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SOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicas

3. Componentes y Subsistemas de instalacionessolares térmicas

• Componentes de sistemas solares térmicos

• Componentes

• Acumuladores

• Intercambiadores de calor

• Vasos de expansión

• Otros componentes

• Subsistemas de instalaciones solares térmicas

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Componentes de sistemas solares térmicosSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasComponentes de sistemas solares térmicos

Componentes de sistemas solares térmicos

Instalaciones solares típicas con los componentes prin-cipales, Circulación forzada

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Circulación forzada

En la imagen se puede apreciar una instalación solar térmica para agua caliente en una vivienda. Es la instalación que consideramos más típica por las siguientes razones:

• Es de circuito indirecto (cerrado) y forzado. Es decir, el fluido que pasa por los captadores es in-dependiente del agua de consumo con lo cual se puede utilizar un fluido con anticongelante y anticorrosivos con lo cual se evitan los problemas de heladas y de corrosión de manera que la instalación tiene mayor durabilidad y es más fiable. Al ser de circulación forzada (con una bom-ba) se puede integrar mejor la instalación en la cubierta de la vivienda ya que el acumulador se puede instalar en el interior con la ventaja adicional de tener menos pérdidas térmicas y mayor durabilidad.

• El sistema auxiliar se coloca en serie con el consumo y, al ser una caldera de combustión se con-sigue mayor rendimiento final en el pequeño consumo que significa y, sobre todo, al emplear como energía auxiliar una fuente almacenable, solo se consume cuando se necesita.



Instalaciones solares típicas con los componentes prin-cipales, Termosifón

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Circulación por termosifón

Como en el caso anterior, esta instalación solar térmica es muy típica porque presenta ventajas sobre la anterior, aunque también inconvenientes:

• Es de circulacion natural o termosifón. Puede ser de circuito indirecto (la que se esquematiza en el dibujo) o de circuito directo, solo válida en determinadas circunstancias de calidad del agua y sin riesgo de heladas.

• Ventaja principal. Más sencilla y más barata.• Inconvenientes principales. Menos integrabilidad (y, por tanto, mayor impacto visual) al tener

el depósito acumulador en las proximidades de los captadores y, normalmente, en el exterior. Menos durabilidad al ser menos controlable y poder ocurrir sobrecalentamientos en épocas de poca utilización y mucha radiación solar.



Componentes de una instalación solar térmica Circulación forzada

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Componentes de una instalación solar de circulación forzada y circuito indirecto

En la figura se pueden apreciar los componentes de una instalación solar típica:

• Campo de captadores• Acumulador• Bomba• Tuberias• Vaso de expansión• Purgador• Diversos tipos de válvulas• Sensores de temperatura y de presión• Algunos elementos recomendados aunque no necesarios.



Componentes de una instalación solar térmicaTermosifón

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Componentes de una instalación solar de circulación por termosifón y circuito in-directo

En la figura se pueden apreciar los componentes de una instalación solar de termosifón típica:

• Campo de captadores• Acumulador• Tuberias• Vaso de expansión• Purgador• Diversos tipos de válvulas• Sensores de temperatura y de presión

ComponentesSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasComponentes

Componentes

Captador solar térmico plano

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Captador solar térmico de baja temperatura

Un captador solar térmico es un dispositivo que transforma la radiación solar en energía interna de un fluido, normalmente agua o aire.Sobre todo debe tener una larga vida útil, de varias décadas.

Las caracteristicas generales que debe reunir un captador solar térmico son las siguientes:

• Resistente a las condiciones exteriores (ambientes marinos, polvo, nieve, granizo, etc.)• Resistentes a temperaturas altas y bajas• Estable y duradero• Fácil de montar• Eficiente en conversion de energíaEstas caracteristicas son las que se exijen en las normativas vigentes y las correspondientes certi-ficaciones exigidas en los programas de fomento.

Normas UNE 94101, EN 12975, ISO 9806 e INTA 610001.



Captador solar plano - Sección

1. Caja

2. Junta de estanqueidad

3. Cubierta transparente

4. Aislamiento térmico

5. Placa absorbedora

6. Tubos

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Captador solar térmico de baja temperatura

Están formados por los siguientes elementos fundamentales:

• Placa absorbedora. Es la parte del dispositivo donde se produce la conversión de la radiación en energía interna del fluido que debe estar en el interior de la placa absorbedora. Normalmente construida de metal cubierta de pintura o tratamiento negro que tenga una alta absortancia a la radiación solar. Mejor aún si tiene, al mismo tiempo, una baja emisividad en longitudes de onda larga. En este último caso es lo que se llama una superficie selectiva.

