Mejorar el rendimiento de un calentador solar

Un día me dio por pensar, como mejorar aun más el rendimiento de mi calentador solar.
Seguro que lo bueno siempre se puede mejorar algo.

También estaba preocupado por estar usando una bomba a todas horas todo el día.
En algunas ocasiones los tiempos eran muy prolongados, y me daba que pensar. Parecía que no acababa de refrigerar con eficiencia el colector.
También me quedó pendiente el tema de medir y hacer optima la velocidad del flujo. Y como ajustar la velocidad para que el sistema consiga la mejor temperatura.

Eficiencia en el bombeo

Este último punto es bastante delicado.
Para sacar provecho de las placas y su eficiencia energética, hemos de pensar en «refrigerar placa»
¿Porqué? Porque calentar el depósito y refrigerar la placa colectora, es totalmente sinónimo.
Si la bomba circula, y el colector se mantiene muy caliente, seguro que algo no estamos haciendo muy bien.
Es bastante probable que el colector tenga suciedad interna.

También podría ser que la circulación de agua sea muy rápida.
Cuando la circulación es muy rápida, el agua que permanece poco tiempo en el trayecto del colector.

Eso impide que el agua pueda extraer suficiente calor de los tubos del colector caliente.
Y lo que ocurre en ese caso, es que es mayor o similar el calor que obtiene del sol, al poder de refrigeración de nuestra agua circulando.
Es como… querer comprar el tabaco de la máquina expendedora, sin bajarse ni detener el coche.

Calcular la velocidad optima de circulación

Este es el problema, y más abajo expongo una solución sencilla, y será la solución definitiva para mejorar el rendimiento del calentador solar, de forma rápida, eficaz, y super económica.

Pero vamos a meditar primero los efectos de este desajuste en la velocidad de flujo.

Para asegurarnos que entendemos lo que estamos haciendo.

Para darnos cuenta definitivamente de como vamos a mejorar el rendimiento del calentador solar entendiendo el problema.

La velocidad de flujo de agua se lleva o se deja tanta temperatura según sea su velocidad de paso, puede parecer que no es algo crítico, pero nos puede subir o bajar más de 10ºC el depósito al final del día.

Para entender y analizar mejor el rendimiento del sistema, NO vamos a pensar en «calentar agua».

Porque eso realmente no me dice nada, el agua también puede calentarse antes o después por otras circunstancias (clima, consumo)

Voy a basarme y fijarme en la refrigeración de la placa.

Obviamente ya sabemos que, si la placa con el colector está a alta temperatura y no baja, es que no estamos refrigerando el colector, eso sería un mal rendimiento.

Casi siempre lo delata el uso intenso de la bomba.

Ineficiencia por circulación lenta

Si el colector no baja de temperatura, puede ser significativo de que el agua circula muy despacio, eso significa que es mucho más rápido el calentamiento por el sol que la refrigeración por el agua que pasa.

Lo podemos averiguar subiendo la velocidad, bien configurando la bomba, o añadiendo otra de refuerzo.

Ineficiencia por circulación rápida

Aunque también puede ser significativo de que el agua circula tan rápido, que sale del colector mucho antes de lo esperado, y no ha podido extraer esa energía térmica.

Este 2º caso suele ser más probable, y es peor que el 1º.

Peor porque podemos generar desgastes por fricción y estamos castigando a la bomba para hacer un mal trabajo y con poca eficiencia.

Energía intermitente

Para entender esta situación, podemos plantear el ejemplo de la mano pasando encima de una vela, o una mano pasando por encima de una barbacoa.

Pasando la mano por una barbacoa

¿Quien no ha pasado alguna vez una mano encima de las brasas de una barbacoa en invierno para aprovechar la energía residual y experimentar con el confort gratuito?

También la hemos quitado rápido ¿eh? jajajajajajaja

Pero que pasaría si la pasamos una sola vez y demasiado rápido? que casi ni nos enteramos.

Esto es lo que sucedería en una circulación muy rápida, que el agua que entra en el colector saldría sin haberse llevado apenas energía calorífica.

Nuestro instinto se da cuenta de que la sensación es agradable si ponemos y apartamos la mano de forma intermitente y rápido.

Lo que no podemos regular en potencia, lo regulamos en exposición intermitente.

Otras formas de eficiencia por energía intermitente

De esta forma es como trabajan realmente los microondas y las cocinas por inducción.
Y aunque no viene muy al caso, os diré que los leds de alta potencia también trabajan de forma similar, con un voltaje alto que los fundiría, pero al ser una corriente intermitente, percibimos la explosión lumínica pero el componente no se daña.

¿Quien no ha jugado alguna vez pasando la mano o un dedo encima de una vela o un mechero?

La misma situación, podemos pasar un dedo por encima de la vela infinitas veces. Si lo hacemos suficientemente rápido.

Aplicamos este entedimiento de energía intermitente en nuestra bomba

Para refrigerar nuestro colector (que es directamente proporcional a obtener la máxima temperatura para nuestro depósito de agua), y mejorar el rendimiento del calentador solar, debemos pensar y entender esto.

Sólo en el caso de que se trate de ineficiencia por velocidad excesiva.

