Agua Caliente Sanitaria (A.C.S) Solar

Cómo funciona:

Se usa la energía solar térmica (se usa el sol para calentar un fluido y transportar esta energía calórica hacia donde se desee) para esto se usan unos dispositivos llamados paneles que pueden ser construidos de diversas maneras y su estructura constructiva es lo que hace variar su eficiencia, durabilidad y nivel de avería entre otros aspectos.

(Cabe aclarar que la información suministrada aquí tiene como referencia que los colectores serán usados por debajo del trópico de capricornio, en otras latitudes estos valores varían drásticamente.)

 Beneficios:

  • Cubre hasta un 80% de las necesidades de agua caliente sanitaria de forma gratuita.
  • Instalación fácil y rápida. 
  • Mínimo mantenimiento.

 Tipos de equipos en el mercado.

 De Flujo Directo: Son los más usados para calentar agua en los hogares y algunos procesos industriales, debido a su bajo costo, Cabe resaltar que su vida útil es escasa y que solo se usan en sistemas atmosféricos (donde el agua nunca alcanza su punto de ebullición) Estos consisten en un grupo de tubos de vidrio dentro de cada uno de los cuales hay una aleta de aluminio absorbedor, conectada a un tubo de metal (normalmente cobre) o tubo de vidrio. El fluido de transferencia de calor es el agua y se distribuye a través de las tuberías, una para la entrada del líquido y el otro para la salida de fluidos. El diseño de vidrio y metal es eficiente, pero pueden tener problemas, las diferentes tasas de expansión térmica del vidrio y los tubos de metal pueden hacer que la unión entre ellos se debilite y provocar una pérdida de vacío. Sin el vacío, la eficiencia de estos colectores no es mejor, y puede ser peor que la de un colector de placa plana. Otro tipo son los que tienen este diseño.  Dos tubos de vidrio fundido juntos en un extremo (vidrio-vidrio). El tubo interior está revestido con un absorbedor integrado cilíndrico de metal. En general no son tan eficientes como los tubos de vidrio-metal, pero son más baratos y tienden a ser más confiables. Para aplicaciones de muy alta temperatura, los tubos de vidrio-vidrio pueden ser más eficientes que sus homólogos de vidrio y el metal.

 Ventajas: bajo costos, fácil instalación.

Contras: ya que el agua de uso circula por los tubos, en lugares con “aguas duras” son minerales precipitan en los tubos y hace caer su eficiencia hasta en un 80% en muy poco tiempo. Si se rompe un tubo, el sistema completo entra fuera de servicio hasta que se reponga el tubo.

Colectores de placa plana con cubierta: (Glazed flat-plate collectors) Un colector de placa plana se compone básicamente de una caja metálica con aislamiento con una cubierta de vidrio o de plástico (la ventana) y de una placa absorbedora de color oscuro. Este tipo de colectores, calientan el fluido que circula a una temperatura considerablemente inferior a la del punto de ebullición del agua y son los más adecuados para aplicaciones donde la demanda de temperatura es de 30-70 °C. Son los más utilizados para calentar agua en sistemas domésticos y comerciales y en piscinas cubiertas.

Ventajas: la mayoría de estos paneles son traídos de Europa y cumplen con las normas de la comunidad, en cuanto a las especificaciones técnicas.

 

Contras: las calidades y niveles de eficiencia varían drásticamente dependiendo de dónde y quien los fabrique. Se pueden encontrar desde paneles artesanales hasta normalizados por la comunidad europea, estos últimos suelen ser muy costosos.

Colectores Concentradores Parabólicos Compuestos (CPC) Estacionarios: Su funcionamiento e instalación es exactamente la misma que los colectores de placa plana convencionales. Estos colectores poseen un sistema de concentración de radiación solar tipo Concentradores Parabólicos Compuestos, para obtener temperaturas más elevadas y un mayor rendimiento. Estas características se deben a que el área de pérdidas es menor al área de colección logrando una minimización de las pérdidas y alcanzando un rendimiento cercano al 50% Ideales para procesos industriales.

Ventajas: Pueden incluso generar vapor de agua..

Contras: sus pecios así como la instalación tienen un valor que no se puede amortizar en sistemas residenciales.

Colectores de tubos de vacío (Evacuated-tube collectors): Se componen de un conjunto de tubos de vacío (o evacuados) cada uno de los cuales contienen un absorbedor (generalmente una plancha de metal con tratamiento selectivo o de color negro), el cual recoge la energía solar y la transfiere a un fluido portador (calo-portador). Gracias a las propiedades aislantes del vacío, las pérdidas de calor son reducidas y pueden alcanzarse temperaturas en el rango de 77 °C a 177 °C. De esta manera, este tipo de colectores resultan particularmente apropiados para aplicaciones de alta temperatura. Por su forma cilíndrica, aprovechan la radiación de manera más efectiva que los colectores planos, al permitir que los rayos de sol incidan de forma perpendicular sobre los tubos durante la mayor parte del día. Se adaptan muy bien en aplicaciones industriales de calefacción y también puede ser una alternativa eficaz a los colectores de placa plana para la calefacción doméstica, especialmente en regiones donde hay poca radiación o escasa heliofanía. El aprovechamiento de la luz difusa permite lograr temperaturas por encima de 40 °C en días totalmente nublados. Existen dos tipos de colectores tubulares de vacío, según sea el método empleado para el intercambio de calor entre la placa y el fluido calo-portador:

Ventajas: Son más eficientes que los de flujo directo.

