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PROYECTO ENERGA SOLAR TRMICA MEMORIA

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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)

INGENIERO EN ORGANIZACIN INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

ESTUDIO TCNICO-ECONMICO DEUN SISTEMA DE TUBOS DE VACO

PARA A.C.S., CALEFACCIN Y

REFRIGERACIN EN UNA VIVIENDA

UNIFAMILIAR EN ALICANTE

Autora: JULIA REIG BOLUFER

MADRID, Junio de 2007

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INDICE

1.- RESUMEN.........pag 1

2.- INTRODUCCIN......pag 10

3.- MEMORIA.....pag 12

3.1.- DESCRIPCIN DE LA VIVIENDA.....pag 13

3.2.- INSTALACIN ACTUALpag 16

3.2.1.- Caldera

3.3.- CONSUMO DE ENERGA ACTUAL...pag 183.3.1.- Consumo del ACSpag 18

3.3.2.- Consumo de calefaccin.......pag 19

3.3.3.- Consumo de refrigeracin.pag 23

3.4.- ENERGA SOLAR..pag 25

3.4.1.- Irradiacin.pag 28

3.5.- SISTEMA DE ENERGA SOLAR PROPUESTO PARA LA

VIVIENDA.pag 333.5.1.- Calentamiento de piscina.pag 33

3.5.2.- Colectores de tubos de vaco....pag 34

3.5.2.1.- Colectores seleccionados Solamax...pag 36

3.5.2.2.- Rendimiento..pag 37

3.5.3.- Acumulador..pag 41

3.5.3.1.- Acumulador seleccionado Termosunpag 43

3.5.3.1.1.- Funcionamiento del ACS con Energa Solar

3.5.3.1.2.- Funcionamiento de la calefaccin con

Energa Solar

3.5.4.- Elementos del circuito solar hidrulicopag 47

3.5.4.1.- Vaso de expansin.pag 48

3.5.4.2.- Fluido caloportadorpag 50

3.5.4.3.- Tuberas.pag 52

3.5.4.3.1.- Determinacin de la prdida de carga

3.5.4.4.- Aislamientopag 55

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3.5.4.5.- Bomba de circulacin.pag 56

3.5.4.6.- Otros elementos..pag 60

3.5.4.7.- Sistema de Regulacin y Control...pag 61

3.5.5.- Refrigeracin por absorcin..pag 64

3.5.5.1.- Componentes de la mquina de absorcin.pag 67

3.5.5.2.- Funcionamiento de la mquina de absorcin.pag 68

3.5.5.2.1.- Funcionamiento del sistema de absorcin

con Energa Solar....pag 70

3.5.5.3.- Mquina de absorcin seleccionada..pag 71

3.5.5.3.1.- Mquina Yazaki WFC-SC05.pag 71

3.5.5.3.2.- Mquina Robotica 045pag 743.5.6.- Calentamiento del agua de la piscina exterior..pag 76

4.- CCULOS TCNICOS...pag 80

4.1.- CLCULO DE CARGAS TRMICAS..pag 81

4.1.1.- Demanda de ACS..pag 81

4.1.2.- Demanda de Calefaccin...pag 83

4.1.3.- Demanda de Refrigeracin....pag 894.1.4.- Demanda de la energa total de la vivienda......pag 91

4.2.- DIMENSIONAMIENTO DE LOS PANELES...pag 93

4.2.1.- Rendimiento de los paneles..pag 93

4.2.2.- Potencia captada por panelpag 97

4.2.3.- Nmero de panelespag 98

4.2.3.1.- Cobertura con un panel..pag 99

4.2.3.2.- Cobertura con dos paneles...pag 1034.2.3.3.- Cobertura con tres paneles...pag 104

4.3.- DIMENSIONAMIENO DEL VASO DE EXPANSNpag 105

4.4.- DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS....pag 106

5.- ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONMICA E IMPACTO

AMBIENTAL..pag 108

5.1.- SUBVENCIONES.pag 109

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5.2- ESTUDIO ECONMICO..pag 112

5.2.1.- Ahorro econmico...pag 112

5.2.2.- Cash Flow.......pag 114

5.2.3.- TIR..pag 114

5.2.4.- VANpag 115

5.2.5.- Modelo Econmico.pag 116

5.2.5.1.- Propuesta 1:Yazaki con subvencin.pag 116

5.2.5.2.- Propuesta 2: Yazaki sin subvencin.pag 118

5.2.5.3.- Propuesta 3: Rotartica sin subvencin..pag 120

5.2.5.4.- Propuesta 4: Rotartica con subvencin....pag 121

5.2.5.5.- Estudio mediante tres paneles......pag 1225.3.- IMPACTO AMBIENTAL.pag 123

5.3.1.- Emisiones de CO2...pag 123

5.3.1.1.- Emisiones evitadas del gasoil (calefaccin y ACS)

5.3.1.2.- Emisiones evitadas de la electricidad (refrigeracin)

5.3.2.- Refrigerantes del sistema de climatizacin.pag 126

6.- CONCLUSIONES..pag 127

7.- PRESUPUESTO.pag 131

7.1.- MEDICIONES...pag 133

7.2.- PRECIOS UNITARIOS.pag 135

7.3.- PRESUPUESTO TOTAL..pag 137

8.- PLIEGO DE CONDICIONESpag 139

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2.- INTRODUCCIN

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2- INTRODUCCIN

El presente proyecto tiene por objeto estudiar y valorar de forma tcnica y econmica

la instalacin de colectores de energa solar trmica de baja temperatura en una

vivienda unifamiliar situada en Alicante. La energa solar ser obtenida mediante

unos colectores solares de tubos de vaco y su obtencin se destinar para el

calentamiento de agua caliente sanitaria (ACS), calentamiento del agua de la piscina,

la calefaccin y la refrigeracin de la vivienda mediante un sistema de absorcin

durante los meses de verano.

Son necesarios datos de radiacin solar de la localidad as como la temperatura

ambiente y otros datos climatolgicos, de caractersticas constructivas de la vivienda,

del diseo de la instalacin (inclinacin y orientacin de los colectores), as como

otros aspectos econmicos, energticos y sociales. Los resultados del

dimensionamiento de los elementos de la instalacin permitirn elaborar un

presupuesto detallado en base al cual se realizar un estudio de la rentabilidad de la

misma.

La disminucin de costes energticos es una buena razn para utilizar energa solar

trmica. Las aplicaciones trmicas conllevan una inversin inicial mayor que unsistema trmico convencional. Sin embargo, una vez instalado el sistema solar

trmico, los gastos de funcionamiento son mnimos. En los sistemas que utilizan

combustibles fsiles, es necesario el suministro de los mismos mediante una compra

en funcin de las necesidades trmicas. En cambio, en la energa solar, los costes que

cubren el funcionamiento son mnimos y slo sern necesarios para cubrir el

mantenimiento, el control del sistema y su manutencin. Por ello, los beneficios que

aporta el sistema solar son por el ahorro en el gasto del combustible necesario y laprolongacin de vida til de la caldera, ya que no es utilizada en el perodo solar y

acta como sistema auxiliar.

Las instalaciones de energa solar trmica vienen reguladas por una legislacin

especfica tanto a nivel local como a nivel nacional que se detallan en captulos

posteriores.

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3.- MEMORIA

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3.- MEMORIA

3.1- DESCRIPCIN DE LA VIVIENDA

La vivienda unifamiliar esta localizada en el municipio de Alicante, zona

caracterstica por su clima suave, la radiacin solar es alta, con poca lluvia, veranos

clidos, inviernos suaves y pequeas velocidades de viento. La parcela tiene una

superficie de 413 m2donde se levanta una vivienda que consta de dos plantas (planta

baja y planta piso) y una terraza en un tercer nivel sobre el suelo. La vivienda

dispone tambin de una planta stano donde se encuentran ubicadas tanto la caldera

como el depsito de gasoil. Se dispone de cuatro dormitorios, dos baos, un aseo,

una cocina (junto a un cuarto de plancha) y un saln-comedor. Los puntos de

consumo de ACS sern los baos, la cocina y el aseo. La planta baja tiene una

superficie de 100 m2y 98 m2en la planta piso. La terraza superior dispone de 35 m2

y ser donde sern colocados los colectores solares. La piscina ubicada en el exterior,

tiene una superficie de 32 m2y una capacidad de 54,4 m3de agua.

Datos de la ciudad Alicante (fuente: CENSOLAR)

Altitud: 7 m

Latitud: 38,4

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PLANTA BAJA

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PLANTA PISO

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3.2- INSTALACIN ACTUAL

La instalacin actual est formada por una caldera, un depsito de agua y unos

radiadores cuyas caractersticas se detallan a continuacin.

3.2.1.- CALDERA

La caldera instalada pertenece a la marca Roca es una caldera de fundicin para

instalaciones de calefaccin por agua caliente hasta 4 bar y 100 C.

Otras caractersticas son:

Caractersticas Principales:

- Caldera de alto rendimiento para calefaccin, equipada con todos los

componentes necesarios para su instalacin y funcionamiento.

- Funcionamiento totalmente automtico.

- El cuerpo de la caldera est constituido por elementos de hierro fundido y

calorifugado con fibra de vidrio.

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- Cmara de combustin de tres pasos de humo, que maximiza el intercambio

de calor y reduce las emisiones.

- El diseo del elemento frontal maximiza el intercambio de calor.

- Es una caldera de elevado rendimiento y baja temperatura, segn Directiva de

Rendimientos 92/42/CEE.

Caractersticas Tcnicas:

- Potencia til

Mnima: 17 a 48,3 kW

Mxima: 20,9 a 58,1 kW

- Rendimiento de 93%- Nmero de elementos: 2 : 6

- Capacidad de agua: 13 : 35 litros.

- Prdida de carga circuito de agua

T = 10 C: 30 a 145 mmca

T = 20 C: 5 a 38 mmca

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3.3.- CONSUMO DE ENERGA ACTUAL

3.3.1- ACS

La demanda de ACS, cuyos puntos de consumo son la ducha y los grifos localizados

en la cocina y bao, se considera de 50 litros por persona y da y a una temperatura

de 45C. Al ser cuatro el nmero de personas que habitan en la vivienda, la demanda

total de ACS ser de 200 litros diarios. Este valor se considera constante durante todo

el ao, sin embargo, la temperatura del agua de la red s sufre una pequea variacin

debido a la temperatura exterior.

