Energía Solar Térmica

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Utilización de captadores solares para generación de ACS (Agua Caliente Sanitaria)

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Energía Solar Térmica

  1. 1. IVÁN GALARZA ARCINIEGAS ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Enero – 2009 ZARAGOZA
  2. 2. INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS CON TUBOS DE VACÍO. 1. INTRODUCCIÓN. La energía solar actualmente ha tomado un gran auge, debido a la necesidad del hombre de sustituir el uso de energías contaminantes por energías de carácter limpio. En España, con la entrada en vigor del nuevo Código Técnico de Edificación (CTE) y sus especificaciones para ahorro de energía, en donde se afirma que todas las viviendas de nueva construcción están obligadas a instalar sistemas de aprovechamiento de energía solar térmica, ha supuesto un gran impulso a ésta tecnología. Básicamente un sistema de energía solar térmica funciona así: El colector solar capta los rayos del sol, absorbiendo su energía en forma de calor, a través de dicho colector circula un fluido, el cual absorbe a su vez parte del calor captado por el panel, la temperatura del fluido aumenta y es almacenado o llevado directamente al punto de consumo. Las aplicaciones generales de ésta tecnología son: el calentamiento de agua sanitaria (ACS), la calefacción por suelo radiante y el precalentamiento de agua para procesos industriales. Otras aplicacones son: el calentamiento de agua para piscinas y usos emergentes como el de climatización alimentando bombas de absorción. En función de cada aplicación utilizamos distintos tipos de colectores. Hemos estudiado los colectores de placa plana (c.p.p.) para aplicaciones típicas de agua caliente sanitaria, en el presente trabajo se pretende analizar el funcionamiento de los colectores de tubos de vacío, los cuales se suelen emplear en climas fríos o en aplicaciones de climatización y calefacción. Los aspectos más relevantes que tienen que ver con este tipo de colectores son la gran eficiencia energética y la casi perfecta transmición térmica debida justamente al vacío que se crea en el interior del tubo, en cualquiera de los dos sistemas existentes de colectores de tubo de vacío: el de flujo directo con líquido caloportador, o el llamado “heat pipe” (tubo de calor), o de condensación y conexionado en seco, con la finalidad de reducir pérdidas de calor por conducción y convección entre el absorbedor y la cubierta. 2. COLECTORES DE TUBOS DE VACÍO. CARACTERÍSTICAS, VENTAJAS E INCONVENIENTES. Características Generales. El objetivo principal de éste tipo de captadores es reducir las pérdidas térmicas por conducción y convección entre el absorbedor y la cubierta de vidrio, utilizando una técnica semejante a la empleada en la fabricación de termos, la misma que elimina el aire entre las paredes de los mismos, el grado de vacío es de gran importancia si queremos reducir las pérdidas térmicas, debido a que los captadores de tubos de vacío alcanzan temperaturas bastante más elevadas que los captadores de placa plana. De la misma manera la carga térmica sobre el aislamiento de las tuberías, el sensor de control y el fluido de trabajo puede resultar alta. El nivel de aislamiento de las tuberías cercanas a los captadores debe resistir de forma estable a temperaturas superiores a los 150°C. En los captadores de fluido directo sólo se admitirá el uso de un fluido que haya sido previamente aprobado para su utilización con captadores de éste tipo.
