Energa solar TrmicaBaja Temperatura

Colector placa planaComponentes: Elemento absorbente metlico protegido por un aislante y cubierta de material transparente.Caja rgida o carcasa da cuerpo: resistencia mecnica Permite anclaje en el lugar determinado

Superficies absorbentes selectivas Forma de disminucin de las prdidas trmicas de un colector.Materiales cuyas caractersticas son:Absorber fuertemente en las longitudes de onda inferiores a 2m.Baja emisin para longitudes de onda superiores a 2m.Se consiguen con un mnimo de 2 materiales que tienen funciones diferentes.Espejo caliente: El reflector es el primero en interceptar la radiacin solar. Capa reflectante sobre absorbente negro.Espejo oscuro: El absorbente es el primero en interceptar la radiacin solar. Absorbente selectivo sobre reflector blanco.

Obtencin de superficies selectivas:Cobre envejecido: absorcin de 0.85, emisividad de 0.17 Acero contenido en nquelPinturas Selectivas: Contienen: Pigmentos absorbentesAglutinante resistente a la radiacin

Cermets: Formados por deposicin de sucesivas capas metal-dielctrico.Buen carcter selectivoEstabilidad a altas temperaturas.Negro de cromo electrodepositadoAluminio anodizadoPigmentado con negro de nquel.

Ecuacin del rendimiento

= Qu/Ac Is= Fr()-FrUL[(Tent-Ta)/Is]donde:Qu=Energa extrada de un colector en un instante determinado.Ac=rea del colectorIs=IrradianciaFR= Factor de extraccin de calor

()= producto de la transmitancia de la/s cubierta/s por la absorvancia de la placa de absorcin.Ul= coeficiente global de transferencia de calor del colectorTent = Temperatura de entradaTa= Temperatura ambiente (K)

Tipos de ColectoresColectores de piscina:Trabaja entre 10oC y 40oC.Colector sin cubierta: Mayor rendimientoPrecio econmicoComponentes:Doble placa de polietileno negro de 1 mm de espesor.Se utilizan en piscinas al aire libre.Alargar la temporada de bao.

Colectores de tubos de vaco:Componente bsico doble tubo de vidrioAbsorbedor selectivo de alto nivel (Mo-Al2-O3)Aplicacines:Sistemas de temperaturas medias(sist. De acondicionamiento de aire, etc.)Lugares fros con diferencias elevadas entre la T del colector y el ambiente.Aprovechamiento radiacin solar difusa

Minimiza la influencia de las condiciones climticas.Vaco ligero (0.001 atms):Eliminacin de las prdidas por conveccinVaco fuerte (

Dos tipos bsicos ( segn sea el mtodo de intercambia de calor entre la placa y el fluido):De flujo directo.Tubo de calor:Caractersticas:Unin seca (intercambio de calor en seco)Funcin diodo( transferencia de calor en un solo sentido)Limitacin de la temperatura(evita riesgos de aumento incontrolado en el interior de los tubos)

Colectores de Aire:El fluido que refrigera la placa es directamente el que se quiere calentar.El aire circula por conveccin natural o forzada por impulsoresSe emplean en el secado de productos agrcolas.T inferior a 60oC

Inconvenientes (derivados de las propiedades del aire):Baja densidadBaja conductividad trmica Bajo calor especfico por unidad de volumen.Rendimiento depende del caudal de aire circulanteInstalaciones mayores que la de los sistemas hidrulicos.Ventajas: Evitan problemas de congelacin y ebulicin del fluido.Bajas presiones de trabajo.

