Dentro del grupo de colectores solares sin concentración se encuentran los colectores de tubo de vacío.
Actualmente son los más utilizados.
Como se vio al analizar los colectores planos, la conversión de la energía radiante del sol en energía térmica lleva asociadas unas pérdidas por radiación, conducción y convección que disminuyen progresivamente el rendimiento a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre el colector y el ambiente.
La mejora que aportan los colectores de tubo de vacío consiste en evitar las pérdidas por conducción y convección.
Si se pierde menos calor, obtendremos en la mayoría de los casos más rendimiento para la misma cantidad de energía del Sol.
Veremos que esto no es siempre así y que depende de la temperatura de utilización.
Los colectores de vacío encuentran su principal aplicación en los sistemas de temperaturas intermedias (calefacción, acondicionamiento de aire, procesos industriales, etc.) y en lugares fríos con diferencias elevadas entre la temperatura del colector y la del ambiente.
La técnica de vacío utilizada por los fabricantes de tubos fluorescentes se ha desarrollado y es la utilizada por los fabricantes de colectores de tubo de vacío.
Los sistemas de colectores de tubo de vacío se basan en los tubos evacuados.
Estos están conformados por dos tubos concéntricos entre los cuales se ha aspirado el aire produciéndose un vacío. En uno de los extremos, ambos tubos se unen sellándose el vacío. Dentro de ambos tubos se sitúan los distintos tipos de absorbedores que determinan los distintos sistemas.
Los tubos evacuados simples son tubos evacuados ensamblados directamente con el depósito acumulador o de manera independiente que pueden contener solo agua o agua más anticongelante.
En la pared interior del tubo evacuado se sitúa una capa de color oscuro de material absorbente.
Cuando la radiación solar incide sobre la capa de material absorbente se transforma en calor y eleva la temperatura del fluido que está en contacto con él.
El fluido se calienta por convección y comienza a ascender a través del tubo siendo reemplazado por fluido frío que a su vez se calienta y reinicia el proceso.
Este tipo de tubo de vacío ofrece la ventaja de tener las ya comentadas escasas pérdidas de calor y los inconvenientes de ser muy sensible a la presión.
Los colectores de vacío de flujo directo o U-Pipe se emplean tanto en colectores individuales como en sistemas solares compactos con depósito integrado.
El absorbedor puede situarse en la pared del tubo como en el caso del tubo evacuado o en una plancha de material absorbente.
En cualquier caso, el absorbedor es recorrido en su superficie por un tubería (preferiblemente de cobre) por la que circula el fluido que eleva su temperatura en contacto con él.
Los colectores de tubo de vacío de flujo directo tienen la ventaja de poder adoptar una posición tanto horizontal como vertical sin mermar su rendimiento ya que el tubo puede rotar sobre su eje inclinándose el absorbedor de la manera más adecuada en el caso de que el absorbedor tenga la forma de plancha.
Por último, dentro de la tecnología de tubo de vacío encontramos los colectores heat pipe.
Emplean un mecanismo denominado tubo de calor que consiste en un tubo cerrado en el cual se introduce un fluido vaporizante (mezcla de alcohol) de propiedades específicas.
Cuando el Sol incide sobre el absorbedor adosado al tubo, el fluido se evapora y absorbe calor (calor latente). Como gas asciende sobre el líquido hasta lo alto del tubo donde se sitúa el foco frío. Allí se licua (se condensa) y cede su calor latente al fluido que nos interesa calentar volviendo a caer al fondo del tubo por capilaridad o gravedad.
Este proceso (evaporación – condensación) se repite mientras dure la radiación del Sol o hasta que el colector haya alcanzado una temperatura muy alta (en torno a los 130º C o más).
Tienen la ventaja de que cada tubo es independiente pudiéndose cambiar en pleno funcionamiento del sistema. Es altamente resistente a las heladas.
Dado que los tubos también pueden girar sobre su eje, existe la posibilidad de que adopten posiciones verticales y horizontales al igual que ocurre en los sistemas de flujo directo aunque en este caso generalmente habrá que respetar una inclinación mínima del tubo (entre 15º y 20º según el fabricante) para permitir que el fluido, una vez licuado, pueda descender por gravedad.
Cabe destacar 3 cualidades de estos colectores:
– Unión seca: el intercambio de calor se produce sin contacto directo entre el fluido caloportador y el tubo, lo que los hace muy adecuados en áreas con cualidades desfavorables del agua.
– Función diodo: la transferencia de calor se realiza siempre en un solo sentido, desde el absorbedor hacia el fluido caloportador, y nunca al revés.
– Limitación de temperatura: el ciclo de evaporación – condensación tiene lugar mientras no se alcance la temperatura crítica del fluido vaporizante, evitando así los riesgos de un aumento incontrolado de la temperatura en el interior de los tubos.
Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.
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d) Sistema de intercambio: existe en caso de que el fluido que circula por los colectores solares no sea el mismo que el que utiliza el usuario; por ejemplo cuando existe riesgo de heladas o el fluido del usuario puede dañar la instalación solar. El intercambiador puede formar parte del mismo acumulador o estar situado en el exterior.
