Proyecto guia del alumno 5 con marca de agua

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LIBRO DEL ALUMNO UNIDAD V

ELABORACION DE MEMORIAS TECNICAS EN INSTALACIONES SOLARES TERMICAS

CENTRO DE FORMACIÓN FUNDACIÓN FORMACIÓN Y EMPLEO EMILIO GONZALEZ FOREM MURCIA

EJEMPLO-GUIA PARA LA ELABORACION DE UN PROYECTO O MEMORIA TECNICA DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TERMICA PARA UN EDIFICIO

AMBITO DE ESTUDIO:CERTIFICADO DE PROFESIONALIDAD

Denominación: Montaje y mantenimiento de instalaciones solares térmicas Código: ENAE0208

Familia profesional: Energía y agua

Área profesional: Energías renovables Nivel de cualificación: 2

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AUTOR: José López Sánchez

TÉCNICO SUPERIOR EN DESARROLLO DE PROYECTOS

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Al oír hablar sobre Diógenes, Alejandro Magno quiso conocerlo. Así que un día en que el filósofo estaba acostado tomando el sol, Alejandro se paró ante él.

Diógenes se percató también de la presencia de aquel joven espléndido. Levantó la mano como comprobando que, efectivamente, el sol ya no se proyectaba sobre su cuerpo. Apartó la mano que se encontraba entre su rostro y el del extraño y se quedó mirándolo.

El joven se dio cuenta de que era su turno de hablar y pronunció:

- "Mi nombre es Alejandro El Grande”. Pronunció esto último poniendo cierto énfasis enaltecedor que parecía más bien aprendido.

- "Yo soy Diógenes el perro”

Hay quienes dicen que retó a Alejandro Magno con esta frase, pero es cierto también que en Corinto era conocido como Diógenes el perro. Alejandro Magno era conocido en la polis así como en toda la Magna Grecia.

A Diógenes no parecía importarle quien era, o quizá no lo sabía.

El emperador recuperó el turno:

- "He oído de ti Diógenes, de quienes te llaman perro y de quienes te llaman sabio. Me place que sepas que me encuentro entre los últimos y, aunque no comprenda del todo tu actitud hacia la vida, tu rechazo del hombre virtuoso, del hombre político, tengo que confesar que tu discurso me fascina".

Diógenes parecía no poner atención en lo que su interlocutor le comunicaba. Más bien comenzaba a mostrarse inquieto. Sus manos buscaban el sol que se colaba por el contorno de la figura de Alejandro Magno y cuando su mano entraba en contacto con el cálido fluir, se quedaba mirándola encantado.

- “Quería demostrarte mi admiración", dijo el emperador. Y continuó: "Pídeme lo que tú quieras.

Puedo darte cualquier cosa que desees, incluso aquellas que los hombre más ricos de Atenas no se atreverían ni a soñar".

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- “Por supuesto. No seré yo quien te impida demostrar tu afecto hacia mí. Querría pedirte que te apartes del sol. Que sus rayos me toquen es, ahora mismo, mi más grande deseo. No tengo ninguna otra necesidad y también es cierto que solo tú puedes darme esa satisfacción” Mas tarde Alejandro comentó a sus generales: "Si no fuera Alejandro, me hubiera gustado ser Diógenes."

José López Sánchez

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R ub ub iro iro INDICE

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1.1 El objeto del proyecto ............................................................................................................................ 7 1.2 Panorama energético: ............................................................................................................................. 8 2.1 Visión general del proyecto: ............................................................................................................... 10 2.1.1 Descripción del edificio y sus superficies .................................................................................... 11 2.2.2 Entorno del proyecto: ........................................................................................................................ 14 2.2.2.1 Datos del emplazamiento: MURCIA .......................................................................................... 14 2.3 Sol y radiación ....................................................................................................................................... 17 2.4.1Consumo diario ................................................................................................................................... 21 2.4.2 Calculo de la demanda ...................................................................................................................... 21 2.4Demanda ACS ........................................................................................................................................ 21 2.5 Contribución solar mínima ................................................................................................................. 23 2.6 Temperatura del agua de la red.......................................................................................................... 24 2.7 Consumo de energía anual ................................................................................................................. 25 3.1 Consideraciones previas al cálculo de la instalación ..................................................................... 26 3.2 Requisitos generales y de seguridad en el diseño de una instalación solar: Definiendo la instalación .......................................................................................................................... 26 3.2.1 Generalidades..................................................................................................................................... 26 3.2.2 Protección contra heladas: Fluido de trabajo ................................................................................ 27 3.2.3 Protección frente a sobrecalentamientos, quemaduras y Legionella : ..................................... 27 4.1.1 Generalidades:.................................................................................................................................... 28 4.1.2 Pérdidas por orientación .................................................................................................................. 28 4.1.3 Inclinación optima ............................................................................................................................. 28 4.1.4 Conexionado: ...................................................................................................................................... 29 4.1Diseño del sistema de captación ......................................................................................................... 28 4.2 Diseño del sistema de acumulación solar: ....................................................................................... 30 4.2.3 Vasos de expansión ........................................................................................................................... 31 4.2.4 Válvulas ............................................................................................................................................... 31 4.2.5 Purga de aire ....................................................................................................................................... 32 4.2.6 Drenaje ................................................................................................................................................ 32 4.2.7 Diseño del sistema de energía auxiliar .......................................................................................... 32 4.2.8 Diseño del sistema eléctrico y de control ...................................................................................... 32 4.2.9 Diseño del sistema de monitorización .......................................................................................... 32 4.3 Diseño del sistema de intercambio ................................................................................................... 30 4.4 Diseño del circuito hidráulico ............................................................................................................ 31 4.4.1 Tuberías ............................................................................................................................................... 31 4.4.2 Bombas................................................................................................................................................. 31 5.1 Introducción ........................................................................................................................................... 33 5.2 Método de cálculo F-chart ................................................................................................................... 34 5.2.1 Procedimiento de cálculo: ................................................................................................................ 34 5.2.2 Estudio de Cobertura de ACS mediante el método f-chart ....................................................... 35 5.2.3Análisis de los resultados de cobertura de ACS, para el número de colectores optimo: ...... 35 5.3 Diseño del sistema de captación ........................................................................................................ 35 5.3.1 Introducción ........................................................................................................................................ 35 5.3.2 Calculo de Pérdidas por Orientación e Inclinación .................................................................... 35 5.3.3 Cálculo de pérdidas por sombras ................................................................................................... 37 5.4 Conexionado .......................................................................................................................................... 38 6.1 Introducción ........................................................................................................................................... 39 6.2 Descripción general de una instalación solar .................................................................................. 39 6.2.1Criterios funcionales: Clasificación de la Instalación: ................................................................ 39 José López Sánchez

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6.2.1.1Principio de circulación .................................................................................................................. 39 6.2.1.2 Sistema de transferencia de calor. ............................................................................................... 40 6.2.1.3 Tipo de sistema de apoyo .............................................................................................................. 41 6.2.1.4 Forma de acoplamiento del sistema de apoyo ........................................................................... 41 6.2.2 Resumen de la clasificación de la instalación .............................................................................. 42 6.3 Sistemas que componen la instalación ............................................................................................. 42 6.4 Circuitos que componen la instalación ............................................................................................ 42 6.5 Descripción de los componentes de una instalación solar. .......................................................... 43 6.5.1.1 Principio de funcionamiento. ....................................................................................................... 43 6.5.1Captador solar plano. ......................................................................................................................... 43 6.5.1.2 Componentes del captador solar plano ...................................................................................... 44 6.5.1.2.1 Cubierta ......................................................................................................................................... 45 6.5.1.2.2 Placa absorbedora ........................................................................................................................ 46 6.5.1.2.3 Aislamiento térmico .................................................................................................................... 46 6.5.1.2.4 Carcasa: .......................................................................................................................................... 46 6.5.2 Fluido caloportador ........................................................................................................................... 47 6.5.3 Intercambiador ................................................................................................................................... 47 6.5.4 Acumulador. ....................................................................................................................................... 50 6.5.4.1 Estratificación de temperaturas .................................................................................................... 50 6.5.5 Bomba de circulación ........................................................................................................................ 51 6.5.6 Vaso de expansión ............................................................................................................................. 52 6.5.7 Elementos de montaje y sujeción. .................................................................................................. 52 6.5.8 Tuberías y aislamientos .................................................................................................................... 52 6.5.9 Otros elementos de la instalación. .................................................................................................. 53 6.5.9.1Purgador y desaireador ................................................................................................................... 53 6.5.9.2 Manómetros ..................................................................................................................................... 53 6.5.9.3 Termómetros y termostatos........................................................................................................... 53 6.5.9.4 Válvulas. ........................................................................................................................................... 53 6.5.10 Otros elementos externos a la instalación solar. ........................................................................ 54 6.5.10.1 Sistema de energía de apoyo. ..................................................................................................... 54 6.5.9.5 Grifo de vaciado .............................................................................................................................. 54 6.5.9.6 Sistema de llenado.......................................................................................................................... 54 7..4.1.1Caudal punta ................................................................................................................................... 68 7..4.1.2 Potencia útil .................................................................................................................................... 69 7.1 Introducción ........................................................................................................................................... 55 7.10. Calculo y selección del vaso de Expansión ................................................................................... 97 7.10.1 Aspectos de la normativa HE4 sobre el vaso de expansión ..................................................... 97 7.10.2 Razón para no colocar el vaso de expansión en la aspiración de la bomba .......................... 97 7.10.2.3 Formulas empleadas en el cálculo del vaso de expansión .................................................... 97 7.10.2.4 Cálculo del vaso de expansión ................................................................................................... 98 7.10.2.5 Elección del vaso de expansión .................................................................................................. 99 7.11 Selección de los depósitos acumuladores .................................................................................... 100 7.2 Calculo de la demanda de ACS: ......................................................................................................... 55 7.2.1 Metodo de cálculo .............................................................................................................................. 55 7.2.1.1 Calculo del caudal simultáneo de la vivienda(Qiv) .................................................................. 55 7.2.1.2 Calculo del coeficiente de simultaneidad del edificio(Kp) ..................................................... 56 7.2.1.3 Caudal simultaneo de la vivienda (Qsv)...................................................................................... 57 7.2.1.4 Caudal instalado del edifico o planta(Qie) ................................................................................. 57 7.2.1.5 Coeficiente de simultaneidad del edificio o planta ................................................................. 58 7.2.1.6 Caudal simultaneo del edificio o planta .................................................................................... 58 7.2.2 Servicios sanitarios por vivienda y consumos ............................................................................. 59 7.2.3 Caudales de las plantas y distribuidor principal ......................................................................... 61 José López Sánchez

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7.3 Cálculo de los coleptores solares ....................................................................................................... 63 7.3.1 Introducción. ....................................................................................................................................... 63 7.3.2 Método de cálculo .............................................................................................................................. 63 7.3.3 Estudio comparativo del cálculo con hojas distintas .................................................................. 63 7.3.3.1 Calculo con la hoja del Centro Integrado de Formación Profesional Superior de Energías Renovables- Gobierno de Navarra ...................................................................................................... 64 7.3.3.2 Calculo con la hoja HolsoGas de Gas Natural .......................................................................... 65 7.3.3.3 Validación con el programa CHEQ4 del IDEA ......................................................................... 66 7.4 Selección de la caldera ......................................................................................................................... 68 7.4.1 Potencia mínima necesaria ............................................................................................................... 68 7.4.1.3 Perdidas por rendimiento en la caldera más transporte .......................................................... 69 7.4.1.4 Potencia total de la caldera ............................................................................................................ 69 7.4.2 elección de la caldera ........................................................................................................................ 69 7.5 Calculo de los intercambiadores ........................................................................................................ 70 7.5.1Introducción ......................................................................................................................................... 70 7.5.2 Intercambiador circuito solar .......................................................................................................... 70 7.5.2.1 Potencia mínima del intercambiador del circuito solar........................................................... 70 7.5.3 Cálculo del intercambiador del circuito primario ....................................................................... 71 7.5.3.1 Características de los fluidos ........................................................................................................ 71 7.5.3.10 Intercambiador del circuito caldera- acumulador .................................................................. 74 7.5.3.10.1 Introducción ................................................................................................................................ 74 7.5.3.10.2 Adaptación del cálculo a los datos de la bomba de la caldera .......................................... 75 7.5.3.10.3 Calculo del intercambiador del circuito caldera- acumulador con la aplicación Alfa Labal .......................................................................................................................................................... 75 7.5.3.2 Perdida de carga .............................................................................................................................. 71 7.5.3.3 Temperaturas del primario y el secundario ............................................................................... 71 7.5.3.4 Caudales de los circuitos ............................................................................................................... 71 7.5.3.4.1 Especificación de caudal del fabricante................................................................................... 71 7.5.3.5 Calculo del caudal del circuito primario .................................................................................... 72 7.5.3.6 Calculo del caudal en el circuito secundario ............................................................................. 72 7.5.3.7 Margen de seguridad en el intercambiador ............................................................................... 72 7.5.3.8 Resumen de datos del intercambiador ....................................................................................... 72 7.5.3.9 Calculo del intercambiador del circuito solar con la aplicación Alfa Labal ........................ 73 7.6 Dimensionado de las bombas ............................................................................................................ 77 7.6.1 Bomba del circuito solar ................................................................................................................... 77 7.6.1.1 Introducción ..................................................................................................................................... 77 7.6.2 Selección de la bomba del circuito acumulado solar- intercambiador con la aplicación Wilo-Select3 ............................................................................................................................................. 80 7.6.3 Bomba del circuito antilegionela .................................................................................................... 82 7.6.3.1 Datos preliminares ......................................................................................................................... 82 7.6.3.2 Justificación de la elección de un tratamiento diario ............................................................... 82 7.6.3.3 Aspecto de la normativa respecto al circuito de prevención de legionelosis ...................... 82 7.6.3.4 Datos para el calculo de la bomba del circuito anti-legionela ............................................... 83 7.6.3.5 Selección de la bomba del anti-legionela solar con la aplicación Wilo-Select3 ................. 83 7.6.4 Grupo de bombas del circuito de recirculación de ACS ............................................................ 85 7.6.4.1 Aspectos de la normativa HS4 respecto al circuito de recirculación de ACS ...................... 85 7.6.4.2 Dimensionado de las redes de retorno de ACS ............................................................................ 85 7.6.4.3 Selección de la bomba del circuito de recirculaci de ACS con la aplicación Wilo-Select3 .................................................................................................................................................................... 85 7.7 Cálculo del fluido caloportador. ........................................................................................................ 88 7.7.1 Introducción ........................................................................................................................................ 88 7.7.2 Aspectos de la normativa con respecto al anticongelante .......................................................... 88 José López Sánchez

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7.7.3 Selección del anticongelante y su concentración ......................................................................... 89 7.7.4 Elección del anticongelante ............................................................................................................. 90 7.8.1Introducción ......................................................................................................................................... 91 7.8.2 Formulas utilizadas para el cálculo ................................................................................................ 91 7.8.3 Pedidas de carga de los distintos tramos ....................................................................................... 91 7.8.4 Calculo de los distintos tramos ....................................................................................................... 92 7.9 Calculo y selección del aislamiento .................................................................................................. 93 7.9.1 Normativa de aplicación ................................................................................................................... 93 7.9.2.1Para la tuberías que discurren por el exterior ............................................................................ 94 7.9.2.2 Para las tuberías que discurren por el interior .......................................................................... 95 7.9.2.2.1 Ejemplos de selección del aislamiento .................................................................................... 96 8.1 INTRODUCCION .............................................................................................................................. 102 9.1 Introducción ......................................................................................................................................... 116 9.2 El efecto invernadero ......................................................................................................................... 116 9.3 El Protocolo de Kioto ......................................................................................................................... 117 9.4 Principales contaminantes ................................................................................................................ 118 9.5 Ahorro de emisiones de CO2 ............................................................................................................ 119 9.5.1 Ahorro de emisiones para ACS. .................................................................................................... 119 Capítulo 1: INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 7 CAPITULO 10: ESTUDIO ECONOMICO .............................................................................................. 120 10.1 PRESUPUESTO .................................................................................................................................. 124 CAPITULO 11: CONCLUSIONES .......................................................................................................... 125 Capítulo 2 : Datos del proyecto ................................................................................................................. 10 Capítulo 3: Criterios de cálculo.................................................................................................................. 26 Capítulo 4: Criterios generales de diseño ................................................................................................. 28 CAPITULO 5 ................................................................................................................................................ 33 CAPITULO 6: DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN ........................................................................ 39 CAPITULO 7 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN .................................................................... 55 CAPITULO 8 ANEXO PLANOS ............................................................................................................. 102 CAPITULO 9: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ....................................................................... 116

José López Sánchez

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R ub ub iro iro Capítulo 1: INTRODUCCIÓN 1.1 El objeto del proyecto

El presente proyecto tiene dos finalidades claras, la primera será diseñar y calcular una instalación de producción de agua caliente sanitaria mediante métodos renovables, concretamente haciendo uso de la energía solar térmica, para un edificio de viviendas unifamiliares. La segunda finalidad será elaborar una especie de guía-ejemplo que le pueda servir al alumno para demostrar los conocimientos adquiridos a lo largo de todo el proceso formativo impartido por quien subscribe este proyecto al objeto de conseguir la calificación adecuada para obtener el aprobado en esta asignatura. 

