COLECTORES SOLARES UNIVERSIAD TECNOLOGICA DE TULA

TEPEJI

OSVALDO RAFAEL MARTINEZ 5ERG1

@ trojan_osld /rockstar.osld

1 La constante solar. Composición espectral • La constante solar, Isc, se define como la cantidad de energía procedente

del sol que llega, por unidad de tiempo y área, a una superficie perpendicular a los rayos del sol, situada fuera de la atmósfera, para la distancia media sol-tierra (1 UA). El valor de esta constante varía entre 1338 y 1386 Wm-2. El valor que proponen Fröhlich y col es 1367 W/m2. El error estimado en este valor es de 1.6 Wm-2. Este valor es el adoptado

• por el World Radiation Center (WRC).

Radiación solar en la superficie de la tierra: radiación directa, difusa y reflejada

• La radiación solar que llega a la superficie de la tierra está condicionada por factores:

• Astronomicos

• Meteorologicos

• y esta radiacion puede ser:

Radiación directa: la que llega a la tierra directamente en línea con el

disco solar.

• Radiación difusa: originada por los efectos de dispersión de los

componentes de la atmósfera, incluidas las nubes.

• Radiación reflejada: radiación incidente en la superficie que procede de

la reflejada por el suelo. Al cociente entre la radiación reflejada y la

incidente en la superficie de la tierra se le llama albedo.

Instrumentos de medición de radiación solar Las medidas de la radiación son importantes para:

- Estudiar las transformaciones de la energía en sistema Tierra-Atmósfera.

- Analizar las propiedades y distribución de la atmósfera, los elementos que la constituyen, tales como los

aerosoles, el vapor de agua, el ozono, etc.

- Estudiar la distribución y variaciones de la radiación incidente, reflejada y total.

- Satisfacer las necesidades derivadas de las actividades de la biología, de la medicina, de la agricultura, de la

arquitectura, de la ingeniería y de la industria relacionadas con la radiación.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN DIRECTA

La radiación solar directa se mide por medio de pirheliómetros. Merced al empleo de obturadores, solamente se mide la

radiación procedente del sol y de una región anular del cielo muy próxima al astro. En los instrumentos modernos, esta

última abarca un semiángulo de 2.5º aproximadamente a partir del centro del Sol.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN GLOBAL Y DIFUSA • La radiación global se define como la radiación solar recibida de un ángulo sólido de

2π estereorradianes sobre una

• superficie horizontal. La radiación global incluye la recibida directamente del disco solar y también la radiación celeste

• difusa dispersada al atravesar la atmósfera.

• El instrumento necesario para medir la radiación global es el piranómetro. Este se utiliza a veces para medir la radiación

• incidente sobre superficies inclinadas y se dispone en posición invertida para medir la radiación global reflejada (albedo).

• Para medir solamente la componente difusa de la radiación solar, la componente directa se cubre por medio de un sistema

• de pantalla o sombreado.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN INFRARROJA • El instrumento usado para medir radiaciones de onda larga

son los pirgeómetros. La mayoría de éstos eliminan las

• longitudes de onda cortas mediante filtros que presentan una transparencia constante a longitudes de onda largas mientras

• que son casi opacos a longitudes de onda más cortas (300 a 3000nm).

RADIACIÓN ULTRAVIOLETA:

• La Radiación Ultravioleta cubre el rango espectral desde los 100 a los 400 nm. Se divide en:

• Ultravioleta C de 100 a 280 nm. absorbida totalmente por el ozono.

• Ultravioleta B de 280 a 320 nm. absorbida parcialmente por el ozono.

• Ultravioleta A de 320 a 400 nm. apenas absorbida por el ozono.

Definición:

Sistema solar térmico:

–Sistema que capta la energía solar, tanto directa como difusa, la almacena y la aplica a usos térmicos, evitando en un porcentaje, el consumo de energías convencionales.

Aplicaciones:

Agua caliente sanitaria de consumo.

GENERALIDADES

El elemento más característico de una instalación solar térmica, es el colector solar, elemento encargado de captar la radiación solar y convertir su energía en energía calorífica.

ESTUDIO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN COLECTOR:

Consideremos un colector expuesto al sol sin ninguna circulación de fluido en su interior.

La temperatura del absorbedor se elevará progresivamente y también las pérdidas por conducción, convección y radiación, pues crecen con la temperatura.

Llega un momento en que dichas pérdidas son iguales a la energía que el absorbedor recibe del sol y su temperatura se estabiliza: se alcanza la temperatura de equilibrio estática.

Corte Esquemático de un colector de placa plana sin concentración. 1. Cubierta.

2. Absorbedor. 3. Aislante. 4. Carcasa

CUBIERTAS TRANSPARENTES:

1. Cualidades fundamentales que deben cumplir:

a. Provocar el efecto invernadero y reducir al mismo tiempo las pérdidas por convección, mejorando así el rendimiento del colector.

b. Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con la carcasa y las juntas.

2. Precauciones permanentes

La mayoría de los defectos y los accidentes relativos a las cubiertas pueden ser evitados con una buena elección de los materiales utilizados y con un correcto montaje.

Especial atención hay que poner a la resistencia mecánica de la cubierta. La fijación de la cubierta sobre la carcasa debe ser lo suficientemente resistente para que no se despegue por la acción del viento.

