Preparación de calentadores solares de agua para el invierno: Cómo prevenir la congelación de tuberías y daños

Protección contra congelamiento para sistemas solares de calentamiento de agua

Los colectores y sus tuberías exteriores en los sistemas solares de calentamiento de agua suelen dañarse por la expansión del agua congelada durante los duros meses de invierno, sobre todo en regiones frías de latitudes altas. Por lo tanto, es necesario considerar medidas de protección contra el hielo para estos sistemas. A continuación, se presentan algunas medidas comunes de protección contra la congelación.

Elegir colectores solares resistentes a las heladas

El colector es un componente fundamental en un sistema solar de calentamiento de agua que debe estar expuesto al exterior. Elegir un colector resistente a las heladas elimina la preocupación por los daños causados ​​por la congelación durante los duros meses de invierno.

El colector de tubos de vacío con tubos de calor y el colector de tubos de vacío totalmente de vidrio con tubos internos, presentados en el Capítulo 1 de este libro, son ambos resistentes a la congelación. Dado que el agua caliente nunca entra directamente en los tubos de vacío, los tubos de vidrio que los recubren no entran en contacto con el agua. Además, los propios tubos de calor tienen una capacidad de fluido de trabajo muy baja, por lo que los tubos de vacío están protegidos de la congelación incluso a temperaturas de varias decenas de grados Celsius bajo cero.

Otro tipo de colector con propiedades anticongelantes es el colector de placa plana con tubos de calor. A diferencia de los colectores de placa plana convencionales, este utiliza tubos de calor en lugar de tuberías en el sistema de tubos del absorbedor. Estos tubos emplean un fluido de trabajo con un punto de ebullición y un punto de congelación bajos, lo que evita la congelación del absorbedor. Sin embargo, debido a que el rendimiento técnico y económico de los colectores de placa plana con tubos de calor es inferior al de los colectores de tubos de vacío mencionados anteriormente, su uso aún no está generalizado.

Sistema de doble circulación con anticongelante

Un sistema de doble circulación (o sistema de doble circuito) incorpora un intercambiador de calor en el sistema solar de calentamiento de agua. El colector y el lado caliente del intercambiador de calor forman el primer circuito (o bucle primario). Se utiliza un fluido anticongelante de bajo punto de congelación como medio de transferencia de calor, proporcionando así protección anticongelante al sistema. Los sistemas de doble circulación pueden utilizarse tanto en sistemas solares de calentamiento de agua de circulación natural como forzada.

En los sistemas de circulación natural, aunque se utiliza anticongelante en el circuito primario, el depósito de agua se encuentra al aire libre, al igual que el depósito de agua fría y las tuberías de agua caliente. Incluso con aislamiento, estas tuberías exteriores no garantizan que el agua no se congele durante las frías noches de invierno. Por lo tanto, al diseñar el sistema, es importante considerar algún método para drenar el agua caliente de las tuberías después de su uso. Por ejemplo, una tubería de entrada de agua caliente tipo sifón podría funcionar también como tubería de agua fría, con una válvula atmosférica instalada en su parte superior para controlar su apertura y cierre, drenando así la tubería.

Sistema de retorno con drenaje automático

En un sistema de circulación forzada de un solo circuito, se suele utilizar un diferencial de temperatura para controlar el funcionamiento de la bomba de agua de circulación, y el depósito de agua se ubica generalmente en el interior (en la planta baja o en el sótano). Durante el día en invierno, cuando la radiación solar es suficiente, el controlador del diferencial de temperatura activa la bomba de agua de circulación, permitiendo que el colector funcione con normalidad. Por la noche o en días nublados, cuando la radiación solar es insuficiente, el controlador del diferencial de temperatura apaga la bomba de agua de circulación, permitiendo que el agua del colector y las tuberías regrese al depósito de agua por gravedad, evitando así daños por congelación. Al día siguiente, o cuando la radiación solar vuelve a niveles suficientes, el controlador del diferencial de temperatura reinicia la bomba de agua de circulación, bombeando el agua del depósito de agua de vuelta al deflector, lo que permite que el sistema siga funcionando. Este sistema anticongelante es sencillo y fiable, y no requiere equipo adicional. Sin embargo, la bomba de agua de circulación del sistema debe tener una altura de elevación elevada.

En los últimos años, algunos países han comenzado a aplicar medidas de anticongelante por reflujo en sistemas de doble circuito. En este sistema, el primer circuito no utiliza anticongelante, pero sí agua como fluido de transferencia de calor en el colector. Por la noche o en días nublados, cuando la radiación solar es insuficiente, la bomba de agua de recirculación se apaga automáticamente y el agua del colector fluye por sifón hacia un pequeño depósito de almacenamiento especialmente diseñado. El agua se bombea de nuevo al colector al día siguiente o cuando la radiación solar vuelve a ser suficiente, lo que permite que el sistema siga funcionando.

Utilizar un sistema de drenaje para vaciar el agua almacenada

En un sistema de circuito único con circulación natural o forzada, se instala un sensor de temperatura en la tubería, debajo del absorbedor del colector o a la temperatura ambiente exterior más baja, conectado a un controlador. Cuando la temperatura del agua en el colector o en la tubería exterior se aproxima al punto de congelación (3-4 °C), el controlador, basándose en la señal del sensor de temperatura, abre la válvula de drenaje y la válvula de purga de aire. El agua del colector y de las tuberías exteriores drena entonces por gravedad fuera del sistema, evitando su reutilización y logrando el efecto anticongelante deseado.

Circulación nocturna automática de agua caliente desde un depósito.

En un sistema de circuito único con circulación forzada, se instala un sensor de temperatura en la tubería, debajo del absorbedor del colector o a la temperatura ambiente exterior más baja, conectado a un controlador. Cuando la temperatura del agua en el colector o en la tubería exterior se aproxima al punto de congelación (p. ej., 3-4 °C), el controlador activa la bomba de circulación, que impulsa agua caliente desde el depósito de almacenamiento hasta el colector, elevando así la temperatura del agua en el colector y las tuberías. Cuando la temperatura del agua en el colector o en la tubería alcanza un valor preestablecido (o cuando la bomba ha funcionado durante un tiempo determinado), el controlador desactiva la bomba de circulación. Dado que este método anticongelante consume cierta energía para el funcionamiento de la bomba de circulación, es adecuado para zonas con heladas ocasionales, pero no con frío intenso.

En un sistema de circuito único con circulación natural o forzada, se instala una cinta calefactora autorregulable en la sección de la tubería exterior más susceptible a la congelación. Este método utiliza un termistor ubicado cerca de la cinta calefactora y conectado a su circuito. Al energizarse la cinta calefactora, esta calienta el agua de las tuberías y, simultáneamente, eleva la temperatura del termistor, lo que a su vez aumenta su resistencia. Cuando la resistencia del termistor alcanza un valor determinado, el circuito se interrumpe, la cinta calefactora se desenergiza y la temperatura disminuye gradualmente. Este proceso se repite innumerables veces, evitando que el agua de las tuberías exteriores se congele y que la cinta calefactora se sobrecaliente, lo que podría causar daños. Este método anticongelante consume cierta cantidad de electricidad, pero es eficaz en regiones muy frías.