COLECTORES SOLARES
UNIVERSIAD TECNOLOGICA DE TULA
TEPEJI
OSVALDO RAFAEL MARTINEZ
5ERG1
@ trojan_osld /rockstar.osld

1 La constante solar.
Composición espectral
• La constante solar, Isc, se define como la cantidad de energía procedente
del sol que llega, por unidad de tiempo y área, a una superficie
perpendicular a los rayos del sol, situada fuera de la atmósfera, para la
distancia media sol-tierra (1 UA). El valor de esta constante varía entre 1338
y 1386 Wm-2. El valor que proponen Fröhlich y col es 1367 W/m2. El error
estimado en este valor es de 1.6 Wm-2. Este valor es el adoptado
• por el World Radiation Center (WRC).

Radiación solar en la superficie
de la tierra: radiación directa,
difusa y reflejada
• La radiación solar que llega a la superficie de la tierra está
condicionada por factores:
• Astronomicos
• Meteorologicos
• y esta radiacion puede ser:

Radiación directa: la que llega a la tierra directamente en línea
con el
disco solar.
• Radiación difusa: originada por los efectos de dispersión de los
componentes de la atmósfera, incluidas las nubes.

• Radiación reflejada: radiación incidente en la superficie que
procede de
la reflejada por el suelo. Al cociente entre la radiación reflejada y
la
incidente en la superficie de la tierra se le llama albedo.

Instrumentos de medición de
radiación solar
Las medidas de la radiación son importantes para:
- Estudiar las transformaciones de la energía en sistema Tierra-Atmósfera.
- Analizar las propiedades y distribución de la atmósfera, los elementos que la
constituyen, tales como los
aerosoles, el vapor de agua, el ozono, etc.
- Estudiar la distribución y variaciones de la radiación incidente, reflejada y
total.
- Satisfacer las necesidades derivadas de las actividades de la biología, de la
medicina, de la agricultura, de la
arquitectura, de la ingeniería y de la industria relacionadas con la radiación.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN
DIRECTA
La radiación solar directa se mide por medio de pirheliómetros.
Merced al empleo de obturadores, solamente se mide la
radiación procedente del sol y de una región anular del cielo muy
próxima al astro. En los instrumentos modernos, esta
última abarca un semiángulo de 2.5º aproximadamente a partir del
centro del Sol.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN
GLOBAL Y DIFUSA
• La radiación global se define como la radiación solar recibida de un ángulo sólido de
2π estereorradianes sobre una
• superficie horizontal. La radiación global incluye la recibida directamente del disco
solar y también la radiación celeste
• difusa dispersada al atravesar la atmósfera.
• El instrumento necesario para medir la radiación global es el piranómetro. Este se
utiliza a veces para medir la radiación
• incidente sobre superficies inclinadas y se dispone en posición invertida para medir la
radiación global reflejada (albedo).
• Para medir solamente la componente difusa de la radiación solar, la componente
directa se cubre por medio de un sistema
• de pantalla o sombreado.

MEDIDA DE LA RADIACIÓN
INFRARROJA
• El instrumento usado para medir radiaciones de onda larga
son los pirgeómetros. La mayoría de éstos eliminan las
• longitudes de onda cortas mediante filtros que presentan una
transparencia constante a longitudes de onda largas mientras
• que son casi opacos a longitudes de onda más cortas (300 a
3000nm).

RADIACIÓN ULTRAVIOLETA:
• La Radiación Ultravioleta cubre el rango espectral desde los
100 a los 400 nm. Se divide en:
• Ultravioleta C de 100 a 280 nm. absorbida totalmente por el
ozono.
• Ultravioleta B de 280 a 320 nm. absorbida parcialmente por el
ozono.
• Ultravioleta A de 320 a 400 nm. apenas absorbida por el
ozono.

Definición:
Sistema solar térmico:
–Sistema que capta la energía solar, tanto directa como
difusa, la almacena y la aplica a usos térmicos,
evitando en un porcentaje, el consumo de energías
convencionales.

Aplicaciones:
Agua caliente sanitaria de consumo.

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.