3. Materiales utilizables

Los principales materiales a utilizar para las cubiertas son el vidrio y el plástico transparente.

a. Vidrio Existen numerosas calidades de vidrio, que se distinguen por su

composición química, sus características mecánicas, sus características ópticas, etc.

Propiedades ópticas de los vidrios Se deben elegir los vidrios recocidos o templados, ya que sus propiedades ópticas no se deterioran en dichos procesos y sin embargo, sus propiedades mecánicas mejoran notablemente. Se sabe que el coeficiente de transmisión energética o transmisividad del vidrio es el cociente entre la energía que lo atraviesa y la que incide sobre el

vidrioelsobreincidenteEnergia

vidrioelatraviesaqueEnergia

Propiedades mecánicas de los vidrios Las cubiertas de los colectores deben resistir la presión del viento, el

peso del hielo y la nieve, los choques del granizo, etc..

Para aumentar la resistencia del volumen se somete la placa a un tratamiento de temple, después de confeccionar los bordes.

Las ventajas del templado son las siguientes:

1. Mayor resistencia a la rotura. 2. Mayor resistencia a la flexión. 3. Una gran resistencia a las contracciones de origen térmico 4. Fragmentación de seguridad.

Materias Plásticas

Ciertos materiales plásticos tienen propiedades ópticas análogas a las del vidrio, es decir son transparentes a las radiaciones de onda inferiores a 3 μm aproximadamente y opacos a las radiaciones de onda larga superiores, pudiendo servir para la construcción de cubiertas transparentes de los colectores, a fin de obtener el efecto invernadero.

El conjunto de plásticos presenta algunas características generales: a. Poca densidad b. Poca fragilidad c. Mala conductividad térmica d. Coeficiente de dilatación importante e. Mala resistencia a temperaturas elevadas f. Dureza poco elevada g. Numerosos plásticos sufren inestabilidad química y deterioros físicos

Cubiertas de doble vidrio:

Los dobles vidrios tienen la ventaja de acrecentar el efecto invernadero, reducir las pérdidas por convección y en consecuencia, aumentar la temperatura que puede alcanzar el fluido caloportador en el absorbedor.

ABSORBEDOR POR FLUIDO CALOPORTADOR LÍQUIDO El absorbedor tiene por misión recibir la radiación solar, transformarla en

calor y transmitirla al fluido caloportador.

Constitución del absorbedor. Forma y materiales Existen diferentes modelos de absorbedores. Los más usuales son los siguientes:

Dos placas metálicas separadas algunos milímetros entre las cuales circula el fluido caloportador. Placa metálica, que es el absorbedor propiamente dicho En lugar de una placa metálica se puede dotar a los tubos de aletas. Absorbedores en plástico, usados casi exclusivamente en climatización de piscinas.

Revestimiento del absorbedor Es conveniente que la cara del absorbedor expuesta al sol este recubierta de un revestimiento especialmente elegido para absorber bien los rayos solares. Se utilizan dos procedimientos: pinturas y superficies selectivas.

Características que debe cumplir el absorbedor

a. Tratamiento de las superficies

b. Pérdida de carga

c. Corrosión interna

d. Capacidad del absorbedor

e. Homogeneidad de la circulación del fluido caloportador en el absorbedor

f. Transmisión del calor de la placa absorbente al fluido caloportador

g. Entradas y salidas de fluido en el absorbedor

EL AISLAMIENTO POSTERIOR Los aislantes para un colector deben poseer algunas características especiales:

a. Comportamiento con la temperatura.

b. Desprendimiento de vapores.

1. Saber si el aislante al descomponerse por el calor desprende vapores.

2. Saber si los vapores desprendidos pueden depositarse sobre la cubierta transparente.

c. Envejecimiento.

d. Humedad.

CARCASA La misión de la carcasa es doble: proteger y soportar los diversos

elementos que constituyen el colector y actuar de enlace con el conjunto del edificio sobre el cual se sitúa el colector, a través de los bastidores y elementos de anclaje necesarios.

Despiece de un tipo colector de placa plana.

Aplicaciones:

Calefacción por radiadores.

Aplicaciones:

Piscinas climatizadas.

Captación:

Elementos capaces de captar la radiación

solar y transferirla a un fluido.

Captación:

Tipos de captadores de baja temperatura.

Colector polipropileno:

–Utilizado en piscinas.

–Necesita un mayor mantenimiento.

–Es el de menor coste.

Captación:

Tipos de captadores de baja temperatura.

Colector plano:

–El mas empleado en ACS y calefacción.

–Bajo nivel térmico.

–Bajo coste.

Captación:

Tipos de captadores de baja temperatura.

Colector de tubos de vacío:

–Mayor inversión.

–Ocupa menos espacio.

–Alto nivel térmico.

Acumulación:

Elementos capaces de almacenar energía

térmica con las mínimas pérdidas posibles.

Acumulación: Acumuladores.

Interacumulador de ACS:

–Interacumulador de serpentín.

Acumulación: Acumuladores.

Interacumulador de ACS:

–Interacumulador de doble pared.

Acumulación: Acumuladores.

Acumulador de ACS sin intercambiador:

–En este caso el calentamiento del agua se produce en

el exterior del depósito, mediante un intercambiador de

calor.

Acumulación: Intercambiador externo o de placas.

Intercambiador de placas:

–Sistema mas eficiente de intercambio de calor, al

tener mas superficie de contacto.