Curso de Formacin de Energa Solar Trmica

CURSO DE FORMACIN DE ENERGA SOLAR TRMICA 1. COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES SOLARES TRMICAS 1.1. INTRODUCCIN. 1.1.1. El circuito primario. 1.1.2. El circuito secundario. 1.2. EL COLECTOR SOLAR. 1.2.1. Tipos de colectores solares de baja temperatura. 1.2.2. Aspectos que influyen en la captacin. 1.2.3. Rendimiento de un colector solar. 1.2.4. Montaje de los colectores. 1.3. ESTRUCTURA SOPORTE DE LOS COLECTORES. 1.4. LAS CONDUCCIONES. 1.4.1. Prdidas de carga. 1.4.2. Materiales empleados. 1.4.3. El aislamiento. 1.5. EL FLUIDO DE TRABAJO. 1.5.1. Agua. 1.5.2. Agua con anticongelante. 1.5.3. Otros fluidos. 1.5.4. La temperatura de trabajo y el caudal de trabajo. 1.6. BOMBAS O ELECTROCIRCULADORES. 1.6.1. Curva caracterstica de un electrocirculador. 1.6.2. Conectado de electrocirculadores. 1.7. EL DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO. 1.7.1. Formas de acumulacin de la energa calorfica. 1.7.2. Acumuladores de agua. 1.7.3. Conectado de acumuladores. 1.8. EL INTERCAMBIADOR DE CALOR 1.8.1. Intercambiadores interiores. 1.8.2. Intercambiadores exteriores. 1.9. OTROS SISTEMAS DE LA INSTALACIN. 1.9.1. Sistema auxiliar de calentamiento. 1.9.2. Sistemas de vaciado y llenado del circuito. 1.9.3. Sistema de equilibrado. 1.9.4. Sistemas de control y monitorizacin. 1.9.5. Vlvulas auxiliares. 1.9.6. Centrales de control. 1.10. SISTEMAS DE PROTECCIN DE LOS CIRCUITOS. 1.10.1. Proteccin contra las heladas. 1.10.2. Proteccin contra el calor excesivo en el circuito. 1.10.3. Proteccin contra la sobrepresin. 1.10.4. Proteccin contra la produccin de gas en el circuito. 1.10.5. Proteccin contra el flujo inverso 1.10.6. Proteccin contra las descargas elctricas. 2. HOJAS DE CARGAS 2.1 INTRODUCCIN 2.2. APLICACIONES DE LOS SISTEMAS SOLARES TRMICOS DE BAJA TEMPERATURA. 2.2.1. Produccin de agua caliente sanitaria (A.C.S.) 2.2.2. Calefaccin de edificios. 2.2.3. Refrigeracin. 2.2.4. Calentamiento de piscinas. 2.2.5. Procesos industriales. 2.3. HOJA DE CARGA DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) 2.3.1. Demanda de ACS

1 1 5 5 6 6 6 7 10 11 13 15 15 16 16 17 17 18 18 18 19 20 21 22 22 22 23 24 26 26 27 29 29 30 31 32 35 36 38 38 41 43 45 46 47 48 48 48 48 48 49 50 50 51 51

2.3.2. Temperatura del ACS. 2.3.3. Nmero de usuarios del ACS 2.4. HOJA DE CARGA DE CALEFACCIN. 2.4.1. Consideraciones previas. 2.4.2. Demanda energtica de calefaccin. 2.5. HOJA DE CARGA PARA CALENTAMIENTO DE PISCINA. 2.5.1. Clculo de la demanda energtica. 2.5.2. Piscinas con manta trmica. 2.5.3. Captacin solar en piscinas descubiertas. 2.6. HOJA DE CARGA DE REFRIGERACIN. 2.7. HOJA DE CARGA DE PROCESOS INDUSTRIALES. 2.8. CAPTACIN PASIVA DE LA ENERGA TRMICA SOLAR.

52 52 53 54 56 57 58 61 62 64 66 67

3. CRITERIOS DE DISEO Y CONFIGURACIONES DE LAS INSTALACIONES SOLARES TRMICAS DE BAJA TEMPERATURA 68 3.1. CRITERIOS DE CLASIFICACIN Y DISEO. 68 3.1.1. Definiciones previas. 68 3.1.2. Criterios de clasificacin. 69 3.1.3. Criterios de diseo. 69 3.1.3.1. Primera directriz: Captar el mximo de energa solar que podamos usar y convertirla en energa til. 70 3.1.3.2. Segunda directriz: Consumir preferentemente la energa solar captada y acumulada. 70 3.2. CONFIGURACIONES BSICAS PARA LA CAPTACIN. 73 3.2.1. Configuracin 1: Instalacin por termosifn directa. 73 3.2.2. Configuracin 2: Instalacin por termosifn indirecta. 74 3.2.3. Configuracin 3: Instalacin por circulacin forzada, directa. 75 3.2.4. Configuracin 4: Instalaciones por circulacin forzada indirectas con intercambiador de calor incorporado en el acumulador solar. 76 3.2.5. Configuracin 5: Instalaciones por circulacin forzada indirectas con intercambiador de calor independiente. 76 3.2.6. Eleccin de la configuracin. 76 3.3. CONFIGURACIONES BSICAS DEL VASO DE EXPANSIN. 77 3.4. CONFIGURACIONES BSICAS DE LA ACUMULACIN Y EL APOYO. 78 3.4.1. Configuracin 1: Sistema auxiliar en lnea. 79 3.4.2. Configuracin 2: Sistema auxiliar en depsito de acumulacin. 79 3.4.3. Configuracin 3: Sistema auxiliar con circuito independiente. 79 3.4.4. Eleccin de la configuracin. 80 3.4.5. Configuraciones para conectar varios acumuladores. 80 3.4.6. Configuraciones adicionales de la acumulacin. 81 3.5. CONFIGURACIONES DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DEL FLUIDO. 81 3.6. CONFIGURACIONES DEL APOYO EN LNEA. 82 3.7. CONFIGURACIONES BSICAS DE LA REGULACIN. 83 3.7.1. Regulacin de la captacin. 84 3.7.2. Regulacin de la acumulacin. 86 3.7.3. Regulacin del sistema de apoyo en la acumulacin. 87 4. DIMENSIONADO DE LAS INSTALACIONES SOLARES TRMICAS 4.1. PROCEDIMIENTO GENERAL DE DIMENSIONADO. 4.2. DIMENSIONADO DEL DEPSITO DE ACUMULACIN. 4.2.1. Volumen de acumulacin para ACS. 4.2.2. Volumen de acumulacin para calentamiento de piscinas. 4.2.3. Volumen de acumulacin para calefaccin. 4.2.4. Dimensionado del depsito secundario de acumulacin. 4.3. DIMENSIONADO DE LA SUPERFICIE COLECTORA. 4.3.1. Relacin entre volumen de acumulacin y superficie colectora. 4.3.2. Diseo del campo de colectores. 4.4. DIMENSIONADO DEL INTERCAMBIADOR. 4.4.1. Intercambiador interior. 4.4.2. Intercambiador exterior. 4.5. DIMENSIONADO DE LAS TUBERAS. 88 88 89 90 90 90 91 91 93 94 95 95 95 96

4.5.1. Determinacin del caudal de la instalacin. 4.5.2. Clculo de la seccin mnima de tubera. 4.5.3. Clculo de las prdidas totales de carga. 4.6. DIMENSIONADO DEL VASO DE EXPANSIN. 4.6.1. Vaso de expansin abierto. 4.6.2. Vaso de expansin cerrado. 4.7. DIMENSIONADO DE LAS BOMBAS DE CIRCULACIN. 4.8. DIMENSIONADO DEL AISLAMIENTO. 4.9. DIMENSIONADO DEL SISTEMA AUXILIAR DE CALENTAMIENTO. 4.9.1. Sistema auxiliar en lnea. 4.9.2. Sistema auxiliar en depsito. 4.9.3. Tratamiento de la legionela. 4.10. DIMENSIONADO DE LOS ELEMENTOS AUXILIARES DEL CIRCUITO HIDRULICO. 4.10.1. Purgadores y desaireadores. 4.10.2. Vlvulas. 4.11. MTODO F-CHART. 4.11.1. Estimacin de Y 4.11.2. Estimacin de X 4.11.3. Factores de correccin. 4.11.4. Estimacin de Fcy y de Fcx. 5. DOCUMENTACIN DE LA INSTALACIN 5.1. PROYECTO TCNICO DE LA INSTALACIN. 5.1.1. Instalaciones de menos de 200 m2 de superficie de captacin. 5.1.2. Instalaciones de ms de 200 m2 de superficie de captacin. 5.2. COSTES ECONMICOS. 5.2.1. Costes de instalacin. 5.2.2. Costes de funcionamiento. 5.2.3. Coste comparativo con otras fuentes de energa. 5.2.4. Coste de las instalaciones medianas y grandes. 5.3. ELABORACIN DE PRESUPUESTOS. 5.4. SUBVENCIONES A LAS INSTALACIONES. 5.5. MANUAL DE INSTRUCCIONES. 5.5.1. Caractersticas de funcionamiento. 5.5.2. Instrucciones de uso. 5.5.3. Instrucciones de seguridad. 5.5.4. Instrucciones de mantenimiento. 5.6. CONTRATO DE MANTENIMIENTO. 5.7. GARANTA DE LA INSTALACIN.

96 98 99 102 103 103 105 107 107 108 110 110 111 111 111 112 112 113 114 115 116 116 116 117 118 119 119 119 120 120 121 123 123 124 124 125 126 126

1. Componentes de las instalaciones solares trmicas1.1. Introduccin.Una instalacin solar trmica est constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiacin solar, transformarla directamente en energa trmica cedindola a un fluido de trabajo y, por ltimo almacenar dicha energa trmica de forma eficiente, bien en el mismo fluido de trabajo de los captadores, o bien transferirla a otro, para poder utilizarla despus en los puntos de consumo. Dicho sistema se complementa con una produccin de energa trmica por sistema convencional auxiliar que puede o no estar integrada dentro de la misma instalacin. Los sistemas que conforman la instalacin solar trmica para agua caliente son los siguientes: - Un sistema de captacin formado por los colectores solares, encargado de transformar la radiacin solar incidente en energa trmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que circula por ellos. - Un sistema de acumulacin constituido por uno o varios depsitos que almacenan el agua caliente hasta que se precisa su uso. - Un circuito hidrulico constituido por tuberas, bombas, vlvulas, etc., que se encarga de establecer el movimiento del fluido caliente hasta el sistema de acumulacin. - Un sistema de intercambio que realiza la transferencia de energa trmica captada desde el circuito de colectores, o circuito primario, al agua caliente que se consume. - Un sistema de regulacin y control que se encarga por un lado de asegurar el correcto funcionamiento del equipo para proporcionar la mxima energa solar trmica posible y, por otro, acta como proteccin frente a la accin de mltiples factores como sobrecalentamientos del sistema, riesgos de congelaciones, etc. - Adicionalmente, se dispone de un equipo de energa convencional auxiliar que se utiliza para complementar la contribucin solar suministrando la energa necesaria para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en los casos de escasa radiacin solar o demanda superior al previsto. Ya hemos indicado que la una instalacin solar trmica tiene habitualmente como mnimo dos circuitos: - El circuito primario o circuito hidrulico es el encargado de captar la energa solar, transformarla en calor y trasladar la energa calorfica hasta un lugar de almacenamiento. - El circuito secundario es el circuito que toma el calor almacenado en el acumulador y lo conduce hasta los puntos de uso. Adems de estos circuitos, la instalacin puede disponer de otros circuitos en funcin de su diseo y aplicaciones.

