Presentación de Calentadores Solares

CALENTADORES SOLARES DE TUBOS DE VACIO
INFORMACION TECNOLOGICA
La tecnología de calentadores de tubos de vacío ya se ha utilizado durante años en Alemania,
Inglaterra, Canadá, China, y recientemente se ha vuelto popular en muchas otras partes del
mundo. Es el sistema tecnológicamente más avanzado que permite obtener las temperaturas más
elevadas (95º) y la mejor eficiencia a temperaturas arriba de 45º, lo que lo posiciona como solución
ideal para uso domestico donde queremos calentar agua a temperaturas de 45 a 70º. A corto
plazo, es también la técnica más económica para calentar el agua caliente sanitaria (ACS), o
inclusive otros líquidos de uso industrial.
Estos calentadores solares pueden reducir o hasta eliminar los costos de calefacción de agua con
energías tradicionales. Su costo de adquisición es competitivo con los mejores calentadores de
gas, pero tienen costos de operación muy bajos, ya que utiliza la energía del sol que nos llega
gratis. En tiempos muy nublados prolongados (varios días), se tendrá que contar con un sistema
de calentamiento auxiliar, que puede ser gas, o inclusive una resistencia eléctrica en el mismo
tanque del calentador solar, alimentada indirectamente con un sistema solar fotovoltaico conectado
a la red de la CFE (ver nuestra sección de energía solar fotovoltaica).
De esta forma, se elimina al 100% las necesidades de calentamiento con gas (calentador de gas,
tanque estacionario, tuberías de alimentación de gas de cobre, costo del gas,3), y lograra el mejor
confort de utilización, librándose al mismo tiempo de los riesgos inherentes de la utilización del gas.
En realidad, la calefacción de agua con sistema solar es la menos costosa en regiones tropicales o
climas cálidos, como es el caso en casi todo el territorio de México. Y no contamina...
¿Cómo funciona?
El funcionamiento de un calentador de agua es muy sencillo: El colector solar se instala en un
lugar expuesto a la radiación solar (en el techo de la casa por ejemplo) y ésta radiación solar (calor
solar) se absorbe en los tubos por donde circula el agua. Lo cual permite calentar el agua por
ciclos sucesivos. A lo largo del día, el agua se vuelve
de fría a tibia a más caliente, etc3
Sistemas de Energías Renovables, S.A. de C.V.
Acceso III no. 14 Bodega 4 Parque Industrial Benito Juárez Querétaro, Qro. C.P. 76120
Tel (442) 1667207 ext. 114
info@ecosistemas.com.mx
www.ecosistemas.com.mx
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¿Cómo circula el agua en los tubos?
Esto se logra mediante el efecto denominado “termosifónico”. El agua caliente es más ligera que el
agua fría, y por lo tanto, tiende a subir. Cuando el agua toca la cara superior del tubo expuesta al
sol, se calienta y por lo tanto sube en el termo tanque. Al subir en el termo tanque, deja lugar a
agua más fría que viene de la parte inferior del mismo, y que circula hasta la parte baja del tubo.
De esta forma, se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.
Por ciclos sucesivos, el agua del termo tanque se va calentando a lo largo del día.
¿Cómo se mantiene el agua caliente?
El termo tanque está forrado con 50mm de aislante térmico de poliuretano para evitar que se
pierda el calor ganado. Este aislamiento es tremendamente más eficaz que un calentador de gas
tradicional, y eso por dos razones principales:
1- Se utiliza 5 cm de poliuretano, que es uno de los mejores aislamientos, a diferencia del
calentador de gas que utiliza 2 o 3 cm de fibra de vidrio únicamente.
2- El termo tanque es 100% cerrado y aislado, cuando un calentador de gas tiene una
chimenea en su centro donde el aire frio circula, quitando rápidamente el calor al agua. El
agua de su calentador de gas no se mantendrá caliente más de 2 o 3 horas, en cambio el
termo tanque de un calentador solar conservara el agua caliente de 2 a 3 días.
¿Cómo son fabricados los tubos?
¿Qué tipo de vidrio?
Cada tubo de vacío se compone de dos tubos de cristal de vidrio borosilicato concéntricos de alta
transmisividad. Los tubos al vacio de buena calidad utilizan un espesor de vidrio de 1.6mm, que
permite resistir a granizos de hasta 25mm. Su forma circular permite tener una mejor resistencia
que una cubierta de vidrio plana, más expuesta.
El tubo exterior es transparente, con un índice de transmisividad extremadamente alto permitiendo
que los rayos de luz casi no se reflejen en su superficie (no tienen el efecto espejo de un vidrio
común).
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¿Qué tipo de recubrimiento?
