Especificaciones para un Correcto Funcionamiento del SST

  1. Sombreo

El sistema de calentamiento solar de se debe instalar en lugar donde las diversas obstrucciones o las producidas por los captadores entre ellos mismos no puedan provocar sombras, preferentemente entre el periodo de 9:00 a 17:00 horas, en cualquier época del año.

El tipo de obstrucción más común son muros, edificios o casas contiguas, chimeneas, portes de luz, antenas, entre otros. Entre los elementos naturales se encuentran árboles, grandes vegetaciones y cerros que pueden estar cercanos y pueden afectar su funcionamiento debido al sombreamiento sobre el sistema solar.

Cabe recordar que en invierno el Sol está más bajo y proyecta sombras de mayor extensión. Es recomendable la realización de un estudio de sombras para localizar la ubicación más adecuada del sistema.

2. Estructura de Fijación

En el diseño de las estructuras para fijar el sistema solar se debe considerar la presión del viento y el peso adicional de la instalación, lo cual debe estar dentro de los límites de la resistencia mecánica de lugar en donde se va a instalar: techo, paredes, suelo, y estar de acuerdo con las normas y reglamentos de construcción a nivel nacional.

Se deberá incluir, en donde se requieran, las cargas adicionales debido a la posible acumulación de nieve o granizo.

Los soportes no deben no deben producir una excesiva carga sobre el sistema solar. En algunos casos es posible la instalación de estructuras con inclinación ajustable. Hay que poner especial atención a la carga provocada por el viento, ya que en áreas geográficas específicas, los requerimientos por carga son más importantes debido a fuertes vientos.

Ejemplo de fijaciones en techumbre

Adicionalmente en áreas costeras requieren diferentes tipos de estructuras debido al ambiente marino y su efecto de corrosión sobre algunos metales. Para fijar el SST sobre los techos o paredes, es necesario utilizar técnicas tales que al hacer cualquier tipo de perforación, éstas no permitan el ingreso de animales, ni humedad, por los que deben estar debidamente selladas.

Los soportes estructurales deberán seleccionarse e instalarse de tal manera que la expansión térmica debida al aumento en la temperatura de los materiales del colector solar y de tuberías no cause daños al marco estructural del propio sistema solar o la vivienda.

3. Drenaje y Vaciado

Todo sistema solar debe contar con un medio de drenaje para servicio, mantenimiento, protección anticongelante, etc. La tubería debe tener una pendiente apropiada hacia los puntos de drenaje (terminal), de aproximadamente
1 cm de caída vertical por cada metro de longitud horizontal del colector. Es decir, si se tienen dos colectores solares con 2 metros de frente, se deberán inclinar 2 cms de un lado para facilitar el vaciado de los mismos.
El terminal de vaciado del SST deberá quedar en la parte más baja externa del sistema con un correspondiente terminal con tapagorro y llave de paso.

4. Degradación de Materiales por Exposición a Radiación Solar y Condiciones Ambientales.

Existen materiales que constituyen los diferentes componentes del SST como la cubierta transparente, el aislamiento térmico, absorbedor de polietileno, HDPE, válvulas y otros elementos que deben resistir la exposición ambiental a largo plazo, el calor y otros factores que inducen la degradación, como la radiación ultravioleta.

Los componentes o materiales que forman el sistema solar térmico no deben afectarse por la exposición a la radiación solar y esto no debe deteriorar o modificar su funcionamiento durante su vida útil, salvo alguna indicación hecha por el fabricante.

Si los diferentes componentes del colector solar (cubierta transparente, caja, aislamiento, absorbedor, etc) han sido reemplazados por algún motivo, el instalador deberá sustituirlos por componentes similares a aquellos con los cuales el colector fue certificado o probado originalmente. Por ejemplo, si la cubierta transparente de reemplaza, se debe usar el material original, si fue un tipo especial de vidrio y espesor, el nuevo se deberá instalar con las mismas características y no se debe sustituir vidrio por plástico, debido a que muchos plásticos no tiene estabilizadores de la radiación ultravioleta y pueden deteriorarse rápidamente perdiendo características de trasmisión de la energía solar, lo cual puede afectar la eficiencia y la certificación original del captador.

