérdidas térmicas del captador es conveniente aislar las zonas no expuestas la mayor parte del día a la radiación solar, estas son los laterales y la parte posterior del captador solar. Un buen aislamiento térmico en esta zonas contribuye a disminuir el factor de pérdidas térmicas del captador aumentando consiguientemente su rendimiento.

- Junta de cubierta.- Es un elemento de material elástico cuya función es asegurar la estanqueidad de la unión entre cubierta y carcasa. Servirá a su vez para absorber las diferencias en las dilataciones entre la carcasa y la cubierta, para que no se produzca rotura en ningún elemento del captador.

- Carcasa.- Es el elemento que sirve para conformar el captador, fijando la cubierta. Contiene y protege a los restantes componentes del captador y soporta los anclajes. Habrá que prestar especial atención a los temas de corrosión y deterioro debido a la radiación solar.

Colectores planos

Los colectores solares son aparatos que inician la secuencia de trabajo interceptando la radiación solar y convirtiéndola en calor, el cual es removido del sistema a través de un fluido de trabajo.

El diseño de los colectores solares debe considerar las propiedades del material de construcción tales como la transmitancia, absorbancia y emitancia de la cubierta transparente, así como la resistencia térmica entre la cubierta y el fluido transportador de calor que son factores que pueden afectar el diseño de colector.

La orientación de los colectores es un factor que afecta sensiblemente la absorción de energía solar. Usando argumentos geométricos simples, la lógica indica que un colector se debe colocar inclinadamente con dirección hacia el Ecuador. (Valderrama, 1995).

Las grandes superficies receptoras de los colectores planos se suelen hacer de chapa metálica, fundamentalmente de hierro, cobre o aluminio, para obtener una buena conductividad. Se ennegrecen con pintura mate que a menudo contiene negro de humo, o se cubren con un revestimiento negro producido químicamente. La chapa incrementa su temperatura al absorber la radiación y transmite su calor al fluido, normalmente agua o aire, que se mueve en la parte de atrás del colector.

Al mismo tiempo el colector cede calor por convección al