El exterior del tubo interior está recubierto con una capa solar selectiva especial aplicada por
pulverización catódica. La pulverización catódica (Sputtering en ingles) es un proceso físico en el
que se produce la vaporización de los átomos de un material mediante el bombardeo de éste por
iones energéticos, y estos átomos se condensan y se fijan a la superficie del material en el cual se
requiere la aplicación del recubrimiento (en este caso, sobre el tubo de vidrio).
Los tubos al vacio comercializados comúnmente pueden ser de 2 tipos
- Recubrimiento con pulverización catódica 1 capa o “1 target” (Al-N/Al) donde el material
“pulverizado” es el Aluminio exclusivamente. Estos tubos se pueden reconocer por el color azul en
el interior del tubo al vacio. Este tipo es el más económico y da una eficiencia buena pero inferior al
segundo tipo.
- Recubrimiento con pulverización catódica 3 capas o “3 targets” (Cu-SS/AL) donde se pulverizan
sucesivamente Cobre (Cu), acero inoxidable (SS) y Aluminio (Al). Estos tubos se pueden reconocer
por el color rojizo al interior del tubo al vacio. Este segundo tipo es ligeramente más caro, pero
permite reducir la ineficiencia (la energía solar que no se aprovecha) en un 10%. Tienen el mejor
costo/beneficio, por lo que es el tipo que se recomienda. Con este recubrimiento, se puede
absorber hasta un 95% de la energía solar recibida en la superficie del recubrimiento, y se limita la
emisividad (la energía que se pierde por radiación) a un 5%.
¿Por qué se llaman “tubos de vacío”?
La parte superior de los dos tubos se fusiona (se sueldan los dos tubos con aporte de vidrio) y
luego el aire contenido en el espacio entre las dos capas de vidrio se extrae con bombas de vacío.
Esta "evacuación" de los gases forma un vacío muy profundo, que es el mejor aislamiento que se
encuentra en nuestro mundo.
Como referencia, esta tecnología también se utiliza en la fabricación de las botellas termo para su
café, y permite reducir las pérdidas de calor por convección y por conducción. Con agua al interior
del tubo a 95 ºC, ¡el exterior del tubo esta frio al tacto!!!
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A fin de mantener el vacío entre las dos capas de vidrio, una capa pura de bario se aplica en la
base inferior del tubo. Esta capa de bario activo absorbe todas las moléculas de aire (CO, CO2,
N2, O2, H2O y H2) que se hubieran podido quedar entre los tubos, contribuyendo así a mejorar y
mantener el vacío. Además proporciona un indicador visual del vacío, ya que el color plata espejo
en la capa de bario se volverá blanco si el vacío se pierde. Esto hace que sea fácil de determinar si
un tubo está en buenas condiciones.
Izquierda: Tubo en buenas condiciones
Derecha: El vacio se perdió
Con la ayuda del vidrio borosilicato de alta transmisividad, con el recubrimiento selectivo de
alta absorbencia y baja emisividad, y con el alto vacio, se logran eficiencias que los otros sistemas
de calentadores de alberca o calentadores planos no pueden lograr, en particular en temporadas
frías. Se absorbe más energía solar, y se pierde menos energía por radiación, convección o
conducción. Al final, el agua es más caliente.
¿Cómo se instala un calentador solar?
Orientación cardinal:
De forma común, en todo el hemisferio norte, se recomienda orientar un calentador solar hacia el
sur verdadero. Eso es lo que escucharan en general, pero eso es cierto únicamente los días 100%
despejados.
Sin embargo, en muchas zonas de México, el cielo suele ser despejado en la mañana, y más
nublado en la tarde. Por lo tanto, se puede aprovechar aun un poco mas de energía solar
orientando el calentador ligeramente hacia el este, donde está el sol en la mañana. Si usted vive
en una zona así, recomendamos orientar el calentador de unos 5º a 10º hacia el este. Esta será la
orientación optimizada.
En caso de tener un techo plano, esta orientación se podrá respetar fácilmente. Pero en el caso de
querer instalar el calentador en un techo inclinado, tendrá que seguir la orientación de su casa, y
utilizar de preferencia el techo orientado lo más cerca posible a esta posición óptima. Cuando se
aleja de esta orientación, la eficiencia del calentador ira bajando ligeramente. Esta eficiencia más
baja se puede compensar utilizando un calentador más grande, contando una persona más por
ejemplo por una orientación hacia el este u oeste, en comparación con una orientación al sur.
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Inclinación:
De forma común, se recomienda orientar un calentador solar con un ángulo igual a la latitud del
punto donde se instala en relación a la horizontal (aproximadamente 15º en Oaxaca, Acapulco, o
Chiapas, 20º en Puerto Vallarta, Guadalajara, Guanajuato, Morelia, Querétaro, DF, Tuxpan,
Cancún, 25º en Durango, Monterrey, 30º en Tijuana o Chihuahua). Muchos calentadores que les
podrán ofrecer en México han sido diseñados para ser instalados en Estados Unidos o Europa, con
ángulos de 40º o hasta 50º. Estos calentadores pueden funcionar pero NO SON OPTIMIZADOS
para México. Tiene que cuidar este elemento al momento de seleccionar su proveedor de
calentador. En ECOsistemas , ofrecemos sistemas especialmente diseñados para México.