El valor del consumo de agua caliente sanitaria en trminos econmicos se traduciraen un gasto anual medio de 271,14 litros de gasoil que conllevan un coste de 122,02

euros de forma anual.

Mes TemperaturaRed [C]

Consumo Energa[kWh]

Consumo Gasoil[litros]

Enero 8 266,82 26,06Febrero 8 241,00 23,53Marzo 11 245,18 23,94Abril 13 223,32 21,81Mayo 14 223,55 21,83Junio 15 209,36 20,45Julio 16 209,13 20,42

Agosto 15 216,34 21,13Septiembre 14 216,34 21,13

Octubre 13 230,76 22,53Noviembre 11 237,27 23,17Diciembre 8 266,82 26,06

AO 12,3 2.776,46 271,14

En la tabla se resume el consumo de energa necesario para calentar el agua caliente

sanitaria, pudindose observar que, aunque los valores se mantienen prcticamente

constantes, los meses de mayor consumo energtico son diciembre y enero, que es

cuando al agua de la red se encuentra a temperaturas ms fras.

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Demanda Energa ACS

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

200,00

220,00

240,00

260,00

280,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meses

kWh

3.3.2.- CALEFACCIN

La demanda de calefaccin en una zona mediterrnea donde las temperaturas son

suaves no supone una cantidad tan elevada de energa como en zonas ms fras. Latemperatura interior de confort se considera de 21C y para la temperatura exterior se

ha considerado la temperatura media. Las temperaturas caractersticas, obtenidas del

Instituto Nacional de Meteorologa, se reflejan en la siguiente tabla:

Temperatura Media[C]

Temperatura Min.Media [C]

Enero 11,5 5,1Febrero 12,4 5,5Marzo 13,7 9,2Abril 15,5 11,9Mayo 18,4 18,4Junio 22,2 17,4Julio 24,9 20,7

Agosto 25,5 20,8Septiembre 23,1 18,7

Octubre 19,1 15,2Noviembre 15,2 10,4

Diciembre 12,5 5,9

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Temperatura Media de Alicante

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meses

C

Otros factores de gran importancia que influye en las cargas trmicas de calefaccin

son aquellos relacionados con la construccin de la misma. El ms importante es el

coeficiente de conductividad (K), que es funcin de los materiales empleados en las

superficies de la vivienda segn la conductividad de stos.

Muro Exterior..0,5 W/m2 C

Tejado..0,5 W/m2 C

Ventana (cristal simple)...2,1 W/m2 C

Suelo ...0,38 W/m2 C

Muro interior1,3 W/m2 C

Segn cada habitculo o zona de la casa a climatizar y la superficie del elemento dela lista anterior, se puede calcular un coeficiente de conductividad medio:

ZONA K[W/C]

SUPERFCIE[m2]

PB saln 41,40 33,6dormitorio 2 17,76 12,4

aseo 4,74 3,4vestbulo 10,83 8,64cocina 23,97 18

P1 distribuidor 11,84 8,49

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dormitorio 1 25,21 17,86dormitorio 3 19,28 13,5dormitorio 4 15,78 10,56

bao 1 9,14 8,58

bao 2 10,66 6,6

La demanda de calefaccin en la vivienda, cuyos clculos vienen detallados en el

captulo de clculos tcnicos presenta un valor mximo en el mes de enero,

llegando a demandar hasta 1.415,44 kWh. Se ha considerado en el proyecto que la

calefaccin de la vivienda se pondr en funcionamiento cuando la temperatura

exterior sea menor de 17C. El combustible que alimenta la caldera es gasoil, cuyo

gasto anual medio es de 640,25 litros. Este valor supone un gasto de 288,11 euros

anuales de media.

Mes Temp.Media [C]

T[C]

Potencia[kWh/dia]

Potencia[kWh]

Gasoil[litros]

Enero 11,5 9,5 45,66 1.415,44 138,22Febrero 12,4 8,6 41,33 1.157,34 113,02Marzo 13,7 7,3 35,09 1.087,65 106,21

Abril 15,5 5,5 26,43 793,03 77,44Mayo 18,4 2,6 0,00 0,00 0,00Junio 22,2 0,00 0,00 0,00 0,00Julio 24,9 0,00 0,00 0,00 0,00

Agosto 25,5 0,00 0,00 0,00 0,00Septiembre 23,1 0,00 0,00 0,00 0,00

Octubre 19,1 0,00 0,00 0,00 0,00Noviembre 15,2 5,8 27,88 836,29 81,67Diciembre 12,5 8,5 40,85 1.266,44 123,67

AO 17,83 -- -- 5.289,75 640,25

ACS Y CALEFACCIN

El gasto de combustible total que se consume al ao destinado al ACS y a la

calefaccin tiene una estimacin de 911,39 litros de gasoil, que se traducen en

410,12 euros al ao. Mediante el presente proyecto se pretende estudiar la viabilidad

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de la instalacin de energa solar trmica para reducir este gasto y as aminorar el

coste de la demanda trmica de la vivienda.

El gasto medio mensual medido en litros de gasoil consumidos por la caldera se

refleja en la siguiente tabla:

GasoilACS

[Litros]

GasoilCalefaccin

[Litros]

GasoilTotal

[Litros]Enero 26,06 138,22 164,28

Febrero 23,53 113,02 136,55

Marzo 23,94 106,21 130,16Abril 21,81 77,44 99,25Mayo 21,83 0,00 21,83Junio 20,45 0,00 20,45Julio 20,42 0,00 20,42

Agosto 21,13 0,00 21,13Septiembre 21,13 0,00 21,13

Octubre 22,53 0,00 22,53Noviembre 23,17 81,67 104,84Diciembre 26,06 123,67 149,73

AO 271,14 640,24 976,86

0

20

406080

100120

140160

180

Gasoil [L]

1 3 5 7 9 11

meses

Consumo Gasoil

Consumo Calefaccin

Consumo ACS

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3.3.3.- REFRIGERACIN

Para conocer las cargas trmicas que son necesarias durante los meses de verano con

finalidad de poder mantener una temperatura interior en la vivienda de confort

estimada en 24C, se debe calcular la ocupacin, cargas internas, orientacin de cada

zona a climatizar y la superficie de cristal de la que dispone; as estimar la potencia

necesaria de frigoras. La potencia demandada en el mes ms caluroso es superior a

la potencia demandada en el mes ms fro, con lo cual la posibilidad de poder

generar refrigeracin en un hogar mediante la captacin de la radiacin solar es una

gran ventaja. Sobre todo teniendo en cuenta que en verano es cuando la radiacin

solar incide con mayor potencia y se puede aprovechar, aumentando as la viabilidaddel proyecto.

Para una estimacin de la demanda de refrigeracin se ha hecho uso del software de

la pgina web de Carrier y los datos de los planos de la vivienda. Los resultados se

reflejan en la siguiente tabla:

HABITCULO SUPERFCIE[m2]

POTENCIA[Frig/h]

POTENCIA[kW]

Saln 33,6 3.526 4,1

Dormitorio 1 17,8 2.408 2,8

Dormitorio 2 12,4 1.806 2,1

Dormitorio 3 13,5 2.064 2,4

Dormitorio 4 10,5 2.236 2,6

TOTAL 87,9 12.040 14

kWh

MediaMensual

MediaDiaria

Mayo 80,55 2,598

Junio 231,21 7,707

Julio 1747,37 56,367

Agosto 1449,45 46,756

Septiembre 119,81 3,994

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Se quiere hacer uso de la energa obtenida mediante los paneles para producir

refrigeracin en la vivienda mediante un sistema de absorcin. Se ver en detalle en

captulos posteriores.

El total de la energa que demanda la vivienda de ACS, calefaccin y refrigeracin se

resume en la tabla siguiente:

ENERGA CONSUMIDA[kWh]

ACS CALEFACCION REFRIGERACINTOTAL[kWh]

ENERO 266,817 1.415,440 0,000 1.682,257

FEBRERO 240,996 1.157,340 0,000 1.398,336MARZO 245,184 1.087,650 0,000 1.332,834ABRIL 223,317 793,030 0,000 1.016,347MAYO 223,550 0,000 80,550 304,100JUNIO 209,360 0,000 231,210 440,570JULIO 209,127 0,000 1.747,370 1.956,497

AGOSTO 216,338 0,000 1.449,450 1.665,788SEPTIEMBRE 216,338 0,000 119,810 336,148

OCTUBRE 230,761 0,000 0,000 230,761NOVIEMBRE 237,274 836,290 0,000 1.073,564DICIEMBRE 266,817 1.266,440 0,000 1.533,257

AO 2.776,459 5.289,75 3.547,840 13.550,959

ENERGA TOTAL CONSUMIDA

0,000

500,000

1.000,000

1.500,000

2.000,000

2.500,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meses

kW

h

El mes de mayor demanda es julio, y al considerar la refrigeracin en el proyecto y

coincidir con el mes de mayor radiacin, el aprovechamiento de la instalacin es

ptimo y la energa sobrante es pequea.

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3.4.- ENERGA SOLAR

El Sol es una estrella con una vida estimada de 5.000 millones de aos y un radio de

700.000 km. En la superficie se produce la fusin que emite C2. Est considerado un

cuerpo negro ideal, que es como se denominan a aquellos que absorben la energa y

emiten toda la que tienen. Un rayo de Sol tarda alrededor de 8 minutos en llegar a la

Tierra, siendo en forma de ondas electromagnticas cuya velocidad a la que se

propagan en de 300.000 km/s. Dependiendo de las longitudes de onda diferentes que

se encuentran, distinguimos los rayos ultravioleta, el espectro visible y los rayos

infrarrojos. Un efecto de la radiacin solar es el color del cielo, que es azul debido al

choque de las radiaciones con las molculas de nitrgeno y oxgeno

Es una de las fuentes de energas renovables con mayor perspectiva de futuro, pues el

sol emite sobre la Tierra cuatro mil veces ms energa de la que se consume. El

aprovechamiento de la energa solar consiste en captar, por medio de diferentes

tecnologas, la radiacin del sol con el fin de poder emplearla en la produccin de

calor y electricidad. Para la obtencin de calor se utilizan colectores solares, mientras

que para la produccin de electricidad se utilizan mdulos fotovoltaicos. La posicin

de Espaa es privilegiada en cuanto a la radiacin y climatologa con respecto a otros

pases, ya que sobre cada metro cuadrado inciden de forma anual unos 1.500 kWh de

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energa, que puede ser aprovechada directamente o transformarla en electricidad. Si

no se perdiese nada por el camino, la intensidad mxima que llegara a nuestra

superficie sera de 1,4 kW/m2.