1.1.1. El circuito primario.El circuito primario o circuito hidrulico es el encargado de captar la energa solar, transformarla en calor y trasladar la energa calorfica hasta un lugar de almacenamiento. A continuacin mencionamos, de forma genrica, los componentes bsicos del circuito primario. - Colectores. - Estructuras de soporte y anclaje de los colectores. - Conducciones. - Aislamiento. - Bombas de circulacin, - Sistemas de control. - Sistemas de proteccin. - Sistemas de llenado y vaciado del circuito. - Dispositivos de regulacin de la circulacin del fluido. - Intercambiador. Normalmente, por el circuito primario circula lquido con ciertas propiedades trmicas, que lo hace idneo para aguantar altas y bajas temperaturas, pero que no es potable.

1.1.2. El circuito secundario.El circuito secundario es el circuito que toma el calor almacenado en el acumulador y lo conduce hasta los puntos de uso. A continuacin mencionamos, de forma genrica, los componentes bsicos del circuito secundario. - Conducciones. - Aislamiento. - Depsito de almacenamiento. - Bombas de circulacin. - Sistemas de proteccin. - Sistema de llenado y vaciado. - Dispositivos de regulacin de la circulacin del fluido. - Intercambiadores. - Sistema auxiliar de calentamiento. Normalmente, por el circuito secundario circula agua de consumo. En este caso, los elementos que lo componen debern de cumplir, adems de con las especificaciones propias de un circuito trmico, con los requisitos establecidos para circuitos hidrulicos que conduzcan agua de consumo humano.

1.2. El colector solar.Llamamos colector o captador solar trmico al sistema capaz de transformar la irradiacin solar incidente en energa trmica, que podremos aprovechar para nuestro uso. Independientemente del rango de temperaturas con el que estemos trabajando.

La variedad existente de colectores solares es enorme, en este tema hablaremos fundamentalmente del colector solar plano de baja temperatura, aunque es necesario decir que, incluso de solamente de este tipo, existe una enorme variedad de diseos. Nos interesar representar simblicamente los elementos de una instalacin solar, porque esto nos permitir realizar esquemas explicativos referentes al funcionamiento de sus elementos y de los sistemas que estos elementos conforman.

1.2.1. Tipos de colectores solares de baja temperatura.Los colectores solares de baja temperatura se caracterizan por que carecen de cualquier tipo de sistema de concentracin de la irradiacin solar incidente, captan tanto la irradiacin directa como la difusa, no disponen de ninguna forma de seguimiento de la posicin del sol, a lo largo del da, generalmente utilizan como fluido trmico una mezcla de agua y anticongelante y su rango de funcionamiento est entre los 40 C y 120 C. El fin para el que va ha estar destinado el colector solar va a hacer que tenga unas caractersticas muy determinadas, y esto nos permitir hacer algunas distinciones entre unos colectores y otros. As, si bien el principio que rige su funcionamiento es el mismo para todos los colectores, el rendimiento que queremos sacarle, y el precio que lo hace rentable para una aplicacin determinada, dar lugar, por ejemplo, al uso de colectores sin carcasa, cubiertas y aislamientos, como son los que se utilizan en climatizacin de piscinas. Los materiales que los componen tambin pueden variar considerablemente, pues nos interesa siempre ajustarnos lo ms posible a un rendimiento mximo en las condiciones que presente nuestro caso particular por un coste mnimo. Nuestra instalacin no va a ser efectiva si tenemos que reemplazar un colector, o alguno de sus componentes, antes de que finalice la vida normal de este, que es de, cmo poco, unos quince aos; el gasto que nos supondra l tener que hacerlo no nos permitira decir que la instalacin del sistema de baja temperatura ha sido rentable. Debemos tener muy en cuenta, que muchos de los defectos y accidentes relativos a los colectores pueden ser evitados con una buena eleccin de los materiales utilizados y un correcto montaje. La conversin de la irradiacin solar en energa trmica lleva asociadas unas prdidas por irradiacin, conduccin y conveccin, cuyo efecto es la progresiva disminucin del rendimiento a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre la placa absorbedora y el ambiente, segn se expresa en la ecuacin caracterstica del colector, como veremos posteriormente. Para hacernos una primera idea general, presentamos a continuacin algunos de los diferentes tipos de colectores solares de baja temperatura ms utilizados.

COLECTOR RANGO T (C) Sin cubierta 10-40 Cubierta simple 10-60 Cubierta doble 10-80 Superficie selectiva 10-80 Tubos de vaco 10-130 Colector parablico compuesto CPC 10-130

1.2.1.1. Colectores sin cubierta. Los colectores solares para calefaccin de piscinas estn hechos de materiales plsticos resistentes a los rayos UV del sol y se instalan sin cubierta, normalmente encima del techo de algn edificio prximo a la piscina. Bsicamente consisten en placas de polipropileno flexible, muy ligeras, resistentes y duraderas extendindose en zonas expuestas al sol. Por dentro de ellas circula a travs de unos pequeos conductos la misma agua de la piscina. El agua de la piscina circula gracias a una pequea bomba Generalmente los cambios que deben realizarse para adaptar los colectores a una instalacin son sencillos. Necesitan un mantenimiento mnimo, ya que no hay riesgo de corrosin, y son muy ligeros y baratos. Aunque su rendimiento es ms bien bajo.

1.2.1.2. Colectores planos con cubierta. Los colectores solares planos de baja temperatura con cubierta son bsicamente una caja hermticamente cerrada y trmicamente aislada, que dispone de una pared transparente, que es la que se orienta al sol, para permitir que la irradiacin solar incida sobre la superficie captadora. La caja acta como una trampa de energa solar ya que permite su entrada pero dificulta su salida, es decir, que utiliza en su funcionamiento el efecto invernadero. Los rayos solares, atraviesan la cubierta, incidiendo en la placa absorbedora. Esta tiene la caracterstica de absorber al mximo estos rayos, pues es de color negro y su superficie refleja un mnimo de energa. La energa absorbida se transforma en calor que es cedido a su vez al caloportador o fluido de trabajo, que es el encargado de recoger y transmitir la energa captada por el colector en el absorbedor. Los rayos que no han sido absorbidos por la placa absorbedora, se quedan atrapados dentro de la carcasa, debido al efecto invernadero, con lo que la temperatura del aire del interior del colector aumenta, lo que contribuye a que las perdidas de calor por conduccin, conveccin y irradiacin no sean muy grandes, pues estas dependen de la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su entorno, y propiciando el efecto invernadero hemos conseguido que esta diferencia sea menor.

1.2.1.3. Equipos compactos. Los equipos compactos son un tipo especial de colector solar plano de baja temperatura, en el que el depsito de acumulacin est integrado en el sistema. Son muy tiles para realizar instalaciones sencillas unifamiliares.

1.2.1.4. Colectores de vaco. Los colectores de vaco encuentran su principal aplicacin en los sistemas de temperaturas intermedias (sistemas de acondicionamiento de aire, procesos industriales, etc.) y en lugares fros con diferencias elevadas entre la temperatura del colector y la del ambiente; donde la mejora del rendimiento del sistema puede compensar el aumento de coste debido a su utilizacin. El vaco no solo contribuye a la reduccin de prdidas, sino tambin a minimizar la influencia de las condiciones climticas (condensacin, humedad, etc.) sobre los materiales empleados, evitando su rpido deterioro y mejorando as la durabilidad y el rendimiento global del sistema. Debido a la presin atmosfrica, que producira fuerzas muy grandes al aplicarse a toda la superficie de la cubierta, y a los problemas tcnicos relacionados con el sellado de la carcasa del colector, la construccin de un colector de vaco con la forma de uno convencional de placa plana, entraa gran dificultad. Sin embargo, la tcnica de vaco utilizada por los fabricantes de tubos fluorescentes, entre otros, se ha desarrollado hasta el punto de hacer rentable la produccin en masa y la comercializacin de sus equipos. Colectores de vaco con tubo de calor (heat pipe) es un tubo con alta conductividad usado como disipador en el extremo superior de calor captado de la irradiacin solar en el extremo inferior. Consiste en un tubo cerrado por ambos extremos en cuyo interior hay un fluido a una presin adecuada para que se evapore y condense en un rango determinado de temperatura. Al aplicarle calor en un extremo se evapora el lquido de ese extremo y se desplaza al otro lado, ligeramente ms fro, condensndose y transfirindole el calor. El lquido retorna debido a la accin de la gravedad y el ciclo de evaporacin-condensacin se repite.

1.2.1.5. Colectores parablicos compuestos. Los colectores de tubo de vaco incrementan su eficiencia a travs del CPC, (compound, parabolic, concentrador), un espejo en forma de hoja metlica, altamente reflectante que se coloca en la parte posterior de los tubos y que permite captar tanto las radiaciones directas como difusas, cayendo sobre el absorbedor incluso cuando el ngulo de incidencia no es el ideal. Este efecto incrementa notablemente la captacin energtica. La irradiacin solar que entra a un colector concentrador a travs de una superficie determinada es reflejada, refractada o absorbida por una superficie menor, para luego ser transformada en energa trmica. Esto no ocurre en el colector plano donde la

transformacin de la energa solar en energa trmica se efecta en la misma superficie que recibe la irradiacin. La ventaja importante de este tipo de colector es ante todo la reduccin de las prdidas trmicas en el receptor, pues al ser ste de menor superficie habr menos rea para la irradiacin del calor y por lo tanto el lquido que circula por el receptor puede calentarse a mayores temperaturas con un rendimiento razonable y a un costo menor. Claro est que las reflexiones y refracciones extras de la irradiacin solar hacen aumentar las prdidas pticas y entonces las curvas representativas del rendimiento, parten de ordenadas en el origen menores que las de un colector plano, pero no tienen la pendiente pronunciada, caracterstica de estos ltimos.