Para las distintas metodologías de cálculo, nos apoyaremos de los documentos oficiales que existen en torno a estos tipos de instalaciones, principalmente usaremos estos tres: Pliego de Condiciones Técnicas de instalaciones de baja temperatura (PCT)

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Reglamento de instalaciones térmicas de los edificios del Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía (RITE-IDAE)

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Código Técnico de la Edificación, Documento Básico HE, de ahorro de energía. (CTE, DB-HE)

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Por otro lado para los cálculos de radiación solar, y condiciones climatológicas, usaremos distintas fuentes que serán nombradas en la bibliografía entre las que cabe destacar CENSOLAR, IDEA, y la muy diversa y valiosa documentación aportada por Francisco Egea, director de este proyecto y profesor de la materia

1.2 Panorama energético:

El sector de la energía solar térmica en España actualmente no se encuentra en su mejor momento, y esto más que nada por la dependencia directa que el sector tiene hoy día con la industria de la construcción.

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Si se realiza un análisis de los años pasados, es de destacar el crecimiento del sector durante el período 2004-2008, donde la capacidad instalada de energía solar térmica en España se multiplicó por cinco. Este escenario ha cambiado radicalmente durante los últimos dos años, con reducciones cercanas al 14 % para cada uno de los años.

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R ub ub iro iro SITUACIÓN ACTUAL...

Durante el año 2010 se han instalado unos 243,6 MWth que equivalen a unos 348 mil m2, lo cual implica menos de la mitad de la previsión que en el Plan de Energías Renovables se fijaba para el año, según cifras aportadas por la Asociación Solar de la Industria Térmica (ASIT).

Del total instalado durante 2010, más del 80 % se relaciona de forma directa con el Código Técnico de Edificación (CTE), un 15 % a instalaciones promovidas por sistemas de ayudas de las Comunidades Autónomas y el resto a captadores destinados al calentamiento de piscinas.

En comparación con la capacidad instalada en Europa, España "solo" aporta un 9 % del total instalado versus un 33 % del mercado alemán, país que cuenta con unos niveles de irradiación solar menores a los de España.

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Para el 2011 y 2012 las previsiones no son muy alentadoras, más que nada por su dependencia directa de la construcción, sector inmerso en una profunda crisis, donde solo se estima el inicio de 150 mil viviendas en el año, en contraste con las 560 mil viviendas construidas 3 años atrás. Es por ello que las previsiones no son optimistas debido a que el crecimiento del sector de la energía solar térmica depende de la nueva edificación y de los programas de ayuda de las Comunidades Autónomas, los cuales continuarán decayendo otro año más.

PROPUESTAS PARA UN FUTURO MEJOR...

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Se han propuesto una serie de medidas que ayudarían a cambiar la tendencia negativa de los últimos años y de esta forma potenciar al sector de la energía solar térmica en un futuro cercano. 

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Posibilidad de ampliar el alcance fijado en el Código Técnico de Edificación, más allá de su obligatoriedad, en el sentido de incorporar nuevas aplicaciones como ser la climatización y apostar fuertemente por la rehabilitación.

Mayor relación e incentivos a percibir por parte de las Empresas de Servicios Energéticos (ESE's) de forma que permita un mayor desarrollo del sector.

La exigencia de mayor eficacia en los programas de ayudas públicas fomentando la eficiencia (o energía útil generada) de las instalaciones, en vez de ayudas al metro cuadrado, como en la actualidad.

La apertura de nuevos mercados, como el de los Grandes Consumos de Calor mediante el establecimiento de un modelo de "Régimen Especial".

Y por sobre todas las cosas, el poder contar con un marco regulatorio estable que valore equitativamente la madurez y capacidad de la tecnología solar térmica.

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En resumen, si bien la energía solar térmica aporta indudables ventajas, es fundamental que el sector disponga de un sistema regulatorio estable, lo que apoyaría un mayor desarrollo de la tecnología y así tender a la reducción de sus costes de operación, asegurando para los próximos años, el crecimiento de la potencia solar térmica instalada en España.

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R ub ub iro iro Capítulo 2 : Datos del proyecto

2.1 Visión general del proyecto:

El edificio de viviendas en que vamos a efectuar la instalación de placas solares para su utilización en ACS, se encuentra en Murcia

El edificio en cuestión se trata de 19 viviendas situadas en el municipio de Molina de Segura El edificio se compone de cuatro alturas distribuidas cuatro plantas habitables y una terraza con trasteros donde además de los captadores solares se puede encontrar la sala de maquinas y los demás elementos de la instalación.

En los sucesivos apartados, haremos una descripción más detallada del edificio, también explicaremos las zonas en las que usaremos los paneles solares concon los que se conseguirá producir el aporte solar necesario para el consumo de agua caliente del edificio además de las particularidades en las condiciones climatológicas inherentes a la situación del proyecto.

2.1.1 Descripción del edificio y sus superficies:

La vivienda objeto de este proyecto consta de cuatro plantas; sótano, planta baja ,planta primera, planta segunda, planta tercera y cubierta. A continuación daremos una breve explicación de cada planta y de los usos que tiene cada una.

• Planta baja:

Consta de un vestíbulo y un distribuidor y su correspondiente

escalera para subir a las demás planta, así como un ascensor. La

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planta baja dispone de cuatro viviendas

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R ub ub iro iro Plano Planta Baja

• Planta primera, segunda y tercera:

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Estas tres plantas son de distribución idéntica. Constan de un vestíbulo y un distribuidor y su correspondiente escalera para subir a las demás plantas, así como un ascensor. Las plantas 1,2y3 están compuestas por cinco viviendas cada una de ellas

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R ub ub iro iro Plano Plantas 1-2-3

• Cubierta:

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Es donde irán situados los colectores solares, orientados hacia el sur, que es la orientación óptima. Tiene una zona construida como terraza transitable, apropiada para la instalación de los paneles solares térmicos. Consta de varios espacios habilitados como trasteros En esta zona del edificio es donde estará situada la instalación para ACS.

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R ub ub iro iro Plano de Cubierta:

2.2.2 Entorno del proyecto: En este apartado vamos a ver lo que supone que nuestro edificio esté situado en Murcia.

Hay muchos factores que varían de una zona geográfica de España a otra, los factores que vamos a comentar son los siguientes: Datos generales de Murcia.  Zona climática, para conocer la contribución solar mínima para aplicaciones de agua caliente sanitaria (ACS). 

Radiación: es importante para conocer la cantidad de energía que le llega al colector solar .

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Horas de sol

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Temperaturas características.

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2.2.2.1 Datos del emplazamiento: MURCIA

Generalidades

Los principales datos a tener en cuenta sobre la situación geográfica de la ciudad, son los siguientes (Fuente: Instituto Nacional de Meteorología): José López Sánchez

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Altitud: 62 m

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Latitud: 38º00’10’’ Norte

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Longitud: 10º10’10’’ W.

• Estas son las temperaturas máximas y mínimas históricas registradas en España según el Instituto Nacional de Meteorología.

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Se establece en base a las tablas de mínima histórica la registrada en Alcantarilla el 28 de diciembre de 1940 como -6

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R ub ub iro iro Zona Climática

El siguiente mapa muestra las zonas climáticas que existen en España, gracias a él se puede tabular fácilmente diversos valores clave como el rango de la radiación solar global, horas de sol y el factor solar mínimo que debe existir para las instalaciones de ACS en función de su demanda.

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Murcia pertenece pues a las Zonas climáticas IV y V:

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R ub ub iro iro 2.3 Sol y radiación

Para el cálculo manual de la superficie de captadores es imprescindible conocer los 2

valores medios mensuales/anuales de radiación solar para Murcia en [MJ/m ] y en 2

[kWh/m ]. Los datos han sido extraídos de la base de datos de Censolar y de un nuevo AtlasAtlas de Irradiación Solar y Temperatura Ambiente de la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia. Hay que tener en cuenta que cuando los datos son para una superficie horizontal, tendremos que modificar por un factor que modifica este valor según la inclinación y la latitud. Estos cálculos se han realizado a modo de contraste con los ofrecidos en este estudio que han sido realizados con varias hojas de cálculo todas ellas con el método F-Chart

A continuación y de forma más exacta se han obtenido las tablas de irradiación sobre plano inclinado. Para ello se han teniendo en cuenta la componente directa, difusa y reflejada en la expresión de la irradiación diaria media mensual sobre plano inclinado:

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dondeH y Hdson los valores diarios medios mensuales de la radiación global y difusa sobre plano horizontal respectivamente que fueron obtenidos en las estaciones de medida anteriormente referenciadas. ρes el albedo del terreno que se ha tomado igual a 0,2 y βes la inclinación de los colectores. Estos valores de irradiación vienen dados en kJ/(m2día).

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En la tabla siguiente se muestran los valores de radiación para cada Término Municipal de la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia obtenidos a partir de los mapas de radiación. Las tablas muestran tres valores de radiación para cada municipio, estos valores son: •Radiación Mínima •Radiación Media •Radiación Máxima Estos valores de radiación se refieren según la columna al mes en cuestión o al año en la última de las columnas. Estos valores son muy útiles para realizar una estimación bastante aproximada de la radiación disponible en un municipio en concreto a la hora de pre diseñar una instalación de aprovechamiento solar.

Con los valores de radiación global media y latitud de cada municipio en concreto, y siguiendo el proceso descrito en el anexo A del presente documento, que se resume en la aplicación correcta de la ecuación 5.1, se puede calcular la radiación solar sobre plano inclinado para cada uno de los municipios de la región.

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Donde δes la declinación característica y ωses el ángulo correspondiente a la salida de Sol (en grados sexagesimales). El valor de la declinación característica es elque aparece recogido en la tabla siguiente:

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El valor del ángulo horario correspondiente a la salida del sol se puede determinar mediante la expresión:

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R ub ub iro iro Para completar el estudio de la radiación incidente y hacer más completo este estudio se ha recurrido a la base de datos del programa de cálculo CENSOLAR, a efectos de contrastar datos

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Por último, de las propiedades que se pueden definir por la zona climática destaca la temperatura media durante las horas de sol que existe en Murcia. Este dato nos será útil a la hora de calcular los rendimientos solares en los colectores mediante el método de cálculo f-chart. El dato se puede encontrar en la hoja adjunta de datos climatológicos del IDAE

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R ub ub iro iro 2.4Demanda ACS

Debemos conocer que el consumo de agua diario de las viviendas. En el siguiente apartado procederemos a su cálculo:

2.4.1Consumo diario Datos del edificio: -

4 viviendas de 1 dormitorio.

-

9 viviendas de 2 dormitorios.

-

6 viviendas de 3 dormitorios.

-

Situado en Molina de Segura ( zona 5)

-

4 viviendas de 1 dormitorio x 1,5 personas = 6 personas

-

9 viviendas de 2 dormitorios x 3

personas = 27 personas

-

6 viviendas de 3 dormitorios x 4

personas = 24 personas

TOTAL= 57 personas

2.4.2 Calculo de la demanda

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Para valorar las demandas se tomarán los valores unitarios que aparecen en la siguiente tabla (Demanda de referencia a 60 ºC).

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R

2.5 Contribución solar mínima

José López Sánchez

21

R ub ub iro iro Temperatura

R

2.6

del

agua

de

José López Sánchez

la

red

22

R ub ub iro iro 2.7 Consumo de energía anual

Considerando la temperatura de agua de red de la zona y la temperatura de suministro de ACS de 60ºC, se obtiene la demanda de energía de ACS:

La masa de un litro de agua es 1Kg y su calor específico es 1 Kal/KgºC por lo que podemos sustituir en la formula:

El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado Por lo tanto la formula puede quedar de la siguiente manera

=21832767 Kcal/año= 25387 Kw/año

AHORRO

R

25387 Kw/año X 0,7=17771Kw/año

José López Sánchez

23

R ub ub iro iro Capítulo 3: Criterios de cálculo

3.1 Consideraciones previas al cálculo de la instalación:

Antes de comenzar con el dimensionamiento del sistema, es necesario considerar cuatro ideas fundamentales que debe cumplir en la medida de lo posible toda instalación: “Curso de experto profesional de energía solar térmica, CENSOLAR” • Captar el máximo posible de energía solar Tan importante es disponer de un número suficiente de colectores para captar la energía solar, elegir la inclinación adecuada para no desaprovecharla como de regular la captación de dicha energía.

• • Consumir principalmente energía solar El diseño del sistema de almacenamiento debe favorecer el uso primario de energía solar frente a la auxiliar. Está terminantemente prohibido por el Pliego de condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura, la conexión de un sistema auxiliar en el acumulador solar ya que supondría una disminución de las posibilidades de la instalación solar.

• Asegurar la complementariedad entre la energía solar y la convencional. Se trataría de precalentar toda el agua que va a ser consumida mediante energía solar y añadiendo la cantidad mínima de energía auxiliar mediante una caldera de forma instantánea.

• No juntar energía solar con convencional Mezclar lo menos posible el agua precalentada por los colectores con la que lo ha sido mediante la energía auxiliar.

3.2 Requisitos generales y de seguridad en el diseño de una instalación solar: Definiendo la instalación Estos requisitos generales y de seguridad, han de darse en todas las instalaciones solares térmica y los siguientes puntos aquí explicados están contenidos en el Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de baja temperatura, PCT.

R

3.2.1 Generalidades Por el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) se define este edificio como un “Sistema solar de calentamiento a medida o por elementos” y de categoría “Sistema pequeño a medida”. Este es un sistema único en el diseño y montaje, utilizado para el calentamiento de agua .

Para estas instalaciones destinadas a ACS, se deberán emplear captadores cuyo 2

coeficiente global de pérdidas sea inferior a 4,5 W/m ºC

José López Sánchez

24

R ub ub iro iro

3.2.2 Protección contra heladas: Fluido de trabajo Según las características climatológicas del lugar, la instalación se puede ver afectada por heladas ya que anteriormente se ha visto que Murcia tiene un mínimo histórico de 6ºC por lo que habrá que elegir un fluido de trabajo en el circuito primario que no congele a dicha temperatura. El fluido elegido esta vez es una mezcla de agua con propilenglicol, en concreto un aditivo preparado con el nombre industrial Tyfocor L al 25% de propilenglicol. Este nos salvará de la congelación hasta -11ºC según el fabricante.

• Propiedades del fluido de trabajo: Es importante establecer las propiedades del fluido de trabajo ya que en gran medida va a depender el funcionamiento correcto de la instalación como por ejemplo el correcto dimensionado del vaso de expansión por tener una dilatación mayor que la del agua corriente. Y al tener una densidad mayor el flujo másico de la instalación será distinto.

3.2.3 Protección frente a sobrecalentamientos, quemaduras y Legionella :

El sistema deberá estar diseñado de tal forma que con altas radiaciones solares prolongadas sin consumo de agua caliente, no se produzcan situaciones en las cuales el usuario tenga que realizar alguna acción especial para llevar al sistema a su forma normal de operación.

Cuando el sistema disponga de la posibilidad de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, la construcción deberá realizarse de tal forma que el agua caliente o vapor del drenaje no supongan ningún peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema, ni en ningún otro material en el edificio o vivienda.

El sistema deberá ser diseñado de tal forma que nunca se exceda la máxima temperatura permitida por todos los materiales y componentes.

En sistemas de agua caliente sanitaria, donde la temperatura de agua caliente en los puntos de consumo pueda exceder de 60 °C deberá ser instalado un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60°C.

En sistemas con circulación forzada se aconseja utilizar una válvula antiretorno para evitar flujos inversos.

R

Para el caso de la prevención contra la Legionelosis la temperatura del agua en el circuito de distribución de agua caliente no deberá ser inferior a 50 °C en el punto más alejado y previo a la mezcla necesaria para la protección contra quemaduras o en la tubería de retorno al acumulador.

José López Sánchez

25

R ub ub iro iro Capítulo 4: Criterios generales de diseño

4.1Diseño del sistema de captación 4.1.1 Generalidades:

El captador seleccionado deberá poseer la certificación emitida por un organismo competente en la materia o por un laboratorio de ensayos según lo regulado en el RD 891/1980 de 14 de abril. Además de presentar la homologación se han de presentar las curvas de rendimiento obtenidas por el organismo o laboratorio.

Además se ha de cuidar que la pérdida de carga del captador para un caudal 2

de 1 l/min por cada m será inferior a 1m c.a.

Se recomienda que los captadores que integren la instalación sean del mismo modelo, tanto por criterios energéticos como por criterios constructivos.

4.1.2 Pérdidas por orientación:

La orientación e inclinación del sistema de captación y las posibles sombras sobre el mismo serán tales que las perdidas respecto al óptimo, seaninferiores a los límites de la tabla Nuestro caso será el caso General por lo que solo dispondremos de un 10% máximo admitido para las pérdidas por orientación e inclinación. Respecto a las sombras, en nuestro proyecto no habrá posibles sombras sobre los colectores ya que no hay elementos externos que las produzcan.

