CSA

Un Colector Solar Acumulador (CSA) es un componente habitualmente utilizado para instalaciones de provisión de agua caliente residencial, realiza la acumulación de la energía a través de la misma agua que se consume y en el mismo lugar de captación de la energía solar por la superficie absorbedora del colector. Los CSA se conectan directamente en serie a la línea de provisión de agua y actúan como precalentadores del sistema de provisión de agua caliente, respondiendo directamente a la demanda de los consumidores, sin necesidad de bombas de impulsión ni controladores (ASHRAE, 1995). Además, dada su gran masa térmica, estas unidades son muy resistentes al congelamiento (Goetzbeger y Rommel, 1987) y no debe preverse ningún dispositivo adicional para su protección nocturna. Esta simplicidad de funcionamiento y montaje, así como su resistencia al congelamiento, han hecho que este tipo de colectores estén siendo día a día más utilizados, desplazando en muchos casos al tradicional sistema de colector plano, ya que este último, requiere una alta inversión inicial debido a su mayor complejidad tecnológica. (Barral y Wood, 1997)

Existen varios modelos de CSA, consistentes en general en tanques, o en tubos conectados en serie dentro de una caja aislada cubierta por una o varias superficies transparentes, pudiendo o no disponerse alguna superficie reflectante, dependiendo del diseño. La superficie exterior de los tanques o tubos, pintada de negro o con una superficie selectiva, absorbe la energía solar y el agua que se encuentra dentro de ellos, sacando provecho de su alta capacidad térmica, almacena la energía absorbida. Por el último tanque o tubo sale el agua que demanda el usuario, que es la que está más caliente por haber permanecido más tiempo dentro de la unidad, agua que es reemplazada automáticamente en el otro extremo (la entrada al colector) por agua fría proveniente de la red de suministro (Barral, 1997).

Desde 1997, se está ensayando un nuevo tipo de colector solar acumulador en el Laboratorio de Energía Solar de la ciudad de San Luis (Fasulo et al., 1997), el cual tiene la particularidad de consistir en un solo tanque, que no está contenido en una caja aislada, oficiando de aislante térmico el mismo sistema de cubierta que deja pasar los rayos solares. Aunque existen muchos modelos de CSA basados en un solo tanque (Reif, 1983) no se han encontrado antecedentes bibliográficos de modelos similares al descripto en este trabajo. El sistema total consiste en un tanque cilíndrico de acero inoxidable, colocado sobre el techo en forma vertical (ver Fig. 1), en el cual el agua caliente que se demanda sale por la parte superior y es reemplazada por agua fría que entra al tanque por el fondo en su eje central, proveniente de un tanque de almacenamiento. El sistema de cubierta está compuesto por una, dos o tres superficies de policarbonato alveolar, material que ha probado reunir muy buenas características para aplicaciones solares, y en particular presentando como ventajas ante el vidrio su alta resistencia al impacto y su bajo peso específico (Lenel y Mudd, 1984).

Estos modelos de CSA han sido ensayados durante algunos años, utilizando distintas variantes en lo que respecta a volumen del tanque, cantidad de cubiertas de policarbonato y distintas configuraciones (Fasulo et al., 1998). El estudio ha sido básicamente experimental, a partir del análisis de la energía absorbida por el colector y la capacidad de provision de agua caliente. A tal fin se montó un sistema de varias termocuplas en distintos lugares del sistema y se realizaron mediciones sistemáticas en función a extracciones de agua programadas durante distintas horas del día. Los colectores solares de placa plana, dada la pequeña cantidad de agua que contienen, presentan la posibilidad de considerar su funcionamiento como el de estado estacionario.

Entonces es posible determinar su comportamiento térmico a partir de ensayos de corta duración (Duffie y Beckman, 1991), esto no es posible con los CSA por su gran masa térmica y es necesario prever ensayos de larga duración para precisar el comportamiento de los mismos en las condiciones climáticas a que estén sometidos (Faiman, 1984). Bajo esta hipótesis de trabajo, las experiencias sobre estas unidades se extendieron durante varios meses.

Dado que uno de los principales problemas de los colectores solares acumuladores es su elevada pérdida energética, debido a la exposición del elemento de almacenamiento al medio ambiente (Tripanagonstopoulos y Yianoulis, 1992) se ha realizado un estudio de dichas pérdidas (Fasulo et al., 2000) para poder identificar los puntos críticos del sistema y hacia donde deberían apuntarse las mejoras para la conservación de la energía.

En este trabajo se detallan las experiencias llevadas a cabo entre los años 1997 a 2000, se describe la metodología utilizada y se presentan resultados en tablas y gráficos, remarcando los aspectos vinculados a la temperatura del agua caliente obtenida, eficiencias, y pérdidas térmicas nocturnas, para los distintos sistemas ensayados.

Se observa que el funcionamiento es satisfactorio, lográndose buenos resultados, comparables a los de los calefones convencionales, durante unos seis meses centrados en el verano. Para el resto del año, puesto en serie con un calefón convencional, se encuentra que permite bajar el consumo de la energía convencional empleada, al elevar la temperatura del agua fría de entrada.

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