La energa solar no conlleva emisiones contaminantes, ni formacin ni desechos

peligrosos. Hacer uso de la energa solar es participar en la defensa del medio

ambiente, en particular en la reduccin del efecto invernadero que es responsable del

calentamiento del planeta y es una amenaza del cambio climtico. El efecto

invernadero resulta por la acumulacin en la atmsfera del gas carbnico CO2que se

produce por la combustin del elemento fsil. Cuantificando estos datos, un metro

cuadrado de captado solar permite evitar la emisin de 350 kg de CO2en un ao.

Tres tipos de radiaciones alcanzan la superficie de la Tierra:

Radiacin directa: es la que llega en lnea recta desde el Sol.

Radiacin difusa: al chocar con la atmsfera, sta se dispersa y difunde en muchas

direcciones, incluso puede alcanzar una superficie que no est expuesta al Sol.

Radiacin de Albedo: es la procedente de cuerpos cercanos, por ejemplo, un

edificio contiguo. Se considera despreciable a efectos de clculo.

Las ventajas que ofrece un sistema solar trmico son las siguientes:

- Econmicas: se ahorra una importante cantidad de combustible, ya que la caldera

nicamente funciona como apoyo al sistema solar.

- Medioambientales: se evitan emisiones de CO2 as como residuos nucleares

generados por la produccin de electricidad y uso de combustibles fsiles.

- Vida til: de la instalacin solar es superior a 25 aos.

- Seguridad: pues los riesgos ms usuales en la instalacin solar puede ser una fugade agua.

La entrada en vigor del nuevo Cdigo Tcnico de la Edificacin y la revisin del

Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) junto con el Real

Decreto de Certificacin Energtica de los Edificios promueve el desarrollo de la

transposicin de la Directiva 2002/91/CE de Eficiencia Energtica de los Edificios

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En la figura se puede ver como la energa captada por medio de los colectores es

empleada para cubrir las necesidades de ACS, calefaccin y calentamiento de agua

de la piscina.

El esquema bsico de funcionamiento de la instalacin solar trmica para abastecer

el ACS y la calefaccin de una vivienda:

Esquema bsico de funcionamiento

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3.4.1.- IRRADIACIN

La energa que emite el sol se mide mediante la irradiancia que se mide como la

potencia solar por metro cuadrado de superficie [W/m2]. Mediante un sistema solar

trmico se puede aprovechar esta energa para calentar el agua que se utiliza para

fines domsticos y para generar calefaccin para la vivienda, as como producir

refrigeracin en la vivienda mediante un sistema de absorcin.

La intensidad de la energa del sol en el exterior de la atmsfera terrestre es de 1.353

W/m2de promedio anual y se le conoce como constante solar G. Esta energa va

perdiendo intensidad a medida que entra en la atmsfera por la polucin atmosfrica,

la absorcin de radiacin infrarroja por el vapor de agua, etc. En realidad no es unvalor constante, ya que la distancia entre el Sol y la Tierra tampoco lo es. Esta

constante, al atravesar la atmsfera terrestre se cuantifica en un valor de 1100 W/m2.

Sobre la superficie terrestre se reduce su valor total de 69x1016W a 17x1016W de

radiacin solar.

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La radiacin solar es energa electromagntica que surge de los procesos de fusin

del hidrgeno contenido en el sol que llega hasta la Tierra. Sin embargo, no llega

toda esta energa, pues pierde intensidad al atravesar los gases de la atmsfera y la

reflexin de las nubes. La intensidad solar en un punto depende de diversos factores

como el da, mes y latitud de la zona geogrfica en cuestin. El aparato que se utiliza

para medir la radiacin es el piranmetro.

Se puede medir mediante dos parmetros fsicos:

- Insolacin: es la energa media diaria medida en kWh/m2al da

- Radiacin trmica (Irradiancia): potencia instantnea sobre la superficie

horizontal, en W/m2.El aprovechamiento de la radiacin solar para la produccin de energa calentando

un fluido lo permite la tecnologa solar trmica.

A continuacin se han resumido en una tabla las condiciones climatolgicas de

Alicante:

ALICANTE

Periodo: 1971-2000 Altitud: 82m Latitud: 38 22 00 Longitud: 0 29 40

MES T TM Tm R H DR DT DF DD I

ENE 11.5 16.8 6.2 22 67 4 0 0 8 177

FEB 12.4 17.8 7.0 26 64 3 0 0 6 180

MAR 13.7 19.2 8.2 26 64 4 1 1 7 230

ABR 15.5 20.9 10.1 30 62 4 2 0 6 246

MAY 18.4 23.6 13.3 33 65 4 2 0 5 278

JUN 22.2 27.2 17.1 17 64 2 2 0 10 300

JUL 24.9 30.1 19.7 6 64 1 1 0 16 333

AGO 25.5 30.6 20.4 8 67 1 1 0 13 304

SEP 23.1 28.4 17.8 47 68 3 2 0 8 255

OCT 19.1 24.4 13.7 52 69 4 2 0 6 220

NOV 15.2 20.4 10.0 42 68 4 1 0 6 179

DIC 12.5 17.6 7.3 26 68 4 0 0 7 163

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AO 17.8 23.1 12.6 336 66 37 14 2 97 2864

LEYENDA

T Temperatura media mensual/anual (C)

TM Media mensual/anual de las temperaturas mximas diarias (C)

Tm Media mensual/anual de las temperaturas mnimas diarias (C)

R Precipitacin mensual/anual media (mm)

H Humedad relativa media (%)

DR Nmero medio mensual/anual de das de precipitacin superior o igual a 1 mmDT Nmero medio mensual/anual de das de tormenta

DF Nmero medio mensual/anual de das de niebla

DD Nmero medio mensual/anual de das despejados

I Nmero medio mensual/anual de horas de sol

La orientacin de los colectores es hacia el Sur, debido a que la trayectoria del sol deEste a Oeste es simtrico respecto de la orientacin que ocupa al medioda, justo es

el momento que la radiacin solar es mxima. Las desviaciones hacia el Este u Oeste

en un ngulo menor que 30 hacen disminuir la radiacin que se recibe un 5%.

Las prdidas por la orientacin respecto al sur llamado ngulo azimutal dependen de

la latitud, que en Alicante tiene un valor de 38. El tejado de la vivienda tiene una

desviacin de 30 respecto del sur. A continuacin se muestra el grfico extrado de

CTE donde especifica el porcentaje de radiacin que llega.

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El valor de la energa media diaria (insolacin), que es la energa que llega a la

superficie por metro cuadrado con una inclinacin de 30 respecto de la horizontal se

muestra en la siguiente tabla, cuyos datos han sido obtenidos de la AVEN. El

coeficiente azimutal se refiere a la prdida de radiacin por la desviacin respecto al

sur, que es de 30 y cuyas prdidas atribuidas son del 5%.

MES Insolacin[MJ/m2]

Horas Soldiaria

Coeficienteazimutal

H[kWh/m2]

Enero 15,2 5,710 0,95 4,011Febrero 17,2 6,429 0,95 4,539

Marzo 22,4 7,419 0,95 5,911Abril 22 8,200 0,95 5,806Mayo 22,5 8,968 0,95 5,938Junio 24 10,000 0,95 6,333Julio 24,2 10,742 0,95 6,386

Agosto 22,9 9,806 0,95 6,043Septiembre 22,5 8,500 0,95 5,938

Octubre 19,8 7,097 0,95 5,225Noviembre 17,7 5,967 0,95 4,671Diciembre 13,4 5,258 0,95 3,536

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Para el clculo de la radiacin trmica se utiliza la radiacin global horaria mxima,

obteniendo as la radiacin trmica que llega al panel por metro cuadrado. Como el

dato obtenido de la radiacin est medido respecto de la horizontal, se multiplica por

un coeficiente para una inclinacin de 30. Estos valores sern utilizados para

calcular la potencia captada por cada panel.

MES I[W/m2]

Coeficienteinclinacin

Coeficienteazimutal

I[W/m2]

Enero 277 1,34 0,95 352,62

Febrero 349 1,26 0,95 417,75Marzo 472 1,17 0,95 524,63Abril 519 1,07 0,95 527,56Mayo 635 1,01 0,95 609,28Junio 680 0,98 0,95 633,08Julio 710 1,01 0,95 681,25

Agosto 620 1,09 0,95 642,01Septiembre 530 1,2 0,95 604,20

Octubre 394 1,34 0,95 501,56Noviembre 321 1,43 0,95 436,08

Diciembre 265 1,41 0,95 354,97

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3.5.- SISTEMA DE ENERGIA SOLAR PROPUESTO PARA LA VIVIENDA

3.5.1.- CALENTAMIENTO DE AGUA DE PISCINA

El calentamiento de agua de las piscinas es una de las aplicaciones ms rentables de

la energa solar. El objetivo es poder alargar la poca de bao y as rentabilizar el

coste de la instalacin solar. En los meses de abril a octubre, la temperatura ambiente

durante el da es agradable y la insolacin es abundante, sin embargo, la temperatura

del agua de la piscina es baja. Es de destacar que la poca del ao en la cual secalienta el agua de la piscina es aquella en la cual no hay mucha demanda de

climatizacin en la vivienda, pues en mayo y octubre, las temperaturas exteriores son

de unos 20 C. La piscina, que se encuentra localizada en el exterior en la parte sur

de la parcela, dispone de una cubierta para evitar prdidas de calor.