4.1.3 Inclinación optima:

R

Se considera la dirección Sur como óptima, en nuestro caso eso se cumplirá ya que toda la cubierta donde estarán instalados los colectores está orientada al Sur. La inclinación óptima, se considera como dependiente del periodo de consumo: • Consumo constante anual: la latitud geográfica • Consumo preferente en invierno: la latitud geográfica + 10° • Consumo preferente en verano: la latitud geográfica - 10°

José López Sánchez

26

R ub ub iro iro Ya que el aprovechamiento máximo que se puede obtener en la instalación será el de invierno, la inclinación de nuestros captadores será de 45º

4.1.4 Conexionado:

Los captadores se dispondrán en filas constituidas, preferentemente, por el mismo número de elementos. Las filas de captadores se pueden conectar entre sí en paralelo, en serie o en serie paralelo, debiéndose instalar válvulas de cierre en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc.

Dentro de cada fila los captadores se conectarán en serie o en paralelo. El número de captadores que se pueden conectar en paralelo tendrá en cuenta las limitaciones del fabricante.

El número de captadores conexionados en serie no será superior a tres. En casos de aplicaciones para algunos usos industriales y refrigeración por absorción, si está justificado, este número podrá elevarse a cuatro, siempre y cuando sea permitido por el fabricante. En el caso de que la aplicación sea de A.C.S. no deben conectarse más de dos captadores en serie.

Se dispondrá de un sistema para asegurar igual recorrido hidráulico en todas las baterías de captadores. En general se debe alcanzar un flujo equilibrado mediante el sistema de retorno invertido. Si esto no es posible, se puede controlar el flujo mediante mecanismos adecuados, como válvulas de equilibrado.

Se deberá prestar especial atención en la estanquidad y durabilidad de las conexiones del captador.

R

En la Ilustración se pueden observar de forma esquemática las conexiones mencionadas en este apartado.

José López Sánchez

27

R ub ub iro iro 4.2 Diseño del sistema de acumulación solar:

El diseño del sistema de acumulación tendrá determinadas preferencias Preferentemente, los acumuladores serán de configuración vertical y se ubicarán en zonas interiores.

Para aplicaciones combinadas con acumulación centralizada es obligatoria la configuración vertical del depósito, debiéndose además cumplir que la relación altura/diámetro del mismo sea mayor de dos.

El sistema deberá ser capaz de elevar la temperatura del acumulador a 60°C y hasta 70°C con objeto de prevenir la legionelosis, tal como dispone el RD 865/2003, de 4 de julio. a) Sistema auxiliar en el acumulador solar

No se permite la conexión de un sistema auxiliar en el acumulador solar, ya que esto puede suponer una disminución de las posibilidades de la instalación solar para proporcionar las prestaciones energéticas que se pretenden obtener con este tipo de instalaciones.

4.3 Diseño del sistema de intercambio:

R

El intercambiador independiente será de placas de acero inoxidable o cobre y deberá soportar las temperaturas y presiones máximas de trabajo de la instalación.

El intercambiador del circuito de captadores será como en el caso anterior de placas de acero inoxidable o cobre Así pues para una instalación donde solo se usa un intercambiador entre el acumulador y las placas solares, la transferencia de calor del intercambiador no deberá ser 2

2

inferior a 40W/K·m , por m de colector solar.

Por último, respecto a las pérdidas de carga en el intercambiador, estas no podrán José López Sánchez

28

R ub ub iro iro ser superiores a 3m c.a tanto en el circuito primario como en el secundario.

4.4 Diseño del circuito hidráulico:

Debe concebirse en fase de diseño un circuito hidráulico de por sí equilibrado. Si no fuera posible, el flujo debe ser controlado por válvulas de equilibrado.

4.4.1 Tuberías Con objeto de evitar pérdidas térmicas, la longitud de tuberías del sistema deberá ser tan corta como sea posible, evitando al máximo los codos y pérdidas de carga en general.

Además como es obvio, se prohíbe el uso de acero negro en las tuberías para el circuito de agua sanitaria. El diámetro de las tuberías será tal que la velocidad de circulación del fluido sea inferior a 2m/s en locales habitados y de 3m/s para trazados por el exterior. Por último reseñar que la perdida de carga admisible por metro lineal de tubería nunca ha de ser mayor a 40mmc.a 4.4.2 Bombas Primeramente, se ha de optar por bombas tipo de circuladores en línea, siempre que sea posible Si el circuito de captadores está dotado con una bomba de circulación, la caída de presión se debería mantener aceptablemente baja en todo el circuito.

Siempre que sea posible, las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal.

La potencia de la bomba para sistemas pequeños rondará el 2%de la mayor potencia calorífica que pueda suministrar el sistema de colectores.

Por último, la bomba deberá compensar todas las pérdidas de carga que se den en el circuito.

4.2.3 Vasos de expansión Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.

El vaso de expansión puede ser de dos formas, abierto o cerrado. Para este proyecto se ha elegido un vaso de expansión cerrado, y deberá cumplir la siguiente serie de condiciones para su posterior dimensionado.

El volumen de dilatación manejado por el vaso de expansión será como mínimo, igual a 4,3% del volumen total de fluido. Además, el depósito de expansión deberá ser capaz de compensar el volumen del medio de transferencia de calor en todo el grupo de captadores completo, incluyendo todas las tuberías de conexión entre captadores, más un 10%.

R

4.2.4 Válvulas Para este tipo de instalaciones, no estará permitido el uso de válvulas de compuerta.

Las válvulas de seguridad han de ser capaces de derivar la potencia máxima de los captadores de manera que en ningún caso se sobre pase la presión máxima de trabajo del José López Sánchez

29

R ub ub iro iro sistema.

4.2.5 Purga de aire En los puntos altos de la salida de baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la instalación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de purga constituidos por botellines de des aireación y purgador manual , constituido este último por una válvula debola, alejada en lo posible del punto más calienten ( salida de los coleptores), para evitar que este sometida a altas temperaturas.

Los trazados horizontales de tubería tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en sentido de la circulación.

4.2.6 Drenaje Los conductos de drenaje de las baterías de captadores se diseñarán en lo posible de forma que no puedan congelarse.

4.2.7 Diseño del sistema de energía auxiliar Para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía auxiliar.

Queda prohibido el uso de sistemas de energía auxiliar en el circuito primario de captadores.

4.2.8 Diseño del sistema eléctrico y de control El diseño del sistema de control asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar. El sistema de regulación y control comprende los siguientes sistemas: • Control de funcionamiento del circuito primario y secundario.

• Sistemas de protección y seguridad de las instalaciones contra sobrecalentamientos, heladas, etc.

El rango de temperatura ambiente de funcionamiento del sistema de control estará, como mínimo, entre 10ºC y 50ºC El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos.

El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2°C y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 °C. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no será menor de 2°C.

R

4.2.9 Diseño del sistema de monitorización Para el caso de instalaciones menores de 20 m2, como es el caso de la presente instalación, no será obligatorio disponer de un sistema analógico de medida de variables del sistema. No obstante y teniendo en cuenta que se ha dispuesto la José López Sánchez

30

R ub ub iro iro instalación de un relé programable LOGO, estas mediciones son fácilmente programables

CAPITULO 5:

Criterios de elección y cálculo y diseño del sistema de captación

5.1 Introducción:

Este capítulo tiene por objetivo la elección del captador solar idóneo para la instalación que se está diseñando.

De forma general y para una elección óptima del captador solar plano se han de tener en cuenta las siguientes características: (fuente: Curso de experto profesional en energía solar térmica) • Durabilidad y rendimiento, establecida en ensayos realizados por laboratorios homologados y de prestigio. Hay que buscar un producto que posea un buen rendimiento energético que se mantenga durante el tiempo de vida de la instalación.

R

• Facilidad de montaje y manipulación . De este modo, es posible reducir en gran medida los costes de mano de obra de instalación, mantenimiento y posibles cambios.

• Garantía y servicio post-venta del fabricante y/o instalados , que evite trastornos al instalador o al cliente cuando sea necesario proceder a una reclamación por defectos de fabricación y/o instalación

José López Sánchez

31

R ub ub iro iro

• Además un captador de calidad requiere una seria de características mínimas que debe cumplir, independientemente de la curva de homologación que haya recibido por parte del organismo certificador, como son: a) La cubierta transparente debe de ser de vidrio, preferentemente templado, de bajo contenido en hierro y de espesor no inferior a 3 mm.

b) El captador presentara, al menos, un orificio de ventilación, con un diámetro no inferior a 4mmm, situado en la parte inferior, que permita eliminar la presencia de condensaciones en la superficie inferior del vidrio. c) Se emplearan, preferiblemente, captadores con una única cubierta de vidrio

d) El diseño de la carcasa debe permitir que se elimine fácilmente la posible existencia de agua en el interior del captador, que se puede degradar y corroer el aislamiento y el absorbedor. e) Durabilidad, que permita un funcionamiento superior a los 20 años. Hay que prestar una particular atención a la degradación del absorbedor por envejecimiento.

5.2 Método de cálculo F-chart: El método de cálculo F-chart será el método empleado para hallar las cobertura de ACS que se darán durante todo el año F-chart es un método para dimensionar la superficie de captación en un sistema solar térmico ampliamente aceptado, propuesto por Beckman (1982) y conocido como “método de las curvas-f”. Aunque el método no ha sido propuesto para hacer estimaciones semanales, y menos aun diarias, es suficientemente exacto para estimaciones de periodo largo. Para desarrollarlo son necesarios datos meteorológicos medios mensuales. Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables adimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar las expresiones que definen las curvas-f para determinar el rendimiento medio del sistema para un dilatado periodo de tiempo. Las variables de partida del método serán: Tipo de colector

•

Area del colector

•

Curva de eficiencia

R

•

•

Capacidad de almacenamiento

•

Caudal de trabajo

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R ub ub iro iro •

Variables climatológicas

5.2.1 Procedimiento de cálculo:

El procedimiento seguido se puede desglosar en los siguientes pasos:

• Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la producción de agua caliente sanitaria.( ya se ha realizado en un capitulo anterior) • Evaluación de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del sistema de captación.

•

Cálculo del parámetro adimensional D1.

•

Cálculo del parámetro adimensional D2.

•

Determinación de la curva-f.

•

Valoración de la cobertura mensual con energía solar.

• Determinación del porcentaje anual cubierto por la energía solar.

5.2.2 Estudio de Cobertura de ACS mediante el método f-chart

Se estudiará cada tipo de colector por separado y se representarán en las tablas un rango de colectores. El óptimo para la producción de agua caliente sanitaria se hallará aplicando los tres principios expuesto previamente por el Pliego de Condiciones técnicas para instalaciones de baja temperatura (PCT). Estos son:

• La contribución solar mínima para este tipo de instalaciones ha de ser como mínimo la contemplada por el CTE: en nuestro caso un 70%.

•

No se ha de sobrepasar el 110% de la demanda para ningún mes.

• Se podrá contribuir con el 100% de la demanda para un máximo de 3 meses seguidos.

5.2.3Análisis de los resultados de cobertura de ACS, para el número de colectores optimo:

R

En el capitulo de cálculos se observa que el cálculo de captadores no sobrepasan la demanda máxima de 3 meses consecutivos de más de 100% de aporte solar y además se encuentran por encima del 70% de aporte solar como dicta la limitación de aporte por Zona Climática . Además de que en ningún caso se ha de superar el 110% de aporte para ningún mes.

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33

R ub ub iro iro 5.3 Diseño del sistema de captación 5.3.1 Introducción:

Una vez definido el número de colectores y el tipo que se va a utilizar, como la más idónea para dotar a la instalación de agua caliente sanitaria. Es importante diseñar adecuadamente la instalación de dichos colectores, se estudiarán pues las perdidas por orientación, inclinación y por sombras que se puedan dar. Concluyendo con la determinación del ángulo optimo de posicionamiento del colector para su funcionamiento.

5.3.2 Calculo de Pérdidas por Orientación e Inclinación:

Una vez escogido el colector más adecuado es imprescindible hacer un estudio de cálculo de pérdidas por orientación y estudiar la inclinación idónea para el uso de la instalación con las mínimas pérdidas.

• Orientación:

La orientación de los paneles es fundamental ya que una buena orientación permitirá un mayor número de horas de sol lo que la radiación y el aprovechamiento de la energía sea mayor.

En el Hemisferio norte se orientan los paneles hacia el SUR geográfico, se permiten desviación en respecto a esa orientación.

En el proyecto, la terraza donde los paneles serán instalados está orientada al Sur geográfico con lo que en este aspecto no se tendrá problema alguno.

R

• Inclinación:

Al igual que con la orientación, una correcta inclinación en los paneles reportará un aprovechamiento en las horas de sol ya que los rayos solares incidirán de una forma más perpendicular.

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R ub ub iro iro Se aconsejan valores comprendidos

la latitud del proyecto

En el Pliego de condiciones Técnicas (IDAE) se contempla que en un consumo preferente en Invierno, la inclinación de los paneles (β) será de aproximadamente Lat +10º. Así pues se tomara como dato de partida una inclinación de 45º en los paneles.

Con estas premisas calcularemos el rango de inclinación admisible para la instalación, según el Anexo V del Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura.

Como datos de partida tendremos, que la instalación se encuentra situada en Murcia (38ºN) y orientada al Sur por lo que se tendrá un ángulo azimut 0º.

Si observa el Pliego de condiciones técnicas se fijan unas perdidas máximas del 10% en orientación e inclinación para aquellas instalaciones de uso general.

Para este cálculo se observa que los datos cumplen para una latitud de 38º pues Se observa en el diagrama que para unas pérdidas del máximo 10% de la radiación solar en el caso general (38ºN), las inclinaciones máximas y mínimas han de ser, 60º y 7º respectivamente.

R

Para comprobar mejor el cálculo de perdidas se ha recurrido al programa CENSOLAR, dentro del cual encontramos la siguiente aplicación donde calcularemos los parámetros de perdidas

José López Sánchez

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R ub ub iro iro

Como puede observarse las perdidas son del 04%, lo que es despreciable y además entra holgadamente dentro de las pérdidas de hasta el 10% permitidas por el CTE (HE4) para este tipo de instalaciones 5.3.3 Cálculo de pérdidas por sombras:

En este estudio se identifican dos tipos de perdidas por sombras en los colectores, primero, la perdida por sombras producidas por obstáculos y segundo, la perdida por sombras producidas por los propios colectores.

R

Dado que el edificio sometido a estudio no presenta sombras creadas por otros edificios colindantes, y además no está en una zona con vegetación no presenta sombras producidas por objetos, por que el estudio por sombras se limitará al estudio de las producidas por los propios colectores. Con respecto a las sombras producidas por los propios colectores no serán posibles pues los siete colectores se hayan instalados en una única fila

5.4 Conexionado:

En el conexionado de los captadores se pretende alcanzar un flujo uniforme a través de cada uno de ellos. De esta manera, cada captador podría operar con el mayor José López Sánchez

36

R ub ub iro iro rendimiento, evitando que se formen zonas con un flujo muy débil o deficiente.

En la instalación típica de ACS de baja temperatura, es desaconsejable la conexión en serie de los captadores, cuyo único beneficio radica en la reducción de caudal en el primario, a cambio de incrementar las pérdidas térmicas, por el aumento de la temperatura de trabajo.

Por ello en nuestro proyecto se dispondrá de captadores acoplados entre sí en paralelo, formando una fila horizontal y bien alineada.

La fila será de 7 captadores, no sobrepasándose así la recomendación del fabricante en lo que a número máximo de captadores conectados en una sola fila.

Cuando se interconectan varios captadores entre sí para formar una batería, normalmente se pretende hacer circular el mismo caudal de fluido a través de cada captador siendo el caudal total la suma de los caudales individuales que circulan por cada captador. Por ese motivo se utiliza el conexionado en paralelo.

R

Para un correcto funcionamiento de la instalación, las baterías deben estar equilibradas hidráulicamente. Esto se consigue mediante la utilización de válvulas de equilibrado o bien, usando el mismo número de captadores por batería y mediante un diseño de las tuberías en “retorno invertido”. Para ello, la conexión de entrada a cada línea se realizará por el tubo de conexión inferior del primer captador y la salida por el tubo de conexión del último captador de la batería y diseñando la misma longitud hidráulica en cualquier caso. De esta forma se consigue que el recorrido hidráulico sea similar y por tanto se obtengan iguales pérdidas de carga y por tanto caudales similares en todos los captadores.

La conexión de los siete captadores quedará de la siguiente forma:

.

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37

R ub ub iro iro CAPITULO 6: DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

6.1 Introducción:

En este apartado vamos a explicar el funcionamiento básico de la instalación y la descripción de los componentes que contiene.

Primero realizaremos una descripción del funcionamiento de la instalación y de sus partes, para después explicar sus componentes uno a uno.

6.2 Descripción general de una instalación solar.

La organización de los componentes en conjuntos funcionales o sistemas de una instalación y las interconexiones entre ellos, constituyen una pieza fundamental en el análisis y funcionamiento de una instalación solar.

También son muy importantes los criterios fundamentales de funcionamiento de la instalación, que también estudiaremos, tales como el principio de circulación del fluido de trabajo, mecanismos de transferencias de calor, etc.