• Cubierta transparente. Es otro elemento de importancia en un captador solar térmico. Se encar-ga de producir el efecto invernadero sobre la placa absorbedora, dejando pasar en su mayor parte (alta transmitancia) la radiación solar incidente e impidiendo la salida (baja transmitan-cia) de la radiación infrarroja producida en la placa absorbedora.

• Aislamiento térmico. Sirve para disminuir las pérdidas térmicas por la cara posterior y los late-rales del captador.

• Carcasa. Es la caja que contiene a todos los elementos del captador y sirve sobre todo para pro-tegerlos del exterior. Las hay de muchos tipos y materiales.

• Junta de la cubierta transparente. Es un material elástico cuya función principal es mantener la estanqueidad del captador impidiendo la entrada de agua cuando hay lluvia.



Fundamento de la captación solar térmica

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Fundamento de la captación solar térmica

El esquema explica los principales intercambios energéticos de un captador solar térmico.

Pérdidas ópticas: por reflectividad, del 4-6 % de la irradiancia incidente, dependiendo del tipo de vidrio. Si la cubierta transparente no es vidrio, la reflectividad puede ser muy diferente.

Pérdidas térmicas: Básicamente las mayores pérdidas térmicas en un captador solar se producen por la cara anterior (cubierta transparente) en aproximadamente un 80 % del total de las pérdidas. El resto se pierde por la cara posterior y los laterales dependiendo del aislamiento térmico que se incorpore y de las condiciones de temperatura y velocidad del viento exteriores.



Selectividad transmisiva (efecto invernadero)

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Selectividad transmisiva (efecto invernadero)

El funcionamiento de un captador solar térmico se basa en dos propiedades de algunos materia-les:

• Selectividad transmisiva. Que tienen ciertos materiales (vidrio y plásticos transparentes) con al-tos valores de transmitancia en las longitudes de onda corta de la radiación solar (0,2 – 3 µm) y, al mismo tiempo, baja transmitancia en las longitudes de onda larga (10 – 14 µm) en las que emiten los cuerpos a las temperaturas de la placa absorbedora.

En definitiva, un buen captador solar térmico debe aceptar el máximo posible de radiación solar (transmitancia elevada), absorber la mayor parte (absortancia elevada), emitir la menor posible y dejar salir la menor posible (transmitancia baja en onda larga).



Selectividad absorción - emisión

Cubiertatransparente

Absortancia alta

Emisividad baja

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Selectividad absorción - emisión

Consiste en un valor alto de la absortancia en las longitudes de onda corta de la radiación solar (entre 0,2 y 3 µm) que incide sobre el captador y un bajo valor de la emisividad en las longitudes de onda larga en que emite el captador a su temperatura de funcionamiento.



Rendimiento de un captador solar térmico

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Rendimiento de un captador solar térmico

El rendimiento de un captador solar térmico (energía absorbida/energía solar incidente) depende de la diferencia de temperatura entre el absorbedor y el ambiente para cada nivel de irradiancia. Para una diferencia de temperatura dada, el rendimiento es mayor cuanto mayor es la irradiancia solar.



Curvas de rendimiento de captadores y campos deutilización

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Curvas de rendimiento de captadores y campos de utilización

Los diferentes tipos de captadores tienen comportamientos muy variados y son de utilidad prefe-rente para diversas aplicaciones. En la gráfica se pueden observar estas características básicas, desde los captadores sin cubierta transparente que se suelen emplear para calentamiento de pi-scinas hasta captadores de vacío o CPCs que se pueden emplear para activar máquinas de refrige-ración o climatización por absorción.

Es importante tener en cuenta que un determinado captador puede llegar a alcanzar tempera-turas elevadas cuyo limite se tiene en la gráfica por el punto de corte de la curva de rendimiento y el eje de abscisas. A este valor hay que sumarle la temperatura ambiente de ese instante, dando lugar a la llamada „temperatura de estancamiento“.

Esta circunstancia de que en el captador se alcancen las temperaturas de estancamiento no es in-frecuente por lo que hay que tenerlo muy en cuenta.



Curva de rendimiento de un captador solar térmico según la normativa vigente en España

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Curva de rendimiento de un captador solar térmico según la normativa vigente en España

En España todos los captadores solares térmicos deben estar homologados por el Ministerio re-sponsable a partir de un informe de comportamiento energético realizado por el INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), como el que se presenta en la figura.

