Resumen Tema 4 Energía Solar Térmica PDF

TEMA 4 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA ============================ Primeros usos de la energía solar térmica ----------------------------------------- El primer aprovechamiento documentado de la energía solar térmica se atribuye a Arquímedes, quien, según el historiador Galeno, utilizó espejos solares para...

TEMA 4 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA ============================ Primeros usos de la energía solar térmica ----------------------------------------- El primer aprovechamiento documentado de la energía solar térmica se atribuye a Arquímedes, quien, según el historiador Galeno, utilizó espejos solares para incendiar la flota romana en 212 a.C. Este evento se convirtió en leyenda, ya que no fue mencionado por otros historiadores de la época. Pasaron muchos siglos hasta que se registraron otros usos de la energía solar. En el siglo XVII, inventores intentaron replicar el experimento de Arquímedes, utilizando espejos para incendiar un tronco a 50 metros. Un siglo después, Georges Buffon logró fundir metales a 35 metros con la misma técnica. Durante los siglos XVII y XIX, se desarrollaron técnicas y máquinas más avanzadas para controlar la energía solar. Una de las instalaciones más exitosas del siglo XIX se construyó en el desierto de Atacama, Chile, para desalar agua, con 5000 m² de colectores solares que producían 20 m³ de agua pura en verano, utilizada en una mina de nitrato. A lo largo de este tiempo, se realizaron numerosos experimentos, principalmente en desalinización y calefacción de viviendas. Hoy en día, la investigación sobre energía solar se ha vuelto altamente especializada, impulsada por la crisis energética y la necesidad de energías alternativas. Clasificación de la energía solar térmica ----------------------------------------- La energía solar térmica se clasifica en tres categorías según la técnica de captación: **Bajas temperaturas**: Utiliza temperaturas inferiores a 100 ºC y se basa en el efecto invernadero para calentar aire o agua mediante placas solares o paneles planos. Este efecto también puede lograrse a través de la construcción de edificios o mediante secadores agrícolas y destiladores de agua salada. **Medias temperaturas**: Se refiere a temperaturas de trabajo entre 100 y 300 ºC. Para alcanzar estas temperaturas, se utilizan métodos diferentes a los de bajas temperaturas, concentrando la radiación solar sobre la superficie captadora mediante espejos. **Altas temperaturas**: En esta categoría, se trabaja a temperaturas superiores a 300 ºC, requiriendo una mayor concentración de la radiación solar que en los casos anteriores, también utilizando espejos enfocados. Energía solar térmica de baja temperatura ----------------------------------------- En este tema, nos enfocamos en la energía solar térmica de baja temperatura, que es la más utilizada en aplicaciones domésticas. Se pueden distinguir dos tipos: **Termosifón**: Este sistema calienta un fluido caloportador en el panel solar. El acumulador se coloca en la parte más alta de la instalación, permitiendo que el agua caliente, al ser menos densa, suba y se almacene allí, esperando a ser consumida. **Energía solar térmica con circulación forzada**: Este sistema utiliza una bomba de recirculación para mover el agua caliente hacia un acumulador, que puede estar ubicado en cualquier parte de la instalación, a diferencia del termosifón que requiere que el acumulador esté más alto que los paneles. Ambos sistemas son adecuados para el calentamiento de agua en viviendas, y la elección entre uno u otro depende de las necesidades específicas de la instalación. Elementos que forman una instalación de termosifón -------------------------------------------------- Una instalación típica de energía solar térmica mediante termosifón está compuesta por los siguientes elementos: 1\. **Colector solar**: Dispositivo que absorbe la radiación solar y la convierte en calor, calentando el fluido del circuito. Debe estar correctamente orientado e inclinado para un buen rendimiento. 2\. **Tanque de almacenamiento o acumulador**: Recipiente que almacena el agua caliente generada en el colector. Debe estar ubicado por encima del colector para permitir la circulación del agua caliente por el efecto termosifón. 3\. **Sistema de tuberías**: Conjunto de tubos que transportan el agua caliente desde el colector hasta el acumulador y los puntos de consumo. 4\. **Válvulas y controladores**: Dispositivos que regulan el flujo de agua caliente y controlan la temperatura del sistema. 5\. **Aislamiento térmico**: Material que recubre el colector y el tanque de almacenamiento para minimizar las pérdidas de calor. 6\. **Estructura de soporte**: Marco que sostiene el colector solar, permitiendo la orientación e inclinación adecuadas. 7\. **Accesorios**: Elementos adicionales como purgadores de aire, manómetros y termómetros que ayudan a mantener el funcionamiento adecuado de la instalación. Elementos que forman una instalación de energía solar térmica de circulación forzada ------------------------------------------------------------------------------------ Una instalación de energía solar térmica con circulación forzada incluye los siguientes elementos: 1\. **Colector solar**: Esencial para calentar el fluido mediante la radiación solar. 2\. **Bomba de circulación**: Dispositivo que mueve el fluido caloportador a través del colector y el intercambiador de calor. 3\. **Intercambiador de calor**: Transfiere el calor del circuito de los colectores al circuito de consumo de agua o calefacción. 4\. **Tanque de almacenamiento**: Recipiente que almacena el agua caliente generada en el intercambiador. A diferencia del sistema de termosifón, puede ubicarse en cualquier parte de la instalación. 5\. **Sistema de tuberías**: Conjunto de tubos que transportan el fluido caloportador y el agua caliente entre los diferentes componentes. 6\. **Válvulas y controladores**: Regulan el flujo del fluido y controlan la temperatura en el tanque. 7\. **Aislamiento térmico**: Material que recubre el colector, el intercambiador y el tanque para minimizar las pérdidas de calor. 8\. **Estructura de soporte**: Marco que sostiene el colector, permitiendo la orientación e inclinación adecuadas. 9\. **Accesorios:** Elementos adicionales como purgadores de aire, manómetros y termómetros que ayudan a mantener el funcionamiento adecuado de la instalación. Sistema de control de temperatura --------------------------------- Los sistemas de control de temperatura son cruciales para el rendimiento óptimo de los sistemas de energía solar térmica, especialmente en aquellos de circulación forzada. A diferencia de los sistemas termosifónicos, donde la circulación del agua se produce por el efecto termosifón, los sistemas de control ayudan a prevenir sobrecalentamientos y a regular la temperatura. Estos sistemas incluyen sensores de temperatura ubicados en puntos clave del circuito hidráulico, como los colectores, el intercambiador y el acumulador. Utilizan la información de estos sensores para activar o desactivar las bombas de circulación y regular las válvulas, manteniendo así la temperatura deseada en el acumulador. Si el colector está frío, el sistema no activa las bombas para evitar que se extraiga calor del acumulador. En cambio, cuando los colectores están más calientes que el acumulador, se activan las bombas para calentar el agua del acumulador a través del intercambiador. Además, los sistemas de protección suelen incluir válvulas de sobrepresión que se activan al superar una presión predefinida, evitando así daños en el sistema hidráulico. Estas válvulas evacuan agua para reducir la presión y mantener el circuito dentro de los límites de trabajo establecidos.