Colector solar térmico

8/7/2019 Colector solar trmico

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Colector solar trmico

Objeto:

Material:

Fundamento terico (temas previos):

Qu es ?

La energa solar trmica de baja temperatura consiste en el aprovechamiento de la radiacin

proveniente del sol para el calentamiento de un fluido a temperaturas normalmente inferiores a

80C. Esto se lleva a cabo con los llamados calentadores solares que se aprovechan de las

cualidades de absorcin de la radiacin y transmisin de calor de algunos materiales, y del efectoinvernadero que se produce cuando otro material (por ejemplo el vidrio) es transparente a la

radiacin de onda corta del sol y opaco a la radiacin de onda larga que emiten los cuerpos que

estn calientes.


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Descripcin de la instalacin

De qu se compone ?

Generalmente un sistema de energa solar trmica est constituido por varios subsistemas, que asu vez pueden considerarse como sistemas interdependientes conectados entre s. Sin embargo,

hay ocasiones en que un mismo elemento fsicamente independiente realiza varias funciones

dentro del sistema solar. Estos distintos subsistemas son:

a) El sistema de captacin.- Los paneles o calentadores solares propiamente.

b) El sistema de acumulacin.- Un depsito para acumular el agua caliente generada.

c) El sistema hidrulico.- Bombas y tuberas por donde circula el fluido de trabajo.

d) 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 daar la instalacin solar.

e) El sistema de control.- Que en los sistemas de circulacin forzada con bombas se encargar de

ponerlas en marcha y pararlas.

f) El sistema de energa auxiliar.- Hay ocasiones que la viabilidad econmica de la instalacin solar

exige que no se pueda satisfacer la demanda energtica en todo momento, mxime cuando la

energa producida por la instalacin depende de las condiciones climatolgicas, es por esto que enocasiones se dispone en la misma instalacin de un sistema de produccin de energa auxiliar.

Esquema de una instalacin solar trmica de baja temperatura

De todos estos subsistemas el que distingue la instalacin solar de cualquier otra instalacin de

produccin de agua caliente es el sistema de captacin. Los calentadores solares ms comunes son

los llamados paneles solares planos. Estos estn constituidos por:


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Cubierta.- Elemento transparente a la radiacin solar y opaco a la radiacin de onda larga que

emite el absorbedor (material selectivo transmisivo), produciendo as el efecto invernadero en el

interior del captador que aumentar considerablemente el rendimiento del mismo. La cubierta

tambin sirve para reducir las prdidas por conduccin y conveccin. Algunos captadores llevan

varias cubiertas transparentes que reducen an ms las prdidas pero aumentan

considerablemente el coste del equipo. Sin embargo en sistemas para piscinas o que requieren unsalto trmico pequeo, se prescinde de la cubierta (adems de otros elementos como la carcasa o

el aislamiento posterior) para abaratar los costes de la instalacin.

Absorbedor.- Es el elemento donde se produce la transformacin de la energa que llega por

radiacin en energa trmica que absorbe el fluido caloportador. Generalmente est constituido

por unos tubos o dos placas conformadas de metal o un material plstico que se encuentran

expuestos a la radiacin 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 prdidas trmicas del captador es conveniente aislar las zonas no

expuestas la mayor parte del da a la radiacin solar, estas son los laterales y la parte posterior del

captador solar. Un buen aislamiento trmico en esta zonas contribuye a disminuir el factor de

prdidas trmicas del captador aumentando consiguientemente su rendimiento.

Junta de cubierta.- Es un elemento de material elstico cuya funcin es asegurar la estanqueidad

de la unin entre cubierta y carcasa. Servir a su vez para absorber las diferencias en las

dilataciones entre la carcasa y la cubierta, para que no se produzca rotura en ningn 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. Habr que prestar

especial atencin a los temas de corrosin y deterioro debido a la radiacin solar.

Diferentes tipos de paneles solares planos


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temas relacionados:

- Transmisin de calor

- Aislamiento trmico

- Fluidos trmicos

- Clculo de cargas trmicas

- Clculo de cargas trmicas

- Instrumentacin.

Mtodo operatorio:

Difiere segn la asignatura de referencia. Se remite al alumno al guin de prcticas

correspondiente


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Trabajo de gabinete:

Analizar los resultados obtenidos y realizar el informe de la prctica segn las normas generales de

elaboracin de informes de laboratorio.

Capacidad experimental:

Medida de la radiacin en W/m2

Relacin entre el tipo de material, y el flujo de calor

Obtencin de curvas de calentamiento en funcin del tiempo

Efecto del ciclo trmico de acumulacin

Efecto de la velocidad de circulacin

Influencia de la cubierta de cristal.