1.2.2. Aspectos que influyen en la captacin.Los colectores solares han de situarse de forma que aprovechen al mximo la irradiacin solar disponible. Para que esto sea as, a la hora de realizar un montaje correcto, tendremos muy en cuenta la orientacin y la inclinacin en que los fijaremos, como ya se indicaba en la leccin correspondiente. Pero hay dos factores especficos que influyen de manera decisiva en la captacin de los colectores solares: - El salto trmico entre la temperatura que queremos alcanzar y la de partida. - La temperatura ambiente.

1.2.2.1. El salto trmico. Evidentemente la temperatura de agua en la red de distribucin tiene un peso importante en el rendimiento del colector solar, ya que no es lo mismo tener que elevar la temperatura del agua de 15 hasta 45 C, que tener que hacerlo de 5 a 45 C. En el segundo caso el colector tiene que suministrar un 25% ms de energa para realizar la misma funcin. La diferencia de temperatura, entre la que tiene el agua de la red de distribucin y a la que hay que elevarla para su uso, es lo que denominamos salto trmico. Adems hay que considerar que el lquido caloportador evacua su calor, a travs del intercambiador de calor, en el agua que entra de la red de abastecimiento. Cuando comienza el proceso si la temperatura ambiente se aproxima mucho a la del agua en la red el rendimiento es muy alto. De aqu la importancia de conocer la temperatura del agua en la red de abastecimiento.

1.2.2.2. La temperatura ambiente. En el rendimiento del colector solar plano, tiene una gran importancia la temperatura que alcanza la superficie captadora iluminada por la irradiacin solar, ya que esta temperatura influir de manera notable en el rendimiento del colector.

Todos los cuerpos emiten irradiacin infrarroja, en mayor o menor medida dependiendo de su temperatura, que es lo que nos permite ver en la oscuridad total utilizando cmaras de visin trmica, como estamos habituados a ver en las pelculas. Puede llegar a pasar que la temperatura de la superficie de captacin de nuestro colector llegue a ser suficientemente alta como para que emita tanta energa como la que recibe, lo que producir que al final no captemos nada de energa. Por esta razn deberemos realizar muchos esfuerzos en el diseo de las mquinas solares trmicas para que pierdan la mnima energa posible por emisin de irradiacin. Normalmente la temperatura de la placa captadora de nuestro colector solar es mucho ms elevada que la temperatura ambiente por lo que, sin tener en cuenta otros factores, esto provoca que se pierda una cantidad importante de energa hacia el exterior en forma de irradiacin. Por el contrario, si la temperatura ambiente, exterior al colector, es ms alta que la de la placa captadora penetrar energa en el colector, con lo que aumentar su captacin.

1.2.3. Rendimiento de un colector solar.El concepto de rendimiento de una mquina trmica es perfectamente aplicable a un colector solar que al fin y al cabo es tambin una mquina trmica como cualquier otra. En concreto la ecuacin del rendimiento del colector solar viene dada por la las siguientes ecuaciones.

1.2.3.1. Ecuacin de primer orden del rendimiento. Pero la forma anteriormente indicada del rendimiento puede no ser muy prctica por diversos motivos, por lo que utilizaremos una primear forma de expresar el rendimiento, que nos resultar ms til para nuestro trabajo cotidiano, que es la denominada ecuacin de primer orden del rendimiento: = Gm {Fg * (Up*[(Tm-T a)/I])} Gm La llamaremos factor de rendimiento mximo, tambin se la llama ganancia mxima del colector o factor de ganancia ptica, y representa el origen de la curva de rendimiento en el eje de ordenadas. El rendimiento mximo de un colector puede variar entre el 70 % y el 83 % cuando el colector recibe la irradiacin de forma totalmente perpendicular. Fg, es el factor de ganancia del colector y que viene dado en tantos por 1, es un parmetro adimensional que indica la relacin entre la energa captada por el colector y la que captara si la temperatura de la placa de captacin fuera la igual a la del fluido termocalrico a la entrada de la placa. Este parmetro debe ser suministrado por el fabricante o el organismo homologador del colector.

Up es el coeficiente global de perdidas del colector en W/m2.C, es un parmetro que en las instalaciones destinadas exclusivamente a producir agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, precalentamiento de agua de aporte de procesos industriales, calefaccin por suelo radiante o fan-coil u otros usos a menos de 45 C, debe estar comprendido entre 3 W/m2.C y 10 W /m2.C. Tm es la temperatura media del fluido caloportador en C. Ta la temperatura ambiente en C, la podemos obtener de las tablas de temperatura media diaria en horas de sol, que es cuando trabaja nuestro colector. I la irradiancia solar incidente en W/m2 . La irradiancia utilizada depende de los parmetros utilizados para la homologacin. Cuando en la segunda parte de la ecuacin esta parte la temperatura de entrada del lquido caloportador es igual a la temperatura ambiente, toda la parte se anula, con lo que el rendimiento del colector es mximo (coincide con el valor del factor de rendimiento mximo). Cuando la temperatura del liquido es muy elevada llega un momento que las perdidas por diversos motivos se igualan con las ganancias en la ecuacin del rendimiento y este se hace cero.

1.2.3.2. Ecuacin de segundo orden del rendimiento. La curva real de rendimiento de un colector solar no es tan recta como nos muestra la ecuacin de primer orden y muchos fabricantes prefieren utilizar la ecuacin de segundo orden, que se aproxima mejor al comportamiento real del colector solar plano y adems es la que se utiliza en los colectores de vaci. La determinacin del rendimiento del colector puede hacerse mediante la ecuacin: = [ k1 * (T m - Ta) / I ] [ k2 * (Tm - Ta )2 / I ] es rendimiento final del colector. es rendimiento ptico del colector, dado por el fabricante y que anteriormente llamamos Gm. k1 es coeficiente de prdidas de calor por conduccin, tambin llamado factor de perdida calrica simple, viene dado por el fabricante, su valor suele rondar los 4 W/m2.K. k2 es coeficiente de prdidas de calor por irradiacin y conveccin, tambin llamado factor de perdida calrica cuadrtica, viene dado por el fabricante, su valor suele rondar los 0,02 W/m 2.K2. Tm es la temperatura media del fluido caloportador en el colector en C. Ta es la temperatura ambiente en C.

I es la irradiacin solar incidente, hemos considerado 1000 W/m 2.

1.2.4. Montaje de los colectores.El montaje de los colectores es una de las operaciones ms importantes en una instalacin de energa solar. El ptimo funcionamiento de cualquier instalacin depender en alto grado de ello. Para satisfacer nuestras necesidades, quiz un colector no sea suficiente y, aunque hasta ahora no hemos hecho ninguna mencin al respecto, podemos conectar varios colectores entre s para conseguir una superficie colectora que s sea capaz de cumplir nuestro objetivo. La mayora de las instalaciones solares cuentan con superficies colectoras formadas por un nmero variable de colectores. Se recomienda que los colectores que integren la instalacin sean del mismo modelo, tanto por criterios energticos como por criterios constructivos. A la hora de conectar varios colectores entre s, para conseguir la superficie colectora necesaria, podemos optar por conectarlos en serie, en paralelo u optar por un sistema mixto: El conexionado en serie conduce a un mayor aumento de la temperatura del fluido de trabajo, por lo que este conexionado disminuye el rendimiento de la instalacin. Conexionado en paralelo. El conexionado en paralelo permite calentar una cantidad de fluido de trabajo proporcional al nmero de colectores sin prdidas de rendimiento. Conexionado mixto. Hay dos opciones posibles. A la hora de elegir una configuracin para conseguir nuestra superficie captadora nos ajustaremos a lo siguiente: - El diseo tiene que permitirnos montar y desmontar los colectores, por lo que se deben instalarse vlvulas de cierre, en la entrada y salida de las distintas bateras de colectores. - Si fuera necesario, las bateras de colectores podrn conectarse entre s en paralelo, en serie o en serie-paralelo (al igual que conectamos colectores, podemos conectar bateras de colectores). - En la conexin en serie conseguimos una mayor temperatura de trabajo, pues el agua calentada por un colector pasa al siguiente y sigue calentndose. Optaremos por utilizar esta opcin solo cuando sea primordial trabajar con temperaturas altas, pues el rendimiento de los colectores disminuye considerablemente con la temperatura. (En dos colectores conectados en serie, se produce una disminucin del rendimiento del segundo con respecto al primero del orden del 10 %). De todas formas, se recomienda una temperatura mxima de trabajo de 60 C. - La conexin en paralelo provoca un aumento de caudal, con lo que la tubera a utilizar ser de mayor dimetro. Asimismo la instalacin debe contar con un nmero mayor de accesorios, lo que la hace ms cara.

- Tendremos muy en cuenta las limitaciones del fabricante a la hora de decidir el nmero de colectores que se pueden conectar en paralelo. La experiencia demuestra que este nmero puede llegar hasta 10. - La longitud de las conducciones ser lo ms reducida posible. Las tuberas exteriores que conectan a los colectores se dispondrn horizontalmente con una ligera pendiente ascendente, en el sentido de avance del fluido (Valor del 1 %). - Tendremos muy en cuenta los efectos de la dilatacin a la hora de realizar las conexiones de los colectores. Usaremos para ello en las conexiones materiales que absorban esta dilatacin o instalaremos sistemas que lo hagan. - Los materiales de la instalacin deben soportar las mximas temperaturas y presiones que puedan alcanzarse. Consideraremos como temperatura mxima a soportar los 150 C. - Cuando en el trazado del circuito sea imprescindible utilizar materiales diferentes, especialmente cobre y acero, tendremos que evitar la corrosin que se puede producir; por eso, en ningn caso estarn en contacto y situaremos entre ambos juntas o manguitos dielctricos. De todas formas, en todos los casos es aconsejable prever la proteccin catdica del acero.

1.2.4.1. Conexionado con retorno invertido. Como ya se ha indicado, para la distribucin uniforme del fluido de trabajo es preciso adems, que la conexin entre s de las bateras de colectores ofrezca igual recorrido hidrulico en todos ellos debiendo quedar esto plasmado en el esquema de conexionado. Se denomina a este diseo retorno invertido. Se recomienda utilizar el retorno invertido frente a la instalacin de vlvulas de equilibrado, para simplificar la instalacin. Conexionado incorrecto. El recorrido hidrulico de los colectores es distinto. Esto provocara que el fluido de trabajo no se reparta uniformemente, a no ser que instalemos algn sistema de vlvulas que lo regule. Conexionado correcto. El recorrido hidrulico en todos los colectores es el mismo; al seguir el principio del retorno invertido, el sistema esta equilibrado. A la hora de realizar el conexionado con retorno invertido deberemos tener en cuenta lo siguiente: - La longitud de las conducciones ser lo ms reducida posible. - El diseo tiene que permitirnos montar y desmontar los colectores. - Se debe prestar especial atencin en la estanqueidad y durabilidad de las conexiones del colector.