Se puede observar que la curva de rendimiento de un captador solar térmico es una linea recta cuya ordenada en el origen representa las pérdidas ópticas del captador y la pendiente las pérdidas térmicas.



Captador sin cubierta transparente

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Captador sin cubierta transparente

Tienen muchas pérdidas térmicas, se fabrican de materiales plástico y se usan sobre todo en apli-caciones que requieren temperaturas poco elevadas, como por ejemplo el calentamiento de pisci-nas.



Captador solar térmico „normal“

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Captador solar térmico „normal“

Es el más frecuente en las aplicaciones por lo que se explicará con más detalle en adelante. La prin-cipal aplicación es para la produción de agua caliente sanitaria.



Captadores planos especiales

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Captadores planos especiales

Cuando se quieren obtener temperaturas superiores a las que producen los captadores „norma-les“ se disminuyen las pérdidas térmicas aplicando diversas técnicas.

En función de esas técnicas podemos hacer la siguiente clasificacion:

• De vacío: En este tipo de captadores se hace vacío entre el absorbedor y un tubo de vidrio para dismi-nuir las pérdidas térmicas.

• CPC (Compound Parabolic Concentrator): Con estos captadores se aumenta la radiación sobre el absorbedor. Incorporan un pequeña concentración óptica mediante espejos parabolicos y se dis-minuye la superficie de emisión del absorbedor con lo cual se disminuyen las pérdidas térmicas.

• TIM (Transparent Insulation Materials): Los captadores de este tipo incorporan una cubierta transparente con propiedades aislantes que disminuyen las pérdidas térmicas por la cara an-terior del captador.



Definiciones de área en un captador plano

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Definiciones de área en un captador plano

Las prestaciones energeticas de un captador solar suelen referirse a un „área de referencia“ que es necesario definir con precisión.

En concreto no suele emplearse como área de referencia el área total del captador, es decir el pro-ducto de la longitud por la anchura exterior del captador.

En la norma europea de ensayo de captadores (EN 12975-2) se hace referencia tanto al área de apertura (área que atraviesa la radiación incidente) como al área del absorbedor.

Por todo ello es muy conveniente definir con claridad a que área del captador nos referimos en cada caso. Por ejemplo al dar como información de un captador su coeficiente global de pérdidas (W/m2K) según que se emplee el área de apertura o el área de absorbedor pueden resultar nume-ros diferentes.



Formas más frecuentes de placa absorbedora

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Formas más frecuentes de placa absorbedora

La experiencia de los últimos años ha llevado a diseños de placas absorbedoras diversos que son los más frecuentes en los productos actuales del mercado solar. La elección del diseño más ade-cuado para una determinada aplicación debe hacerse en función sobre todo de las conexiones y de la distribución interna del fluido en el captador.

Un aspecto importante a tener en cuenta es la sección de los tubos que suelen conformar una pla-ca absorbedora ya que condicionan las pérdidas de carga y por tanto el comportamiento hidraulico del conjunto de la instalación. (Ver capitulo 6)



Aislamiento térmico de los captadores

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Aislamiento térmico de los captadores

En un captador térmico bien diseñado y construido las pérdidas térmicas que se evitan con el ais-lamiento de la parte posterior y lateral del mismo son del orden del 20 % de las pérdidas térmicas totales. Para conseguirlo se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

• Material que resista las altas y bajas temperaturas, que no pierda caracteristicas aislantes con la humedad y que sea abundante, barato y no contaminante.

• Espesor adecuado para conseguir el aislamiento deseado

AcumuladoresSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasAcumuladores

Acumuladores

Acumuladores

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Acumuladores

Una instalación solar térmica requiere la existencia de acumulación de energía que permite ajus-tar en el tiempo la oferta (el Sol) y la demanda (el agua caliente en el momento en que el usuario la quiera).

Un acumulador es el elemento de la instalación solar térmica que permite almacenar energía térmica con las mínimas pérdidas energéticas posibles.

Los más frecuentes en las instalaciones actuales suelen ser depósitos aislados térmicamente que pueden incorporar (o no) un intercambiador de calor.

Los aspectos más importantes de un acumulador son su resistencia mecánica, su durabilidad y la calidad del aislamiento que se mide en W/K (vatios dividido por Kelvin). Mientras menor es el coeficiente de pérdidas (que depende de la naturaleza y del espesor del aislamiento) mejor com-portamiento tiene el acumulador.



Clasificación de acumuladores

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Clasificación de acumuladores

Según tres criterios fundamentales:

• Posición horizontal o vertical• Sin intercambiador o con intercambiador incorporado. En este último caso, de serpentín o de

doble envolvente.• Por el material empleadoPara ciertas aplicaciones (por ejemplo en instalaciónes mixtas de ACS y calefacción) existen diseños especiales.



