CALCULO DE LA COBERTURA SOLAR

El cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, su contribución a la aportación de calor total necesario para combatir las cargas térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo por el método de las gráfica-f es el desarrollado en 1973 por los profesores Klein, Beckcam y Duffie.

Ampliamente aceptado por físicos, ingenieros, arquitectos, etc... en todo el mundo con un proceso de cálculo suficientemente exacto para largas estimaciones, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal y, menos aún, diario.

Para desarrollarlo se utilizan datos medios mensuales 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 éstas variables y el rendimiento medio del sistema para un dilatado periodo de tiempo. Las dimensiones se presentan por medio de ecuaciones y de forma gráfica.

f =1,029*D1-0,065*D2-0,245*D12+0,0018*D2

2+0,0215*D13

El orden de cálculo es:

1. Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la

producción de ACS o calefacción

2. Valoración de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del captador o

captadores

3. Cálculo del parámetro D1

4. Cálculo del parámetro D2

5. Determinación de la gráfica-f

6. Valoración de la cobertura solar mensual

7. Valoración de la cobertura solar anual- Formación de tablas

CALCULO DE LAS CARGAS CALORÍFICAS

Las cargas caloríficas debidas a calefacción o ACS determinan la cantidad de calor necesaria mensual para mantener en el interior de un edificio o vivienda la temperatura de confort elegida, o para calentar e agua destinada al consumo doméstico.

En ACS la carga calorífica mensual es:

Qa= Ce*C*(tac-tr)*n

donde Qa es la energía calorífica media mensual en J/mes

Ce=4,187 J/kg ºC es el calor específico del agua

C es el consumo de ACS para el día medio del mes en consideración (kg/día)

tac es la temperatura elegida para el consumo de ACS

tr es la temperatura del agua fría para el día medio de cada mes

n es el número de días del mes en consideración

PROBLEMA

Calcular la energía calorífica necesaria para ACS durante el mes de Octubre en una vivienda unifamiliar con tres dormitorios en Pamplona en la que consumen agua a 60 ºC. Buscar los datos que faltan en CTE HE4. ¿Qué volumen de agua consumiría a 45 ºC?

C=4personas*28=113 litros al día

tac=13 ºC

Qa=4.187*113*31*(60-13)=689351,87 J

=4.187*L*31*(45-13). El volumen a 45 ºC será 165.97 litros

PROBLEMA

Calcular la energía calorífica necesaria para ACS durante el mes de Enero en un bloque de 142 viviendas con tres dormitorios en Zaragoza. Buscar los datos que faltan en CTE HE4.

C=142*4personas*28*0,7=11132,8 litros al día

Factor de centralización=0,70

tr=8 ºC

Qa=4.187*11132,8*31*(60-8)=75140210,1632 kJ

CÁLCULO DE LA RADIACIÓN SOBRE LA SUPERFICIE DEL CAPTADOR La hoja de cálculo que vamos a trabajar la calcula sola. Explicado anteriormente.

CÁLCULO DEL PARÁMETRO D1 Éste parámetro expresa la relación entre la energía absorbida por la placa del captador plano y la carga calorífica total de calentamiento durante un mes.

D1 = Energía absorbida por el captador / Carga calorífica mensual

La energía absorbida por el captador viene dada por la siguiente expresión:

Ea = Sc*Fr'(τα)*R1* N

donde: Sc = Superficie del captador (m2)

R1 = Radiación diaria media mensual incidente sobre la superficie de captación por unidad de área (kJ/m2)

N = Número de días del mes

Fr'(τα) = Factor adimensional, que viene dado por la siguiente expresión:

Fr'(τα)= Fr(τα)n *[( τα) / (τα)n]* (Fr'/Fr)

donde: Fr(τα)n= Factor de eficiencia óptica del captador, es decir, ordenada en el origen de la curva característica del captador

(τα) / (τα)n = Modificador del ángulo de incidencia. En general se puede tomar como constante: 0,96 (superficie transparente sencilla) ó 0,94 (superficie transparente doble).

Fr'/Fr = Factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. Se recomienda tomar el valor de 0,95.

CÁLCULO DEL PARÁMETRO D2 El parámetro D2 expresa la relación entre las pérdidas de energía en el captador, para una determinada temperatura, y la carga calorífica de calentamiento durante un mes:

D2 = Energía perdida por el captador / Carga calorífica mensual

La energía perdida por el captador viene dada por la siguiente expresión:

Ep = Sc* Fr'UL* (100 – ta) *∆t*K 1* K2

donde: Sc = Superficie del captador (m2)

Fr'UL = Fr UL (Fr'/Fr)

donde:

Fr UL = Pendiente de la curva característica del captador (coeficiente global de

pérdidas del captador)

ta = Temperatura media mensual del ambiente durante las horas diurnas

∆t = Período de tiempo considerado, en segundos (s)

K1 = Factor de corrección por almacenamiento, que se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

K1 = [kg acumulación /(75*Sc)]–0,25

37,5 < (kg acumulación) / (m2 captación) < 300

K2 = Factor de corrección, para A.C.S., que relaciona la temperatura mínima de A.C.S.,

la del agua de red y la media mensual ambiente, dado por la siguiente expresión:

K2 = (11,6 + 1,18 tac + 3,86 tr – 2,32 ta) / (100 – ta)

donde:

tac = Temperatura mínima requerida del A.C.S.

tr = Temperatura del agua de red

ta = Temperatura media mensual del ambiente durante las horas diurnas

CÁLCULO DE LA GRÁFICA-f Una vez obtenido D1 y D2 , aplicando la ecuación inicial se calcula la fracción de la carga calorífica mensual aportada por el sistema de energía solar.

