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Tecnología termosolar

Ante la preocupación de generar el desarrollo de nuevas tecnologías que brinden eficiencia energética y contribuyan al cuidado del medioambiente, los calentadores solares son una alternativa amigable para aprovechar la energía solar y contrarrestar el uso de combustibles contaminantes.

Por Myriam Sánchez.

La vida útil de Los calentadores solares oscila entre 15 y 20 años.

Con el paso del tiempo, el ser humano busca la mejor utilización de los recursos naturales que existen en su entorno para facilitar su estilo de vida. El problema es que no todos los recursos son renovables y con el paso del tiempo están siendo agotados de manera paulatina. El uso de este tipo de fuentes provoca consecuencias negativas sobre el medioambiente, lo que ocasiona que las personas busquen energías limpias, las cuales pueden renovarse.

Debido a que la energía solar es constante, se puede aprovechar al máximo sin causar mayores complicaciones al entorno natural; por ello, los calentadores solares brindan óptimos beneficios al valerse de sus características.

Un calentador solar es un elemento que permite absorber o recolectar la energía del Sol de forma pasiva o activa para transferir el calor a alguna sustancia, como agua, aceite térmico, inclusive el mismo aire.

El funcionamiento pasivo no requiere de la utilización de energía externa para mover el agua, ya que mediante convección lo realiza dentro del sistema. Se aplica una circulación natural (directa), utilizada principalmente para calentadores domésticos, en donde el agua baja por gravedad al elemento que la calienta dentro de un termotanque, de donde el usuario puede utilizarla directamente.

En cambio, los calentadores solares activos hacen uso de energía externa para mover el agua por medio de circulación forzada (indirecta), la cual se realiza a través de una bomba que recircula el agua por los calentadores, hasta llevarla adonde se requiere el calor. Este tipo de circulación es conveniente cuando el sistema de calentamiento se ubica en zonas propensas a la congelación.

La tecnología de los calentadores solares de tipo doméstico es manejada principalmente en las duchas, lavado de ropa, trastes, en albercas o servicios sanitarios. Respecto de sistemas que son utilizados para la industria, su función es en procesos de calentamiento de agua, alta temperatura, generación de vapor o deshidratación, en industrias como la alimenticia, de bebidas, del nixtamal, o en procesos como la pasteurización, ebullición o cocción, aplicaciones que requieren de temperaturas por encima de 200 grados centígrados.

Una de las causas por las que se crearon estos calentadores, de acuerdo con el ingeniero Aldo Agraz Huitrón, Chief Technology Officer para Inventive Power, fue por el alto costo del petróleo y del gas. En el siglo XIX, científicos, principalmente de EUA y Europa, comenzaron a buscar alternativas para calentar el agua con diversos sistemas y diseños. Sin embargo, comenta que este sistema data de tiempo atrás, pues los egipcios ya contaban con calefacción solar a través de sus edificaciones, orientadas de manera que el Sol podía incidir sobre ellas para calentar una estancia o agua.

El funcionamiento de estos equipos, ya sea doméstico o industrial, radica en que un colector solar se instala orientado de tal forma que quede expuesto a la radiación solar para recopilar o captar la energía del astro, y poder transferirla a una sustancia.

Componentes
Colector, también conocido como panel termosolar, es el elemento que se encarga de transferir la energía solar al agua.
Contenedor, considerado como el recipiente de almacenamiento del fluido, se encuentra ligado a la entrada y salida del colector; el agua se recircula entre colector y contenedor.
Sistema, conformado por todas las tuberías, bombas y accesorios con los que cuenta un calentador solar.
Sustancia, por lo general se emplea agua potable al tratarse de una circulación directa; cuando se trata de dos circuitos, se utiliza en uno agua potable y en la otra una mezcla de agua y glicol.

Tipos de colector
Placa plana. Fabricado de cobre con colector de superficie de cristal. El cobre absorbe bastante el calor cuando se pinta de negro y por conducción térmica lo transfiere al agua a través de tubos de cobre con un serpentín. Posteriormente, el agua caliente se dirige a los termotanques, los cuales, regularmente, están hechos de acero inoxidable y recubiertos con un aislante (poliuretano o poliestireno).

Tubos al vacío. Consisten en una especie de jeringa grande que por dentro tiene dos tubos concéntricos y entre ellos hay un vacío. El tubo que está en contacto con el agua es pintado de negro con una superficie, que se le llama selectiva, la cual absorbe mayor radiación solar en comparación con una superficie negra convencional. También se conectan a termotanques estacionarios, donde, en el transcurso del día, se almacena el líquido muy caliente para ser utilizado sobre todo en las duchas.

