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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Dentro de los colectores solares sin concentración encontramos los de placa plana.

Eran los más utilizados, pero han perdido terreno en favor de los de tubo de vacío.

En los colectores planos, el captador se ubica en una caja rectangular (carcasa), cuyas dimensiones habituales oscilan entre los 80 y 120 cm de ancho, los 150 y 200 cm de alto, y los 5 y 10 cm de espesor (si bien existen modelos más grandes).

La cara expuesta al sol está cubierta por un vidrio muy fino, mientras que las cinco caras restantes son opacas y están aisladas térmicamente.

Dentro de la caja, en la cara que se expone al sol, se sitúa una placa metálica (absorbedor).

Esta placa está unida o soldada a una serie de conductos por los que fluye un caloportador (generalmente agua, glicol, o una mezcla de ambos).

A dicha placa se le aplica un tratamiento superficial selectivo para que aumente su absorción de calor, o simplemente se la pinta de negro.

Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efecto invernadero (el mismo principio que se puede experimentar al entrar en un coche estacionado al sol en verano).

Después de atravesar el vidrio (transparente para longitudes de onda entre 0,3 µm y 3 µm) la radiación llega a la superficie del absorbedor, el cual se calienta y emite a su vez radiación con una longitud de onda comprendida entre 4,5 µm 7,2 µm, para la cual el vidrio es opaco.

Aproximadamente la mitad de esta última radiación se difunde al exterior, perdiéndose; pero la otra mitad vuelve hacia el interior y contribuye así a calentar aún más la superficie del absorbedor.

Al paso por la caja, el fluido caloportador se calienta y aumenta su temperatura a expensas de la del absorbedor, la cual irá disminuyendo.

Luego el fluido caloportador transporta esa energía térmica a donde se desee.

El colector solar plano está formado por 4 elementos principales:

1) Cubierta transparente: debe poseer las cualidades necesarias (coeficientes de transmisión y conductividad térmica adecuados) para provocar el efecto invernadero y reducir las pérdidas; asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con la carcasa y las juntas; no mantener la suciedad adherida a la superficie exterior para que la lluvia resbale fácilmente.

2) Absorbedor: recibe la radiación solar y la convierte en calor que se transmite al fluido caloportador.

Las formas son diversas: placas metálicas separadas unos milímetros, una placa metálica con tubos soldados o embutidos o dos placas metálicas con un circuito en su interior.

La cara expuesta al sol debe captar la mayor cantidad de radiación por lo que se suele pintar de color negro o dotarla de una superficie selectiva (muy absorbente a la radiación y de baja emitividad).

Las pinturas son más económicas que las superficies selectivas y tienen un mejor comportamiento térmico global con temperaturas cercanas a la del ambiente, pero se estropean por la acción continuada de la radiación ultravioleta y con las variaciones de temperatura entre el día y la noche.

Las superficies selectivas tienen en general un mejor comportamiento y se obtienen por superposición de varias capas (metal y compuestos metálicos) o tratamientos especiales de la superficie.

La técnica más moderna de fabricación es la soldadura láser.

3) Aislamiento: se emplea para reducir las pérdidas térmicas en la parte trasera del absorbedor que debe ser de baja conductividad térmica. Los materiales pueden ser lana de vidrio, lana de roca, corcho, polietileno o poliuretano.

4) Carcasa: generalmente de aluminio o acero inoxidable, protege y soporta los elementos del colector, permitiendo además anclar y sujetar el colector a la estructura de montaje. Debe resistir los cambios de temperatura (dilataciones) sin perder la estanquidad y debe resistir la corrosión.

Energía solar donde quiera que estés con Sopelia.

Solar Layout es la App para posicionamiento de colectores y módulos solares in situ.

Se trata de la App solar más intuitiva del mercado.

Para utilizarla sobre el terreno no es necesario contar con conexión a Internet porque funciona a partir de la latitud del lugar, obtenida a través de GPS.

Hoy veremos la parte correspondiente a energía solar térmica.

Para comenzar pulsamos el comando de la izquierda representado en la figura de la pantalla inicial por la vivienda con el colector solar térmico y el usuario tomando una ducha de agua caliente.

Si no está activado el GPS de nuestro Smartphone, la App nos pedirá que lo activemos para localizar nuestra ubicación.

Inmediatamente aparecerá la imagen de un planeta tierra intermitente con la leyenda “Localizando”.

Cuando el GPS de nuestro dispositivo haya localizado nuestra ubicación aparecerá la siguiente pantalla para que la confirmemos.

Al confirmar nuestra ubicación se desplegará el Menú Uso Equipo Solar.

En el mismo encontramos 3 aplicaciones:

1- Agua caliente sanitaria: representada por la imagen de una ducha
2- Calefacción: representada por la imagen de un radiador
3- Climatización de piscina exterior: representada por la imagen de una escalera de piscina

Al seleccionar alguna de las 3 aplicaciones, se desplegará el Menú Opciones.

En el mismo encontramos 3 variables:

1- Inclinación: representada por la figura del colector y un ángulo
2- Orientación: representada por la figura del colector y los puntos cardinales
3- Separación: representada por la figura de 3 filas de colectores

Pulsando la opción Inclinación, obtenemos el valor recomendado de inclinación para la ubicación y aplicación solar seleccionadas, acompañado de unos Tips que consideran el tipo de colector a utilizar.

Pulsando la opción Orientación, obtenemos la descripción del procedimiento para fijar la orientación de los colectores y el acceso a la descarga de App brújula recomendada en caso de que aún no contemos con ella.

Pulsando la opción Separación, se despliega el Menú Tipo de Superficie para que seleccionemos la opción correspondiente (Horizontal / No horizontal). Si la superficie en la que se situarán los colectores es horizontal, debemos introducir el dato Altura del Colector en cm.

Si la superficie en la que se situarán los colectores es no horizontal, además del dato Altura del Colector en cm, debemos ingresar el dato Ángulo Inclinación Cubierta. Lo ingresaremos con valor positivo si coincide con el sentido de la inclinación de los colectores y con valor negativo si no coincide.

De esta manera obtenemos la distancia de Separación entre filas de colectores expresada en metros.

Pulsando el botón i se despliegan Tips relacionados con sombreado y localizaciones singulares (zonas de nieve, desérticas y lluviosas).

Descarga Solar Layout y posiciona colectores solares térmicos sobre el terreno de la manera más intuitiva con Sopelia.