Detalles técnicos de los acumuladores

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Detalles técnicos de los acumuladores

No olvidar conectar correctamente las tuberías a las tomas correspondientes en el acumulador. No es lo mismo la entrada que la salida.Los acumuladores deberán soportar temperaturas de hasta 120 ºC.También es muy importante la protección a la corrosión. Es muy importante que el acumulador tenga el correspondiente “ánodo de sacrificio” que puede ser de magnesio y si no, los de “corriente parásita” que hay que comprobar anualmente y cambiar cuando sea necesario (de 2 a 5 años).

• Los acumuladores de acero inoxidable son duraderos pero más costosos. • Se emplea mucho el esmaltado. En ese caso (esmaltado interno) el acumulador correspondien-

te puede tener una vida útil muy larga. • Los de plástico no se recomiendan como acumuladores principales por problemas de soporte

de presión y temperatura e incluso por higiene. • Tampoco se recomiendan los de zinc. El depósito tiene que cumplir el Real Decreto 769/1999.

El acumulador llevará una placa de identificación situada en lugar claramente visible y escrita con caracteres indelebles en las que aparecerán los siguientes datos:

• Nombre del fabricante y razón social. Contraseña y fecha de registro. Número de fabricación. Volumen neto de almacenamiento, en litros. Presión máxima de servicio.



Estratificación de la temperatura

60 °C

30 °C

15 °C

ACS

ACS

35 ° C

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Estratificación de la temperatura

Un buen diseño de un acumulador debe permitir que se produzca “estratificación”, es decir que la temperatura del agua se distribuya verticalmente. Con esto se mejora el funcionamiento de la instalación.

La principal ventaja de la estratificación de temperatura es que mejora el rendimiento de la in-stalación ya que el agua más caliente se sitúa en la parte más alta del acumulador y es la que va al servicio mientras que el agua que retorna al captador es la más fría con lo cual el captador es más eficiente (vease la curva de rendimiento de un captador, diapositiva nº 3-11)



Importancia del aislamiento en un acumulador

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Importancia del aislamiento en un acumulador

En una instalación solar térmica las pérdidas se producen sobre todo por la noche, a traves del acu-mulador. Por eso es tan importante un buen aislamiento térmico de este.

En concreto, las principales zonas de pérdidas térmicas son las que se pueden observar en la figu-ra. Es decir las conexiones de las tuberias, las tapas metalicas no aisladas o un aislamiento no muy bien realizado.

La importancia del aislamiento térmico de un acumulador se ejemplifica con el dato de que un acumulador de 300 l (instalación doméstica tipica) no muy bien aislado pude perder aproxima-damente 1200 kWh al año.

Intercambiadores de calorSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasIntercambiadores de calor

Intercambiadores de calor

Intercambiadores de doble envolvente

ACS

ACS

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Intercambiadores de doble envolvente

Intercambiador de calor: dispositivo en el que se produce la transferencia de energía térmica del circuito primario al secundario o al consumo.

En general la pérdida de carga en los intercambiadores de calor incorporados en el acumulador son pequeñas.

En los intercambiadores de doble envolvente, muy frecuentes en las aplicaciones domésticas, con-viene tener en cuenta los limites de presión admisibles. También es conveniente llenar en primer lugar el secundario.



Intercambiadores de calor con serpentín

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Intercambiadores de calor con serpentín

Disponibles solamente hasta ciertos valores (hasta aproximadamente 3,5 m2 de superficie de in-tercambio, o sea 10 m2 de captadores), para instalaciones más grandes se usan intercambiadores externos.

A igualdad de superficie de intercambio son un poco más eficientes que los de doble envolvente pero producen un poco más de pérdida de carga. En cualquier caso son despreciables ambas dife-rencias.



Intercambiadores de calor exteriores

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Intercambiadores de calor exteriores

En instalaciones superiores a 10 m2 aproximadamente, se suelen emplear inercambiadores de calor exteriores al acumulador.

Los hay de dos tipos:

• Intercambiador tubular: poca perdida de carga como ventaja y pequeña potencia especifica de transmision como inconveniente. Se suelen emplear en piscinas.

• Intercambiador de placas: las principales ventajas son la alta potencia especifica de transmi-sión, su pequeño tamaño y su precio. Sus inconvenientes son la pérdida de carga, su posibilidad de ensuciamiento y consiguiente pérdida de eficiencia. El material más empleado es acero in-oxidable en instalaciones de ACS.

