Colector o captador solar térmico Qué es, cómo funciona y cómo está construido un colector o captador solar térmico Forma parte del Contenido de aula solar térmica
Definición de colector solar térmico
-Muy básicamente podemos decir que un colector solar térmico, o captador, o calentador (como dicen en en algunos países latinoamericanos ) es un dispositivo pensado para ser calentado por el sol y no dejar escapar ese calor para entregarlo a la instalación de consumo. Es simplemente eso; atrapar el calor del sol. Con independencia de las teorías de efecto invernadero que se produce en su interior, su trabajo consiste en capturar la energía térmica de cada fotón que colisiona contra él.
Debido a que todos los cuerpos tienden a equilibrar su temperatura con otros cercanos o en contacto (por ejemplo con el aire), este dispositivo tiende a evacuar el calor en el momento de captarlo, es decir, capta y disipa simultáneamente. Estos dos fenómenos físicos están determinados por las características propias de cada modelo y por las condiciones en las que desarrolle su trabajo. De todo esto hablamos a continuación.
- Partes fundamentales de un colector
- Placa de absorción
- Cristal, aislamiento y carcasa
- Cómo trabaja el colector solar
- Resumen
Breve inciso para decir que consideramos que las denominaciones utilizadas en el título de esta página, son a nuestro juicio las más acertadas, ya que existen otras más genéricas como panel o placa solar admitidas y usadas coloquialmente pero que pueden dar lugar a confusión.
Componentes de un colector solar térmico CPP
Hemos elegido el captador plano o CPP por ser el más elemental en cuanto a su forma constructiva y de los más comunmente utilizados, aunque más adelante hablamos de otros tipos de colctores solares.
-Sus componentes básicos son:
Una placa metálica expuesta al sol y recorrida por un fluido que evacúa el calor generado.
Un aislamiento térmico que trata de impedir que el calor atrapado sea devuelto al exterior.
Un alojamiento robusto para los dos anteriores y que permita el paso de la luz solar.
-El dibujo mostrado corresponde a un clásico captador plano CPP muy utilizado; pero existen muchos otros tipos cuyas características, como ya hemos dicho, explicaremos más adelante, bajo la premisa absolutamente necesaria de entender, de que todos funcionan bajo el mismo principio: El sol deposita su calor en la superficie absorbedora y nosotros lo “robamos” antes de que lo haga la temperatura ambiente a la que está expuesto, es decir, la intemperie.
Placa de absorción
La placa de absorción es el elemento que debe tener la habilidad de permitir que el sol eleve su temperatura y por tanto debe estar construida con materiales que faciliten este efecto. Normalmente se emplea alguna aleación de cobre o latón cuya conductividad térmica es muy elevada; además su masa ( en este caso su grosor ) es la mínima posible para que su inercia térmica también lo sea y, de esta forma aumentar su temperatura con rapidez y cederla también agilmente al fluido que circula por los conductos en contacto con ella, que pueden verse en el dibujo.
Estos también suelen ser de cobre por lo que cualquier variación en el calor de la placa es inmediatamente transferida al caudal que los atraviesa. Algunos modelos incorporan este elemento fabricado en acero inoxidable. Dos láminas unidas y soldadas en algunos puntos entre las que circula el fluido de caloportador canalizado por unos surcos previamente estampados a golpe de prensa.
Este formato aporta eficacia en la transferencia de calor y se utiliza en aquellas aplicaciones en las que el líquido puede contener algún elemento corrosivo, sin embargo, hay que prestar mucha atención a la resistencia hidráulica que en algunos casos es superior a la del sistema de conductos unidos a la placa, elevando la pérdida de carga total del circuito.
Su superficie expuesta al sol está recubierta con una pintura especialmente pensada para absorber la luz; esto significa que cualquier rayo de sol que incida sobre ella no rebotará desperdiciando calor hacia el exterior, sino que será engullido por el color negro de las partículas de esa pintura selectiva que en la mayoría de los casos absorbe por encima del 90% de la luz solar, haciendo que ésta deposite su calor en el cuerpo de la placa. La función de este recubrimiento es tratar de imitar el negro absoluto; cosa totalmente imposible, aunque lo consigue en gran medida. Esta característica se conoce como absortancia y por si alguien tiene alguna duda en identificarla, sugerimos la lectura rendimiento del colector solar térmico.
