El Colector Solar

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Documentos del III Congreso Boliviano de Ing. Mecanica Electromecanica, Realizado el 2006 en Santa Cruz-Bolivia

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El Colector Solar

  1. 1. COLECTOR SOLAR DE PLACA PLANA Presentado por: Ing. MSc. Marcelo Torrejón Rocabado UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPTO. DE MECANICA Y ELECTROMECANICA
  2. 2. GENERALIDADES El elemento más característico de una instalación solar térmica, es el colector solar , elemento encargado de captar la radiación solar y convertir su energía en energía calorífica.
  3. 3. <ul><li>Se sabe que un cuerpo expuesto al sol recibe un flujo energético E, bajo el efecto del cual se calienta. </li></ul><ul><li>Simultáneamente se producen pérdidas por: Radiación, Convección y Conducción que crecen con la temperatura de dicho cuerpo. </li></ul><ul><li>E = Ep </li></ul><ul><li>Si Eu es la energía neta extraída del cuerpo, la nueva ecuación de equilibrio será: </li></ul><ul><li>E = Ep + Eu </li></ul><ul><li>Evidentemente, Ep es ahora menor, ya que no toda la energía incidente se pierde, sino que una parte es aprovechada </li></ul>
  4. 4. <ul><li>Como el rendimiento de un colector se define como el cociente entre la energía útil obtenida y la energía solar incidente, entonces este rendimiento disminuye a medida que la temperatura de utilización aumenta. </li></ul><ul><li>Interesa hacer trabajar a los colectores a la temperatura más baja posible, siempre que dicha temperatura sea suficiente para la utilización específica en cada caso. </li></ul>
  5. 5. <ul><li>El modelo más usual es el denominado colector de placa plana ( c.p.p.), por presentar un aspecto de rectángulo plano cuando se observa desde una cierta distancia. </li></ul>
  6. 6. EFECTO INVERNADERO: <ul><li>La radiación electromagnética, al incidir sobre un cuerpo, puede ser total o parcialmente absorbida. Otra parte puede reflejarse y una tercera atravesar el cuerpo en cuestión. </li></ul><ul><li>Aproximadamente la mitad de la radiación se emite hacia el exterior, perdiéndose, pero la otra mitad vuelve hacia el interior y contribuye así a calentar aun mas la superficie del absorbedor. </li></ul>1. Cubierta transparente, 2. Placa absorbedora, 3. Aislamiento, 4. Radiación reflejada en el interior del colector, 5. Radiación emitida por la cubierta al calentarse.
  7. 7. ESTUDIO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN COLECTOR: <ul><li>Consideremos un colector expuesto al sol sin ninguna circulación de fluido en su interior. </li></ul><ul><li>La temperatura del absorbedor se elevará progresivamente y también las pérdidas por conducción, convección y radiación, pues crecen con la temperatura. </li></ul><ul><li>Llega un momento en que dichas pérdidas son iguales a la energía que el absorbedor recibe del sol y su temperatura se estabiliza: se alcanza la temperatura de equilibrio estática. </li></ul>Corte Esquemático de un colector de placa plana sin concentración. 1. Cubierta. 2. Absorbedor. 3. Aislante. 4. Carcasa
  8. 8. CUBIERTAS TRANSPARENTES: <ul><li>Cualidades fundamentales que deben cumplir : </li></ul><ul><ul><li>Provocar el efecto invernadero y reducir al mismo tiempo las pérdidas por convección, mejorando así el rendimiento del colector. </li></ul></ul><ul><ul><li>Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con la carcasa y las juntas. </li></ul></ul><ul><li>Precauciones permanentes </li></ul><ul><li>La mayoría de los defectos y los accidentes relativos a las cubiertas pueden ser evitados con una buena elección de los materiales utilizados y con un correcto montaje. </li></ul><ul><li>Especial atención hay que poner a la resistencia mecánica de la cubierta. La fijación de la cubierta sobre la carcasa debe ser lo suficientemente resistente para que no se despegue por la acción del viento. </li></ul>
  9. 9. <ul><li>Materiales utilizables </li></ul><ul><li>Los principales materiales a utilizar para las cubiertas son el vidrio y el plástico transparente. </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Vidrio </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><li>Existen numerosas calidades de vidrio, que se distinguen por su composición química, sus características mecánicas, sus características ópticas, etc. </li></ul>Propiedades ópticas de los vidrios Se deben elegir los vidrios recocidos o templados, ya que sus propiedades ópticas no se deterioran en dichos procesos y sin embargo, sus propiedades mecánicas mejoran notablemente. Se sabe que el coeficiente de transmisión energética o transmisividad del vidrio es el cociente entre la energía que lo atraviesa y la que incide sobre el