En el caso concreto de calentamiento de piscinas hay que tener la precaución de no utilizar inter-cambiadores de placas de acero inoxidable por la presencia de cloro en el fluido de trabajo. En este caso se utilizan aleaciones de cobre y titanio.

Vasos de expansiónSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasVasos de expansión

Vasos de expansión

Vasos de expansión

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Vasos de expansión

Depósito de expansión (vaso de expansión): dispositivo que permite absorber las variaciones de volumen y presión en un circuito cerrado producidas por las variaciones de temperatura del fluido circulante.

Un error muy frecuente en el diseño de las instalaciones solares térmicas es emplear un vaso de expansión demasiado ajustado en tamaño. Se recomienda sobredimensionar generosamente el vaso de expansión.

Con vasos de expansión de hasta 35 l pueden ser conectados directamente en la tuberia corre-spondiente, preferentemente entrando el liquido por la parte superior del vaso. Cuando se trate de tamaños mayores el vaso de expansión viene provisto de patas de apoyo con lo cual nor-malmente se conectará a la red por la parte superior del vaso.

Se debe poner especial atención a la resistencia de la membrana a los componentes anticongelan-tes asi como a su resistencia a la temperatura y esfuerzos mecánicos correspondientes. En cual-quier caso debe ser de calidad alimentaria en el circuito secundario.

Vasos de expansiónSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasVasos de expansión

Funcionamiento del vaso de expansión

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Funcionamiento del vaso de expansión

El vaso de expansión es un depósito dividido en dos partes por medio de una membrana elástica. A un lado de la membrana está el fluido de trabajo correspondiente (normalmente agua en estado líquido) y en el otro aire o un gas inerte a la presión de trabajo, que puede ser modificada fá-cilmente. La presión inicial viene establecida por el fabricante y se puede ajustar posteriormente en la instalación.

El fundamento de la acción del vaso de expansión es la variación de volumen del fluido de trabajo cuando varia su temperatura.

El volumen de expansión será como mínimo el volumen total de los captadores solares y en el secundario variable en función de los usos de la instalación. En aquellas instalaciones en las que puede producirse vapor (por estancamiento) conviene tener en cuenta esta circunstancia cuando se dimensiona el vaso de expansión.

El diseño evitará que los vasos de expansión trabajen fuera de los límites recomendados por el fabricante. No olvidar que el fluido de trabajo en una instalación (a la intemperie) puede alcanzar temperaturas bajas.

Otros componentesSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasOtros componentes

Otros componentes

Tuberías

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Tuberías

Es evidente que una instalación de energía solar térmica tiene que incorporar las correspondientes tuberías por las que circula el fluido de trabajo.

El dimensionado correcto, la elección del material y el aislamiento cuando sea necesario, son as-pectos claves para conseguir una buena instalación solar.

En general es bueno optimizar el trazado de las tuberías a emplear a una determinada instalación.

Teniendo en cuenta que el fluido de trabajo puede alcanzar temperaturas elevadas, las tuberías del circuito primario deben ser de cobre, acero inoxidable o acero negro. Las uniones de tuberías entre si y con otros accesorios deben admitir también las temperaturas y presiones de trabajo pre-visibles. No olvidar los aspectos de corrosión cuando se utilizan materiales diferentes.

Sin embargo, las tuberías del circuito secundario pueden ser también de cobre, acero inoxidable y de material plástico acreditado para esta aplicación.

El acero galvanizado no debe emplearse en las partes de la instalación en las que intervenga el ACS.



Tuberias de cobre

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Tuberias de cobre

El cobre es un material especialmente adecuado para todas las tuberias a emplear en una instala-ción solar térmica. Presenta las siguientes ventajas:

• Resistencia a la corrosión• Admite cualquier temperatura• Fácil de instalar



Aislamiento térmico

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Aislamiento térmico

El aislamiento térmico en las instalaciones solares térmicas es fundamental. En particular, en los acumuladores y en las tuberias.

En la elección de los materiales aislantes a emplear en las instalaciones solares hay que tener en cuenta una serie de circunstancias:

• Soportarán temperaturas elevadas (de 125ºC durante mucho tiempo y de 180ºC en periodos cortos).

• Deben ser resistentes a los efectos de la intemperie (radiación ultravioleta, corrosión por agen-tes externos) y a la fauna (roedores y pájaros).

• Deben cumplir los requisitos de espesor y conducticidad según la normativa vigente.El aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes.



