El Calefactor Solar.

El uso de agua caliente en las viviendas es una necesidad que representa un gasto

importante para las familias. Para calentar el agua se utilizan diferentes combustibles de

uso doméstico: gas LP, gas natural en red de distribución, leña o electricidad. Los precios

del gas LP (en tanques) o en entrega a domicilio, y del gas natural están en escalada

ascendente, lo que representa una carga importante para la economía familiar. En las

regiones de clima templado es posible aprovechar la energía térmica solar para calentar

agua. Actualmente, existen muchos modelos de calentadores de agua con energía solar,

inclusive comerciales, cuyo precio puede ser superior a $ 5000.00 pesos.

Sin embargo, es posible construir un calefactor solar de agua de bajo costo si se utiliza

un diseño que elimine uno de los componentes tradicionales del sistema de calefacción

solar: el termotanque de almacenamiento. Al eliminarlo se reduce la cantidad de agua

caliente disponible al momento, pero se disminuye notablemente el costo.

Principio de funcionamiento.

El aprovechamiento de la energía que proporciona el sol para calentar el agua se logra utilizando

dos fenómenos físicos:

a) Circulación del agua por efecto del calentamiento. Cuando el agua se calienta su densidad

disminuye, por lo que ésta fluye hacia la parte superior de donde se encuentre almacenada, por

ejemplo, si dejamos una cubeta llena de agua expuesta al sol, la temperatura del agua superficial

será mayor que la temperatura del agua que está al fondo de la cubeta. Si aplicamos este principio

correctamente podemos lograr una circulación de agua, o sea, crear un termosifón. Esto se explica

por el fenómeno de convección.

b) Efecto Invernadero. Se incrementa el aprovechamiento de la energía solar si “atrapamos” esta

energía en una caja cerrada cubierta con un vidrio transparente, creando el denominado efecto

invernadero. Esto es debido a las características del vidrio, el cual es transparente a la radiación

solar, pero opaca al de las emitidas por un cuerpo caliente.

Marco Teórico

Calentador Solar

Un calentador solar es un aparato que utiliza el calor del sol para calentar alguna

sustancia, como puede ser agua, aceite, salmuera, glicol o incluso aire. Su uso más

común es para calentar agua para uso en albercas o servicios sanitarios (duchas, lavado

de ropa o trastes etc.) tanto en ambientes domésticos como hoteles. Son sencillos y

resistentes, pueden tener una vida útil de hasta 20 años sin mayor mantenimiento.

En muchos climas un calentador solar puede disminuir el consumo energético utilizado

para calentar agua. Tal disminución puede llegar a ser de hasta 50%-75% o inclusive

100% si se sustituye completamente, eliminando el consumo de gas o electricidad.

Aunque en muchos países, por lo general en vías de desarrollo con climas muy propicios

para el uso de estos sistemas, no los utilizan debido al costo inicial que se debe de cubrir

para calentar la primera gota de agua.

Se recomienda limpiar el colector cada 4 o 6 meses para aumentar su eficiencia y vida

útil. La eficiencia para captar la energía solar es muy elevada en los calentadores solares.

Dependiendo de la tecnología y materiales implementados, puede llegar a tener

eficiencias de 70% u 80%. No debemos confundirnos con el panel fotovoltaico, el cual no

se utiliza para calentar substancias, sino para generar electricidad a partir de la luz.

Un calentador solar de agua consta principalmente de tres partes: El colector solar plano,

que se encarga de capturar la energía del sol y transferirla al agua; el termotanque, donde

se almacena el agua caliente; y el sistema de tuberías por donde el agua circula. En las

ciudades donde se alcanzan temperaturas muy bajas durante las noches, los

calentadores deben estar provistos de un dispositivo que evite el congelamiento del agua

al interior del colector solar plano.

FuncionamientoEl funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo: El colector solar plano

se instala normalmente en el techo de la casa y orientado de tal manera que quede

expuesto a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación

solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende de la

localización de la ciudad donde sea instalado.

El colector solar plano está formado por aletas captadoras conectadas a tubos por donde

circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los rayos y transferirlo al

agua que circula en su interior.

Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termotanque, con lo cual se

establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.

Para nuestro aseo personal y algunos quehaceres domésticos, requerimos agua caliente.

Para ello, normalmente utilizamos un calentador, que conocemos como “boiler” y que

funciona con gas, o en algunos casos utilizamos leña.

Entonces, si instalamos en nuestra casa un calentador solar de agua del tamaño

adecuado, en épocas de mucho calor y en lugares donde hay mucho sol, todo el año

servirá, no sólo para bañarnos, sino para cubrir todas las necesidades de agua caliente.

Incluso en los días los días muy nublados, el “boiler” servirá para calentar, parcialmente,

el agua que requerimos para el aseo personal.

Instalación El calentador solar de agua y el “boiler” se instalan “en serie”, es decir, uno después del

otro, por lo que el “boiler” respalda al sistema solar y siempre habrá agua caliente.

Componentes de un Calentador Solar plano.

De acuerdo con su funcionamiento los calentadores solares se clasifican en dos tipos:

·         Activos Los calentadores solares activos son aquellos que utilizan una bomba o

algún tipo de energía externa para mover el agua dentro de su ciclo.

·         Pasivos Los generadores solares pasivos no requieren de energía externa para

funcionar. Utilizan el principio de convección para mover el agua dentro del sistema.

RendimientoUn buen calentador solar de agua puede durar funcionando hasta 15 ó 20 años, es decir,

varios años más que un “boiler”.

30% mejor rendimiento que el calefactor solar plano, fácil y rápido de montar ya que su

estructura de aluminio muy liviana, viene con las perforaciones y pernos adecuados.

Tipos de circulación

·         Circulación directa

El agua que se calentó en el colector se utiliza directamente por el usuario.

·         Circulación Indirecta

Una substancia de trabajo se calienta y se envía a un intercambiador de calor. Éste utiliza

el mismo principio que un radiador. De esta manera se separa el fluido del sistema con el

fluido a utilizar. Esta opción es conveniente cuando el sistema de calentamiento se ubica

en zonas propensas a congelación, donde el agua podría quebrar las tuberías al

congelarse.

UbicaciónLos colectores están instalados en lugares despejados, orientados de tal manera que su

superficie esté lo más perpendicular posible a los rayos del sol. Si se encuentra en el

hemisferio norte, el colector deberá estar orientado hacia el sur, con un ángulo

proporcional a la latitud del lugar. Debido a que la inclinación terrestre modifica el ángulo

de la incidencia de los rayos del sol a lo largo del año, es conveniente ajustar la

inclinación del colector. Se recomienda tener un margen de +15° y -15° con respecto al

ángulo de los rayos del sol en el equinoccio.

Ventajas

·         Costo mínimo en comparación con calentadores a base de gas.

·         Mayor simplicidad con respecto a la temperatura del agua.

·         Facilidad de mantenimiento.

Desventajas

·         Dependiendo el volumen y el momento en que se usa el agua caliente, ésta puede

tener o no la temperatura deseada.

·         Depende de las condiciones climáticas

·         Restricción en hora de utilización del agua caliente.

·         Mantenimiento necesario.

Beneficios

Los beneficios del uso de los calentadores solares de agua los podemos clasificar en dos:

económicos y ambientales.

Económicos: Con la instalación de un sistema adecuado a nuestras necesidades,

podemos satisfacer la mayor parte de los requerimientos de agua caliente de nuestra

casa, sin tener que pagar combustible, pues utilizar así el sol no nos cuesta. Aunque el

costo inicial de un calentador solar de agua es mayor que el de un “boiler”, con los

ahorros que se obtienen por dejar de consumir gas, podemos recuperar nuestra inversión

en un plazo razonable.

Ambientales: El uso de los calentadores solares permite mejorar en forma importante

nuestro entorno ambiental. ¿Cómo? Los problemas de la contaminación en las zonas

urbanas no sólo son provocados por los combustibles utilizados en el transporte y en la

industria, sino también por el uso de gas LP en millones de hogares, lo cual contribuye en

conjunto al deterioro de la calidad del aire y la emisión de gases de efecto invernadero.