6.2.1Criterios funcionales: Clasificación de la Instalación:

Hay varios criterios funcionales que condicionan el funcionamiento de una instalación solar, según el “Pliego de Condiciones Técnicas”. Estos criterios son los siguientes: •

Principio de circulación del fluido de trabajo en el circuito de captación.

• Sistema de transferencia de calor desde el circuito de captación solar al circuito de consumo.

•

Tipo de sistema de expansión utilizado.

•

Tipo de sistema de apoyo.

•

Forma de acoplamiento del sistema de apoyo en la instalación solar.

6.2.1.1Principio de circulación.

R

Se refiere al mecanismo mediante el cual se produce el movimiento del fluido que circula en el circuito de captadores. Debe distinguirse entre circulación forzada o por bomba y la circulación natural o por termosifón.

En nuestra instalación utilizaremos circulación forzada, de la que haremos una descripción a continuación:

José López Sánchez

38

R ub ub iro iro • Circulación forzada

Utiliza una bomba de circulación para hacer circular el fluido de trabajo a través de los captadores solares por lo que la transferencia de calor al fluido tiene lugar por convección forzada.

La instalación dispone de un sistema de control, normalmente de tipo diferencial, que activa o desactiva la bomba dependiendo de la diferencia de temperaturas entre dos sondas. Habitualmente una de estas sondas se encuentra colocada a la salida de los captadores solares y la otra se instala en la parte inferior del acumulador. Esta estrategia de control es la más utilizada, si bien se pueden emplear otras en función de la configuración de la instalación.

En las instalaciones de circulación forzada es necesario, por tanto, un consumo eléctrico auxiliar para disponer de la energía térmica y, por ello, se debe garantizar que la ganancia térmica no esté hipotecada por un consumo eléctrico significativo. De ahí la necesidad de optimizar la potencia eléctrica instalada y por otro lado, las horas de funcionamiento en relación con la energía útil obtenida.

6.2.1.2 Sistema de transferencia de calor.

Este criterio define cómo se produce la transferencia de calor desde el fluido de trabajo de captadores al agua caliente destinada al consumo. Atendiendo a que tengan intercambiador que participe en este proceso o no, puede distinguirse entre instalaciones indirectas y directas.

En nuestra instalación vamos a usar instalaciones directas por el uso de anticongelantes en el fluido caloportador, ya que se alcanzan temperaturas por debajo de 0ºC.

• Instalaciones indirectas En estas instalaciones el fluido que circula por los captadores solares no es agua destinada al consumo. Incorporan uno o varios intercambiadores que separan ambos fluidos, estando situados los intercambiadores en el circuito primario, para que la mezcla de fluidos no afecte a las instalaciones del circuito terciario y entre el circuito terciario y el circuito de consumo, para separar el agua que pasa el sistema del agua de consumo. Se caracterizan porque: • Permiten utilizar una mezcla de agua con anticongelante como fluido de trabajo en el circuito primario que actúa como sistema de protección frente a heladas en la instalación.

R

• Evitan el contacto directo del agua de consumo con los captadores, con lo que se eliminan las incrustaciones calcáreas en los mismos y disminuye el riesgo de corrosión en el circuito primario.

• La instalación puede funcionar con presiones de trabajo distintas en cada uno de los circuitos.

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39

R ub ub iro iro 6.2.1.3 Tipo de sistema de apoyo.

En este criterio se considera el diseño y funcionamiento del sistema convencional de preparación de agua caliente que acoplado a la instalación solar termina de preparar el agua caliente para su uso.

Los sistemas de apoyo pueden clasificarse en sistemas instantáneos y de acumulación, así como todo el rango de sistemas seminstantáneos o de semiacumulación, cuyas características pueden analizarse en cualquier tratado de instalaciones térmicas convencionales.

Los sistemas de apoyo también pueden clasificarse por el tipo de energía que utilizan, ya sean combustibles, electricidad u otras renovables.

Los sistemas de apoyo también pueden clasificarse como centralizados o individuales en función del lugar donde se produce la transformación de energía de apoyo en energía térmica final. En nuestra instalación vamos a utilizar un sistema centralizado.

• Sistemas centralizados.

Los sistemas de apoyo centralizados utilizan instalaciones comunes para un conjunto de usuarios o de puntos de consumo y se encargan de preparar el agua caliente que posteriormente se distribuye. Los sistemas de apoyo centralizados sólo son acoplables a instalaciones solares centralizadas.

6.2.1.4 Forma de acoplamiento del sistema de apoyo.

Además del tipo de sistema de energía de apoyo empleado, la forma de acoplamiento entre la instalación solar y el sistema de apoyo influye en el funcionamiento global de la instalación de producción de agua caliente sanitaria.

El sistema de apoyo se distingue entre acoplamiento en serie y acoplamiento en paralelo. En este proyecto se utilizará la configuración en serie para el suministro de agua caliente.

• Acoplamiento en serie.

R

Mediante este conexionado se consigue que el agua destinada a consumo sea calentada inicialmente por la instalación solar y, en segundo lugar sea el sistema de apoyo quien se encarga, cuando sea necesario, de realizar el calentamiento final hasta la temperatura deseada.

En nuestro caso, se sitúa en serie con el acumulador solar de ACS, otro acumulador solar con posibilidad, este último de ser calentado por la caldera hasta la temperatura de consumo. En los momentos en que a través del aporte solar se consiga la temperatura adecuada de utilización no se hará uso de este sistema de apoyo.

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40

R ub ub iro iro 6.2.2 Resumen de la clasificación de la instalación:

La presente instalación presenta las siguientes características:

•

Es una instalación de circulación forzada (bomba)

•

La transferencia de calor se da por un intercambiador independiente

•

El vaso de expansión es cerrado

•

El sistema de aporte de energía auxiliar será centralizado y en línea para ACS.

•

La aplicación de la instalación será de producción de ACS.

6.3 Sistemas que componen la instalación

El sistema básico de una instalación solar térmica consta de los siguientes sistemas:

o Sistema de captación: transforma la radiación solar incidente en energía térmica aumentando la temperatura del fluido de trabajo. Está compuesto por los colectores solares o Sistema de intercambio: realiza la transferencia de calor entre el fluido de trabajo que circula por el circuito primario y el agua que circula por el circuito secundario.

Está formado por el intercambiador de calor del primario. También tenemos otro sistema de intercambio, en el caso de nuestra instalación, la caldera intercambia calor con el acumulador de apoyo. Ambos intercambiadores son de placas. o Sistema de acumulación: almacena la energía térmica en forma de agua caliente.

Tendremos dos tanques, el tanque solar y el de ACS. o Sistema de transporte: hace circular el fluido de trabajo por el circuito primario y el agua por el circuito secundario, terciario y de consumo. o Sistema de control: encargado de asegurar el correcto funcionamiento de la instalación solar, es un relé programable LOGO. o Sistema de energía de apoyo: complementa el aporte solar suministrando la energía adicional necesaria para cubrir la demanda prevista, es una caldera de gas.

6.4 Circuitos que componen la instalación

La instalación solar térmica consta de los siguientes circuitos:

R

o Circuito primario: formado por los captadores y las tuberías que los unen, en el que el circuito de trabajo recoge la energía térmica producida en los captadores y la transfiere al circuito secundario a través de un intercambiador de calor. o Circuito secundario: en el que se recoge la energía captada en el circuito primario a través de un sistema de intercambio y se transfiere al sistema de acumulación.

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41

R ub ub iro iro o

o o o

Cabe señalar que en los circuitos donde el intercambio de calor se produce mediante serpentín este circuito no existirá.

Circuito terciario: Se intercambia calor entre la caldera y el acumulador a través de un intercambiador de placas.

Circuito de consumo Circuito de prevención de legionela formado por un circulador y las tuberías necesarias que realizará la prevención de legionelosis una vez al día.

Circuito de recirculación de ACS formado por las tuberías y dos bombas según normativa

6.5 Descripción de los componentes de una instalación solar.

A continuación vamos a realizar una descripción de los componentes más importantes de nuestra instalación solar, válida para todas las aplicaciones del proyecto 6.5.1Captador solar plano.

El captador solar es un intercambiador de calor en el que la radiación solar se transforma en energía térmica aumentando la temperatura del fluido que circula a través de él. Además también se calienta el conjunto del captador.

Existen diversos tipos de captadores solares: planos con diferentes variantes (de vacío, CPC, etc.), cilíndricos parabólicos, etc. En nuestra instalación vamos a utilizar el captador solar plano.

El colector solar plano es el tipo más extendido en los sistemas de baja temperatura.

Su construcción está basada en el llamado “efecto invernadero” que consiste en captar en su interior la energía solar, transformándola en energía térmica e impidiendo su salida al exterior.

Están compuestos por un absorbedor metálico colocado en una carcasa plana bien aislada térmicamente, lo cual posee una cubierta transparente en el lado en que incide la radiación solar. En la superficie del colector se recibe la energía solar, que es convertida directamente en energía térmica. Debido al buen aislamiento de estos colectores, pueden lograr incrementos de temperatura entre 40º y 70º por encima de la temperatura ambiente con un buen rendimiento.

Se va a dar un breve resumen de su funcionamiento:

6.5.1.1 Principio de funcionamiento.

R

La radiación solar, de longitud de onda corta (0,2 – 3 mm), que atraviesa la cubierta transparente e incide sobre el absorbedor aumenta la temperatura de este último y de todos los elementos de su entorno (fluido de trabajo, cristal, etc.). El absorbedor al calentarse, emite radiación de onda larga (7 – 14 mm) que no puede salir al exterior, debido a que la cubierta transparente es opaca frente a esa radiación infrarroja de onda José López Sánchez

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R ub ub iro iro

larga. Este fenómeno de selectividad transmisiva es el responsable de que se produzca el denominado efecto invernadero en el captador solar, es decir, que la radiación solar entra en su mayor parte en el dispositivo y la radiación infrarroja que se genera, no puede salir.

La cubierta transparente disminuye las pérdidas por convección ya que evita el contacto directo del absorbedor con el aire ambiente. Las pérdidas por radiación disminuyen a medida que la cubierta presenta mayor opacidad frente a la radiación emitida por el absorbedor. Con objeto de minimizar las pérdidas térmicas por conducción a través de los laterales y la parte posterior de la carcasa, se coloca material aislante en los laterales y parte posterior del absorbedor.

6.5.1.2 Componentes del captador solar plano.

R

A continuación se muestran los principales componentes del captador.

José López Sánchez

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R ub ub iro iro 6.5.1.2.1 Cubierta:

Es un elemento plano de material transparente a la radiación solar que cumple los siguientes objetivos: • Reducir las pérdidas térmicas del absorbedora por convección. La cámara de aire existente entre el absorbedor y la cubierta reduce las pérdidas por convección al evitar el contacto directo del absorbedor con el ambiente exterior.

• Reducir las pérdidas térmicas del absorbedor por radiación. Para ello además de permitir que la radiación solar atraviese la cubierta, debe conseguir que la radiación emitida por el absorbedor no salga al exterior.

• Asegurar, conjuntamente con la carcasa, el cierre del captador y proteger el absorbedor frente a los agentes externos.

• Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con la carcasa y las juntas.

R

Las cubiertas transparentes deben tener las características de resistencia y durabilidad necesarias para que funcione a lo largo de su vida útil que, de hecho, es muy elevada cuando se trata de vidrios; deben considerarse en el diseño la resistencia al viento, granizo, lluvia, radiación ultravioleta, etc. Habitualmente se utilizan cubiertas de vidrio mucho más que las cubiertas de plástico.

Es importante a la hora de elegir la cubierta de vidrio que sea templado de bajo contenido en hierro.

José López Sánchez

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R ub ub iro iro 6.5.1.2.2 Placa absorbedora:

Es el componente donde se produce la conversión de la radiación solar en energía térmica. Consiste en una superficie plana constituida por una lámina o varias aletas metálicas adheridas a un circuito hidráulico a través del cual circula el fluido de trabajo para evacuar la energía captada.

Las características ópticas del absorbedor (reflectancia, absorbancia y emisividad) tienen una gran influencia en el rendimiento de conversión de la radiación solar incidente en energía térmica debido a que afectan directamente a las ganancias y pérdidas por radiación del captador solar.

Los diseños típicos suelen ser, absorbedor en forma de parrilla de tubos y absorbedor tipo serpentín. En nuestra instalación vamos a usar el absorbedor en forma de parrilla de tubos.

• Absorbedor en forma de parrilla de tubos: el absorbedor está constituido por varias tuberías paralelas conectadas a dos colectores (conductos de distribución) de mayor diámetro formando la denominada parrilla de tubos.

6.5.1.2.3 Aislamiento térmico:

Se coloca en los laterales y en el fondo de la carcasa para reducir las pérdidas térmicas por conducción. Debe poseer las siguientes características:

•

Buen comportamiento con la temperatura.

•

Bajo desprendimiento de vapores por efecto de un elevado calentamiento.

•

Homogeneidad en sus propiedades frente a la humedad.

6.5.1.2.4 Carcasa:

Junto con la cubierta, constituye el contenedor del resto de componentes del captador, los protege de la intemperie y da rigidez al conjunto.

Debe cumplir las siguientes características:

• Resistencia mecánica suficiente para soportar tanto las condiciones de montaje como su uso.

• Buen comportamiento del material frente al ambiente exterior y a las condiciones de funcionamiento.

R

• Resistencia a las variaciones de temperatura, a la corrosión y a la inestabilidad química.

•

Alta durabilidad.

José López Sánchez

45

R ub ub iro iro

• Peso lo más bajo posible para facilitar el montaje y disminuir las cargas sobre las cubiertas sobre las que se debe montar.

6.5.2 Fluido caloportador.

Está compuesto por una mezcla de agua y anticongelante, ya que en la situación

donde está situada nuestra instalación se alcanzan temperaturas inferiores a 0ºC. Es el encargado de absorber la radiación en forma de calor procedente del absorbedor. El usado en esta instalación es propilenglicol. Las características más importantes del propilenglicol son las siguientes: Muy baja toxicidad.

o Son muy viscosos.

o Densidad similar a la del agua. o Inodoro e incoloro.

o Alto punto de ebullición.

o Totalmente miscible en agua.

6.5.3 Intercambiador.

Son necesarios en las instalaciones cuando se requiere de dos circuitos independientes. De esta forma, por ejemplo en los colectores se puede hacer uso de una mezcla de agua más anticongelante.

Para que pueda ocurrir una transferencia de calor de un fluido a otro, estos se tienen que encontrar a diferente temperatura, transfiriéndose el calor a través de la superficie del intercambiador del fluido caliente al frio.

Se entiende por rendimiento la relación entre la energía obtenida a la salida y la introducida en el intercambiador. Ésta no debe ser inferior al 95%.

La eficacia se define como la relación entre la potencia calorífica realmente intercambiada y la máxima que podría intercambiarse teóricamente. Su valor no debe ser inferior a 0,7.

La cantidad de calor que un intercambiador puede transmitir depende de diferentes factores. Este intercambio aumenta cuanto mayor sea la:

R

o Superficie de calentamiento del intercambiador.

o Diferencias de temperaturas entre el lado frio y el caliente. o Velocidad de circulación de los fluidos en los dos lados del intercambiador. Existen José López Sánchez

46

R ub ub iro iro distintos tipos de intercambiadores, los veremos a continuación:

Intercambiadores Internos:

Este tipo de intercambiadores se utilizan en instalaciones pequeñas, debido a que son fáciles de instalar y no ocupan espacio adicional, ya que están colocados en el interior de acumulador. Este tipo de intercambiadores evitan las pérdidas de calor que ocasionan los intercambiadores situados en el exterior del acumulador.

Ventajas:

o Son económicos

o Necesitan poco espacio

Inconvenientes:

o Potencia de transmisión de calor pequeña Potencia disminuye debido a la cal.

o El tamaño es limitado, debido al acumulador

o Cada acumulador necesita un intercambiador.

• Intercambiador de serpentín:

En las instalaciones solares se recomienda una superficie de intercambiode calor de 35% de la superficie de colectores, es decir, 0,35 m2 por cada m 2 de superficie de colectores.

• Intercambiadores de tubo liso:

Este tipo de intercambiadores se encuentran fijado en los laterales del acumulador.

En las instalaciones solares se recomienda una superficie de intercambio de calor de 0,2m

2

R

2

por cada m de superficie de colectores. Este tipo de colector al estar fijados al acumulador no es posible cambiarlos si la superficie de colectores aumenta.

• Intercambiador de doble envolvente José López Sánchez

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R ub ub iro iro

Estos intercambiadores están integrados en algunos acumuladores. Se utiliza en instalaciones por termosifón debido a la pequeña resistencia a la circulación que presentan. Sufren de algunos inconvenientes: La estratificación del acumulador donde está colocada la envolvente se encuentra distorsionada La medida de temperatura y la colocación de los sensores es difícil por lo que el acumulador no se carga de forma optima. La cantidad de calor que se intercambia es pequeña, debido a la baja velocidad el fluido. El rendimiento es pequeño debido a la baja velocidad del fluido en la envolvente.

Intercambiadores externos:

Estos intercambiadores se utilizan sobre todo en instalaciones solares de medianasa grandes. En instalaciones solares pequeñas no aportan ninguna ventaja económica con respecto a los intercambiadores internos.