  3. 3. Las técnicas de conexión para las tuberías del circuito primario deben estar preparadas para resistir temperaturas de hasta 160°C, por lo que no es conveniente utilizar soldadura blanda para las tuberías de cobre. Otro factor de importancia a tener en cuenta es que se puede producir la vaporización del fluido de trabajo en cualquier punto de las tuberías del circuito primario, especialmente a temperaturas altas y bajas presiones. Tipos de colectores de tubos de vacío. Colector solar de tubos de vacío de flujo directo. En éste tipo de diseño el fluido de trabajo circula directamente a través del absorbedor dentro de los tubos de vacío. Debido a la transferencia directa de calor es posible lograr un alto rendimiento. El tubo de cobre está unido a la placa absorbedora con recubrimiento selectivo, que absorbe calor de la radiación solar. Este conjunto está introducido y sellado dentro de un tubo de vidrio al que se le ha hecho el vacío. Esto conduce a la casi total eliminación de las pérdidas por convección y conducción desde el absorbedor. Este tipo de colectores se caracterizan por tener la tubería soldada a la placa absorbedora dividida en dos mediante una placa de cobre, de manera que por una parte del tubo entra el circuito primario y por la otra sale, calentándose durante el recorrido. La placa absorbedora y el tubo de traspaso técnico son sellados al vacío dentro de un tubo de cristal, lo que proporciona un aislamiento excepcional y lo protege perfectamente de los agentes atmosféricos que pueden deteriorarlo con el tiempo. Este aislamiento asegura una mínima pérdida de calor, lo que supone un alto rendimiento, incluso en condiciones muy adversas. Su instalación es muy sencilla ya que cada tubo puede ser montado individualmente, lo que hace que su mantenimiento sea mínimo. Además el tubo puede girar sobre si mismo hasta un máximo de +-25° optimizando su rendimiento. Colector solar de tubo de vacío tipo “heat pipe” (tubo de calor) En los tubos de vacío de éste tipo, el absorbedor metálico está conectado a un tubo de calor, el cual contiene una cantidad muy pequeña de agua, u otro tipo de fluido según el rango de temperatura deseado. Este fluido se evapora en un vacío parcial, sube en forma de vapor, se condensa en el condensador y regresa en forma líquida al interior del tubo. En el condensador el calor se transfiere al fluido de trabajo del circuito primario. Este proceso es semejante al que se lleva a cabo en el agua de lluvia. Al contrario de los tubos de flujo directo, éste sistema requiere una inclinación mínima del captador, que los fabricantes indican entre 20° a 30°. Si la temperatura del condensador es superior a la temperatura de evaporización del fluido en el tubo de calor, se origina una evaporización total. Esto puede ocurrir en caso de estancamiento, por ejemplo cuando no existe demanda de calor. En éste caso no hay transporte de calor hacia el condensador por parte del fluido en el tubo de calor.. Esta autolimitación de temperatura puede repercutir positivamente en los sistemas que se exponen a frecuentes, pero cortas fases de estancamiento. Si el absorbedor está en estado de estancamiento, durante un período de tiempo considerable, entonces se alcanzará una temperatura muy elevada en el condensador, debido a la conducción térmica, y por consiguiente también en el fluido de trabajo del circuito primario. Las temperaturas de trabajo de estos captadores son en principio algo inferiores a las que alcanzan los tubos de fluido directo, a causa de la transferencia de calor adicional entre el condensador y el fluido de trabajo. Captador solar de tubos de vacío tipo CPC (captador de concentración cilindro- parabólico compuesto) – Tubos de vacío tipo “Sydney”.
  4. 4. El tubo de vacío tipo “Sydney” fue concebido como un tubo de vidrio de doble pared, cuyo fin es evitar posibles pérdidas de vacío a través de la conexión entre el metal y el vidrio que se produce en otros diseños de tubos de vacío. A diferencia de otros tipos de tubos de vacío, en los “Sydney” la superficie absorbedora se encuentra directamente sobre el tubo interior de vidrio. Debido al absorbedor cilíndrico que incorporan, es necesario un reflector para aprovechar el área del mismo que no alcanzan los rayos solares. Estos reflectores se utilizan a la vez como concentradores, y la unidad completa del captador se comercializa bajo el nombre CPC. La eficacia de los reflectores situados fuera del tubo de vidrio puede disminuir con el tiempo debido a la influencian de la intemperie, lo que implica una revisión periódica