Bulbo o heat-pipe. Es una barra de cobre hueca que en el interior de uno de sus extremos tiene un bulbo que mantiene contacto con el fluido calor portador, el cual se calienta por condensación. Se utilizan como calentadores de paso para procesos de baja temperatura.

Concentrador parabólico lineal. Tiene colectores construidos con espejos que concentran la luz solar, los cuales la reflejan sobre un área muy pequeña, un cilindro, un tubo de cobre o algún reservorio donde se concentra la energía solar para después transferir el calor acumulado a un fluido, hasta alcanzar temperaturas muy altas.

Plato parabólico. Concentrador que cuenta con un espejo cóncavo parabólico que se encarga de concentrar la luz del Sol. Funciona como un calentador de paso que alcanza temperaturas de hasta 650 grados centígrados.

Los calentadores para casa habitación suelen tener aislamientos y un marco metálico o de plástico que soporta todo el sistema, donde los concentradores están compuestos por lo general de espejos o lentes que aglutinan la luz del Sol. Éstos se encuentran montados sobre una estructura, que por lo regular es metálica, y tienen un mecanismo para rastrear el movimiento del Sol a lo largo del día.

En promedio, la vida útil que ofrecen los calentadores solares, ya sea de tipo doméstico o industrial, es aproximadamente entre 15 y 20 años, tiempo que garantiza convertirse en una buena inversión. En comparación con equipos convencionales, presentan ventajas y desventajas que deben tomarse en consideración.

Una de las ventajas de la utilización de esta energía renovable es que no causa impactos negativos sobre el medioambiente, debido a que el sistema sustituye el gas y el diesel por energía solar. Al quemar gas o diesel, se emiten grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) hacia la atmósfera, las cuales, con la presencia de rayos ultravioleta y de radiación térmica, no pueden salir de la atmósfera, lo que incrementa el efecto invernadero y el calentamiento global.

En lo que respecta a la eficiencia energética, depende de la temperatura. Si se trata de un calentador doméstico, se puede utilizar hasta 60 °C con una eficiencia promedio de 70 por ciento. En caso de que se requiera usar estos equipos con temperaturas más elevadas, su eficiencia sería baja, por lo que es necesario el uso de calentadores tipo concentradores, los cuales alcanzan temperaturas altas con eficiencias de 60 por ciento. En comparación con máquinas de combustión, los calentadores solares son equipos bastantes eficientes. “Es saber cuál usar para cada aplicación”, apunta el ingeniero Agraz.

Así como es importante tener en cuenta cuál es el calentador más adecuado de acuerdo con sus características y eficiencia, también hay que considerar el lugar de la instalación para obtener una mejor calidad en el funcionamiento de estos sistemas. En principio y sin excepción, los colectores deben estar instalados en lugares despejados, orientados de tal forma que la superficie se encuentre en posición perpendicular con respecto a los rayos del Sol.

Los calentadores de placa plana y de tubos al vacío son recomendables en hogares o en aplicaciones de baja temperatura que no sobrepasen 40 o 50 grados centígrados; son utilizados, por ejemplo, para calentar albercas de hoteles, duchas de gimnasios o para los servicios de algún spa. Ahora, si se trata de calentadores tipo concentradores, como el parabólico lineal o el de plato parabólico, que alcanzan altas temperaturas, son recomendables para empresas, como las alimenticias, u otras aplicaciones industriales.

SECTOR DOMÉSTICO SECTOR INDUSTRIAL
  • Placa plana
  • Tubos de vacío
  • Parabólico lineal
  • Plato parabólico
  • Bulbo o heat-pipe

Entre las tecnologías que emplean renovables, los calentadores solares son una de las alternativas viables para aprovechar de la mejor manera lo que la naturaleza brinda, con la finalidad de cubrir necesidades humanas sin sacrificar el entorno ambiental.

Ventajas
•   Ahorro de combustible al gastar menos gas
•   Menor contaminación al medioambiente
•   Ahorro económico, el cual se obtiene después de recuperar la inversión en no más de año y medio
•   Disponibilidad del recurso de energía solar
•   Mantenimiento prácticamente nulo

Desventajas
•   Periodos largos de días nublados, lo que requiere la utilización de un sistema de respaldo
•   Los tubos pueden llegar a tronar si hay una sobrepresión, dependiendo de la calidad del equipo
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