De esta forma, la energía útil captada cada mes, Qu , tiene el valor:

Qu = fQa

donde: Qa = Carga calorífica mensual de A.C.S.

Mediante igual proceso operativo que el desarrollado para un mes, se operará para todos los meses del año. La relación entre la suma de las coberturas mensuales y la suma de las cargas caloríficas, o necesidades mensuales de calor, determinará la cobertura anual del sistema:

/

COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN SOLAR

CAPTADORES PLANOS La aplicación más extendida en nuestro país para el aprovechamiento térmico de la energía solar para obtener agua caliente sanitaria es por medio de los llamados captadores planos. Llamamos cuerpo negro a áquel que absorbe toda la energía que le llega en cualquier longitud de onda y en cualquier dirección y la emite a su vez en su totalidad. Para los cuerpos reales la energía en forma de radiación electromagnética no está distribuida como la del cuerpo negro, ya sea con respecto a la longitud de onda, ya sea respecto a la dirección. Se toma, sin embargo, como patrón al cuerpo negro teórico para poder representar la relación de las propiedades de los cuerpos reales con respecto a él. Así, asignaremos a un cuerpo real: La emisividad global ε, que es un factor que da la fracción de energía que emite un cuerpo real con respecto al cuerpo negro, estando los dos a una temperatura T. El poder de absorción α La reflectividad ρ La transmisividad τ Que análogamente son las fracciones de energía que absorbe, refleja y transmite respectivamente respecto a un cuerpo negro. Evidentemente éstos factores varían de 0 a 1 siendo en un cuerpo negro:

ε =α=1 y ρ=τ=0

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN CAPTADOR PLANO

Si colocamos una superficie plana bien orientada hacia la radiación solar de forma que su comportamiento se asemeje en lo posible a un cuerpo negro ideal, evidentemente absorberá prácticamente toda esta energía y según la ley integral de Planck E=σT4 éste cuerpo se pondrá a cierta temperatura, emitiendo esta energía a su vez. Pero si bien la absorción se hace con un máximo de potencia para una longitud de onda relativamente corta, la emisión será en una longitud de onda más larga. En resumen, la energía lumínica se habrá transformado en térmica. Ahora bien, normalmente esta energía, además, se aprovechará como se verá más adelante, haciendo circular un fluido por esta placa por lo que nos interesa que esta superficie plana NO emita energía sino que la transmita por conducción. En otras palabras, interesa un cuerpo negro a medias, que absorba mucho y que emita poco, de aquí nace el concepto de superficie selectiva. La superficie selectiva es aquella que, por medio de tratamientos de ataque químico o bien por pinturas especiales, hace que una placa se comporte de manera que α/ ε>>1. EFECTO INVERNADERO Es evidente que la superficie antes mencionada tendrá un coeficiente de emitancia ε, que será mucho menor si es selectiva, pero si nosotros colocamos entre la placa y la radiación un cuerpo que sea transparente a las radiaciones de onda corta (luz) y opaco a las radiaciones de onda larga (térmica) se habrá conseguido hacer una “trampa energética” con lo cual la energía que llega será captada pero no podrá ser de nuevo emitida. Además este cuerpo evitará las pérdidas por convección a que hubiera lugar debido al viento reinante en la zona. Este segundo elemento constituyente de la placa solar puede ser cristal (vidrio común) o determinados plásticos. El fenómeno de la “trampa energética” constituye el llamado efecto “invernadero”. CONSTITUCIÓN GLOBAL DE UN CAPTADOR PLANO Si a parte de la placa absorbente antes citada y el cristal, el conjunto se cierra por una caja convenientemente aislada para evitar las pérdidas de calor por “atrás” y se adhieren a la placa absorbente un serpentín o tubos, de manera que podamos hacer circular un fluido, veremos que a la salida este fluido saldrá mas o menos caliente según el caudal del mismo: habremos realizado el CAPTADOR PLANO. COMPONENTES DE UN CAPTADOR PLANO Cubierta transparente Las cubiertas transparentes están constituidas por cristales o plásticos especiales. El número de cubiertas es función del uso o de condicionantes climáticos de la zona. Es decir, se suele poner una o dos cubiertas y como máximo tres. El poner más de una cubierta presenta la ventaja de que el panel tendrá menos pérdidas térmicas hacia delante debido a los fenómenos de convección o radiación antes citados, en cambio presenta el inconveniente de aumentar las pérdidas ópticas y de encarecer el captador. Su uso es ideal para zonas en las que la temperatura exterior es muy fría o bien que se quiera trabajar con e captador a temperaturas elevadas. Uno de los fenómenos que suelen ocurrir con frecuencia, cuyas causas se verán más adelante, es el que el vapor de agua que hay en el interior del captador condense sobre las superficies transparentes reduciendo por tanto la absorción de energía. El empleo de superficies plásticas en vez de cristal presenta la ventaja de una mayor transparencia a la radiación lumínica, en la mayoría de los plásticos, y de una invulnerabilidad a la rotura por pedruscos. Sin embargo hay que tener mucho cuidado en

