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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Colectores solares. Colectores de aire. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Los colectores de aire tienen la ventaja de evitar los problemas de congelación y ebullición que a veces sufren los sistemas de fluidos. Si bien una fuga de refrigerante en un colector de aire es más difícil de detectar y reparar, es un problema menor que una fuga de líquido. Los sistemas de aire suelen utilizar materiales más baratos que los sistemas líquidos, como el acristalamiento de plástico, porque la temperatura de funcionamiento es más baja.
Los colectores de aire son simples colectores de placa plana y se utilizan principalmente para calentar espacios y secar productos agrícolas. Las placas absorbentes en los colectores de aire son paneles metálicos, pantallas multicapa, incluidas las hechas de materiales no metálicos. El aire pasa a través del absorbedor debido a la convección natural o bajo la influencia de un ventilador. Dado que el aire es peor conductor del calor que el líquido, transfiere menos calor al absorbedor que el fluido caloportador. Algunos calentadores solares de aire tienen ventiladores conectados a la placa absorbente para aumentar la turbulencia del aire y mejorar la transferencia de calor. La desventaja de este diseño es que consume energía para operar los ventiladores, lo que aumenta los costos operativos del sistema. En climas fríos, el aire se dirige hacia el espacio entre la placa absorbente y la pared trasera aislada del colector: así se evita la pérdida de calor a través del acristalamiento. Sin embargo, si el aire se calienta no más de 17°C por encima de la temperatura exterior, el medio de transferencia de calor puede circular en ambos lados de la placa absorbente sin mucha pérdida de eficiencia. Las principales ventajas de los colectores de aire son su sencillez y fiabilidad. Dichos colectores tienen un dispositivo simple. Con el cuidado adecuado, un colector de calidad puede durar entre 10 y 20 años y es muy fácil de manejar. No se requiere un intercambiador de calor ya que el aire no se congela. Sin embargo, el uso de calentadores de aire solares aún se limita a la calefacción de espacios y al secado de productos agrícolas, principalmente en los países en desarrollo. Hay varios factores que limitan el uso más amplio de colectores de aire a escala industrial. Entre ellos, una gran área de colectores debido a la baja densidad y bajo calor específico del refrigerante del aire en comparación con el líquido; la necesidad de un conducto largo; alta demanda de electricidad para impulsar el aire a través del colector, así como la dificultad de almacenar calor. Las regiones con radiación solar relativamente baja y largos períodos de clima inclemente requieren calor adicional; como resultado, el costo de inversión aumenta tanto que limita la competitividad de los colectores solares en comparación con los sistemas de calefacción tradicionales. Una forma potencial de reducir el costo de los colectores es integrarlos en las paredes o techos de los edificios, así como crear colectores que puedan ensamblarse a partir de componentes prefabricados. Principio de funcionamiento Los colectores solares de aire se pueden dividir en grupos según la forma en que circula el aire. En el más simple de estos, el aire pasa a través del colector debajo del absorbedor. Este tipo de colector sólo es adecuado para elevar la temperatura de 3 a 5°C debido a la gran pérdida de calor en la superficie del colector por convección y radiación. Estas pérdidas se pueden reducir significativamente cubriendo el absorbedor con un material transparente con baja conductividad infrarroja. En tal colector, el flujo de aire ocurre debajo del absorbedor o entre el absorbedor y la cubierta transparente.
Gracias a la cubierta transparente, la radiación de calor del absorbedor se reduce ligeramente, pero debido a la reducción de las pérdidas de calor por convección, se produce un aumento de temperatura de 20-50°C en función de la cantidad de radiación solar y de la intensidad del flujo de aire. Se puede lograr una mayor reducción de la pérdida de calor haciendo pasar el flujo de aire tanto por encima como por debajo del absorbedor, ya que esto duplica el área de superficie de transferencia de calor. La pérdida de calor debida a la radiación se reduce así debido a la temperatura reducida del absorbedor. Sin embargo, al mismo tiempo, también se produce una reducción de la capacidad de absorción del absorbedor debido a la acumulación de polvo si el flujo de aire pasa por ambos lados del absorbedor. Algunos colectores solares reducen los costos al eliminar el acristalamiento, la caja metálica y el aislamiento térmico. Dicho colector está hecho de láminas de metal negro perforado, lo que permite lograr una buena transferencia de calor. El sol calienta el metal y el ventilador extrae el aire caliente a través de agujeros en el metal. Dichos colectores de diferentes tamaños se utilizan en casas particulares. Un colector típico de 2,4 por 0,8 metros puede calentar 0,002 m3 de aire exterior por segundo. En un día soleado de invierno, el aire del colector se calienta 28°C en comparación con el exterior. Esto mejora la calidad del aire en el interior de la casa, ya que el colector calienta directamente el aire fresco que entra desde el exterior. Estos colectores han logrado una eficiencia muy alta, en algunas aplicaciones industriales supera el 70%. Además, no requieren acristalamiento, aislamiento y son baratos de fabricar.
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