PROYECTO VEnerga Solar Trmica

FRANKLIN MARTIN ROMERO JARRO

Unidad Acadmica de Ingeniera de Sistemas, Elctrica y Electrnica, Universidad Catlica de CuencaCuenca, Ecuador

franklinsupre@hotmail.com

Resumen La energa solar es un tipo de energa renovable y limpia, perteneciente al grupo de energas consideradas verdes, las cuales provienen de fuentes respetuosas con el medio ambiente, ya que no inciden sobre l de manera negativa. La potencia de la radiacin solar vara de acuerdo al momento del da, las condiciones atmosfricas y la latitud. La radiacin solar nunca ser igual a lo largo de un ao, ya que muy probablemente disminuir durante el invierno (que es la poca del ao en la cual solemos requerir la mayor cantidad de energa). De modo que ha de tenerse en cuenta que esta energa est sometida a permanentes fluctuaciones. La radiacin solar puede ser aplicada a travs de tecnologas (obteniendo de este modo energa trmica y elctrica).

Palabras clave: sol, trmico, colector, electricidad, temperatura

INTRODUCCION El objetivo esencial de cualquier sistema trmico solar es captar la energa que proviene del sol para transformarla y transportarla de la manera ms econmica y eficaz posible. Las aplicaciones del aprovechamiento solar pueden ser directas, en forma de calor, o bien indirectas, utilizando este calor para obtener trabajo mecnico en un eje y finalmente electricidad.

Entre las tecnologas existentes, hay tres que destacan por su grado de desarrollo: los sistemas de colectores cilindro parablicos (CCP), los sistemas de receptor central (SRC) o sistemas de torre central (STC), y los discos parablicos (DP) o ms propiamente, paraboloides de revolucin. Tambin existen los sistemas de concentradores parablicos compuestos (CPC), que a pesar de no estar ampliamente desarrollados en cuanto a tecnologa se refiere, merecen una mencin.

Los primeros y los ltimos concentran la radiacin solar en un eje (dos dimensiones), mientras que los sistemas de torre y los discos parablicos lo hacen en un punto (tres dimensiones), pudiendo alcanzar por ello mayores relaciones de concentracin. Aunque los campos de aplicacin de los Sistemas Termosolares de Concentracin (CSTS) son diversos, es en los campos de generacin de electricidad, vapor de proceso o de ambos simultneamente, donde estos sistemas han alcanzado su mayor grado de desarrollo, dando lugar a Centrales Energticas Termosolares (CETS). Las CETS son, entre los sistemas basados en el aprovechamiento de las energas renovables, uno de los de mayor potencial de contribucin a la satisfaccin de la demanda energtica, especialmente en las regiones situadas en el llamado cinturn solar, que son aquellas que se encuentran entre las latitudes 35 norte y 35 sur. Adems, constituyen el medio ms econmico para la generacin de electricidad a partir de la energa solar.

COLECTORES SOLARES Los colectores solares son dispositivos utilizados para colectar, absorber y transferir energa solar a un fluido, que puede ser agua o aire. La energa solar, puede ser utilizada para calentar agua, para sistemas de calefaccin o para climatizacin de piscinas. Desde su primera invencin, hace 120 aos, se han desarrollado diversas formas de colectores solares trmicos, que van de los colectores planos a los colectores parablicos y helistatos. Se estima que en todo el mundo, el rea instalada de colectores solares supera los 58 x 106 m2.

El uso de colectores solares con este fin es muy bajo en contraste con otros pases como los europeos y China Para calentar agua a temperatura media, para calefaccin de espacios y para procesos industriales, las aplicaciones ms utilizadas son los colectores planos, en los cuales el rea de la superficie absorbedora es la misma que el rea total del colector; o tubulares, en los que el absorbedor se encuentra dentro de un tubo de vidrio al vaco. Estos ltimos pueden incluir, ya sea dentro o fuera del tubo, espejos cilindro-parablicos para centrar la energa solar en el absorbedor.

Fig. 1 Colector Solar Temperaturas de 40 a 70 C son alcanzadas fcilmente por los colectores planos; el uso de superficies selectivas y reflectores junto a la retencin de calor, hace que los colectores de tubos de vaco alcancen temperaturas significativamente ms elevadas. Un colector necesita ser seleccionado cuidadosamente de acuerdo a la temperatura del fluido que debe proporcionar, para la aplicacin prevista y de acuerdo al clima del lugar en el cul va a estar emplazado. Un colector diseado para aplicaciones en las que se necesitan fluidos a alta temperatura no resulta ms eficiente cuando operan a bajas temperaturas.