cuanto a la elección del material pues hay plásticos que se degradan rápidamente en su exposición al sol, estropeándose a los pocos meses de funcionamiento de la instalación, siendo por otra parte, los más apropiados para tal fin, bastante más caros que el vidrio. Placa absorbente La placa absorbente suele ser una plancha de un material metálico, hierro, aluminio, cobre, etc., pintada o tratada selectivamente y que además lleva adherida o forma una serie de tubos por donde pasará el fluido que se llevará el calor. De las muchísimas configuraciones posibles hay que estudiar para cada una de ellas sus pros y sus contras antes de decidir cuál es la óptima. En gran manera la configuración viene dada por el tipo de fabricación y se busca una solución técnico-económica idónea para cada caso. Para producción de ACS los más habituales son:

− Tipo serpentín: todo el fluido pasa por un solo tubo, tiene mayor pérdida de carga pero funciona con un caudal inferior, sus ventajas: • Fabricación sencilla • Conexionado en paralelo de muchos colectores • Posible funcionamiento con bajo flujo

− Tipo parrilla, va logrando una mayor cuota de mercado, a pesar de la mayor dificultad en su fabricación. Varios tubos en paralelo y de pequeño diámetro, unidos a tubos de distribución en cada extremo del captador. Debido a su baja pérdida de carga, se emplean siempre para los captadores de funcionamiento por termosifón.

Si el captador es para producir aire caliente (empleados en calefacción y procesos de secado industrial, por ej) la placa suele ser de alguna forma geométrica determinada careciendo por otra parte de tubos, lo cual abarata considerablemente el captador. En este tipo de captador se evitan por otra parte todos los problemas derivados de corrosión producidos por un fluido como el agua. Volviendo a los captadores de fluido líquido (agua, aceites térmicos, siliconas, etc...) se ha de tener muy en cuenta el perfecto contacto que ha de tener la placa con los tubos para que la transferencia de calor al fluido sea óptima. A este respecto resulta muy eficaz desde un punto de vista térmico el llamado sistema “Roll Bon” o circuito impreso, si bien presenta el inconveniente de que este tipo de placa aguanta presiones bajas respecto al tipo de tubos. Esto puede presentar problemas en el caso de que una instalación que funcione normalmente se pare por avería o por fallo e suministro eléctrico a la bomba con lo cual la presión del circuito aumentará considerablemente si la insolación es fuerte pudiendo llegar a deteriorar los colectores. Y tampoco se empleará en circuitos abiertos debido a problemas de corrosión. Otra precaución a tener en cuenta es el material empleado en el absorbedor, que puede presentar problemas de corrosión ya sea por la unión con otros materiales (por ej. nunca se debe conectar la salida o entrada de la placa absorbedora de tubos si es de hierro con tubos de cobre) o bien debido a la falta de estanqueidad de la caja lo que produce la entrada de la lluvia. Pintura o recubrimiento del absorbedor Como se ha mencionado anteriormente un captador ha de absorber al máximo la radiación incidente. Por ello la cara anterior del absorbedor se trata con una pintura negra mate normal o bien una pintura del tipo llamado selectivo con lo que se logra que la relación α/

