Tema: Diferencias entre tubos de alto vacío con termosifón y sistema "Heat pipe"

Hola, compañeros:

En primer lugar agradeceros lo que me está sirviendo ojear este foro. Estoy aclarando muchas dudas de base leyendo los mensajes. No obstante, os hago otra pregunta que me ha quedado un poco sin aclarar:

Los tubos de alto vacío pueden ir con termosifón o mediante el sistema "Heat pipe":

- Termosifón: El agua se mueve por gravedad, por lo que el aparato deberá estar situado en la zona más alta posible, o será necesario instalar una bomba. Este sistema es más económico, salvo si hay que instalar la bomba.

- Heat pipe: Los tubos vana apresión, por lo que no es necesario que el equipo se encuentre instalado en zonas altas. Es más caro que el termosifón.

¿Es cierto esto, añadiríais algo más? Por otra parte, viendo un equipo de alto vacío, ¿Cómo puedo diferenciar si se trata de un sistema u otro?

He encontrado unos "Kits forzados" con tubos "heat pipe", pero esto me lía más aún.

Otra pregunta, en los equipos de alto vacío con sistema "heat pipe", cuando se rompe un tubo, el equipo no deja de funcionar ni pierde agua. En caso de no llevar este sistema, ¿perdería el agua?

Buenas, me voy a animar con una aportación técnica ya que este tema lo estudié en profundidad durante mi proyecto fin de carrera y en su día escribí una especie de artículo técnico que transcribo a continuación:

COLECTORES SOLARES DE TUBO DE VACÍO

La conversión de la energía radiante del sol en energía térmica lleva asociadas unas pérdidas por radiación, conducción y convección, cuyo efecto es la progresiva disminución del rendimiento a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre la placa absorbedora y el ambiente, según se expresa en la ecuación característica del colector.

La cubierta de vidrio (simple o doble), el tratamiento selectivo de la placa y la evacuación del aire en el interior del colector (vacío), son técnicas encaminadas a la reducción de las pérdidas en el colector y, en consecuencia, a la mejora de su eficiencia.

En la siguiente tabla se muestran valores típicos de los parámetros característicos eficiencia óptica (h0) y coeficiente general de pérdidas (UL), así como el rango normal de temperaturas de trabajo para distintos tipos de colectores:



A la vista de lo anterior, se observa que los colectores de vacío encuentran su principal aplicación en los sistemas de temperaturas intermedias (sistemas de acondicionamiento de aire, procesos industriales, etc.) y en lugares fríos con diferencias elevadas entre la temperatura del colector y la del ambiente; donde la mejora sustancial del rendimiento del sistema puede compensar el aumento de coste debido a su utilización.

Su reducido coeficiente de pérdidas los hace especialmente aptos para el aprovechamiento de la radiación solar difusa, manteniendo un rendimiento aceptable, no sólo a mediodía o en días soleados, sino también cuando el sol está bajo o el tiempo es frío y parcialmente nuboso.

El vacío no solo contribuye a la reducción de pérdidas, sino también a minimizar la influencia de las condiciones climáticas (condensación, humedad, etc) sobre los materiales empleados, evitando su rápido deterioro y mejorando así la durabilidad y el rendimiento global del sistema.

Mediante la aplicación de un vacío “ligero”, en torno a 0.001 atmósferas, se puede conseguir, esencialmente, la eliminación de las pérdidas por convección; mientras que es necesario un vacío “fuerte”, inferior a 10-6 atmósferas (<0.1 Pascal), si se desean eliminar también las pérdidas por conducción.

Debido a la presión atmosférica, que produciría fuerzas muy grandes al aplicarse a toda la superficie de la cubierta, y a los problemas técnicos relacionados con el sellado de la carcasa del colector, la construcción de un colector de vacío con la forma de uno convencional de placa plana, entraña gran dificultad.

Sin embargo, la técnica de vacío utilizada por los fabricantes de tubos fluorescentes, entre otros, se ha desarrollado hasta el punto de hacer rentable la producción en masa y la comercialización de sus equipos. Mediante la aplicación de esta tecnología, ha sido posible la construcción de los colectores solares de vacío que se comercializan en la actualidad y el mantenimiento de su elevado vacío (similar al de las lámparas o los tubos de TV). Debido a sus características geométricas, reciben el nombre de colectores de tubos de vacío.

Existen dos tipos de colectores tubulares de vacío, según sea el método empleado para el intercambio de calor entre la placa y el fluido caloportador:

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

Además del vacío en los tubos, estos colectores poseen un recubrimiento altamente selectivo de las superficies absorbentes, mejorando todavía más su rendimiento.

COLECTORES DE FLUJO DIRECTO

Básicamente el mismo principio de funcionamiento que los colectores planos convencionales pero al crear vacío se disminuyen las pérdidas y mejora la curva de rendimiento del colector.