El aislamiento de las tuberías exteriores de debe forrar con láminas aluminizadas para evitar la degradación por la radiación UV, que se humedezcan y protegerlas del polvo.

En el caso que el sistema solar utilice un fluido diferente al agua, éste al extraerse, y debido a la composición química, no debe causar ningún tipo de daño a los componentes solares o elemento alguno de la vivienda, edificio, casa, como por ejemplo el material de construcción del techo.

Detalle de degradación por exposición solar de aislante en tuberías
Correcta protección de tuberías a intemperie.

5. Retención de Polvo y Manchas.

El ensuciamiento del sistema solar, sobre todo cuando se trata de cubiertas transparentes, se debe principalmente a la retención de polvo, residuos industriales y partículas de muy diversa naturaleza, incluyendo excretas de aves y
animales.

En el caso de uso de cubiertas plásticas, se puede originar electricidad estática y causar adherencia adicional de partículas. En muchas regiones, en ciertas épocas del año, la lluvia constituye a la tarea de lavado, sin embargo, existen regiones geográficas en donde es crítico el problema de ensuciamiento, como pueden ser las zonas desérticas con largos periodos de sequía o más aún, las zonas industriales y urbanas. Sin embargo, en la mayoría de los casos las condiciones de autolavado por la lluvia no son suficientes para mantener los colectores operando eficientemente.

El usuario del sistema solar debe tener acceso a efectuar la limpieza de las cubiertas, en el manual de operación de las instalaciones, se deberá dar instrucciones claras de cómo proceder en la limpieza del área de las cubiertas
transparentes.

Una precaución que se debe considerar al usar cubiertas de vidrio que no son templados, es evita echar agua fría sobre la cubierta caliente, para prevenir posibles fracturas por el shock térmico producto del cambio brusco de
temperatura. Parte del agua caliente producida se puede utilizar pare este fin o realizar la limpieza antes o después de la operación del sistema. En general, según sea el tipo y cantidad de partículas acumuladas, el ensuciamiento puede reducir la eficiencia global de la instalación.

6. Daños por Circulación y Retención de Agua

El sistema solar y las estructuras que lo soportan deberán instalarse de tal manera que no bloqueen o limiten la circulación de agua hacia el drenaje del vaciado del lugar de instalación, y que el agua que fluye sobre la superficie del sistemas solar no dañe la vivienda o edificio o cause una erosión prematura de la techumbre o apozamientos de agua, sobre todo cuando la instalación se hace sobre techos planos.

Los estanques de agua localizados en el techo deberán instalarse sobre un lugar con una línea de drenaje hacia la línea de descarga o exterior que permita descargar cualquier excedente de líquido.

El estancamiento de agua también puede producirse por la fusión de nieve o granizo acumulada, principalmente en zonas frías. Cabe recordar que es necesario en ocasiones drenar los colectores solares y estanques de almacenamiento y que además las válvulas de seguridad se abran cuando haya problemas de bajas temperaturas para drenar el agua en el techo. El instalador debe asegurarse de que los drenajes del sitio de la instalación trabajen adecuadamente.

7. Problemas por Corrosión.

El instalador deberá tener conocimiento general de la compatibilidad de materiales que constituyen el sistema solar. Existen muchas formas de corrosión, entre ellas la causada por el contacto entre materiales metálicos disímiles, llamada corrosión galvánica. Esta corrosión por lo general resulta en un ataque sobre uno de los materiales metálicos disímiles. Al material protegido (el que permanece virtualmente sin atacar) se le llama cátodo, y al que es atacado se le llama ánodo.

Los metales se pueden clasificar en series galvánicas que son muy útiles para predecir cuáles de ellos son aceptables para usarse en contacto con otro y cuáles materiales pueden ser corroídos. Este problema se puede presentar en las instalaciones solares en donde se ponen en contacto el cobre de las tuberías con el hierro galvanizado de los estanques de acumulación de agua caliente. Lo anterior se puede “reducir” usando ánodos de sacrificio de magnesio, o utilizando conexiones dieléctricas que aíslan a estos dos metales.

