En este sistema el agua se mueve por la diferencia de temperaturas entre el agua fría del acumulador y el fluido caliente del colector, que podrá ser agua (sistema directo) o agua con anticongelante (sistema indirecto).
El fluido interior del colector calentado por el Sol disminuye su densidad y por tanto su peso.
El mayor peso del agua fría del acumulador (colocado necesariamente por encima de los colectores) o del fluido frío de la parte más baja del intercambiador situado en este, actuando por el conducto de retorno que une la parte inferior de este con la inferior del colector, empuja al fluido caliente del colector, menos pesado, obligándolo a ascender por la tubería que une la parte superior del colector con la parte superior del acumulador.
Mientras el diferencial de temperaturas se mantenga entre el fluido frío del acumulador y el caliente del colector, el fluido se mantendrá en movimiento. Cuando este diferencial de temperaturas se iguale (el acumulador esté caliente) la circulación de fluido se parará.
Cuando exista consumo o demanda de ACS (salida de agua caliente) el acumulador se rellenará con agua fría de la red de abastecimiento, lo que conllevará una reanudación de la circulación del fluido.
El diseño e instalación en estos sistemas deberá estar supeditado al fácil flujo del fluido caliente.
Este flujo ascendente de fluido caloportador caliente se deberá a dos factores:
- Diferencia media de densidades, es decir, de temperaturas entre el fluido caliente que sale del colector y el frío de la parte baja del acumulador (ΔT).
- Diferencia de altura (h) entre el depósito acumulador y los colectores.
Esta suma de factores se denomina carga hidráulica del sistema, que nos proporciona la energía existente para el movimiento del fluido, siendo este movimiento más fácil cuanto mayores sean las diferencias entre las temperaturas (ΔT) y menor sea la altura (h).
En instalaciones por termosifón evitaremos tuberías largas y estrechas, recorridos tortuosos, cambios bruscos de sección o excesivos accesorios, ya que provocarán una reducción del caudal, aunque tengamos altos valores de ΔT, reduciéndose el calor recogido.
Tampoco emplearemos determinados accesorios, como las válvulas antirretorno de resorte, que requieren un valor mínimo de la presión del circuito para poder ser accionadas, por lo que si la presión no fuera suficiente se podría detener el movimiento del fluido a pesar de tener valores altos de ΔT, reduciendo por tanto el calor aprovechado.
Tampoco son adecuadas las tuberías de diámetro excesivo, ya que la velocidad de circulación sería baja y el calor transferido disminuiría, aumentando al mismo tiempo las pérdidas.
Experimentalmente se ha visto que el salto térmico en los colectores de sistemas por termosifón es casi el doble que en los de circulación forzada. También la diferencia de temperaturas entre la parte superior e inferior del acumulador es superior. Por el contrario, el caudal de circulación es casi la mitad del recomendado para los sistemas forzados.
Un problema que se puede dar en estos sistemas de circulación natural por termosifón es el de alcanzar altas temperaturas en el acumulador, ya que esta no se puede regular.
En verano se podrá llegar a los 60 ºC, siendo esto un riesgo a considerar para las personas que utilicen la instalación, favoreciendo la formación de incrustaciones calcáreas y la corrosión en materiales de acero galvanizado si se han utilizado en la instalación (acumulador, tuberías, etc.).
Para evitar estos problemas de altas temperaturas se buscarán diseños con altos valores de relación V/A, siendo superiores a 80 l/m2 para evitar que se alcancen temperaturas superiores a 60 ºC.
Esta solución no evitará dos sucesos previsibles:
- El sobrecalentamiento del ACS si no hay consumos.
- El uso de un sistema auxiliar en invierno, lo que anula la ventaja del sistema por termosifón ya que no se consigue el ahorro en energía eléctrica.
En los sistemas por termosifón el acumulador debe estar colocado por encima de la batería de colectores para que se origine el movimiento del fluido del colector al acumulador.
Son sistemas simples, eficientes y seguros, siendo utilizados actualmente en pequeñas viviendas unifamiliares.
Los mayores rendimientos se obtienen con el sistema mostrado en la figura A, ya que las pérdidas son menores (no hay intercambiador) y como temperatura fría actúa la del propio acumulador. Sin embargo, en la práctica no se utiliza al no permitirse la circulación directa del agua de consumo por los colectores.
En consecuencia, se utiliza un intercambiador para separar el fluido (agua con anticongelante) del circuito de los colectores o primario del ACS (agua del circuito secundario). En las figuras B y C se muestran dos configuraciones habituales.
Todas las configuraciones que hemos visto admiten dos variantes, en función del vaso de expansión instalado. Así tenemos instalaciones con vaso de expansión abierto (figura D) y cerrado (figura E).
Ejemplos de instalaciones con sistemas por termosifón:
Desde el punto de vista de la eficiencia es siempre preferible instalar el acumulador en posición vertical para favorecer el efecto de estratificación, aunque en la práctica, en las instalaciones por termosifón se suelen colocar horizontalmente, principalmente por razones de espacio, en especial en los sistemas compactos.
Las instalaciones pueden fabricarse en el lugar, adaptándose a sus condiciones, o utilizar sistemas compactos de fábrica que son más baratos y tienen mayor fiabilidad, siendo por tanto esta última la opción que más se utiliza actualmente.
¿Por qué en los sistemas por termosifón es recomendable sobredimensionar ligeramente el volumen de acumulación con respecto al de un sistema forzado?
R: Como en un sistema por termosifón no tenemos bomba de circulación, el movimiento del fluido es más lento y, al estar más tiempo en el colector, alcanza una temperatura más alta. El agua acumulada se calentará en los días muy soleados más de lo deseable.
Para evitar esto se sobredimensiona el acumulador, de forma que a lo largo del día no haya tiempo suficiente para que se caliente toda el agua del mismo, quedando una pequeña reserva de agua fría en la parte baja del acumulador, que contribuye a refrescar un poco el conjunto.