de los mismos para verificar que estén libres de suciedad. A pesar de que su rendimiento es inferior al de otros tipos de tubos de vacío, su bajo precio a hecho que se mantenga en una buena posición de mercado en pequeñas instalaciones. Cabe mencionar un nuevo desarrollo logrado por la compañía Schott-Rohrgias en el que combina un tubo de vacío tipo “Sydney”, con un reflector ubicado en el interior del tubo, lo que implica la protección de los reflectores contra la intemperie. Finalmente dedemos mencionar que para hacer comparaciones entre distintos tipos de captadores se debe tomar en cuenta las diferentes definiciones de las áreas. Los captadores CPC por lo general cuentan con un área de apertura mayor debido a los reflectores, en contraposición con el área del aborbedor que se ve reducida. Nota. En el punto 8 (ANEXO) se incluyen especificaciones técnicas de colectores de tubos de vacío. Ventajas de los colectores de tubos de vacío: - Mayor rendimiento con igual superficie, respecto a colectores planos - Gracias a su geometría, aprovecha más radiación a lo largo del día - Alcanza mayor temperatura, lo que lo hace ideal para calefacción, calentamiento de piscinas, hoteles, polideportivos y usos industriales - Mejor captación en días nublados o a temperaturas bajo cero - Más opciones de instalación, gracias a la orientabilidad del tubo - Evita incrustaciones y tapones en el circuito, al no circular agua por los tubos - Estética muy atractiva - Sustitución de tubos muy rápida y sencilla - Son más eficientes con radiación difusa comparados con los c.p.p. Desventajas: - Temperaturas de estancamiento elevadas y altas cargas térmicas de todos los materiales cercanos al campo de captadores, así como del fluido de trabajo. En caso de estancamiento, la vaporización es mayor que con captadores planos. - Costes superiores de la energía solar útil obtenida a un nivel de temperaturas de trabajo medio, debido a que el mayor rendimiento se presenta únicamente a temperaturas de trabajo superiores. 3. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. ESQUEMAS E IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES A continuación realizamos una descripción de una instalación solar para ACS y calefacción utilizando captadores de tubos de vacío, en éste caso tipo “heat pipe”, para una vivienda unifamiliar. Gracias a su sistema “heat pipe” en combinación con el tubo de vacío, el captador calienta el depósito de inercia a temperaturas elevadas, lo que permite acumular la energía en
  5. 5. menos espacio y apoyar cualquier tipo de instalación doméstica de calefacción como: radiadores, aerotermos o suelo radiante. Como sistema de apoyo tenemos una caldera mixta de gas para ACS y calefacción, la cual asegurará el calentamiento total del agua hasta la temperatura a la que se ha diseñado, teniendo un sistema de control de temperatura de salida de forma que no sobrepase su límite máximo de utilización prevista. Hemos incluido un depósito solar doble o combinado, también llamado “tank in tank” o “depósito en el depósito”, éste depósito suele ser conveniente cuando se realizan instalaciones combinadas, es decir aquellas destinadas a producción de agua caliente sanitaria y calefacción. El depósito mayor contiene el agua para la calefacción, y el pequeño la que va al circuito sanitario. Se utilizan principalmente en instalaciones pequeñas y medianas. Para realizar el control del sistema, instalaremos una centralita que lo hará de forma automática, controlando la bomba del circuito solar según las temperaturas del depósito y el captador, además de parar la instalación cuando la temperatura de acumulación es máxima y protege el circuito del riesgo de heladas. La visualización de la información de las sondas y el estado de marcha de los componentes de la instalación la obtenemos a través de un módulo independiente con pantalla retroiluminada. Identificación de componentes (esquema): 1 Captador solar de tubos de vacío 2 Centralita 3 Display 4 Depósito solar doble: ACS e inercia calefacción 5 Grupo de impulsión (incluye válvula antiretorno) 6 Sonda de temperatura del colector 7 Sonda de temperatura del interacumulador 8 Sonda de temperatura del interacumulador combinado 9 Sonda de temperatura de retorno (circuito de calefacción) 10 Válvula mezcladora termostática 11 Caldera mixta de gas para ACS y calefacción 12 Válvula 3 vías motorizada con termostato diferencial 13 Sistema de calefacción
  6. 6. Esquema de instalación solar para ACS y calefacción con captadores de tubos de vacío tipo “heat pipe”, en una vivienda unifamiliar.
