CALENTADORES SOLARES

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.

TIPOS

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

Existen 4 componentes básicos en un calentador solar:

Colector

También llamado captador solar o panel termosolar. Es el componente que se encarga de transferir la energía solar al agua. Consiste en un arreglo de tuberías o conductos por donde fluye el agua. El arreglo puede estar pintado de negro mate o cubierto con pinturas

selectivas como el cromo negro para evitar reflejar la luz y así lograr una mayor absorción de calor.

El colector suele estar contenido en una caja con paredes externas resistentes a la intemperie y con paredes internas dotadas de aislamiento térmico. La parte superior lleva uno o varios vidrios o materiales transparentes capaces de dejar pasar la luz y proteger de la intemperie, utilizados para generar efecto invernadero dentro el colector.

Existen diferentes variantes de colector:

Tubos y Placas

En el llamado colector plano, se disponen dos tubos horizontales y se conectan con varios tubos verticales. Cada uno de estos tiene acoplada una placa normalmente de lámina delgada. Las láminas sirven para captar el calor y transmitirlo por conducción a la tubería. El arreglo de tubos se coloca horizontalmente sobre el suelo, con una inclinación específica dependiendo de la localidad terrestre. El agua entra por uno de los extremos del tubo horizontal más bajo, sube por todos los tubos verticales y sale por el extremo contrario del tubo horizontal más alto.

Serpentín

Una manguera o tubo se dispone en una formación de vaivén o espiral. La superficie expuesta al sol recibirá la energía directamente sobre el conducto.

Tubos de vacío

El colector utiliza tubos de vidrio al vacío. Dentro de los tubos se encuentran los conductos del colector. El vacío previene los fenómenos de conducción y convección, aumentando la eficiencia pero también el costo.

Existen también otros tipos de colectores que alcanzan mayores temperaturas:

Concentradores parabólicos, consistentes en un arreglo de espejos en forma de cilindro parabólico que reflejan la energía solar hacia un solo conducto lineal por donde pasa una substancia capaz de calentarse a temperaturas alrededor de los 300 °C.

La variante llamada plato parabólico concentra la energía en un punto en lugar de una línea como en el caso del concentrador parabólico. Las temperaturas alcanzables con este colector pueden superar los 650 °C.

Contenedor

Es el recipiente de almacenamiento del fluido. Se conecta con la entrada y la salida del colector. Durante el día, el agua se recircula una y otra vez entre el colector y el contenedor.

Después de un tiempo y dependidendo de las dimensiones de los componentes, el agua se calentará para su uso posterior. La energía capturada en el colector se guarda en el tanque en forma de agua caliente. En el momento de requerir agua, se extrae del tanque y se rellena con agua fría. El tanque está aislado térmicamente para evitar pérdidas y mantener caliente el agua por más tiempo. En un sistema doméstico, el contenedor suele incorporar un calentador eléctrico de apoyo, que se activará en caso de no alcanzar la tempertura deseada.

En los calentadores solares de albercas o piscinas, el contenedor suele ser la alberca misma, y la caja aislante del colector puede no ser necesaria debido a la escasa diferencia entre la temperatura de trabajo (temperatura del agua) y la temperatura ambiente.

Sistema

El sistema son todas las tuberías, bombas, sistemas de control, llaves de paso, y accesorios con las que cuente el calentador solar. Conecta por medio de tuberías el colector con el contenedor, así como también el calentador con las tuberías de una casa.

Substancia de trabajo

Si la circulación es directa, se emplea agua potable; la misma que se utilizará en regaderas, lavabos, lavadoras, albercas, etc. En este caso, el agua se hace pasar por el colector para ser guardada en el contenedor. Si se utiliza circulación indirecta existen dos circuitos: uno con agua potable para el consumo, y otro con un fluido caloportador, que usualmente es agua o una mezcla de agua y glicol. Los dos circuitos se ceden energía mediante un intercambiador de calor. En este sistema, el agua potable no pasa por el colector, sino únicamente por el contenedor, que aloja un intercambiador de calor donde se transfiere la energía captada por el fluido caloportador. Este sistema es más conveniente si el calentador se encuentra en una localidad de clima frío, ya que el fluido caloportador que circula por el colector tiene propiedades anticongelantes, previniendo la ruptura de las tuberías por congelamiento.

