Todo lo que tiene saber sobre los sistemas solares térmicos a base de tubos de vacío

Los sistemas solares térmicos basados en tubos de vacío son cada vez más populares a la hora de realizar una instalación en la que se desea obtener agua caliente sanitaria. La explicación de este éxito se debe a que estos equipos tienen uno de los mayores rendimientos térmicos en el rubro. La invitación es dar un paseo por esta clase de sistemas térmicos, para conocer a fondo todos los detalles que se esconden en una instalación estandar.


Si hay algo que se asemeja entre los distintos sistemas solares térmicos es que no poseen demasiada tecnología. Un sistema solar térmico de tubos de vacío es un tipo de colector solar que aprovecha la energía solar para transferirla a un fluido que por lo general es agua. Hacemos esta salvedad, ya que como veremos en otro artículo, los sistemas de concentración a alta escala, no utilizan el agua como fluido caloportador.
Pero bien, si comparamos los sistemas de tubos de vacío con los colectores solares planos vamos a ver que en estos ultimos existen pérdidas por convección. Por su parte, en los tubos, al estar aislados al vacío estas pérdidas se reducen a valores en torno a un 5 por ciento, lo que supone alrededor de un 35 por ciento menos con respecto a los paneles planos. Esto, a la larga, permite incrementar el rendimiento de forma increíble, obteniéndose aumentos cercanos al 196 por ciento frente a los colectores planos.

Los sistemas de tubos de vacío le deben su rendimiento, en gran medida, a la excelente confección del tanque acumulador

El sistema de tubos de vacío se basa fundamentalmente en un tanque contenedor que está formado en realidad por dos tanques. Uno exterior que está en contacto con la atmósfera y dentro encontramos otro más pequeño de acero inoxidable que contiene la capacidad que indica el fabricante. El tanque interior está protegido por una aislación térmica muy importante, realizada en espuma de poliuretano lo que permite garantizar que estos equipos pueden llegar a tener una pérdida térmica de tan solo dos grados centígrados por día, en cualquier condición térmica exterior. Los tanques tienen además una serie de perforaciones alineadas, donde van encajados a presión los tubos de vacío. Una arandela de silicona es la que garantiza que no haya pérdidas de agua de ningún tipo.
Tanto el tanque acumulador como los tubos de vacío se montan sobre una estructura que tiene la versatilidad de poder adaptarse a distintos emplazamientos. Es así como pueden ponerse en una terraza, o en lo alto de un tejado sin ningún tipo de problemas. 
Se podrá ver en todos estos equipos, que por detrás de los tubos de vacío, se suele colocar una superficie reflectante. Esto se debe a que se busca aprovechar su forma cilíndrica para absorber la energía reflejada en la placa. 

Un tubo de vacío al detalle

Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 pa) y el vidrio interior suele llevar un tratamiento a base de metal pulverizado para aumentar la absorción de radiación. Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo fluorescente, en torno a los 60mm de diámetro y 180cm de largo.
En la actualidad existen dos esquemas generales de tubos de vacío: los colectores de flujo directo y los de flujo indirecto o heat-pipe.

El tubo de vacío de flujo directo fue el primero en desarrollarse, y su funcionamiento es idéntico al de los colectores solares planos, en donde el agua circula por el tubo expuesto al sol, calentándose a lo largo del recorrido y ascendiendo por el efecto de convección. Es el sistema más eficiente de captación solar.
Los sistemas indirectos o comúnmente llamados “heat-pipe” es una evolución de los colectores solares de tubos al vacío tradicionales. Estos provechan al máximo la radiación solar para el calentamiento de agua. Gracias al vacío de los tubos su perdida de calor es minima, otorgándoles un elevado rendimiento. Una de las ventajas de los sistemas heat-pipe es que gracias a la unión seca del heat pipe de cobre con su compartimiento en el tanque de agua, los tubos pueden ser extraídos o intercambiados sin afectar ni detener el funcionamiento del sistema. Además, su diseño modular permite la combinación de colectores para distintos volúmenes de agua a calentar. Una diferencia con el sistema tradicional de tubos de vacío es que al no fluir agua por los tubos y gracias a sus materiales de construcción anticorrosivos como el borosilicato, estos tubos prestan una máxima protección a los agentes corrosivos.

En los tubos de heat-pipe el agua no circula dentro del mismo.
Se calienta el bulbo de cobre que tiene en el extremo.

Una de las ventajas más importantes, es que los sistemas heat-pipe tienen un mayor rendimiento que los sistemas de tubo de vacío tradicionales. Al punto que son los sistemas con mejor rendimiento tienen en climas fríos a extremadamente fríos. Este sistema de flujo indirecto obliga a una inclinación mínima de los tubos en torno a los 15 grados para permitir la correcta circulación del fluido. Este sistema es 166 por ciento más eficiente que las placas planas.

Ventajas y desventajas. Los tubos de vacío, en comparación con los colectores planos, suponen un avance en la captación de calor en condiciones desfavorables (precisamente cuando más se necesita el calor). Los costos de fabricación son mucho menores que las placas tradicionales planas, ya que son fabricados en cristal borosilicato, al contrario que los colectores planos que al ser fabricados en cobre, son más caros.
Desde otro punto de vista, una ventaja añadida de los tubos es su mayor versatilidad de colocación, tanto desde el punto de vista práctico como estético, pues al ser cilíndricos, toleran variaciones de hasta 25 grados sobre la inclinación idónea sin pérdida de rendimiento, lo que permite adaptarlos a la gran mayoría de las edificaciones existentes. 
A esto hay que añadir la menor superficie necesaria que precisan los tubos, además por su forma cilíndrica reciben los rayos solares perpendicularmente durante todo el día, al contrario que los colectores planos que son más eficientes cuando tienen el sol incide sobre ellos perpendicularmente al mediodía.

Uno de los desprendimientos de la tecnología utilizada en los sistemas solares térmicos de tubos de vacío, se encuentra en una aplicación que por lo menos en Argentina aún no ha llegado. Es la aplicación de esta tecnología en lo conocido como “aire acondicionado solar”. Por el momento, los que mejor rendimiento tienen son los denominados “híbridos” que utilizan el sistema térmico y también utilizan energía eléctrica. 

Como vemos, los sistemas de enfriamiento solar no solamente pueden servir
para un domicilio. Aquí vemos un equipo que alimenta la refrigeración
en un laboratorio en Alemania

El aire acondicionado solar híbrido, son sistemas que utilizan el sol como fuente de calor adicional para ayudar con energía solar térmica el proceso de enfriamiento de un sistema de aire acondicionado típico, reduciendo el consumo de energía eléctrica para el funcionamiento del compresor.
El colector solar ayuda el compresor a calentar el gas y permite una reducción en el consumo de energía eléctrica del orden del 40 al 60 por ciento.

Los sistemas de aire acondicionado solar híbridos tienen una eficiencia muy alta y son una alternativa muy moderna para la refrigeración de sitios que funciona en base a energía solar, lo cual no solamente nos llega a brindar un ahorro en el consumo de energía eléctrica, sino que también resulta beneficioso para el ambiente debido a que produce una menor cantidad de dióxido de carbono a largo plazo.

 
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