  7. 7. 4. FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN. Diagrama de funcionamiento de un colector de tubo de vacío con sistema “heat pipe”
  8. 8. Para asegurarnos el correcto funcionamiento de nuestra instalación, debemos primero comprobar que contamos con la superficie idónea de colectores, así como la inclinación y orientación adecuada para conseguir el mínimo desperdicio de energía. En nuestro caso, en el que utilizamos captadores tipo heat pipe el ángulo de inclinación tiene que ser de al menos 25° para garantizar que el líquido de evaporización se condense en el intercambiador de calor. Pueden compensarse las desviaciones con respecto a la dirección sur girando axialmente los tubos de vacío (máx. 25°). Además debemos regular la captación de energía solar para convertirla en energía útil. Para lograr esto tendremos que realizar medidas y comparaciones de forma permanente, a través de las sondas dispuestas para tal fin, las mismas que compararán mediciones de temperatura de los colectores y depósito de almacenamiento, para que los elementos automáticos del circuito establezcan o no la circulación del fluido en el circuito primario y conseguir un incremento neto d energía útil acumulada, según las circunstancias. Instalaremos los aparatos de tal manera que se consuma mayormente energía solar, utilizando la energía auxiliar como un complemento necesario para alcanzar las condiciones mínimas de temperatura necesarias para nuestras aplicaciones. Producción de ACS. El campo superior del depósito o interacumulador combinado, es calentado por la caldera. La acumulación secundaria del interacumulador es calentada por el agua del depósito de compensación que la rodea. La regulación de la temperatura del interacumulador con su sonda de temperatura conectada a la regulación de caldera, conecta la bomba del circuito primario de ACS. Si la diferencia de temperatura entre la sonda de temperatura del colector y la zona de temperatura del interacumulador es superior a la temperatura diferencial previamente ajustada, la bomba de recirculación del circuito de los colectores solares se conecta y el depósito combinado se calienta. Igualmente el limitador electrónico de temperatura de la centralita, limita la temperatura del depósito combinado. Al sobrepasar la temperatura ajustada, éste termostato desconecta la bomba de recirculación del circuito de colectores solares. Si la radiación solar es suficiente para la producción de ACS, el depósito combinado es calentado por la instalación de energía solar. Cuando la temperatura desciende por debajo de la temperatura de consigna ajustada en la regulación de caldera, la caldera efectúa un recalentamiento de la zona superior del depósito combinado. Si la radiación solar no es suficiente se precalienta con energía solar la parte inferior del depósito combinado del agua sanitaria y la parte superior se calienta con la caldera hasta la temperatura deseada. Para limitar la temperatura de ACS se instalará una válvula mezcladora termostática que nos permitirá mantener constante la temperatura del agua de consumo al variar la temperatura del agua en el interacumulador combinado. Es preferible que ésta válvula incluya protección contra escaldaduras en la toma y evitarnos instalar una grifería mezcladora en la toma. Calefacción. Si la diferencia de temperatura entre la sonda de temperatura (8) y la sonda de temperatura de retorno del circuito de calefacción es superior a la temperatura diferencial ajustada en la centralita, la válvula de tres vías pasa a la posición “AB-A”, el agua de retorno de la calefacción se conduce a través del depósito combinado hacia la caldera. Si la temperatura
  9. 9. del agua de retorno así precalentada no basta, la caldera la recalienta hasta alcanzar la temperatura de impulsión necesaria. 5. DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN TIPO. MÉTODO/S DE CÁLCULO. Desarrollaremos éste punto a través de un ejemplo práctico, tomando como referencia el manual de la asignatura. En una instalación con tubos de vacío se deben tomar en cuenta los factores que los diferencian de los captadores de placa plana como por ejemplo su ecuación de rendimiento, dimensiones de captación, caudal necesario, pérdidas de carga que producen. En lo referente al método de dimensionamiento, podemos utilizar el mismo que para sistemas con c.p.p. Una familia madrileña de 4 miembros, consume una media de 60 litros de ACS al día. Calcular el número de captadores solares de tubo de vacío para satisfacer la demanda anual de ACS. Consumo= 60 x 30= 1800 litros al mes (promedio) Q= m . Ce . Delta t° m= 1800 litros Ce= 1 Q= 1800 . 