La energía solar térmica - Arturo Lara

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3. La energía solar térmica
caso práctico inicial Aquí se explica en qué consiste un sistema de energía solar térmica.
t Figura 6.13. Captación de la energía solar térmica.
T Figura 6.14. Captador solar plano.
Un sistema de energía solar térmica utiliza la radiación del Sol para calentar un fluido como puede ser el agua o el aire. Se basa en que cualquier material experimenta un aumento de temperatura al exponerlo a la radiación solar.
Un material expuesto a la radiación del Sol absorbe una parte de esa radiación y refleja el resto. Los materiales de color oscuro o negro absorben mayor cantidad de radiación solar y se calientan en mayor grado que los materiales de color claro o blanco, que absorben menos radiación solar y se calientan en menor medida. En general, un material de color negro y mate absorbe mucha radiación solar y se calienta mucho y un material de color claro y brillante refleja mucho la radiación solar y se calienta poco. En una instalación de energía solar térmica los captadores solares utilizan superficies de color oscuro para absorber la mayor cantidad posible de energía. Estas superficies reciben el nombre de absorbedor.
Pero captar la energía solar no basta, hay que aprovechar dicha energía. En la unidad 1, vimos que la radiación solar que alcanza la atmósfera terrestre contiene un conjunto de radiaciones con longitudes de onda que van de 0,15 Jim a 4 |Xm aproximadamente. Estas radiaciones atraviesan fácilmente la atmósfera terrestre y calientan la superficie terrestre y el mar que a su vez reflejan una parte en forma de radiaciones de longitud de onda mayor que la original. Este aumento de longitud de onda dificulta la salida de estas radiaciones reflejadas a través de la atmósfera, produciéndose un efecto de acumulación de calor que conocemos con el nombre de «efecto invernadero».
Los efectos descritos se utilizan a pequeña escala en la construcción de captadores solares para las instalaciones de energía solar térmica (figura 6.13). El vidrio se comporta como la atmósfera terrestre, deja pasar las radiaciones de longitud de onda corta, formadas por el espectro visible y el infrarrojo próximo, e impide el paso de las radiaciones de longitud de onda larga como el infrarrojo lejano. Si situamos una superficie que se comporte como lo hace la Tierra o el mar, absorbiendo parte de la energía solar y reflejando el resto, en el interior de un recipiente adecuado y lo cubrimos con una hoja de vidrio, obtendremos un sistema de captación solar que retendrá la energía solar captada produciendo una elevación de la temperatura en su interior. Las radiaciones reflejadas por la superficie absorbe- dora, al tener longitud de onda larga, no atraviesan el vidrio y se reflejan de nuevo hacia el interior.
Para completar el dispositivo de captación de energía solar, se encierra el conjunto formado por la hoja de vidrio y la superficie absorbedora dentro de una envolvente que aísla térmicamente al sistema para evitar que la energía se pierda y al mismo tiempo proporciona consistencia mecánica al conjunto.
El dispositivo descrito es un captador o colector solar básico que, dotado de aberturas de entrada y de salida, permite calentar aire. Aunque este tipo de colector se utiliza para la calefacción en edificios, invernaderos, etc., el colector más utilizado usa como elemento de transporte de la energía térmica un líquido en vez de aire y se denomina captador solar plano (figura 6.14).
Energías renovables
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4. Captadores solares
Hoy en día, los captadores solares más empleados se utilizan para obtener energía térmica de baja temperatura, que tiene un uso doméstico y que trabajan con temperaturas que no sobrepasan los 100 °C.
caso práctico inicial Componente característico de un sistema de energía solar térmica.
Juntas de estanqueidad
Carcasa
Tubos del
circuito
hidráulico
Cubierta transparente
Placa
absorbedora
Aislamiento
T Figura 6.15. Sección de un captador solar plano.
Un captador solar (figura 6.15) está recubierto
de una caja herméticamente cerrada. En la par-
te superior de esta caja se coloca una cubierta
transparente, formada por una o varias capas,
que permite el paso de la radiación solar hacia el
interior pero impide que salga hacia el exterior
la energía térmica acumulada.
En el interior de la caja se sitúa la placa absor-
bedora que se fabrica con materiales que con-
duzcan bien el calor como el aluminio, cobre,
etc. Esta placa es la encargada de captar la ra-
diación solar y está unida al circuito hidráulico
formado por un conjunto de tubos que contienen el fluido que transporta la energía térmica colectada que se denomina líquido caloportador. El circuito hidráulico tiene una toma para la entrada del fluido a calentar y otra toma de salida.
Rodeando el conjunto formado por la placa absorbedora y el circuito hidráulico se dispone un aislante térmico que impide que la energía térmica acumulada se pierda por las paredes de la carcasa. Los aislantes térmicos son materiales que conducen muy mal el calor, como la lana de fibra de vidrio, el poliestireno expandido, etc. Tienen que ser capaces de soportar la temperatura máxima que se pueda alcanzar en el interior del captador sin degradarse.
La carcasa y las juntas de estanqueidad que envuelven al conjunto suelen ser metálicas, aunque también las hay de materiales plásticos.
El circuito hidráulico puede tener diferentes formas pero se identifican dos tipos: serie y paralelo (figura 6.16). Los circuitos en serie están formados por un único tubo que recorre todo el captador de lado a lado en forma de serpentina. Los circuitos en paralelo constan de varios tubos paralelos unidos a dos tubos comunes, formado una escalera.
El líquido caloportador utilizado en el circuito hidráulico puede ser agua o aceite térmico y entra en el colector por la parte inferior y sale por la parte superior. Normalmente, este líquido no es el de consumo, sino que forma un circuito cerrado, que permite añadir anticongelantes y sustancias que reducen la corrosión de los tubos, y posteriormente intercambia la energía térmica acumulada con el agua de consumo.
Las diferencias de construcción de los captadores solares entre distintos fabricantes residen sobre todo en el circuito hidráulico y su unión con la placa absorbedora, dando lugar a una gran variedad de tipos constructivos que pueden ir, desde una simple superficie lisa sobre la que se sueldan los tubos del circuito, hasta el laminado en caliente de dos superficies de aluminio superpuestas en cuyo interior se moldea el circuito hidráulico.
Los captadores pueden tener tamaños muy diversos que pueden ir desde los más pequeños, de 0,5 m2, hasta los más grandes que alcanzan los 8 m2, aunque los más frecuentes suelen tener unos 2...2,5 m\