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7/23/2019 Energia termica solar n3

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La energa solar trmica o termosolar es aquella queaprovecha la energa de los rayos del sol para generarcalor de forma limpia y respetuosa con el medio

ambiente. A diferencia de otras tecnologas, cuya energa hay que

consumirla en el momento de su generacin, la solartrmica es una tecnologa renovable con capacidad dealmacenamiento, capaz de aportar electricidad a la redincluso en horas sin luz solar.


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Agua caliente sanitaria

Refrigeracin


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s con diferencia la principal aplicacin de la energa solar trmica,debido a las ba!as temperaturas de preparacin y a la homogeneidad desu consumo a lo largo del a"o, lo que hace que las instalaciones deenerga solar trmica presenten buenos rendimientos para la produccin

de agua caliente sanitaria y que tambin resulte interesante a niveleconmico a la hora de disminuir los costes energticos de unainstalacin. sto tambin es v#lido para otras actividades que presentenun consumo regular a lo largo del a"o de agua caliente a ba!atemperatura, como puede ser una lavandera, donde se puedenalimentar las lavadoras con agua caliente procedente de la instalacinsolar en lugar de realizar todo el calentamiento en las propias lavadoras,y tambin en cocinas, donde e$iste una demanda de agua caliente en

los lavava!illas. n instalaciones destinadas a hoteles, restaurantes uhospitales hay que tener en cuenta a la hora de dise"ar la instalacin lasnormas relativas a la prevencin de la legionela. %sta indica que latemperatura del agua en el circuito de agua fra ha de ser inferior a &'()y en el circuito de agua caliente superior a *'(), pudiendo soportar estecircuito temperaturas de hasta +'().


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l esquema de un sistema queutiliza un refrigerador deabsorcin es siempre el mismo,lo describimos para el caso m#ssimple.

l refrigerador &- est# al centro,a la izquierda el circuito deaporte de calor -, en este casolos colectores solares. A laderecha el circuito derefrigeracin o distribucin defro /-, que a travs de unintercambiador de calor enfra el0uido deseado por e!emplo, elaire acondicionado de lavivienda-. 1or deba!o, el circuitode disipacin 2- en que ele$ceso de calor se rechaza atravs de otro intercambiador decalor.


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La energa solar se puede acumular mediante / formasalternativas que son de uso relativamente distinto, entreestas alternativas tenemos3

a-Acumulacin de energa en tanques de agua.b-Acumulacin en lecho de material encapsulado.

c-Almacenamiento por medio de materiales por cambio defase.


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l uso de tanques con agua para acumular energa trmicaes muy utilizado en sistemas solares para agua sanitaria.

stos sistemas poseen las siguientes caractersticas3.4ado el alto calor espec5co del agua, estos sistemas

permiten tener gran capacidad de almacenamiento en unamasa y volumen reducidos.

&.s f#cil acoplarlos a colectores de agua m#s e5cientes y

m#s costosos que los de aire-./.6u costo es reducido 4u7e y 8ec9man, :;'-.

2.6i se busca calentar aire, se requiere de unintercambiador de calor agua


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. l mismo acumulador traba!a como intercambiador de calor entreel 0uido y el medio de almacenamiento.

&. l costo del material de almacenamiento y el contenedor sonba!os.

/. La conductividad del lecho, cuando no hay 0u!o de aire, es muyba!a, lo que disminuye las perdidas del sistema dealmacenamiento =alogirou, &'':-.

2. La perdida de carga a travs del lecho puede ser relativamenteba!a.

*. 1resenta altos grados de estrati5cacin.>. 6on los sistemas de acumulacin m#s utilizados para sistemas

solares de calefaccin 6ingh, &'':-.

+. ?o se pueden llevar a cabo la carga y descarga de energasimult#neamente 8ehune9-.