TIPOS DE CIRCULACION

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.

Ubicación

Los 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.

CALENTADORES SOLARES

Calentadores solares de agua

Un calentador solar de agua es un sistema fototérmico capaz de utilizar la energíatérmica del sol para el calentamiento de agua sin usar ningún tipo de combustible.Se compone de: un colector solar plano, donde se captura la energía del sol y se

transfiere al agua; un termotanque, donde se almacena el agua caliente; y unsistema de tuberías por donde circula el agua. En ciudades con baja temperatura,están provistos de anticongelantes que evitan que el agua se congele dentro delcolector solar plano.

Los colectores solares térmicos o calentadores solares están divididos en tresclases3

-

De baja temperatura. Generan temperaturas menores a 65º C. Son idealespara calentar piscinas, uso doméstico de agua y actividades industriales en lasque el calor del proceso no sea mayor a 60º C (pasteurización, lavado, etc.).

-

De temperatura media. Generan temperaturas de entre 100 y 300º C.

-

De alta temperatura. Generan temperaturas mayores a 500°C, la cual sepuede usar para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica; seinstalan en regiones donde la posibilidad de días nublados es remota.

El colector solar plano es el aparato más representativo de la tecnología solarfototérmica, y es éste el elemento más importante de los calentadores solares. Suprincipal aplicación es en el calentamiento de agua, aunque también se utilizapara secar productos agropecuarios mediante el calentamiento de aire y paradestilar agua en comunidades rurales4.

Un colector plano solar esta constituido5 básicamente por :

1.- Marco de aluminio o metálico.2.- Cubierta transparente, si se trata de vidrio debe tener bajo contenido en fierro.3.- Placa térmica colectora. Enrejado con aletas de cobre.4.- Cabezales de alimentación y descarga de agua.5.- Aislante térmico como poliéster, lana mineral, fibra de vidrio, etc.6.- Caja del colector, galvanizada

Componentes del colector solar plano

La mayoría de los colectores solares presentan las mismas dimensiones: 1.8 a 2.1m2 de superficie. Éste es conectado a un termotanque de almacenamiento quepuede tener capacidad de 115 a 200 litros, aunque los hay de mayor capacidad;frecuentemente, a éste tipo de sistema se le agrega dispositivos termostáticos decontrol con el fin de evitar congelamiento y pérdidas de calor durante las noches.A todo, en su conjunto se le llama: Calentador Solar.

Funcionamiento de un calentador solar

Los colectores solares domésticos tienen un funcionamiento en realidad muysencillo. La luz solar se convierte en calor al tocar la placa térmica colectora, lacual puede ser metálica (fierro, cobre, aluminio, etc.) o de plástico (ver fig.2).Estadebe ser obscura para lograr la mayor recolección de calor, por debajo de lamisma se encuentran los cabezales de alimentación y circulación de agua, pordonde el liquido “entra frió y sale caliente” del colector solar plano.

El agua circula dentro del sistema, mediante el mecanismo de termosifón, el cualse origina por la diferencia de temperatura que se genera en el agua debido alcalentamiento proporcionado por el sol. Esto significa que, el agua caliente esmás ligera que la fría y, en consecuencia, tiende a subir. Esto es lo que sucedeentre el colector solar plano y el termotanque, con lo cual se establece unacirculación natural6, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.

Para que el agua se mantenga caliente y lista para usarse en el momentorequerido, esta se almacena en el termotanque, el cual está forrado con unaislante térmico para evitar la perdida de calor.

El calentador solar tiene la capacidad de proporcionar agua a una temperatura dehasta 65°C en un día soleado. Sin embargo, la temperatura del agua depende dela aplicación7, que se le desee dar y de las condiciones climáticas.

Por ejemplo para calentar piscinas se requieren temperaturas del orden de 30° C,mientras que para tomar un baño lo adecuado son alrededor de 50° C. En un díasoleado bastaran 2 horas de exposición solar para tener agua caliente; paraobtener el 100% de la capacidad instalada, será necesario una insolación de 5 a 6horas, aunque esto puede variar dependiendo de la capacidad del modelo.