TIPOS DE COLECTORES Colectores de placa plana con cubierta (Glazed flat-plate collectors). Colectores Concentradores Parablicos Compuestos (CPC) Estacionarios. Colectores de placa plana sin cubierta (Unglazed flat-plate collectors). Colectores de tubos de vaco (Evacuated-tube collectors).

A. Colectores de placa plana con cubierta

Los colectores de placa plana son los ms usados para calentar agua en los hogares y para los sistemas de calefaccin. Un colector de placa plana se compone bsicamente de una caja metlica con aislamiento con una cubierta de vidrio o de plstico (la ventana) y de una placa absorbedora de color oscuro. La radiacin solar es absorbida por la placa que est construida de un material que transfiere rpidamente el calor a un fluido que circula a travs de tubos en el colector (Fig. 2).

Este tipo de colectores, calientan el fluido que circula a una temperatura considerablemente inferior a la del punto de ebullicin del agua y son los ms adecuados para aplicaciones donde la demanda de temperatura es de 30-70 C. Son los ms utilizados para calentar agua en sistemas domsticos y comerciales y en piscinas cubiertas.

Un colector de placa plana consiste en un absorbedor, una cubierta transparente, un marco, y aislacin. La cubierta transparente transmite una gran cantidad de la luz de onda corta del espectro solar y al mismo tiempo, slo deja pasar muy poca radiacin de onda larga (calor emitido por el absorbedor) produciendo un efecto invernadero. Adems, la cubierta transparente evita que el viento y las brisas se lleven el calor colectado (conveccin).

Junto con el marco, la cubierta protege el absorbedor de las condiciones meteorolgicas adversas. Tpicamente el marco est fabricado de materiales de aluminio y de acero galvanizado, tambin se utiliza plstico reforzado con fibra de vidrio. La aislacin en la parte posterior del absorbedor y en las paredes laterales reduce las prdidas de calor por conduccin.

Esta aislacin es por lo general de la espuma de poliuretano, lana mineral, fibra de lana de vidrio, etc. Estos colectores demostraron poseer una muy buena relacin precio/calidad y tienen una amplia gama de posibilidades para su montaje (en el techo, como parte del techo, o solos).

Fig. 2 Esquema del colector de placa plana con cubierta

Fig. 3 Foto de un colector solar de placa plana con cubiertaB. Colectores CPC estacionarios

Su funcionamiento e instalacin es exactamente la misma que los colectores de placa plana convencionales. Estos colectores poseen un sistema de concentracin de radiacin solar tipo Concentradores Parablicos Compuestos, para obtener temperaturas ms elevadas y un mayor rendimiento. Estas caractersticas se deben a que el rea de prdidas es menor al rea de coleccin logrando una minimizacin de las prdidas y alcanzando un rendimiento cercano al 50% (Fig. 4). Son colectores concentradores, de alto rendimiento y alta calidad, de patente portuguesa.

Fig. 4 Esquema de un colector CPC

Fig. 5 Marcha de Rayos en un colector tipo CPC (Gentileza AO Sol)

Fig. 6 Foto de un colector solar tipo CPC estacionarioC. Colectores de placa plana sin cubierta

Este tipo de colectores, sencillos y baratos, consisten en un absorbedor pero carecen de la cubierta transparente. No incluyen ningn aislamiento adicional, de manera que la ganancia de temperatura queda limitada a unos 20 C sobre la del aire del ambiente, son los ms adecuados para aplicaciones de baja temperatura. Actualmente, son utilizados para la calefaccin de piscinas al aire libre, pero existen otros mercados, incluidos los de calefaccin de temporada en las piscinas cubiertas, calefaccin de agua para lavar coches, y calefaccin del agua utilizada en piscicultura.

Tambin existe un mercado potencial de estos colectores para calentamiento de agua en lugares remotos, como campamentos de verano. Los absorbedores de estos colectores son generalmente de plstico negro tratado para resistir la luz ultravioleta, o estn construidos por tubos de metal o plstico recubiertos de pigmentos ennegrecidos por los que circula el agua (Fig. 7). Dado que estos colectores no tienen cubierta, una gran parte de la energa solar absorbida se pierde principalmente por conveccin.