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3.5.2.- COLECTORES DE TUBOS DE VACO

El colector solar es el elemento cuya funcin es captar la energa solar que incide

sobre la superficie y transferirla al fluido. Toda la energa que incide sobre el

colector no se considera como til, de forma que mientras se calienta el fluido de

trabajo se generan prdidas trmicas que ser lo que defina el rendimiento del

colector. Existen muchos tipos de colectores solares, y en este proyecto se elegirn

de tubos de vaco ya que puede calentar el fluido a temperaturas mayores y obtener

una mayor eficiencia. Como la energa solar es una magnitud que depende del

tiempo, muchas veces ser necesario reforzar el sistema mediante un depsito de

almacenamiento.

Cada colector de tubo de vaco consiste en la disposicin de tubos en lneas paralelas

formadas por un tubo exterior y otro interior o de absorcin. Est cubierto medianteuna capa que absorbe la energa solar, inhibiendo la prdida por radiacin. Al

evacuar el aire y hacerles el vaco en el espacio que existe entre ambos tubos, se evita

prdidas por conveccin y conduccin. Dentro se encuentra el absorbedor, en general

formado por una superficie metlica, generalmente de cobre, tratada de forma

selectiva y que capta la energa solar y la cede al fluido que circula por el interior.

Las propiedades aislantes del vaco permiten reducir al mnimo la dispersin del

calor al exterior y mantener un buen rendimiento incluso cuando la temperaturaexterior es baja.

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El colector de tubos de vaco se basa en el principio de concentracin. La radiacin

llega a una superficie reflectante curva en la cual los rayos son proyectados hacia la

parte central que, al concentrarse, alcanzan una temperatura elevada. El fluido

caloportador es el que circula por los tubos cilndricos y conduce el fluido hasta el

intercambiador de calor. ste se encuentra en el depsito acumulador de agua que se

encuentra aislado trmicamente y, mientras el fluido circula por el serpentn cede

calor al agua destinada al consumo de la vivienda.

Existen dos tipos de colectores de tubos de vaco:

Flujo directo: en su interior disponen de una placa absorbedora que tiene adherido

un tubo coaxial por el que circula el lquido caloportador. Este tipo ser el

seleccionado para el presente proyecto.

Con tubo de calor: est formado por un tubo hueco cerrado en sus extremos y en el

que existe una pequea cantidad de fluido vaporizante. Cuando el tubo se calienta

por el sol, el lquido absorbe calor y se evapora, ascendiendo hacia la parte ms alta

del tubo. Debido a la gravedad, el lquido retorna a la parte baja del tubo,

repitindose el ciclo basado en la evaporacin-condensacin del lquido.

Los colectores deben cumplir la norma UNE 94101 segn la Instruccin Tcnica ITE

10.1.1.

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Los criterios bsicos de eleccin de los colectores son:

- Productividad energtica

- Coste de la instalacin y amortizacin de la misma.

- Calidad y durabilidad

- Posibilidad de integracin arquitectnica en la vivienda.

3.5.2.1.- COLECTORES SELECCIONADOS: SOLAMAX 30

Los colectores que se han elegido son tubos de vaco de la marca Solamax 30. Elpanel se caracteriza por ser un colector solar de tubos de vaco de flujo directo. El

tubo de cobre est unido a la placa absorbedora con recubrimiento selectivo que

absorbe calor de la radiacin solar. Este conjunto est introducido y sellado dentro de

un tubo de vidrio al cual se le ha hecho el vaco. Esto lleva a una eliminacin casi

total de las prdidas por conduccin y conveccin desde el absorbedor. El colector se

caracteriza por tener la tubera soldada a la placa absorbedora dividida en dos

mediante una placa de cobre, de forma que por una parte del tubo entra el circuitoprimario y por la otra parte sale, calentndose mediante el recorrido por la energa

solar.

Los colectores, tanto el de veinte tubos como de treinta, estn homologados segn

EN12975-2 por SPF (Tn.C456) y por INTA con el indicativo GPS-8072.

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La placa colectora y el tubo de traspaso trmico son sellados al vaco dentro de un

tubo de cristal hecho de boro silacato, muy resistente, proporcionando as un

aislamiento excepcional y proporcionando una alta proteccin de los agentes

atmosfricos que puedan deteriorarlo con el tiempo, como la humedad y la

contaminacin. Este aislamiento asegura un elevado rendimiento por la prdida de

calor mnima. Otra ventaja de este tipo de colector es que su instalacin es muy

sencilla, ya que cada tubo puede ser instalado de forma individual, suponiendo un

mantenimiento mnimo. La informacin se ha extrado del catlogo de la firma.

En la figura se puede ver el detalle de la caja de conexiones, donde se distinguen:

Tubo de retorno: a travs del cual circula el fluido caloportador, que est encerradoen el circuito primario, y absorbe el calor obtenido de la radiacin.

Tubo de impulsin: a travs del cual circula el fluido calentado por el tubo de vaco.

Por medio del giro radial, los tubos colectores se pueden dirigir de forma ptima

hacia el sol para conseguir el mayor grado de aprovechamiento solar.

3.5.2.2.- RENDIMIENTO

Al llegar la radiacin a los colectores, el agua que circula a travs de ellos se

calienta, pero existen unas prdidas de calor por conveccin y radiacin que semiden bajo los coeficientes k1 y k2 y pertenecen a las caractersticas de los

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colectores. Las tcnicas para disminuir dichas prdidas y as aumentar la eficiencia

del panel, son un correcto tratamiento de la placa, la evacuacin del aire del interior

del colector y la cubierta de vidrio.

El rendimiento ptico es el rendimiento del panel sin tener en cuenta las prdidas. La

expresin que se utiliza para calcular el rendimiento (instantneo) del panel viene

determinada por los coeficientes de prdida de calor por conveccin (a) y por

radiacin (b), el coeficiente ptico del panel sin prdidas (o), la diferencia media

entre la temperatura de entrada del agua y la del ambiente (T) y la irradiancia solar

(I) sobre el plano del colector medida en W/m2:

= o- a T - b T2I I

Aplicando esta expresin de forma mensual, obtenemos los siguientes resultados

donde se refleja la radiacin trmica que llega a cada panel, formando stos un

ngulo de inclinacin respecto a la horizontal de 30.

MES a b o I[W/m2]

RENDIMIENTO

Enero 1,32 0,01 0,76 352,62 0,6468Febrero 1,32 0,01 0,76 417,75 0,6645Marzo 1,32 0,01 0,76 524,63 0,6839Abril 1,32 0,01 0,76 527,56 0,6910Mayo 1,32 0,01 0,76 609,28 0,6945Junio 1,32 0,01 0,76 633,08 0,6970Julio 1,32 0,01 0,76 681,25 0,7014

Agosto 1,32 0,01 0,76 642,01 0,6979Septiembre 1,32 0,01 0,76 604,20 0,6940

Octubre 1,32 0,01 0,76 501,56 0,6804Noviembre 1,32 0,01 0,76 436,08 0,6685Diciembre 1,32 0,01 0,76 354,97 0,6476

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La eficiencia de este tipo de colectores se detalla en la siguiente grfica:

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DATOS TECNICOS

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3.5.3.- ACUMULADOR

El sistema de acumulacin es necesario ya que las necesidades de calor no coinciden

siempre con las horas de radiacin solar, haciendo necesario un acumulador para

poder almacenar el calor proporcionado por los paneles solares. Se debe almacenar la

energa trmica obtenida en los momentos que haya ms radiacin solar y que la

demanda sea baja para poder cubrir la demanda en los perodos en que la radiacin

sea menor o insuficiente. El acumulador solar adapta la demanda de energa a la

disponibilidad solar.

La radiacin solar es una fuente de energa que no se puede controlar, su produccin

llega de forma continuada durante una media de 12 horas diarias, obteniendo entre1400 y 1800 kWh anuales por metro cuadrado de superficie. Por cada metro

cuadrado se obtiene la energa equivalente a quemar entre 165 y 200 litros de

gasleo. Los perfiles de consumo de las instalaciones varan en funcin de su uso,

pues en instalaciones de ACS existen dos o tres picos de consumo al da, mientras

que la demanda de climatizacin comienza sobe todo, a partir de las 12 del medioda

y su demanda se produce de forma ms constante a lo largo del da. Para poder

acoplar la produccin obtenida del sistema solar con el consumo ser necesaria unaacumulacin de energa solar.

Su funcionamiento: cuando la temperatura del colector es superior a la del

acumulador, la bomba solar se activa mediante un regulador y bombea el fluido

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termoportador hacia el intercambiador trmico inferior, lugar donde el fluido calienta

el agua fra, retornando al colector para repetir el ciclo. Al calentarse el agua en el

acumulador, sta asciende a la parte superior del acumulador para su consumo en la

vivienda. En la parte superior del acumulador est un intercambiador que funciona a

travs de la caldera y se activa cuando el sol suministra menos energa, actuando

como sistema auxiliar.

En una instalacin solar trmica se denomina circuito primarioal circuito hidrulico

formado por los colectores y las tuberas que lo unen al acumulador solar, donde se

encuentra el intercambiador de calor. Por el circuito secundario circula el agua de

consumo.

Las horas de radiacin solar son aprovechadas por el uso de la bomba de circulacindel sistema de instalacin solar. La bomba se activa cuando se detecta que la

temperatura del panel solar es mayor que la del acumulador, haciendo as que el agua

circule por el colector, retornando al acumulador a una temperatura elevada. Cuando

la demanda no se cubre completamente mediante la energa captada por la radiacin,

el sistema formado por la caldera de gasoil entra en funcionamiento, elevando hasta

la temperatura deseada el agua. Son necesarios controladores de temperatura para el

funcionamiento ptimo de la instalacin, tanto del agua de los paneles como delacumulador. El acumulador permite la conexin de la caldera para apoyar, tanto a la

calefaccin como al ACS, cuando la temperatura del depsito sea inferior a un

mnimo.

Esquema de temperaturas del agua en el acumulador para calefaccin y ACS

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3.5.3.1.- ACUMULADOR SELECCIONADO: TERMOSUN MODELO AKUKE

El Acumulador est dividido en dos partes, una que contiene el ACS en acero

inoxidable AISI y la otra que contiene el agua de calefaccin, fabricado con acero al

carbono de alta calidad y procesos de soldadura en atmsfera controlada. Las dos

partes son totalmente independientes y sin posibilidad de mezcla. Dispone en su

interior de un intercambiador espiroidal fijo en acero al carbono de gran superficie de

intercambio. Estn aislados trmicamente con poliuretano flexible de 50 mm de

espesor.

