Colector Solar

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Instituto de Ingeniería y Tecnología

E N E R G Í A S O L A R

Colectores solares planos

Construcción Vol. 2

Jenaro Carlos Paz Gutiérrez

Ciudad Juárez, Chihuahua, México, 2006

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DIRECTORIO

Felipe Fornelli Lafón

Rector

Héctor Reyes Leal

Secretario General

Rafael Woo Chew

Director del Instituto

de Ingeniería y Tecnología

Paz Gutiérrez, Jenaro Carlos

Colectores solares planos / Jenaro Carlos Paz Gutiérrez. Ciudad Juárez, Chih.: Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Instituto de Ingeniería y Tecnología,

2006.

28 p.; 22 cm.—(Energía solar) ISBN: 968-7845-79-1

Contenido : v.1 tratamiento teórico práctico.—v.2 Construcción

1. Colectores solares

2. Energía solar – Colectores

3. Colectores solares – Diseño y construcción

TJ812 P39 2006

621.472 P39 2006

Cuidado de la edición y formato: Marlon Martínez Vela

Diseño de la cubierta: Marco Antonio López Hernández

D.R. © Primera edición: 2006

Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

Calle Henri Dunant núm. 4016, Zona Pronaf

32310 Ciudad Juárez, Chihuahua

Impreso en México / Printed in Mexico

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Construcción

Un colector solar de agua recibe la energía del Sol a través de un material que absorbe la luz (absor- bente). La energía luminosa al llegar al material se transforma en calorífica y es transferida al agua. Fi- nalmente el agua se almacena para que no se enfríe, (tanque de almacenamiento). Para que el calor no se escape del absorbente, éste se cubre con vidrio o plástico. Así las ondas luminosas provenientes del Sol, viajarán a través del vidrio, pero las ondas caloríficas emitidas por la superficie absorbente no; de tal forma que calienten el agua.

El aislamiento por los cuatro lados del absor-

Figura 1

bente y por debajo de éste también previene que se escape (Figura1).

Los tres tipos básicos de calentadores so- lares de agua presentados aquí, son los más comúnmente usados y aquellos que satisfacen las necesidades de calentamiento doméstico. Estos son los siguientes:

1. Calentadores solares domésticos de agua a presión de la línea, los cuales abastecen agua caliente de 40º a 60º por arriba de la tempera- tura ambiente. Estas unidades se utilizan para

Figura 2

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calentar o como unidades auxiliares para pre- calentar el agua de un calentador convencional ahorrando energía y dinero (Figura 2).

2. Calentadores solares de agua auxiliares a presión de la línea, los cuales abastecen agua de 10º a 40º sobre la temperatura ambiente. Estos se pueden usar para calentamiento del líquido durante el verano en localidades calientes (Fi- gura 3).

Figura 3

3. Calentadores solares de agua a baja eficien- cia que se pueden usar en albercas, baños o almacenamiento de calor operados a presión atmosférica (Figuras 4a, 4b).

Alberca

Figura 4a

Figura 4b

Existen dos variedades de calentadores solares de agua operados a presión de la línea: aquellos operados por efecto termosifónico o por bombas que alimentan a absorbentes planos llenando por separado un tanque de almacenamiento (Figura 2); y calentadores solares de agua del tipo colector/ tanque de almacenamiento donde ambos absorben la luz del Sol y almacenan el agua caliente en una unidad sin tener depósito por separado (Figura

3). Aquí se da información de estos dos tipos con los que se pueden satisfacer las necesidades de calentamiento doméstico. Se hace mención de otros usos de la energía solar para calentamiento de albercas y baños con el consecuente ahorro de energía en estas instalaciones.

Lo anterior es con el objetivo de que el lector conozca cuál tipo de unidad se adapta a sus nece- sidades y cómo puede construirla. Para planes es- pecíficos de construcción, muchos de los pequeños detalles tendrán que ser atendidos por usted. La sección de Planes le permitirá hacerlo. Un “Plan Muestra” para el segundo tipo de calentadores solares de agua está incluido al final (Figura 29).

EL ABSORBENTE

Los absorbentes varían en forma y eficiencia. El más eficiente absorbe la mayor cantidad posible de luz solar (ya que una parte se pierde por radia- ción y convección), transfiere la energía luminosa mediante el grosor del material absorbente, luego la conduce al agua en forma de calor.

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El cobre, el aluminio y el fierro llevan a cabo estas funciones muy bien y se usan comúnmente para construir absorbentes. Algunos materiales tales como el asfalto o el concreto se han usado con éxito; en la Figura 5 se comparan algunos de los materiales más utilizados y su habilidad para transmitir calor.

En la mayoría de los absorbentes planos el agua está bajo presión y dentro de tubos que están solda- dos, pegados o ligados con alambre a la pieza plana de metal. Este pegamento es muy importante ya que uno malo no transferirá el calor al material del tubo. Los pegamentos por soldadura son mejores que los unidos con gomas o alambres. Cuando el tubo se suelda a la placa plana, el agua que va por los mismos absorberá mucho más calor que si el conductor estuviera solo (Figura 7).

Absorbentes planos

Figura 5

Figura 7

El espaciamiento de los tubos es tan importan- te como la selección del material absorbente y el

El agua se puede hacer pasar, sobre, dentro o mover

alrededor del material absorbente (ver Figura 6).

Figura 6

método de pegamento. Este espaciamiento varía con diferentes metales y con el tamaño del tubo. La Figura 8 muestra qué tamaño de tubo y qué tan separados deben estar en un buen absorbente hecho de los metales enlistados.

Figura 8

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Hay una variedad de absorbentes planos que no son tan eficientes como los metales mencionados arriba, pero que funcionarán dependiendo de sus necesidades. Uno es el tubo de plástico pegado mediante alambre a lámina acanalada de aluminio. Otro puede ser 2 hojas de lámina de fierro corruga- da, soldadas juntas, (bajas presiones únicamente). Un diseño que data de 1936 usa tubo de fierro galvanizado en una cama de asfalto. El arreglo de los tubos en el material absorbente plano controlará la cantidad de calor absorbido, cuánta presión se pierde y qué tan caliente se ponga

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