Fig. 7 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

D. Colectores de tubos de vaco

Estos colectores se componen de un conjunto de tubos de vaco (o evacuados) cada uno de los cuales contienen un absorbedor (generalmente una plancha de metal con tratamiento selectivo o de color negro), el cual recoge la energa solar y la transfiere a un fluido portador (calo-portador). Gracias a las propiedades aislantes del vaco, las prdidas de calor son reducidas y pueden alcanzarse temperaturas en el rango de 77 C a 177 C. De esta manera, este tipo de colectores resultan particularmente apropiados para aplicaciones de alta temperatura.

Por su forma cilndrica, aprovechan la radiacin de manera ms efectiva que los colectores planos, al permitir que los rayos de sol incidan de forma perpendicular sobre los tubos durante la mayor parte del da. Estos colectores son hasta unos 30% ms eficientes que los colectores planos, pero son bastante caros, por unidad de superficie suelen costar aproximadamente el doble que un colector de placa plana. En los ltimos aos la China ha perfeccionado la construccin de este tipo de colectores a precios competitivos con los colectores planos y ha entrado a competir con xito en el mercado mundial. En la actualidad la China est produciendo el 70 % de los colectores usados a nivel mundial.

Estn bien adaptados para aplicaciones industriales de calefaccin y tambin puede ser una alternativa eficaz a los colectores de placa plana para la calefaccin domstica, especialmente en regiones donde hay poca radiacin o escasa heliofana. La tcnica de vaco utilizada por los fabricantes de tubos fluorescentes, entre otros, se ha desarrollado hasta el punto de hacer rentable la produccin en masa y la comercializacin de sus equipos. Mediante la aplicacin de esta tecnologa, ha sido posible la construccin de los colectores solares de vaco que se comercializan en la actualidad y el mantenimiento de su elevado vaco. Debido a sus caractersticas geomtricas, reciben el nombre de colectores de tubos de vaco. Existen dos tipos de colectores tubulares de vaco, segn sea el mtodo empleado para el intercambio de calor entre la placa y el fluido caloportador:

De flujo directo. Con tubo de calor (heat pipe)

1) De Flujo Directo: estos consisten en un grupo de tubos de vidrio dentro de cada uno de los cuales hay una aleta de aluminio absorbedor, conectada a un tubo de metal (normalmente cobre) o tubo de vidrio. La aleta posee un recubrimiento selectivo que absorbe la radiacin solar, e inhibe la prdida de calor radiativo. El fluido de transferencia de calor es el agua y se distribuye a travs de las tuberas, una para la entrada del lquido y el otro para la salida de fluidos (Fig.8). Los colectores de tubos de vaco de corriente directa vienen en varias variedades de acuerdo al tipo de tubera utilizada.

Fluido concntrico de entrada y salida (vidrio-metal). Estos utilizan un nico tubo de vidrio. Dentro de este est la tubera de cobre adosada a la aleta. Este tipo de construccin permite que cada una de las tuberas roten para otorgar el ngulo de inclinacin deseado y permitir la mxima absorcin en la aleta, aun cuando el colector se monta horizontalmente. El diseo de vidrio y metal es eficiente, pero pueden tener problemas, las diferentes tasas de expansin trmica del vidrio y los tubos de metal pueden hacer que la juntura entre ellos se debilite y provocar una prdida de vaco. Sin el vaco, la eficiencia de estos colectores no es mejor, y puede ser peor que la de un colector de placa plana.

Tuberas de entrada y salida separadas (vidrio-metal). Este es el tipo tradicional de colectores de tubos de vaco. El absorbedor puede ser plano o curvo. Como en el caso del diseo de tubos concntricos, la eficiencia pueden ser muy elevados, sobre todo cuando se requieren temperaturas de trabajo relativamente bajas. La posible prdida de vaco despus de algunos aos de funcionamiento vuelve a ser el inconveniente.

Dos tubos de vidrio fundido juntos en un extremo (vidrio-vidrio). El tubo interior est revestido con un absorbedor integrado cilndrico de metal. En general no son tan eficientes como los tubos de vidriometal, pero son ms baratos y tienden a ser ms confiables. Para aplicaciones de muy alta temperatura, los tubos de vidrio-vidrio pueden ser ms eficientes que sus homlogos de vidrio y el metal.