Para tener agua caliente siempre lista para usar se recomienda seguir el “ciclo decalentamiento de agua” el cual, generalmente, va de las 10:00 hrs. a las 16:00hrs. Durante este lapso de tiempo el calentador solar llega a su máximacapacidad. Por lo tanto, lo más recomendable es bañarse en la tarde y dejarsuficiente agua para quien desee bañarse en la mañana.

Instalación del calentador solar

Se recomienda que estos se instalen en las azoteas de las casas, orientadoshacia el sur (ya que nos encontramos en el hemisferio norte), de tal manera quequeden expuestos a la radiación solar todo el día.

Se deberá evitar sombras sobre el calentador, por lo que se sugiere que el tinacoquede del lado norte del calentador solar9. Si existen muros o pretiles deberánestar tan separados como las alturas de los mismos.

El colector solar plano debe colocarse con cierto grado de inclinación, lo quepermite aprovechar eficientemente la radiación. No obstante, la inclinación a laque se debe colocar el colector dependen de la localización de la ciudad donde sepretenda instalar, sin embargo, se recomienda, que esta sea aproximadamente10° más, que la latitud del lugar de instalación. En el caso de la ciudad deMéxico10 la inclinación debe ser de 15°.

La posición del termotanque debe permitir que este se llene por gravedad11, porconsiguiente debe colocarse por lo menos 30 cm., sobre el nivel superior delcolector. De tal suerte, que los tinacos que sean abastecidos por los calentadoressolares, deberán estar como mínimo 50 cm., sobre el nivel de los calentadoressolares.

Es frecuente y recomendable que el calentador solar y el “boiler” se instalen enserie, es decir, uno después del otro. De esta forma, si usted tiene boiler en lacasa también puede instalar el calentador solar y alternar su uso. Por ejemplo enel caso de días muy nublados o si se requiere más agua caliente que lo normal, el“boiler” respalda al sistema solar garantizando que siempre habrá aguasuficientemente caliente.

Adquirir un calentador solar

Antes de adquirir un calentador solar, es necesario tener presentes lasnecesidades a cubrir, tomar en cuenta, que el ahorro de energía (sea o norenovable), es parte de un consumo responsable y amigable al medio ambiente,

además de que beneficia a la economía familiar (para mas detalles de cómoahorrar energía, consulte el documento La Guía Verde del Ahorro de Energíapublicada por Greenpeace).

Es importante destacar que el agua, al igual que todos los recursos naturales, esvital para el medio ambiente, por lo que, debemos evitar desperdiciarla y usar sólola necesaria.

Se debe tener en cuenta que el consumo general diario de agua caliente12 parauna persona adulta es de aproximadamente 75 litros y de 55 litros por niño, y queel consumo promedio para una familia13 de 4 personas es de 250 litros de aguacaliente. Lo anterior nos puede ayudar a identificar que tipo de calentador solarnecesitamos, ya que los hay de distintas capacidades.

Para lograr la mejor selección del calentador solar se deben tener en cuenta lossiguientes aspectos:

1.- El número de personas y sus hábitos de consumo (ver Fig. 3). Este dato esprimordial para saber que equipo solar se debe comprar. Sin embargo, si secambian los hábitos de consumo por unos más responsables, el equipo a adquirirserá de menor capacidad y así los costos de serán menores.

2.- Considerar otros usos distintos al aseo personal: lavado de ropa, de trastes,etc.

3.- Comparar precios antes de comprar el calentador. Esto lo puede hacerconsultando el Anexo 1 de este documento, en donde están enlistadas lasempresas y proveedores de calentadores solares y tecnología solar14 (el preciopuede variar según la capacidad y el proveedor) o acudiendo a la ComisiónNacional para el Ahorro de Energía (CONAE), la cual está llevando a cabo elPrograma de Promoción de Calentadores Solares Orientado al Sector Residencialen México, donde cuenta con los instrumentos para contactar a las personasinteresadas en adquirir un calentador solar y los proveedores. Elija el que mas leconvenga a su presupuesto teniendo en cuenta que mejorara su gasto familiar almismo tiempo que ayudará cuidado el medio ambiente.