Bombas de circulación

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Bombas de circulación

Normalmente en las instalaciones de energía solar térmica se emplean bombas para impulsar el fluido de trabajo, aunque en algunos casos pueda evitarse su uso y producir el movimiento del fluido por diferencias de densidad producidas por cambios de temperatura. Por tanto es un com-ponente importante en las instalaciones.

Las bombas pueden ser del tipo en línea, de rotor seco o húmedo o de bancada.

El diseño debe hacer que las bombas trabajen dentro de los límites recomendados por el fabrican-te y preferentemente en el retorno del circuito.

En circuitos de agua caliente para usos sanitarios, los materiales de la bomba serán resistentes a la corrosión y a las temperaturas del fluido y deben funcionar correctamente a la presión máxima del circuito.

Los materiales de la bomba del circuito primario han de ser compatibles con el fluido de trabajo utilizado.

Habitualmente se emplean bombas diseñadas para instalaciones de calefacción por lo que suelen dar caudales superiores a los necesarios sobre todo en instalaciones pequeñas.

La normativa española exige que en instalaciones grandes las bombas estén duplicadas para evi-tar paradas de la instalación cuando se produzca una averia.



Válvulas: Definición y clasificación

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Válvulas: Definición y clasificación

Todas las instalaciones de energía solar térmica requieren el uso de diferentes tipos de válvulas para cumplir funciones diversas.

• Válvula de corte: permite o impide el paso del fluido de trabajo. Este tipo de válvulas son muy frecuentes y se utilizan con gran profusión en todas las instalaciones.

• Válvula de seguridad: permite limitar la presión máxima del circuito. Normalmente se taran por debajo de la presión máxima de trabajo de los componentes del circuito.

• Válvula antiretorno: impide el paso de fluido en un sentido y permite la circulación en el otro.• Válvula de regulación: permite equilibrar hidráulicamente el circuito. Puede ser manual o

automática.• Válvula de llenado automático: sirve para introducir el fluido de trabajo en el circuito y mante-

ner la presión de funcionamiento.• Válvula termostática: permite limitar la temperatura del fluido por lo que sirve como elemento

de control y seguridad frente a posibles quemaduras.



Válvulas antiretorno

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Válvulas antiretorno

Impide el paso de fluido en un sentido y permite la circulación en el otro.Tanto en el circuito primario como en el secundario, con lo cual se evitan pérdidas energéticas importantes.

Son de clapeta, de muelle o de retención de disco.

En las de clapeta (las más frecuentes) el cuerpo y la tapa suelen ser de bronce o de latón y el asiento y la clapeta, de bronce.

Las válvulas antiretorno de clapeta tienen pérdidas de carga apreciables en el sentido del flujo.

En sistemas termosifónicos se debe elegir una válvula antiretorno que produzca pocas pérdidas de carga.



Válvulas de seguridad

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Válvulas de seguridad

Son válvulas de resorte y se emplean como elementos de seguridad frente a sobre presiones en los circuitos.

El cuerpo suele ser de hierro fundido o acero al carbono con escape conducido.

El obturador y el vástago son de acero inoxidable.

Los prensa-estopa son de latón y la estopada de amianto grafitado.

El resorte es de acero especial para muelles.



Purgador de aire

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Purgador de aire

Es el dispositivo que permite la salida del aire que puede acumularse en los circuitos. Puede ser manual o automático.

Deben resistir la temperatura máxima del fluido, por lo que el flotador no debe ser de plástico sino de acero inoxidable. Los purgadores también deben ser resistentes a la intemperie.

Los purgadores de aire serán de los siguientes materiales:

• Cuerpo y tapa, de fundición de hierro o de latón.• Mecanismo, de acero inoxidable.• Flotador y asiento, de acero inoxidable.• Obturador, de goma sintética.



Posición de purgadores

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Posición de purgadores

La posición idónea de los purgadores es en la parte más alta de la instalación.

Es interesante incluir entre la instalación y el purgador un botellín de desaireación para acumular el aire que se pueda haber introducido en el circuito.

Conviene situar el purgador según se indica en el dibujo para evitar que el aire pueda ser arrastra-do por el fluido. Esta circunstancia se puede producir con velocidades superiores a 0,4 m/s.

Es importante colocar purgadores donde se produzcan sifones.