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DATOS TCNICOS: Modelo Acuke (Termosun)

Volumen Total (litros)...1000

A.C.S. (litros).210

Calefaccin (litros)....790

Altura total (mm)...2145

Dimetro total (mm)...990

Superficie del serpentn (m2)..3,2

Ejercicio acumulador ACS.6 bar / 95 C..

Ejercicio acumulador Calefaccin..6 bar / 95 CEjercicio intercambiador12 bar / 99 C

El acumulador solar Termosun permite combinar un interacumulador de ACS de 210

litros y un circuito cerrado de acumulacin de 790 litros de capacidad del circuito de

climatizacin. Existe un tubo en el depsito que permite calentar el agua caliente

sanitaria en el acumulador mediante el circuito cerrado. El funcionamiento delacumulador se rige mediante unos sensores electrnicos que permiten conocer la

temperatura del agua, tanto en la entrada y salida del acumulador como en los

colectores solares. De esta forma, la bomba de circulacin se activar en el momento

en que exista radiacin, es decir, que la temperatura de los colectores sea mayor que

la temperatura del acumulador. Cuando la temperatura del acumulador sea superior

que la de los colectores solares, es decir, momentos de insuficiente radiacin, la

bomba se desactiva y es la caldera la que se encarga de calentar el agua hasta latemperatura deseada, siendo ste el sistema de apoyo que funciona mediante gasoil.

La parte solar del acumulador se encuentra en la parte inferior y la zona calentada

por la caldera en la parte superior del acumulador, siendo entre estas dos partes la

zona mixta. El sistema dispone de una vlvula de seguridad y un filtro de ACS para

evitar que el agua se ensucie. El acumulador tiene una altura de 2,145 m y un

dimetro de 990 mm. Estar localizado en el stano de la vivienda, cerca de la

caldera.

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Un factor importante es la estratificacin trmica de la acumulacin solar, que hace

posible que la temperatura de entrada al colector sea lo menor posible, lo cual hace

mejorar su rendimiento. Bsicamente se logra utilizando un depsito vertical.

3.5.3.1.1.- Funcionamiento del ACS con energa solar

El suministro del agua que se utiliza a nivel domstico se calienta para un mayor

confort mediante el sistema solar. La circulacin del agua se consigue mediante una

bomba de circulacin aunque en otros casos se puede conseguir por el principio de

termosifn. El ACS se distribuye en la vivienda hasta la cocina, lavabos y ducha.La acumulacin de agua calentada por el sistema solar se conecta a la entrada de

agua fra de la instalacin. El agua del acumulador llega hasta los paneles solares y

se calienta por la radiacin incidente, retornando al acumulador donde se encuentra

el intercambiador de calor. Para ello, la temperatura del colector debe ser mayor que

la temperatura del acumulador. Existe un limitador electrnico del termostato que

limita la temperatura del acumulador. Cuando la temperatura ajustada se supera, la

bomba de circulacin del sistema solar se desconecta. El agua precalentada por elsistema solar pasa, segn se produce el consumo, al sistema de calentamiento

convencional (interacumulador).

En los momentos en que la radiacin lo permita, todo el volumen de ACS necesario

se calentar completamente por el sistema de energa solar trmica. Cuando la

radiacin no sea suficiente para cubrir la demanda, la caldera calentar la parte

superior del acumulador hasta la temperatura deseada.

El control del colector est basado en dos temperaturas, la existente dentro deldepsito de almacenamiento cuando ste sea uniforme o en la del fondo del depsito

en caso de almacenamiento estratificado y en la temperatura de salida del colector.

Siempre que sta sea mayor, es decir, cuando se puede ganar energa til, el colector

entra en funcionamiento activndose la bomba de circulacin del agua.

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P1: Bomba del circuito solar

T1/T2: medicin de temperaturas

3.5.3.1.2.- Funcionamiento de la calefaccin con energa solar

En sistemas de calefaccin, y en general en circuitos cerrados, la conexin del

sistema solar ha de hacerse donde se encuentre la temperatura ms baja del circuito.

Normalmente este punto es el retorno de la instalacin. El retorno de calefaccin se

hace pasar por los tanques solares cuando el acumulador solar est ms caliente que

el retorno y de esta manera se precalienta el retorno y ahorramos combustible en la

caldera.

El funcionamiento del sistema lo rige una vlvula de tres vas que, en el momento en

que la temperatura de retorno del circuito de calefaccin es superior a la temperatura

ajustada en el termostato, el agua de retorno del circuito de calefaccin se conduce

hacia la caldera mediante el acumulador. En el momento en que la instalacin solar

no sea suficiente, la caldera se activa calentando el agua hasta la temperatura deseada

de impulsin.

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3.5.4- ELEMENTOS DEL CIRCUITO SOLAR HIDRULICO

La interconexin de los elementos que conforman el sistema de energa solar lo

componen un conjunto de tuberas, conexiones y diferentes elementos que se

encargan de regular el caudal que pasa a travs de stas. Conectan entre s los

paneles de tubos de vaco localizados en el tejado y el acumulador situado en el

stano, siendo ste el circuito primario por el cual circula el fluido en un circuito

cerrado. El sistema de acumulacin y distribucin de ACS y climatizacin tambin

est conectado mediante un conjunto de tuberas que llegan hasta los radiadores o los

fancoils que se encuentran en cada habitacin que se desea climatizar, siendo ste elcircuito secundario.

La instalacin cuenta con diferentes tipos de instrumentos como sensores de

temperatura y caudalmetros. Mediante una vlvula de tres vas se puede seleccionar

el circuito por el que debe circular el agua, permitiendo as la produccin de fro en

verano y calor en invierno.

CIRCUITO PRIMARIO

El circuito que conforman los paneles solares y el interacumulador es cerrado y

trabaja a presin y temperaturas elevadas ocasionalmente. Lo componen los paneles,

el sistema de bombeo, sistema de intercambio y los elementos del sistema de

expansin y seguridad. Todos los materiales empleados deben ser capaces de

soportar las altas temperaturas, sobre todo aquellos ms cercanos a los paneles. Lapresin mxima del circuito no suele sobrepasar los 6 bar. El correcto diseo y

dimensionado del circuito tiene el objetivo de evitar el estancamiento de los paneles,

es decir, cuando a ste le llega energa y no se extrae. Para ello, un criterio de

dimensionado es que se cubra un 70% de la demanda de ACS. Los elementos se

describen con mayor detalle a continuacin.

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3.5.4.1.-VASO DE EXPANSIN

Es un dispositivo hidrulico que entra en accin cuando el lquido aumenta de

volumen debido a un aumento de la temperatura, compensando as los cambios de

volumen del fluido ocasionados por la dilatacin trmica. La expansin se produce

gracias a una cmara de nitrgeno separada por la membrana elstica que se

encuentra en el interior, ya que el oxgeno oxidara la membrana y se estropeara. En

los sistemas solares, la membrana debe ser resistente a altas temperaturas y

totalmente impermeable. Cuando la temperatura de la instalacin hace aumentar el

volumen de agua, la presin misma del lquido empuja dicha membrana para entrar

en el vaso de expansin liberando as a las tuberas de la presin e impidiendo laintroduccin de aire en el circuito cuando el fluido vuelve a enfriarse. Tambin debe

evitar los goteos de las vlvulas de seguridad del circuito, evitando su uso excesivo,

pues cada vez que la vlvula acta, se evacua el lquido caloportador del circuito

primario.

Pueden ser del tipo abiertos o cerrados. La presin del vaso se mide con un

manmetro y con el circuito primario vaco totalmente, siendo la presin un dato

determinado por el fabricante. Debe cumplir con la Instruccin Tcnica

Complementaria MIE-AP12. Se debe colocar cerca del vaso de expansin una

vlvula de seguridad tarada perfectamente segn la presin de la caldera y de la

instalacin, superior a la presin mxima del vaso, con manmetro incorporado

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El tamao del vaso de expansin depende del volumen de fluido en el circuito solar.

Para poder dimensionar el depsito de expansin, se debe considerar una capacidad

que pueda contener el volumen de los paneles, es decir, debe ser, como mnimo del

50% del volumen de la instalacin. As, en el caso que se forme vapor, no penetrar

en la vlvula de seguridad el fluido portador. Dispone de una reserva de agua de

seguridad que tiene una seguridad de ser entre 0,01 y 0,02 el volumen de toda la

instalacin. El volumen de dilatacin ser, como mnimo, igual al 4% del volumen

total de la instalacin. La tubera de conexin del vaso de expansin no se asla

trmicamente y tiene volumen suficiente para enfriar el fluido antes de alcanzar el

vaso.

La sobrepresin que le caracteriza debe ser de 1,5 bar en los paneles solares cuando

stos se estn en fro, siendo en caliente esta presin de 1 a 2 bar.

Ajuste de la presin inicialPo = 1,5 bar + 0,1 h esttica

Los datos que sirven de base son los siguientes:

Volumen total de la instalacin 45 lTemperatura mnima de funcionamiento 4 C

Altura esttica de la instalacin 7 m

Sobrepresin final admisible 5,5 bar

Volumen de expansin 36 litros

El vaso de expansin seleccionado es de la marca IBERSOLAR con una capacidad

de 40 litros (el inmediatamente superior a 36 litros) con las siguientesespecificaciones tcnicas segn el fabricante:

Capacidad: 40 litros

Presin mxima: 5 bar

Conexin:

Dimensiones (D x h): 320 x 560 mm

Volumen: 0,084 m

3

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3.5.4.2.- FLUIDO CALOPORTADOR

Es el fluido encargado de transferir la energa obtenida al pasar a travs del

absorbedor y conducirla hasta el interacumulador para su aprovechamiento. Se debe

evitar la ebullicin y la congelacin del lquido caloportador para evitar roturas en la

instalacin. Los tipos ms utilizados son el agua y la mezcla de anticongelantes,

pudiendo ser tambin aceites de silicona o lquidos orgnicos sintticos. Losanticongelantes son glicoles, siendo los ms usados el etilenglicol y el propilaglicol.