Ahora bien, la eficiencia del calentador solar es el porcentaje de la energía solarque realmente se aprovecha para calentar el agua. Esto dependerá de lossiguientes factores:

1.- La calidad del colector.15 Ésta depende de que tan bueno sea el diseñotermomecánico y la calidad de los materiales empleados en su manufactura. (Engeneral, cuanto más eficiente se requiere que sea un calentador solar, mayordeberá ser su calidad)

2.- La instalación y operación adecuada.16 Si el calentador solar es instalado de

forma inadecuada o es mal operado no tendrá la eficiencia esperada. Por lo que es muy importante que la instalación se hecha siguiendo la especificaciones delproveedor, o de preferencia por un técnico solar calificado.

3.- La calidad de radiación solar.17 La eficiencia del colector solar aumentacuando la radiación solar es mas intensa. Es por ello que un mismo calentadorsolar será más eficiente en México que en Europa o África del Sur, en donde losíndices de irradiación son menores que en nuestro país. De igual manera, laenergía solar es mejor aprovechada, y las perdidas de calor del calentador sonmenores mientras mayor sea la temperatura ambiente.

Beneficios obtenidos por el uso de un calentador solar

Cuando se utiliza un calentador solar de agua se esta aprovechando de maneraeficiente una energía limpia, renovable, y segura. Se contribuye de maneraimportante en la reducción de gases de efecto invernadero causantes del cambio climático, y se mejora de forma significativa la calidad del aire ya que disminuyesignificativamente el uso de combustibles fósiles.

Como un ejemplo de los beneficios ambientales generados por el uso decalentadores solares, resaltaremos que, de acuerdo con la Asociación Nacionalde Energía Solar20 (Anes), si en México se instalaran cinco millones de metroscuadrados de calentadores solares, en menos de 10 años, el gas LP equivalentedejado de consumir en los siguientes 20 años sería de 15 millones de toneladas,lo que además evitaría lanzar a la atmósfera casi 30 millones de toneladas deCO2 (dióxido de carbono), principal gas de efecto invernadero causante delcambio climático.

De esta forma, al usar un calentador solar, estaremos contribuyendo a que estameta se logre. Esto significa que hicimos una compra ambientalmentesustentable. Lo cual es parte de ser un consumidor inteligente y responsable.

Por otro lado, los beneficios también se pueden observar en un aspectoeconómico: mejora el gasto familiar. Mensualmente, una familia de 5 personas,puede ahorrar21 entre 80 y 100 Kg. de gas, dependiendo del sistema y laoperación que se le de al calentador solar. Si se considera que el precio del gasLP en julio de 2004 era de poco más de 7 pesos por kilogramo, el ahorro mensualserá de 560 a 700 pesos. De tal suerte que la inversión inicial al adquirir elcalentador solar se puede recuperar, de acuerdo con diversos especialistas, en unplazo de tres a 5 años. Después de este tiempo el agua caliente utilizada es¡completamente gratis!

Además, los problemas de abasto y de transporte de combustible disminuyen.Incluso, de acuerdo con algunos fabricantes, en días medianamente nublados sepuede contar con agua caliente que puede alcanzar temperaturas cercanas a los45°C. Temperatura que aun es confortable para el baño, sin embargo, si en esosdías se prefiere mayor temperatura, o se presenta alguna emergencia, siempre

estará el “boiler” para respaldar el sistema, siendo este el único momento en quese usara gas destinado a este fin.

Recomendaciones para optimizar el uso de un calentador solar

Una vez que cuente con un calentador solar, estará ahorrando dinero yprotegiendo al medio ambiente. Sin embargo, aún se deben tener algunoscuidados para hacer más eficiente el uso del calentador, lo que estaráestrechamente relacionado con el ahorro responsable de toda la energía queutilicemos, para ello podemos empezar por:

-Remplazar todas las tuberías y grifos que goteen o tengan fugas ya que sedesperdicia agua y energía.

-Usar regaderas economizadoras de alta presión, con estas el uso de agua porpersona se ve reducido. De esta forma podremos contar con más agua calientepara más baños.

-Usar la lavadora en ciclos económicos y con agua fría cuando esto sea posible.

