Captadores Solares de Tubo de Vacío: Funcionamiento y Aplicaciones

¿Qué son los tubos de vacío?

Los tubos de vacío son un tipo de captador solar compuesto por tubos de vidrio unidos por un extremo a través de un colector. Dentro de cada tubo de vidrio, hay otro tubo de menor diámetro, generalmente de cobre, cerrado en sus extremos y que contiene una mezcla de glicol y agua. Este tubo va unido a una chapa o placa absorbedora, que es donde inciden los rayos solares. El interior del tubo de vidrio está al vacío.

Funcionamiento

La radiación solar atraviesa el vidrio e incide en la superficie absorbedora. Parte de esta radiación se transforma en energía calorífica, y la otra es reflejada con una longitud de onda diferente, por lo cual no atraviesa el vidrio y es reflejada nuevamente hacia la superficie captadora, donde se repite el proceso. Al haber vacío en el interior del vidrio, se minimizan las pérdidas de calor por conducción y convección entre el elemento caliente y el exterior.

El calor de la superficie provoca la evaporación del líquido. Este vapor asciende a la parte superior, donde el tubo termina en forma de bulbo, que queda inmerso en la corriente de fluido del circuito primario. En la evaporación, se produce una absorción del calor equivalente al calor de evaporación del fluido.

Conceptos clave:

• Calor latente: Calor implicado en un cambio de estado.
• Calor sensible: Calor que implica subida o bajada de temperatura.

En el bulbo, que está a la temperatura del circuito primario, al llegar el vapor y en contacto con las paredes del bulbo, el vapor se condensa, cediendo el calor latente al circuito primario. Las gotas de líquido formadas en el bulbo descienden por gravedad a la parte inferior del tubo de cobre, donde está hirviendo el líquido. De esta manera, se transfiere energía calorífica desde la superficie absorbedora al circuito primario.

Gracias al vacío existente dentro del vidrio, se tienen menos pérdidas que en el colector plano, por lo que habrá mayor rendimiento. El rendimiento dependerá de las características del panel, de la temperatura del primario y el secundario, y de las condiciones atmosféricas de ese día.

K = (T_media - T_ambiente) / Irradiancia (W/m²)

La energía del sol se acumula en un depósito como energía calorífica. Este puede ser de acero inoxidable o acero vitrificado. Tiene que ir bien aislado, y su volumen debe ser igual a la producción solar de un día.

Intercambiadores de Calor

Un intercambiador de calor es un elemento que sirve para pasar la energía calorífica de un circuito que está a una temperatura al fluido de otro circuito que está a otra temperatura inferior, sin mezclarse los fluidos.

Tipos de intercambiadores:

• Por situación: interiores y exteriores.
• Por diseño: de tubo, serpentín, placas...

Consideraciones de diseño:

• Área de captación mínima > Volumen de acumulación / 180
• Área de captación máxima (m²) < Volumen de acumulación / 50
• Potencia mínima del intercambiador (W) => 500 x Superficie de captación (m²)
• Superficie útil del intercambiador => 0,15 x Superficie de captación
• 50 < V/A < 180 (A = Suma área captadores. V = Volumen depósito)

Energía Solar a Diferentes Temperaturas

Energía solar de media temperatura:

Se alcanzan temperaturas de alrededor de 500ºC. Su objetivo es la producción de energía eléctrica. Para alcanzar esta temperatura, se concentran los rayos solares en una tubería mediante espejos parabólicos. Por la tubería circula aceite que soporta esas temperaturas sin hervir. Este fluido va desde donde se calienta a un intercambiador, donde generamos vapor de agua a alta presión. Este vapor se dirige a una turbina que transforma la energía del vapor en mecánica. Este movimiento rotatorio se transmite a un alternador, produciendo energía eléctrica.

Energía solar de alta temperatura:

Se alcanzan temperaturas de +500ºC. Se consigue dirigiendo todos los espejos a un mismo foco, lo que obliga a la orientación de los espejos moviéndose en 2 ejes, lo que complica el montaje y su movimiento. Otro inconveniente es el soporte que sujeta al panel solo por un punto, con lo que es débil al viento. La ventaja es que se consiguen temperaturas mucho mayores.

Tipos de Espejos

• Espejos planos: Reflejan la radiación al mismo foco.
• Espejos parabólicos: La reflejan al mismo punto.