Conjunto prefabricado de componentes

Retorno (frio)1 Válvula de cierre

3 Bomba4 Válvula antiretorno5 Termómetro6 Manómetro7 Válvula de seguridad8 Caudalimetro9 Vaso de expansión

2 V lvula de llenado

10. Válvula de cierre11 Termómetro

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Ida (caliente)

Hacia acumuladoro intercambiador

Retorno del acumuladoro intercambiador

del captador Hacia el captador

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Retorno (frio)1 Válvula de cierre

3 Bomba4 Válvula antiretorno5 Termómetro6 Manómetro7 Válvula de seguridad8 Caudalimetro9 Vaso de expansión

2 V lvula de llenado

10. Válvula de cierre11 Termómetro

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Ida (caliente)

Hacia acumuladoro intercambiador

Retorno del acumuladoro intercambiador

del captador Hacia el captador

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Conjunto prefabricado de accesorios

En determinadas circunstancias de ciertas instalaciones resulta cómodo emplear un conjunto de componentes montados previamente (en fábrica) en una unidad (ver figura).

Las ventajas de montaje en fábrica son: mejor aislamiento térmico, menor mano de obra, conjunto previamente comprobado.

El vaso de expansión puede ser colocado en la aspiración de la bomba o en la impulsión (en in-stalaciones pequeñas).



Sensores

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Sensores de temperatura

En las instalaciones solares térmicas puede ser conveniente tener conocimiento de las tempera-turas del fluido. Para conseguirlo se emplean los correspondientes sensores y el dispositivo de lectura de la temperatura.

Existen diferentes tipos de sensores: de resistencia de platino (Pt 100, Pt 1000) o termistores (semiconductor NTC o PTC).

Un aspecto fundamental para una buena medida de temperatura es la colocación correcta del sen-sor, es decir que la temperatura que marca el dispositivo de medida sea lo más próxima posible a la temperatura del fluido que pretendemos medir. Para conseguirlo es mejor emplear una sonda de inmersión que una de contacto y, en este último caso, asegurarse de un buen contacto térmico y el correspondiente aislamiento.

Es evidente que hay que asegurarse que el sensor elegido es el adecuado (rangos de temperaturas, precisión de la medida, estabilidad y durabilidad).



Otros componentes de las instalaciones

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Otros componentes de las instalaciones

En ocasiones resulta conveniente medir otras variables de las instalaciones solares:

Caudal: se emplean caudalimetros que se deben colocar en la zona de menor temperatura del cir-cuito.

Adicionalmente se puede incorporar a la medida de caudal la de temperatura con lo cual podemos obtener la entalpía del fluido (vulgarmente conocido como contador de calor).

Presión: se emplean manómetros absolutos o relativos que permiten conocer las pérdidas de carga o visualizar la presión absoluta de un circuito.

Filtros: es interesante incluir filtros en algunas instalaciones en las que puedan introducirse ele-mentos extraños al fluido de trabajo que perjudiquen el buen funcionamiento de algunos elemen-tos.

Subsistemas de instalaciones solares térmicasSOLARPRAXIS

3. Componentes y Subsistemas de instalaciones solares térmicasSubsistemas de instalaciones solares térmicas

Subsistemas de instalaciones solares térmicas

Subsistemas

Sistemaauxiliar

ControlCirculación

Captación

Acumulación

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Subsistemas

En una instalación térmica sus componentes se pueden agrupar de acuerdo con su función endiferentes subsistemas:

Captación: donde se transforma la radiación solar en energía interna del fluido.

Distribución o de circulación: formado por tuberias y elementos de impulsión y aislamiento térmi-co adecuados, diseñados para transportar la energía térmica producida, a los elementos de acu-mulación y de consumo con el mínimo consumo de energía externa y evitando al máximo las pérdidas térmicas

Acumulación: donde se almacena la energía interna producida en la instalación.

Auxiliar: es un elemento de apoyo a la instalación solar para complementar el aporte solar en pe-riodos de poca radiación o exceso de consumo. En su diseño hay que procurar que el consumo de energía primaria convencional sea la mínima posible.

Control: sirve para ajustar en el tiempo los aportes y los consumos y optimizar el funcionamiento del conjunto.



Captación

Conexionado en serie

Conexionado en paralelo

Conexionado serie-paralelo

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Captación

Está formado por los captadores asociados de diferentes maneras:

• En serie (según figura): Con esta asociación se consiguen temperaturas más elevadas (menor rendimiento energético) y se tienen mayores pérdidas de carga.

• Paralelo (según figura): Menor pérdida de carga y menor salto de temperatura (mayor rendimi-ento energético).

• Combinación serie-paralelo: es un compromiso de los dos montajes anteriores.



Circulación

Circuito primario Circuitosecundario

Circuito de consumo

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Circulación

El subsistema de circulación está formado por los siguientes circuitos:

Circuito primario: circuito formado por los captadores y las tuberías que los unen, en el que el flui-do de trabajo recoge la energía térmica producida y la transmite directamente o a través de un in-tercambiador de calor al acumulador solar.