ε>>1. Por fin el mismo absorbedor puede ser tratado selectivamente por medio de procedimientos químicos, en cuyo caso no necesita pintura. Especial atención debe prestarse cuando se utilice pintura el que esta aguante temperaturas de hasta 150 ºC, que la operación de pintado se realice debidamente pues si no al estar en funcionamiento el captador y alcanzar altas temperaturas se deteriorará rápidamente resquebrajándose y saltando. Así mismo las pinturas son aislantes térmicos con lo cual habrá de tener sumo cuidado con el grosor de la capa pues cuando mayor sea ésta menor será la transmisión de calor hacia la placa. Aislante El aislante empleado puede ser de cualquier tipo existente en el marcado (lana de vidrio, poliuretano, fibra, etc...) que tenga un buen coeficiente λ. La precaución más importante es que aguante temperatura y eventualmente agua. Es conocido el fenómeno que ocurre a veces de que al estar un determinado aislante aglutinado por resinas estas pueden evaporarse al alcanzar temperaturas elevadas quedando depositadas en la parte interior de la cubierta trasparente, siendo, muy difícil en este caso su limpieza. Caja La caja soporte puede ser también de muchos materiales, ya sean metálicos, o plásticos o de obra. Lo que sí es vital para la vida de un captador es que esta caja sea estanca desde el punto de vista de no dejar entrar el agua de lluvia. Además deberá ser resistente a los agentes atmosféricos exteriores. No se pierda de vista que un captador ha de estar diseñado para que dure por lo menos 20 años por lo que todos sus materiales constituyentes han de dar un buen rendimiento térmico, han de estar muchos años sometidos a los agentes atmosféricos. Habrán de sellarse todas las posibles juntas y solo se dispondrá de algún orificio en la parte inferior de la caja del captador para facilita la evacuación del agua de condensación interior. El agua llamada de condensación es debida a que el aire posee una determinada cantidad de vapor de agua disuelto que depende de la temperatura. Cuando este aire se enfría admite “menos” agua que cuando está a mayor temperatura. Por eso cuando en invierno se está en una habitación en la que hay ventanas y la temperatura es superior en el interior se observa que los cristales se empañan, es decir la temperatura exterior enfría el cristal que al estar en contacto con una parte del aire interior lo enfría a su vez con lo cual se satura de agua y esta se deposita en forma de gotitas en los cristales. Algo parecido sucede con un panel. Al fabricarse se hace normalmente en contacto con el ambiente es decir que una vez completado, en su interior habrá aire con un cierto contenido de humedad y que estará sometido a los fenómenos de condensación antes citados. Puede evitarse con varias soluciones, por ejemplo, poniendo en el interior del panel un absorbente de agua o también haciendo el captador totalmente hermético de manera que su interior haya el vacío, una atmósfera nitrogenada, etc... Estas soluciones son relativamente caras. Por fin se pude practicar unos pequeños orificios inferiores con lo que se logra que el panel “respire” pudiendo salir el agua de condensación, pero de tal manera que no entre el agua de la lluvia. CÁLCULO TEÓRICO-EMPÍRICO DE LAS ECUACIONES DE UN CAPTADOR SOLAR. BALANCE ENERGÉTICO.

El cálculo de las ecuaciones que rigen el funcionamiento de un captador es bastante más complicado de lo que puede parecer a primera vista. Básicamente podemos decir que interesa conocer por una parte la ecuación de rendimiento de un captador para poder determinar su comportamiento en funcionamiento y, por otra parte, qué factores influyen y cómo al tener que diseñar un captador. Para estos dos objetivos se puede partir de la ecuación de balance general para deducir unas fórmulas simplificadas determinadas después de laboriosos estudios teóricos y prácticos. Para ello podemos establecer que:

S*I*R(τα)=Qu+QL+QP

Siendo: S = superficie del captador I = radiación global incidente (horizontal) por unidad de superficie

R = factor de conversión, de la radiación horizontal a la de inclinación del captador τα = producto transmitancia por absortancia del sistema de cubiertas transparentes Qu = energía útil que se saca del captador en forma de calor por el fluido

QL = energía almacenada en el captador QP = energía de pérdidas del captador (todas las pérdidas excepto las ópticas)

Por otra parte el rendimiento del captador vendrá dado por la siguiente expresión para cada instante de tiempo:

η= Qu / (S*I*R) Factor de eficacia (FR) Se define por factor de eficacia de intercambio de calor entre la placa y el fluido solar, la relación entre la energía captada y la que captaría si la temperatura de la placa fuese la misma que la del fluido a la entrada del captador. El efecto del factor FR es reducir la energía útil calculada respecto de la que resultaría si el captador estuviera a la temperatura de entrada del fluido, a la que se obtiene realmente ya que el fluido incrementa su temperatura mientras recorre el captador. Curva característica de un captador plano Los captadores se ensayan generalmente siendo un procedimiento que consiste en hacerlos funcionar en un banco de pruebas bajo unas condiciones estables de radiación solar, velocidad del viento, temperaturas del fluido a la entrada y de ambiente, durante un periodo de tiempo en el que la temperatura de salida del fluido y la energía útil extraída no varían sensiblemente. Los resultados obtenidos en los ensayos se ofrecen como índice de la eficacia del captador, definida por la relación entre la energía captada y la recibida en un instante dado:

η= Qu / (S*I*R) Sustituyendo valores se obtiene:

η= FR(τα)n- FRUL(te-ta)/(I*R) La curva del rendimiento del captador ha de ser facilitada por el fabricante y de su ponderación puede deducirse la calidad de un captador desde el punto de vista térmico.

FR(τα)n es la ordenada en el origen de la curva característica del captador ( es adimensional) FRUL es la pendiente de la curva característica del captador

Un captador será tanto mejor cuanto mayor sea el valor de su ordenada en el origen y menor el de la pendiente. De una forma práctica también se puede deducir el rendimiento. Así si a un captador solar, para una radiación dada y un caudal constante, le vamos aumentado la temperatura de entrada (lo cual simula el efecto real de una instalación compuesta de varios colectores en el que cada uno funciona en función de los que le preceden), se observa que cuanto mayor sea la temperatura de entrada en este capador, menor será el incremento de temperatura que se obtiene a la salida. Esto implica que a mayor temperatura de entrada, menor es el rendimiento del captador. Todos los captadores tendrán como curva de rendimiento una recta pero será diferente ya sea por la calidad del captador o por los componentes que éste lleva. CAPTADOR DE TUBOS DE VACIO

Con el fin de reducir las perdidas térmicas por conducción y convección entre absorbedora y cubierta, en los tubos de vacío se elimina el aire, con lo que el vacío desempeña un papel fundamental en la reducción de las pérdidas, en función de cómo se transmite el calor, Existen diferente tipos. − De flujo directo: El fluido de trabajo fluye directamente a través del absorbedora dentro del tubo de vacío, debido a la transferencia directa de calor logran un rendimiento muy elevado. En la mayoría de los casos se pueden girar para conseguir una óptima alineación con respecto al sol.