Fig. 8 Principio de Funcionamiento Tubo de Flujo Directo

Fig. 9 Colector de tubo de vaco de flujo directo Fig. 10 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

Fig. 11 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

2) Con Tubo de Calor (Heat Pipe): en este sistema los tubos de vaco llevan un fluido vaporizante que no puede salir del interior del tubo y que funciona como caloportador. Este fluido se evapora por efecto de la radiacin solar, asciende hasta el extremo superior del tubo que se encuentra a temperatura inferior, esto hace que el vapor se condense, ceda su energa y retorne a su estado lquido cayendo por accin de la gravedad a la parte inferior del tubo, donde al recibir ms radiacin, vuelve a evaporarse y comienza un nuevo ciclo (Fig. 12). Los tubos de calor son considerados como los superconductores del calor, debido a su muy baja capacidad calorfica y a su excepcional conductividad (miles de veces superior a la del mejor conductor slido del mismo tamao). El uso del tubo de calor est muy extendido en la industria y, basndose en este principio de funcionamiento se fabrican los actuales colectores de vaco con tubo de calor.

Fig. 12 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

Fig. 13 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

Fig. 14 Foto de un colector de placa plana sin cubierta

Una ventaja del sistema de tubos de calor sobre el de flujo directo es la conexin "seca" entre el absorbedor y la cabecera, lo que hace ms fcil la instalacin y tambin significa que los tubos se pueden cambiar sin vaciar el fluido de todo el sistema (Fig. 14). Un inconveniente de estos colectores con tubos de calor es que deben ser montados con un ngulo mnimo de inclinacin de alrededor de 25 con el fin de permitir que el fluido interno de la tubera de calor retorne a la zona de absorcin de calor, en cambio los de flujo directo pueden ser instalador de manera horizontal.

USOS Y APLICACIONES La energa solar trmica es una alternativa muy interesante en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria, la calefaccin, la climatizacin de piscinas, o la produccin de calor en multitud de procesos industriales. A la larga lista de usos plenamente probados y contrastados tras varias dcadas de experiencia, hay que aadir otros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrollo a corto y medio plazo, como es el caso de la refrigeracin de ambientes por medio de procedimientos solares.

A. Produccin de agua caliente sanitaria

El agua caliente sanitaria es, despus de la calefaccin, el segundo consumidor de energa de nuestros hogares: con un 20% del consumo energtico total. La cantidad de energa que dedicamos a satisfacer estas necesidades es lo suficientemente importante como para detenernos por un momento a considerar cul es el sistema de agua caliente que mejor se ajusta a nuestras circunstancias.

Fig. 15 Produccin de agua caliente

En la actualidad la energa solar trmica ofrece una solucin idnea para la produccin de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completamente madura y rentable. Entre las razones que hacen que esta tecnologa sea muy apropiada para este tipo de usos, cabe destacar los niveles de temperaturas que se precisan alcanzar (normalmente entre 40 y 45 C), que coinciden con los ms adecuados para el buen funcionamiento de los sistemas solares estndar que se comercializan en el mercado. Adems, hacemos referencia a una aplicacin que debe satisfacer a lo largo de todo el ao, por lo que la inversin en el sistema solar se rentabilizar ms rpidamente que en el caso de otros usos solares, como la calefaccin, que slo tienen utilidad durante los meses fros.

Con los sistemas de energa solar trmica hoy en da podemos cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del ao; un porcentaje que puede ser superior en zonas con muchas horas de sol al ao.

Para satisfacer la mayor parte de las necesidades de agua caliente, el propietario de una vivienda familiar tendr que instalar una superficie de captacin de 2-4 m2 y un depsito de 100-300 litros, en funcin del nmero de personas que habiten en la vivienda y la zona climtica en la que se encuentre.

B. Sistemas de calefaccin

La posibilidad de satisfacer, al menos parcialmente, la necesidad de calefaccin de edificios por medio de la energa solar constituye siempre un potencial atractivo, mxime si tenemos en cuenta el elevado coste que tiene mantener una temperatura agradable en una vivienda durante los meses de invierno.

Gracias a los ahorros de energa de ms del 25% que se pueden llegar a alcanzar, en el centro y en el norte de Europa resulta muy habitual emplear este tipo de instalaciones para cubrir parte de la demanda de calefaccin. Adems, estos equipos suelen ser compatibles con la produccin de agua caliente sanitaria, existiendo elementos de control que dan paso a la calefaccin una vez que se han cubierto las necesidades de agua caliente, o bien aprovechando el calor del fluido que circula en el captador para calentar el espacio cuando la calefaccin funciona a temperaturas menos elevadas.

