Las instalaciones de energía solar térmica incorporan componentes que permiten el correcto funcionamiento y control de las mismas. Algunos son obligatorios (elementos de seguridad) y otros se incorporan para un mejor rendimiento y mantenimiento de la instalación.
El vaso de expansión es uno de los elementos de seguridad indispensables para que la instalación funcione correctamente, ya que su función es absorber la dilatación del fluido en el momento en el que se sobrecalienta.
Los Vasos de expansión cerrados son los que más se utilizan en instalaciones solares térmicas, ya que la totalidad de ellas se realizan en circuito cerrado.
En este caso se trata de un recipiente cerrado herméticamente dividido en dos cámaras, una de fluido (1) y otra de gas (2), separadas por una membrana (3) como se puede observar en el esquema de abajo.
La membrana (caucho sintético de alta calidad) es flexible y permite que el volumen de las cámaras sea variable en función de las necesidades de cada momento.
Lo que se pretende es aportar una capacidad extra al circuito, que permita absorber la expansión del fluido, por lo que debe estar dimensionado para soportar dicha expansión en las condiciones más desfavorables.
Cuando la membrana se haya expandido al máximo y el vaso ya no pueda absorber más dilatación, la presión del circuito aumentará a medida que aumente la temperatura del fluido, hasta provocar la actuación de la válvula de seguridad (situación límite).
En principio, el vaso de expansión puede ir ubicado tanto a la ida como en el retorno de la instalación porque, al tratarse de un circuito cerrado, la expansión de fluido será la misma en un lado que en el otro. A pesar de ello, siempre es mejor ubicar todos los componentes, si es posible, en la parte fría de la instalación para una mayor durabilidad.
Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.
Otro componente importante es el manómetro. Este elemento se utiliza para conocer el valor de la presión en kg/cm2 en el interior de una tubería o depósito.
Las válvulas son componentes que cumplen distintas funciones dentro del sistema.
La elección de las válvulas se realizará de acuerdo con la función que desempeñarán y las condiciones extremas de funcionamiento (presión y temperatura).
En el cuerpo de la válvula irán troquelados la presión nominal PN, expresada en bar o kp/cm2, y el diámetro nominal DN, expresado en mm o pulgadas, al menos cuando el diámetro sea igual o superior a 25 mm.
La presión nominal mínima de todo tipo de válvulas y accesorios deberá ser igual o superior a 4 kp/cm2.
Los diámetros libres en los asientos de las válvulas tienen que ser correspondientes con los diámetros nominales de las mismas, y en ningún caso inferiores a 12 mm.
Las válvulas características de una instalación de energía solar térmica son:
1) Válvula de seguridad: por su importante función, deben ser capaces de derivar la potencia máxima del colector o grupo de colectores, incluso en forma de vapor. Se recomienda su colocación en todos los circuitos sometidos a presión y a variaciones de temperatura.
La presión a la cual la válvula actúa (tarado) dejando escapar el fluido, debe ser inferior a la presión que pueda soportar el elemento más delicado de la instalación, que suele ser el vaso de expansión o el colector.
Es conveniente colocar en la descarga un embudo de desagüe para saber cuando actúa una válvula de seguridad.
2) Válvulas anti-retorno: solo permiten el paso del fluido en un sentido. Las más usadas son:
– Las de clapeta: al circular el fluido empuja una compuerta que se cierra inmediatamente al cesar la circulación, impidiendo el paso en sentido contrario. Producen poca pérdida de carga por lo que son recomendables para circuitos primarios. No es aconsejable utilizarlas en diámetros mayores a 40 mm.
– Las de obús: al circular el fluido empuja un muelle, que mueve el obús obturador permitiendo su circulación. Al cesar la circulación, el obús vuelve a su posición inicial impidiendo el paso en sentido contrario.
Originan una mayor pérdida de carga que las de clapeta, por lo que solo se recomiendan para circuitos secundarios sometidos a presión de red.