Tipos de InstalacionesEl agua caliente se emplea par ala calefaccin. Agua caliente sanitaria y procesos industriales.Tipos de instalaciones:Segn el tipo de circulacin utilizado:Circuitos con circulacin natural o termosifnCircuitos con circulacin forzada

Tipos de instalacionesSegn el tipo de sistema de expansin utilizado:Circuitos abiertos Circuitos cerradosSegn el tipo de transferencia de calor del primario al secundario:Sistemas directosSistemas indirectos o de doble circuito

Tipos de instalacionesSegn el tipo de conexin con el sistema auxiliar:Sistemas en depsito principalSistemas en lnea centralizadoSistema en lnea distribuidoSistema con depsito secundario centralizadoSistema con depsito secundario distribuido

Circulacin natural o termosifnCirculacin entre el captador y el depsito se realiza por conveccin natural. (agua caliente < agua fra).El movimiento se mantiene siempre que la radiacin solar sea suficiente para mantener el gradiente de temperaturas entre las dos zonas.PB= (acu f) g (z zc); donde:

Circulacin natural o termosifn

PB= diferencia de presin producida por al diferencia de densidades entre la parte caliente y fra del circuito, que produce la denominada fuerza ascensional.z= diferencia de alturas entre la parte alta del circuito y la parte baja.acu= densidad en el depsito.

Circulacin natural o termosifnf = densidad del fluido a la salida del colector.Zc = altura del punto estudiado.Las prdidas de carga tienen que ser lo ms pequeas posibles para favorecer el flujo de agua:Tubos del colector de 22 mm de dimetro interno.Tubos principales de 12 mm

Circulacin natural o termosifnDesventajas:En lugares con afectacin de heladas, el colector debe incorporar un sistema de proteccin contra heladas.Afectados por los depsitos de calcio que pueden producirse en zonas con aguas duras.

Circulacin natural o termosifn

Termosifn con doble circuitoPoseen un intercambiador trmico en el interior de acumulador de tal forma que no es el agua de consumo la que circula por los colectores.Pequea prdida de rendimiento debida al intercambiador.Se debe incluir en el circuito primario un pequeo vaso de expansin.

Termosifn con doble circuitoTanto el circuito primario como el secundario han de tener vlvulas taradas a la presin del elemento ms dbil de la instalacin.

Circulacin forzadaEl flujo del fluido se produce mediante una bomba circuladora elctrica.Es necesario un control diferencial de temperaturas para la activacin de la bomba.Se utiliza doble circuito con intercambiadorLas prdidas de carga no sern tan limitantes, habrn que cuantificarse para la eleccin de la bomba.

Circulacin forzadaAmplia libertad en la eleccin del caudal de trabajo del sistema:Idealmente aquel en que ha estado realizado el test de los colectores.

Estructura de la instalacinObjetivos:ptimo aprovechamiento de al energa captada.Eficaz conexin con el sistema de soporte.Eficaz distribucin de la energa hacia los consumos finales.Realizar un buen dimensionamiento del campo de colectores.Diseo de la instalacin de forma que todos los componentes trabajen dentro de los lmites de seguridad y de lo ms cerca posible de las condiciones normales de trabajo.

Estructura de la instalacin Conexin entre captadores:Captadores en serie: la salida de un colector se conecta directamente con la entrada del siguiente. Para instalaciones que se utilizan en precalentamiento de agua.Conexionado en paralelo: Es la ms utilizada.Cada colector trabaja dentro del intervalo de diseo.Conexionada mixto: Grupos de varios colectores en serie unidos a cada grupo en paralelo con los restantes.

Estructura de la instalacinSoporte y Anclajes de los colectores.La mejor orientacin ser la sur con una inclinacin que depender de la temporada de uso de la instalacin.Caractersticas de los soportes de una instalacin:Tiene que ser capaz de soportar esfuerzos mecnicos superiores a 2.000 Nm-2 de placa.Materiales que soporten la intemperie y que no necesiten mantenimiento.Tornilera y accesorios de acero inoxidable. Tienen que soportar esfuerzos superiores a 2.500 Nm-2. Incorporar arandelas plsticas para evitar corrosiones.Permitir diferentes posibilidades de sujecin y de fcil montaje.

Circuito hidrulicoConducciones y Valvulera:No presentas diferencias respecto a las instalaciones hidrulicas de cualquier sistema comercial.Considerar las variaciones de T del circuito primario Altas solicitaciones mecnicas sobre las tuberas. Materiales ms utilizados:Cobre: Ms utilizado, fcil de trabajar, uniones por soldadura, variedad de accesorios en el mercado. Polipropileno: bajo coeficiente de conductividad trmica, se une por termofusin, elevado coste.