Determinacin del coeficiente global de transmisin de calor (U)

Clculo de las prdidas


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Energa solar

La energa solar es la energa obtenida mediante la captacin de la luz y el calor emitidos por el

Sol.

La radiacin solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a

travs de la absorcin de la radiacin, por ejemplo en dispositivos pticos o de otro tipo. Es una de

las llamadas energas renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como

energa limpia o energa verde. Si bien, al final de su vida til, los paneles fotovoltaicos pueden

suponer un residuo contaminante difcilmente reciclable al da de hoy.

La potencia de la radiacin vara segn el momento del da, las condiciones atmosfricas que la

amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiacin el valor es de

aproximadamente 1000 W/m en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como

irradiancia.

La radiacin es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La

radiacin directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refraccionesintermedias. La difusa es la emitida por la bveda celeste diurna gracias a los mltiples fenmenos

de reflexin y refraccin solar en la atmsfera, en las nubes y el resto de elementos atmosfricos y

terrestres. La radiacin directa puede reflejarse y concentrarse para su utilizacin, mientras que

no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.

La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmsfera, recibe el

nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m (que corresponde a un valor

mximo en el perihelio de 1395 W/m y un valor mnimo en el afelio de 1308 W/m).

Segn informes de Greenpeace, la energa solar fotovoltaica podra suministrar electricidad a dos

tercios de la poblacin mundial en 2030.1

Radiacin solar


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Aproximadamente la mitad de la energa proveniente del Sol alcanza la superficie terrestre.

La Tierra recibe 174 petavatios de radiacin solar entrante (insolacin) desde la capa ms alta de

la atmsfera.2 Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al espacio mientras que el resto es

absorbida por las nubes, los ocanos y las masas terrestres. El espectro electromagntico de la luz

solar en la superficie terrestre est ocupado principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos

con una pequea parte de radiacin ultravioleta. 3

La radiacin absorbida por los ocanos, las nubes y las masas de tierra incrementan la

temperatura de stas. El aire calentado contiene agua evaporada que asciende de los ocanos, y

tambin en parte de los continentes, causando circulacin atmosfrica o conveccin. Cuando elaire asciende a las capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura

hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la condensacin del

agua amplifica la conveccin, produciendo fenmenos como el viento, borrascas y anticiclones. 4

La energa solar absorvida por los ocanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 C.5 Para

la fotosntesis de las plantas verdes la energa solar se convierte en energa qumica, que produce

alimento, madera y biomasa, de la cual derivan tambin los combustibles fsiles.6

Flujo Solar Anual y Consumo de energa humano

Solar 3,850,000 EJ7

Energa elica 2,250 EJ8

Biomasa 3,000 EJ9Uso energa primario (2005) 487 EJ10

Electricidad (2005) 56.7 EJ11

Se estima que la energa total que absorben la atmsfera, los ocanos y los continentes puede ser

de 3.850.000 exajulios por ao.7 . En 2002, esta energa en un segundo equivala al consumo

global mundial de energa durante un ao.12 13 La fotosntesis captura aproximadamente 3.000 EJ

por ao en biomasa, lo que representa solo el 0,08% de la energa recibida por la Tierra. 9 . La

cantidad de energa solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al doble de

toda la energa producida jams por otras fuentes de energa no renovable como son el petrleo,

el carbn, el uranio y el gas natural.

Rendimiento

Los rendimientos tpicos de una clula fotovoltaica (aislada) de silicio policristalina oscilan

alrededor del 10%. Para clulas de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%. Los ms

altos se consiguen con los colectores solares trmicos a baja temperatura (que puede alcanzar el


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70% rendimiento en transferencia de energa solar a trmica).

Tambin la energa solar termoelctrica de baja temperatura, con el sistema de nuevo desarrollo,

ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al da a

base de agua caliente almacenada durante las horas de sol.

Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos visto, un rendimiento en torno al 15 % y no

producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay lneas de investigacin sobre paneleshbridos que permiten generar energa elctrica y trmica simultneamente. Sin embargo, son

muy apropiados para instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento -proyectos de

electrificacin rural en zonas que no cuentan con red elctrica-, aunque su precio es todava alto.

Para incentivar el desarrollo de la tecnologa con miras a alcanzar la paridad -igualar el precio de

obtencin de la energa al de otras fuentes ms econmicas en la actualidad-, existen primas a la

produccin, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red elctrica. En el caso de

Alemania, Italia o Espaa.

Tambin se estudia obtener energa de la fotosntesis de algas y plantas, con un rendimiento del

3%.