Otro caso de corrosión puede ser debido a los depósitos calcáreos originados por el contenido de sales en el agua del suministro. En algunas regiones la dureza del agua (contenidos de sales de calcio o magnesio) puede ser alta y a causa de un aumento en las temperaturas pueden generar incrustaciones (sarro) en los termotanques y tuberías metálicas. Para durezas de agua mayores de 300 PPP, es necesario instalar un sistema para contrarrestar esta dureza (ablandador de agua).

8. Aire Atrapado en el Circuito Hidráulico.
Es deseable extraer el aire o el vapor de todos los puntos altos en la tubería del sistema solar y en otros lugares en donde pudiera haber este tipo de acumulación.

Lo anterior puede ocasionar problemas de exceso de presión y causar fallas en el bombeo del fluido o incluso impedir la circulación normal en los sistemas de circulación natural o termosifónicos.

Se recomienda en cada bajada de agua caliente se coloque un eliminador de aire o aireador. Estos sistemas de eliminación son apropiados sólo para algunos sistemas de calentamiento, como:

  • Automático para circuito abierto (directo) de circulación usando agua potable como fluido de transferencia de calor.
  • Manual o automático para sistemas de circuito cerrado (indirecto).
  • No se requiere para colectores integrados y sistemas termosifónicos de circuito abierto.

Se debe instalar estos dispositivos con sumo cuidado, deberán estar localizados en los puntos más altos y estar en posición vertical para que funcionen adecuadamente.

Imagen de correcta posición de purgador de aire
Salida de colector sin purgador de aire

9. Problemas de Sobrepresión

En cada una de las partes del sistema donde existan presiones excesivas se debe tener un dispositivo para eliminar esta presión, esto por lo general puede ocurrir en los termotanques. El control se lleva a cabo por medio de una válvula de alivio, la cual debe seleccionarse para la presión máxima de operación del termotanque, es decir, deberán abrirse a una presión menor que la máxima de diseño.

10. Conexiones de Servicio

Se deben instalar conexiones accesibles para facilitar el llenado y drenado en el circuito hidráulico, así como el mantenimiento. Se deben usar válvulas apropiadas las cuales deben estar debidamente identificadas y sus localizaciones bien determinadas.

11. Control de la Vibración y Sonidos en el Sistema
La tubería y los accesorios deberán diseñarse de tal manera que al conducir el fluido que transfiere el calor, los flujos se mantengan en las condiciones establecidas en el diseño, de lo contrario puede ocasionar ruido y vibración, y en consecuencia niveles altos de tensión mecánica y daños. Las bombas u otros componentes que involucran partes móviles deben estar bien balanceados o montados de tal manera que no induzcan excesivo ruido o vibración.

Para ello deberán utilizarse correctamente accesorios fittings en las uniones correspondientes.

Unión a Compresión
Unión Roscada
Unión a Presión
Unión a Presión
Unión Soldada

Tipos de uniones en sistemas solares

12. Soportes para Tuberías, Fitting y Accesorios

Se debe proveer soportes adecuados y arreglo correcto de la tubería. Los ganchos o soportes para tubos aislados térmicamente o componentes deberán diseñarse para evitar la compresión o el daño del material aislante.

13. Sistema de Prevención en Caso de Fallas

El subsistema de control se deberá diseñar en tal forma que una falla de potencia o de cualquiera de los componentes del sistema, las temperaturas o presiones desarrolladas en el sistema solar, no deberá dañas el equipo solar, ni al edificio ni a sus ocupantes.

Un captador solar que continúa recibiendo radiación solar después de que el flujo se paro durante una falla de potencia, puede generar temperaturas y presiones peligrosas.

En el diseño se tiene que evaluar, en la estrategia de control, si las condiciones de inseguridad pueden alcanzarse.

