Como parte de un estudio del comportamiento térmico de colectores solares planos para el suministro de agua caliente sanitaria en diferentes condiciones actinométricas y climáticas del planeta, se muestran tres instalaciones de colectores solares de uso generalizado, sus singularidades y parámetros que caracterizan su comportamiento térmico.
I. Colectores solares planos en régimen forzado
La principal características de las instalaciones en régimen forzado es que incluyen al menos una bomba para hacer circular el fluido de trabajo por el colector solar. En la Fig. 1 se muestra el colector solar y el esquema del sistema solar en régimen forzado.
El sistema solar con colectores solares en régimen forzado está compuesto por dos circuitos hidráulicos: el primero incluye a los colectores solares planos por cuyo interior circulara la sustancia de trabajo (en localidades con temperatura bajo cero se utiliza una solución acuosa anticongelante), bomba de circulación, centralita de control y el tanque acumulador y el segundo contiene un calentador de agua como fuente auxiliar de energía, una válvula de tres vías termostática que mezcla proporcionalmente agua fría de la red y agua caliente proveniente del tanque para controlar la temperatura del agua a la entrada del calentador auxiliar.
Figura 1. Colector solar plano y esquema del régimen forzado.
II. Colector solar termosifónico
La Fig. 2. representa un colector solar termosifónico y el esquema de líneas de su instalación. Este tipo de sistema solar, generalmente, está compuesto por dos circuitos: uno el circuito solar entre el colector solar y el tanque acumulador puede llevar incorporado un intercambiador de calor. El segundo circuito es el de distribución del agua caliente sanitaria (ACS) a los puntos de consumo es similar al del sistema forzado.
En estos sistemas el agua de red va directamente al tanque acumulador que puede tener intercambiador de calor o no en cuyo caso se calienta directamente el agua del tanque. No tiene bomba de circulación ya que la circulación del fluido se produciría por convección natural debido a la diferencia de densidades, de ahí su nombre. Si fuese necesario por temperaturas menores de cero grado se utiliza en el primer circuito una solución acuosa anticongelante.
Figura 2. Colector solar termosifónico y esquema de líneas.
III. Colector solar termoacumulativo
La Fig. 3. muestra un colector solar termoacumulativo y el esquema de líneas de su instalación. Los colectores solares termoacumulativos, también conocidos como autocontenidos, integrales o compactos, incorporan en un mismo equipo las funciones de absorción de la energía solar y la de acumulación de la energía térmica, resulta más sencillo al no llevar incorporado ni bomba de circulación ni tanque termo exterior, como muestra el esquema de la Fig. 3. No requiere bombas de circulación para su uso.
En este tipo de sistema solar está compuesto por un sólo circuito hidráulico. El agua de red va directamente al tanque termo-acumulador y de ahí al consumo. No tiene una bomba de circulación y si fuese necesario por las bajas temperaturas se utiliza opcionalmente una varilla de calefacción. El colector solar termoacumulativo de cubierta mejorada incorpora a la lámina de vidrio solar una lámina aislante transparente de 30 mm con el fin de minimizar las pérdidas de calor por la cubierta.
Figura 3. Colector solar termoacumulativo y su esquema de instalación.
IV. Parámetros que caracterizan el comportamiento térmico
El comportamiento térmico de los colectores solares se caracteriza por su curva de eficiencia [2]:
La Tab. 1 muestra los valores de los parámetros del comportamiento térmico de los tres colectores solares estudiados. Para los colectores solares termoacumulativos hay que tomar en cuenta los valores promedios de la irradiación y la diferencia de temperatura entre el agua al inicio de su exposición a la radiación solar y el ambiente. La ecuación [1] de la eficiencia térmica del colector termoacumulativo viene dada por:
El término puede expresarse en función de la incidencia normal, para cubierta de vidrio:
V. Referencias
- Massipe Hernández, J.R. (2005). “Colectores solares termoacumulativos: Análisis numérico y experimental en regímenes estacionario y transitorio”. Tesis Doctoral. Universidad de Lleida. España.
- Duffie, J.A. and Beckman, W.A., (2006). “Solar engineering of thermal processes”. Editorial Mc Graw-Hill, 3er Edition.