1.2.4.2. Conexionado con vlvulas de equilibrado. La importancia del equilibrado hidrulico de los circuitos para el funcionamiento correcto de las unidades terminales y de los lazos de control, as como a efecto de ahorro de energa, est reconocido y ampliamente comentado en la literatura

especializada. Pero a pesar de utilizar el retorno invertido, en muchas ocasiones no conseguimos un equilibrado adecuado.

1.3. Estructura soporte de los colectores.Cuando ya sepamos la orientacin e inclinacin que tenemos que darles a nuestros colectores, y hayamos determinado para ellos una ubicacin en la que no se produzcan sombras, tendremos que montarlos mediante un sistema de sujecin y anclaje adecuados. La solucin propuesta deber cumplir, por orden de importancia: - Que sea suficientemente segura. - Que su costo sea lo ms bajo posible. - Rapidez y sencillez en el montaje. Para ello se han de considerar los siguientes aspectos: - La estructura soporte de colectores deber resistir, con los colectores instalados, las sobrecargas del viento y nieve. - La estructura y el sistema de fijacin de colectores, permitirn las necesarias dilataciones trmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los colectores o el circuito hidrulico. - Los puntos de sujecin del colector sern suficientes en nmero, teniendo el rea de apoyo y posicin relativa adecuada, de forma que no se produzcan flexiones en el colector superiores a las permitidas por el fabricante. - El diseo de la estructura se realizar para la orientacin y el ngulo de inclinacin calculado para el colector y teniendo en cuenta la facilidad de montaje y desmontaje. - Los topes de sujecin de colectores y la propia estructura no arrojarn sombra sobre los colectores. Los soportes de sujecin de los colectores presentan muchas veces un inconveniente importante: los fabricantes los construyen con inclinaciones fijas, normalmente de 45. Esto introduce el problema de que los colectores no se adaptan perfectamente a la inclinacin ms idnea. Hay en el mercado soportes con inclinacin ajustable que, aunque son ms caros y menos resistentes, permiten ajustar mejor la inclinacin de nuestros colectores.

1.4. Las conducciones.Las conducciones son los elementos del circuito a travs de los cuales, el fluido de trabajo circula. Las conducciones permiten la comunicacin entre los colectores solares y el intercambiador de calor, y permiten la correcta circulacin del fluido de trabajo entre unos y otro. Tambin se utilizan en el resto de la instalacin para la conduccin del ACS o del fluido de calefaccin.

1.4.1. Prdidas de carga.Al circular un fluido por el interior de una tubera, se produce una prdida de energa del fluido, a esta prdida de energa la denominaremos prdida de carga. Esto suceder evidentemente al fluido de trabajo en el interior de las conducciones del circuito, nosotros debemos conocer estas prdidas de carga, porque ellas afectarn al caudal que circule por las conducciones, y el caudal del fluido de trabajo dentro de las tuberas del circuito puede oscilar nicamente dentro de un rango de valores muy concreto. Las prdidas de carga en un tramo recto de conduccin dependen de la longitud de la tubera, del dimetro del tubo, de la velocidad y densidad del fluido, y de un coeficiente de rozamiento que depende de la rugosidad de la superficie interior de la conduccin. A esto hay que aadir prdidas de carga locales que se producen en cambios bruscos de seccin, en cambios bruscos de direccin, en vlvulas, bombas, etc.

1.4.2. Materiales empleados.Los materiales usados en este tipo de instalaciones suelen ser los mismos que se usan en calefaccin y fontanera en general. Los materiales ms utilizados son los siguientes: - El Cobre, que es posiblemente el material ms aconsejable, ya que sus caractersticas frente a la corrosin, su maleabilidad y ductilidad y su coeficiente de rozamiento de prdida de carga lo hace un material tcnicamente idneo, adems de que su precio es muy competitivo. - El acero galvanizado, aunque no es muy recomendable su uso en circuitos primarios, pues sufre grandes deterioros a temperaturas superiores a los 65 C. - Las tuberas de plstico, que tienen cualidades muy semejantes a las de cobre. Existe gran cantidad de materiales en el mercado y hay que conocer bien sus lmites de aplicacin. Para representar simblicamente las conducciones, utilizaremos lneas de trazo continuo. Las flechas sobre estas lneas indican el sentido de circulacin del fluido en el interior de las conducciones. El sistema de tuberas y sus materiales deben ser tales que no exista posibilidad de formacin de obturaciones o depsitos de cal para las condiciones de trabajo. Con objeto de evitar prdidas trmicas, la longitud de tuberas del sistema deber ser tan corta como sea posible y evitar al mximo los codos y prdidas de carga en general. Los tramos horizontales tendrn siempre una pendiente mnima del 1% en el sentido de la circulacin.

1.4.3. El aislamiento.Para que la instalacin funcione con un buen rendimiento, el aislamiento es un elemento fundamental. El aislamiento se aplica bsicamente en cuatro componentes de la instalacin; las tuberas, el acumulador, el intercambiador y la parte posterior de los colectores. Existen mltiples materiales disponibles comercialmente, que se utilizan como aislantes. Todos ellos deben tener una serie de caractersticas que los hacen aptos para esta funcin: - Poseen un bajo coeficiente de conductividad trmica. - El precio del material ms su instalacin debe ser bajo. - Su colocacin debe ser relativamente sencilla. - No ser corrosivo para las superficies con las que est en contacto. - Resistir la gama de temperaturas de trabajo del sistema, y ser ignifugo. - El material ser estable y no se enmohecer. - Tendr una buena resistencia mecnica y un peso especifico bajo. El aislamiento no dejar zonas visibles de tuberas o accesorios, quedando nicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operacin de los componentes. Los aislamientos empleados sern resistentes a los efectos de la intemperie, pjaros y roedores. El aislamiento trmico de tuberas y equipos deber instalarse solamente despus de haber efectuado las pruebas de estanqueidad del sistema y haber limpiado protegido las superficies de tuberas y aparatos. Para tuberas y accesorios situados al exterior, los valores anteriores se incrementarn en 10 mm como mnimo. Para la proteccin del material aislante situado en intemperie se podr utilizar una cubierta o revestimiento de escayola protegido con pinturas asflticas, polisteres reforzados con fibra de vidrio o chapa de aluminio. En el caso de depsitos o cambiadores de calor situados en intemperie, podrn utilizarse forros de telas plsticas. El material aislante se sujetar con medios adecuados, de forma que no pueda desprenderse de las tuberas o accesorios. El aislamiento no dejar zonas visibles de tuberas o accesorios, quedando nicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operacin de los componentes.

1.5. El fluido de trabajo.Definamos al fluido de trabajo o fluido caloportador como el encargado de absorber la energa trmica del colector y transportarla hasta los puntos de uso o hasta el intercambiador.

Los fluidos ms usados para este fin son el agua y la mezcla de agua con anticongelante, pero se pueden utilizar otros. Nosotros trataremos los siguientes: - Agua. - Agua con anticongelante. - Otros: Lquidos orgnicos sintticos o derivados del petrleo, aceites de silicona, etc. El fluido portador se seleccionar de acuerdo con las especificaciones del fabricante de los colectores. Independientemente de las caractersticas del fluido caloportador, este debe ser sustituido cada 5 aos como mximo, ya que en caso contrario se pueden producir problemas de funcionamiento en la instalacin.

1.5.1. Agua.Puede interesarnos calentar agua sanitaria (la del grifo) o agua de una piscina. Si en nuestra instalacin no disponemos de intercambiador, no podremos aadir anticongelantes al agua, as que esta tendr que ser nuestro fluido de trabajo. En el caso de que utilicemos en el circuito agua que despus vayamos a consumir, utilizaremos nicamente elementos y materiales permitidos para la circulacin de agua potable. (Algunas legislaciones no permiten esto). De cualquier manera, sern determinantes a la hora de elegir materiales los efectos que el agua pueda tener sobre ellos.

1.5.2. Agua con anticongelante.Al aadir el anticongelante al agua, cambiarn las caractersticas de nuestro fluido de trabajo: - Los anticongelantes son en general txicos, por lo que sern necesarios en los casos en que calentemos agua de consumo el circuito primario y el secundario para que no se mezcle el agua con anticongelante con el agua de consumo. - A efectos de clculo, habrn variado la viscosidad, el coeficiente de dilatacin y el calor especifico del fluido, y habr que tenerlo todo en cuenta. - Los anticongelantes se pueden degradar, y pueden generar productos corrosivos para el sistema. Suelen ser sustancias que se degradan al elevarse la temperatura. Se dice por ello que son inestables.

1.5.3. Otros fluidos.Los puntos que acabamos de resear para el agua con anticongelante son igualmente validos para los fluidos orgnicos, exceptuando el de la estabilidad, pues este tipo de

fluidos s es estable a temperaturas elevadas. Pero estos fluidos, en general, son inflamables, por lo que presentan un riesgo adicional. Existen multitud de productos en el mercado, que se pueden utilizar en distintos intervalos de temperaturas, y con caractersticas diferentes, y que por ello se ajustaran mejor o peor a nuestro caso particular. En cuanto a otras sustancias, como por ejemplo aceites de siliconas, podemos decir que su calidad es bastante elevada, son estables, no son txicos ni son inflamables. Ejemplo. A continuacin presentamos un ejemplo de fluido caloportador comercial: CARACTERSTICAS DEL SOLARFLUID -38: - Concentracin propilnglicol en la solucin 57 %. - Punto de ebullicin entre +150C. - Punto de congelacin a 38C. - Totalmente biodegradable. - Evita los positos de barros en el circuito refrigerante. - Lquido de deteccin de fugas. - Disponible en color rosa. - Disponible en formatos de 5L, 25L, 200L y 1000L. - Normativas que cumple: ASTMD 3306, SAE J 1034, BS 6580, INTA 157413, UNE 26-361, MIL-A-46153C.