− Del tipo “heatpipe”: Son quizás los más usuales, el absorbedora está conectado a un pequeño tubo que contiene una cantidad muy pequeña, normalmente agua destilada. Este fluido con el calor se evapora, sube en forma de vapor y se condensa al entrar en contacto con fluido más frío del circuito primario cediendo el calor al mismo, en forma líquida baja evaporándose y volviendo a repetir el ciclo. Este sistema requiere una inclinación mínima del colector de, entre 20 y 30°, según los fabricantes.

− De flujo directo conducido: Mediante una pequeña tubería en “U” en el interior del tubo, y en contacto con el absorbedor, el fluido calor-portante se calienta. Al no existir el proceso de cambio de estado de los “heatpipe”, se pueden instalar totalmente horizontales.

Ventajas de los tubos de vacío: • Pueden alcanzar temperaturas de trabajo más altas que los colectores planos. • Pérdidas térmicas más reducidas en comparación con los colectores planos. Algunos inconvenientes: • Temperaturas de estancamiento elevadas y altas cargas térmicas en los materiales cercanos. En caso de estancamiento la vaporización es mayor que los colectores planos y, por consiguiente la problemática mayor.

• Coste superior de la energía útil conseguida. CONEXIÓN DE CAPTADORES El captador seleccionado deberá poseer la certificación emitida por un organismo competente en la materia, según la legislación vigente. Será necesaria la presentación de la certificación de los ensayos del captador realizados por laboratorio acreditado, así como las curvas de rendimiento obtenidas por el citado laboratorio. Las instalaciones de energía solar necesitan para su funcionamiento una superficie captadora que, evidentemente, estará formada por captadores que deberán conectarse correctamente en función de los criterios que a continuación se expondrán. Salvo en casos excepcionales las temperaturas normales de trabajo según las necesidades del consumo se podrán clasificar aproximadamente en:

− bajas temperaturas, hasta 30 ºC (piscinas) − medias temperaturas, de 30 ºC hasta 50 ºC (agua sanitaria, calefacción por

suelo radiante) − altas temperaturas, de 50 ºC hasta 80 ºC (calefacción por convectores o

radiadores) De los gráficos de rendimiento se ve que, si tenemos , por ejemplo, dos colectores conectados en serie, de tal forma que a un caudal determinado en el primero le entra el fluido a 20 ºC y le sale a 60 ºC, evidentemente, al segundo colector le entrará a 60 ºC, pero no le saldrá a 100 ºC, sino por ejemplo a 75 ºC. Dicho en otras palabras, el segundo captador trabajará a un rendimiento muy inferior al primero. Se comprende que si en vez de dos captadores hubiera más en serie, cada uno trabajaría peor que el anterior hasta llegar a uno a partir del cual los restantes trabajarían a rendimiento tan bajo que no aportarían nada. Una de las soluciones a adoptar en este sistema serie es hacer que el gradiente de temperaturas sea menor para cada panel, lo cual se logra a base de aumentar el caudal del fluido. Con esto el rendimiento del sistema será mucho mayor. Se puede objetar que se conecten los paneles en paralelo, con lo cual el gradiente de temperatura será único: este caso parece en principio el ideal, pero, debido al fenómeno que se expondrá seguidamente, también hay una limitación en el número de colectores planos en paralelo. Si se tiene un colector plano del tipo de tubos y se le hace pasar un fluido, se observará que se calienta más en el centro que en los extremos. Esto es debido a que la distribución de presiones entre los tubos superior e inferior es tal que las caídas de presión dan caudales altos en los extremos y bajos en el centro. Por este motivo al poner varios colectores en paralelo llega un momento en que la temperatura a la salida es más baja que la máxima alcanzada en los colectores. Por todo ello lo normal es colocar los captadores en módulos: un módulo (de 2 ó 3 colectores en paralelo) conectado en serie con otro módulo (de 2 ó 3 colectores en paralelo) y así sucesivamente. 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.

La superficie de una fila de captadores conexionados en serie no será superior a lo máximo permitido por el fabricante.

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 estanqueidad y durabilidad de las conexiones del captador.

Evidentemente el diseño de una gran instalación (100 m2 captadores o más) requiere un cálculo muy preciso de su conexionado en función de los caudales a circular, de las temperaturas deseadas, de la rapidez de respuesta del sistema, de los puntos de consumo, etc... lo cual hace que cada instalación de éste tipo se proyecte en particular muy cuidadosamente. El conjunto de módulos antes mencionados se conectan a los tubos de subida y bajada del fluido en filas. Esta conexión ha de ser de tal forma que la alimentación de cada fila y el retorno estén equilibrados hidráulicamente con el resto del circuito pues de lo contrario habrá algunas filas muy calientes, es decir, por las que casi no circula el fluido y no trabajan, y otras filas por donde pasará todo el fluido. Esto se logra con las adecuadas secciones en los tramos. El equilibrado se puede realizar por varios procedimientos: por medio de válvulas reguladoras de caudal en cada fila, lo cual es muy engorroso de ajustar cuando se trata de instalaciones de muchas filas; por la técnica del equilibrado estático o “tercer tubo” de

forma que la primera fila alimentada sea la última en la que se recoge el caudal y viceversa. Con esta última técnica se obtiene una buena regulación sin complicaciones posteriores de ajuste.