Como podemos hacer que el agua permanezca más tiempo en el colector, si lo nuestro es una bomba feroz sin regulador de potencia?

CAMBIANDO EL CONCEPTO DE CONTROL DE VELOCIDAD POR FLUJO INTERMITENTE

Esa es mi idea, y no es solamente una teoría, si no que lo apliqué en mi propio sistema, y logré temperaturas muy superiores y mi bomba de agua trabaja al 50% o quizás menos

No puedo realizar un cálculo exacto, porque aunque aplico tiempos de 50/50, los ciclos también se han hecho notablemente mucho más cortos, al enfriarse antes las placas.

Que es entonces el flujo de circulación intermitente?

Pues como indica su nombre, es una técnica que yo he aplicado basada en esta teoría aplastante.

Sólo debemos tener la responsabilidad de que la bomba no se convierta en una loca bailando, porque podría dañarse.

Tiempos razonables pueden ser 10″ de marcha y 10″ de paro, 20″ de marcha y 12″ de pausa, y etc…

Esta acción hace que el agua que queda en ese tiempo en reposo, sea capaz de captar más energía calórica que cuando está circulando.

Cuando vuelve a circular, el agua y sale mucho más caliente.

Esta nueva forma circulatoria reducirá mucho más la energía que va acumulando el colector.

¿Cual es la configuración óptima para mejorar el rendimiento del calentador solar?

Pues cada uno lo deberá determinar con varias pruebas.

Todo dependerá de las distancias, capacidad interna de los tubos colectores.

Yo he configurado el ciclo ON para 5 segundos, y el ciclo OFF para 10 segundos, sin hacer demasiadas pruebas, y la diferencia fue notable.

Podemos probar y variarlo, lo importante es que este método no necesita tanta precisión.

Aunque no sea el ajuste perfecto sí nos va a mejorar el rendimiento del calentador solar de forma inmediata desde el primer segundo.

Si nos excedemos en el tiempo de pausa por ejemplo, simplemente desaprovecharemos un poco el tiempo haciendo que salga más tarde de lo debido el agua del colector.

Supongo que lo ideal sería, asumiendo como tiempo de bombeo el tiempo, el tiempo que tarde en salir todo los litros del colector. Siendo la pausa más determinante por la capacidad de refrigerar placa y según la estación del año.

Costes y complejidad para aplicar la circulación intermitente

Coste totalmente irrisorio, con poco más de 10 euros.

Complejidad, de 5 a 30 minutos para interconectar un pequeño circuito entre la bomba y su alimentador.

Se aplica un pequeño circuito en la alimentación eléctrica de la bomba, ni siquiera necesito subir a la azotea para tocar nada en el colector o el depósito. Lo hago en el propio alimentador.

Más abajo explico el circuito necesario y su instalación.

Amortización

Ostras!!!!!!!!!!!

Desde el primer día, porque estaremos consumiendo menos electricidad, usando menos la bomba de agua, y calentando con mejor eficiencia nuestro depósito.

Dado que el coste es irrisorio, igual de irrisorio es querer hacer este cálculo.

Así funciona el bombeo normal

El bombeo es constante trata de captar la energía del colector, y por ende, refrigerarlo (ambas cosas es lo mismo)Según la velocidad puede no ser eficaz para refrigerar optimamente nuestro colector.En ocasiones no podremos variar el rendimiento del colector por culpa de una bomba de agua donde no podemos ajustar su velocidad.

Así funciona el bombeo intermitente

El flujo de agua circula para transportar el agua hacia al depósito, y de repente se detiene durante unos segundos, y luego vuelve a circular y a repetir la misma pausa.

Cada una de estas pausas hace que el agua absorba gran cantidad de calor del colector.

Estos lapsos de circulación y pausas son intervalos cortos.

Cuando el agua pausada termina su trayecto y sale al exterior, habrá estado mucho tiempo en contacto directo con el interior de los colectores y su temperatura será muy superior.

Otra ventaja añadida, y no menos importante, la bomba necesita menos tiempo de funcionamiento, y si lo hacemos bien y este rendimiento es bueno, el termostato diferencial enviará menos etapas para intercambiar las temperaturas entre placas y depósito.

El motivo de este último efecto es porque el serpentín se enfria mucho antes, y se enfría mucho más.

Por ende, tardará más en volver a calentarse y solicitar otra nueva etapa de intercambio.

y finalmente…

Instalar el circuito para convertir la circulación de agua en circulación intermitente.

El circuito es muy sencillo y sin misterios, es un circuito temporizador con 2 potenciómetros y un relé.

Los 2 potenciometros son 2 instrumentos que se giran de un lado a otro.

Potenciometro es lo que antes teníamos en los antiguos aparatos para baja o subir el volumen de la radio.

El relé es un instrumento eléctrico que hace de interruptor gestionado, cuando el circuito cierra el relé es como si activara un interruptor, y viceversa.

Ese circuito se puede comprar hecho en muchas tiendas de electrónica, se venden con propósitos de aprendizaje.

También lo podemos hacer nosotros mismos en casa, o pidiendo ayuda a algún entendido en el tema.

El circuito es la foto de abajo, se venden en tiendas de electrónica.

Son montajes demostrativos para aplicaciones de aprendizaje.

Coste aproximado, entre 5 a 10€