1.5.4. La temperatura de trabajo y el caudal de trabajo.Sabemos ya que los colectores solares absorben energa de la radiacin solar, la transforman en energa calorfica y la transmiten al fluido de trabajo, que es el encargado de transportarla. Este fluido, al absorber energa calorfica aumenta su temperatura. En el punto donde cede la energa calorfica su temperatura disminuye, para as volver a comenzar el ciclo. Si la temperatura que alcanza el fluido de trabajo es demasiado alta, el rendimiento del sistema es muy bajo, y adems los elementos de la instalacin no estn preparados para aguantar temperaturas de trabajo muy altas (para que lo estuvieran, tendramos que utilizar otros materiales, lo que encarecera la instalacin y no sera rentable). Si la temperatura que alcanza el fluido es demasiado baja, en el punto en el que necesitamos la energa calorfica, no tendremos la energa que ceder suficiente, pues la cantidad de calor que podemos ceder depende, entre otras cosas, de la diferencia de temperaturas entre el fluido y el punto donde la cedemos. As, nuestro fluido caloportador debe trabajar a una temperatura situada dentro de un rango adecuado. Este rango de temperaturas depender del tipo de instalacin con el que

estemos trabajando (lgicamente no es el mismo para climatizacin de piscinas que para procesos industriales). El que el fluido de trabajo alcance mayor o menor temperatura depender, lgicamente de las caractersticas del fluido, de su calor especifico y del tiempo que est en el interior de los colectores. Como el fluido esta continuamente en movimiento en el interior del circuito, el tiempo que estar en el interior de los colectores depender de su velocidad. Se ha determinado que la velocidad mxima recomendada para el fluido de trabajo en el circuito primario es de 1,5 m/s. Introducimos aqu el concepto de caudal de trabajo. Para un colector dado, con un dimetro de tubera determinada, a mayor caudal, mayor velocidad del fluido y por lo tanto menor tiempo dentro del colector y temperatura de trabajo mas baja. A menor caudal, menor velocidad del fluido dentro del colector y por lo tanto mayor tiempo en el interior del colector y temperatura de trabajo ms alta. El caudal de trabajo es el caudal para el que el fluido caloportador alcanza una temperatura de trabajo comprendida dentro del rango de valores deseado.

1.6. Bombas o electrocirculadores.Nosotros queremos que el fluido caloportador este en circulacin en el interior del circuito. Y acabamos de ver, que al producirse esta circulacin, se produce una prdida de carga; el fluido pierde energa al rozar con las tuberas. Cmo haremos para que esta prdida de energa no acabe por detener el movimiento del fluido? El diseo de la instalacin puede favorecer el efecto termosifn, y el hecho de que el agua caliente tienda a colocarse encima del agua fra, puede ser suficiente como para dotar al fluido del movimiento necesario. Sin embargo el efecto termosifn se produce en condiciones muy concretas y estas no siempre se darn en nuestras instalaciones. En los casos en que estas condiciones no se den, tendremos que suministrar de alguna forma energa al fluido para que este siga en movimiento, conseguiremos esto con una bomba o electrocirculador. De esta forma, la energa suministrada al fluido por la bomba, le permitir vencer la resistencia que encuentra al circular por las tuberas del circuito. Por norma, en instalaciones que cuenten con ms de 10 m2 de captacin correspondiendo a un solo circuito primario, ste ser de circulacin forzada. El electrocirculador en el circuito primario se debe de colocar a la salida del acumulador, donde el lquido caloportador est ms fro, a ser posible en la parte baja en tramos de tubera vertical, para reducir sus esfuerzos, pero sin estar en la parte inferior del todo para evitar daos por residuos. El electrocirculador en el circuito secundario solamente se aplica en el caso de instalaciones que dispongan de un sistema de recirculacin para evitar las prdidas de agua mientras el ACS alcanza la temperatura adecuada. En este caso se debe colocar en

la zona de retorno al acumulador, donde el agua est ms fra, a ser posible en la parte baja en tramos de tubera vertical, para reducir sus esfuerzos, pero sin estar en la parte inferior del todo para evitar daos por residuos. Siempre que sea posible, las bombas en lnea se montarn en las zonas ms fras del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningn tipo de cavitacin y siempre con el eje de rotacin en posicin horizontal. En instalaciones superiores a 50 m se montarn dos bombas idnticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. Los materiales de la bomba del circuito primario sern compatibles con las mezclas anticongelantes y en general con el fluido de trabajo utilizado. Cuando las conexiones de los colectores son en paralelo, el caudal nominal ser el igual caudal unitario de diseo multiplicado por la superficie total de colectores en paralelo. Potencia elctrica mxima de la bomba - Sistema pequeo - 50 W o 2% de la mayor potencia calorfica que pueda suministrar el grupo de colectores. - Sistemas grandes - 1 % de la mayor potencia calorfica que puede suministrar el grupo de colectores

1.6.1. Curva caracterstica de un electrocirculador.La energa que el electrocirculador ser capaz de comunicar al fluido de trabajo, vendr determinada evidentemente por la potencia del motor; Esta energa se utiliza en producir un caudal determinado, y en vencer la prdida de carga del circuito. La energa utilizada en ello nunca podr ser mayor que la energa que el motor nos puede suministrar. Si nosotros queremos que el electrocirculador mueva mucho caudal, no podr dedicar mucha energa a vencer las prdidas de carga: Sin embargo, si queremos que salve un valor muy grande de prdidas de carga, no podr hacerlo con mucho caudal. El hecho anterior da lugar a lo que conocemos como curva caracterstica de trabajo del electrocirculador. El electrocirculador es capaz de vencer una prdida de carga determinada para cada caudal, o visto al revs, el electrocirculador es capaz de mover un caudal determinado para una prdida de carga dada. Para saber en que punto de la curva va a trabajar nuestro electrocirculador, dibujaremos la curva caracterstica de caudal-prdida de carga de nuestra instalacin; esto es, trazaremos una curva que refleje los valores de las prdidas de carga que se producen en el circuito primario en funcin del caudal que circula por l. El punto donde se corten la curva de trabajo del electrocirculador y la curva caracterstica de la instalacin nos dar el valor de caudal de trabajo y las prdidas de carga que podremos vencer con ese electrocirculador.

1.6.2. Conectado de electrocirculadores.Para producir la circulacin forzada en el circuito, generalmente colocaremos un nico electrocirculador: Sin embargo a veces, ser necesario que coloquemos ms de uno de ellos, conectndolos en serie o en paralelo. Conexin en serie y en paralelo de dos bombas; La conexin en serie produce un aumento considerable en la energa utilizada para vencer las prdidas de carga, y una variacin muy pequea de caudal. La conexin en paralelo produce un gran aumento en el caudal que circula por el circuito, pero apenas aumenta la energa que se puede usar para vencer resistencias.

1.7. El deposito de almacenamiento.En la introduccin de la leccin comentbamos la necesidad que podamos tener de utilizar energa calorfica fuera de los periodos de radiacin, y nombrbamos como posible solucin acumular esta energa.

1.7.1. Formas de acumulacin de la energa calorfica.Las aplicaciones para las que se destine la instalacin determinar el tipo de almacenamiento que utilizaremos. A pesar de esto, hay una serie de requisitos que deber cumplir cualquier tipo de sistema de almacenamiento que utilicemos: - Alta capacidad de acumular calor. - Volumen reducido. - Temperatura de trabajo acorde con la aplicacin de la instalacin. - Rpida respuesta a la demanda. - Integracin del sistema en el edificio. - Seguridad, larga duracin y bajo coste. Los sistemas mas utilizados para acumular calor utilizan propiedades de la materia como son la capacidad calorfica (calor sensible) o el calor latente.

1.7.1.1. Almacenamiento por calor sensible. La capacidad calorfica de un material es la cantidad de calor que absorbe una unidad de masa para elevar en un grado su temperatura. Lgicamente, si su temperatura desciende un grado, ceder esa misma cantidad de calor. Nosotros aprovecharemos esta propiedad para almacenar calor, que despus utilizaremos en nuestra instalacin. Elevaremos la temperatura de una determinada masa de una sustancia (como piedras, agua, etc.) y permitiremos que su temperatura descienda, cedindonos calor, en los momentos en que lo necesitemos.

De todos los materiales utilizados para almacenar calor, vamos a hacer especial hincapi en el agua, pues presenta indudables ventajas y es el mtodo ms utilizado.

1.7.1.2. Almacenamiento por calor latente. La cantidad de calor necesario para aumentar un grado la temperatura de un material (calor sensible) es muy inferior a la que hace falta suministrar en el caso del calor latente. Los cambios producidos en los diferentes materiales debidos al calor latente se dan a una temperatura determinada que es caracterstica de cada material. Un material cuando cambia de fase que experimenta un cambio de estado a una temperatura determinada. El inters de este tipo de materiales est en que, durante el cambio de fase, la temperatura se mantiene constante mientras que el material va absorbiendo energa. Este hecho supone una mayor densidad energtica por parte de estos materiales en comparacin con cualquier otro. Los cambios de fase pueden ser: - De gas a lquido, o a la inversa - De slido a gas, o a la inversa - De slido a lquido, o a la inversa

1.7.2. Acumuladores de agua.El agua es barata, fcil de manejar, tiene una capacidad calorfica alta, y es un elemento de consumo en el caso del agua caliente sanitaria. Por ello es el material idneo para ser utilizado como sustancia de almacenamiento en instalaciones solares para calentamiento de agua. El acumulador propiamente dicho, es un tanque en el que se almacena el agua, que va a almacenar a su vez el calor para nosotros. Estos tanques suelen ser de forma cilndrica, y de mayor altura que anchura para favorecer el fenmeno de la estratificacin: El agua caliente tiende, como sabemos, a situarse por encima del agua fra. Suceder en nuestros acumuladores que el agua acumulada en la parte superior estar a mayor temperatura que la acumulada en la parte inferior. Esto nos permitir un mayor aprovechamiento del calor acumulado que no tendramos si el agua estuviese mezclada, toda a la misma temperatura, pues el agua de que podramos disponer estara a una temperatura menor. Adems, al extraer el agua para consumo de la parte superior, y aplicar el calentamiento solar al agua de la parte baja del deposito, los colectores funcionan a la mnima temperatura posible, aumentando su rendimiento. Los materiales en que esta construido el tanque o depsito pueden ser acero, acero inoxidable, aluminio y fibra de vidrio reforzada. Es importante sealar aqu que nos interesa acumular calor, pero no a temperaturas muy altas; Podramos suponer que lo ideal seria acumular el calor a la temperatura de uso o a una temperatura ligeramente superior para compensar las prdidas, pero esto es un error.

Si la temperatura de acumulacin es alta, el fluido calentado en los colectores ceder menor cantidad de calor (recordar que el calor que un cuerpo cede depende directamente de la diferencia de temperaturas; si esta es menor, es menor la cantidad de calor transferida tambin es menor). Por otra parte, el rendimiento de los colectores disminuye considerablemente al aumentar la temperatura de entrada en ellos. Los acumuladores de los sistemas grandes con un volumen mayor de 2 m3 deben llevar vlvulas de corte u otros sistemas adecuados para cortar flujos al exterior del depsito no intencionados en caso de daos del sistema. El sensor de la temperatura del acumulador del sistema de control se situar en la parte inferior del depsito en una zona no influenciada por la circulacin del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si este fuera incorporado. La entrada de agua fra, situada en la parte baja del acumulador, estar equipada con una placa deflectora en la parte interior a fin de que la velocidad residual no destruya la estratificacin en el acumulador. El acumulador estar enteramente recubierto con material aislante y se ubicarn en lugares adecuados que permitan su sustitucin por envejecimiento o averas.