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

Deben instalarse válvulas de corte en la entrada y salida de los distintos grupos. Asimismo se debe prestar especial atención en la estanqueidad y durabilidad de las conexiones del captador y en asegurar que el circuito hidráulico de conexión entre los diferentes grupos esté equilibrado, es decir, que no existan recorridos preferentes.

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. Cuando se emplea el retorno invertido, a efectos de minimizar las pérdidas energéticas del circuito, los tramos que se prolongan son los situados antes de las entradas de los captadores, ya que son los que se encuentran a menor temperatura. A la salida de cada grupo de captadores solares de debe instalar un purgador para permitir la salida del aire de los captadores. Normalmente se utilizan purgadores automáticos de boya, en ocasiones situados sobre botellines de desaireación y con válvula de corte. El

purgador, como el resto de los componentes del circuito primario, debe ser apto para soportar las temperaturas que pueden alcanzar los captadores solares.

La orientación e inclinación del sistema de captación y las posibles sombras sobre el mismo serán tales que las pérdidas respecto al óptimo, sean inferiores a los límites de la tabla 2. Se considerarán tres casos: general, superposición de captadores e integración arquitectónica según se define más adelante. En todos los casos se han de cumplir tres condiciones: pérdidas por orientación e inclinación, pérdidas por sombreado y pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores óptimos.

Tabla 2 Orientación e

inclinación (OI) Sombras (S) Total (OI + S)

General 10 % 10 % 15 % Superposición 20 % 15 % 30 %

Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % Se considera la dirección Sur como orientación óptima y la mejor inclinación, $opt, dependiendo del período de utilización, uno de los valores siguientes:

1 Consumo constante anual: la latitud geográfica 2 Consumo preferente en invierno: la latitud geográfica + 10° 3 Consumo preferente en verano: la latitud geográfica - 10° Se considera que existe integración arquitectónica cuando los captadores cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales. Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este

concepto la disposición horizontal del absorbedor, con el fin de favorecer la autolimpieza de los captadores. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de lo posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

Estructura soporte

Si el sistema posee una estructura soporte que es montada normalmente en el exterior, el fabricante deberá especificar los valores máximos de sk (carga de nieve) y vm (velocidad media de viento) de acuerdo con ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4.

Esto deberá verificarse durante el diseño calculando los esfuerzos de la estructura soporte de acuerdo con estas normas.

El sistema sólo podrá ser instalado en localizaciones donde los valores de sk y vm

determinados de acuerdo con ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4 sean menores que los valores máximos especificados por el fabricante.

El diseño y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de captadores, permitirá las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores o al circuito hidráulico.

Los puntos de sujeción del captador serán suficientes en número, teniendo el área de apoyo y posición relativa adecuadas, de forma que no se produzcan flexiones en el captador superiores a las permitidas por el fabricante.

Los topes de sujeción de los captadores y la propia estructura no arrojarán sombra sobre estos últimos. Se debe prestar especial atención en no dañar la impermeabilización ni dificultar el desagüe de la cubierta. Las cubiertas inclinadas generalmente están terminadas con tejas cerámicas pero también pueden estar acabadas en otro tipo de materiales como son los paneles metálicos, pizarras o sistemas continuos de tipo bituminoso. Además de la estructura que soporta toda la cubierta puede ser de distintos tipos: cercas metálicas, losas de hormigón, entramado de madera, etc. Con esta variedad de composiciones el sistema de soportación para cubiertas inclinadas debe estudiarse de manera específica para cada caso: pero para todos ellos se pueden establecer una serie de criterios generales de diseño: − El diseño de los soportes de los captadores solares detener en cuenta la altura y

situación de edificio en vistas a definir las sobrecargas de viento y nieve que actuarán sobre el campo de colectores y poder determinar la resistencia de los anclajes.

− Los esfuerzos realizados por los sistemas de anclaje deben ser transmitidos a los elementos estructurales que configuran la cubierta. Los elementos de cobertura o auxiliares nunca deben trabajar como elementos resistentes o de soportación.

− El sistema de fijación elegido no debe comprometer la estanqueidad de la cubierta. − Deben estar previstos por parte del proyectista los accesos de mantenimiento y

elementos de seguridad para los trabajos en altura: ganchos, barandillas, etc... y el instalador debe disponer de los elementos de seguridad personal necesarios: arneses, calzado de goma, etc...

