Types of solar hot water systems/es

Los sistemas solares de agua caliente están diseñados para transferir la energía solar al agua . Encontrar el sistema más eficiente y efectivo para cada situación puede ser una tarea compleja. Existen varios factores clave que deben considerarse al elegir la configuración más adecuada. Estos factores incluyen, en gran medida, la cantidad de insolación solar, el clima, los costos de construcción, instalación y materiales, la ubicación y accesibilidad del sistema, la cantidad de agua que necesita calentarse, la frecuencia de uso del agua caliente, la disponibilidad de electricidad, la disponibilidad de materiales y la experiencia en construcción.

Las siguientes clasificaciones de sistemas se dividen en tres grupos de dos sistemas y un grupo de un sistema único. Estos cuatro grupos principales son:

1. Lazo abierto vs. lazo cerrado .
2. Activo vs. Pasivo .
3. Utiliza un intercambiador de calor frente a No utiliza un intercambiador de calor .
4. Sistema por lotes .

Cada sistema utiliza una característica de cada grupo. Por ejemplo, un sistema puede ser activo, de circuito abierto, sin intercambiador de calor. Otro ejemplo es un sistema pasivo, de circuito cerrado, que sí utiliza un intercambiador de calor. Algunos sistemas son mucho más fáciles de construir que otros, y quienes tienen conocimientos básicos de herramientas y construcción pueden crear fácilmente un sistema funcional. Si se desea construir un sistema propio, esta variabilidad en la complejidad influirá en el tipo de sistema elegido.

El costo es otro factor importante, y cada configuración de sistema conlleva diferentes costos y beneficios. Los costos de un sistema específico pueden variar considerablemente entre países y regiones. Ciertas configuraciones, que utilizan determinados tipos de equipos, son más eficientes que otras en situaciones específicas. La siguiente información ofrece un análisis detallado de las diferentes formas de construir colectores solares de agua caliente.

Al final de esta página también se muestran diferentes tipos de colectores , así como ejemplos de distintos sistemas comunes de calentamiento de agua solar.

Esta página describe los distintos sistemas que se utilizan para calentar agua con energía solar. Para una descripción más general del agua caliente sanitaria solar, visite la página correspondiente.

El sistema de circuito abierto implica que el agua que requiere calentamiento fluye directamente a través del colector solar de agua caliente. No hay fluido intermedio. Consulte el apartado «Circuito cerrado» más abajo para conocer la única excepción a esta definición, donde el agua en un sistema de circuito cerrado fluye directamente a través del colector solar. Los sistemas de circuito abierto no utilizan intercambiadores de calor.

Los sistemas de circuito abierto son los más sencillos de diseñar y construir. Generalmente requieren la menor cantidad de construcción y tienen el potencial de durar más tiempo sin necesidad de un mantenimiento importante debido a la escasa cantidad de piezas móviles.

Los sistemas de circuito abierto no son ideales en zonas donde las temperaturas pueden descender por debajo del punto de congelación. Las tuberías pueden congelarse, provocando que el agua líquida se expanda y se convierta en hielo, lo que puede provocar su rotura. Antes de que se produzcan temperaturas bajo cero, es necesario vaciar el sistema para proteger las tuberías. En zonas donde las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, se recomienda utilizar un sistema de circuito cerrado con intercambiador de calor o implementar diversas técnicas para evitar la congelación de las tuberías. Las medidas preventivas pueden consistir en el vaciado del sistema, ya sea manual o controlado por termostato, o en una bomba que impulse agua caliente convencional a través del sistema durante el clima frío. El sistema también puede diseñarse para que el agua drene del colector por gravedad cuando la bomba de circulación no esté en funcionamiento.

Los sistemas de circuito cerrado son más complejos de fabricar e implementar que los de circuito abierto, ya que pueden utilizarse en una mayor variedad de climas. Un sistema de circuito cerrado utiliza un líquido con un punto de congelación mucho más bajo que el agua, que absorbe y libera calor con facilidad. El anticongelante utilizado en los radiadores de los automóviles es un buen ejemplo. Este fluido pasa a través del colector solar, se calienta y se transfiere a un intercambiador de calor. Véase Sistemas de Intercambio de Calor más abajo. Debido a la naturaleza de los sistemas de circuito cerrado, se necesitan intercambiadores de calor para transferir el calor del colector al agua. Los sistemas de circuito cerrado también pueden utilizarse en sistemas de calefacción radiante por suelo radiante o radiadores de pared para calentar una zona en lugar de agua.

A diferencia de la mayoría de los sistemas de circuito abierto, los sistemas de circuito cerrado pueden utilizarse en regiones con temperaturas bajo cero. Debido a las propiedades únicas del agua, las tuberías pueden reventar cuando esta se congela. Esto se evita utilizando un fluido con un punto de congelación mucho más bajo que el del agua.

Los sistemas de circuito cerrado requieren el uso de un intercambiador de calor. Esto genera ineficiencias que deben tenerse en cuenta durante la fase de diseño y dimensionamiento. Los materiales adicionales para el intercambiador de calor también pueden incrementar el costo del sistema.

Los sistemas activos son aquellos que requieren energía externa para funcionar. Generalmente, esta energía proviene de una bomba eléctrica que impulsa el fluido a través del colector. No es raro encontrar bombas solares como fuente de energía externa. El bombeo solar es adecuado en muchas circunstancias, ya que el agua solo se calienta y, por lo tanto, solo necesita ser bombeada cuando brilla el sol.