1.7.3. Conectado de acumuladores.Es importante, a la hora de analizar las diferentes posibilidades de conectar acumuladores, el considerar sistema auxiliar de calentamiento. Es aqu donde se nos presenta la opcin de que el apoyo se realice en el depsito de acumulacin, sobre el que acta la energa solar, o en un depsito independiente, que se conectar como se indica a continuacin. El decantarnos por un modelo u otro, depende, de la relacin existente entre el ahorro producido al ser un sistema de dos acumuladores mas eficiente, y el incremento del coste de los elementos que hay que instalar para procurar esta eficiencia (el segundo acumulador bsicamente). En pequeas instalaciones, el aporte de energa auxiliar suele realizarse en el depsito de acumulacin solar (un nico depsito). El apoyo se realiza siempre en la parte superior del deposito, e intentando que se mezclen lo menos posible la energa auxiliar y la solar. Para ello intentaremos trabajar con acumuladores que favorezcan la estratificacin y que posean buenos deflectores para que no destruyan la estratificacin conseguida. Tambin podemos considerar aqu los acumuladores que separan la energa auxiliar y solar mediante una membrana o pared. En instalaciones de gran tamao, el aporte se realiza generalmente en un deposito secundario (dos depsitos). Podemos mejorar el rendimiento del sistema de dos acumuladores con una vlvula de tres vas regulable en funcin de la temperatura alcanzada en el acumulador, solar.

El sistema de energa auxiliar en depsito de acumulacin secundario, con vlvula de tres vas con regulacin diferencial, en funcin de la temperatura de acumulacin solar, mejora el rendimiento de la instalacin. En caso de realizar una instalacin con un acumulador principal y un acumulador de apoyo sobre el que acte la energa auxiliar, deberemos tener en cuenta tambin, en que momentos se va a realizar el consumo de agua caliente, pues podra suceder que a lo largo del da hubisemos calentado el agua en el acumulador principal, y de no haber hecho uso de agua caliente, tendramos que calentar el agua del deposito de apoyo ntegramente con energa auxiliar, ya que esta se habra enfriado. Para evitar esto podemos utilizar el siguiente diseo, que incluye una electrobomba de recirculacin entre ambos depsitos convenientemente regulada. En este caso, regulando convenientemente la bomba, podramos transportar el agua calentada con energa solar hasta el segundo depsito. Seria conveniente instalar alguna vlvula antirretorno o vlvula de apertura-cierre en la misma conduccin de la bomba para evitar que se produzca movimiento de fluido en los momentos en que no nos interesa, pasando calor del segundo acumulador al primero, lo que podra perjudicar el rendimiento del sistema. Como caso especial, nos podemos encontrar con algn caso en que tengamos que dar servicio a grandes cantidades de agua caliente en verano y muy pequeas en invierno (caso de hoteles de temporada). En estos casos es interesante estudiar el diseo siguiente: Con este diseo, utilizando la vlvula de tres vas de la parte inferior de la instalacin, podemos inutilizar el depsito de mayor tamao en temporada baja. En caso necesario, aunque no es aconsejable, podemos conectar varios acumuladores para conseguir un volumen de acumulacin determinado. Los depsitos se conectarn, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados. La conexin de los acumuladores permitir la desconexin individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalacin. Si el sistema de acumulacin esta formado por un deposito principal y uno de apoyo, este no tendr una capacidad superior al 50 % de la capacidad de almacenamiento del deposito principal. Cuando debemos conectar un depsito en posicin horizontal, cosa que se debe evitar siempre que sea posible, en la figura adjunta se representan los esquemas de una conexin incorrecta y una conexin correcta.

1.8. El intercambiador de calorHemos definido el intercambiador de calor como el dispositivo en el que se produce la transferencia de energa trmica del circuito primario al circuito secundario o a otros circuitos terciarios. Resulta evidente que utilizaremos el intercambiador en una instalacin siempre que queramos tener dos circuitos independientes. Generalmente nosotros vamos a querer separar el circuito primario y el secundario en: - Instalaciones para calentar agua potable o agua de uso domestico. - En instalaciones en las que se quiera evitar el uso excesivo de anticongelante a aadir, como puede ser en instalaciones de calefaccin con almacenamiento por agua caliente. - En instalaciones que combinen los dos casos anteriores. - En instalaciones en que el fluido del primario y del secundario deban ser fluidos distintos (Calefaccin por aire forzado). La utilizacin de intercambiadores, si bien es imprescindible en muchas instalaciones, presenta dos inconvenientes claros. - El rendimiento del sistema disminuye, porque el fluido del circuito primario siempre estar a temperatura superior que el del secundario, y los colectores funcionaran a una temperatura superior a la del fluido que cede el calor en los puntos de uso; esto disminuye el rendimiento de la instalacin. - Encarecen la instalacin. Hay que tener en cuenta que al intercambiador acompaan una serie de elementos que hacen que en conjunto el precio de la instalacin se eleve considerablemente. Podemos diferenciar entre distintos tipos de intercambiadores, por su posicin en la instalacin. Si se instalan en el interior del depsito de almacenamiento, se denominan intercambiadores interiores. Si se instalan independientemente del acumulador se denominan intercambiadores exteriores.

1.8.1. Intercambiadores interiores.Pueden ser de tres clases: - De serpentn helicoidal, que estn formados por uno o dos tubos arrollados en espiral y sumergidos (al menos uno de ellos) en la parte inferior del depsito de acumulacin. - De haz tubular, que se utilizan generalmente para calentar agua de consumo en instalaciones convencionales. - De doble envolvente, el circuito primario envuelve al secundario, producindose el intercambio a travs de la superficie de contacto en el acumulador. En los intercambiadores de serpentn helicoidal, el agua del circuito primario circula por el interior del serpentn, cediendo su calor al agua del depsito de acumulacin. Esta se estratifica, debido a la diferencia de densidades entre el agua caliente y el agua fra. En

la parte superior del acumulador quedar el agua caliente que pasar al circuito secundario para ir a los puntos en que se utilice. En el intercambiador interior de haz tubular, el fluido de trabajo del circuito primario circula por el interior del haz de tubos, cediendo calor al agua del depsito de acumulacin. El principio de funcionamiento es el mismo que para el intercambiador de serpentn helicoidal. En el intercambiador de doble envolvente, el circuito primario envuelve al secundario, producindose el intercambio a travs de la superficie de contacto en el acumulador. Se considera que este tipo de acumuladores es de los que ofrecen mayores prestaciones en instalaciones solares de baja temperatura. En el intercambiador de doble envolvente, el fluido del circuito primario envuelve literalmente al acumulador, cediendo calor al fluido almacenado. Es recomendable que el interior del doble envolvente tenga forma helicoidal para que el fluido del primario no pase directamente de la entrada a la salida del acumulador, sino que se reparta lo mas uniformemente posible a su alrededor.

1.8.2. Intercambiadores exteriores.Los intercambiadores interiores son recomendables para instalaciones en las que la acumulacin no supere los 3000 litros. Para acumulaciones mayores se utilizan normalmente intercambiadores exteriores. En los intercambiadores exteriores, tanto el fluido del circuito primario como el del secundario circulan con la ayuda de electrocirculadores, lo que mejora su rendimiento, pudindonos ajustar por ello a la adquisicin de intercambiadores ms pequeos que los que habra que instalar si la circulacin de alguno de los circuitos no fuera forzada. Hay dos tipos bsicos de intercambiadores exteriores: - Intercambiador de haz tubular. - Intercambiador de placas planas. Intercambiador exterior de haz tubular. El fluido del circuito primario circula por el interior de los tubos del haz; a su alrededor circula el fluido del circuito secundario, que recoge el calor que cede el fluido del circuito primario para transportarlo a los puntos de uso o almacenarlo en el acumulador. Los intercambiadores de placas planas son los intercambiadores exteriores mas utilizados, porque ofrecen una serie de ventajas importantes con respecto a los otros modelos de intercambiador exterior. - Son intercambiadores robustos, fabricados con materiales de alta calidad, lo que garantiza su duracin. - Al poder variar el nmero de placas permite corregir posibles desajustes por ampliacin de la instalacin.

- Fcil mantenimiento, al ser desmontables. - Existe una amplia gama comercial que nos permitir ajustarnos al mximo a nuestras necesidades. En este tipo de intercambiadores el fluido del circuito primario circula por el interior de las placas de intercambio, cediendo calor al fluido del circuito secundario. Circulacin del fluido a travs de las placas de intercambio; har que se produzca el intercambio de calor sin que se mezclen los fluidos del primario y secundario, las placas crean un circuito que obliga a los fluidos a atravesar solo la mitad de las placas, de forma que el fluido que circula a travs de una de ellas, no atraviesa la siguiente, por la que circula el fluido del oro circuito. En el dibujo adjunto las flechas indican los sentidos de circulacin dentro del intercambiador. En los esquemas que realicemos diferenciaremos entre intercambiadores interiores y exteriores pero no entre los distintos tipos posibles de unos y otros. Para el caso de intercambiador independiente, la potencia mnima del intercambiador (P), se determinar para las condiciones de trabajo en las horas centrales del da suponiendo una irradiancia solar de 1000 W/m 2 y un rendimiento de la conversin de energa solar a calor del 50 %, cumplindose la condicin: P = 500 * A. Siendo la P potencia mnima del intercambiador (W); A el rea de colectores (m). Ejemplo. Si disponemos de una superficie de captacin de 50 m2 la potencia de intercambio de nuestro intercambiador ser de: 25000 W = 500 * 50 m2 Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relacin entre la superficie til de intercambio y la superficie total de captacin no ser inferior a 0,15. Ejemplo. Disponemos de una instalacin con superficie de captacin de 50 m2. La superficie de intercambio ser de: Si = 0,15 * 50 m2 = 7,5 m2 En cada una de las tuberas de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalar una vlvula de cierre prxima al manguito correspondiente.

1.9. Otros sistemas de la instalacin.Adems de los elementos mencionados la instalacin debe poseer una serie de elementos que cumplen una funcin determinada y que mencionamos a continuacin.