-Bañarse y usar el agua caliente de preferencia avanzado el día, que es cuandoel calentador ofrece el agua a su máxima capacidad. Sin embargo, para contarcon agua durante las mañanas y las tardes, se recomienda usar solo una parte,es decir racionar el consumo, de tal forma que siempre contemos con aguacaliente en el termotanque.

-Lograr el máximo aprovechamiento del agua que está almacenada en eltermotanque, (tratando de usar, cuando sea posible, sólo agua fría).

Mantenimiento del calentador solar

Los calentadores solares son un sistema fácil de operar y prácticamenteautónomo que no necesita la intervención humana directa para su buenfuncionamiento, no obstante, se requieren tener en cuenta algunos aspectos paraque el equipo se encuentre en óptimas condiciones y su funcionamiento sea elesperado. Por lo tanto, recomendamos tener presente tres aspectos sumamentesencillos:

1.- Mantener libre de polvo y obstrucciones la superficie de captación de loscolectores solares planos, limpiando los cristales o acrílicos con una franelahúmeda22.

2.- Revisar periódicamente las válvulas eliminadoras de aire y el sistema deconexiones para evitar obstrucciones al escapar el aire. Así mismo, revisarperiódicamente toda la instalación23.

3.- Es de suma importancia, acudir siempre con personal especializado para

realizar cualquier reparación, modificación o instalación del equipo.

Anexo 124. Empresas y proveedores de calentadores solares y tecnología solar

NOMBRE NOMBRE NOMBRE NOMBRE NOMBREBP-INTEQ-SOLAR

HELIOCOL DEMÉXICO

InstalacionesTécnicasEspecializadas,Solarite

GRUPOSIMOSOL, S. A.de C.V. Panelesfotovoltaicos

Bufete deTecnologíaSolar, BUTECSA

ACUMULADORES OROZCO

SUNWAY DEMEXICO S. A.de C.V.

USOL S.A. deC.V.

MODULOSOLAR

SISTEMAS DEENERGÍASALTERNAS S.A.de C.V.

SOLARTRONIC,S.A. de C.V.

INELECSA

SEALED AIR DEMÉXICO,IGUAZÚ

IMPREMA, S.A.de C.V.

ASAELCORPORATIONS.A de CV

AGROSOL

SOLARTEK

TECNOSOL

ALFA SOLAR

CALENTADORES DE SOLAZTECA

CALENTADORES HELIO SOLAR

CALENTADORES SOL-A-IRIS,S.A.

CALENTADORES SOLARES deGuanajuato

CAPTASOL, S.A. DE C.V.

CRYPLANT

CELSOL, S.A.de C.V.

TERMOSOLARES REYES

COLECTORESSOLARES YTERMOTANQUES "ASHMOR"

DETEFA S.A. de C.V.

DIZFINCK SISTEMASBIOCLIMÁTICOS

ENERGÍASOLAR DE CD.JUÁREZ

ENERGÍA YECOLOGÍA

GENERSYS DEMÉXICO

HELIOFUERZAS.A. DE C.V

HELIOSFER, S.A.

HELIOTÉCNICAS.A. DE C.V.

HER & SOL

IMPREMA, S.A.de C.V.

INELECSA

MAGAMEX

PODER SOLAR

SERVICIOS DESOLUCIONESTÉCNICAS

PANELESSOLARES, S.A.DE C.V.

SIST. YCOMPONENTESEN ENERGÍASOLAR

Sistemas deEnergíasAlternas S.A. deC.V.

INSTALACION DE UN CALENTADOR SOLAR

Parte 1 – Tinaco de agua, el normal de la casaParte 2 – El termotanque, en donde se almacena el agua calienteParte 3 – El colector solar, en donde se calienta el agua durante el díaParte 4 – El calentador normal de la casa, ya sea de gas o eléctricoParte 5 – La tubería hacia los servicios de agua caliente

Nivel 1 – Este es el nivel al cual tiene que ir el jarro de aire (para que el aire tenga por donde salir), como podemos ver, tiene que ir por arriba del tanque de agua.Nivel 2 – El termotanque tiene que ir por debajo de la base del tinaco de la casa. Mientras más diferencia mejor, ya que así no se pierde presión en las llaves.