Circuito secundario: circuito en el que el fluido de trabajo recoge la energía transferida del circuito primario para ser acumulada.

Circuito de consumo: circuito por el que circula el agua de consumo.



Acumulación

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Acumulación

El elemento esencial es un depósito acumulador en el cual se almacena la energía interna del flui-do de trabajo previamente obtenida en el subsistema de captación y transferida por el subsitema de circulación.

Se pueden presentar diferentes disposiciones del acumulador (ver figura).

1 El fluido caliente procedente de los captadores transfiere su energía al fluido de consumo al-macenado en el depósito. Dependiendo de la velocidad de esta transferencia y de la de consu-mo, se producirá mayor o menor estratificación en el depósito.

2 Circunstancias similares al caso anterior.3 Conexión directa sin intercambiador de calor. En este caso si la velocidad de circulación del flui-

do de trabajo es pequeña se favorece una buena estratificación del fluido de trabajo. Es eviden-te que en este caso no se pueden emplear mezclas anticongelantes.

4 Como en los casos 1 y 2 este montaje permite el uso de mezclas anticongelantes en el primario y la estratificación en el depósito (siempre deseable) depende del caudal de la bomba del se-cundario.



Auxiliar

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Auxiliar

Como consecuencia de la diferencia en el tiempo entre el aporte y el consumo de energía y de la limitación de tamaño de la acumulación en un sistema solar térmico es conveniente incluir, además del subsitema de acumulación, un subsistema de aporte energético con una energía au-xiliar a fin de disponer de energía de consumo en cualquier momento que el usuario la requiera.

Como se indica en la figura 3-47 el subsistema auxiliar debe colocarse en serie con el consumo, ya que si se situa dentro del acumulador (o en paralelo con él) perjudica de manera importante el ren-dimiento total del sistema.

En sistemas pequeños, si el sistema auxiliar en linea no es modulante, hay que hacer el conexio-nado mediante un by-pas según la figura.



Control - Termosifon

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Control - Termosifon

Es necesario ajustar en el tiempo el consumo, la captación solar, la acumulación y el aporte auxi-liar. De aqui la necesidad de que las instalaciones solares térmicas incluyan un subsistema de con-trol.

Del lado de la captación y la acumulación el sistema termosifónico supone por si mismo un mag-nífico instrumento de control ya que no se necesita ningún dispositivo especial.

Como se indica en la figura la circulación natural como consecuencia de la variación de tempera-tura del fluido de trabajo supone un buen procedimiento de captación y acumulación controlado por la intensidad de la radiación solar incidente.

En aquellos lugares donde haya riesgo de heladas la circulación por termosifón no impide usar un sistema de control de esta eventualidad. Basta con utilizar mezclas anticongelantes en el primario de una instalación con circuito indirecto.



Control - Circulación forzada

Acumulador

Control

Campo de captadores++--

Funktion

Programm

Wert

1.+ 84.01.+ 84.0

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Control - Circulación forzada

Cuando la instalación es de circulación forzada es imprescindible un sistema de control basado en la medida de las temperaturas del fluido de trabajo en la salida de los captadores y en la parte baja del acumulador.

Hay que prestar atención a la colocación correcta y a la medición precisa de temperatura de los dos sensores de control.

El aparato de control debe incorporar una pantalla en la cual se pueda leer los valores más signi-ficativos del funcionamiento de la instalación.

En cualquier caso es interesante conocer la temperatura del fluido disponible para consumo.

Hay aparatos de control que informan de defectos de funcionamiento de la instalación.

Es especialmente importante que se disponga de la documentacion técnica del sistema de control durante mucho tiempo.



Principio de funcionamiento del control

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Principio de funcionamiento del control

En una instalación con circulación forzada se acciona la bomba cuando la diferencia de tempera-turas (entre la parte baja del acumulador y la parte más caliente de los captadores) es superior a un cierto valor (aproximadamente 7 ó 8 K) y se para cuando esta diferencia de temperaturas baja a otro valor inferior (aproximadamente 2 a 4 K).

En caso de no contar con suficiente experiencia se recomienda dejar el control con los parámetros de fábrica.

Piensese siempre que las medidas que accionan el control pueden no ser perfectas (los errores de medida de temperaturas pueden ser de hasta 2 K o más) y dar lugar a funcionamientos inadecua-dos. Por ello debe asegurarse bien una instalación adecuda de los sensores y un funcionamiento correcto del conjunto del sistema.

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