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. l cambio de fase debe estar acompa"ado por un altoefecto por calor latente y debe ser reversible en unn@mero largo de ciclos sin que el material de cambio

de fase presente degradaciones.&. l cambio de fase debe ocurrir con sobre


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l tipo de acumulador estudiado corresponde a uno que utilizacomo medio de acumulacin el calor sensible disponible en elagua encapsulada en botellas 1. ste tipo de acumuladorresulta interesante ya que comparte todas las venta!as

presentes en los acumuladores de lecho de rocas. n adicin aestas venta!as, al ser agua el material de almacenamiento, secuenta con un calor espec5co mayor al de las rocas, por lotanto se tiene una mayor capacidad de almacenamiento en unamenor masa y volumen. n la abla /


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)aptadores solares)ircuito primario

Fntercambiador de calorAcumulador)ircuito secundario8ombasGaso de e$pansionuberias1anel de control


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Los captadores solares son los elementos que capturan la radiacinsolar y la convierten en energa trmica, en calor. )omo captadoressolares se conocen los de placa plana, los de tubos de vaco y loscaptadores absorbedores sin proteccin ni aislamiento. Los sistemas decaptacin planes o de placa plana- con cubierta de vidrio son los

comunes mayoritariamente en la produccin de agua caliente sanitariaA)6. l vidrio de!a pasar los rayos del 6ol, estos calientan unos tubosmet#licos que transmiten el calor al lquido de dentro. Los tubos son decolor oscuro, ya que las super5cies oscuras calientan m#s.

l vidrio que cubre el captador no solo protege la instalacin sino quetambin permite conservar el calor produciendo un efecto invernaderoque me!ora el rendimiento del captador.

st#n formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente aambientes marinos, un marco de aluminio elo$at, una !unta perimetrallibre de siliconas, aislante trmico respetuoso con el medio ambientede lana de roca, cubierta de vidrio solar de alta transparencia , y5nalmente por tubos soldados ultrasnicos.

Los colectores solares se componen de los siguientes elementos3


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)ubierta3 s transparente, puede estar presente o no. Heneralmentees de vidrio aunque tambin se utilizan de pl#stico ya que es menoscaro y mane!able, pero debe ser un pl#stico especial. 6u funcin esminimizar las prdidas por conveccin y radiacin y por eso debe

tener una transmitancia solar lo m#s alta posible. )anal de aire3 s un espacio vaco o no- que separa la cubierta de

la placa absorbente. 6u espesor se calcular# teniendo en cuentapara equilibrar las prdidas por conveccin y las altas temperaturasque se pueden producir si es demasiado estrecho.

1laca absorbente3 La placa absorbente es el elemento que absorbela energa solar y la transmite al lquido que circula por las tuberas.

La principal caracterstica de la placa es que tiene que tener unagran absorcin solar y una emisin trmica reducida. )omo losmateriales comunes no cumplen con este requisito, se utilizanmateriales combinados para obtener la me!or relacin absorcin Iemisin.

ubos o conductos3 Los tubos est#n tocando a veces soldadas- laplaca absorbente para que el intercambio de energa sea lo m#s

grande posible. 1or los tubos circula el lquido que se calentar# e ir#hacia el tanque de acumulacin. )apa aislante3 La 5nalidad de la capa aislante es recubrir el sistema

para evitar y minimizar prdidas. 1ara que el aislamiento sea elme!or posible, el material aislante deber# tener una ba!aconductividad trmica.


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4os colectores solares planos, instalados en un te!ado.

l alma del sistema es una ver!a vertical de tubos met#licos, para

simpli5car, que conducen el agua fra en paralelo, conectados poraba!o por un tubo horizontal en la toma de agua fra y por arribapor otro similar al retorno.

La parrilla viene enca!ada en una cubierta, como la descrita m#s

arriba, normalmente con doble vidrio para arriba y aislante pordetr#s.

n algunos modelos, los tubos verticales est#n soldados a unaplaca met#lica para aprovechar la insolacin entre tubo y tubo.


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1anel solar de tubos de vaco instalado sobre un te!ado.

Jn sistema de paneles solares de tubos de vaco.