1.9.1. Sistema auxiliar de calentamiento.Para asegurar la continuidad en el suministro de calor las instalaciones de energa solar debern disponer de un sistema de energa auxiliar. Este puede ser un sistema ya existente (como un calentador de gas), o uno instalado para la ocasin. La energa utilizada para asegurar esta continuidad en el suministro de calor depender de las propias condiciones de la instalacin, pudiendo utilizar para ello, sistemas auxiliares de gas, electricidad, combustibles fsiles, etc. Es muy importante tener en cuenta, que el sistema auxiliar de calentamiento, se debe dimensionar como si no existiese la instalacin solar, para que sea capaz de suministrar la toda potencia necesaria en caso de situaciones climticas extremas. Hay tambin que tener en cuenta que est prohibido el uso de sistemas de energa convencional auxiliar en el circuito primario de colectores. A la hora de instalar el sistema auxiliar de calentamiento, podremos optar entre varias configuraciones bsicas. As el sistema auxiliar podr utilizar o no un deposito de acumulacin propio con el fin de optimizar su funcionamiento, o podr estar en lnea con el circuito secundario o poseer un circuito propio que ceda calor al circuito secundario a travs de un intercambiador. Tambin podemos aplicar la energa auxiliar en la parte superior del depsito de acumulacin. Aunque es el sistema menos eficiente, es posiblemente el ms econmico, y en determinadas circunstancias puede resultarnos interesante. El sistema de aporte de energa convencional auxiliar con acumulacin o en lnea, siempre dispondr de un termostato de control sobre la temperatura de preparacin que en condiciones normales de funcionamiento permitir cumplir con la legislacin vigente en cada momento referente a la prevencin y control de la legionelosis. En el caso de que el sistema de energa convencional auxiliar no disponga de acumulacin, es decir sea una fuente instantnea, el equipo ser modulante, es decir, capaz de regular su potencia de forma que se obtenga la temperatura de manera permanente con independencia de cual sea la temperatura del agua de entrada al citado equipo. En el caso de climatizacin de piscinas, para el control de la temperatura del agua se dispondr una sonda de temperatura en el retorno de agua al intercambiador de calor y un termostato de seguridad dotado de rearme manual en la impulsin que enclave el sistema de generacin de calor. La temperatura de tarado del termostato de seguridad ser, como mximo, 10 C mayor que la temperatura mxima de impulsin.

Sistema auxiliar en depsito secundario de acumulacin. El sistema auxiliar acta en un depsito secundario de acumulacin que forma parte del circuito secundario. Dependiendo de las caractersticas de la instalacin nos interesara que esto suceda de forma centralizada como en la primera figura o en depsitos distribuidos como en la segunda figura. Sistema auxiliar con circuito independiente. El sistema auxiliar posee un circuito hidrulico propio, y cede el calor al circuito secundario mediante un intercambiador de calor. Sistema auxiliar en el depsito principal. El sistema auxiliar acta en la parte superior del depsito de acumulacin, y en la parte inferior se realiza el intercambio trmico solar. Este sistema es el que presenta peor eficiencia, pero es posiblemente el ms econmico. Hasta aqu hemos mencionado calderas auxiliares bsicamente de gas, pero estas calderas pueden ser tambin de gasoil o de biomasa. Estas ltimas presentan un gran inters, ya que actualmente funcionan automticamente con buenos rendimientos y con precios, por unidad de energa producida, inferiores a la producida con gas.

1.9.2. Sistemas de vaciado y llenado del circuito.El circuito primario debe contar con algn sistema o sistemas que permitan su llenado, rellenado y vaciado.

1.9.2.1. Llenado del circuito. El sistema de llenado se colocara preferentemente en la parte del circuito en que el fluido va del intercambiador a los colectores. Se utilizara para ello una vlvula de esfera, y un sistema que podr ser manual o automtico. En cualquier caso, nunca podr rellenarse el circuito primario con agua de red si sus caractersticas pueden dar lugar a incrustaciones, deposiciones o ataques en el circuito, o si este circuito necesita anticongelante por riesgo de heladas o cualquier otro aditivo para su correcto funcionamiento. Los circuitos que tengan vaso de expansin abierto, podrn utilizar este como sistema de llenado, y los que tengan vaso de expansin cerrado debern de incorporar algn sistema que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado. Pueden utilizarse para ello depsitos especficos que aporten el fluido de trabajo mediante una electrobomba, o pueden tener sistemas ms sencillos constituidos por llaves de paso manuales con vlvulas de esfera. Existen diversas formas de llenar el circuito primario, dependiendo de los componentes de nuestra instalacin. En el caso de de ser una instalacin no compacta, como tenemos un circuito cerrado, en el llenado podemos utilizar la bomba de circulacin del primario,

siempre que sea un modelo especial que permita el llenado, o podemos para utilizar una bomba manual o con motor elctrico, mediante la cual llenaremos el circuito primario desde una conexin colocada a tal fin. El fluido lo extraemos de sus envases originales o de un depsito de llenado del tamao adecuado para almacenar la totalidad del anticongelante, en caso de que sea necesario hacer un vaciado del circuito. En el caso de que por razones de espacio no sea posible, es recomendable que se conserven los recipientes iniciales en los que se suministr el fluido caloportador. Otra posibilidad, como ya se ha indicado, es utilizar bombas de circulacin que llevan incorporado el sistema de llenado, como la indicada a continuacin. Para detectar las posibles fugas, no es recomendable utilizar un sistema de llenado automtico, ya que introduce fluido en el circuito a medida que se producen las prdidas. No obstante se tienden a instalar cada vez ms para facilitar la comodidad del usuario. A continuacin podemos ver una vlvula para llenado automtico.

1.9.2.2. Vaciado del circuito. En casos concretos, ser necesario vaciar el circuito para realizar operaciones de mantenimiento o para reponer o reparar algn elemento del mismo. Para que esta sea una labor cmoda, colocaremos en la parte inferior del circuito primario una llave que permita el vaciado del mismo. Vlvula de vaciado, conocida tambin por vlvula de cuadradillo o vlvula de macho. El sistema de apertura y cierre con cuadradillo evita posibles aperturas o cierres por contacto accidental con la palanca, que en este caso es una llave que no se queda en la vlvula. Por norma, los conductos de drenaje de las bateras de colectores se disearn en lo posible de forma que no puedan congelarse.

1.9.3. Sistema de equilibrado.Adems de las anteriores, realizaremos el equilibrado del circuito hidrulico con vlvulas de equilibrado de circuito, y utilizaremos para ello vlvulas de asiento. Estas pueden regularse mediante volante como la de la figura siguiente, o pueden regularse mediante un tornillo, lo que evita aperturas o cierres accidentales. En este ultimo caso, denominamos a las vlvulas detentores. En las vlvulas de asiento el fluido es obligado a pasar entre el asiento y el obturador, lo que provoca prdidas de carga elevada. Se utilizan para regular el caudal en los circuitos. Las vlvulas de equilibrado pueden montarse en un sistema manual o automtico, dependiendo del tipo de instalacin.

Se har un uso limitado de las vlvulas para el equilibrado de circuitos, debindose concebir, en fase de diseo, un circuito de por s equilibrado.

1.9.4. Sistemas de control y monitorizacin.Para que cada elemento funcione segn lo requiera la situacin y obtener los mejores resultados posibles, evitando situaciones peligrosas para la instalacin, y podamos estar al tanto de ello y modificarlo si nos interesa, necesitaremos un sistema de control y monitorizacin que interacte con todos los dispositivos que conforman la instalacin, para que estos funcionen correctamente, con las suficientes garantas, y nos permita un seguimiento minucioso de todo el proceso. El sistema de control ser el encargado de regular las distintas funciones de la instalacin; as l ser el encargado de la conexin y desconexin de los electrocirculadores, de la puesta en marcha de los sistemas contra heladas, contra calentamiento excesivo y contra sobrepresin, actuar asimismo sobre el sistema de vaciado y llenado, en caso de que este sea automtico, y controlara en definitiva el correcto funcionamiento de cada uno de los elementos que componen la instalacin. Los elementos del sistema de control se pueden dividir en dos grandes grupos, aunque muchos elementos cumplen las dos funciones: - Sensores, que son los elementos que el sistema de control utiliza para captar informacin sobre el estado del sistema. Generalmente su funcin es modificar una seal elctrica en funcin de la variacin del parmetro que controlan. - Actuadotes, que son los elementos que utiliza el sistema de control para accionar los mecanismos de control que se encargan directamente de modificar el estado del sistema. Los ms utilizados son rels, contactores y elementos de estado slido. Adems de los aparatos de medida de presin y temperatura que permitan la correcta operacin, para el caso de instalaciones mayores de 20 m 2 se deber disponer al menos de un sistema analgico de medida local y registro de datos que indique como mnimo las siguientes variables: - Temperatura de entrada agua fra de red. - Temperatura de salida acumulador solar. - Caudal de agua fra de red. Para representar simblicamente de forma genrica los diferentes tipos de instrumentos encargados de tomar medidas de los diferentes parmetros a regular, utilizaremos el smbolo adjunto.

1.9.4.1. Termmetros o sondas de temperatura. Los termmetros nos permitirn conocer la temperatura de los fluidos de la instalacin y de los componentes que ms pueden sufrir a causa de calentamiento excesivo.

En lugar de termmetros lo que se utilizan son las llamadas sondas de temperatura. Pueden ser de contacto o de inmersin, dependiendo de s toman la temperatura estando en contacto con materiales muy prximos a los fluidos de trabajo o sumergidos en ellos. La localizacin e instalacin de los sensores de temperatura deber asegurar un buen contacto trmico con la parte en la cual hay que medir la temperatura, para conseguirlo en el caso de las de inmersin se instalarn en contra corriente con el fluido. Los sensores de temperatura deben estar aislados contra la influencia de las condiciones ambientales que le rodean. La ubicacin de las sondas ha de realizarse de forma que stas midan exactamente las temperaturas que se desean controlar, instalndose los sensores en el interior de vainas y evitndose las tuberas separadas de la salida de los colectores y las zonas de estancamiento en los depsitos. Preferentemente las sondas sern de inmersin ya que desde el punto de vista de la fiabilidad, es ms fiable la sonda de inmersin, ya que est contacto directo con el fluido a testar y es ms sensible a las variacin es que sufra de temperatura; el sensor de contacto es menos fiable en este aspecto. Las propiedades de los materiales que componen la sonda deben ser ms exigente en la de inmersin, dado que sufre mayor agresividad que la de contacto. Estar expuesta a agentes trmicos, a corrosin, luego deber tener mejores propiedades mecnicas. El coste de la sonda de contacto ser menor, dado que tiene menores exigencias. Pero se debe tener especial cuidado en asegurar una adecuada unin entre las sondas de contactos y la superficie metlica. Como conclusin en general se emplearn sondas contacto para medidas generales de temperatura dado por el coste, y para alguna temperatura crtica e utilizarn las sondas de inmersin.

1.9.4.2. Termostatos. Los termostatos son aparatos que transforman una lectura de una temperatura en una seal elctrica capaz de activar un mecanismo. Estos aparatos nos permitirn actuar sobre el sistema en funcin de la temperatura que alcancen sus elementos en puntos determinados.

1.9.4.3. El termostato diferencial. Los electrocirculadores deben actuar solamente cuando los colectores puedan aportar calor al acumulador; de lo contrario seria el acumulador el que cedera calor a los colectores, con lo que se producira una prdida importante e intil de calor. Para que esto no suceda se interrumpe el funcionamiento de las bombas, con lo que el fluido de trabajo no circula y no puede transportar calor del depsito de almacenamiento a los colectores.