1 . Delta t° La temperatura media para ACS será de 45° Datos de rendimiento del colector solar de tubos de vacío marca Viesmann modelo Vitosol 200 SD2 de 10 tubos (colector de tubos de vacío de paso directo): n= n0-K1.Delta t/I – K2.(Delta t)2/I n0= 82% rendimiento óptico (cuando tm=ta, no hay pérdidas) K1= 1,62 W/m2.°C → coeficiente de pérdida de calor K2= 0,0068 W/m2.°C → coeficiente de pérdida de calor n= 0,82 – 1,62.Delta t/I – 0,0068.(Delta t)2/I Inclinación= 50,4° Superficie de captación = 1,06 m2 (superficie de apertura) Azimut= 0°
  10. 10. Mes Cons.mes Temp. Salto Neces. Neces. H H K E m3 de red térm. mes mes tablas correg MJ/día Delta KCal. MJ . t Enero 1800 6 39 70200 293,4 6,7 6,36 1,41 8,43 Febrero 1800 7 38 68400 285,9 10,6 10,07 1,28 12,12 Marzo 1800 9 36 64800 270,86 13,6 12,92 1,13 13,72 Abril 1800 11 34 61200 255,82 18,8 17,86 0,98 16,45 Mayo 1800 12 33 59400 248,29 20,9 19,85 0,87 16,23 Junio 1800 13 32 57600 240,77 23,5 22,33 0,83 17,42 Julio 1800 14 31 55800 233,24 26 24,7 0,87 20,2 Agosto 1800 13 32 57600 240,77 23,1 21,95 0,99 20,43 Septiembre 1800 12 33 59400 248,29 16,9 16,05 1,18 17,8 Octubre 1800 11 34 61200 255,82 11,4 10,83 1,39 14,15 Noviembre 1800 9 36 64800 270,86 7,5 7,13 1,54 10,32 Diciembre 1800 6 39 70200 293,4 5,9 5,6 1,52 8,00 3137,42 Nro.horas I n Aport. Energ. Energ. Energ. % de Déficit sol útiles (W/m2) % solar x disp.al dispon. solar sustituc. o m2(nE) día x mes x total Superav. m2(0,85nE) m2 energético 8 293 57 4,81 4,09 126,8 128,9 44 -164,5 9 374 63 7,64 6,49 181,72 184,8 65 -101,1 9 423 66 9,06 7,7 238,7 242,7 90 -28,2 9,5 481 69 11,35 9,65 289,5 294,4 100 38,6 9,5 475 71 11,52 9,79 303,5 308,6 100 60,3 9,5 509 70 12,19 10,36 310,8 316,1 100 75,3 9,5 591 72 14,54 12,36 383,2 389,7 100 156,5 9,5 597 72 14,71 12,5 387,5 394,1 100 153,3 9 549 71 12,64 10,74 322,2 327,7 100 79,4 9 437 68 9,62 8,18 253,6 257,9 100 2,08 8 358 63 6,5 5,53 165,9 168,7 62 -102,2 7,5 296 57 4,56 3,88 120,3 122,3 42 -171,1 3083,7 Nro. de metros necesarios = 3137,42/3083,7= 1,017 Nro. de colectores necesarios = 1,017/1,06= 0,96 → 1 Podemos deducir que para satisfacer la demanda de ACS de ésta familia es suficiente con instalar un solo colector modelo SD2 de 10 tubos. A continuación adjuntamos los cálculos relativos al mes de enero, entendiéndose el mismo procedimiento para los meses restantes:
  11. 11. Cálculo de la energía aprovechable. E= 0,94 . K . H Latitud Madrid: 40,4° Inclinación: Latitud + 10° (ACS todo el año) Inclinación: 50,4° K= 1,41 → en tablas H= 6,7 → en tablas H= 6,7 x 0,95 (factor de corrección por polución) H= 6,36 E= 0,94 x 1,41 x 6,36 E= 8,43 MJulios/día. Calculamos I I= E(Julios)/tiempo útil (segundos) I= 8,43 Julios/ 8 h(en tablas) x 3600 seg. I= 8430000 Julios/28800 seg. I= 292,71 W/m2 Calculamos el rendimiento del colector n= 0,82 – 1,62 Delta t/I – 0,0068.(Delta t)2/I n= 0,82 – 1,62. 39/293 – 0,0068.(39)2/293 n= 0,82 – 0,215 – 0,0035 n= 0,57 Dimensionamiento del diámetro de la tubería. Para el dimensionamiento de las tuberías, se puede contar en funcionamiento de caudal elevado con un caudal medio de: De 60 a 80 litros/h y m2 de superficie de absorción, es decir de 1 a 1,33 litros/min y m2 de superficie de absorción con el captador Vitosol 200. Para mantener lo más baja posible la pérdida de carga que se produce en la tubería de instalación de energía solar, la velocidad de flujo en una tubería de cobre, no debería sobrepasar 1m/s. El fabricante recomienda velocidades de corriente entre 0,3 y 0,5 m/s. Con éstas velocidades de corriente se ajustan las pérdidas de carga entre 1 y 2,5 mbares/metro de tubería. Con éstos datos vamos a calcular el diámetro mínimo de tuberías de cobre a instalar. D= J . C^0,35 J=2,2 para tuberías metálicas C= 1,33 litros/min. 1 litro=0,001 m3 C= 0,00133 m3/min. C= 0,0798 m3/hora D= 2,2 . (0,0798)^0,35 D= 0,908 cm