Hay distintos tipos de anclaje en función de la configuración de la cubierta con el fin de transmitir la carga de los captadores y sus sobrecargas de nieve y viento a los elementos

estructurales sin comprometer la estanqueidad de la cubierta, y evitando transmitir las cargas da los elementos de cobertura. Pueden ser diferentes en función del tipo o modelo de teja o de estructura soporte. Una vez que se han establecido los soportes, una solución sencilla es realizar la estructura de apoyo con perfiles de acero galvanizados en caliente que facilitan la ubicación de los captadores. INTERCAMBIADORES Cuando dos fluidos a diferentes temperaturas circulan separados por una pared el fluido que cede calor se enfría a lo largo de la pared a la par que el fluido que absorbe calor va aumentado de temperatura. Si Q es la cantidad de calor que atraviesa la pared de separación.

Q= γ*M*C*(T 0-T1)=m*c*β*(t1-t0) siendo M y m el caudal másico del fluido caliente y frío C y c el calor específico del fluido caliente y frío γ la relación entre el calor que atraviesa la pared y el que cede el fluido caliente y por lo tanto γ<1 β la relación entre el calor que atraviesa la pared y el que cede el fluido caliente y por lo tanto β>1 El calor transmitido en función de la superficie de intercambio será:

Q= K*S*∆T donde K es el coeficiente global de transmisión S es la superficie del intercambiador ∆T puede calcularse, para las temperaturas con las que trabajamos, mediante la siguiente expresión:

∆T= (∆Te+ ∆Ts)/2

También puede expresarse como:

Donde: AMTD = Diferencia de temperatura media aritmética (ºF, ºC). tpi = Temperatura de entrada del primario (ºF, ºC). tpo = Temperatura de salida del primario (ºF, ºC). tsi = Temperatura de entrada del secundario (ºF, ºC). tso = Temperatura de salida del secundario (ºF, ºC). Un incremento lineal en la temperatura del fluido del secundario hace más fácil hacer cálculos manuales, AMTD dará una aproximación satisfactoria para la diferencia de temperatura media cuando la menor de las diferencias de las diferencias de temperaturas de entrada o salida sea mayor que la mitad de la mayor de las diferencias de temperatura de entrada o salida. Las características que hacen que los intercambiadores de placas sean los más utilizados son:

• Eficacia, el elemento de transmisión es una chapa metálica corrugada por dos motivos: para dar rigidez mecánica a la misma y para producir turbulencia al paso de los líquidos, aumentado de esta manera el coeficiente global de transmisión, de forma que se obtiene como resultado, y para un problema determinado, unidades con superficie hasta 4 veces menor que en los otros modelos de intercambiadores.

• Flexibilidad, su construcción modular permite que la superficie pueda adaptarse con exactitud al problema requerido sin necesidad de dar superficie de exceso. Por otra parte, puede adaptarse a nuevos problemas técnicos (donde varíen respecto al diseño inicial la temperatura, caudales, caídas de presión, etc...) por simple adición o eliminación de placas. Por eso es uno de los más flexibles intercambiadores de calor conocidos.

• Compacidad, su alta eficacia (necesita menos superficie de transmisión para resolver el mismo problema que cualquier otro intercambiador) y el propio diseño del intercambiador hace que las unidades sean muy compactas y ocupen espacios especialmente pequeños para resolver un problema térmico determinado.

• Óptimo nivel térmico en secundario, debido a una circulación entre ambos medios, casi en contracorriente, hace que pueda funcionar con diferencias de temperaturas entre el medio primario y secundario de hasta 1ºC. Ello quiere decir que el nivel térmico del agua utilizable en las instalaciones de energía solar sea prácticamente el mismo que el alcanzado en el fluido que recoge directamente la energía solar.

• Facilidad total de limpieza, la gran turbulencia que se produce al paso de los líquidos reduce la formación de depósitos alargando, de esta manera, los periodos necesarios para limpieza y aumentado la eficacia de ésta por medio de agentes químicos, si güera necesario. La accesibilidad al 100% de la superficie de transmisión, por su especial diseño, permite una limpieza manual mu fácil y rápida Todo ello hace que los costes de mantenimiento sean bajos.

• Fácil instalación, su diseño compacto lleva consigo un peso muy bajo por unidad de superficie que, junto con el poco espacio requerido, da como resultado unos costes de transporte e instalación mínimos.

• Sin inercia, el bajo contenido de líquidos en el intercambiador hace que él mismo se pueda considerar una unidad de acción instantánea y sea el más adecuado para un respuesta rápida a los controles de temperatura. Es una unidad prácticamente sin inercia.