Segn un estudio publicado en 2007 por el WorldEnergy Council, para el ao 2100 el 70% de laenerga consumida ser de origen solar.14 Segn informes de Greenpeace, la fotovoltaica podr

suministrar electricidad a dos tercios de la poblacin mundial en 2030.1

Tecnologa y usos de la energa solar

Clasificacin por tecnologas y su correspondiente uso ms general: Energa solar activa: para uso

de baja temperatura ( entre 35 C y 60 C,se utiliza en casas ),de media temperatura, alcanza los

300 C,y de alta temperatura, llega ha alcanzar los 2000 C.Estaltima,se consigue al incidir los

rayos solares en espejos,que van dirigidos a un reflector,que lleva a los rayos a un punto concreto.

Tambin puede ser por Centrales de Torre y por Espejos Parablicos.

Energa solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas

mecnicos.

Energa solar trmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y

calefaccin.

Energa solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se

alteran con la radiacin solar.

Energa solar termoelctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinmico convencional

a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite trmico)

Energa solar hbrida: Combina la energa solar con otra energa. Segn la energa con la que se

combine es una hibridacin:

Renovable: biomasa, energa elica.15

Fsil.

Energa elico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde

estn los generadores.


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los paneles solares

Un panel solar es un mdulo que aprovecha la energa de la radiacin solar. El trmino comprende

a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente domstica) y a los

paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

Paneles fotovoltaicos

Artculo principal: Panel fotovoltaico

Los paneles fotovoltaicos estn formados por numerosas celdas que convierten la luz en

electricidad. Las celdas a veces son llamadas clulas fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas

celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energa luminosa produce cargas positiva y

negativa en dos semiconductores prximos de diferente tipo, produciendo as un campo elctrico

capaz de generar una corriente.

Los paneles fotovoltaicos, adems de producir energa que puede alimentar un red elctrica

terrestre, pueden emplearse en vehculos elctricos y barcos solares

Agua caliente solar

Una lavandera en California, EE. UU., con paneles solares de agua caliente en techo.

Artculos principales: Colector solar y Energa solar trmica

Un calentador solar de agua usa la energa del Sol para calentar un lquido, el cual transfiere el

calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente

sanitaria puede ser calentada y almacenada en un depsito de agua caliente.Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula lquido adheridos a sta. El

receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) asegura la transformacin de

radiacin solar en calor, mientras que el lquido que circula por los tubos transporta el calor hacia

donde puede ser utilizado o almacenado. El lquido calentado es bombeado hacia un aparato

intercambiador de energa (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato

externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto


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provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energa solar.

El lado oscuro de los paneles solares

Los paneles solares, aunqconcidedrado como uno de los dispositivos ms efectivos para generar

energa renovable,tiene un cierto impacto negativo

Los paneles solares, considerados como uno de los dispositivos ms efectivos para generar energa

renovable, pueden llegar a provocar la desaparicin de comunidades enteras de insectos

acuticos.

sta es la conclusin de un estudio llevado a cabo por investigadores hngaros y estadounidenses,

que pone de relieve al menos uno de los problemas que pueden ocasionar las fuentes de energalimpia.

La prdida potencial de los insectos acuticos es grave, porque estos constituyen el primer

peldao en la cadena alimenticia acutica.

Si disminuye la poblacin de insectos acuticos, las poblaciones de peces y otros organismos que

viven en el agua sufrirn las consecuencias.

Los insectos acuticos, como la efmera, confunden la superficie negra, lisa y brillante de los

paneles solares con la de una laguna o un gran charco de agua.

Tras divisar el "falso lago", los insectos se dirigen all para reproducirse y depositar sus huevos, quepor no hallarse en el medio adecuado, terminan pereciendo.

"Se sienten tan atrados por los paneles solares que son incapaces de escapar su influencia", le dijo

a BBC Mundo Bruce Robertson, ecologista del Departamento estadounidense de Energa de los

Grandes Lagos, en Michigan, coautor del estudio.

Este efecto, por el cual un organismo prefiere un hbitat malo por sobre uno bueno, se conoce

como trampa ecolgica. "Es uno de los fenmenos ms peligrosos de la naturaleza", seala


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Robertson.

La confusin se produce porque tanto el agua como los paneles reflejan la luz polarizada de forma

horizontal y los insectos utilizan las vibraciones de estas ondas lumnicas para detectar agua.

Cmo es posible que una vez que entran en contacto con el panel solar no se den cuenta de queno es un lago?

"Es sorprendente, pero es as", dice el investigador. "Como el nico elemento natural en el mundo

que polariza la luz es el agua, estos insectos evolucionaron de forma tal, que la nica informacin

que utilizan para reconocerla es la luz polarizada".

"Panel solar"

Para comprobar el impacto de los paneles sobre los insectos los investigadores instalaron una

serie de paneles en una regin boscosa salpicada por lagos en Hungra.

All observaron el fenmeno descrito anteriormente, pero tambin, casi por casualidad, hallaron

cmo aminorar el impacto.