El principal inconveniente con el que se encuentran los usuarios que optan por un sistema de calefaccin de estas caractersticas es la temperatura de trabajo a alcanzar. Mientras las instalaciones de calefaccin convencionales abastecen los radiadores de agua con temperaturas entre 70 y 80 C, los captadores de energa solar de placa plana convencionales (sin ningn tipo de tratamiento selectivo en el absorbedor) no suelen trabajar a temperaturas superiores a los 60 C, por lo que slo se utilizan para precalentar el agua.

La mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es combinndolos con un sistema de suelo radiante, el cual funciona a una temperatura muy inferior a la de los radiadores (entre 30 y 40 C), exactamente el rango idneo para que los captadores trabajen con un alto rendimiento. Otra opcin cada vez ms utilizada en zonas de climas fros es la de instalar captadores de vaco que, aunque resultan ms costosos, trabajan a temperaturas superiores a los 70 C. Este

C. Climatizacin de piscinas

La climatizacin del agua para piscinas constituye otra aplicacin interesante de la energa solar, tanto si se trata de instalaciones cubiertas como a la intemperie. Estas ltimas merecen especial atencin al existir en gran nmero y al conseguir resultados ms que satisfactorios con sistemas sencillos y baratos.

Fig. 16 Produccin de agua caliente para piscinas

De hecho, resulta bastante econmico lograr una temperatura estable y placentera en piscinas al aire libre. En primer lugar porque, al circular el agua de la piscina directamente por los captadores solares, no es necesario utilizar ningn tipo de intercambiador de calor ni de sistema de acumulacin. Y en segundo lugar, porque la temperatura de trabajo suele ser tan baja (en torno a los 30 C) que permite prescindir de cubiertas, carcasas o cualquier otro tipo de material aislante. De esta manera, se consigue reducir el precio del captador sin excesivo prejuicio en su rendimiento.

La utilizacin de la energa solar para climatizar piscinas cubiertas tambin es otra opcin interesante. Estos sistemas son algo ms complejos que los empleados en piscinas al aire libre, pero al mismo tiempo perfectamente compatible con otras aplicaciones de aprovechamiento solar. Lo habitual en estos casos es que se empleen captadores de placa plana con un sistema formado por un doble circuito e intercambiadores combinables con la produccin de agua caliente sanitaria y la calefaccin.

Las piscinas cubiertas deben contar con una fuente energtica de apoyo, a la vez que ser recomendable planificar su operacin, debido a los largos periodos que se requieren para calentar la totalidad del agua con el sistema solar.

D. Refrigeracin en edificios

La demanda energtica para la refrigeracin de edificios con el fin de lograr unas condiciones de confort aceptables en verano y parte de la primavera y otoo, aumenta considerablemente ao tras ao en los pases desarrollados. Pese a que la mayor parte de instalaciones para acondicionar el ambiente funcionan mediante equipos elctricos, cada vez existen ms opciones en el mercado basadas en energa solar.

El aprovechamiento de la energa solar para producir fro es una de las aplicaciones trmicas con mayor futuro, pues las pocas en las que ms se necesita enfriar el espacio coinciden con las que se disfruta de mayor radiacin solar. Adems, esta alternativa a los sistemas de refrigeracin convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalaciones solares durante todo el ao, emplendolas en invierno para la calefaccin y en verano para la produccin de fro.

Las medidas puestas en marcha por las principales asociaciones del sector, junto a los avances que se han producido durante los ltimos aos en este campo, permiten ser optimista de cara al futuro. Segn las previsiones disponibles en estos momentos, la demanda de refrigeracin solar crecer de manera significativa en los prximos aos. Unas expectativas que vienen a corroborar que la tecnologa solar para producir fro ya est madura desde el punto de vista tecnolgico y ambiental, y lo que es ms importante, tambin desde el punto de vista econmico.

Fig. 17 Refrigeracin de edificios

De las diversas frmulas de aprovechar el calor solar para acondicionar trmicamente un ambiente, la ms viable en trminos de coste de la inversin y ahorro de energa es la constituida por el sistema de refrigeracin por absorcin, utilizada en el 60% de los casos. El funcionamiento de estos equipos se basa en la capacidad de determinadas sustancias para absorber un fluido refrigerante. Como absorbentes se utilizan principalmente el amoniaco o el bromuro de litio, mientras que como lquido refrigerante es el agua el ms recomendado.