Tenemos la suerte en México que la inclinación más usual de un techo inclinado es de
aproximadamente el valor de la latitud aquí (orientación común de 30%, o sea aproximadamente
20º), lo que permite integrar los calentadores a la construcción, sin necesidad de soportes, y
mejorando la vista del conjunto.
Ubicación:
Se tiene que seleccionar la ubicación del calentador de forma que no esté en la sombra durante
todo el día, y durante todo el año. El entorno de su casa se estudia para ver qué elementos
(arboles, otros edificios, montañas, etc) podrían tapar el sol a varias temporadas del año. Se puede
aceptar un poco de sombra en los colectores, en particular si ésta se limita a pocas horas al inicio
de la mañana o al final de la tarde.
Si el entorno de su casa tiene muchos árboles, edificios, etc, se recomienda realizar un estudio
preciso de su “mascara solar” con una empresa especializada antes de determinar la mejor
ubicación para los equipos solares. En ECOsistemas realizamos estos estudios.
Influencia de la orientación en la eficiencia de su calentador.
Si no puede orientar su calentador en la dirección optima, no debe preocuparse. Aun puede
instalar un calentador que le funcionará perfectamente bien. La influencia de la orientación es
proporcional al coseno del ángulo de incidencia de los rayos solares sobre su calentador, y este
coseno varia muy poco por ángulos pequeños. Es posible que se necesite hacer un
dimensionamiento de su calentador con una persona más que los que viven en su hogar, y eso
será suficiente en la mayoría de los casos
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Conexión a su red de agua caliente
La instalación de un calentador solar es relativamente sencilla, y se puede realizar por cualquier
plomero, si éste sigue las instrucciones de instalación.
La instalación tiene que contar con:
- Una alimentación de agua fría
- Una salida de agua caliente conectada a la red de agua caliente sanitaria (ACS) de su casa.
Si decide utilizar un sistema de calentamiento auxiliar con resistencia eléctrica (de preferencia con
paneles fotovoltaicos conectados a la red CFE), no necesitara nada más.
Si decide utilizar un sistema auxiliar de calentador de gas, la salida de agua caliente del termo
tanque se tendrá que conectar a la entrada y salida del calentador de gas, con un juego de
válvulas. En tiempo normal, su calentador solar funcionara solo, y el calentador de gas quedara
aislado. Si no tiene suficiente agua caliente con el calentador solar (en caso de días muy nublados
o si tiene visitas), el agua tibia del calentador solar entrara en el calentador de gas para lograr la
temperatura deseada.
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¿Qué mantenimiento requiere mi calentador solar de tubos de vacío?
Básicamente, un calentador solar de tubos de vacio no requiere de mucho mantenimiento.
Recomendamos las siguientes acciones:
-Control visual de fugas de agua: Controle cada seis meses que las uniones entre tubos de vacío y
termo tanque no tengan fugas. En caso necesario, los empaques de silicón ubicados en la unión
del tanque interno con los tubos se pueden cambiar relativamente fácilmente. Se recomienda
cambiarlos cada 3 años. Puede solicitar los empaques de reposición en info@ecosistemas.com.mx
-Control visual de los tubos: Los tubos tienen una garantía limitada de 5 años y un tiempo de vida
que puede llegar a más de 25 años. Sin embargo, controle cada año que los tubos se encuentren
en buenas condiciones y que no hayan perdido su vacio. Si un tubo ha perdido su vacio, no impide
al sistema funcionar, pero se pierde eficiencia. Solicita un tubo de reposición en:
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Izquierda: Tubo en buenas condiciones
Derecha: El vacio se perdió
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-Limpieza de la superficie colectora. Por la forma circular de los tubos, una limpieza cada seis
meses suele ser suficiente. Los calentadores planos necesitan más operaciones de limpieza,
sobretodo en la estación seca, para evitar que el polvo se acumule e impida a los rayos solares
llegar al absorbedor, pero 6 meses son suficientes para calentadores de tubos de vacío. En caso
de no hacerse esta limpieza se restará algo de eficiencia al colector, pero seguirá funcionando.
Puede ser necesario, cada cierto número de años, realizar una limpieza a fondo dependiendo de la
dureza del agua del lugar, para quitar las incrustaciones de cal en los conductos. En caso de no
hacerse y si el agua de la zona es muy dura, la instalación perderá eficiencia progresivamente.
Estas limpiezas las realizará de preferencia la empresa instaladora.
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