3) Válvulas de paso: se encargan de interrumpir total o parcialmente el paso del fluido por las tuberías. Las de cierre total separan una parte de la instalación o la aíslan del servicio. Las de cierre parcial producen una pérdida de carga adicional en el circuito para regular el caudal o equilibrar la instalación.
4) Válvulas de 3 y 4 vías: se utilizan para la circulación del fluido por vías alternativas. Casi siempre se colocan con dispositivos automáticos para que una señal eléctrica, generalmente procedente de un termostato o sonda, active el mecanismo abriendo y cerrando las vías correspondientes.
5) Válvulas de vaciado: generalmente se colocan en la parte inferior de los circuitos para operaciones de mantenimiento o reposición de algún componente averiado de la instalación.
Por diferentes motivos, (llenado, enfriamiento después de una gran dilatación del fluido caloportador, etc.) las instalaciones solares térmicas se ven afectadas en ocasiones por un problema que puede perjudicar su funcionamiento o reducir en gran medida su rendimiento: las burbujas de aire en el interior de las conducciones.
Para eliminar las burbujas del fluido caloportador existen unos dispositivos llamados purgadores, que están diseñados para captar estas burbujas y expulsarlas al exterior.
Su funcionamiento es automático, debido a que las burbujas tienden a subir y situarse por encima del fluido, el purgador se coloca en el punto más alto de la instalación.
En ocasiones se monta sobre un desaireador, aparato que tiene gran capacidad de atrapar las burbujas existentes en el fluido, siendo el purgador el encargado de evacuar el aire.
El termómetro nos permitirá medir la temperatura del fluido en distintos lugares de la instalación.
Los más usados son:
– De contacto: se colocan sujetándolos sobre las tuberías mediante una abrazadera.
– De inmersión: se introducen en el interior de la tubería, acumulador o intercambiador dentro de una vaina y están provistos de un bulbo de diferentes longitudes. Su fiabilidad es mayor porque están en contacto directo con el fluido.
Los termostatos son los encargados de transformar una lectura de temperatura predeterminada en su escala, en una señal eléctrica que acciona un determinado mecanismo (lo pone en marcha o lo detiene) según la función que se le haya encomendado.
El termostato diferencial y las sondas de temperatura con las que cuenta deben asegurar que la bomba de circulación solamente actúe cuando los colectores puedan aportar una ganancia útil y detenerse cuando no haya captación o ésta no sea suficiente.
Una de las sondas se coloca a la salida de los colectores y la otra en la parte inferior del acumulador. El termostato diferencial estará conectado a la bomba de circulación. Las conexiones deben hacerse con soldadura de estaño y los cables no deben tener empalmes.
La misión del termostato diferencial es comparar las temperaturas registradas por las sondas, de manera que cuando exista una diferencia predeterminada de temperatura entre ellas favorable a los colectores, la bomba de circulación se ponga en marcha.
La resistencia eléctrica de inmersión es un elemento muy empleado como sistema auxiliar en sistemas de energía solar para producción de ACS. Como se trata de un punto caliente sumergido en el circuito, tiende a acumular deposiciones calcáreas. Para evitar esto, algunos fabricantes la incorporan en el circuito primario. Esto es un grave error porque puede darse prioridad a esta fuente de energía en detrimento de la energía proveniente de los colectores.
Las medianas y grandes instalaciones cuentan con un sistema eléctrico y de control.
Las variables analógicas que deben ser medidas por el sistema de monitorización serán 6 como mínimo, y entre las cuales deberán estar las 4 siguientes:
Temperatura de entrada de agua fría.
Temperatura de suministro de agua caliente solar.
Temperatura de suministro de agua caliente a consumo.
Caudal de agua de consumo.
Con los datos registrados se procederá al análisis de resultados y evaluación de las prestaciones diarias de la instalación. Estos datos quedarán archivados en un registro histórico de prestaciones.
Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.
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