Colector placa plana Componentes: Elemento absorbente metálico protegido por un aislante y cubierta de material transparente. Caja rígida o carcasa da cuerpo: resistencia mecánica Permite anclaje en el lugar determinado
Superficies absorbentes selectivas Forma de disminución de las pérdidas térmicas de un colector. Materiales cuyas características son: Absorber fuertemente en las longitudes de onda inferiores a 2µm. Baja emisión para longitudes de onda superiores a 2µm. Se consiguen con un mínimo de 2 materiales que tienen funciones diferentes. Espejo caliente: El reflector es el primero en interceptar la radiación solar. Capa reflectante sobre absorbente negro. Espejo oscuro: El absorbente es el primero en interceptar la radiación solar. Absorbente selectivo sobre reflector blanco.
Obtención de superficies selectivas: Cobre envejecido: absorción de 0.85, emisividad de 0.17 Acero contenido en níquel Pinturas Selectivas: Contienen: Pigmentos absorbentes Aglutinante resistente a la radiación
Cermets: Formados por deposición de sucesivas capas metal-dieléctrico. Buen carácter selectivo Estabilidad a altas temperaturas. Negro de cromo electrodepositado Aluminio anodizado Pigmentado con negro de níquel.
Ecuación del rendimiento
?= Qu/Ac Is= Fr(?a)-FrUL[(Tent-Ta)/Is] donde: Qu=Energía extraída de un colector en un instante determinado. Ac=Área del colector Is=Irradiancia FR= Factor de extracción de calor
(?a)= producto de la transmitancia de la/s cubierta/s por la absorvancia de la placa de absorción. Ul= coeficiente global de transferencia de calor del colector Tent = Temperatura de entrada Ta= Temperatura ambiente (K)
Tipos de Colectores Colectores de piscina: Trabaja entre 10oC y 40oC. Colector sin cubierta: Mayor rendimiento Precio económico Componentes: Doble placa de polietileno negro de 1 mm de espesor. Se utilizan en piscinas al aire libre. Alargar la temporada de baño.
Colectores de tubos de vacío: Componente básico doble tubo de vidrio Absorbedor selectivo de alto nivel (Mo-Al2-O3) Aplicaciónes: Sistemas de temperaturas medias(sist. De acondicionamiento de aire, etc.) Lugares fríos con diferencias elevadas entre la Tª del colector y el ambiente. Aprovechamiento radiación solar difusa
Minimiza la influencia de las condiciones climáticas. Vacío ligero (0.001 atms): Eliminación de las pérdidas por convección Vacío fuerte ( < 0.1 Pa): Eliminación pérdidas por conducción. Ventajas frente a los de placa plana: Incidencia de los rayos del sol siempre en ángulos rectos ?minimiza pérdidas por reflexión Homogeneidad en la radiación incidente sobre el absorbente (cte desde media mañana hasta media tarde)
Dos tipos básicos ( según sea el método de intercambia de calor entre la placa y el fluido): De flujo directo. Tubo de calor: Características: Unión seca (intercambio de calor en seco) Función diodo( transferencia de calor en un solo sentido) Limitación de la temperatura(evita riesgos de aumento incontrolado en el interior de los tubos)
Colectores de Aire: El fluido que refrigera la placa es directamente el que se quiere calentar. El aire circula por convección natural o forzada por impulsores Se emplean en el secado de productos agrícolas. Tª inferior a 60oC
Inconvenientes (derivados de las propiedades del aire): Baja densidad Baja conductividad térmica Bajo calor específico por unidad de volumen. Rendimiento depende del caudal de aire circulante Instalaciones mayores que la de los sistemas hidráulicos. Ventajas: Evitan problemas de congelación y ebulición del fluido. Bajas presiones de trabajo.
