5. COLECTOR DE PLACA PLANA CON CUBIERTA

Todos los colectores planos, que están disponibles en el mercado son de absorbedores de metal dentro de una caja rectangular plana. Los colectores planos tienen un aislante térmico en la parte inferior y en los lados. En la parte superior tienen una cubierta transparente. De los dos tubos ligados para la alimentación y el retorno del fluido de transferencia térmica están colocados en la parte superior e inferior del colector.


Figura 5: Componentes de un colector plano con cubierta. 1. Perfil, 2. Sellante, 3. Cubierta transparente, 4. Caja – parte lateral, 5. Aislante, 6. Placa absorbedora, 7. Tubos por donde circula el agua, 8. Encaje, 9 Caja – parte inferior. [Fuente: Energía solar térmica]


5.1 Componentes y materiales de colectores de placa plana

· Absorbedor o placa negra:

La pieza principal de un colector plano es la placa abosorbedora. Esta consiste en una chapa metálica con buenas características de absorción de calor (fabricadas, por ejemplo, en aluminio o cobre en una superficie sola o en varias placas) con revestimiento negro o con revestimiento selectivo y tupos de tranferencia de calor (usualmente el material utilizado es el cobre) ligados a el colector.

La función de esta placa es absorber la radiación solar y transferir el calor al fluido que está circulando por los tubos.

La optimización de la placa absorbedora es posible a través del tratamiento de la placa metálica, con un revestimiento de pintura negra común o selectiva. Un revestimiento selectivo es formado por una estructura con diferentes camadas que mejoran la calidad de la placa metálica.

Generalmente los revestimientos selectivos más utilizados son de tratamiento electroquímico, como es el caso del cromo-negro o níquel-negro. Lo último en revestimiento con mayor absorción de energía para temperaturas elevadas o bajos niveles de irradiación solar es el TiNOx (revestimiento por deposición física del tipo “sputtering”). Este proceso se caracteriza por presentar un pajo consumo de energía y menores impactos ambientales que usualmente son creados a través del cromado.

Materiales

La placa absorbedora esta hecha de una lamina de Aluminio, con una espesura de 0.2mm. Tuberías de cobre en tipo parrilla de ½ y dos tuberías de Cu de ¾, uno para la entrada del agua fría de la red de distribución y el otro para la salida del agua caliente al tanque almacenador.

Las tuberías de Cu de ½ son colocadas en paralelo y el sistema Omega Plus es utilizado para envolver casi toda la tubería de cobre y así aprovechar mejor la radiación de Sol, ver Figura 6.

En el Anexo A y B podremos conocer mas sobre las características y aleaciones del Aluminio y Cobre.


Figura 6: Placa absorbedora utilizada en los colectores solares en la ciudad de Arequipa. [Fuente: Aquecimento solar de água na cidade de Arequipa-Peru]

· Cobertura:

La cobertura de vidrio tiene la propiedad de reducir las perdidas de calor por convección y radiación para el ambiente, lo que provoca el llamado efecto estufa. El vidrio plano en Arequipa todavía es el más utilizado para cobertura de colectores planos, vidrio de 3-4 mm de espesor.

Colectores para las regiones de mayor altitud utilizan el vidrio duplo.

El montaje de vidrio a las diferentes cajas puede ocurrir sobre presión de perfiles metálicos empernados o rebitados. Los colectores fabricados en Arequipa, en su mayoría, utilizan el proceso de pegado de vidrio a perfiles de Aluminio por medio de materiales a base de silicona. El pegado del vidrio tiene la finalidad de impedir la entrada de agua, polvo e insectos dentro de la caja colectora.

· Aislante:

Las perdidas de calor en las partes posteriores y laterales de una placa absorbente pueden ser reducidas por una camada de material aislante. Este material debe tener una conductividad térmica baja, mantener su forma y soportar temperaturas y cargas encontradas durante la operación del colector.

La mayoría de los fabricantes utilizan espuma de poliuretano, otros fabricantes utilizan fibra de vidrio.

El poliuretano puede ser liquido o en planchas, con una espesura de 25mm.

Ver en Anexo C las características del poliuretano, así como una comparación con otros materiales que pueden ser usados como aislantes térmicos (fibra de vidrio, lana mineral, etc).

· Caja Colectora:

La función de la caja colectora es la de contener todo el conjunto. Como los esfuerzos mecánicos son reducidos, no es necesario grande resistencia. Generalmente la caja es colocada sobre un soporte de perfiles metálicos fijados en el suelo o en techo de las residencias.

La mayoría de los colectores solares disponibles en la ciudad de Arequipa utilizan Aluminio LH3001 de 1mm de espesura en la caja colectora. De este tipo fueron encontradas cajas de 0,5 y 1.0mm de espesor soldadas y rebitadas. Todavía es posible encontrar cajas de fierro pintadas externamente de negro. La chapa del fondo puede ser de aluminio o fierro galvanizado, algunos fabricantes usan el Nordes.

· Tanque:

Los primeros tanques fabricados en la ciudad de Arequipa fueron de fierro galvanizado. Actualmente estos tanques son formados por dos recipientes cilíndricos concéntricos de acero inoxidable, de tal modo construidos que el tanque interno se mantenga 6.7 cm alejado de las laterales y los topes. Este espacio es relleno con poliuretano de alta densidad. Otros tanques utilizan fibra de vidrio y poliuretano juntos.

El recipiente externo es construido de acero inoxidable brillante 304, con 0.2 o 0.3 mm de espesor y finalmente protegidos con el aislante térmico. Este recipiente actúa como un medio de protección a las condiciones externas (lluvia, corrosión, humedad, etc.). Algunos fabricantes utilizan el acero inoxidable 430 de menor calidad, reemplazando al acero 304 o el aluminio anodizado.

El tanque interno es apoyado sobre una base semicircular. Este tanque es fabricado de acero inoxidable mate 304, con 2 o 1.5 mm de espesor.

El acero inoxidable 316 es fabricado a pedido por algunas empresas, en vista de su costo elevado comparado con los aceros 304 y 430. En el Anexo D encontraremos los diferentes tipos y calidades de los aceros inoxidables.

Actualmente muchos tanques son fabricados con una resistencia eléctrica y un termostato auxiliar, estos son empleados generalmente en los días nublados o cuando existe mucho consumo de agua caliente.

· Red de Distribución:

De sistemas de calentamiento hasta los puntos de agua caliente, existe una red de distribución constituida por una parte externa y por otra embutida en las paredes de la resistencia. Actualmente se utilizan las tabulaciones de tipo Hidro3.

Los usuarios que cambian el calentador solar por una ducha eléctrica, generalmente utilizan una red de distribución de agua caliente existente, y como la ducha eléctrica tiene un circuito eléctrico independiente, este puede ser prendido como back-up en días de mucha nubosidad.