Contras: debido a que el agua de uso circula por los tubos, en lugares con “aguas duras” son minerales precipitan en los tubos y hace caer su eficiencia hasta en un 80% en muy poco tiempo. Si se rompe un tubo, el sistema completo entra fuera de servicio hasta que se reponga el tubo.

Tubo de Calor (Heat Pipe): En este sistema los tubos de vacío llevan un fluido vaporizante que no puede salir del interior del tubo y que funciona como calo portador. Este fluido se evapora por efecto de la radiación solar, asciende hasta el extremo superior del tubo que se encuentra a temperatura inferior, esto hace que el vapor se condense, ceda su energía y retorne a su estado líquido cayendo por acción de la gravedad a la parte inferior del tubo, donde al recibir más radiación, vuelve a evaporarse y comienza un nuevo ciclo. Los tubos de calor son considerados como los “superconductores” del calor, debido a su muy baja capacidad calorífica y a su excepcional conductividad (miles de veces superior a la del mejor conductor sólido del mismo tamaño). El uso del tubo de calor está muy extendido en la industria y, basándose en este principio de funcionamiento se fabrican los actuales colectores de vacío con tubo de calor. Una ventaja del sistema de tubos de calor sobre el de flujo directo es la conexión "seca" entre el absorbedor y la cabecera, lo que hace más fácil la instalación y también significa que los tubos se pueden cambiar sin vaciar el fluido de todo el sistema. Estos colectores con tubos de calor es que deben ser montados con un ángulo mínimo de inclinación de alrededor de 35 ° con el fin de permitir que el fluido interno de la tubería de calor retorne a la zona de absorción de calor.

Ventajas: Tienen una excelente relación costo beneficio cuando están bien dimensionados, tienen una alta eficiencia y en caso de ruptura el equipo puedes seguir funcionando ya que el calentamiento del fluido es indirecto.

Contras: Su instalación requiere mano de obra capacitada si no se instala correctamente las perdidas térmicas pueden hacer que los rendimientos sean muy bajos.


También es importante ver las aislaciones de los tanques y sus capacidades. Se suele ofrecer equipos “económicos” de 100 lts, para una casa de familia tipo, una ducha promedio dura 10 min. Y se emplean 8 lts/min. Lo que da 80 lts, por ducha, si se tiene en cuenta que el agua se mezcla con fría a una relación 50-50 tenemos que se usan 40 litros de agua caliente por ducha, si la familia tipo es de 4 personas, evidentemente un tanque de 100 o 150 lts, es insuficiente.


Otro tema no menor es la diferencia entre sistemas Atmosféricos (circulación natural) y Presurizados que se valen de una bomba circuladora para hacer el intercambio calórico: La circulación en este tipo de instalación se debe a la diferencia de densidad entre el agua caliente y fría (el agua caliente es más ligero que el agua fría). Se produce una recirculación natural entre el colector y termo tanque solar, aumentando la temperatura de éste último hasta alcanzar los valores deseados en un breve período de tiempo. Para un correcto funcionamiento del termosifón, el depósito debe estar siempre instalado sobre el colector solar y no es posible alcanzar valores mayores a 80 °C ya que a esta temperatura el agua comienza a salir por las válvulas de venteo; así se permite el ingreso de agua fría por la alimentación. Otro de los sistemas es por Circulación Forzada o conocido como Sistema Split. Este tipo de instalación, la circulación del agua entre los colectores y el termo tanque solar, se produce con el uso de una bomba. Lo que permite tener un tanque de capacidad X diseñado para la aplicación y necesidad que se quiera suplir, además se puede instalar este tanque en un lugar adecuado, como ser una sala de máquinas o de calderas, sin necesidad de tenerlo en el techo, con lo cual se baja drásticamente el peso que debe soportar el techo, al tener el tanque con agua arriba del colector en estas aplicaciones. La transmisión de calor desde el Heat Pipe hacia el agua de consumo es indirecto, de tal forma que no existe contacto entre el bulbo del tubo Heat Pipe con el agua de consumo. Es ideal para zonas con bajas temperaturas: como no hay agua en el tubo de vacío, no hay riesgo de congelamiento y es adecuada para el uso en áreas muy frías. Ante una rotura de un tubo sigue en funcionamiento sin pérdidas de agua. Muy alta trasferencia y mínimas fugas de calor. Casas con más de 2 baños. Ideal para instalaciones Presurizadas.