Tipos de Instalaciones El agua caliente se emplea par ala calefacción. Agua caliente sanitaria y procesos industriales. Tipos de instalaciones: Según el tipo de circulación utilizado: Circuitos con circulación natural o termosifón Circuitos con circulación forzada
Tipos de instalaciones Según el tipo de sistema de expansión utilizado: Circuitos abiertos Circuitos cerrados Según el tipo de transferencia de calor del primario al secundario: Sistemas directos Sistemas indirectos o de doble circuito
Tipos de instalaciones Según el tipo de conexión con el sistema auxiliar: Sistemas en depósito principal Sistemas en línea centralizado Sistema en línea distribuido Sistema con depósito secundario centralizado Sistema con depósito secundario distribuido
Circulación natural o termosifón Circulación entre el captador y el depósito se realiza por convección natural. (?agua caliente < ?agua fría). El movimiento se mantiene siempre que la radiación solar sea suficiente para mantener el gradiente de temperaturas entre las dos zonas. ?PB= (?acu –?f) g (?z – ½ zc); donde:
Circulación natural o termosifón ?PB= diferencia de presión producida por al diferencia de densidades entre la parte caliente y fría del circuito, que produce la denominada fuerza ascensional. ?z= diferencia de alturas entre la parte alta del circuito y la parte baja. ?acu= densidad en el depósito.
Circulación natural o termosifón ?f = densidad del fluido a la salida del colector. Zc = altura del punto estudiado. Las pérdidas de carga tienen que ser lo más pequeñas posibles para favorecer el flujo de agua: Tubos del colector de 22 mm de diámetro interno. Tubos principales de 12 mm
Circulación natural o termosifón Desventajas: En lugares con afectación de heladas, el colector debe incorporar un sistema de protección contra heladas. Afectados por los depósitos de calcio que pueden producirse en zonas con aguas duras.
Circulación natural o termosifón
Termosifón con doble circuito Poseen un intercambiador térmico en el interior de acumulador de tal forma que no es el agua de consumo la que circula por los colectores. Pequeña pérdida de rendimiento debida al intercambiador. Se debe incluir en el circuito primario un pequeño vaso de expansión.
Termosifón con doble circuito Tanto el circuito primario como el secundario han de tener válvulas taradas a la presión del elemento más débil de la instalación.
Circulación forzada El flujo del fluido se produce mediante una bomba circuladora eléctrica. Es necesario un control diferencial de temperaturas para la activación de la bomba. Se utiliza doble circuito con intercambiador Las pérdidas de carga no serán tan limitantes, habrán que cuantificarse para la elección de la bomba.
Circulación forzada Amplia libertad en la elección del caudal de trabajo del sistema: Idealmente aquel en que ha estado realizado el test de los colectores.
Estructura de la instalación Objetivos: Óptimo aprovechamiento de al energía captada. Eficaz conexión con el sistema de soporte. Eficaz distribución de la energía hacia los consumos finales. Realizar un buen dimensionamiento del campo de colectores. Diseño de la instalación de forma que todos los componentes trabajen dentro de los límites de seguridad y de lo más cerca posible de las condiciones normales de trabajo.
Estructura de la instalación Conexión entre captadores: Captadores en serie: la salida de un colector se conecta directamente con la entrada del siguiente. Para instalaciones que se utilizan en precalentamiento de agua. Conexionado en paralelo: Es la más utilizada. Cada colector trabaja dentro del intervalo de diseño. Conexionada mixto: Grupos de varios colectores en serie unidos a cada grupo en paralelo con los restantes.
Estructura de la instalación Soporte y Anclajes de los colectores. La mejor orientación será la sur con una inclinación que dependerá de la temporada de uso de la instalación. Características de los soportes de una instalación: Tiene que ser capaz de soportar esfuerzos mecánicos superiores a 2.000 Nm-2 de placa. Materiales que soporten la intemperie y que no necesiten mantenimiento. Tornilería y accesorios de acero inoxidable. Tienen que soportar esfuerzos superiores a 2.500 Nm-2. Incorporar arandelas plásticas para evitar corrosiones. Permitir diferentes posibilidades de sujeción y de fácil montaje.
Circuito hidráulico Conducciones y Valvulería: No presentas diferencias respecto a las instalaciones hidráulicas de cualquier sistema comercial. Considerar las variaciones de Tª del circuito primario? Altas solicitaciones mecánicas sobre las tuberías. Materiales más utilizados: Cobre: Más utilizado, fácil de trabajar, uniones por soldadura, variedad de accesorios en el mercado. Polipropileno: bajo coeficiente de conductividad térmica, se une por termofusión, elevado coste.