  10. 10. <ul><li>Propiedades mecánicas de los vidrios </li></ul><ul><li>Las cubiertas de los colectores deben resistir la presión del viento, el peso del hielo y la nieve, los choques del granizo, etc. . </li></ul>Para aumentar la resistencia del volumen se somete la placa a un tratamiento de temple, después de confeccionar los bordes. Las ventajas del templado son las siguientes: <ul><li>Mayor resistencia a la rotura. </li></ul><ul><li>2. Mayor resistencia a la flexión. </li></ul><ul><li>Una gran resistencia a las contracciones de origen térmico </li></ul><ul><li>Fragmentación de seguridad . </li></ul>
  11. 11. Materias Plásticas <ul><li>Ciertos materiales plásticos tienen propiedades ópticas análogas a las del vidrio, es decir son transparentes a las radiaciones de onda inferiores a 3 μm aproximadamente y opacos a las radiaciones de onda larga superiores, pudiendo servir para la construcción de cubiertas transparentes de los colectores, a fin de obtener el efecto invernadero. </li></ul><ul><li>El conjunto de plásticos presenta algunas características generales: </li></ul><ul><li>Poca densidad </li></ul><ul><li>Poca fragilidad </li></ul><ul><li>Mala conductividad térmica </li></ul><ul><li>Coeficiente de dilatación importante </li></ul><ul><li>Mala resistencia a temperaturas elevadas </li></ul><ul><li>Dureza poco elevada </li></ul><ul><li>Numerosos plásticos sufren inestabilidad química y deterioros físicos </li></ul>
  12. 12. Cubiertas de doble vidrio: <ul><li>Los dobles vidrios tienen la ventaja de acrecentar el efecto invernadero, reducir las pérdidas por convección y en consecuencia, aumentar la temperatura que puede alcanzar el fluido caloportador en el absorbedor. </li></ul>Pérdidas térmicas comparativas de un colector Con una cubierta simple de vidrio (curva superior) y dos cubiertas
  13. 13. ABSORBEDOR POR FLUIDO CALOPORTADOR LÍQUIDO <ul><li>El absorbedor tiene por misión recibir la radiación solar, transformarla en calor y transmitirla al fluido caloportador. </li></ul><ul><li>Constitución del absorbedor. Forma y materiales </li></ul><ul><li>Existen diferentes modelos de absorbedores. Los más usuales son los siguientes: </li></ul><ul><ul><li>Dos placas metálicas separadas algunos milímetros entre las cuales circula el fluido caloportador. </li></ul></ul><ul><ul><li>Placa metálica, que es el absorbedor propiamente dicho </li></ul></ul><ul><ul><li>En lugar de una placa metálica se puede dotar a los tubos de aletas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Absorbedores en plástico, usados casi exclusivamente en climatización de piscinas. </li></ul></ul>
  14. 14. Revestimiento del absorbedor Es conveniente que la cara del absorbedor expuesta al sol este recubierta de un revestimiento especialmente elegido para absorber bien los rayos solares. Se utilizan dos procedimientos: pinturas y superficies selectivas.
  15. 15. Características que debe cumplir el absorbedor <ul><li>Tratamiento de las superficies </li></ul><ul><li>Pérdida de carga </li></ul><ul><li>Corrosión interna </li></ul><ul><li>Capacidad del absorbedor </li></ul><ul><li>Homogeneidad de la circulación del fluido caloportador en el absorbedor </li></ul><ul><li>Transmisión del calor de la placa absorbente al fluido caloportador </li></ul><ul><li>Entradas y salidas de fluido en el absorbedor </li></ul>
  16. 16. EL AISLAMIENTO POSTERIOR <ul><li>Los aislantes para un colector deben poseer algunas características especiales: </li></ul><ul><li>Comportamiento con la temperatura. </li></ul><ul><li>Desprendimiento de vapores. </li></ul><ul><ul><li>Saber si el aislante al descomponerse por el calor desprende vapores. </li></ul></ul><ul><ul><li>Saber si los vapores desprendidos pueden depositarse sobre la cubierta transparente. </li></ul></ul><ul><li>Envejecimiento. </li></ul><ul><li>Humedad. </li></ul>
  17. 17. CARCASA <ul><li>La misión de la carcasa es doble: proteger y soportar los diversos elementos que constituyen el colector y actuar de enlace con el conjunto del edificio sobre el cual se sitúa el colector, a través de los bastidores y elementos de anclaje necesarios. </li></ul>
  18. 18. Despiece de un tipo colector de placa plana.
  19. 19. GRACIAS POR SU ATENCION <ul><li>FIN </li></ul>

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