  12. 12. D= 9,08 mm →diámetro mínimo Pérdidas de carga de la instalación. La pérdida total de carga de la instalación de energía solar se compone de: -Pérdidas de carga de los colectores -Pérdidas de carga de las tuberías -Pérdidas de carga individuales de las piezas de empalme -Pérdidas de carga del intercambiador de calor -Pérdidas de carga del interacumulador Grupo de impulsión. Si se conocen el caudal y la pérdida de carga de la instalación completa, la bomba se puede seleccionar a partir de la curva característica de las mismas. Las bombas que mejor se adaptan son aquellas en las que podemos regular el número de revoluciones, ya que se pueden adaptar a las instalaciones conmutándolas. En nuestro caso la bomba más adecuada sería la que soporte una temperatura máxima de 110°C y una presión máxima de circuito de 10 Kg/cm2. No debemos instalar una bomba demasiado grande, para evitar consumos elevados de potencia. El caudal a obtener estará entre 50 y 75 litros/hora por cada metro cuadrado de superficie captadora. De los datos observados podemos deducir que si comparamos una misma bomba con el uso de captadores de tubos de vacío y con captadores de placa plana, se necesitará una menor superficie de absorción si usamos colectores de tubo de vacío. En el anexo incluimos información técnica de la bomba que a nuestro criterio sería la adecuada para nuestra instación. Interacumulador. El volumen del interacumulador será en instalaciones pequeñas igual a la cantidad de agua a 45°C consumida en 24 horas. De acuerdo a éste dato nuestro interacumulador deberá tener una capacidad de por lo menos 100 litros en el acumulador sanitario. Hemos encontrado en el mercado un interacumulador tipo “tank in tank” para producción simultánea de agua caliente sanitaria y calefacción con 2 o más fuentes de integración térmica, en nuestro caso apoyo de caldera de gas. Incluimos en el anexo los datos técnicos del interacumulador, que en éste caso será el modelo Zombi 500/180 que es el más pequeño de la gama. Elementos de control. La protección de la instalación tiene que seguir la normativa vigente. El circuito de colectores tiene que asegurarse de tal manera que, con la temperatura más alta posible de colectores, se proteja la instalación mediante la válvula de sguridad y el vaso de expansión. Vaso de expansión. El diseño de la instalación deberá proveer un sistema que absorba la dilatación del fluido y asegure un valor mínimo de la presión en el circuito. Los vasos de expansión se instalarán en todos los circuitos cerrados de la instalación. Se conectarán preferentemente a la aspiración de la bomba y podrán ser de tipo abierto o cerrado. Los datos que sirven de base para la selección del vaso son los siguientes:
  13. 13. -Volumen de agua en la instalación, en litros -Temperatura mínima de funcionamiento, para la cual se asumirá el valor de 4°C, a la que corresponde la máxima densidad -Temperatura máxima que puede alcanzar el agua durante el funcionamiento -Presiones mínima y máxima de servicio, en bar, cuando se trate de vasos cerrados -Volumen de expansión calculado en litros Válvula de seguridad. La presión de reacción de la válvula de seguridad es de acuerdo con la normativa vigente, la presión máxima de la instalación + 10%. La válvula de seguridad tiene que estar coordinada con la potencia térmica del colector o del grupo de colectores y su potencia máxima se puede derivar. En el anexo adjuntamos especificaciones de la válvula adecuada para nuestro circuito. 6. MONTAJE DE LA INSTALACIÓN. Luego de investigar algunas marcas de colectores solares de tubos de vacío, podemos deducir que cada una de ellas tiene instrucciones de montaje más o menos similares. A continuación mencionaremos algunos aspectos que podrían considerarse de aplicación general para el montaje de toda instalación solar con tubos de vacío, basándonos en instalaciones de colectores tipo “heat pipe” sobre tejado inclinado, de un conocido fabricante. Requisitos generales de seguridad La instalación deberá estar en manos de profesionales en la materia, prestando especial atención a los puntos siguientes: -Condiciones del montaje -Reglamentación por parte de las Administraciones Públicas -Reglamento técnico, especialmente la DIN 4757) -Superficie de tejado disponible -Reglamentos de Seguridad e Higiene en el trabajo para trabajos en altura -Reglamentos de Seguridad para máquinas y herramientas -Instrucciones de montaje del captador solar Requisitos de seguridad para el captador. Los tubos de vacío que componen el captador solar, pueden calentarse con la irradiación solar difusa, pudiéndose alcanzar en el condensador temperaturas