Circuito hidrulicoBombas circuladoras electrocirculadores:Solo tiene que suplir la energa disipada por la prdida de carga del fluido a lo largo del circuito.Determinacin del electrocirculador:Ph = m p Potencia necesaria para mover un caudal m bajo una diferencia de presin p.Pe = Ph/ Potencia electrica del electrocirculador.

Circuito hidrulicoEficiencia mecnica de al bomba:20-50% para bomba de potecia inferior a 100 W ( residencias familizares)50-75% electrocirculadores medianos75-90% electrocirculadores grandes.Se coloca en el circuito primario a la salida del acumulador ( para evitar cavitacin).

Acumulador e intercambiador Acumulador.Acumula la energa trmica que se produce en el campo de colectores.Tipos de almacenamiento:Almacenamiento por calor sensible. (Aprovecha la capacidad calorfica de una sustancia).Almacenamiento por calor latente. (Utiliza el calor latente de cambio de estado de una sustancia). Materiales de cambio de fase (PCM) Almacenan cantidad importante de energa en uncorto intervalo de tiempo.Almacenamiento por calor de reaccin.

Acumulador e intercambiadorPara los sistemas ACS:Acumuladores por calor sensible.Utilizan agua como elemento activo.Materiales ms usados: acero, acero inoxidable y fibra de vidrio reforzada.Sistemas contra la corrosin: recubrimientos plsticos a base de: Pinturas epoxdicas y bituminosas, el vitrificado, proteccin galvnica directa.Forma importante para aprovechar la estratificacin.

Acumulador e intercambiadorIntercambiador.Para sistemas de dos oms circuitos hidrulicos.Originan una pequea prdida de eficiencia.Evitan problemas de mezcla del agua de consumo.Fundamentalmente lquido-lquido

Acumulador e intercambiadorTipos: Intercambiadores envolventes o de capa: Se sitan en el interior de los depsitos. Fcil tener una superficie de contacto grande entre las dos capas.Intercambiadores de serpentn: Se basa en la inclusin de un serpentn en el deposito.Intercambiadores de tubo de contracorriente: exteriores al acumulador, necesitan de una bomba.Intercambiadores de placas: Exteriores al acumulador. El ms eficiente ofrece una mayor superficie de intercambio con dimensiones exteriores reducidas.

Acumulador e intercambiador

Otros elementosVaso de Expansin.Permite la expansin del fluido, contrarrestando los aumentos de volumen y presin producidos.Se incluye en el circuito primario.Puede ser:Abierto: EL fluido del interior del vaso se encuentra en contacto directo con al atmsfera. Instalado en la parte ms alta del circuito (Slo para potencia < 70kW)Cerrado: Fluido contenido en un recipiente hermtico.Evita prdidas por evaporacin de agua, limita entarada de O2, , fcil montaje.

Otros elementosSondas y dispositivos de control.Se utilizan en instalaciones en las que se utiliza una bomba.(sistema de control del funcionamiento de la bomba)El sistema ms utilizado es el termstato diferencial.

Otros elementosFluido caloportador.Encargado de transferir la energa trmica desde el absorbedor hasta el depsito acumulador.Tipos:Agua natural: Utilizado en circuitos abiertos Agua caliente sanitaria pasa directamente por los colectores.Agua con adicin de anticongelante: Se utiliza para evitar problemas de heladas.Lquidos orgnicos sintticos o derivados del petrleo.Aceites de silicona.

AislamientosAislamiento trmico.Para acumuladores:Superficie menor a 2m2 espesor mnimo de 30mmSuperficie para volmenes mayores 50mmIntercambiadores externos: No ser inferior a 20mm.Tuberas y accesorios situadas en el interior: Depende del Dext.Tuberas y accesorios situadas en el exterior:Los valores se incrementan en 10mm como mn.

Instalacin