Ventajas:

o Alta potencia de transmisión

o Libre dimensionado de la potencia

R

o Pequeñas diferencias de temperaturas

o Ninguna disminución de potencia debido a cal o Un intercambiador se puede utilizar para mas de un acumulador

José López Sánchez

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R ub ub iro iro o Fácil de mantener

Inconvenientes:

o Altos costes de intercambiador y las bombas o Altas pérdidas de calor

En la presente instalación se utilizaranintercambiadores de placas

6.5.4 Acumulador.

Una instalación solar térmica para producción de ACS u otro tipo de aplicaciones requiere de un sistema de acumulación de energía que permita acoplar en el tiempo la oferta de radiación y la demanda de agua caliente para consumo.

La acumulación debe almacenar energía térmica con la mayor eficacia posible; dentro del término eficiencia se engloban la calidad de la estratificación de temperaturas (distribución vertical de temperaturas alcanzada en un acumulador) y las pérdidas térmicas.

Los materiales utilizados habitualmente en la fabricación de estos acumuladores son acero, acero inoxidable, aluminio y fibra de vidrio reforzado. El depósito de acero es el más utilizado debido a su precio, si bien es necesario de una protección interior frente a la corrosión.

En nuestra instalación utilizaremos dos acumuladores.

Para disminuir las pérdidas térmicas (ya que se pueden llegar a alcanzar temperaturas muy altas), ha de cubrirse toda la superficie exterior del acumulador, tuberías y bocas de conexión con material aislante adecuado que, en caso de que el acumulador esté situado en el exterior, ha de ser también resistente a la humedad y a la radiación solar.

6.5.4.1 Estratificación de temperaturas.

Cuando un acumulador se encuentra estratificado, la temperatura del acumulador es una función de su altura vertical, decreciendo con la temperatura de la parte superior a la inferior.

R

La calidad de la estratificación queda configurada por los procesos de:

o Calentamiento o carga térmica.

o Mezcla por circulación interna o durante la descarga térmica.

José López Sánchez

49

R ub ub iro iro o Degradación por transferencia térmica.

En estos procesos tiene gran importancia la configuración del acumulador, la situación de las conexiones y las velocidades de circulación del fluido en el interior.

La eficacia de una instalación solar aumenta al hacerlo la estratificación de temperaturas en el acumulador porque: o Cuando existe consumo de agua caliente, al estar el agua caliente en la parte superior, es ésta la que va primero hacia el consumo consiguiéndose por tanto trasvasar el agua a mayor temperatura y retardar, en su caso, la activación del sistema de apoyo. o El agua almacenada en la parte inferior se encuentra a inferior temperatura por lo que el agua que va desde el acumulador hasta los captadores o el fluido de trabajo que va desde el intercambiador hacia los captadores también está a menos temperatura. En ambas situaciones la temperatura de entrada a captadores es más baja y por tanto el rendimiento de éstos aumenta. Para aumentar la estratificación en el sistema de acumulación de una instalación solar se recomienda tomar las siguientes medias:

o Emplear acumuladores de configuración vertical.

o Incorporar dispositivos (deflectores, tubos difusores) en las tuberías de entrada al acumulador que reduzcan la velocidad de entrada del agua. o Situar correctamente las tuberías de conexión. En este sentido que se recomienda: o La tubería de entrada de agua fría descargue al acumulador por la parte inferior del mismo. Con esto se consigue además de mejorar la estratificación de temperaturas aumentar el volumen útil del acumulador que participa en los procesos de carga y descarga térmica. o La tubería de salida al consumo tome agua de la parte superior del acumulador.

o Que la disposición de las diversas tuberías de entrada y de salida facilite el proceso de calentamiento en todo el acumulador.

R

6.5.5 Bomba de circulación.

Se emplea en una instalación de circulación forzada para hacer circular el fluido contenido en el circuito primario y, en este caso, también el del secundario y terciario.

En una instalación solar se pueden alcanzar temperaturas muy elevadas por lo que, José López Sánchez

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R ub ub iro iro

especialmente en el circuito primario, la bomba debe instalarse en la zona más fría (tubería de ida hacia los captadores solares en el circuito primario). Incluso en esta tubería se pueden alcanzar picos de temperatura máxima de hasta 130ºC por lo que deben tomarse medidas correspondientes para soportarlos, a pesar de que estos picos suelen aparecer con poca frecuencia y se mantienen durante poco tiempo (segundos o escasos minutos).

Por otra parte, debido a la aleatoriedad de la radiación solar, las bombas pueden experimentar arranques y paradas frecuentes por lo que han de estar preparadas para responder adecuadamente frente a estas situaciones.

Al hacer la elección de la bomba para la instalación tendremos que tener en cuenta la pérdida de carga de ésta y el caudal, ya que son los factores más importantes para la elección de la bomba. Por ejemplo, la pérdida de carga en el circuito primario sería la que se produce en el colector, intercambiador y tuberías.

6.5.6 Vaso de expansión.

Su finalidad es la de absorber las dilataciones del fluido caloportador, por lo que todas las instalaciones de agua caliente sanitaria deben equiparse con depósitos de expansión. Cuando crece la presión en la instalación debido a la dilatación del fluido caloportador, el fluido sobrante entra en el vaso y empuja a la membrana. El gas se comprime, evitando variaciones de presión.

Existen vasos de expansión abiertos y cerrados. En nuestra instalación pondremos cerrados ya que los abiertos no están permitidos.

6.5.7 Elementos de montaje y sujeción.

Su función es la de sujetar los colectores con la inclinación y orientación calculada en el proyecto. Las características de una buena estructura de soporte son las de rapidez de montaje, coste bajo y seguridad en el anclaje y sujeción.

El tipo de anclaje dependerá de la ubicación de los colectores según estén en cubierta o terraza, y dependiendo de las fuerzas que actúen sobre él como consecuencia de la presión del viento a la que se ve sometido.

6.5.8 Tuberías y aislamientos.

R

Debido a los altos niveles de presión y temperaturas que se pueden alcanzar en una instalación solar se recomienda utilizar tuberías y elementos de conexión metálicos.

Estas tuberías y accesorios de conexión han de ser compatibles con el resto de elementos que constituyen la instalación solar y con el tipo de fluido empleado, resistentes a la José López Sánchez

51

R ub ub iro iro corrosión, presentar buena estabilidad térmica y mecánica, etc.

El cobre es el material más aconsejable por tener unas altas prestaciones en cuanto a resistencia a la corrosión, maleabilidad, ductilidad e inocuidad.

En cuanto al aislante, la singularidad más evidente de los materiales aislantes radica en que, debido a que en muchos casos se encuentran situados en tramos exteriores, han de comportarse adecuadamente frente a la radiación solar, humedad, corrosión y han de ser resistentes a la acción de posibles animales que se encuentren en el exterior (pájaros, roedores, etc.).

6.5.9 Otros elementos de la instalación.

6.5.9.1Purgador y desaireador.

El purgador tiene como función evacuar los gases contenidos en el fluido caloportador, los cuales pueden dar lugar a la formación de bolsas que impiden la correcta circulación del fluido, además de provocar corrosiones. Para su correcto funcionamiento hay que colocar el purgador en el punto más alto de la instalación.

El desaireador asegura que los gases disueltos en el líquido sean evacuados hacia el exterior por el purgador.

6.5.9.2 Manómetros.

Para darnos los valores de la presión en el circuito.

6.5.9.3 Termómetros y termostatos.

Los termómetros son los encargados de dar la temperatura del fluido. Mientras que los termostatos son los encargados de transformar una lectura de temperatura en una señal eléctrica que ponga en funcionamiento un determinado mecanismo.

6.5.9.4 Válvulas.

Son las encargadas de permitir o impedir el paso de fluido. Las más importantes son las siguientes: o Válvulas de corte: en el campo de colectores se utilizan para poder independizar las agrupaciones de baterías de colectores que se hayan establecido facilitando la realización de operaciones de mantenimiento.

R

o Válvulas de regulación: son de especial aplicación para regular el caudal de circulación del fluido de los distintos ramales, circuitos, etc. o Válvulas de retención: para evitar los flujos inversos no deseados que se producen, cuando las configuraciones de los circuitos lo permiten, entre el acumulador y José López Sánchez

52

R ub ub iro iro captadores.

o Válvulas de seguridad: además de en los acumuladores, deben utilizarse en las agrupaciones de captadores que se puedan independizar donde se alcanzan condiciones de estancamiento y, habitualmente, se produce vapor. o Válvulas de tres vías: se usan para regular la circulación por distintas conducciones según el momento, suelen estar reguladas por una señal eléctrica procedente del regulador diferencial o de un termostato.

6.5.9.5 Grifo de vaciado.

Se utiliza cuando es necesario vaciar el circuito. Para conseguirlo con rapidez y comodidad se debe colocar en la parte inferior de los circuitos.

4.5.9.6 Sistema de llenado.

Los sistemas cerrados deben incorporar un sistema de llenado, manual o automático, que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado en caso de pérdidas.

Debido a que algunos componentes se encuentran situados al exterior, en muchas ocasiones el fluido utilizado en el circuito primario es una mezcla de agua con anticongelantes por lo que si se producen fugas en este circuito deben ser repuestas con la misma concentración de anticongelante en la mezcla.

6.5.10 Otros elementos externos a la instalación solar.

6.5.10.1 Sistema de energía de apoyo.

La función que tiene es calentar el agua, cuando sea necesario, para cumplir las necesidades de temperatura que se necesitan para el consumo. Para ello, el agua se hace pasar por el sistema de apoyo, calentándola éste.

Los sistemas de apoyo utilizados suelen ser instantáneos o con acumulación. En estos últimos, con anterioridad a que tenga lugar el consumo de agua caliente, se prepara una determinada cantidad de agua que se almacena en un acumulador desde el que se distribuye el agua caliente al consumo.

R

A efectos energéticos, los factores que más influyen en el comportamiento de un sistema con acumulación son el correcto dimensionado del mismo, la temperatura de preparación, el nivel de aislamiento y el nivel de estratificación de temperaturas alcanzado.

José López Sánchez

53

R ub ub iro iro CAPITULO 7 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN

7.1 Introducción.

En este apartado expondremos las dimensiones de los elementos usados en la instalación, explicando en los casos que sea necesario el porqué de su elección. La descripción de los elementos será breve. Se realiza el cálculo según el anexo IV del pliego de condiciones técnicas de baja temperatura (IDAE) y el documento básico HE4 del CTE. Que como hemos indicado antes en el Capitulo 2 (punto 2.4.2 cálculo de la demanda), se establece un consumo diario de 1254l/dia, o lo que es lo mismo 457710 l/año ya que la ocupación del edificio es de 57 personas durante todo el año y el consumo por persona para una vivienda en edificio multifamiliar está normalizada en 22 litros/persona.

Otro dato que será imprescindible para el cálculo de la demanda de agua caliente sanitaria es la temperatura mínima media del agua de red que nos proporciona CENSOLAR. Se sabrá así la diferencia de temperaturas mensual que deberá suministrar la instalación solar.

La temperatura a la que están los consumos serán los que se observan en el pliego de condiciones técnicas del IDAE y el CTE . Para ACS se tomará una temperatura de consumo de 60ºC , y se asegurará 50ºC como mínimo en el punto más alejado del circuito.

7.2 Calculo de la demanda de ACS:

7.2.1 Metodo de cálculo

7.2.1.1 Calculo del caudal simultáneo de la vivienda(Qiv)

R

El Caudal simultaneo de la vivienda se obtendrá como resultado de la suma de los caudales instantáneo mínimos establecidos por el Hs4(CTE)

José López Sánchez

54

R ub ub iro iro DONDE:

7.2.1.2 Calculo del coeficiente de simultaneidad del edificio(Kp)

El coeficiente de simultaneidad de la vivienda se obtiene de una ecuación reconocida. Es un factor adimensional

DONDE:

R

Como puede observarse en la ecuación, el valor de Kp debe de ser mayor o igual a 0,2, de no ser así se adoptara como valor 0,2

José López Sánchez

55

R ub ub iro iro 7.2.1.3 Caudal simultaneo de la vivienda (Qsv)

El caudal simultáneo de la vivienda se obtiene del producto del caudal instalado de la vivienda por el valor del coeficiente de simultaneidad de la vivienda

O en otra expresión más reducida:

DONDE:

7.2.1.4 Caudal instalado del edifico o planta(Qie)

El caudal instalado del edificio o planta del edificio se obtiene como producto del caudal simultaneo de la vivienda por el numero de viviendas

O en otra expresión más reducida:

R

DONDE:

José López Sánchez

56

R ub ub iro iro 7.2.1.5 Coeficiente de simultaneidad del edificio o planta

El coeficiente de simultaneidad de la vivienda se obtiene de una ecuación reconocida. Es un factor adimensional

DONDE:

7.2.1.6 Caudal simultaneo del edificio o planta

El cuadalsimultaneo del edificio se obtiene como producto del caudal instalado en el edificio o planta por el coeficiente de simultaneidad del edificio o planta

Si operamos quedaría:

R

O en otra expresión más reducida:

José López Sánchez

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R ub ub iro iro 7.2.2 Servicios sanitarios por vivienda y consumos

A continuación se adjuntan tablas realizadas en Excel con los consumos sanitarios de cada una de las viviendas tanto en fría como en ACS. La columna Qinstalado se corresponde con los valores de caudales mínimos para cada uno de los aparatos sanitarios tanto en fría como en ACS, correspondientes a la tabla 2.1 del documento básico Hs4 (CTE), al final de cada columna encontramos el valor de la suma de estos caudales considerando a éste como para los siguientes cálculos.

Los valores de la fila Kp, se corresponden con la aplicación de la ecuación para la obtención del coeficiente de simultaneidad en viviendas cuya expresión es:

DONDE:

Los valores de la fila QSV se corresponden con el caudal simultaneo de la vivienda tanto en fría como en caliente que se obtienen de la aplicación de la siguiente ecuación:

TIPOS DE VIVIENDA DEL EDIFICIO EN FUNCION DE LOS CONSUMOS DE FRIA Y CALIENTE

R

PLANTA BAJA

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R ub ub iro iro PLANTAS 1,2 y 3

VIVIENDAS TIPO EN CADA PLANTA

PLANTA BAJA 1 =1 VIVIENDA TIPO 1 Y 3 VIVIENDAS TIPO 2

PLANTAS 1,2 Y3 = 1 VIVIENDA TIPO 1,1VIVENDA TIPO2, 1 VIVIENDA TIPO 3, 1 VIVIENDA TIPO 4,

R

1 VIVIENDA TIPO 5 Y 1 VIVIENDA TIPO 6

José López Sánchez

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R ub ub iro iro 7.2.3 Caudales de las plantas y distribuidor principal

A continuación se adjuntan las tablas que realizadas con una hoja Excel contruida a tal fin y que se adjunta nos proporcionan dichos datos: El caudal simultaneo de las platas se obtiene como se indica en el método de cálculo a través de la expresión:

Si operamos quedaría:

R

O en otra expresión más reducida:

José López Sánchez

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R ub ub iro iro PLANTA BAJA Nº VIVIENDAS 4,00 K planta 0,46 FRIA VIVIENDA Qsv A 0,55 B 0,47 C 0,55 D 0,55 TOTAL 2,11

PLANTA 1-2-3 Nº VIVIENDAS 5,00 K planta 0,40 FRIA VIVIENDA Qsv A 0,58 B 0,47 C 0,51 D 0,58 E 0,55

ACS Qsv 0,33 0,29 0,33 0,33 1,29

Q s. Planta

0,97

0,59

Q s. Planta

3500,32

2135,45

E l/s E l/h

TOTAL

ACS Qsv

0,37 0,29 0,34 0,37 0,33

2,70

1,71

Q s. Planta

1,08

0,68

Q s. Planta

3886,05

2456,91

E l/s E l/h

TRAMO 1( PRODUCCION A NUDO 1)

TRAMO 2( NUDO 1 A NUDO2)

CAUDAL SIMULTANEO DE TODAS LAS PLANTAS FRIA ACS

CAUDAL SIMULTANEO DE PLANTAS BAJA, 1 Y 2 FRIA ACS

4,210685 2,640604 15158,46 9506,173

E l/s E l/h

3,131227 1,958129 11272,42 7049,265

E l/s E l/h

TRAMO 3( NUDO 2 A NUDO 3)

TRAMO 4( NUDO 3 A PLANTA BAJA)

CAUDAL SIMULTANEO DE PLANTAS BAJA Y 1 FRIA ACS

CAUDAL SIMULTANEO DE PLANTAS BAJA FRIA ACS

2,05

1,28

R

7386,368 4592,357

E l/s E l/h

0,97

0,59

3500,32 2135,449

José López Sánchez

E l/s E l/h

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R ub ub iro iro 7.3 Cálculo de los coleptores solares 7.3.1 Introducción.

Se presentan los resultados realizados con dos hojas de cálculo distintas para poder contractar los resultados adoptándose definitivamente los resultados obtenidos en el segundo cálculo 7.3.2 Método de cálculo METODO F-CHART

Para el dimensionado de las instalaciones de energía solar térmica se sugiere el método de las curvas f (F-Chart), que permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo.

Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente exacto para largas estimaciones, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal o diario.

Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos, y es perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de calentamiento, en todo tipo de edificios, mediante captadores solares planos.

Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables adimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar la simulación de funcionamiento mediante ordenador, para dimensionar las correlaciones entre estas variables y el rendimiento medio del sistema para un dilatado período de tiempo.

7.3.3 Estudio comparativo del cálculo con hojas distintas

R

A continuación se expone el contraste que puede suponer el calcular con una u otra hoja, aun estando todas basadas en el mismo método (F-Chart), y con los mismos criterios de normativa (CTE), es curioso observar las diferencias que presentas. Se quiere llamar la atención sobre el calculo realizado con los criterios del IDEA y como se demuestra que estos son totalmente erróneos

José López Sánchez

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R ub ub iro iro

R

7.3.3.1 Calculo con la hoja del Centro Integrado de Formación Profesional Superior de Energías Renovables- Gobierno de Navarra

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R ub ub iro iro

R

7.3.3.2 Calculo con la hoja HolsoGas de Gas Natural

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R ub ub iro iro 7.3.3.3 Validación con el programa CHEQ4 del IDEA

Recientemente el IDEA ha lanzado una aplicación que anuncia bajo los siguientes términos:

R

“El IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía) y ASIT (la Asociación Solar de la Industria Térmica) han elaborado el CHEQ4, un programa informático con el fin de facilitar a todos los agentes participantes en el sector de la energía solar térmica de baja temperatura la aplicación, cumplimiento y evaluación de la sección HE4 incluida en la exigencia básica HE Ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación (CTE).

CHEQ4 permite definir una amplia variedad de instalaciones solares introduciendo un mínimo de parámetros del proyecto, asociados a cada configuración del sistema, y de esta manera, obtener la cobertura solar que ese sistema proporciona sobre la demanda de energía para ACS y piscina del edificio.”

La aplicación se puede descargar en el siguiente enlace: http://www.idae.es/index.php/id.683/mod.pags/mem.detalle

José López Sánchez

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R ub ub iro iro

Para comprobar la utilidad de esta aplicación y paralelamente someter el cálculo de este estudio a la misma se ha bajado instalado e introducida en ella los datos para comprobar resultados. La opinión de quien subscribe este proyecto es que a la aplicación le falta una total falta de coherencia que pone de manifiesto la desinformación que al respecto existe, siendo especialmente grave en el casos de organismos como el IDEA.

R

El programa presenta una base de datos de distintos fabricante de captadores y dentro de ellos distintos modelos, encontrándose en ella el seleccionado para esta instalación (CR 12 S8 (Chromagen Solar Energy Systems). Después de seleccionar éste y tras ir variando datos en lo que se refiere a numero de capatadores y volumen de acumulación para conseguir los valores mínimos necesarios para que la aplicación permita el visto bueno de la instalación se llega a la friolera de unas necesidades de 15 captadores mínimo para conseguir una cobertura solar del 71%, a las claras esto es una “barbaridad” y además contradice el espíritu de ahorro energético, contraviniendo a su vez la premisa de no sobrepasar las coberturas del 110% en un mes o más del 100% en tres meses consecutivos. Pero no quedan ahí las inconcluencias, para seguir en la línea de desatino, el volumen de acumulación resultante es de 2000 l. Otra posibilidad es que las comprobaciones realizadas por mi sean erróneas y la aplicación este bien diseñada, lo que sería muy positivo. En cualquier caso se presentan los datos obtenidos rogándose al director y revisor del proyecto los someta a estudio para su verificación.

José López Sánchez

66

R ub ub iro iro 7.4 Selección de la caldera

7.4.1 Potencia mínima necesaria

A continuación se desarrollan los cálculos pertinentes para determinar las necesidades mínimas de la caldera para posteriormente seleccionar un modelo en función de éstos 7..4.1.1Caudal punta

En los edificios es común utilizar como caudal punta el 50% del consumo total del edificio (IDEA) “Hipótesis conservadoras, que conllevan sistemas que no presentan problemas de funcionamiento, tomar como consumo en la hora punta el 50% del consumo medio diario en edificios como viviendas y hoteles, mientras que en polideportivos el consumo presenta mas puntas, por lo que se puede considerar que en la hora punta se tiene un consumo del 30% del medio diario.”

R

Este consumo no se dará todos los días, sino en la hora punta del año, y evidentemente la instalación debe ser capaz de hacer frente a la misma.

José López Sánchez

67

R ub ub iro iro 7..4.1.2 Potencia útil

En este punto cabe destacar la valiosa portación que ,en este caso, hace el IDEA en lo que se refiere al cálculo en cuestión, frente a los métodos “tradicionales”. En esta ocasión se tiene en cuenta la energía que ya se encuentra acumulada como energía no necesaria.

(FORMULA DEL IDEA)

7.4.1.3 Perdidas por rendimiento en la caldera más transporte

Fruto de la constatación de la experiencia y datos acumulado se puede convenir que la suma de las pérdidas asociadas a estos dos parámetros se situar en torno al 10% , o lo que es lo mismo que el rendimiento es del 90% 7.4.1.4 Potencia total de la caldera

7.4.2 elección de la caldera

La caldera seleccionada para esta instalación es CALDERA THEMA CONDENS FAS 24 (SOLO CALEFACCIONA)

R

Se muestran las principales características, necesarias para el cálculo, en caso de ejecutar la obra se adjuntará el resto de documentación pertinente.

José López Sánchez

68

R ub ub iro iro 7.5 Calculo de los intercambiadores 7.5.1Introducción

Para esta instalación se has seleccionado intercambiadores de placas en ambos circuitos. Al margen de otras ventajas y conveniencias de la elección de este tipo de intercambiadores que ya se han mencionado en un capitulo anterior, la elección se basa también en criterios de facilidad para la limpieza e inspección de los acumuladores de ACS y por tanto la mejora de la instalación en lo que a seguridad se refiere. De hecho, este tipo surgió cuando su diseñador, el Dr. R. Seligman, trataba de solucionar los problemas de limpieza en los intercambiadores empleados en la industria alimentaria de EE.UU. Para ello, pensó inicialmente en dividir los tubos de intercambio de calor en dos mitades a fin de que pudieran ser abiertos y limpiados más fácilmente, acabando finalmente por imprimir cada mitad del tubo en unas placas que al unirse de dos en dos, formaban el conjunto de tubos del intercambiador, que pasó a denominarse "de placas".

7.5.2 Intercambiador circuito solar

R

7.5.2.1 Potencia mínima del intercambiador del circuito solar

En este apartado hemos de acatar el punto de la normativa documento básico HE4 del CTE que al respecto menciona:

José López Sánchez

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R ub ub iro iro 7.5.3 Cálculo del intercambiador del circuito primario 7.5.3.1 Características de los fluidos

Como ya se ha indicado en el gráfico el fluido de circulación del primario será una mezcla de agua osmotizada con propilenglicol en una concentración del 25%. El fluido del secundario será agua

7.5.3.2 Perdida de carga

Tanto en el circuito primario como en el secundario se establece una perdida de carga máxima admisible en el intercambiador de 20 Kp =2 mca=0,2 bar 7.5.3.3 Temperaturas del primario y el secundario

Para poder realizar los tratamientos de prevención de legionilosis, se diseña un sistema que sea capaz de conseguir en el circuito secundario temperaturas de 70ºC, por lo que la temperatura de diseño en el circuito primario del intercambiador debe de tener un valor superior a ésta, estableciéndose en 75ºC

7.5.3.4 Caudales de los circuitos De forma general y como fruto de la experiencia se puede adoptar el dato de caudal para el circuito de captadores como 50 l/h por m2 de superficie de captación. No obstante y en el ánimo de se más precisos en el cálculo, prestamos atención a la normativa documento básico HE4 del CTE que al respecto menciona:

R

1 Debe concebirse inicialmente un circuito hidráulico de por sí equilibrado. Si no fuera posible, el flujo debe ser controlado por válvulas de equilibrado.

2 El caudal del fluido portador se determinará de acuerdo con las especificaciones del fabricante como consecuencia del diseño de su producto.

7.5.3.4.1 Especificación de caudal del fabricante José López Sánchez

70

R ub ub iro iro

A continuación se presenta un extracto de la documentación técnica del modelo de captador seleccionado subrayando el dato de caudal recomendado por el fabricante

7.5.3.5 Calculo del caudal del circuito primario El caudal del circuito primario será pues:

7.5.3.6 Calculo del caudal en el circuito secundario

El caudal en el circuito secundario se estima igual al del primario:

7.5.3.7 Margen de seguridad en el intercambiador Debido a diversos factores que hacen posible la bajada en el rendimiento del intercambiador se establece un margen de seguridad del 25% 7.5.3.8 Resumen de datos del intercambiador

R

CAUDAL

Perdida cargaKp 20 20

de FLUIDO Agua+ (26%) agua

José López Sánchez

glicol

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R ub ub iro iro 7.5.3.9 Calculo del intercambiador del circuito solar con la aplicación Alfa Labal

Con estos datos nos trasladamos al programa del fabricnate Alfa Labal consiguiendo los siguientes datos:

Cliente : Francisco Egea Oferta nº : 1 Proyecto : Edificio San José, Molina de Segura Servicio : Intercambio en circuito solar primario Fecha : 22/01/2012 _______________________________________________________________________________ ______ Intercambiador de calor de Placas Alfa Laval.

Modelo : M3 _______________________________________________________________________________ ______ Lado caliente Lado frío Fluido 25.0% Prop.glycol Agua Densidad kg/m³ 985.6 979.7 Calor específico kJ/(kg*K) 4.05 4.18 Conductividad W/(m*K) 0.515 0.657 Viscosidad ent. cP 0.536 0.464 0.664 0.403

R

_______________________________________________________________________________ ______ Caudal volumétrico m³/h 0.8127 0.8127 Temp. entrada °C 75.0 60.1 Temp. salida °C 64.9 70.0 José López Sánchez

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R ub ub iro iro

Pérdida de carga kPa 18.9 18.5 _______________________________________________________________________________ ______ Calor intercambiado kW 9.0 90 D.L.M.T. °C 4.9 84 C.G.T.C. Limpio W/(m²*K) 44 ServicioW/(m²*K) 34 25 Area de intercambio m² 0.5 Factor de ensuciamiento * 10000 m²*K/W 0.69 Sobredimensión % 30.9 _______________________________________________________________________________ ______ Dirección relativa Contracorriente Numero de placas 19 Numero de pasos 22 _______________________________________________________________________________ ______ Material placas AISI 316 JuntasDia. conexiones mm 36.0 36.0 _______________________________________________________________________________ ______ Presión Diseño/Prueba barg 9.8/12.7 9.8/12.7 Temp. de Diseño °C 75.0/-25.0 75.0/-25.0 _______________________________________________________________________________ ______ Precio Unitario: Plazo de entrega:

7.5.3.10 Intercambiador del circuito caldera- acumulador 7.5.3.10.1 Introducción

R

Para poder realizar este calculo se ha tenido en cuenta que la caldera ya tiene de fabrica un circulador incorporado, circulador éste que se pretende aprovechar ,si es posible, para minimizar gastos; por ello primero se analizan los datos de la caldera y el gráfico de su bomba para adecuar éstos, en la medida de lo posible, al calculo del intercambiador 5.4.3.2 Curvas de la bomba de la caldera A continuación se muestra el gráfico de comportamiento de la bomba de la caldera, aportado por la documentación del fabricante y adjunto con el resto de documentación en el ANEXO correspondiente

José López Sánchez

73

R ub ub iro iro 7.5.3.10.2 Adaptación del cálculo a los datos de la bomba de la caldera

La solución que se adopta es adoptar el caudal máximo posible (1300 l/h), dentro de una perdida de carga razonable (10 Kpa), para de esta forma aprovechar al máximo el intercambio posible.

7.5.3.10.3 Calculo del intercambiador del circuito caldera- acumulador con la aplicación Alfa Labal

R

Con los anteriores datos nos trasladamos al programa del fabricnate Alfa Labal consiguiendo los siguientes datos:

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R

Cliente : Francisco Egea Oferta nº : 2 Proyecto : Edificio San José, Molina de Segura Servicio : Intercambio en caldera Fecha : 22/01/2012 _______________________________________________________________________________ ______ Intercambiador de calor de Placas Alfa Laval.

Modelo : M3 Item : Fecha : 07/02/2012 _______________________________________________________________________________ ______ Lado caliente Lado frío Fluido Agua Agua Densidad kg/m³ 974.4 979.7 Calor específico kJ/(kg*K) 4.18 4.18 Conductividad W/(m*K) 0.666 0.657 Viscosidad ent. cP 0.353 0.465 Viscosidad sal. Cp 0.403 0.403 _______________________________________________________________________________ ______ Caudal volumétrico m³/h 1.300 1.300 Temp. entrada °C 80.0 60.0 José López Sánchez

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Temp. salida °C 70.0 69.9 Pérdida de carga kPa 9.34 9.55 _______________________________________________________________________________ ______ Calor intercambiado kW 14.67 D.L.M.T. °C 10.0 C.G.T.C. LimpioW/(m²*K) 5267 ServicioW/(m²*K) 3512 Area de intercambio m² 0.4 Factor de ensuciamiento * 10000 m²*K/W 0.95 Sobredimensión % 50.0 _______________________________________________________________________________ ______ Dirección relativa Contracorriente Numero de placas 15 Numero de pasos 1 1 _______________________________________________________________________________ ______ Material placas AISI 316 Juntas Dia. conexiones mm 36.0 36.0 _______________________________________________________________________________ ______ 9.8/12.7 9.8/12.7 Presión Diseño/Prueba barg Temp. de Diseño °C 80.0/-25.0 80.0/-25.0 _______________________________________________________________________________ ______ Precio Unitario: Plazo de entrega:

7.6 Dimensionado de las bombas 7.6.1 Bomba del circuito solar

R

7.6.1.1 Introducción Para realizar este cálculo nos apoyamos en la hoja Excel que se ha construido y que se adjunta. En ella, de forma precisa, se aportan los datos necesarios para este cálculo. En la primera imagen se muestra el comentario que lleva añadido cada una de las celdas, en las que aparecen los elementos que provocan perdidas de carga localizadas y la longitud equivalente de cada una de ellas, en la segunda los resultados necesarios para el cálculo.

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76

R ub ub iro iro Perdidas de carga 0,948m Altura 1,5m Altura total 2,4 = 2.5m Caudal 812. 7 l/h Fluido agua+ glicol 25% Viscosidad

R

5.6.1.2 Selección de la bomba del circuito solar con la aplicación Wilo-Select3 Los datos anteriormente mostrados son introducidos en la aplicación, en la que se afrecen varias bombas para las características de este circuito. A continuación se muestra un extracto de la seleccionada.

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R

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R ub ub iro iro

7.6.2 Selección de la bomba del circuito acumulado solar- intercambiador con la aplicación Wilo-Select3

R

Como en el caso anterior los datos referidos a perdías de carga y demás parámetros necesarios para el calculo de la bomba, han sido extraídos de la hoja Excel que se adjunta.

Posteriormente se han introducido en la aplicación en la que se ofrecen varias bombas para las características de este circuito. A continuación se muestra un extracto de la seleccionada

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R ub ub iro iro

R

José López Sánchez

80

R ub ub iro iro 7.6.3 Bomba del circuito antilegionela

7.6.3.1 Datos preliminares Actualmente la legislación española obliga a un tratamiento de prevención de legionelosis al año. Con este dato se podría diseñar el circulador para este tratamiento con un caudal de circulación pequeño, pues al realizar este tratamiento una sola vez al año, no sería muy relevante el tiempo que durase. No obstante en otros países de nuestro entorno, la periodicidad obligatoria de tratamientos de prevención es mucho más estricta, como por ejemplo en Alemania, donde la legislación vigente obliga a la realización de este tratamiento una vez al día. Ante esta diferencia tan grande cave realizar una reflexión por parte del diseñador de la instalación para diseñar ésta en base a unos u otros criterios.

El diseño de la instalación de este proyecto se realiza en base al criterio de un tratamiento al día (criterio alemán).

7.6.3.2 Justificación de la elección de un tratamiento diario

Es habitual que se puedan producir cambios legislativos que afecte a determinadas instalaciones. La gran diferencia en lo que a periodicidad de los tratamientos de prevención de legionelosis se refiere de nuestra legislación y la de otros países, invita a pensar que en un futuro próximo se puedan producir cambios. Los cambios legislativos previstos en materias de prevención en general y en prevención de legionelosis de particular en nuestro país serán, sin duda, en una línea más restrictiva que la actual, pues eso mejorará la seguridad de los usuarios de estas instalaciones.

Por otro lado, y desde un punto de vista meramente energético, el implantar un sistema de tratamiento diario, no tiene por qué suponer un mayor consumo energético, pues si es programado para que se realice de forma previa a la previsión del consumo punta de la instalación y éste se produce en horas de baja o nula insolación ( al atardecer), lo que se conseguirá es anticiparse, en el peor de los casos, al consumo de energía de apoyo, y en los días en que por motivos de alta radiación y bajo consumo, o ambas cosas, las temperaturas puedan aumentar, el sistema podrá aprovechar esos momentos para elevar las temperaturas de los dos depósitos a los parámetros de prevención, anulándose entonces la programación prevista para ese día.