superiores a los 200°C. Por este motivo no será recomendable la exposición de los tubos directamente a la luz solar, debiéndose prever un almacenamiento en el interior del embalaje hasta que no se lleve a cabo su instalación, o en caso de exposición a la luz solar, se deberá prever una sombra de protección. Se deberá prestar especial atención a la presión máxima del sistema, no pudiendo sobrepasar los 6 bar de presión. Transporte. Los captadores deberán transportarse al tejado, por partes, tal y como se suministran, es decir la parte colectora y armazón en un embalaje y los tubos en otro, debiéndose llevar a cabo la operación de montaje y ensamblado de todas las partes en el tejado. Cargas de hielo y nieve. En zonas donde las nevadas son abundantes, se prestará atención a la normativa local en relación con el ángulo mínimo requerido para la instalación del captador, que en el caso de colectores de placa plana sería la inclinación mínima para tejados inclinados. Teniendo en cuenta la acumulación de nieve, el deslizamiento de la misma que puede causar el viento y
  14. 14. su congelación, el peso se podrá acumular en zonas determinadas. Se deberá evitar éste hecho tomando las medidas adecuadas. Protección de rayos. Se recomienda prever la instalación de pararrayos, y en caso de existir, conectarlo al captador. Angulo mínimo de inclinación del captador. Deberá asegurarse un ángulo mínimo de inclinación del captador. Reciclado. Todos los materiales utilizados para la fabricación del colector podrán ser reciclados y son respetuosos con el medio ambiente. Montaje de los captadores Zona de instalación. Previo al montaje, se deberá seleccionar la zona del tejado libre de sombras susceptibles de ser provocadas por árboles u otras edificaciones, así como seleccionar la zona con el ángulo de inclinación óptimo. De forma provisional se señalarán en el tejado las posiciones de fijación o anclaje de cada captador, generalmente suelen ser 4 por cada captador. Montaje de los anclajes al tejado. En primer lugar se deberá instalar el anclaje en el alero y a continuación en la cresta, atornillando en la viga con perno y tornillo. Los anclajes deben quedar perfectamente alineados vertical y horizontalmente. Una vez instalados los anclajes se deberán colocar las tejas sobre los mismos y asegurar la impermeabilidad de la cubierta. Luego se deberán instalar los soportes verticales del colector sobre los anclajes del tejado, manteniendo la misma extensión de longitud en la parte inferior y superior de los mismos.. A continuación fijar suavemente los tornillos en las ranuras con el fin de evitar un deslizamiento del soporte vertical. Después de este proceso procederemos a la fijación de los anclajes del tejado sobre la placa de acero. Ensamblado del captador. -Deslizar el soporte del cabezal y fijar al soporte vertical en su tercera y quinta ranura. -Instalar el soporte inferior en la tercera ranura del soporte vertical. Apretar los tornillos para evitar su deslizamiento. -Instalar los tubos en secuencia de derecha a izquierda. Mantener todo el marco del captador en paralelo y observar que el cabezal no se encuentre en posición completamente horizontal, sino ligeramente inclinada hacia abajo y hacia la conexión. -Comprobar la inclinación y apretar todos los tornillos. Montaje de los tubos de vacío. Primero deberemos untar el condensador del tubo con pasta de transmisión de calor, teniendo cuidado que no este caliente. Luego deberemos deslizar el condensador en la vaina a la vez que se gira el tubo suavemente en un sentido y otro. Ajustar la posicón del soporte inferior dejando los enganches de cierre hacia arriba. La junta superior de goma deberá descansar sobre el cabezal presionando ligeramente. No debemos olvidar colocar algún elemento para cubrir los tubos con el fin de evitar la radiación solar ya que la temperatura en el condensador puede llegar a más de 200°C. Los tubos de vacío se deberán ajustar de tal forma que el lado de la capa selectiva quede hacia arriba. En caso de no tener una orientación favorable hacia el sur en el tejado, sino que tenemos un ángulo de desviación, el tubo podrá girarse en dirección al cenit solar. Comprobaciones. En caso de mal funcionamiento del captador solar se podrán realizar las comprobaciones respectivas de acuerdo a la siguiente lista de preguntas: 1. Es correcta la orientación del captador?