COLECTORES CON TUBO DE CALOR (HEAT PIPE)

En éste tipo de colectores el intercambio de calor se realiza mediante la utilización de un tubo de calor cuyo funcionamiento se describe a continuación.

El tubo de calor:

El tubo de calor consiste en un tubo hueco cerrado por los dos extremos, sometido a vacío y con una pequeña cantidad de un fluido vaporizante (mezcla de alcohol) en su interior.

Cuando se calienta la parte del tubo donde se encuentra el fluido, éste se evapora absorbiendo el calor latente de vaporización.

Este vapor se desplaza hasta alcanzar la parte del tubo que se encuentra a menor temperatura, produciéndose allí su condensación y la consiguiente liberación del calor latente asociado a este cambio de estado.

El líquido retorna por capilaridad o debido a la acción de la gravedad (caso de los colectores solares) y el ciclo de evaporación-condensación se repite. Los tubos de calor son considerados como los “superconductores” del calor, debido a su muy baja capacidad calorífica y a su excepcional conductividad (miles de veces superior a la del mejor conductor sólido del mismo tamaño).

El uso del tubo de calor está muy extendido en la industria y, basándose en este principio de funcionamiento se fabrican los actuales colectores de vacío con tubo de calor.



El colector:

En este tipo de colectores la placa absorbedora de los tubos lleva adosado un tubo de calor. La radiación solar incidente calienta la placa y provoca la evaporación del fluido, absorbiendo calor y transfiriéndolo a la parte superior.

Allí el vapor se enfría (en un condensador especialmente diseñado) al paso del agua fría de la red, cediéndole su calor latente de condensación. El fluido condensado retorna a su posición original en la parte inferior del tubo de calor, debido a la acción del la gravedad, y el ciclo se repite.

Entre las características principales de los colectores de vacío con tubo de calor, caben destacar las siguientes:

i. Unión seca: el intercambio de calor se realiza en seco, es decir, sin contacto directo de los líquidos, lo que los hace particularmente adecuados en áreas con cualidades desfavorables del agua.

ii. Función diodo: la transferencia de calor se realiza siempre en un solo sentido, desde el absorbedor hacia el agua, y nunca al revés.

iii. Limitación de la temperatura: el ciclo de evaporación-condensación tiene lugar mientras no se alcance la temperatura crítica del fluido vaporizante, evitando así los riesgos de un aumento incontrolado de la temperatura en el interior de los tubos.

Gracias por la aportación. Entonces, ¿hablar de termosifón es lo mismo que hablar de flujo directo?

Yo creo que estás mezclando conceptos, el que en un colector solar el fluido circule por efecto termosifón no tiene nada que ver con que dicho colector sea plano o de tubo, conexión directa ó heat pipe.

Hola, Solarweb:

Gracias por tu ayuda.

Perdona por lo del otro hilo. He abierto dos distintos porque lo he considerado temas diferentes aunque hablen del mismo producto.

Madre mía, qué lío me estoy haciendo con todo esto.

En cuanto a este hilo, te explico un poco cómo lo entendía yo:

Por una parte tenía en cuenta el sistema directo y sistema indirecto: En el directo, el agua que pasa por la placa es la que se consume, y en el indirecto, la placa contiene un líquido con anticongelante que calienta el agua que pasa por otro circuito y que es la que se consume. En el caso de los tubos, el "heat pipe", ¿sería el sistema indirecto de los tubos de vacío?

Y ya el termosifón se me descuadra por completo, ya que pensaba que se trataba del sistema directo tanto en tubos como en placas.

En cuanto al otro hilo, mi duda es si existe riesgo de avería al instalar equipos para ACS en esta zona de mayor radiación. ¿Se debería instalar un vaso de expansión para prevenir?

Madre mía, qué cacao llevo más impresionante.

Muchísimas gracias por tu ayuda.

Iniciado por fourjoses

...
Por una parte tenía en cuenta el sistema directo y sistema indirecto: En el directo, el agua que pasa por la placa es la que se consume, y en el indirecto, la placa contiene un líquido con anticongelante que calienta el agua que pasa por otro circuito y que es la que se consume. En el caso de los tubos, el "heat pipe", ¿sería el sistema indirecto de los tubos de vacío?

Y ya el termosifón se me descuadra por completo, ya que pensaba que se trataba del sistema directo tanto en tubos como en placas.

Tienes un gran cacao, has establecido unas relaciones erróneas entre los conceptos directo/indirecto, termosifón/circulación forzada y tubos de vacío de flujo directo ó heat pipe.

