Uncategorized

Ya el lector está familiarizado con la idea de que la energía solar en forma de radiación electromagnética, LUZ, se puede convertir en calor con los colectores solares, de los cuales, de modo general, hemos visto varios tipos. Pero el colector solar no es suficiente para disfrutar de la energía obtenida ya que la intensidad de la luz solar sobre una superficie horizontal tiene variabilidad horaria, diaria y estacional. Se suman a esta variabilidad geográfica los efectos climatológicos locales como la nubosidad, que resulta incontrolable e impredecible. Por todos estos motivos y la situación obvia de que el momento de utilización no coincide siempre con el momento de presencia solar se hace imprescindible almacenar la energía captada lo que comúnmente se logra almacenando ciertos volúmenes del fluido ya caliente. Esto nos lleva a que los sistemas solares térmicos disponen de: captadores solares, tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor y en las grandes instalaciones bombeo y controles automáticos.Los sistemas más simples son los llamados termosifónicos, difundidos ampliamente en el sector doméstico, referidos ocasionalmente como compactos. Estos sistemas integran un colector solar de cualquier tipo de los señalados (planos o de tubos al vacío) y un tanque de almacenamiento. Estos sistemas deben colocarse debidamente orientados al SUR en el hemisferio norte inclinados sobre la horizontal un ángulo equivalente a la latitud del lugar ±10º, cuidando no reciban sombra y lo más cerca posible del punto de consumo. Muchos fabricantes le incorporan una resistencia eléctrica al tanque, que se recomienda ubicarla en la mitad superior y regular su operación a no más de 45ºC pues esta temperatura impuesta eleva el valor medio de la entrada al colector solar y redunda en una disminución de su eficiencia térmica. Solo recordar que el objetivo de estas instalaciones es ahorrar energía y que el máximo ahorro se logra operando el colector solar a la menor temperatura posible.Corte de un tanque con intercambiador envolvente para sistemas domésticosSistema doméstico de tubos al vacío y tanque con intercambiador Sistema solar centralizado con gran acumulación de decenas de metros cuadrados de captación Sistemas de intercambiadores y en grandes instalaciones

Hemos visto cómo a través de los calentadores solares se logra la conversión de la energía solar en energía térmica útil y se presentaron algunos tipos de los calentadores más simples llamados genéricamente planos. La radiación incidente en un colector estacionario varía en el día con el movimiento aparente del sol, debido a que toma diferentes orientaciones y alturas sobre el horizonte. Si el colector lograra seguir al sol en su movimiento, el resultado sería que la incidencia sobre el plano de apertura del colector estaría todo el día cerca de la perpendicular a superficie. Basado en esta idea se han desarrollado los colectores solares concentradores o focales que como su nombre lo indica, trabajan concentrando en una pequeña área la energía incidente en su área de entrada. Para ello utilizan una superficie reflectora en forma de paráboloide, casquete esférico o espejos lineales con el objetivo de dirigir al mismo punto continuamente los rayos recibidos en una región del espacio auxiliándose de un mecanismo de seguimiento. Con esta concentración de la energía se han logrado temperaturas de más 1000 grados pero aun de modo experimental pues son instalaciones muy costosas que no tienen cobertura comercial. Para temperaturas de hasta 300 grados si existen instalaciones de carácter comercial.
Hay un concepto intermedio entre el colector solar plano y el parabólico con seguimiento, que es cuando se dispone de una parábola estacionaria y en su foco se ubica un tubo con aletas captador de radiación solar, pudiera ser un tubo al vacío o la red de tubos de un colector plano. Este reflector parabólico se conoce como CPC y aumenta la intensidad de la radiación disponible en su foco.

Ya con los distintos tipos de colectores a los que añadimos los focales, podemos enumerar aplicaciones para las que se han desarrollado soluciones técnicas exitosas con aportes energéticos considerables. Recordamos siempre que resulta cerca de lo imposible o no factible, debido a la intermitencia, lograr con energía solar todo el aporte energético que se requiere en una aplicación.
De baja temperatura (menos de 39ºC) con colectores plásticos y sin caja
• Calentamiento de piscinas
• Calentamiento de jacuzzis
• Piscinas de crias de algas y alevines
De media temperatura (de 40ºC a 89ºC) con colectores solares planos
• Abastecimiento de agua de usos sanitarios en edificaciones de todo tipo: Viviendas, hoteles, hospitales, escuelas, etc.
• Producción de agua caliente para procesos industriales de producción, tales como elaboración de alimentos, lavanderías, calentamiento de dispositivos de moldeo, fregado y limpieza, lavadoras de autos, procesos de limpieza y desinfección en procesadores de alimentos, etc.
De media alta-temperatura (de 90ºC a 154ºC) con colectores solares de baja y media concentración.
• Procesos en plantas de elaboración de alimentos y en limpieza y desinfección de las mismas
• Mantenimiento de temperatura procesos industriales
• Procesos de escaldado en mataderos.
De altas temperatura de 155ºC a 499ºC con colectores
• Alimentación de Sistemas de refrigeración por absorción
• Producción de vapor para distintos procesos industriales.
De muy alta temperatura más de 500ºC
• Generación de vapor para mover turbinas
• Hornos solares