La diferencia fundamental entre un sistema de refrigeracin convencional respecto a los utilizados con tecnologa solar radica en la fuente de energa que ambos precisan para operar. En el caso del refrigerador solar por absorcin, la energa elctrica requerida en el sistema de compresin se suplanta por una adicin de calor.

E. Usos en la industria

Las posibilidades que ofrece la energa solar trmica son extraordinariamente amplias, apareciendo cada da nuevas aplicaciones para su aprovechamiento. Como no poda ser de otra manera, la energa del Sol tambin reporta importantes beneficios en el mbito de la industria, de modo especial en los procesos que requieren un considerable caudal de calor para secar, cocer, limpiar o tratar ciertos productos.

Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para desempear sus actividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtencin de pastas qumicas en la industria papelera, baos lquidos de pintura para la limpieza y desengrasado de automviles, limpieza y desinfeccin de botellas e infinidad de envases, secado de productos agrcolas, tratamiento de alimentos, suelo radiante para granjas o invernaderos, y un largo etctera.

Entre los sistemas basados en la energa del Sol que ms se utilizan con fines industriales debemos hacer hincapi en los secadores solares y el precalentamiento de fluidos:

1)Secaderos solares: en procesos de secado de semillas, tabaco, etc., as como en procesos de secado de madera, pescado los sistemas solares ofrecen una solucin muy apropiada. Mediante grandes tubos que actan como captadores solares de aire, es posible precalentar y elevar la temperatura en una planta industrial del orden de 10 a 15 C, lo que es suficiente en la mayora de los procesos de secado. En estos mbitos, los captadores de aire presentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o problemas de congelacin.

2) Precalentamiento de fluidos: es factible la utilizacin de la energa solar (mediante captadores de baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obtenindose importantes ahorros energticos. Los elementos y diseos para esta aplicacin pueden ser los mismos que los utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas de aprovechamiento de la energa solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.

F. Otras aplicaciones

El aprovechamiento de la energa solar encuentra cada da nuevos usos que amplan el radio de accin a mbitos ms all de la vivienda o la industria. Gracias al ingenio y perspicacia de algunos fabricantes, continuamente aparecen en el mercado nuevas aplicaciones que parecan impensables slo hace algunos aos. Entre ellas, queremos destacar las cocinas solares, que ya han encontrado utilidad a nivel comercial con equipos porttiles que resultan muy apropiados para pasar un estupendo da de campo al aire libre. Antes de que se les diera esta utilidad, estos simples artefactos haban sido, y siguen siendo, muy tiles para el cocinado de alimentos y la pasteurizacin de agua en pases subdesarrollados. Las cocinas solares evitan el consumo de grandes cantidades de lea y reducen el riesgo de enfermedades ocasionadas por el mal estado de las aguas en regiones especialmente castigadas por la pobreza en frica, Asia o el sur de Amrica.

ASPECTOS TCNICOS Antes de comenzar este apartado resulta ineludible precisar que hay muchas maneras de aprovechar la energa trmica de los rayos solares, y que dependiendo del uso y la tecnologa utilizada, podremos conseguir resultados muy diversos: desde el calentamiento de agua para fines domsticos, pasando por la produccin de calor en procesos industriales, hasta la generacin de electricidad en pequeas centrales, o incluso en grandes plantas de produccin elctrica.

Siendo los sistemas de baja temperatura los que mayor implantacin tienen en la actualidad, ya que se basan en una tecnologa completamente desarrollada y comercializada a todos los niveles, a lo largo de esta gua nos hemos centrado fundamentalmente en este tipo de instalaciones. Pero no por ello podemos olvidar la existencia de otros sistemas de energa solar trmica que han experimentado avances muy significativos durante los ltimos aos y que cuentan con grandes expectativas de cara al futuro. Aunque sera demasiado pretencioso por nuestra parte intentar abordar en tan slo unas pocas pginas todas las tecnologas que existen para aprovechar la energa que nos regala el Sol de forma cotidiana, s parece conveniente esbozar someramente cules son las tecnologas basadas en la energa trmica que estn desarrollndose en estos momentos y qu fines persiguen.