Vayamos por partes, en cuanto a lo que has comentado de sistemas directos/indirectos es correcto pero no tiene ninguna relación con las distintas tecnologías de tubos de vacío ni con termosifón o circulación forzada.

Por ejemplo, podemos tener perfectamente un colector por tubos de vacío flujo directo calentando un fluido en el primario e intercambiando su calor al circuito secundario o consumo.

De igual modo podemos tener un heat-pipe calentando un fluido que irá directamente a consumo. Digamos que el intercambio se produce de manera indirecta en cada tubo ya que es el fluido vaporizante de su interior el que absorbe calor y lo cede al fluido que circula por la tubería de arriba. Esto es la base de funcionamiento pero no tiene nada que ver con que el sistema se diseñe con dos circuitos independientes o con uno sólo.

Por otro lado, termosifón es el efecto por el cual un líquido asciende al ganar temperatura, los sitemas diseños para trabajar en gracias a este efecto suelen ser soluciones compactas encaminadas a necesidades de ACS de viviendas unifamiliares.

Para grandes instalaciones lo común es circulación forzada, pero esto no tiene nada que ver con sistema directo/indirecto o tubos de vacío de flujo directo/heat pipe.

Espero haber aclarado en algo tus dudas.

Saludos,

Iniciado por solarweb

Tienes un gran cacao, has establecido unas relaciones erróneas entre los conceptos directo/indirecto, termosifón/circulación forzada y tubos de vacío de flujo directo ó heat pipe.

Vayamos por partes, en cuanto a lo que has comentado de sistemas directos/indirectos es correcto pero no tiene ninguna relación con las distintas tecnologías de tubos de vacío ni con termosifón o circulación forzada.

Por ejemplo, podemos tener perfectamente un colector por tubos de vacío flujo directo calentando un fluido en el primario e intercambiando su calor al circuito secundario o consumo.

De igual modo podemos tener un heat-pipe calentando un fluido que irá directamente a consumo. Digamos que el intercambio se produce de manera indirecta en cada tubo ya que es el fluido vaporizante de su interior el que absorbe calor y lo cede al fluido que circula por la tubería de arriba. Esto es la base de funcionamiento pero no tiene nada que ver con que el sistema se diseñe con dos circuitos independientes o con uno sólo.

Por otro lado, termosifón es el efecto por el cual un líquido asciende al ganar temperatura, los sitemas diseños para trabajar en gracias a este efecto suelen ser soluciones compactas encaminadas a necesidades de ACS de viviendas unifamiliares.

Para grandes instalaciones lo común es circulación forzada, pero esto no tiene nada que ver con sistema directo/indirecto o tubos de vacío de flujo directo/heat pipe.

Espero haber aclarado en algo tus dudas.

Saludos,

Ajá, ahora se me queda un poco más claro. Poco a poco voy viendo las cosas, jejeje.

En resumen. Por un lado tendríamos el sistema directo o indirecto, por otra parte tendríamos termosifón o sistema forzado y por otra parte, tendríamos los tubos que pueden ser flujo directo o "Heat Pipe" Por ejemplo, un equipo para ACS podría ser sistema directo (consumimos el agua que pasa por el circuito primario), termosifón (no precisamos de bombas) y con tubos de flujo directo (tubos abiertos) Aunque no cumpliría el CTE por ser sistema directo.

Muchísimas gracias de nuevo.

Hola Solarweb acabo de instalar tubos de vacio y me gustaria saber que suela tardar en obtener el acumulador la temperatura de los 85º (+,-), si tenemos una mañana de sol y la instalacion esta bien dimensionada.

gracias de ante mano y saludos

LOs equipos con tubos de vacío heat pipe, son presurizados, y siguen funcionando aunque se rompiera un tubo, y si son sin presión, el agua de consumo entra en los tubos, por lo que si se rompiera un tubo se saldría toda el agua de estos y seguiría tirando hasta que cerraras el grifo de entrada.
y además al no tener la presión en el depósito, necesitas una bomba con un presostato que te de presión en los grifos.

Si quieres un presupuesto mimelo.

saludos

Anpasol - Tu Energia Solar en Malaga

gracias anpasol por tu respuesta, estaba pensando que nadie iba a contestar, pero me ha dado cuenta que no habia puesto que los tubos eran de HEAT PIPE, ni alguna referencia mas que si detallo ahora.

La pregunta mia era por si sabeis el tiempo que suele tardar en calentarse el agua (en un dia de sol), en los meses de diciembre-enero, de un deposito de 300 litros hasta los 80º con una instalacion de 70 tubos de vacio. La orientacion que estan instalados no es al SUR (180º), estan en unos 210º(SO) y una inclinacion sobre la horizontal de unos 32º.

Te agradeceria a ti a alguien que sepa contestarme, que lo haga a la mayor brevedad que puedan.