ESTUDIO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN
COLECTOR:
Consideremos un colector expuesto al sol sin ninguna circulación de
fluido en su interior.
La temperatura del absorbedor se elevará progresivamente y también las
pérdidas por conducción, convección y radiación, pues crecen con la
temperatura.
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.
Corte Esquemático de un colector de placa plana sin concentración. 1. Cubierta.
2. Absorbedor. 3. Aislante. 4. Carcasa

CUBIERTAS TRANSPARENTES:
1. Cualidades fundamentales que deben cumplir:
a. Provocar el efecto invernadero y reducir al mismo tiempo las
pérdidas por convección, mejorando así el rendimiento del colector.
b. Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con
la carcasa y las juntas.
2. Precauciones permanentes
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.
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.

3. Materiales utilizables
Los principales materiales a utilizar para las cubiertas son el vidrio y el
plástico transparente.
a. Vidrio
Existen numerosas calidades de vidrio, que se distinguen por su
composición química, sus características mecánicas, sus características
ópticas, etc.
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
Energia que atraviesa el vidrio

Energia incidente sobre el vidrio

Propiedades mecánicas de los vidrios
Las cubiertas de los colectores deben resistir la presión del viento, el
peso del hielo y la nieve, los choques del granizo, etc..
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:
1. Mayor resistencia a la rotura.
2. Mayor resistencia a la flexión.
3. Una gran resistencia a las contracciones de origen térmico
4. Fragmentación de seguridad.

Materias Plásticas
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.
El conjunto de plásticos presenta algunas características generales:
a. Poca densidad
b. Poca fragilidad
c. Mala conductividad térmica
d. Coeficiente de dilatación importante
e. Mala resistencia a temperaturas elevadas
f. Dureza poco elevada
g. Numerosos plásticos sufren inestabilidad química y deterioros físicos

Cubiertas de doble vidrio:
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.

ABSORBEDOR POR FLUIDO CALOPORTADOR LÍQUIDO
El absorbedor tiene por misión recibir la radiación solar, transformarla en
calor y transmitirla al fluido caloportador.
Constitución del absorbedor. Forma y materiales
Existen diferentes modelos de absorbedores. Los más usuales son los
siguientes:
Dos placas metálicas separadas algunos milímetros entre las cuales
circula el fluido caloportador.
Placa metálica, que es el absorbedor propiamente dicho
En lugar de una placa metálica se puede dotar a los tubos de aletas.
Absorbedores en plástico, usados casi exclusivamente en climatización
de piscinas.

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.

Características que debe cumplir el absorbedor
a. Tratamiento de las superficies
b. Pérdida de carga
c. Corrosión interna
d. Capacidad del absorbedor
e. Homogeneidad de la circulación del fluido caloportador en el
absorbedor
f. Transmisión del calor de la placa absorbente al fluido caloportador
g. Entradas y salidas de fluido en el absorbedor

EL AISLAMIENTO POSTERIOR
Los aislantes para un colector deben poseer algunas características especiales:
a. Comportamiento con la temperatura.
b. Desprendimiento de vapores.
1. Saber si el aislante al descomponerse por el calor desprende vapores.
2. Saber si los vapores desprendidos pueden depositarse sobre la cubierta
transparente.
c. Envejecimiento.
d. Humedad.

CARCASA
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.

Despiece de un tipo colector de placa plana.

Aplicaciones:
Calefacción por radiadores.

Aplicaciones:
Piscinas climatizadas.

Captación:
Elementos capaces de captar la radiación
solar y transferirla a un fluido.

Captación:
Tipos de captadores de baja temperatura.
Colector polipropileno:
–Utilizadoen piscinas.
–Necesita un mayor mantenimiento.
–Es el de menor coste.

Captación:
Tipos de captadores de baja temperatura.
Colector plano:
–Elmas empleado en ACS y calefacción.
–Bajo nivel térmico.
–Bajo coste.

Captación:
Tipos de captadores de baja temperatura.
Colector de tubos de vacío:
–Mayor inversión.
–Ocupa menos espacio.
–Alto nivel térmico.

Acumulación:
Elementos capaces de almacenar energía
térmica con las mínimas pérdidas posibles.

Acumulación:
Acumuladores.
Interacumulador de ACS:
–Interacumulador de serpentín.

Acumulación:
Acumuladores.
Interacumulador de ACS:
–Interacumulador de doble pared.

Acumulación:
Acumuladores.
Acumulador de ACS sin intercambiador:
–En este caso el calentamiento del agua se produce en
el exterior del depósito, mediante un intercambiador de
calor.

Acumulación:
Intercambiador externo o de placas.
Intercambiador de placas:
–Sistema mas eficiente de intercambio de calor, al
tener mas superficie de contacto.