Las medidas de proteccin contra la congelacin del fluido evitarn el riesgo por las

noches y el peligro en invierno, no muy peligroso en climas suaves como el

mediterrneo. Las medidas de proteccin contra la ebullicin en los colectores se

utilizan los vasos de expansin, vlvulas de seguridad y fluidos orgnicos y para

evitarla en el almacenamiento se debe dimensionar ste con una relacin de 50l/m2.

El fluido caloportador debe ser transportado en la instalacin a una determinadavelocidad porque si va muy rpido no se calentar y si va muy lento alcanzar

temperaturas poco deseables, por lo que habr que calcular el dimensionamiento de

las tuberas. Para ello, habr que mantener unos lmites de velocidad (12 l/s-16 l/s

por 100 m2 de superficie colectora) y un lmite de prdida de carga. El material a

elegir debera ser el metal ms noble posible (cobre).

Para calcular la cantidad de anticongelante que hay que aadir a la instalacin habr

que consultar la tabla de temperaturas histricas y sealarla mnima registrada para la

ciudad en cuestin, siendo sta Alicante. Con esta temperatura, entrar en la grfica de

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glicoles que suministra el fabricante y poderse indicar as el porcentaje de la mezcla

de anticongelante y agua. Como la mnima temperatura registrada en Alicante es de -

5 C en 1956, la mezcla que se selecciona de propenglicol es de 17% agua y un 30%

de lquido solar.

El anticongelante seleccionado ser de la marca FERROLI modelo Alphi. El lquido

protector consiste en una combinacin de anticongelante e inhibidor que protege

durante largo tiempo los sistemas de calentamiento contra la formacin de corrosin

interna y depsitos de cal.

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3.5.4.3.- TUBERAS

El material utilizado en las tuberas, tanto para el circuito primario como para el

secundario, ser cobre. Para calcular el dimetro de las tuberas utilizaremos la

siguiente expresin:

D = JC 0,35

donde:

J = 2,2 para tuberas metlicas

C = caudal en m3/h

D = dimetro medido en cm

Para calcular el dimetro, se ha de obtener previamente el caudal al que trabajar la

instalacin. El fabricante de los paneles recomienda un caudal comprendido entre

180 y 480 l/h, as que tomaremos 330 l/h como caudal de agua con glicol

recomendado para el clculo. Obtenidos los datos necesarios ya se puede resolver la

ecuacin antes planteada:

D = 2,2 0,66 0,35= 1,902 cm = 19 mm

Tomaremos la tubera normalizada de 18/20 mm.

Se ha de comprobar que el dimetro escogido cumple los siguientes requisitos:

- la prdida de carga por metro lineal de tubo no supere los 40 mm.c.a.

- la velocidad de circulacin del lquido ha de ser inferior a 1,5 m/s

- la prdida de carga total del circuito no debe superar los 7 m.c.a.

Tal y como se indica en las especificaciones tcnicas de la norma UNE 37.141, el

circuito hidrulico cumplir las siguientes condiciones:

- Trazado de tuberas con retorno invertido para garantizar que el caudal se

distribuya uniformemente entre los captadores.

- Bomba de circulacin en lnea, en la zona ms fra del circuito y en tramo de

tubera vertical.

- El vaso de expansin se conectar a la aspiracin de la bomba.

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- El circuito ir provisto de vlvulas de seguridad taradas a una presin que

garantice que en cualquier punto del circuito no se superar la prsin mxima

de trabajo de los componentes.

- Se colocar sistemas antirretorno para evitar la circulacin inversa y en la

entrada de agua fra del acumulador solar.

- El circuito incorporar un sistema de llenado manual que permitir llenar y

mantener presurizado el circuito.

- Se montarn vlvulas de corte para facilitar la sustitucin o reparacin de

componentes sin necesidad de realizar el vaciado completo de la instalacin.

Estas vlvulas independizarn captadores, acumulador y bomba.

- Se instalarn vlvulas de corte a la entrada de agua fra y salida de aguacaliente del depsito de acumulacin solar.

- Se instalarn vlvulas que permitan el vaciado total o parcial de la

instalacin.

- En cada zona de los colectores en la que se hayan situado vlvulas de corte se

instalarn vlvulas de seguridad.

- En lo puntos altos de la salida de captadores se colocarn sistemas de purga

constituidos por botellines de desaireacin y purgador automtico.- En el trazado del circuito se evitan en lo posible sifones invertidos y caminos

tortuosos que faciliten el desplazamiento del aire atrapado hacia los puntos

altos de la instalacin.

- Los trazados horizontales de tubera tendrn siempre una pendiente mnima

del 1% en el sentido de la circulacin.

- Las tuberas y accesorios se aislarn y protegern con materiales que cumplan

las normas especificadas.

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3.5.4.3.1.- Determinacin de la prdida de carga:

Prdida de carga del agua

Se puede determinar la prdida de carga de la tubera de cobre por rozamiento

mediante la tabla anterior y comprobar as el dimetro de la tubera. Al ser el fluido

caloportador, hay que aplicarle un factor de correccin que se calcula mediante un

factor corrector en funcin de la viscosidad de la solucin y la temperatura de

funcionamiento considerada.

Segn el baco, la prdida de carga de la instalacin es de 39 mmca.

P factor correccin = 39 mmca 1,25 = 48,75 mmca

Como es superior a los 40 mmca permitidos, se debe escoger el dimetro

inmediatamente superior, es decir, 22 mm de dimetro. Ahora ya la prdida de carga

se reduce a 20 mmca que, aplicando el factor de correccin alcanza un valor de 25

mmca, valor permitido por la normativa, siendo la velocidad del fluido de 0,75 m/s,

valor aceptable.

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Para hallar la prdida de carga total de la tubera se multiplica la prdida de carga

lineal por los metros de tubera instalados:

PT = 25 mmca 50m = 1250 mmca = 1,25 mca

Para estimar la prdida de carga de las singularidades de la instalacin, reducimos a

las longitudes equivalentes de tubera, teniendo en cuenta:

SINGULARIDAD LONG. EQUIV.[m]

CANTIDAD[m]

TOTAL[m]

Derivacin en T 2,2 12 26,4

Codos de 90 1,5 9 13,5

Vlvula de bola 1 4 4

Vlvula antirretorno 10 2 20

Salida acumulador 1 1 1

Entrada acumulador 1,5 1 1,5

La longitud total ser la suma de la longitud de las singularidades ms la real:

L = 66,4 m 25mmca = 1660 mmca = 1,66 mca

H = 1,25 mca + 1,66 mca = 2,91 mca (aceptable por ser menor que 7 mca)

3.5.4.4.- AISLAMIENTO

Evita las prdidas de los elementos sensibles de la instalacin, debe tener un bajo

coeficiente de conductividad a un precio razonable. Su colocacin es sencilla y

soporta un rango amplio de temperaturas. Debe ser ignfugo, no corrosivo por

contacto y presentar buena estabilidad. Su resistencia mecnica es buena y su peso

especfico reducido. Puede ser de tipo fibroso (amianto, fibra de vidrio, fibra mineral,

fibra animal y vegetal), granulosos (perlite, silicato e calcio, magnesia), y celulares

(corcho, espuma de vidrio). El espesor se elige en funcin de la temperatura del

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fluido y el dimetro de la tubera, tambin dependiendo si las tuberas son interiores

o exteriores, interiores en el presente proyecto. Para el aislamiento trmico de

tuberas y otros elementos se utilizar espuma elastomrica con un espesor de 20mm

en las zonas interiores y 30mm en las partes exteriores, en cumplimiento de la

siguiente tabla

Las caractersticas del material aislante son las siguientes:

- Temperatura lmite 105 C

- No vulnerable a la corrosin.

- Comportamiento ante el fuego: autoextinguible

- Resistencia mecnica media

- Muy resistente al agua

- Peso especfico: 60kg/m3

- Coeficiente de conductividad: 0,035 W/mK a los 20 C

3.5.4.5.- BOMBA DE CIRCULACIN

La bomba es el elemento encargado de hacer circular el fluido por los circuitos de la

instalacin, elevando el agua hasta los colectores solares y, una vez calentada, que

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sea conducida hasta el acumulador. La funcin que tiene la bomba es asegurar que el

calor obtenido gratuitamente por el sol se transmite a depsito acumulador.

Se acciona directamente desde el sistema de control cuando hay demanda de

refrigeracin o cuando segn la informacin de los sensores, se debe acumular.

Para el clculo de las prdidas de carga de la instalacin se tomarn los datos de los

fabricantes de los diferentes equipos:

- Colectores: el dato del fabricante es, para 330 l/h es 7,54 mbar = 75,4 mmca

Al disponer de dos paneles, en paralelo, la prdida de carga total ser:

PT= PN(N+1)/4 = 75,423/4 = 113,1 mmca

- Interacumulador: tendr una prdida de carga de 1 mca

La prdida de carga total ser la siguiente:

PT= 2,91 + 0,113 + 1 = 4,023 mca 9800 N/m2 = 39.425,4 N/m2

Q = 0,66 m3/h = 1,8310-4m3/s

P = PT Q = 7,23 W

Para el proyecto se ha seleccionado el grupo de bombeo de la marca Ferroli, con

capacidad de regulacin del caudal de trnsito. Las caractersticas tcnicas son las

siguientes:

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La bomba activa el funcionamiento del sistema de circulacin forzada, haciendo que

circule el lquido caloportador. Esto sucede cuando la diferencia entre la temperatura

de la sonda de los colectores y la del acumulador es mayor que la temperatura

diferencial de arranque ajustada en el termostato diferencial. En esta situacin es

cuando el agua del acumulador es calentada por el sistema solar.

La estacin solar, tambin llamada grupo de bombeo, est dotada de toda la grifera y

dispositivos de seguridad necesarios para el funcionamiento continuo y seguro de

una instalacin trmica solar y para controlar en todo momento y ajustar importantes

parmetros. La prefabricacin completa posibilita un montaje sencillo y rpido de

todo el sistema hidrulico. Una estacin solar se compone bsicamente de los

siguientes componentes: bomba de circulacin, grifos de cierre y termmetros para laalimentacin y el retorno, indicador de caudal, frenos por gravedad en la

alimentacin y el retorno, vlvula de seguridad, manmetro, ventilacin, conexiones

para el llenado de la instalacin y conexin para un depsito de expansin.