Circuito hidráulico Bombas circuladoras ó electrocirculadores: Solo tiene que suplir la energía disipada por la pérdida de carga del fluido a lo largo del circuito. Determinación del electrocirculador: Ph = m ?p ? Potencia necesaria para mover un caudal m bajo una diferencia de presión ?p. Pe = Ph/ ? ? Potencia electrica del electrocirculador.
Circuito hidráulico Eficiencia mecánica de al bomba: 20-50% para bomba de potecia inferior a 100 W ( residencias familizares) 50-75% electrocirculadores medianos 75-90% electrocirculadores grandes. Se coloca en el circuito primario a la salida del acumulador ( para evitar cavitación).
Acumulador e intercambiador Acumulador. Acumula la energía térmica que se produce en el campo de colectores. Tipos de almacenamiento: Almacenamiento por calor sensible. (Aprovecha la capacidad calorífica de una sustancia). Almacenamiento por calor latente. (Utiliza el calor latente de cambio de estado de una sustancia). Materiales de cambio de fase (PCM)? Almacenan cantidad importante de energía en uncorto intervalo de tiempo. Almacenamiento por calor de reacción.
Acumulador e intercambiador Para los sistemas ACS: Acumuladores por calor sensible. Utilizan agua como elemento activo. Materiales más usados: acero, acero inoxidable y fibra de vidrio reforzada. Sistemas contra la corrosión: recubrimientos plásticos a base de: Pinturas epoxídicas y bituminosas, el vitrificado, protección galvánica directa. Forma importante para aprovechar la estratificación.
Acumulador e intercambiador Intercambiador. Para sistemas de dos omás circuitos hidráulicos. Originan una pequeña pérdida de eficiencia. Evitan problemas de mezcla del agua de consumo. Fundamentalmente líquido-líquido
Acumulador e intercambiador Tipos: Intercambiadores envolventes o de capa: Se sitúan en el interior de los depósitos. Fácil tener una superficie de contacto grande entre las dos capas. Intercambiadores de serpentín: Se basa en la inclusión de un serpentín en el deposito. Intercambiadores de tubo de contracorriente: exteriores al acumulador, necesitan de una bomba. Intercambiadores de placas: Exteriores al acumulador. El más eficiente ? ofrece una mayor superficie de intercambio con dimensiones exteriores reducidas.
Acumulador e intercambiador
Otros elementos Vaso de Expansión. Permite la expansión del fluido, contrarrestando los aumentos de volumen y presión producidos. Se incluye en el circuito primario. Puede ser: Abierto: EL fluido del interior del vaso se encuentra en contacto directo con al atmósfera. Instalado en la parte más alta del circuito (Sólo para potencia < 70kW) Cerrado: Fluido contenido en un recipiente hermético. Evita pérdidas por evaporación de agua, limita entarada de O2, , fácil montaje.
Otros elementos Sondas y dispositivos de control. Se utilizan en instalaciones en las que se utiliza una bomba.(sistema de control del funcionamiento de la bomba) El sistema más utilizado es el termóstato diferencial.
Otros elementos Fluido caloportador. Encargado de transferir la energía térmica desde el absorbedor hasta el depósito acumulador. Tipos: Agua natural: Utilizado en circuitos abiertos ? Agua caliente sanitaria pasa directamente por los colectores. Agua con adición de anticongelante: Se utiliza para evitar problemas de heladas. Líquidos orgánicos sintéticos o derivados del petróleo. Aceites de silicona.
Aislamientos Aislamiento térmico. Para acumuladores: Superficie menor a 2m2 ? espesor mínimo de 30mm Superficie para volúmenes mayores ? 50mm Intercambiadores externos: No será inferior a 20mm. Tuberías y accesorios situadas en el interior: Depende del Dext. Tuberías y accesorios situadas en el exterior: Los valores se incrementan en 10mm como mín.
Instalación