Artculo principal3 1anel solar de tubos de vaco

n este sistema los tubos met#licos del sistema precedente sesustituyen por tubos de vidrio, introducidos, de uno en uno, en otrotubo de vidrio entre los que se hace el vaco como aislamiento. Lasgrandes venta!as que presentan estos tipos de captadores son su altorendimiento :> K m#s e5cientes que las placas planas-Bcita

requeridaD y que, en caso de que uno de los tubos se estropeara, nohay que cambiar todo el panel por uno nuevo, sino que solo hay quecambiar el tubo afectado. Adem#s son m#s baratos en su fabricacin,ya que los nuevos tubos son '' K cristal boro silicato y no utilizantubo de cobre, lo que reduce los costes anteriormente mencionados.


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ste sistema aprovecha el cambio de fase de vapor a lquido dentro de cadatubo, para entregar energa a un segundo circuito de lquido de transporte.

Los elementos son tubos cerrados, normalmente de cobre, que contienen ellquido que, al calentarse por el sol, hierve y se convierte en vapor que sube ala parte superior donde hay un cabezal m#s ancho zona de condensacin-, que

en la parte e$terior est# en contacto con el lquido transportador, el cual siendom#s fro que el vapor del tubo, capta el calor y provoca que el vapor secondense y caiga en la parte ba!a del tubo para volver a empezar el ciclo.

l lquido del tubo puede ser agua, a la que se le ha reducido la presin hastaun vaco parcial, tendr# un punto de ebullicin ba!o, lo que permite traba!arincluso con la insolacin de los rayos infrarro!os en caso de presencia de nubes.

l tubo de calor o tubo de cobre- se puede envolver con una chaqueta demateriales especiales para minimizar las prdidas por irradiacin.

l tubo de calor se cierra dentro de otro tubo de vidrio entre los que se hace elvaco como aislamiento. 6e suelen emplear tubos de vidrio resistente, parareducir los da"os en caso de peque"as granizadas.

6on hasta un >/ K m#s e5cientes que las placas planas con serpentn eigualmente m#s baratos en su fabricacin con respecto a las placas planas,pues el precio del cristal es m#s ba!o que el cobre del serpentn que contiene laplaca plana.


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l circuito primario, es circuito cerrado, transporta elcalor desde el captador hasta el acumulador sistemaque almacena calor-. l lquido calentado agua o una

mezcla de sustancias que puedan transportar el calor-lleva el calor hasta el acumulador. Jna vez enfriado,vuelve al colector para volver a calentar, y assucesivamente.


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l intercambiador de calor calienta el agua de consumo atravs del calor captado de la radiacin solar. 6e sit@a enel circuito primario, en su e$tremo. iene forma de

serpentn, ya que as se consigue aumentar la super5ciede contacto y por lo tanto, la e5ciencia.

l agua que entra en el acumulador, siempre que estm#s fra que el serpentn, se calentar#. sta agua,calentada en horas de sol, nos quedar# disponible para elconsumo posterior.


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l acumulador es un depsito donde se acumula el aguacalentada @til para el consumo. iene una entrada para elagua fra y una salida para la caliente. La fra entra por

deba!o del acumulador donde se encuentra con elintercambiador, a medida que se calienta se desplazahacia arriba, que es desde donde saldr# el agua calientepara el consumo.

Fnternamente dispone de un sistema para evitar el efectocorrosivo del agua caliente almacenada sobre los

materiales. 1or fuera tiene una capa de material aislanteque evita prdidas de calor y est# cubierto por unmaterial que protege el aislamiento de posibleshumedades y golpes.


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l circuito secundario o de consumo, circuito abierto-, entraagua fra de suministro y por el otro e$tremo del aguacalentada se consume ducha, lavabo, ...-. l agua fra pasa porel acumulador primeramente, donde calienta el agua hasta

llegar a una cierta temperatura. Las tuberas de agua calientedel e$terior, deben estar cubiertas por aislantes.