14. Contaminación del Agua Potable

Los materiales que están en contacto directo con el agua potable no deberán afectar el sabor, olor, calidad y apariencia del agua de acuerdo con las normas establecidas por el MINSAL, en especial a NCh 1.333.

Por ejemplo, los cuerpos de las bombas en acero fundido no deberán usarse en sistemas directos de calentamiento de agua, debido al problema de oxidación.

15. Materiales Metálicos

Los materiales metálicos que se usan en el sistema de almacenamiento (termotanque) y que están en contacto con el fluido de transferencia de calor, deben estar de acuerdo con las normas establecidas. Por ejemplo, en el caso del
cobre, éste no deberá usarse en contacto con soluciones con altas concentraciones de cloruros, sulfatos o líquidos que contengan ácido sulfúrico; ponerse en contacto con químicos que puedan formar complejos de cobre como
los compuestos de amonio, ni cuando está en contacto con líquidos que tienen velocidades mayores a 1,2 m/s. Lo anterior sólo puede ocurrir en un sistema de circulación forzada, lo cual no es el caso de los sistemas termosifónicos, en donde las velocidades del fluido son muy bajas.

16. Prevención del Termosifón Inverso.

Durante los periodos nocturnos y en ciertas condiciones, en los sistemas termosifónicos, se puede establecer una circulación natural entre el agua caliente que se encuentra almacenada en el termotanque, y el agua contenida en los colectores solares a una temperatura más baja, lo que provoca una circulación natural y produce el enfriamiento del agua. A este fenómeno se le conoce con el nombre de “termosifón inverso”, que por lo general ocurre durante la noche.

Para disminuir este efecto se propone el uso de válvulas antirretorno, de las cuales hay muchas opciones: motorizadas, verticales manuales y horizontales de balanceo, etc. El instalador deberá asegurarse de que las válvulas antirretorno deberán instalarse en la ubicación recomendada y con la adecuada orientación del
flujo.

17.  Corte en el Sistema de Suministro de Agua

En sistema solar debe contener una válvula para cortar el suministro de agua fría sin interrumpir el servicio normal de los demás usuarios.

18. Prevención Contra la Congelación.

En lugares con temporadas de bajas temperaturas (debajo de 0°C) y frecuencia de que ocurran heladas, es necesario proteger el colector solar de un posible daño mecánico, debido a la posible congelación del fluidos de intercambio térmico.

El proveedor deberá especificar los límites de tolerancia de congelamiento, basados en la exposición de 18 horas a temperatura ambiente constante. Si el fluido térmico es agua, se requieren al menos dos mecanismos de protección, uno de ellos es la intervención manual, como el drenado, el de posición de válvulas, etc. Al menos se requiere un mecanismo de protección además de la intervención manual, sobre todo en el caso de una falla de potencia. La masa térmica del sistema solar (volumen de agua caliente) se puede considerar una forma, aunque
limitada, de forma de protección de congelamiento.

Por ejemplo, si en el sistema las tuberías están sujetas a daños por congelamiento, debe tenerse la inclinación adecuada en conexiones, tuberías y captadores que permitan por gravedad el drenado manual y el llenado de aire de los componentes y tuberías afectadas.

Durante la instalación debe explicarse al consumidor cómo funciona el sistema o los sistemas de protección contra congelamiento, y debe colocarse una etiqueta en donde se indiquen las condiciones mínimas ambientales por debajo de las cuales se recomienda una acción del propietario y el procedimiento a seguir.

19. Acceso y Salida de Emergencia

El diseño y la instalación del sistema de calentamiento solar no debe imposibilitar el movimiento de emergencia de los ocupantes de la vivienda, edifico, casa, etc., Sobre todo éste no debe bloquear las rutas de evacuación.
Siempre se procurará mantener un espacio libre alrededor del sistema por cuestiones de seguridad y mantenimiento.

20. Componentes Bajo Tierra

Los componentes del equipo solar que han tenido que ocultarse bajo tierra deberán protegerse de la degradación en las condiciones de servicio y asegurar que su función no resulte afectada.