En resumidas cuentas el tratamiento de prevención diario no tiene por qué suponer un consumo energético extra, sin embargo si aumenta la seguridad de la instalación.

7.6.3.3 Aspecto de la normativa respecto al circuito de prevención de legionelosis

A continuación se muestra el aspecto de la normativa que permite la realización del circuito anti- legionela proyectado:

R

Para instalaciones prefabricadas según se definen en el apartado 3.2.1, a efectos de prevención de lalegionelosis se alcanzarán los niveles térmicos necesarios según normativa mediante el no uso de la instalación. Para el resto de las instalaciones y únicamente con el fin y con la periodicidad que contemple la legislación vigente referente a la prevención y control de la legionelosis, es admisible prever un conexionado puntual entre el sistema auxiliar y el acumulador solar, de forma que se pueda calentar este último con el auxiliar. En ambos casos deberá ubicarse un termómetro cuya lectura sea fácilmente visible por el usuario.

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81

R ub ub iro iro 7.6.3.4 Datos para el calculo de la bomba del circuito anti-legionela

La elección de este circulador se realizará en base a los siguientes criterios:  Caudal: El caudal que deberá de mover la bomba será el de los dos depósitos acumuladores en un tiempo razonable que se entiende como tiempo que durará el tratamiento de prevención, teniendo en cuenta que este tratamiento lo estimaremos en 1hora, el caudal a recircular será

7.6.3.5 Selección de la bomba del anti-legionela solar con la aplicación Wilo-Select3

R

Al igual que en el caso anterior los datos relativos a las perdidas de carga se han extraído de la hoja Excel. Estos en la aplicación, en la que se ofrecen varias bombas para las características de este circuito. A continuación se muestra un extracto de la seleccionada.

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R ub ub iro iro

R

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R ub ub iro iro 7.6.4 Grupo de bombas del circuito de recirculación de ACS

7.6.4.1 Aspectos de la normativa HS4 respecto al circuito de recirculación de ACS

El documento básico HS4 Suministro de agua del CTE recoje prescripciones especificas para este circuito en concreto, a continuación se muestran las más significativas .

Tanto en instalaciones individuales como en instalaciones de producción centralizada, la red de distribución debe estar dotada de una red de retorno cuando la longitud de la tubería de ida al punto de consumo más alejado sea igual o mayor que 15 m.

Excepto en viviendas unifamiliares o en instalaciones pequeñas, se dispondrá una bomba de recirculación doble, de montaje paralelo o “gemelas”, funcionando de forma análoga a como se especifica para las del grupo de presión de agua fría. En el caso de las instalaciones individuales podrá estar incorporada al equipo de producción.

7.6.4.2 Dimensionado de las redes de retorno de ACS 1 Para determinar el caudal que circulará por el circuito de retorno, se estimará que en el grifo más alejado, la pérdida de temperatura sea como máximo de 3 ºC desde la salida del acumulador o intercambiador en su caso.

2 En cualquier caso no se recircularán menos de 250 l/h en cada columna, si la instalación responde a este esquema, para poder efectuar un adecuado equilibrado hidráulico.

3 El caudal de retorno se podrá estimar según reglas empíricas de la siguiente forma: a) considerar que se recircula el 10% del agua de alimentación, como mínimo. De cualquier forma se considera que el diámetro interior mínimo de la tubería de retorno es de 16 mm. b) los diámetros en función del caudal recirculado se indican en la tabla 4.4.

7.6.4.3 Selección de la bomba del circuito de recirculaci de ACS con la aplicación WiloSelect3

R

Al igual que en el caso anterior los datos relativos a las perdidas de carga se han extraído de la hoja Excel. Estos en la aplicación, en la que se ofrecen varias bombas para las características de este circuito. A continuación se muestra un extracto de la seleccionada.

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R ub ub iro iro

R

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R ub ub iro iro

R

José López Sánchez

86

R ub ub iro iro 7.7 Cálculo del fluido caloportador.

7.7.1 Introducción Ante la desinformación que existe en lo referente al fluido anticongelante idóneo y ante las barbaridades que por experiencia se han constatado en algunas instalaciones, cabe destacar las siguientes observaciones:  No se puede utilizar cualquier anticongelante en instalaciones de ACS, entre otros razones por la posibilidad de conexión accidental del circuitos solare y el de ACS, debiéndose utilizar por consiguiente un producto de baja toxicidad como es el Propilenglicol  El uso de Etilenglicol queda restringido exclusivamente a instalaciones industriales y en general a todas aquellas en las que no exista la posibilidad de consumo humano o animal.  Bajo ningún concepto se puede utilizar el anticongelante que se utiliza en los circuitos de los automóviles, primero y más importante por lo mencionado en el punto anterior y segundo por que, por sus características produce deposición de lodos en las partes bajas de los circuitos y por consiguiente deterioro y obstrucción de los elementos, especialmente de los captadores  Es habitual que el instalador adquiera el producto con las concentraciones ya realizadas de fabrica, esto presenta dos riesgos: o Si la concentración es inferior a la necesaria, el circuito estará en riesgo de congelación o Si la concentración es duperior a la necesaria, se aumentará de forma inecesaria el coste de la instalación y la viscosidad del fluido, obligando de esta forma a un sobreesfuerzo inecesarios del circulador, acortando asi su vida y aumentando el consumo energético  Es conveniente que la mezcla no se realice con agua de la red para evitar los contenidos en sales e impurezas que ésta pueda contener, recomendándose agua osmotizada  Las reposiciones del fluido del circuito primario, que por fuga u otros motivos se deban de realizar, serán en las concentraciones de calculo, no siendo en ningún caso adicionar agua sola pues pone en riesgo las concentraciones necesarias y por tanto la instalación.

7.7.2 Aspectos de la normativa con respecto al anticongelante A continuación se recogen aspectos del documento HE4 del CTE relativos al alticongelante:

R

La instalación estará protegida, con un producto químico no tóxico cuyo calor específico no será inferior a 3 kJ/kg K, en 5 ºC por debajo de la mínima histórica registrada con objeto de no producir daños en el circuito primario de captadores por heladas. Adicionalmente este producto químico mantendrá todas sus propiedades físicas y químicas dentro de los intervalos mínimo y máximo de temperatura permitida por todos los componentes y materiales de la instalación.

En el caso de dispositivos automáticos, se evitarán de manera especial las pérdidas de fluido anticongelante, el relleno con una conexión directa a la red y el control del sobrecalentamiento mediante el gasto excesivo de agua de red. Especial cuidado se tendrá con las instalaciones de uso José López Sánchez

87

R ub ub iro iro

estacional en las que en el periodo de no utilización se tomarán medidas que eviten el sobrecalentamiento por el no uso de la instalación.

En cualquier caso, nunca podrá rellenarse el circuito primario con agua de red si sus características pueden dar lugar a incrustaciones, deposiciones o ataques en el circuito, o si este circuito necesita anticongelante por riesgo de heladas o cualquier otro aditivo para su correcto funcionamiento.

Las instalaciones que requieran anticongelante deben incluir un sistema que permita el relleno manual del mismo.

Para disminuir los riesgos de fallos se evitarán los aportes incontrolados de agua de reposición a los circuitos cerrados y la entrada de aire que pueda aumentar los riesgos de corrosión originados por el oxígeno del aire. Es aconsejable no usar válvulas de llenado automáticas.

7.7.3 Selección del anticongelante y su concentración

R

El fluido caloportador utilizado es una mezcla de agua y propilenglicol. A continuación, en las siguientes dos tablas se muestran unos datos genéricos utilizados habitualmente para el calculo del porcentaje de propilenglicol, posteriormente en el anexo correspondiente se adjuntan los datos de forma más precisa y con más amplitud de valores

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88

R ub ub iro iro 7.7.4 Elección del anticongelante

Utilizaremos una mezcla de agua y propilenglicol al 25%. Viene en estado puto para ser mezclado con agua y se denomina Tyfocor L.Es miscible con agua y dependiendo de la concentración, puede llegar a prevenir el congelamiento hasta los -50ºC. Tyfocor L es un fluido no tóxico, incoloro e higroscópico. Basado en 1,2-propilenglicol, es una sustancia toxicológicamente inofensiva. Se trata de un fluido libre de nitrilos.

R

El fabricante del fluido caloportador nos proporciona las graficas de las que obtendremos las propiedades que necesitaremos para los cálculos.

Así pues, consultando en las tablas, las propiedades básicas son las siguientes:

Densidad a (20ºC)= 1,037g/cm

3

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R ub ub iro iro Densidad a (60ºC)= 1,0225 g/cm

3

-

2

Viscosidad cinemática a (60ºC)=1,8*10 6m /s

7.8 Calculo de las tuberías

7.8.1Introducción Las tuberías que se utilizarán serán de Polipropileno Reticulado (PPR) y cobre, se adjunta documentación técnica de cada una de ellas.

Para el calculo se ha elaborado una hoja Excel, que se adjunta en la que de forma precisa se muestran los diámetros, velocidades, perdidas de carga lineales, perdidas de carga localizadas, y demás parámetros de cada uno de los tramos.

Para mejor entender de donde provienen los resultados y la designación de cada uno de los tramos, se recomienda analizarlos desde la aplicación, pues en ésta se encuentran vinculadas cada una de las celdas con los planos correspondientes a los tramos que se calculan, pudiendo de esta forma navegar entre ambos de manera sencilla, en la hoja también aparecen menús contextuales en las celdas correspondiente a las pérdidas de carga locales, en los que aparecen las piezas colocadas y su longitud equivalente.

De no querer utilizar la aplicación, siempre se pueden ver la designación de los tramos en el ANEXO planos.

R

7.8.2 Formulas utilizadas para el cálculo

7.8.3 Pedidas de carga de los distintos tramos Lo que se muestra es una parte de la tabla Excel que se adjunta, los valores de la perdida de carga para los distintos tramos de la red (en color blanco), se pueden cambiar, recalculando al hacerlo los demás valores de la tabla (diámetro, velocidad..). Constituye José López Sánchez

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R ub ub iro iro

de esta forma la hoja Excel una valiosa herramienta par el diseñó de instalaciones en tanto en cuanto que permite el tanteo para adaptarse a los diámetros más adecuados.

Perdida de carga máxima admisible en mm.c.a PLANTAS DISTRIBUIDOR ACS PLACAS- INTERCAMBIADOR 1 INTERCAMBIADOR 1- ACUMULACION SOLAR APOYO- INTERCAMBIADOR 2 INTERCAMBIADOR 2- ACUMULADOR APOYO RECIRCULACION DE ACS CIRCUITO PREVENCION DE LEGIONELA

100 100 40 40 40 40

100 100

7.8.4 Calculo de los distintos tramos Como en el punto anterior, se vuelve a mostrar una parte de la tabla Excel que se adjunta en la que se han calculado los distintos tramos en base a las formulas mostradas y a la normativa expuesta. Si se accede a la hoja también se podrán ver las piezas de cada uno de los circuitos y sus respectivas longitudes equivalentes ACS VER TABLA ACCESORIOS

VER TABLA PPR

PLANTAS

2135,45 2456,91 2456,91 2456,91

RPB RP1 RP2 RP3 N1-N2 N2-N3 N3-BR

213,54 245,69 245,69 245,69 459,24 704,93 950,62

T-1 T-2 T-3 T-4

9506,17 7049,26 4592,36 2135,45

A1

812,70 812,70 812,70 812,70

B5

B4

B1

DIAMETRO

MATERIAL

 COMERCIAL

VELOCIDAD ΔPj PLANTAS 22,30 PPR 26,2 1,10 46,47 23,48 PPR 26,2 1,27 59,39 23,48 PPR 26,2 1,27 59,39 23,48 PPR 26,2 1,27 59,39 RECIRCULACION 9,55 PPR 16 0,30 8,60 10,05 PPR 16 0,34 10,99 10,05 PPR 16 0,34 10,99 10,05 PPR 16 0,34 10,99 12,66 PPR 16 0,64 32,85 14,82 PPR 16 0,97 69,53 16,55 PPR 20,4 0,81 37,00 DISTRIBUIDOR ACS 38,65 PPR 40,8 2,02 77,33 34,62 PPR 40,8 1,50 45,83 29,56 PPR 32,6 1,53 62,84 22,30 PPR 26,2 1,10 46,47 PLACAS- INTERCAMBIADOR 1 18,94 COBRE 20 0,72 30,90 18,94 COBRE 20 0,72 30,90 18,94 COBRE 20 0,72 30,90 18,94 COBRE 20 0,72 30,90 LONGITUD DEL CIRCUITO PARA ENVIAR AL CALLCULO DEL VASO DE EXPANSIÓN =

LONGITUD

ACCESORIOS

ΔPtub.

ΔPelem.

ΔPtotal

15,28 14,83 14,83 14,83

3,2 4,6 4,6 4,6

710,05 880,81 880,81 880,81

148,70 273,21 273,21 273,21

858,75 1154,02 1154,02 1154,02

10,82 9,4 9,4 9,4 3 3 5

0,5 0,5 0,5 0,5

93,06 103,33 103,33 103,33 98,54 208,59 185,02

4,30 5,50 5,50 5,50 0,00 0,00 88,81

97,36 108,83 108,83 108,83 98,54 208,59 273,84

232,00 137,48 188,53 139,41

0,00 0,00 0,00 0,00

232,00 137,48 188,53 139,41

2,4

3 3 3 3

5 1 1 16 23

0,8 2,3 5,15 1,6

154,51 30,90 30,90 494,42

24,72 71,07 159,14 49,44

179,23 101,97 190,04 543,86

3 1 1 1

2,3

5,15

92,70 30,90 30,90 30,90

71,07 0,00 0,00 159,14

163,78 30,90 30,90 190,04

2 1 1

2,3 2,3 0,8

61,80 30,90 30,90

71,07 71,07 24,72

132,88 101,97 55,62

3

3,9

92,70

120,52

213,22

5

8,35

451,57

754,13

1205,70

0,00

0,00

0,00

INTERCAMBIADOR 1 - ACUMULADOR SOLAR

A2 B9 B7 B6

812,70 812,70 812,70 812,70

18,94 18,94 18,94 18,94

COBRE COBRE COBRE COBRE

20 20 20 20

0,72 0,72 0,72 0,72

30,90 30,90 30,90 30,90

APOYO - INTERCAMBIADOR 2

B15

812,70 812,70 812,70

18,94 18,94 18,94

COBRE COBRE COBRE

20 20 20

A5

812,70

18,94

COBRE

20

A6

B14

0,72 0,72 0,72

30,90 30,90 30,90

INTERCAMBIADOR 2 - ACUMULADOR DE APOYO

0,72

30,90

CIRCUITO PREVENCION DE LEGIONELA

A4

1500,00

19,58

COBRE

20

1,33

90,31

CONEXIÓN A VASO DE EXPANSION

R

DISTRIBUIDOR ACS

P baja P1 P2 P3

RECIRCULACION

TRAMO CAUDAL l/h

B2

25,00

COBRE

26

0,00

0,00

1

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R ub ub iro iro 7.9 Calculo y selección del aislamiento

7.9.1 Normativa de aplicación Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE)

Real Decreto 1027/2007, de 20 de Julio.

Se muestra a continuación el apéndice relativo a aislamiento térmico del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los edificios RITE según Real Decreto del 20 de Julio de 2007, aparecido en el BOE núm. 207 de 29 de Agosto de 2007. Los puntos de esta normativa referidos al tema en cuestión son: IT 1.2.4.2 Redes de tuberías y conductos

IT 1.2.4.2.1 Aislamiento térmico de redes de tuberías IT 1.2.4.2.1.1 Generalidades

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Para no hacer más extenso el proyecto a continuación solo se muestra las tablas de elección de espesor de aislamiento que son de aplicación, se han subrayado los espesores correspondiente tanto a las tuberías que discurren por el exterior como a las que lo hacen por el interior

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R ub ub iro iro 7.9.2 Elección del aislamiento

7.9.2.1Para la tuberías que discurren por el exterior

Se ha seleccionado el aislamiento HT/Armafl ex®

Las causas de su elección son:

es un aislamiento térmico fl exible de espuma elastomérica especialmente diseñado para instalaciones en el exterior y para trabajar a altas temperaturas (hasta 150ºC). HT/Armafl ex®



Es un aislamiento de célula cerrada que actúa como una eficaz barrera de vapor de agua y reduce el riesgo de condensación.



Su buena conductividad térmica minimiza las pérdidas de energía en las tuberías de alimentación y retorno, confiriendo a la instalación una mayor eficiencia.



La alta flexibilidad del HT/Armafl ex® permite una fácil instalación sin necesidad de herramientas especiales. Su recubrimiento de color blanco, le proporciona una buena resistencia mecánica y a los rayos UVA.



No se degrada con la acción del sol o las condiciones atmosféricas.

R



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R ub ub iro iro Las características técnicas y espesor seleccionado son:

7.9.2.2 Para las tuberías que discurren por el interior

R

Se ha seleccionado el aislamiento Armaflex IT

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R ub ub iro iro Las características técnicas y espesor seleccionado son:

R

7.9.2.2.1 Ejemplos de selección del aislamiento

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R ub ub iro iro 7.10. Calculo y selección del vaso de Expansión

7.10.1 Aspectos de la normativa HE4 sobre el vaso de expansión 

Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.