"Si divides al panel en pequeas porciones, o le aades en el medio lneas blancas, en forma de

rejilla, el efecto es mucho menor. El panel sigue polarizando la luz, pero al hacerlo en partes mschicas, no resulta tan atractivo para los insectos", comenta Robertson.

Los investigadores no saben exactamente por qu: "Quizs creen que son charcos ms pequeos y

por eso no les interesan. Pero lo interesante aqu, es que este dato nos da la clave de cmo

eliminar esta contaminacin, lo cual es posible hacer, adems, a un costo muy bajo", seala.

Robertson enfatiza la importancia de tomar en cuenta esta informacin a la hora de disear

paneles solares, pero tambin hace hincapi en la necesidad de estudiar ms a fondo su efecto

sobre todos los organismos vivos.

Si bien este estudio revela algunos de los efectos que producen los paneles solares en los animales

acuticos, dice el investigador, nada se sabe sobre el impacto que puedan llegar a tener sobre

insectos o animales terrestres, sobre todo en las zonas desrticas, que son el escenario principal

de la mayor parte de los proyectos de energas limpias basadas en tecnologa solar.


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Como hacer un calefon solar planos y video .

Como hacer un efectivo y econmico colector solar con botellas plsticas descartables

Por Rubn Ravera

Una vez elegido el formato de la botella plstica, se debe pintar de negro la parte apoyar sobre el techo.

Para ello es muy prctica la pintura asfltica en fri. La cara que mira al sol debe quedar despejada

(Figura 6).

Toda esta configuracin de botellas y caeras se debe disponer en una caja que las contenga construida

en madera o chapa de aluminio o plstico reforzado con fibra de vidrio (Figura 7).

Si en el lugar en donde va a funcionar este aparato el clima es riguroso conviene que la caja est aislada

con polietileno expandido (Telgopor), poliuretano rgido, fibra de vidrio o simplemente bollos de papel de

diario (Figura 8).

Si se desea aumentar la eficiencia del sistema de captacin de energa, se puede tapar la caja con un vidrio

o una plancha de PET o acrlico (Figura 9).

Una vez terminada la caja se puede pintar con un esmalte que la impermeabilice como la laca

poliuretnica o en su defecto la misma pintura asfltica.

Ahora se debe conectar este colector solar a dos depsitos de agua. El primero para alimentar el sistema

que puede ser el mismo tanque que existe en la mayora de las viviendas. Generalmente est a una altura

respetable que garantice una presin aceptable en todos los grifos de la casa. Si no existe hay que

instalarlo. El segundo es para acumular el agua que se va alentando en el colector. Debe estar aislado

como cualquier termo. Una posibilidad es usar un termotanque viejo que haya funcionado con gas o

electricidad en desuso pero en buen estado (sin pinchaduras) o fabricarlo nosotros mismos. En este ltimo

caso podemos recurrir a los tanques de polietileno habitualmente azules de 120 y 200 litros. Para el termo

ponemos el tanque chico dentro del grande y lo separamos con bollos de papel de diario. Con esto el agua


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estar lo suficientemente aislada para conservar el calor.

Las conexiones deben hacerse con cuidado. La salida de agua caliente est en lo alto del colector pues por

efecto sifn el agua caliente sube y la fra baja. La entrada de alimentacin desde el tanque de provisin

est en la parte inferior del radiador. El termo tiene la entrada por lo alto y el agua que se va enfriando

sale por abajo para ir a parar al conducto de ingreso del colector solar. Todas estas caeras externas

deben ir aisladas con cinta de espuma y aluminio o papel embreado o tubos de poliestireno.

En la parte superior del colector se debe dejar una vlvula para purgar el circuito en caso de que alguna

burbuja de aire se introduzca en la caera y altere el funcionamiento normal. Y en la parte inferior del

colector se coloca una vlvula de retencin para evitar que por la noche el agua caliente salga del

termotanque y se enfre.

Todo esto dicho sin ilustracin puede ser difcil de entender pero como dicen los chinos un dibujo vale

mil palabras y aunque los diagramas son a mano alzada van a esclarecer este acertijo del diseo

ecolgico y las tecnologas socialmente apropiadas.

Las ventajas de construir este tipo de aparato son mltiples:

Se usa la energa del sol que es limpia, infinita y gratis.Los materiales son baratos y casi todos se pueden obtener del reciclado urbano.

El PET si no se recicla va a parar a los desages pluviales y genera todo tipo de trastornos sanitarios como

inundaciones y costosos destaponamientos. Actualmente los carritos lo juntan porque el precio

internacional condice con la actual cotizacin del dlar pero se debe reconocer que la recoleccin no es

muy cmoda para quienes tienen que hacerla.

Colector solar térmico

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