Debido a la naturaleza de la hidrología y la termodinámica, el bombeo de agua a través de los colectores reemplaza la necesidad de almacenar el agua caliente por encima de los colectores, lo cual puede ser un desafío y una limitación para el diseño (consulte Sistemas Pasivos para obtener más información).

El uso de una bomba requiere tanto la compra de la bomba como la necesidad de una fuente de energía, muy probablemente electricidad , para alimentarla.

También conocidos como sistemas de termosifón, los sistemas solares pasivos son aquellos que no utilizan una fuente de energía externa. El término "energía solar pasiva" se aplica a mucho más que solo agua caliente sanitaria. Por ejemplo, pintar una piscina de negro para absorber más energía o colocar ventanas en el lado sur de una casa (en el hemisferio norte) para aprovechar mejor la energía solar son ejemplos de energía solar pasiva.

Un calentador de agua solar pasivo debe tener en cuenta los principios físicos de la hidrología y la termodinámica. Este tipo de sistema utiliza un termosifón. ​​Un termosifón aprovecha la energía del sol para mover agua u otro fluido colector en dirección vertical. Esto ocurre cuando un líquido presenta variaciones de temperatura y, por lo tanto, diferencias de densidad. Dado que el agua más caliente siempre asciende, desplazando así el agua más fría hacia abajo, el depósito de agua caliente o intercambiador de calor debe estar situado por encima del colector solar.

No se necesita energía externa para mover el líquido a través del sistema. Menos piezas móviles significa menos cosas que se puedan romper.

Si se utiliza un depósito de agua caliente o un intercambiador de calor, este debe ubicarse sobre el colector solar para que el termosifón funcione correctamente. Esto puede generar problemas, ya que la mayoría de los sistemas solares se instalan en los tejados de las casas. Actualmente existen diversas opciones de diseño que facilitan el almacenamiento de agua caliente sobre el sistema.

Los intercambiadores de calor se utilizan en regiones con temperaturas bajo cero. Estos intercambiadores forman parte de un sistema de circuito cerrado y transfieren el calor acumulado en el colector al suministro de agua caliente sanitaria de la vivienda. Existen diversos diseños de intercambiadores de calor.

Un diseño común consiste en complementar un calentador de agua convencional transfiriendo el calor del fluido del colector solar al depósito de agua caliente. Los tubos de cobre son un buen material para transferir fácilmente la energía térmica de un líquido.

Otro tipo común de intercambiador de calor utiliza un cilindro con dos tubos de cobre paralelos. Un tubo proviene del colector solar, entra al cilindro por la parte superior, rodea el borde del cilindro en espiral, sale por la parte inferior y completa el circuito cerrado regresando al colector solar. El otro tubo, paralelo al primero, es el de suministro de agua caliente sanitaria. Entra al cilindro por la parte inferior, recorre el tubo del colector hasta la parte superior y sale por la parte superior con agua caliente. El calor se transfiere desde el fluido caliente del colector, a través del tubo de cobre, al agua de la vivienda. El cilindro puede aislarse exteriormente para aumentar la eficiencia de la transferencia.

Existen diversos fluidos que pueden utilizarse en sistemas de circuito cerrado. Los más comunes y fácilmente disponibles son: mezclas de glicol/agua, aceites de hidrocarburos, refrigerantes/anticongelantes para automóviles y siliconas. Cada uno presenta ventajas y desventajas. Consulte este enlace de referencia de EERE para obtener más información. ^{[ 1 ]}

Los intercambiadores de calor se utilizan principalmente por dos razones: para proteger el sistema contra la congelación y como una opción para complementar otra fuente de calentamiento de agua.

Los intercambiadores de calor añaden complejidad a un sistema de agua caliente. Al utilizar un intercambiador de calor, se deben diseñar y planificar más aspectos del sistema. Además, existe una mayor probabilidad de averías o mal funcionamiento debido a los componentes adicionales. También es fundamental asegurarse de que el fluido del colector no sea tóxico o que, en caso de rotura del sistema de circuito cerrado, exista una mínima posibilidad de que contamine el suministro de agua potable.

Se trata de sistemas en los que el agua potable que se va a calentar fluye directamente a través del colector solar. Este tipo de sistema es de circuito abierto.

Ver sistemade bucle abierto

Ver sistemade bucle abierto

También conocidos como sistemas de almacenamiento integral (ICS, por sus siglas en inglés), incluyen uno o más tanques o tubos de aguas negras dentro de una caja aislada y acristalada. Incluso puede ser tan simple como pintar un tanque de negro, colocarlo en una caja, aislarlo por todos los lados excepto el que da al sol y cubrir ese lado expuesto con vidrio o plástico. A medida que el sol calienta el agua, esta se expande y se vuelve menos densa, lo que favorece que el agua caliente fluya hacia la parte superior del colector. Desde allí, se extrae para su uso en la casa según sea necesario o se almacena en un tanque auxiliar. Estos sistemas funcionan mejor en zonas donde las temperaturas bajo cero son poco frecuentes. A pesar de sus limitaciones climáticas, funcionan relativamente bien; en climas fríos, se pueden usar estacionalmente y vaciar antes de los meses de invierno más rigurosos.

Ver http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG

http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Descargue el libro "The Integral Passive Solar Water Heater Book" de David Bainbridge.