6i nuestro consumo incluye calefaccin, el sistema emisor decalor radiadores >' E)-, fan


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Las bombas, en caso de que la instalacin sea de circulacin forzada,son de tipo recirculacin suele haber dos por circuito-, traba!ando unala mitad del da, y la pare!a, la mitad del tiempo restante. La instalacinconsta de los relo!es que llevan el funcionamiento del sistema, hacen elintercambio de las bombas, para que una traba!e las & horas primeras

y la otra las & horas restantes. 6i hay dos bombas en funcionamiento,hay la venta!a que en caso de que una de!e de funcionar, est# lasustituta, de modo que as no se puede parar el proceso ante el fallo deuna de estas. l otro motivo a considerar, es que gracias a esteintercambio la bomba no sufre tanto, sino que se la de!a descansar,enfriar, y cuando vuelve a estar en buen estado despus de las &horas- se vuelve a poner en marcha. sto ocasiona que las bombaspuedan alargar durante m#s el tiempo de funcionamiento sin tener que

hacer ning@n tipo de mantenimiento previo. n total y tal como se de5ne anteriormente, suele haber 2 bombas, dos

en cada circuito. 4os en el circuito primario que bombean el agua de loscolectores y las otras dos en el circuito secundario que bombean elagua de los acumuladores, en el caso de una instalacin de tipocirculacin forzada.


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l vaso de e$pansin absorbe variaciones de volumen del0uido caloportador, el cual circula por los conductos delcaptador, manteniendo la presin adecuada y evitando

prdidas de la masa del 0uido. s un recipiente con unac#mara de gas separada de la de lquidos y con unapresin inicial en funcin de la altura de la instalacin.

Lo que m#s se utiliza es con vaso de e$pansin cerradocon membrana, sin transferencia de masa en el e$teriordel circuito.


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Las tuberas de la instalacin se encuentran recubiertasde un aislante trmico para evitar prdidas de calor conel entorno. Antiguamente se utilizaban tuberas de cobre.

Luego se utiliz tubos 1O


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6e dispone tambin de un panel principal de control en lainstalacin, donde se muestran las temperaturas en cadainstante un regulador trmico-, de manera que pueda

controlarse el funcionamiento del sistema en cualquiermomento. Aparecen tambin los relo!es encargados delintercambio de bombas.

4urante el verano, se pueden cubrir las placas, a 5n deevitar que se estropeen por las altas temperaturas o biense pueden utilizar para producir fro solar aire

acondicionado fro-.


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l colector solar plano es el aparato m#s representativo de la tecnologa solar fototrmica.6u principal aplicacin es en el calentamiento de agua para ba"o y albercas, aunquetambin se utiliza para secar productos agropecuarios mediante el calentamiento de aire ypara destilar agua en comunidades rurales principalmente.

st# constituido b#sicamente por3

. Parco de aluminio anodizado.&. )ubierta de vidrio templado, ba!o contenido en hierro.

/. 1laca absorbedora. nre!ado con aletas de cobre.

2. )abezales de alimentacin y descarga de agua.

*. Aislante, usualmente poliestireno, o unicel.

>. )a!a del colector, galvanizada.

1ara la mayora de los colectores solares se tienen dimensiones caractersticas. ntrminos generales la unidad b#sica consiste de un colector plano de ,; a &, mQ desuper5cie, conectado a un termotanque de almacenamiento de *' a &'' litros decapacidad a este sistema frecuentemente se le a"aden algunos dispositivos termost#ticosde control a 5n de evitar congelamientos y prdidas de calor durante la noche. Lasunidades domsticas funcionan mediante el mecanismo de termosifn, es decir, mediantela circulacin que se establece en el sistema debido a la diferencia de temperatura de lascapas de lquido estrati5cadas en el tanque de almacenamiento. 1ara instalacionesindustriales se emplean varios mdulos conectados en arreglos serie


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Acumulador de vapor

Almacenamiento

Almacenamiento Jso de materiales


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