Esquema de sección de un captador CPP
Cristal, aislante térmico y carcasa
Si la placa es el elemento que confiere al captador solar la capacidad de absorber calor, el resto de sus componentes realizan un trabajo no menos importante: evitar que lo pierda. Del cristal que permite el paso de la luz cumpliendo a la vez su papel de protección, podemos decir poco; este debe ser a la vez, lo más delgado y fuerte posible. Existen cristales verdaderamente eficaces para las prestaciones que necesitamos en el colector solar térmico ( borosilicato de algún otro mineral ) capaces de soportar cambios bruscos de temperatura o fuertes impactos de granizo y también de permitir el paso de los rayos del sol reflejando tan solo una mínima parte.
El aislante térmico en los captadores planos suele ser de los muy conocidos como la lana de roca o manta de fibra de vidrio. Este, envuelve la placa de absorción por los lados y la parte trasera como puede verse en la imagen, para mantenerla protegida del frío ambiente excepto por la superficie donde debe recibir los rayos solares. Esta forma de aislamiento es así solo en los CPP, pero no en otros tipos de captadores de los que hablamos más adelante y cuya lectura recomendamos.
La carcasa en la que van alojados todos los elementos descritos suele ser de chapa metálica. Este elemento incorpora las conexiones hidráulicas entre los conductos unidos a la placa y el circuito exterior y debe estar diseñada para evitar excesivas dilataciones y contracciones a causa de las variaciones de temperatura propias de la intemperie que puedan causar grietas en sus uniones y permitir que el frío penetre en el interior del colector solar.
Por otro lado su recubrimiento debe ser también de gran calidad por el mismo motivo; la intemperie y los ambientes cercanos a emisiones corrosivas o la influencia del mar pueden acortar la vida de los captadores.
Cómo trabaja un colector térmico
Los captadores térmicos trabajan permanentemente con un aliado (el sol) y contra varios enemigos que favorecen la pérdida del calor aportado por el sol.
-La temperatura del fluido que circula por su interior y que proviene del intercambiador o del acumulador, o de otro colector, es uno de esos enemigos. Si ésta es muy elevada la placa de absorción tenderá a convertirse en un disipador de calor; si es baja, ésta se volverá receptiva al calor solar.
-La temperatura del ambiente en el que se encuentra instalado es otro factor decisivo. El frío en el exterior atraerá en mayor o menor medida el calor de la placa de absorción que está siendo calentada por el sol y/o por el fluido que la recorre. Si la temperatura exterior es muy baja, el captador puede llegar a quedar completamente inoperativo debido a que la eficacia en la transmisión de calor entre dos cuerpos, es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos, y el calor atrapado encontrará la forma de desaparecer.
-El viento es otro factor importante al favorecer la renovación de aire frío en el entorno más próximo al panel.
-De los párrafos anteriores podemos extraer la conclusión de que una elevada temperatura del fluido que recorre el interior de la placa absorvedora unida a una baja temperatura exterior, son unas malas condiciones de trabajo para cualquier colector.
-Cualquier diseño que pretenda ser comercializado es sometido a pruebas realizadas por entidades capacitadas para su homologación. Estas pruebas consisten en observar su comportamiento bajo unas condiciones de trabajo determinadas ( para todos iguales) en las que, tanto la aportación solar, como los factores adversos que hemos citado definen las capacidades de todos los modelos a homologar: factor de ganancia y factor de pérdidas.
La influencia negativa del viento queda incluida en el factor de pérdidas al ser un condicionante estandarizado más.
Sabiendo algo sobre las condiciones de trabajo podemos leer en la siguiente página una amplia explicación sobre el concepto de rendimiento y ver qué influencia tienen sobre éste.
Resumiendo
Un captador solar térmico es un dispositivo pensado para ser calentado por el sol y no dejar escapar el calor captado para transferirlo a un fluido. Su habilidad para NO PERDER CALOR es tan importante como la capacidad de ganarlo. Como hemos visto, esta característica es bastante más difícil de conseguir que la de ganar calor, para cualquier modelo o diseño de colectores térmicos. Para complementar este contenido puedes leer la página dedicada al rendimiento y la página en la que hablamos del tubo de vacío.
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