Cuando se entierran los componentes, especialmente tuberías, se debe considerar el tipo de suelo local, su reacción química sobre todo las tuberías y el aislamiento térmico. Se deben tener referencias visuales que permitan su localización en el caso de reparaciones futuras.

21. Protección de Deterioro Térmico

Los materiales de la vivienda, edificio, casa, etc., adyacentes al equipo solar no deben exponerse a temperaturas elevadas, lo cual podría acelerar su deterioro.

Muchos materiales no metálicos que componen estructuras de los techos podrían tener deformaciones o ablandamientos en un dominio de temperaturas entre 60 y 80°C, y comenzar a degradarse por encima de estas temperaturas.

22. Componentes que Podrían Sobrecalentarse

Los componentes solares no deberán reducir o incrementar la humedad, temperatura o radiación térmica más allá de los niveles aceptables, o interferir con los requerimientos de espacio para la circulación del aire.

En algunas ocasiones se puede dificultar la instalación hidráulica debido a las restricciones de espacio, esto podrá complicar los futuros trabajos de reparación y mantenimiento, y tener un efecto sobre el aumento de la temperatura del espacio debido a una inadecuada circulación de aire.

El instalador deberá evitar almacenar objetos alrededor del sistema de calentamiento solar.

23. Mantenimiento y Servicio

Todos los componentes del sistema de calentamiento, los cuales pueden requerir revisiones periódicas, ajustes, servicios y/o mantenimiento, deberán tener un fácil y seguro acceso, de acuerdo con los reglamentos y normas nacionales de seguridad en el lugar de la instalación.

Los colectores solares en cualquier interconexión deberán reemplazarse fácilmente o repararse sin afectar el funcionamiento de cualquier otro captador en el mismo tipo de arreglo.

24. Límites de las Condiciones de Operación

Se deben prever protecciones para el sistema de calentamiento solar dentro de los límites de temperaturas y presión de diseño. Esto determina no sólo la eficiencia del sistema, sino también la seguridad. Debido a que los sistemas solares pueden generar grandes cantidades de calor y presión, se deben prever los medios para
conservar el sistema dentro de los límites de diseño.

Los componentes básicos para proteger los tanques de almacenamiento y el sistema solar, son las válvulas de alivio de presión y de temperatura, de esta manera se protegen los posibles excesos. Estas válvulas deben estar
debidamente localizadas y se recomienda verificar que el volumen del almacenamiento no sea muy pequeño en comparación con la superficie de captación, para evitar la posible generación de altas temperaturas y presiones.

25. Equipo de Calentamiento de Apoyo

El sistema de apoyo al calentamiento debe ser tal que el sistema combinado (solar-apoyo) proporcione el mismo grado de confiabilidad y eficiencia como un sistema convencional. Éste sistema deberá ser compatible con las condiciones de salida del sistema termosolar en cuanto a los flujos y el tipo de fluido.

El sistema de apoyo puede ser un calentador de agua operado con gas o electricidad, el cual se conecta en serie o paralelo con el equipo solar.

Algunos sistemas termosifónicos ya incluyen en su interior un sistema auxiliar de calentamiento, generalmente eléctrico, para situaciones en que no hay suficiente radiación solar. Si es necesario remplazar el termotanque, el instalador deberá asegurarse de que se conserve el mismo tamaño por el cual el sistema se certificó.

26. Periodos de Estancamiento

El sistema debe estar diseñado para resistir periodos prolongados de estancamiento (flujos altos de radiación solar, sin demanda de agua caliente) sin un significativo deterioro. Esto puede ocurrir durante las pérdidas de potencia eléctrica del sistema o cuando los usuarios de un equipo residencias ha salido de viaje.

Los sistemas de control de diferencial térmico con un controlador de alta temperatura pueden corregir fallas; también por medio de un control fotovoltaico se pueden diseñar adecuadamente y diseñar adecuadamente y dimensionarse para evitar el problema de generación de altas temperaturas debido a las condiciones de estancamiento.