El dispositivo de expansión cerrada del circuito de captadores deberá estar dimensionado de tal forma que, incluso después de una interrupción del suministro de potencia a la bomba de circulación del circuito de captadores, justo cuando la radiación solar sea máxima, se pueda restablecer la operación automáticamente cuando la potencia esté disponible de nuevo.



Cuando el medio de transferencia de calor pueda evaporarse bajo condiciones de estancamiento, hay que realizar un dimensionado especial del volumen de expansión: Además de dimensionarlo como es usual en sistemas de calefacción cerrados (la expansión del medio de transferencia de calor completo), el depósito de expansión deberá ser capaz de compensar el volumen del medio de transferencia de calor en todo el grupo de captadores completo incluyendo todas las tuberías de conexión entre captadores más un 10 %.



Los circuitos con vaso de expansión cerrado deben incorporar un sistema de llenado manual o automático que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado.

7.10.2 Razón para no colocar el vaso de expansión en la aspiración de la bomba

A pesar de lo que indica el punto anterior de la normativa en referencia a la colocación del vaso de expansión en la aspiración de la bomba, en el diseño de esta instalación no se ha hecho así, sino que, por el contrarió, si se observa el esquema de principio (ANEXO planos) se verá que se ha colocado en la impulsión. La razón de esta decisión esta basada en la necesaria y conveniente instalación de válvulas de cierre antes y después de la bomba para las labores de mantenimiento y reparación. Al estar colocadas estas válvulas, y en el caso de colocar el vaso de expansión en la aspiración de la bomba, se correría el riesgo de al cerrar alguna de ellas, dejar desprotegida la zona más peligrosa, en lo que a expansión se refiere, del circuito: los captadores

R

7.10.2.3 Formulas empleadas en el cálculo del vaso de expansión

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R ub ub iro iro 7.10.2.4 Cálculo del vaso de expansión

Para el calculo se ha elaborado una hoja Excel en base a la formulas expuestas. En hoja, que se adjunta, se muestran de forma precisa los valores del cálculo. Esta hoja esta vinculada a las celdas que en el apartado anterior correspondiente al calculo de diámetros se mostraban, de forma que parámetros necesarios para el calculo del vaso de expansión, como son el contenido de las tuberías, se realiza de forma ágil.

contenido de la  inter en longitu tub tuberia en mm. en m litros 20 23 7,22568 0 0 0 0 TOTAL LITROS 7,22568 contenido de la tuberia en litros

7,22568

altura vaso Pres. Vseg. al punto Pres. Min. ɳ vaso - 0,5 En bar mas alto + 0,5 en bar expansión 5,5 1 0,6 1,89090909

Volumen contenido contenido Coeficiente dilatación captadores intercambia de en litros dor en litros dilatacion 11,9

2

0,085

1,7956828

Volumen de vapor

14,28

EN CELDA ROJA INTRODUCIR EL VOLUMEN DE RESERVA SIENDO ESTE MINIMO 10 L

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Volumen Vol. Min de reserva vaso de (min. 10 L) expansion en litros 4,225136 10

13,79

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7.10.2.5 Elección del vaso de expansión Se entiende que la elección de un vaso de expansíon mas grande del calculado no hace más que redundar en un beneficio para la instalación, asi como la posibilidad de una mayor carga en el volumen de reserva. Si se observa la diferencia de prescios esntre unos volumenes y otros no es muy grande y puediendo haber seleccionado el vaso de volumen 18 l, se ha seleccionado el de 25 l pues la diferencia es de 8€, lo que no es representativo en una instalación de esta envergadura.

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7.11 Selección de los depósitos acumuladores Para esta instalación se han seleccionado depósitos acumuladores para ACS de la marca LAPESA, en acero inoxidable debido a los buenos resultados que la experiencia de quien subscribe este proyecto ha tenido con estos acumuladores.

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Como en capítulos anteriores se ha detallado, los volúmenes de acumulación de los depósitos solar y de apoyo son de son de 1000 litros modelo RB y 500 litros modelo R respectivamente.

A continuación se muestran las características de los depósitos seleccionados.

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R ub ub iro iro CAPITULO 8 ANEXO PLANOS

8.1 INTRODUCCION

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Todos los planos que se adjuntan han sido elaborados con el programa LayOut. Es una aplicación gratuita y libre de la empresa GOOGLE, esta aplicación esta rompiendo con fuerza en el mercado del diseño técnico, y desbancando de forma rápida otras aplicaciones que como AUTOCARD, van quedando obsoletas.Todas las funciones que encontramos en Autocard se encuentran presentes en esta aplicación y otras de las que áquel carece. Su interface proporciona un trabajo rápido y sencillo, no consumiendo muchos recursos.

Permite importar archivos de autocard y exportarlos también de forma que se hace perfecatamente compatible.

Los planos que se adjuntan están disponibles además en formatos dwg, dxf, jpg.giff,bmp, entre otros.

Todo el contenido del proyecto y especialmente los planos se han digitalizado en formato ebook (libro electrónico), de forma que se visualizan de la mejor y mas comoda forma posible En este trabajo se adjunta el espacio reservado en la red para este fin y su link correspondiente para poder acceder a él.

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R ub ub iro iro CAPITULO 9: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

9.1 Introducción.

En este apartado del proyecto vamos a dar una breve explicación de los principales contaminantes y sus consecuencias para la naturaleza y para el ser humano. Además obtendremos el ahorro de emisiones de CO2 que conseguimos al tener una instalación solar.Con el uso de las energías renovables es posible reducir la emisión de contaminantes, tanto los que provocan el efecto invernadero, como los que provocan la destrucción de la capa de ozono. Además de otros que provocan otros efectos que comentaremos más adelante.

Sólo vamos a comentar las emisiones de CO2 porque son las más importantes, las otras se producen en mucha menor medida.

Con relación a España, mantiene desde hace tres lustros un notorio crecimiento del consumo de energía y de la intensidad energética. Nuestra creciente y excesiva dependencia energética exterior, cercana al 80% en los últimos años, y la necesidad de preservar el medio ambiente y asegurar un desarrollo sostenible, obligan al fomento de fórmulas eficaces para un uso eficiente de la energía y la utilización de fuentes limpias.

Por tanto, el crecimiento sustancial de las fuentes renovables, junto a una importante mejora de la eficiencia energética, responde a motivos de estrategia económica, social y medioambiental, además de ser básico para cumplir los compromisos internacionales en materia de medio ambiente, como el protocolo de Kioto y el de Montreal.

Comentaremos a continuación, el efecto más importante del CO2, contaminante principal del que reducimos las emisiones por medio de las energías renovables. Más adelante comentaremos otros contaminantes y sus posibles efectos.

9.2 El efecto invernadero.

R

El efecto invernadero consiste en la absorción, por parte de gases que se encuentran en las capas bajas de la atmósfera, de la radiación infrarroja procedente de la tierra, transformándola en calor. De toda la radiación procedente del sol, el 30% es reflejado al espacio y el 70% restante calienta la materia y ésta emite por ese calentamiento radiación infrarroja, que es la que es absorbida por los gases. De esta forma se forma una capa protectora de calor que origina temperaturas templadas en la superficie terrestre, al impedir su enfriamiento. Este fenómeno es el utilizado en los invernaderos.

Las consecuencias de un aumento del efecto invernadero no se conoce con exactitud. Sin embargo existen estudios y datos que parecen indicar un consecuente aumento de la temperatura media de la atmósfera.

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El principal causante del efecto invernadero es el CO2, pero además también contribuyen a este efecto otra serie de contaminantes.

Para combatir el gran aumento de emisiones de gases de efecto invernadero se estableció el Protocolo de Kioto.

9.3 El Protocolo de Kioto.

El Protocolo de Kioto, acuerdo adoptado en diciembre de 1997 en la 3ª Conferencia de las Partes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, establece en algo más de un 5% la reducción global de las emisiones de los seis principales gases de efecto invernadero (GEI) en el período de compromiso 2008-2012 respecto a los valores de 1990. Los objetivos individuales de reducción de las emisiones de GEI por países se determinaron teniendo en cuenta la necesidad de mantener un crecimiento económico sostenible, así como la disponibilidad de tecnologías en cada uno de los Estados, de tal forma que, para la Unión Europea, el objetivo de reducción quedó establecido en el 8%, para EE.UU. en el 7% y para Japón en el 6%.

R

La Convención Marco sobre Cambio Climático y el Protocolo de Kioto, (el artículo 25 del mismo establece que éste entraría en vigor una vez fuera sido ratificado por, al menos, un número de países cuyas emisiones totales representaran, por lo menos, el 55% del total de las emisiones de dióxido correspondientes a 1990) , han reconocido expresamente lo que se ha dado en llamar la burbuja comunitaria, dentro de la cual España tiene limitado el crecimiento de las emisiones de los seis gases de efecto invernadero considerados en el Protocolo en un 15% en el período de referencia 2008-2012 respecto a las emisiones de 1990. De acuerdo con las cifras del inventario de gases de efecto invernadero correspondiente a 2002, el aumento de las emisiones superaba ya a finales de ese año el 39%. Con independencia del régimen sancionador diseñado para todas las Partes firmantes del Protocolo, los Estados europeos están sometidos a la disciplina comunitaria y deben asegurar el cumplimiento de los acuerdos alcanzados en las instituciones de la Unión Europea.

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R ub ub iro iro 9.4 Principales contaminantes.

Los principales contaminantes los podemos dividir en tres tipos, los primarios, los secundarios y los que tienen un comportamiento híbrido: Primarios.

Son los producidos por la acción del hombre, son los siguientes:

• CO2: se trata de un gas esencial para la vida, pero su gran abundancia le hace tener que ser considerado como un contaminante. Es emitido de forma natural y también como producto de la combustión. Es el principal causante del efecto invernadero a excepción del vapor de agua.

• CO: es un gas incoloro e inodoro. Es muy tóxico e incluso mortal si la concentración es alta.

•

Hidrocarburos inquemados (CH4) o parcialmente quemados (RHC, RCOH).

•

Partículas (hollín, cenizas).

•

Óxidos de azufre: SOx (SO2, SO3).

•

Óxidos de nitrógeno: NOx (NO, NO2), N2O.

Secundarios.

Producidos en la atmósfera a posteriori por reacción química o fotoquímica.

• Ozono (O3): por descomposición del NO2 y posterior unión del oxígeno mediante un catalizador.

•

Nitrato peroxiacetílico (PAN).

Comportamiento híbrido.

• NO2: se forma en la atmósfera a partir de NO en presencia de hidrocarburos y por la radiación solar.

•

RCOH y CO: se forman también por oxidación de los hidrocarburos inquemados.

Principales efectos de los contaminantes.

•

Reducen la visibilidad: provocado por las partículas y el NO2.

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• Aumentan la niebla y la lluvia: el SO2 forma gotas de ácido sulfúrico que sirven como punto de nucleación.

• Lluvia ácida: el SOx y el NOx se transforman en ácidos que se disuelven en agua fácilmente y caen en forma de lluvia que contamina lagos y terrenos.

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R ub ub iro iro •

Destrucción de la clorofila: SO2, PAN, C2H4.

• Efecto invernadero: absorben radiación infrarroja y contribuyen al calentamiento de la tierra, como comenté anteriormente producido en su mayoría por CO2, H2O, CH4, N2O… • • Suciedad y corrosión: • oHollín y cenizas: ensucian edificios y estructuras.

• o Partículas alcalinas con azufre: corroen la pintura y los contactos eléctricos.

• oOzono: ataca el caucho.

• • Efectos sobre la salud: • o SO2 + partículas (SMOG de Londres): puede causar bronquitis y enfisema.

• o SMOG fotoquímico (O3 + nitratos orgánicos): causa irritación en los ojos.

• o CO: afecta a la salud y puede resultar mortal.

• Destrucción de ozono de la estratosfera (>15 Km): la presencia de radicales (OH, NO, Cl) en la estratosfera destruye el ozono.

La emisión de muchos de estos contaminantes se pueden reducir mediante la utilización de las energías renovables, por lo que se evitarían muchos de los efectos anteriormente expuestos.

9.5 Ahorro de emisiones de CO2

El ahorro de emisiones vamos a realizarlo según la aplicación, ya que la contribución de la instalación solar es diferente para ACS y calefacción.

El ahorro también dependerá del tipo de fuente de energía empleada.

9.5.1 Ahorro de emisiones para ACS.

Para el cálculo de las emisiones, tenemos que obtener los kWh anuales de ACS.

Para ello tenemos que ver la contribución de la demanda de ACS durante todo el año.

Para ello vamos a hallar los cálculos por meses, ya que el consumo y las horas que estará la caldera funcionando varía para cada mes. E programa Censol 5 incorpora una aplicación para realizar estos cálculos. En caso de realizarse la instalación se aportará para

R

la futura consideración del edificio objeto de este estudio como energéticamente eficiente.

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R ub ub iro iro CAPITULO 10: ESTUDIO ECONOMICO

R

A continuación se muestra un extracto de las tarifas referido a los elementos más importantes para posteriormente mostrar el presupuesto

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R ub ub iro iro 10.1 PRESUPUESTO

Partida captadores solares

4950 €

Partida estructura

316€

Partida acumulación

4015€

PARTIDA VASO SOLAR

58€

Partida aislamiento solar

240€

Partida aislamiento general

734€

Partida bombas

1900€

Partida tuberias PPR

700€

Partida tuberias de cobre

300€

Partida piezas especiales y otros

1000€

Partida eléctrica y control

1000€

Mano de obra e instalación

3200€

Dirección técnica

1000€

R

TOTAL

19413€

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R ub ub iro iro CAPITULO 11: CONCLUSIONES

CONCLUSIÓN

Dentro del gran avance en aspectos medio-ambientales y de creación de empleo que para este sector productivo supone la entrada en vigor del nuevo CTE y de las diversas Ordenanzas Municipales, hay aspectos vitales para que esto llegue a buen puerto y los más importantes son: dimensionado optimo y gestión adecuada de las instalaciones. El hecho de que tengamos excedentes de energía es, contra lo que pudiera pensarse y la lógica suele indicar, el principal problema de este tipo de instalaciones.

En lo que respecta al dimensionado, el CTE y las Ordenanzas Municipales dejan poco margen de actuación, que en cualquier caso debe ser aprovechado, y subsanar los posibles sobredimensionados con una buena gestión de las instalaciones.

Sobre la gestión sugiero a los agentes y organismos implicados se forme e informen de manera adecuada y las instalaciones sean puestas al día en lo referente a control. Gracias a los avances en programación e informática existentes cuentan con una valiosa ayuda.

Al término de este estudio hemos conseguido modelizar una instalación solar térmica que nos aportará una cobertura anual de más del 70% del agua caliente sanitaria necesaria.

Gracias a esto, se ha logrado dejar de emitir a la atmosfera cerca una considerable cantidad de CO2 al año, además el consiguiente el consiguiente ahorro de energía.

R

Todo esto lo hemos conseguido sometiendo a estudio distintos tipos de colectores y habiendo elegido apropiadamente el colector. Cabe decir, que este cálculo aunque laborioso, es esencial para entender el funcionamiento y las limitaciones que tiene la instalación. Pero es cierto también que en este negocio de las energías renovables, hoy en día, no es habitual encontrar un estudio de estas características en el mercado, además de que no es viable, y que la mayoría de las veces el instalador no quiere complicaciones. De ahí se derivan un montón de problemas y de instalaciones mal dimensionadas, con colectores de vacio para instalaciones únicamente de producción de agua caliente sanitaria, donde el cliente ni notará una mejoría en la instalación por tener unos colectores de altísimo rendimiento, ni verá su inversión amortizada en toda la vida de la instalación.

O aún situaciones más graves, instalaciones mal diseñadas donde el apoyo de la energía convencional va directamente en el circuito primario, de ahí que la instalación solar pierda su razón de ser y no se consiga ahorrar ni un euro.

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De aquí se desprende un razonamiento por el que personalmente siento preocupación, ya que nuestro país ha estado viviendo estos años de un “boom” espectacular entorno a la instalación de energías renovables y muy en especial la que aquí se trata, la energía solar térmica, llegando incluso a superar a Alemania en cantidad instalada en un año. Pero el grueso de esas instalaciones, ya nacieron mal diseñadas, con criterios de cálculo a veces desajustados a las necesidades reales de las instalaciones.

Muchas además fueron mal ejecutadas con la instalación de materiales o aislamientos no apropiados. Si esto lo unimos a que la mayoría no fueron mantenidas de forma adecuada y/o no cuentan con sistemas de regulación, programación y control adecuados, nos encontramos con el panorama actual:

Se extiende la idea de la no idoneidad o rentabilidad de este tipo de instalaciones Es un concepto erróneo que todos los agentes que estamos implicados en el sector tenemos la obligación de cabiar. Para ello entre otras se proponen las siguientes sugerencias: Tender a configurar instalaciones toco comunitario en edificios Controlar y medir los parámetros energéticos y de ahorro Controlar e inspeccionar las instalaciones nuevas y las ya existentes Formación adecuada para instaladores y proyectistas Inculcar en todos una buena dosis de profesionalidad

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