S. L. Innovación y Cualificación - Replanteo de instalaciones solares térmicas. ENAE0208

Si el líquido caloportador no es agua, sino que se utiliza una mezcla de agua y anticongelante a base de glicol, la pérdida de carga unitaria obtenida por la fórmula anterior deberá multiplicarse por 1,3 para tener en cuenta la mayor viscosidad del fluido.

A veces, puede ser necesario relacionar el diámetro con el caudal en lugar de relacionarlo con la velocidad. Una de las expresiones, obtenidas a partir de la fórmula de Flamant, es la que se propone a continuación y es aplicable para tuberías de paredes lisas de cobre, por las que circula agua caliente sin aditivos.

Pdc unitaria= 378 × Q 1,75/Q 4,75

Donde:

1 Pdcunitaria = la pérdida de carga en mm de columna de agua por metro lineal de tubería (mm.c.a./m).

2 Q = caudal de circulación por la tubería, en l/h.

3 D = diámetro interior de la tubería, en mm.

El absorbedor, con su respectivo aislante, se introduce en el interior de una caja o carcasa externa, la cual está protegida por la parte superior con un elemento transparente que reduce las pérdidas y fomenta que se produzca el efecto invernadero dentro del captador. Dicho elemento transparente y la caja dan rigidez al sistema y forman un sistema de protección contra la humedad, granizo, etc. El material del que está compuesta la caja es normalmente de aluminio o acero inoxidable, e incluso en algunas ocasiones puede ser de plástico. Lo que compone la cubierta suelen ser vidrios templados o con bajo contenido en hierro, los cuales son muy transparentes. En ocasiones, también se emplean materiales plásticos.

Nota

La ecuación de Flamant es la siguiente:

Pdc unitaria= F × v 1,75/D 1,25

La cubierta del captador tiene las siguientes características:

1 Cara inferior: elevada reflectancia ante la radiación de onda larga emitida por el absorbedor.

2 Cara superior: alta transmitancia y baja absortancia y reflectancia con respecto a las radiaciones solares.

3 Buena resistencia a los agentes meteorológicos.

El absorbedor de un colector suele estar compuesto por una serie de tuberías que tiene el fluido de trabajo. Este fluido absorbe el calor generado a partir de la radiación solar y circula hasta el sistema de acumulación de agua caliente, donde dicho calor es traspasado al agua potable a través de un intercambiador de calor, o bien, directamente. Una vez que el fluido ha traspasado su energía, su temperatura disminuye y se vuelve a dirigir al captador solar para empezar de nuevo el ciclo. Dentro del acumulador de agua potable, esta se distribuye verticalmente, situándose en la parte más alta el agua más caliente y, a su vez, en la salida del acumulador para la demanda de consumo de agua caliente. En la parte inferior del acumulador es donde se sitúa la parte de agua más fría y la entrada de agua al acumulador procedente de la red de distribución.

Podemos distinguir varias configuraciones dentro de las instalaciones solares térmicas, ambas se clasifican atendiendo al mecanismo que siguen en el movimiento del fluido a través del circuito primario. Estas son instalaciones por termosifón e instalaciones de circulación forzada.

El fluido comienza a circular cuando existe una diferencia de densidad o de temperatura suficientemente alta entre varios puntos del fluido del circuito primario. Este genera una fuerza impulsora superior a la pérdida de carga de la instalación. Dicha fuerza depende de varios factores: tipo de fluido de trabajo, diámetro, longitud y propiedades de las tuberías del circuito primario, diseño de la instalación, irradiancia incidente sobre el captador solar, etc. La variación de estos valores en una instalación solar funcionando por termosifón es la siguiente: si aumentamos la irradiancia incidente, manteniendo los demás factores constantes, aumenta la fuerza impulsora, por lo que el caudal de circulación a través de los captadores y el incremento de temperatura entre la salida y la entrada del captador también aumentan.

Aplicación práctica

Explique qué ocurre al relacionar los distintos puntos de una instalación por termosifón donde la temperatura adquiere diferentes valores con la gráfica de temperaturas que lo acompaña.

SOLUCIÓN

En la figura podemos observar cómo se reparten las temperaturas por las distintas zonas de una instalación por termosifón. En esta situación, la radiación solar aumenta la temperatura del agua que se encuentra en el captador. Dicha agua sale del captador por la salida número 2, debido a que su temperatura en este punto es superior a la del agua que se encuentra en el acumulador y a la del colector. Seguidamente, a través de la salida número 3, el agua entra en el acumulador, donde el fluido sale por la salida 4 para su uso. Esto no ocurre siempre. No obstante, el agua que esté en el acumulador estará siempre enfriándose paulatinamente, y hasta el punto en el que la parte más fría sale por la salida número 5 y vuelve al colector a través de la entrada número 1. En la imagen, podemos observar también la altura que posee el agua en cada punto de la instalación.

La regulación por termosifón no necesita sistema de bombeo adicional y, por lo tanto, tampoco precisa de ningún dispositivo electrónico de control, ya que la propia circulación del fluido se produce debido a una diferencia de densidades. Por este motivo, estas instalaciones presentan la ventaja de no consumir suministro eléctrico, pero tienen el inconveniente de elevar mucho la temperatura en épocas de bajo consumo y de temperaturas máximas, provocando sobrecalentamientos que traen consigo peligros para las personas y para la vida de la instalación.

A la hora de realizar una instalación debemos de prestar gran atención al diseño y montaje de la misma, ya que para que se produzca la circulación del fluido es necesario que la fuerza que impulsa el movimiento de fluido sea capaz de vencer la pérdida de carga del circuito. Por esta razón, debemos favorecer el movimiento del fluido. Entre las opciones recomendadas, se encuentran las siguientes:

1 Colocar el acumulador encima del captador para evitar la circulación en sentido inverso durante el enfriamiento nocturno. También existen métodos para evitar el efecto retorno y se pueda colocar el acumulador debajo del captador.

2 Minimizar la distancia entre el acumulador y el captador, así como el número de accesorios y codos.

3 Usar tuberías de conexión, entre el acumulador y el captador de diámetros, relativamente grandes.

4 Intentar evitar la formación de bolsas de aire que impidan la circulación del agua. Para evitar esto se instalan las tuberías con pendiente ascendente en el sentido de la circulación, para que se favorezca la circulación natural en el periodo de calentamiento.

Recuerde