Colectores Solares

Los colectores solares de tubo de vacío

La tecnología de tubos de vacío es actualmente la más eficaz de las empleadas en los colectores solares térmicos.+

Durante un tiempo fue un sistema muy caro y de difícil acceso. Sin embargo este sistema comienza a hacerse cada vez más accesible para algunas aplicaciones, como lo demuestra la proliferación de sistemas compactos de agua caliente por termosifón con tubos de vacío que en los últimos años han invadido mercados como por ejemplo el mexicano

Formas de transmisión del calor

Existen 3 formas en los que el calor se transmite de un cuerpo a otro:

Conducción- Se trata de la transmisión de calor que se produce entre dos cuerpos a distinta temperatura que están en contacto físico directo o entre dos áreas de un mismo cuerpo a distintas temperaturas. El flujo de transmisión del calor dependerá de lo amplia que sea la superficie de contacto entre las dos áreas de distinta temperatura y del desequilibrio térmico que exista entre ellas. Este tipo de transmisión la comprobamos empíricamente al tocar un cuerpo caliente ( nos transmite el calor) o al sostener un elemento metálico sometido al fuego ( notaremos que el calor se distribuye progresivamente por todo el objeto)

Convección- Tipo de transmisión de calor que sólo se da entre los fluidos, no entre los sólidos. Se produce porque al elevarse la temperatura de un fluido este pierde densidad y asciende sobre el medio más frío y denso transfiriendo a este último su calor. Este tipo de transmisión se puede comprobar empíricamente colocando una mano sobre un radiador o una estufa. Se notará una suave corriente de aire cálido ascendente

Radiación. Es este caso no se requiere que los cuerpos estén en contacto para transmitirse calor pudiendo existir incluso en vacío entre ellos. Todo cuerpo por el simple hecho de estar a una temperatura superior al cero absoluto ( -273 grados centígrados) emite radiación electromagnética. Cuanta mayor sea su temperatura mayor será la radiación que emita

Normalmente se suelen dar los tres tipos de transmisión del calor a la vez aunque en distintas proporciones cada uno.

En los colectores de energía solar podemos establecer las siguientes relaciones de transmisión del calor. El sol incide sobre el colector y este sube de temperatura. Con ese calor lo que se busca es calentar un fluido deseado, normalmente el agua. ( o agua y anticongelante). Sin embargo no todo el calor generado se aprovecha para calentar el fluido deseado ya que una parte se perderá irremediablemente en calentar el aire externo que esta en contacto con el colector ( conducción y convección ) y otra se perderá por radiación ya que el subir de temperatura el colector emitirá con más energía que el ambiente en el que se encuentra provocándose pérdidas en ese sentido.

No todos los colectores son iguales y serán más eficaces aquellos que mantengan una mejor relación entre lo que ganan de la energía del Sol y lo que pierden según hemos comentado.

Existen dos maneras de mejorar los colectores, mejorando la ganancia de energía que obtiene del sol y/o reduciendo sus pérdidas.

La mejora que aportan los colectores de tubo de vacío consiste en evitar las pérdidas por conducción y convección. Como se ha visto la transmisión de calor por conducción y convección necesita de la materia para poder llevarse a cabo. Por ello con la colocación del absorbedor en el interior de un tubo en el que se ha hecho el vacío evita las pérdidas por estos métodos sólo perdiéndose el calor por radiación ( que se puede transmitir en el vacío).

Si se pierde menos calor, habrá más calor disponible para calentar el fluido que necesitamos obteniéndose así más rendimiento para la misma cantidad de energía del Sol.

También conviene mencionar que debido a la forma cilíndrica de los tubos del colector se producen más reflejos de la luz del Sol que en los colectores de placa plana con lo que la ganancia de la energía del Sol es menor. No obstante la adopción de esta forma compensa ya que se deja de perder más energía por el vacío de la que se deja de ganar por los reflejos.

Tipo de colectores de tubo de vacío

Los distintos 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 (de ahora en adelante nos referiremos a estos tubos concéntricos con el vacío. en medio como tubos evacuados) se sitúan los distintos tipos de absorbedores que determinan los distintos sistemas.

Esquemas de tubos evacuados

Algunos colectores emplean un sistema denominado CPC (Colector Parabólico Concéntrico) para aprovechar la radiación solar que incide entre dos tubos. Este sistema consiste en una serie de reflectores que dirigen la luz que cae entre tubo y tubo hacia la parte trasera de los mismos donde es también aprovechada. Con ello los colectores reciben luz tanto de la parte delantera como de la trasera. Con el sistema CPC se amplia la superficie efectiva de captación por metro cuadrado para la tecnología de tubo de vacío factor que sin embargo siempre estará por debajo de los colectores de placa plana (por metro cuadrado se capta menos pero se hace un uso más eficiente de lo captado)

Tubos evacuado simples

Este sistema es únicamente utilizado en calentadores solares termosifónicos. Son tubos evacuados ensamblados directamente con el deposito acumulador y que por lo tanto contienen agua.

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 agua que esta en contacto con él.

El agua calentada se eleva por convección y comienza a ascender siendo reemplazada por agua fría 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 y de no ofrecer ninguna protección contra las bajas temperaturas no siendo posible su utilización en zonas con inviernos fríos sin la inclusión de un calentador eléctrico que caliente el agua del depósito cuando esta alcanza temperaturas muy bajas.

En caso de baja temperatura la dilatación del agua al congelarse puede reventar los tubos y arruinar el equipo.

Tubo de vacío. de flujo directo

Esta tecnología se emplea tanto para colectores

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