  15. 15. 2. Es correcto el montaje del captador? 3. Se ha utilizado la pasta de transmisión del calor de forma correcta? 4. Están en perfectas condiciones los tubos de vacío? 5. Es correcto el aislamiento térmico del circuito? 6. Es adecuado el fluido caloportador? 7. Comprobar que la sonda de temperatura del captador se encuentra instalada de forma correcta. 8. Comprobar que la sonda de temperatura del depósito acumulador se encuentra instalada de forma correcta. 9. Existe acumulación de aire en el sistema? 10. Se ha ajustado de forma correcta el caudal por área de captación? 11. Se ha ajustado el (Delta t) salto de temperatura del controlador? 12. Son correctos los valores tomados por el sensor? 13. Existe circulación por gravedad durante la noche entre el depósito y el colector? 14. Se ha ajustado el tiempo de funcionamiento de la bomba de circulación de agua? 7. EJEMPLOS DE INSTALACIONES. FOTOS. Adjuntamos imágenes de instalaciones realizadas por la empresa Amordad con colectores de tubos de vacío.
  16. 16. 8. ANEXO DE COMPONENTES. Especificaciones técnicas de los principales componentes utilizados en una instalación solar con tubos de vacío.
  17. 17. CONCLUSIONES. Los colectores solares son el corazón de cualquier sistema de utilización de energía solar puesto que absorbe la luz solar y la transforma en calor. Los criterios básicos para seleccionarlo son: productividad energética y coste, durabilidad y calidad, posibilidades de integración arquitectónica, fabricación y reciclado no contaminante. Dependiendo de la aplicación, varía el tipo de colector solar que hay que utilizar. Para aplicaciones que requieren un fluido a baja temperatura, los sistemas con colectores de placa plana son los más utilizados, seguidos por los de tubos de vacío. Los colectores de tubos de vacío se distinguen de los colectores planos por sus menores pérdidas térmicas, mayor rendimiento al encerrar el absorbente solar en una cápsula de vidrio de la que se extrae el aire. La controversia de productividad energética entre los diferentes tipos de colectores planos viene dada por las diferencias de las propiedades ópticas de los recubrimientos de sus absorbentes, y por las características y espesores de los aislamientos térmicos. Desde el punto de vista de la integración arquitectónica, otra ventaja que tienen los colectores de tubos de vacío es que permiten una mayor flexibilidad de montaje. Así, los tubos de vacío se pueden instalar en una superficie horizontal o vertical y girarlos para que su absorbente esté a la inclinación adecuada. Finalmente debemos mencionar que la aceptación social de las instalaciones solares pasa por el suministro de soluciones estéticas respetuosas con la concepción del edificio. BIBLIOGRAFÍA. Manual de asignatura. SEAS. www.galeon.com www.honeywell.com www.caleffi.com www.thermomax.com www.wolss-sunrain.com www.climacity.com www.belenos.es www.jaensolar.com www.solarinmnature.es www.solsolet.org www.apolosolar.es www.elektroprofesional.com www.amordad.es www.grundfos.com www.vessmann.com

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