Descripción y Funcionamiento de un Calentador solar para uso Residencial

Hola a todos. Buscando siempre tener la mejor informacion y la más actualizada, a partir de hoy contaremos con una columna semanal escrita por Javier Meza, un experto en calentadores solares que nos ayudará a resolver todas nuestras dudas sobre este tema. Agradecemos mucho a Javier y a la empresas Heliocol por su colaboración.

Aquí su primer columna

El calentador solar para uso residencial es un sistema que aprovecha la energía solar directa y en menor medida la energía solar pasiva, para el calentamiento de agua en los servicios de una casa, siendo el más común: el uso de regadera o cualquier otro asociado al aseo personal y de limpieza.

Su desempeño -siempre de manera conjunta con el equipo de calentamiento convencional existente- deberá proporcionar una temperatura de confort -usualmente mayor a la temperatura media corporal- dentro del rango adecuado para los usos y costumbres del usuario común o de la aplicación particular.

Su funcionamiento -caracterizado principalmente por el movimiento del fluido caliente que genera- puede ser de dos tipos: Termosifónico (circulación natural) y Central (circulación forzada). El primero -y más común- para aplicaciones donde el consumo de agua caliente en servicios se limita básicamente a regaderas y usos generales de aseo personal; el segundo, mediante el movimiento de agua por medio de una bomba de circulación y control diferencial de temperatura, para requerimientos de agua caliente con mayor demanda y simultaneidad.

Para efectos de este análisis nos avocaremos al más común de todos: el calentador solar termosifónico. Existen varias tecnologías de calentadores solares termosifónicos y a continuación describiremos el más común: el que utiliza un colector solar tipo caja plana para calentar el agua contenida en un termo tanque de almacenamiento solar, ambos independientes e interconectados entre sí. (Ver imagen)

CALENTADOR SOLAR TERMOSIFONICO CON COLECTOR TIPO CAJA PLANA Y TERMOTANQUE DE ALMACENAMIENTO
Los componentes básicos de este tipo de calentador solar y que intervienen directamente en su funcionamiento son:

- Un colector solar tipo caja plana cuyas dimensiones y área de captación permiten generar el diferencial y aportación térmica suficiente para la temperatura de caracterización y volumen de agua asociado. Cuenta con un absorbedor fabricado con tubos de cobre y aletas de cobre o aluminio las cuales deberán contar en su superficie expuesta con acabado de pintura tipo selectiva para hacer más eficiente la captación de la radiación solar directa y la transferencia de calor por conducción hacia el agua contenida en el interior de los tubos del absorbedor. En este caso, el absorbedor es el elemento principal del colector solar tipo caja plana y se encuentra dentro de una caja que genera un micro clima interno o “efecto invernadero”, el cual mantiene el calor en su interior y minimiza las pérdidas de calor por convección hacia el exterior. Esta caja esta fabricada de un material metálico ya sea fierro galvanizado, aluminio, etc. y cuenta con un aislante térmico en su interior fabricado en espuma de poliuretano o lana mineral que también limita las pérdidas de calor hacia el exterior; la cubierta es generalmente de vidrio templado cuyas características permiten tener la mayor absorción de la radiación solar con un bajo porcentaje de refracción; también los hay con cubierta de policarbonato.

- Un Termotanque de almacenamiento solar cuyo volumen de almacenamiento es adecuado a las características del colector solar que lo acompaña y con las características y materiales constructivos para garantizar la menor pérdida de temperatura del agua calentada y “guardada” en su interior para disponibilidad de consumo. La temperatura de referencia del almacenamiento solar es relativa a la calidad de los materiales y eficiencia del tipo de colector solar que se está utilizando. El termotanque de almacenamiento cuenta con un tanque interior fabricado en acero al carbón –de preferencia con tapas toriesféricas- cuyo tipo y cedula deberá garantizar la presión de operación necesaria en función de su modo de suministro de agua fría: por gravedad –tinaco común- y por hidroneumático o tanque elevado –en desarrollos habitacionales de tipo interés social-. Deberá contar en su interior con un recubrimiento tipo pintura o enlozado esmaltado especial para manejo de agua potable y un ánodo de sacrificio para protegerlo contra la dureza del agua local. Deberá contar con un aislamiento externo a base de espuma de poliuretano o lana mineral para disminuir las pérdidas de temperatura por convección y un recubrimiento exterior tipo lámina metálica con acabado en pintura electrostática o similar. Por último, deberá contar además con la cantidad de coples de interconexión con el colector, con la alimentación de agua fría y para el suministro de agua caliente desde su interior, en cantidad, dimensión y ubicación que permitan su desempeño óptimo y estratificación interna del agua caliente.

- Kit de interconexión tanque-colector, a base de conexiones, accesorios y tubería de diversos tamaños, cantidades y variedades de tubería: rígida –cobre- o flexible –tipo pex-al-pex-, etc.

Como complemento y dependiendo de la climatología de la localidad donde se instalará deberá contar –si así se requiere- con una válvula anticongelante para protegerlo contra daños ocasionados por eventos y fenómenos climatológicos que favorezcan el congelamiento del agua contenida dentro de los tubos del absorbedor.

Como se mencionó anteriormente, este equipo solar trabaja bajo el principio de calentamiento y circulación pasiva natural denominado efecto termosifónico.

- El termotanque de almacenamiento solar del equipo se llena con agua fría desde un tinaco común o un hidroneumático.

- El agua fría contenida en su estratificación interior con menor temperatura ingresa al colector solar en su parte más baja.

- Cuando existen las condiciones climatológicas favorables y con un buen nivel de radiación solar incidente sobre el colector solar, el absorbedor recibe por conducción el calor absorbido por las aletas y lo transmite hacia el agua en el interior de los tubos.

- El efecto termosifón ocasiona que el agua más caliente –menos densa- se mueva hacia la parte más alta del colector y la más fría –más pesada- se quede en la parte más baja del colector.

- Por consecuencia, el agua caliente sale del colector e ingresa al termotanque solar en su parte media alta.

- El agua del termotanque paulatinamente y de forma gradual será calentada por el colector solar hasta llegar a su temperatura de saturación o aquella relacionada con la eficiencia máxima de aportación por parte del colector solar –generalmente un equipo termosifónico con colector tipo caja plana de cobre debe proporcionar temperaturas del orden de 50°C a 70°C- pero para garantizar lo anterior, el termo tanque deberá contar con un buen aislamiento térmico.

- Conforme se utiliza agua caliente en los servicios de la casa, se extrae del tanque de almacenamiento solar y pasa de forma directa o por el calentador convencional –conexión ideal- para su aprovechamiento y disminución de consumo de combustible asociado. El agua extraída es repuesta de manera instantánea desde el tinaco o hidroneumático generándose en el interior del termotanque de almacenamiento una mezcla. El diferencial de temperatura “perdido” será recuperado por el colector solar si existen condiciones climatológicas favorables para realizarlo.

Hasta aquí la descripción y funcionamiento de este tipo de calentador solar termosifónico para uso residencial… en posteriores columnas se mencionarán más detalles acerca de la integración del calentador solar termosifónico a la instalación existente y los criterios para seleccionar el mejor tipo de calentador solar termosifónico que se ajuste a nuestras necesidades de consumo de agua caliente, así como de la temperatura que requerimos para esta aplicación particular.