Esto se consigue gracias a un aparato denominado termostato diferencial que es un termostato capaz de comparar las temperaturas del fluido de trabajo en el colector y en el depsito de almacenamiento, y en funcin de esto ordenar la parada o puesta en marcha de los electrocirculadores. Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarn en la parte superior de los colectores de forma que representen la mxima temperatura del circuito de captacin. El sensor de temperatura de la acumulacin se colocar preferentemente en la parte inferior en una zona no influenciada por la circulacin del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si ste fuera incorporado.

1.9.4.4. Hidrmetros. Los hidrmetros se utilizan para conocer la presin (en m.c.a.) de la instalacin.

1.9.4.5. Caudalmetros. Los caudalmetros nos dan el caudal circulante por la tubera en que estn instalados. Son muy tiles y necesarios para controlar el consumo de agua caliente en instalaciones colectivas.

1.9.4.6. Manmetros Un manmetro es un instrumento de medicin que sirve para medir la presin de los fluidos contenidos en la instalacin. Existen, bsicamente, dos tipos: los de lquidos y los metlicos. Los manmetros de lquidos emplean, por lo general, como lquido manomtrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U. El tubo puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. No es habitual utilizarlos en instalaciones por su dificultad de uso, pese a su precisin. En los manmetros metlicos la presin da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metlico. Estas deformaciones se transmiten a travs de un sistema mecnico a una aguja que marca directamente la presin sobre una escala graduada.

1.9.4.7. Reguladores proporcionales. Son sistemas que realizan una regulacin proporcional de alguna funcin. Por ejemplo, si utilizamos un regulador proporcional que controle la temperatura del fluido en el deposito de acumulacin. En funcin de la temperatura regular la potencia del sistema auxiliar de calentamiento, para establecer una temperatura de salida del ACS constante. Estos reguladores proporciona les pueden actuar sobre calderas, vlvulas de asiento, vlvulas de tres vas, electrocirculadores, etc.

1.9.5. Vlvulas auxiliares.Las vlvulas son los elementos que nos permiten regular el flujo del fluido de trabajo en el circuito. Los distintos tipos de vlvulas existentes nos permitirn ajustar la circulacin del fluido de la forma ms conveniente para nuestro sistema. En lo visto hasta ahora, hemos hecho uso de ellas para vaciar y llenar el circuito, para purgar el aire, para evitar problemas producidos por sobrepresin y para evitar que se produzca flujo inverso en el circuito. La eleccin del tipo de la vlvula se realizar de acuerdo con la funcin que desempee y dependiendo tambin de las condiciones extremas de funcionamiento (presin y temperatura) siguiendo preferentemente los criterios que a continuacin se citan: - Para aislamiento utilizaremos vlvulas de esfera. - Para evitar el flujo inverso, utilizaremos vlvulas de disco de doble compuerta, de claqueta, de obs u otros modelos. - Para vaciado y llenado utilizaremos vlvulas de esfera o de macho. - Como vlvula de seguridad utilizaremos vlvulas de resorte. - Para equilibrado de circuitos utilizaremos vlvulas de asiento. - Para purgado de aire utilizaremos vlvulas de esfera o de macho. Algunas de estas vlvulas ya han sido descritas, pero otras vlvulas no lo han sido, por lo que en este apartado mencionaremos algunas vlvulas de gran importancia que todava no han sido vistas.

1.9.5.1. Vlvula de esfera. En estas vlvulas, el orificio de la esfera coincide en dimetro con la conduccin, con lo que las prdidas son mnimas s la vlvula esta abierta. En todas las vlvulas el volante o la palanca deben ser de dimensiones suficientes para asegurar el cierre y la apertura de forma manual con la aplicacin de una fuerza razonable, sin la ayuda de medios auxiliares. El rgano de mando no deber interferir con el aislamiento trmico de la tubera y del cuerpo de vlvula.

1.9.5.2. Vlvula de corte. Se instalaran estratgicamente tambin en el circuito vlvulas de corte, que son elementos que permiten interrumpir el paso del fluido a travs de las tuberas, para que permitan sustituir o reparar las piezas del mismo sin que para ello tengamos que vaciar todo el circuito, sino solo una parte de l. Por ello instalaremos vlvulas de corte en los siguientes lugares: - Se montarn vlvulas de corte que independicen bateras de colectores, el intercambiador, el acumulador y la bomba.

- Se instalarn vlvulas de corte a la entrada de agua fra y salida de agua caliente del depsito de acumulacin solar. - Se instalarn vlvulas que permitan el vaciado total o parcial de la instalacin. - En cada zona de las bateras de colectores en que se hayan situado vlvulas de corte se instalarn vlvulas de seguridad. Las vlvulas de corte pueden ser controladas elctricamente, son las llamadas electrovlvulas. Su funcin es la misma que las anteriores, pero se controlan mediante un sistema electrnico.

1.9.5.3. Vlvulas de tres vas. Vlvulas de tres vas. En determinadas ocasiones, nos puede interesar que el fluido circule por circuitos alternativos. Es en estos casos que utilizamos las vlvulas de tres vas. Su funcin es desviar el fluido de entrada a una u otra salida en funcin de la posicin en que se encuentra la vlvula. El accionamiento de estas vlvulas puede ser manual, elctrico mediante rel, con lo que la vlvula puede pasar de una a otra posicin por una seal elctrica, y con regulacin diferencial, lo que permite a la vlvula regular el caudal que debe fluir por cada una de las posibles salidas.

1.9.6. Centrales de control.La central de control permite controlar la instalacin solar, el acumulador, el funcionamiento de la caldera auxiliar y el resto de los elementos de la instalacin. La centralita abre o cierra las vlvulas, conecta electrocirculadores y enciende o apaga la caldera auxiliar segn la variacin de la temperatura y segn los parmetros establecidos por el usuario. El sistema de control asegurar el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energa solar captada y asegurando un uso adecuado de la energa auxiliar. El sistema de regulacin y control comprender el control de funcionamiento de los circuitos y los sistemas de proteccin y seguridad contra sobrecalentamientos, heladas, etc. Las centrales de control se pueden dividir tericamente en dos subsistemas: - Subsistema de control. - Subsistema de monitorizacin.

1.9.6.1. Subsistema de control El sistema elctrico y de control cumplir con el Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin en todos aquellos puntos que sean de aplicacin. Los cuadros sern diseados siguiendo los requisitos de estas especificaciones y se construirn de acuerdo con el Reglamento Electrotcnico para baja tensin y con las recomendaciones de la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI). El sistema de control asegurar que en las instalaciones para agua sanitaria en ningn caso se alcancen temperaturas superiores a 45 C en los puntos de consumo recomendndose el uso de vlvulas mezcladoras. El sistema de control asegurar que en ningn caso se alcancen temperaturas superiores a las mximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos del circuito secundario. Cuando la proteccin contra heladas se realice por arranque de la bomba o vaciado automtico del circuito primario, el sistema de control asegurar que en ningn punto la temperatura del fluido caloportador descienda por debajo de una temperatura tres grados superior a la congelacin del fluido. La ubicacin de las sondas ha de realizarse de forma que detecten exactamente las temperaturas que se desean, instalndose los sensores en el interior de vainas y evitndose las tuberas separadas de la salida de los colectores y las zonas de estancamiento en los depsitos. Preferentemente las sondas sern de inmersin. Se tendr especial cuidado en asegurar una adecuada unin entre las sondas de contactos y la superficie metlica.

1.9.6.2. El subsistema de monitorizacin. El subsistema de monitorizacin se encargar de realizar la medida de parmetros funcionales necesarios para evaluar las prestaciones de la instalacin. El sistema de monitorizacin realizar la adquisicin de datos, al menos, con la siguiente secuencia: - Toma de medidas o estados de funcionamiento cada minuto. - Clculo de medias de valores y registro cada 10 minutos. La tabla siguiente indica las variables analgicas que, como mnimo, deben ser medidas por el sistema de monitorizacin: - Temperatura de entrada de agua fra. - Temperatura de suministro de agua caliente solar. - Temperatura de suministro de agua caliente a consumo. - Caudal de agua de consumo.

El sistema de monitorizacin registrar, con la misma secuencia, el estado de funcionamiento de las bombas de circulacin de primario y secundario, la actuacin de las limitaciones por mxima o mnima y el funcionamiento del sistema de energa auxiliar. Opcionalmente, el sistema de monitorizacin medir, adems, las siguientes variables: - Temperatura de entrada a colectores. - Temperatura de salida de colectores. - Temperatura de entrada al secundario. - Temperatura de salida del secundario. - Radiacin global sobre plano colectores. - Temperatura ambiente exterior. - Presin de agua en circuito primario. - Temperatura fra del acumulador. - Temperatura caliente del acumulador. - Temperaturas de salidas de varios grupos de colectores. El tratamiento de los datos medidos proporcionar, al menos, los siguientes resultados: - Volumen de consumo diario. - Temperatura media de suministro de agua caliente a consumo. - Temperatura media de suministro de agua caliente solar. - Demanda de energa trmica diaria. - Energa solar trmica aportada. - Energa auxiliar consumida - Fraccin solar media. - Consumos propios de la instalacin (bombas, controles, etc.). Con los datos registrados se proceder al anlisis de resultados y evaluacin de las prestaciones diarias de la instalacin. Estos datos quedarn archivados en un registro histrico de prestaciones.

1.10. Sistemas de proteccin de los circuitos.Los circuitos de nuestra instalacin deben de poseer al menos los siguientes sistemas de seguridad: - Proteccin contra heladas. - Proteccin contra sobrepresin. - Proteccin contra sobrecalentamientos. - Proteccin contra el aire en el circuito.

1.10.1. Proteccin contra las heladas.El fabricante, suministrador final, instalador o diseador del sistema deber fijar la mnima temperatura permitida en el sistema. Todas las partes del sistema que estn

expuestas al exterior deben ser capaces de soportar la temperatura especificada sin daos permanentes en el sistema. Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de un recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0 C, deber estar protegido contra las heladas. Si el fluido de trabajo se llegase a congelar, los perjuicios que se produciran en la instalacin serian considerables. Adems, podran aparecer fugas que afectasen tambin al inmueble en que se encontrara la instalacin. Para eliminar estos riesgos ser preciso instalar en el circuito primario algn sistema de proteccin contra las heladas. Durante la noche, las instalaciones solares permanecen paradas; los colectores no pueden absorber energa solar. Por ello en las noches de invierno estn expuestos a la congelacin. La cubierta y el aislamiento del colector actan como proteccin contra la congelacin, pues la temperatura en el interior del colector est varios grados por encima de la temperatura ambiente. Sin embargo se ha observado que durante las noches de cielo raso, la bveda celeste acta como un cuerpo negro, que es