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Se debe colocar en la parte fra del circuito primario, evitando as que se vean

afectadas por las sobretemperaturas de la parte caliente del circuito primario. La

bomba se debe montar siempre ms abajo que los colectores para que, en caso de

paralizacin, no pueda penetrar vapor en el depsito de expansin.

Curva de funcionamientote la bomba

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Esquema del grupo de bombeo

3.5.4.6.- OTROS ELEMENTOS

- Sonda de temperatura de colector: su funcin es indicar la temperatura de salida

del fluido caloportador del colector. La informacin ser recibida por el sistema de

regulacin y control que, segn la temperatura, activar o no la bomba de circulacin

del circuito primario.

- El manmetro y el hidrmetro: Miden la presin en el interior de una tubera o

depsito.

-La vlvula de seguridad:Debe incluirse por estar el circuito sometido a presin y a

variaciones de temperatura. Debe estar coordinada con la potencia trmica de los

colectores y su potencia mxima, de 6 bar.

- El embudo de desage: Permite observar la evacuacin del lquido.

- El purgador: Evacua los gases contenidos en el fluido caloportador y debe situarse

en la parte ms alta de la instalacin.

- Las vlvulas antirretorno: 2 unidades en la instalacin que limitan el paso del

fluido en un solo sentido. Situada detrs de la bomba de circulacin del colector.

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- Las vlvulas de paso: Pueden interrumpir total o parcialmente el paso del fluido. Su

apertura o cierre depende de los valores que detecten los sensores localizados en los

colectores y en el interacumulador.

- El termmetro: Mide la temperatura del fluido por contacto o por inmersin.

- Los termostatos: Miden y activan o desactivan mecanismos mediante una seal

elctrica.

- El termostato diferencial: Mide una diferencia de temperatura y en funcin de la

medida acta sobre algn elemento del sistema.

3.5.4.7.- SISTEMA DE REGULACIN Y CONTROL

Un sistema de regulacin y control se encarga de asegurar el correcto

funcionamiento del equipo, para proporcionar un adecuado servicio y aprovechar la

mxima energa solar trmica posible. Debe medir temperaturas, calcular saltos

trmicos y accionar o parar los distintos componentes de la instalacin. Para ello se

utilizan diferentes termostatos o dispositivos electrnicos. La optimizacin requierela instrumentacin adecuada para la medida, registro y tratamiento de datos y as

controlar de forma inteligente el funcionamiento de la regulacin de la instalacin

para disminuir los costes energticos, as como la disminucin de los costes de

mantenimiento.

De esta forma se puede disponer de un control de cada parmetro, proporcionando

informacin en tiempo real de los datos de la instalacin y poder optimizar el ahorro

energtico. Por ello, el sistema de regulacin y control permite llevar a cabo ajustescon objeto de disminuir los costes energticos y obtener as una mejor eficiencia de

la instalacin.

El regulador trmico seleccionado es el regulador trmico diferencial controlado por

microprocesador, de la marca IBERSOLAR. El regulador solar SUNDRA ofrece

todo lo que un sistema trmico solar necesita. Est controlado por un

microprocesador que supervisa y controla los sistemas trmicos solares que constan

de varios colectores (dos en el presente proyecto) y un acumulador de calor. Adems

del control de los sistemas solares, el regulador tambin asume la supervisin del

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sistema e importantes funciones de seguridad. Los parmetros del sistema y los

valores pueden ser vistos y modificados a travs de una pantalla LCD mediante un

men de 16 caracteres. El regulador tiene dos entradas para medir la temperatura y

una salida para activar la bomba solar.

Mediante el reconocimiento automtico de la temperatura por sensores, se evitan los

fallos del regulador dentro de la instalacin desde el principio. Se suministra

incluyendo un sensor para medir la temperatura del colector y otro para medir latemperatura de almacenaje en el rea inferior del acumulador para limitar la

temperatura de almacenaje mxima.

Las ventajas que ofrece el regulador trmico son las siguientes:

- Manejo fcil a travs del men de una pantalla LCD

- Limitacin de la temperatura del acumulador

- Enfriamiento de colector controlado por un programa

- Control de velocidad de giro de la bomba del circuito primario

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Datos tcnicos:

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3.5.5.- REFRIGERACIN POR ABSORCIN

La refrigeracin solar es una aplicacin que optimiza el uso de la energa solar

trmica y multiplica su aprovechamiento, pues hace ms uso del calor proveniente

del sol en verano, es decir, cuando ms cantidad se dispone.

El sistema de refrigeracin por absorcin es una manera de producir fro mediante el

uso de sustancias que absorben calor al cambiar de estado lquido a gaseoso. El ciclo

est basado en la capacidad de una sustancia como es el bromuro de litio (LiBr) de

absorber el agua en fase de vapor. El circuito consiste en la circulacin del agua, que

es la sustancia refrigerante, por un circuito a baja presin y que se evapora en el

evaporador (intercambiador de calor), donde se enfra la sustancia absorbente que esel bromuro de litio. El vapor es absorbido por el bromuro de litio en el absorbedor,

pasando seguidamente la mezcla al calentador donde, mediante una fuente de calor

externa, se separan ambas sustancias de nuevo. El agua retorna al evaporador y el

bromuro al absorbedor, comenzando el ciclo de nuevo.

Esquema tpico de un sistema de refrigeracin por absorcin

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Existen dos tipos de mquinas de absorcin en funcin de las sustancias que se

utilizan:

Refrigerante Absorbente

Bromuro de litio Agua Bromuro de Litio

Amonaco Amonaco Agua

En este proyecto se utilizar la mezcla de agua y bromuro de litio, como se ha

explicado anteriormente. El agua es un refrigerante ptimo y el bromuro de litio es

una sustancia que es inodora y no es inflamable.El par agua amonaco se encuentrasobre todo en aplicaciones de refrigeracin, con bajas temperaturas de evaporacin,

inferiores a 0C. El par agua-bromuro de litio se emplea extensamente en

aplicaciones de refrigeracin por aire, donde no es necesario enfriar por debajo de

0C.

Posiblemente esta aplicacin de la energa solar trmica sea una con ms vistas al

futuro, pues permite transformar en fro la energa trmica. Una ventaja destacable es

que este sistema permite la utilizacin y el buen aprovechamiento de los colectoressolares durante todo el ao, siendo utilizado en invierno para calefaccin y, durante

los meses donde llega ms radiacin, en verano, para producir fro, siendo en estas

fechas cuando se producen mayores excedentes. La principal ventaja de producir fro

mediante una fuente de calor frente a sistemas de ciclos de compresin de vapor

convencionales es que stos necesitan un compresor, equipo que consume gran

cantidad de energa elctrica para completar el ciclo.

Desde un punto de vista tcnico-econmico, el sistema de refrigeracin solar justificala instalacin de colectores solares al mejorar su utilizacin anual, contribuyendo a

su vez en la estabilizacin de la red elctrica durante los meses de verano y

refrigerantes que no contaminen.

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La eficiencia de las mquinas de absorcin para la produccin de refrigeracin viene

determinada por el Coefficient of Performance (COP) cuyo equivalente en la

normativa espaola es el Coeficiente de Rendimiento Energtico (CoDeRe), que

relaciona la cantidad de fro producido y la energa trmica empleada. La mquina de

absorcin empleada ser de simple efecto, que trabaja con agua caliente con

temperaturas entre 80 y 95 C, proporcionada por los colectores solares trmicos. El

valor del COP ser mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas entre losfocos y suele tener un valor alrededor de 0,7. El uso de tubos de vaco ofrece un buen

aprovechamiento del sistema ya que calienta el agua a temperaturas superiores que

otro tipo de colector solar, haciendo el coste ms econmico. Todo ello hace que los

sistemas de refrigeracin solar sean soluciones realmente competitivas frente a

sistemas de refrigeracin tradicionales, ya sea por sus ventajas energticas y

medioambientales.

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3.5.5.1.- COMPONENTES

Esquema de una mquina de absorcin obtenida del IDAE:

Componentes de la mquina de absorcin

El proceso que sigue un ciclo de absorcin bsico est compuesto por los siguientes

componentes:

Generador: mediante un aporte exterior de calor, la solucin llega al punto de

ebullicin y extrae el refrigerante de la solucin (agua). Condensador: es donde se condensa el refrigerante en forma de vapor,

cediendo su calor de cambio de fase al otro fluido externo.

Vlvula de expansin: reduce la presin del refrigerante del condensador al

evaporador. La diferencia de presiones suele ser pequea (sobre 5 kPa), se

suelen emplear tubos en U.

Evaporador: el refrigerante toma calor del medio que le rodea y se evapora.

Absorbedor: el refrigerante en vapor anterior se pone en contacto con lasolucin del generador. A la salida se tiene una solucin concentrada en

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refrigerante, que mediante una bomba es impulsada al generador. Este

proceso es exotrmico.

3.5.5.2.- FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de cualquier mquina de absorcin est basado en tres fenmenos

fsicos:

1.- Cuando un lquido pasa al estado de evaporacin absorbe calor y cuando se

condensa cede calor.

2.- La temperatura de ebullicin de un lquido presenta variaciones en funcin de lapresin, pues a medida que disminuye la presin, baja la temperatura de ebullicin.

3.- Hay productos qumicos formados por la mezcla de dos sustancias que tienen

cierta afinidad a la hora de disolver uno al otro.

Un sistema convencional de ciclo de compresin est formado por:

- Condensador

- Vlvula de expansin- Evaporador

- Compresor

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En el sistema de absorcin, el evaporador y el condensador utilizados son lo mismo,

y un absorbente qumico compuesto por LiBr y un generador trmico reemplazan la

funcin del compresor, con una bomba para proporcionar el cambio de presin

necesario. El consumo elctrico desciende de manera notable al no existir el

compresor.

El agua caliente, considerada la fuente de energa del sistema, entra en el generador a

una temperatura entre 90 y 120C, donde el refrigerante pasa a estado de evaporacin

a una presin alta. Seguidamente se condensa en el condensador cediendo calor. El

refrigerante pasa por una vlvula de expansin siguiendo el ciclo, llegando hasta el

evaporador donde se evapora a baja presin y baja temperatura, para pasar al

absorbedor. Aqu se diluye el refrigerante con el absorbente (pobre en refrigerante).