Entre los colectores solares que emplean tubos al vacío, encontramos diferentes tipos y los principales son:
1. Tubos al vacío tipo “water in glass”
Se trata de una botella termo llena de agua expuesta al sol, es muy barato pero no trabaja a presión. Trabajan bien como termosifónicos, pero esta tecnología tiene sus limitaciones para utilizarla en instalaciones centralizadas de circulación forzada del agua por los colectores.
2. Tubos al vacío tipo “Tubo en U”
Dentro del tubo al vacío se encuentra un tubo en “U” y por su interior circula agua arrastrando el calor que se genera producto de la radiación solar incidiendo sobre la superficie negra. No es apropiado para sistemas termosifónicos debido a la propia geometría en “U”.
3. Tubos al vacío tipo “Heat pipe” (Tubo calórico con aletas)

El principio fabricación del tubo HEAT PIPE o Tubo Calórico es un tubo de cobre de pared fina que tiene un bulbo o ampolleta en un extremo y en su interior se encuentra una sustancia que es líquida a temperatura ambiente en la que ocurre un doble cambio de fase, líquido-vapor y vapor-líquido, tiene una aleta para aumentar la captación solar y está colocado en el interior del tubo al vacío que sirve como caja contenedora.
Al incidir la radiación solar sobre el tubo calórico, el calor producido va evaporando el líquido y estos vapores ascienden hasta la ampolleta que tiene un abultamiento para aumentar el área de transferencia de calor, donde ocurre nuevamente un cambio de fase, esta vez de vapor a líquido, cediendo calor al medio que la rodea. El líquido así condensado corre por la pared del tubo hasta su parte inferior donde se repite el ciclo. El ensamble es tal que la ampolleta queda sumergida en el agua dentro de un tanque almacenador o en una corriente de agua que circula por el cabezal de calentamiento del colector solar, en el primer caso estamos en presencia de un calentador solar tipo termosifónico de uso doméstico y en el segundo de un colector solar para grandes sistemas centralizados con bombeo.
Esta solución proporciona una gran eficiencia en la trasferencia de calor. A mayor radiación solar mayor cantidad de líquido evaporado y más energía transferida al agua. La gran ventaja que tiene es que la transferencia de calor al agua se concentra en la ampolleta por lo que resulta cómodo para el mantenimiento si se garantiza que se mantenga limpia y libre de incrustaciones y sarro.

La gran mayoría de los diseños comerciales de colectores solares funcionan. Lo importante es escoger adecuadamente el colector apropiado, por su tipo y las características según el uso que se pretende en el rango de temperaturas que se le exigirá, las condiciones ambientales donde se colocará y la fiabilidad ante condiciones adversas como los huracanes sobre todo en el Caribe. El balance costo beneficio será muy importante como es de esperar. La temperatura media de trabajo a la que se alcanza una eficiencia térmica diaria de un 60% será un parámetro a considerar. Todos los colectores solares térmicos tienen dos partes funcionales principales que los caracterizan, que son la superficie captadora y la caja contenedora de ésta. Fig 1. La superficie captadora es la responsable, como su nombre indica, de captar la radiación solar, convertirla en calor y transferirla a un fluido portador del calor. Es la superficie negra que vemos en los colectores solares. La caja contenedora es la responsable de minimizar las pérdidas térmicas del equipo durante el proceso de captación y transferencia de energía solar. La conjugación correcta de ambos factores da por resultado, que unos colectores sean más eficientes que otros, unos más duraderos que otros y por supuesto unos más caros que otros. Fig. 1 Partes del Colector Solar Atendiendo a estos elementos encontramos numerosos diseños de los que enumeramos los más comunes y sus principales usos para que el lector los pueda identificar fácilmente:Principales tipos según las características de la superficie captadora:1. Colectores solares plásticos.El elemento funcional captador es a base de polietileno reticulado. La temperatura de trabajo máxima no supera los 40ºC con eficiencias del 50%. a una temperatura ambiente de 23ºC 2. Colectores solares con plato captador de tubos y aletas de cobre y/o aluminioSon los más difundidos. La temperatura de trabajo máxima no supera los 60ºC con eficiencias del 50% y temperatura ambiente de 23ºC. 3. Colectores solares con recubrimiento negro de alto coeficiente de absorción y bajo coeficiente de emisión Por lo general son los mismos anteriores pero con superficies negras especiales. Pueden alcanzar los 70ºC con eficiencias de un 60%. Estos tipos de recubrimiento de las superficies captadoras son llamados “selectivos”.

Se combinan con los captadores plásticos para lograr un colector de bajo costo que alcanza eficiencias de más de 50% a temperatura trabajo menores de 35ºC y ambiente sobre los 23ºC. Se mayor uso está en el calentamiento de piscinas de recreo.