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Sistemas solares de termosifon

A continuacion haremos un analis de los sistemas solares de termosifon

Sistemas solares de termosifón

 

Los sistemas de termosifón solar son equipos de energía solar que tienen una circulación natural del fluido de trabajo. Esta circulación se basa en corrientes de convección que se forman en fluidos a diferentes temperaturas .

El termosifón es el fenómeno físico por el cual se establece una circulación convectiva en un circuito hidráulico debido a la única diferencia de densidad entre los volúmenes de fluido a diferentes temperaturas .

El principio del termosifón se usa en algunos sistemas de energía solar térmica , cuando la estructura de las tuberías lo permite, es decir, cuando la ruta del refrigerante está en varios niveles y no es demasiado larga (como en la instalación presentada).

El desplazamiento del fluido de transferencia de calor , entre el colector solar y el tanque de agua caliente, se realiza solo por convección.

Si calentamos un tanque de agua en el fondo, cuando el agua del fondo se calienta, pierde densidad y sube a la superficie donde se enfría. Luego vuelve al fondo del contenedor y, por lo tanto, se genera una corriente de circulación natural.

Este es el principio de funcionamiento de un equipo de termosifón, en el que será esencial que:

Operación del sistema de termosifón

El ciclo de un sistema de termosifón comienza en el momento en que la radiación solar incide en el colector solar , con valores superiores a 200 vatios / m 2 .

El fluido que se encuentra en los colectores solares aumenta la temperatura . Debido a este aumento de temperatura , la densidad del flujo varía ligeramente. Esta variación es suficiente para que el fluido circule a través del circuito primario hacia el acumulador .

El fluido frío es más denso y tiende a caer, de la misma manera, el fluido caliente tiende a elevarse. Una vez que el fluido está en el acumulador , se realiza un intercambio de calor utilizando una termodinámica. proceso de convección.

La operación en el circuito primario de este sistema de energía renovable es por termosifón. La diferencia de temperatura habitual en las bocas del colector (T2-T1) suele ser de 5 a 15 grados centígrados , dependiendo del nivel de golpe de calor .

A medida que se calienta, el agua en el acumulador se estratifica por temperatura, es decir, la parte superior está ocupada por agua caliente y la parte inferior es el agua más fría.

En acumuladores verticales, este diferencial de temperatura puede alcanzar los 15ºC. En los acumuladores horizontales, este diferencial cae a solo 4-5 grados Celsius .

El agua acumulada en el acumulador aumenta su energía térmica y ya está disponible para su uso como calefacción o agua caliente sanitaria.

Termosifón horizontal y termosifón vertical

Debido a que la operación del sistema de termosifón depende de la estratificación del agua en el tanque de almacenamiento, los tanques verticales son más efectivos.

También es preferible tener el calentador auxiliar lo más alto posible en el tanque de almacenamiento, para calentar solo la parte superior del tanque con energía auxiliar cuando sea necesario. Esto es importante por tres razones:

  • Mejora la estratificación.
  • Las pérdidas de calor del tanque aumentan linealmente con la temperatura de almacenamiento .
  • El colector solar funciona de manera más eficiente a una temperatura de entrada del colector más baja.

Sin embargo, para reducir la altura total de la unidad, se utilizan con frecuencia tanques horizontales.

El rendimiento de los sistemas de termosifón horizontal del tanque está influenciado por la conducción entre la zona auxiliar de alta temperatura en la parte superior del tanque y la zona solar y por la mezcla de los puntos de inyección de flujo.

El rendimiento de estos sistemas se puede mejorar utilizando tanques solares y auxiliares separados o separando las zonas auxiliares y de precalentamiento con un deflector aislado.

Una desventaja de los dos sistemas de tanques o tanques segmentados es que la entrada no puede calentar la zona auxiliar hasta que haya una demanda.

Elementos básicos de un sistema de termosifón.

Los sistemas solares térmicos por termosifón tienen una configuración muy simple con pocos elementos. Los elementos más importantes son el colector solar y el acumulador.

En estos sistemas, la circulación de agua que circula a través de los colectores solares no es forzada. Como no es una circulación forzada , la pérdida de carga debe ser mínima, es decir, que los tubos que forman la rejilla del colector tienen el diámetro máximo posible.

En cuanto a la cantidad de colectores solares para conectar, no se recomienda conectar más de 10 m  2  de colectores.

La razón para no conectar demasiados colectores solares es evitar la pérdida de carga del circuito de captación y evitar una reducción considerable del rendimiento de la instalación.

El acumulador utilizado en el equipo con funcionamiento por termosifón en circuito indirecto suele ser de tipo doble envolvente. Los acumuladores de doble envoltura tienen una superficie de intercambio termodinámico más grande con una pérdida mínima de carga en el circuito.

La disposición del tanque acumulador facilitará la circulación natural. En este caso, la mejor configuración sería utilizar acumuladores verticales para aprovechar la estratificación de la temperatura.

Sin embargo, los factores de integración estética hacen que la mayoría de los equipos incorporen acumuladores horizontales.

Otra cualidad a considerar es que las tomas de agua de los componentes del circuito primario tienen un diámetro similar al de la tubería de unión para evitar las pérdidas de presión representadas por las reducciones de flujo.

También es importante que la entrada de agua fría esté ubicada en el fondo del tanque para evitar que se enfríe la zona de agua caliente cuando ocurra la nueva entrada de agua.

Elementos de seguridad de un sistema solar por termosifón

Para proteger el circuito primario de la sobrepresión, es obligatorio instalar una válvula de seguridad (VS) que no tenga ningún elemento de corte o seccionamiento que la aísle hidráulicamente de la instalación.

Este es el único elemento de seguridad necesario en instalaciones que funcionan a presión ambiente. En instalaciones presurizadas es esencial agregar un recipiente de expansión (VE) y un manómetro.

Debido a las características específicas de estas instalaciones, no es factible instalar elementos de protección activos contra bajas temperaturas (heladas)

 

 

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