En este momento, la mezcla vuelve al generador donde comienza de nuevo el ciclo.

El consumo de vapor de una mquina de simple efecto es aprox. 2.3 kg/h por kWt. El

flujo de agua caliente requerido est en el rango de 30 a 72 kg/h por kWt

dependiendo de la cada de temperatura permitida.

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La ventaja de utilizar la refrigeracin solar tambin est motivada por la bsqueda de

alternativas de refrigerantes como CFC (clorofluorocarbonatos) y HCFC (hidrocloro-

fluorocarbonatos) desde al protocolo de Montreal en 1987.

3.5.5.2.1.- Funcionamiento del sistema de absorcin son energa solar

Las mquinas de absorcin tienen unas temperaturas de trabajo de 80-90 C. Se

puede conectar el equipo al distribuidor de caldera como un consumidor ms en la

instalacin. Al conectar la mquina de absorcin al distribuidor de calefaccin, se

puede aplicar el apoyo del sistema solar tanto a la produccin de fro como el decalefaccin de manera sencilla. La nica diferencia es la temperatura de retorno en

cada poca.

Esquema de un sistema de acondicionamiento de aire por absorcin

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3.5.5.3.- MQUINA DE ABSORCIN SELECCIONADA

El agua se calienta en los colectores y pasa posteriormente a ser acumulada y a la

mquina de refrigeracin por absorcin, que genera agua fra. Esta agua es conducida

a las unidades de fancoil que climatizan el interior de la vivienda y ya se encuentran

instalados.

La instalacin se encuentra monitorizada para as poder conocer las variables de

temperatura y caudal en diversos puntos del circuito solar, del agua y de las

temperaturas interiores y exteriores.

No son muchas las opciones de adquirir una mquina de absorcin de potencia

pequea en el mercado. El proyecto se hace mediante un estudio de las mejoresalternativas posibles que existen, siendo stas las mquinas de absorcin de la marca

Yazaki y Rotartica.

3.5.5.3.1.- YAZAKI WFC-SC05 (17,5 Kw)

El sistema seleccionado para producir fro de la marca Yazaki, modelo WCF-SC05tiene una potencia frigorfica de 17,5 kW (la mnima potencia que existe en esta

gama de productos). Se trata de una unidad de simple efecto que se alimenta por

medio de agua caliente, ofrece unas condiciones nominales de 8 C de agua

refrigerada para una temperatura de entrada de 88 C y un COP de 0,7. La empresa

Absorsistem es la que se encargar del suministro y distribucin de la mquina.

Esquema de la instalacin

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La capacidad de refrigeracin de esta mquina segn la temperatura del agua de

enfriamiento y de agua caliente se detalla a continuacin:

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Detalles de la mquina

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3.5.5.3.2.- ROTRTICA 045

Rotartica fabrica y comercializa aparatos de absorcin de LiBr de pequeo tamao

con alta eficiencia en su ciclo de funcionamiento, mediante lo cual es posible

prescindir de una torre de refrigeracin. Utilizan refrigerantes no dainos con el

medio ambiente. La absorcin tiene lugar en un sistema de simple efecto donde se

logra una potencia de enfriamiento de 4,5 kW con un COP de 0,7. Se optar por el

modelo interior, al poderse ubicar en el stano de la vivienda, con las siguientes

dimensiones:

Dimensiones Seccin

Ventajas de la mquina de absorcin Rotartica:

- Instalacin sencilla

- Fcil manejo

- Consumo elctrico mnimo (equivalente a cinco bombillas de 60 W) y su

consecuente ahorro en energa primaria y emisin de CO2

- Esttica cuidada

- No daino con el medio ambiente: uso de refrigerantes naturales

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Presenta las siguientes especificaciones tcnicas (modelo solar 7):

El suministro de energa a travs del panel solar y la caldera se realiza mediante 4

conexiones de 1.

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3.5.6.- CALENTAMIENTO DEL AGUA DE PISCINA

La posibilidad de utilizar la piscina al aire libre normalmente cubre un perodo detiempo de aproximadamente tres meses. Mediante la radiacin obtenida de la energa

solar, este perodo puede ser prolongado hasta cinco o seis meses, de esta manera se

aprovecha en los meses que no hay demanda apenas de climatizacin en la vivienda.

Adquiere toda su relevancia al existir normativas en todos los pases europeos que

impiden que el calentamiento de las mismas pueda ser realizado mediante las

energas convencionales, concretamente en el cdigo I.T.IC.04.9, publicado en el

B.O.E. 13/8/81. Existe potencia que sobra durante los meses de mayo, junio,septiembre y octubre.

En particular, la intervencin de la energa solar en este tipo de aplicacin consiste

en conservar la temperatura del agua de la piscina. Una piscina requiere un

calentamiento de baja temperatura y generalmente es necesario conservar la

temperatura del agua por encima de los 24 C y preferiblemente alrededor de los 27

C. Segn espeifica el ITE 10.2.1.2 de la Instruccin Tcnica Complementaria, la

temperatura ser de 25/26 C por su uso privado.

El sistema utiliza la misma bomba de la depuradora para su funcionamiento por lo

que no tiene ningn gasto extra de electricidad, autorregulndose para mantener la

piscina a la temperatura deseada de bao. Los dems componentes del sistema son

las tuberas de conexin de PVC, los elementos de unin y fijacin y el controlador

solar con el que se puede regular automticamente la temperatura de la piscina.

Si se dispone de una insolacin adecuada, el agua filtrada de la piscina se hace

circular en un intercambiador de calor donde se pone en contacto trmico con el

fluido portador del calor del sistema solar. El viento, por ejemplo, puede provocar

enormes prdidas, tanto por conveccin como por evaporacin del agua de la

superficie de la piscina. Asimismo las prdidas por radiacin nocturna son bastante

variables. Para evitar estos inconvenientes, la piscina estar provista de una cubierta.

sta no slo ayuda a extender la temporada de uso, sino que la mantiene ms limpia

y disminuye el uso de las sustancias qumicas usadas en su mantenimiento.

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Los captadores se conectan a un intercambiador a placas del lado primario y al

circuito de filtracin del lado secundario. La transferencia de energa desde el

circuito primario al secundario se realiza mediante el intercambiador de placas

inoxidables. El sistema solar se debe aislar mediante la instalacin de vlvulas

divertidoras (bypass) para cuando se deba limpiar el filtro revirtiendo la circulacin

(backflush).

Esquema de funcionamiento

El funcionamiento consiste en que el agua pasa por el colector antes de ser retornada

a la piscina durante el da, cuando el filtro est en operacin,. Si se adiciona un

sistema automtico, se debe agregar un control central, que obedece a sensores

agregados al sistema a fin de mandar el agua a los paneles o descargar los paneles a

la piscina.

Segn el pliego de condiciones del IDAE, el clculo de las necesidades de una

piscina al aire libre con cubierta se puede calcular con la siguiente expresin:

P= [(28+20*V)*(Tws - Tbs)* Sw] / 1000

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Donde:

P = perdidas energticas en W/m2K

V= Velocidad del viento = 0

Sw = superfcie de la piscina = 32 m2

Tws = Temperatura del agua = 25 C

Tbs = Temperatura del aire (mensual)

Aplicando esta frmula se obtienen las siguientes prdidas energticas de la

piscina detallada de forma mensual:

Tbs P W/m2KEnero 11,5Febrero 12,4Marzo 13,7 10,1248Abril 15,5 8,512Mayo 18,4 5,9136Junio 22,2 2,5088Julio 24,9 0,0896

Agosto 25,5 -0,448Septiembre 23,1 1,7024

Octubre 19,1 5,2864Noviembre 15,2Diciembre 12,5

En el caso de utilizar la mquina de absorcin Yazaki, se necesitar el

intercambiador de placas de la marca Solever para transferir calor a la piscina. Por el

contrario, si se emplea la mquina de absorcin Rotartica, sta incluye la

climatizacin de la piscina as que no ser necesario el intercambiador. En base al

estudio econmico, para el proyecto se escoge el sistema de absorcin Rotartica, yaque hace el proyecto rentable.

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Esquema de principio de la instalacin

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4.- CLCULOS TCNICOS

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4.- CLCULOS TCNICOS

4.1.- CLCULO DE CARGAS TRMICAS

Para poder calcular la demanda trmica se debe tener en cuenta el ACS demandada y

la calefaccin, mxima durante los meses de invierno y nula en los meses de verano,

en los cuales existir un demanda de refrigeracin que tambin se cubrir mediante la

captacin de energa de los paneles solares. La zona de Levante, por su suave clima,

es una de las zonas ms rentables a la hora de realizar una instalacin de energa

solar trmica. La energa sobrante obtenida durante los meses de abril a octubre se

utilizar para calentar el agua de la piscina, que se encuentra en el exterior, y as

poder alargar la temporada de bao. La orientacin de la piscina es al sur-este, con lo

cual recibir ms radiacin solar durante las primeras horas del da. Dispone de una

cubierta para evitar prdidas por evaporacin durante la noche y conservar mejor el

calor acumulado durante el da. A continuacin se detalla cada clculo de las

necesidades energticas de la vivienda sin la instalacin solar trmica por separado.

4.1.1.- DEMANDA DE ACS

El calentamiento de agua para su consumo domstico es uno de los principales usos

de la energa solar trmica. La demanda energtica del ACS se calcula en funcin del

consumo de agua caliente y las temperaturas de preparacin y agua fra. Para haceruna estimacin de la energa necesaria para abastecer el consumo de agua caliente

sanitaria en la vivienda debemos primero resaltar las caractersticas que la definen.

El consumo de agua caliente sanitaria que se considera es de 50 litros por persona y

da y la temperatura es de 45 C. Conociendo que la vivienda tiene una ocupacin de

cuatro personas, el consumo diario medio ser de:

50 l/ persona da x 4 personas = 200 l/da

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La energa necesaria para calentar dicho consumo se estipula en una demanda

energtica caracterstica de cada mes. Este dato depende de la temperatura media del

agua de la red, cuyos valores se han obtenido de CENSOLAR. La ecuacin para dicho

clculo es la siguiente:

Q = C * D* (Ta Tred) * N

Siendo:

Q: energa necesaria para calentar el agua destinada al consumo.

C: capacidad del agua (4187

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