Principio de circulaci´ on

Se refiere al mecanismo mediante el cual se produce el movimiento del fluido que circula en el circuito primario de colectores, existiendo dos tipos: la circulaci´on forzada y la circulaci´on natural o m´as com´unmente conocida como termosif´on.

ETUS: se pueden utilizar sistemas termosif´on, con circulaci´on natural, y sistemas con circulaci´on forzada como procedimiento para transferir el calor del colector solar al

acumulador.

En los sistemas por termosif´on el fluido de trabajo circula por convecci´on libre, mientras que en los de circulaci´on forzada se dota al sistema con dispo- sitivos (bombas de circulaci´on) que provocan la circulaci´on forzada del fluido de trabajo. En la Fig.3.3se pueden observar ejemplos de ambos sistemas.

En los sistemas por termosif´on el movimiento del fluido de trabajo se pro- duce por variaciones de densidad del fluido, como consecuencia de variaciones en la temperatura. El fluido contenido en los colectores, al recibir la radiaci´on solar se calienta, aumentando su temperatura y disminuyendo, por tanto su densidad. Al pesar menos, dicho fluido asciende hacia la parte alta del circuito,

3.1. Tipolog´ıa de los Sistemas Solares T´ermicos

Figura 3.4: Funcionamiento de un sistema termosif´on.

mientras que el fluido fr´ıo contenido en el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la instalaci´on por la tuber´ıa de entrada a colec- tores. As´ı se genera una circulaci´on del fluido que se mantiene siempre que exista un gradiente de temperaturas entre el fluido de colectores y el del acu- mulador, y cesa cuando las temperaturas se igualan [L´opez Lara et al., 2004]. En la Fig. 3.4 se puede observar un esquema del funcionamiento de este tipo de sistemas.

La fuerza impulsora del movimiento en los sistemas por termosif´on es peque˜na y, por lo tanto, se debe prestar especial atenci´on al dise˜no y montaje del sistema para favorecer siempre el movimiento del fluido. Un sistema por termosif´on se autorregula ya que se induce un caudal que es proporcional al salto de temperaturas entre colector y dep´osito, es decir, se ajusta el caudal a la radiaci´on captada. Normalmente, este ajuste se realiza de forma que el salto de temperaturas del fluido a lo largo del colector suele mantenerse en el rango de los 15◦C a 25◦C.

El funcionamiento por termosif´on no exige que el acumulador est´e situado por encima del colector pero, esta disposici´on, adem´as de favorecer la circu- laci´on, dificulta la circulaci´on inversa y, por tanto, el enfriamiento nocturno del acumulador. No obstante, existen tecnolog´ıas de sistemas por termosif´on con acumuladores horizontales y verticales situados por debajo de la altura de salida de colectores. En el dise˜no de estos sistemas hay que prestar especial atenci´on al dise˜no para que no se empeore la circulaci´on natural durante el

per´ıodo de calentamiento y se pueda evitar la circulaci´on inversa durante el per´ıodo de enfriamiento nocturno. Estos sistemas suelen incorporar sistemas especiales para propiciar el flujo durante el calentamiento y evitar la circu- laci´on inversa.

En los sistemas de circulaci´on forzada, el movimiento del fluido se realiza a trav´es de una bomba circuladora, con un caudal que normalmente est´a en el rango del doble que los de termosif´on y, por tanto, los saltos de temperatura en el fluido de los colectores suele ser de unos 8◦C a 15◦C.

En este caso la regulaci´on del sistema se debe efectuar por medio de un control diferencial que compara las temperaturas entre la parte inferior del dep´osito y la salida de colectores, conectando la bomba cuando el salto de temperaturas es superior a un determinado valor (alrededor de 7◦C) y des- conect´andola cuando disminuye por debajo de los 2◦C.

Para diferentes criterios de evaluaci´on, en el Cuadro 3.2 se reflejan las diferencias para cada uno de los tipos de circulaci´on.

criterio circulaci´on forzada circulaci´on natural

necesita bomba de si no

circulaci´on

caudales del fijo salvo bombas de caudal proporcionales a radiaci´on solar calentamiento variable

regulaci´on de caudal para evitar ciclos de natural no es preciso arranque-parada

posici´on relativa de factor secundario criterio muy importante componentes

tipolog´ıa de colector cualquiera normalmente parrilla solar

tipo de interacumulador cualquiera doble envolvente criterios selecci´on menos importante la p´erdida de poca p´erdida de carga componentes carga

trazado de ca˜ner´ıas menos condicionantes m´as delicado y preciso aplicaciones mejor en grandes instalaciones mejor a peque˜nos sistemas precisa alimentaci´on si no

el´ectrica

posible integraci´on m´as sencilla con dificultad arquitect´onica

p´erdidas t´ermicas en m´as facilidad para instalarlo en normalmente va al exterior acumulador interior

p´erdidas t´ermicas en peores en circuito primario peores en distancia a consumo circuitos

temperaturas de trabajo saltos de temperaturas m´as saltos de temperatura m´as

bajos altos

temperatura m´axima de utilizable sistema de control s´olo controlable por dise˜no acumulador

sistemas protecci´on adem´as recirculaci´on y vaciado mezcla anticongelante anti-heladas autom´atico

costo de la inversi´on mayor menor

costo de manutenci´on mayor: manutenci´on por control s´olo manutenci´on preventiva y bomba

costo de explotaci´on coste de la energ´ıa el´ectrica no tiene costos adicionales

3.1. Tipolog´ıa de los Sistemas Solares T´ermicos