A. Tecnologas de baja temperatura

La energa solar denominada de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbito domstico y suele instalarse en azoteas de vivienda o edificios comerciales. El procedimiento en el que se basan estos sistemas de captacin solar es muy simple, pero a la vez de gran utilidad para el hombre por los servicios que ofrece en multitud de aplicaciones.

Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de energa solar en los que el fluido calentado no sobrepasa los 100 C. Estas instalaciones se caracterizan por emplear como elemento receptor de energa un captador fijo de placa plana o un captador solar de vaco.

Como ya se ha comentado en anteriores ocasiones, entre las utilizaciones ms extendidas basadas en esta fuente de energa de baja temperatura figuran la produccin de agua caliente sanitaria, la calefaccin de edificios, la climatizacin de piscinas, etc.

B. Tecnologas de media y alta temperatura

La tecnologa de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieren temperaturas ms elevadas de trabajo. A partir de los 80 C los captadores planos convencionales presentan rendimientos bajos y cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 250 C debe acudirse a otro tipo de elementos de captacin.

Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que concentren la radiacin solar mediante lentes o espejos parablicos. Los ms desarrollados en la actualidad son los captadores cilindro-parablicos, que se valen de espejos para calentar un fluido hasta producir el vapor que nos permita mover una turbina. De esta forma, la energa trmica se convierte en energa mecnica.

En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza, principalmente, es aceite o soluciones salinas porque nos permite trabajar a temperaturas ms elevadas. Adems, estos sistemas de concentracin requieren un seguimiento continuo del Sol, ya que slo aprovechan la radiacin directa.

Por ello, en las tecnologas de media temperatura son muy comunes los equipos de seguimiento en el eje Norte-Sur o Este-Oeste. Tambin existen ejemplos con seguimiento en todas las direcciones, aunque los mecanismos correspondientes se complican en exceso, por lo que no suele ser una solucin demasiado adecuada para este tipo de sistemas de captacin.

Las aplicaciones ms usuales en las instalaciones de media temperatura que se han realizado hasta la fecha, han sido la produccin de vapor para procesos industriales y la generacin de energa elctrica en pequeas centrales de 30 a 2.000 kW. Tambin existen ejemplos de otras aplicaciones tales como la desalinizacin o la refrigeracin mediante energa solar.

Fig. 18 Receptor solar

En las tecnologas de alta temperatura, la radiacin solar puede servir para la generacin de electricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor en energa mecnica y posteriormente en energa elctrica, se consiguen altas capacidades en la produccin de electricidad.

Las instalaciones solares de alta temperatura, tambin conocidas como termoelctricas, se basan en procesos tecnolgicos parecidos a los utilizados en instalaciones de media temperatura, pero eso s, con una mayor capacidad para concentrar los rayos del Sol, as como para alcanzar temperaturas ms elevadas.

Fig. 19 Cilindro parablico

En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por medio de un gran nmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o un tubo de vidrio dispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de calentar un fluido hasta convertirlo en vapor. Gracias a la elevada presin alcanzada es posible accionar una turbina, que a su vez impulsar un generador elctrico.

Las instalaciones que han conseguido un mayor desarrollo con este tipo de tecnologas son las Centrales Torres, formadas por un campo de espejos (helistatos) que realizan un seguimiento del Sol en cualquier direccin para reflejar la radiacin sobre una caldera independiente y situada en lo alto de una torre central y los sistemas cilindro-parablicos, que reflejan la energa procedente del Sol en un tubo que circula a lo largo de la lnea focal del espejo.

Fig. 20 Discos Parablicos

CONCLUSIONES

El uso de la energa solar para aplicaciones tecnolgicas es un campo que se est desarrollando, por lo que es muy importante que desde pases con aos de experiencia en el campo de la energa solar se apoye y se ayude al desarrollo de nuevos proyectos.

En los ltimos aos se est produciendo un aumento notable de instalaciones de energa solar trmica en el mundo; los avances tecnolgicos permitieron la fabricacin de sistemas de mejor calidad y a menor costo y la sociedad est entendiendo la necesidad de sustituir los combustibles fsiles.

Los sistemas solares trmicos constituyen una alternativa muy adecuada para el aporte energtico en la edificacin: disponibilidad de una fuente de energa libre y gratuita en el mismo lugar del consumo, flexibilidad y modularidad de las instalaciones y la amplia autonoma.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Energia_Solar_Termica.pdf

http://www.inti.gob.ar/e-renova/pdf/colectores_solares_aguacaliente.pdf

http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/1516/1/15T00486.pdf