Los intercambiadores pueden estar de forma independiente del acumulador o bien en su interior formando un sólo conjunto. Las ventajas que presenta la primera disposición es que a igualdad de energía se necesitará en general menos de la mitad de superficie que cuando el intercambiador está en el interior del acumulador. Por contra se necesita otra bomba para hacer pasar el fluido por el secundario del intercambiador. En medianas y grandes instalaciones debido a la gran superficie que presenta el intercambiador es aconsejable hacerlo exterior al acumulador, disposición que presenta la ventaja adicional de un más fácil mantenimiento y en su caso reparación. La gran superficie de intercambio en instalaciones de energía solar con respecto a análogas instalaciones funcionando con energía convencional, es debida a las bajas temperaturas empleadas en aquellas, ya que, como vimos, la temperatura de captadores solares está en relación inversa al rendimiento de éstos, razón por la cual siempre se escogerá como temperatura de trabajo la mínima que nos permita la utilización de la instalación. Otro factor también muy importante a tener en cuenta a la hora de dimensionar un intercambiador, a diferencia de las instalaciones convencionales en donde la potencia calorífica y la temperatura en el circuito primario se mantienen sensiblemente constantes es hacerlo para el período de tiempo en el cual las condiciones de radiación y temperatura sean más desfavorables. Se recomienda que la potencia del intercambiador para éstas condiciones, sea P≥500 W/m2 de superficie captadora. ACUMULADORES Uno de los factores para el éxito de una instalación, ya sea de calefacción o tan sólo de agua caliente sanitaria, radica en la calidad y larga vida de los acumuladores, ya sean interacumuladores o acumuladores propiamente. Estos aparatos, por aparentar una gran simplicidad, frecuentemente caen en el olvido sin considerar en demasía su elección, siendo una pieza fundamental, que está sometida a importantes exigencia.

• Corrosión, la dificultad de captación de nuevas aguas obliga a las compañías de distribución a tratar cada día más el agua para hacerla potable. Esto puede provocar un aumento importante en su agresividad.

• Presión, la presión dentro de los acumuladores varía dentro de los límites comprendidos entre los 2 y 8 kilos/centímetro cuadrado. Además, cada utilización se traduce en una baja de presión en su interior, provocando contracciones constantes.

• Temperatura, la temperatura del agua acumulada puede variar de 10 ºC a 90 ºC, lo que produce esfuerzos de dilataciones y contracciones constantes.

• Calcificación, los acumuladores deben resistir las incrustaciones para evitar cualquier merma en sus rendimientos.

• Intercambio, realmente es un factor importante para la buena elección del aparato si se trata de un interacumulador.

Deberemos, pues, básicamente seleccionar: • necesidades a cubrir • caudales del fluido primario • salto térmico del primario • potencia instalada • superficie de intercambio del acumulador • aislamiento y regulación • volumen del acumulador, posición y ubicación

Los acumuladores para A.C.S. y las partes de acumuladores combinados que estén en contacto con agua potable, deberán cumplir los requisitos de UNE EN 12897. Preferentemente, los acumuladores serán de configuración vertical y se ubicarán en zonas interiores.

En caso de que el acumulador esté directamente conectado con la red de distribución de agua caliente sanitaria, deberá ubicarse un termómetro en un sitio claramente visible por el usuario. 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.

En caso de aplicaciones para A.C.S. es necesario prever un conexionado puntual entre el sistema auxiliar y el solar de forma que se pueda calentar este último con el auxiliar, para poder cumplir con las medidas de prevención de legionella. Se podrán proponer otros métodos de tratamiento anti-legionella.

Aun cuando los acumuladores solares tengan el intercambiador de calor incorporado, se cumplirán los requisitos establecidos para el diseño del sistema de intercambio.

Métodos para evitar la corrosión

En una instalación la corrosión no se inicia más que en presencia de oxígeno disuelto, pero el riesgo aumenta considerablemente en presencia de mezcla de metales en la misma.

La corrosión de los acumuladores suele tener siempre el mismo aspecto. Se trata de corrosiones localizadas que se manifiestan notablemente con perforaciones, muy locales al lado de otros espacios que permanecen intactos.

− El tratamiento por electrolisis se compone de un ánodo de aluminio puro aislado eléctricamente en el interior del depósito. Se conecta al ánodo el polo positivo de un generador de corriente continua de muy baja tensión, y al depósito el polo negativo. Se obtiene de esta forma una desgasificación continua del agua por acción del hidróxido de aluminio, que es suministrado por la disolución electrolítica del aluminio puro, y una deposición por las paredes de toda la instalación de una capa protectora compuesta de carbonato y de hidratos de alúmina. Este método precisa, también, un

control periódico (sustitución del ánodo cada 12 a 24 meses) y tiene la ventaja de actuar en muchos casos con éxito en instalaciones que presenten ya focos de corrosión al recubrir los puntos de corrosión de la capa protectora antes mencionada.

− El método de protección catódica protege el depósito-acumulador, no la instalación, por lo que el resto permanece con los mismos problemas. Con ánodos de sacrificio (de cinc, magnesio, aluminio y sus aleaciones...): el ánodo se conecta mediante su alma de acero, al depósito a proteger y debe encontrarse tanto más cerca de la superficie a proteger cuanto menos conductora de la electricidad sea el agua (limitación de método ya que para aguas muy resistivas hay que multiplicar el número de ánodos lo cual implica dificultades constructivas). La sustitución periódica de los ánodos es imprescindible. Se utiliza éste método en caso de acumuladores galvanizados, vitrificados o con revestimientos sintéticos. Con corriente impresa: se conecta a un ánodo de un metal poco costoso (por ej. aluminio) una corriente de polarización cuya tensión se elige en función de la resistividad del agua. Se controla la intensidad mediante un dispositivo electrónico en función de la variación de salinidad del agua. Este procedimiento es eficaz para todas las aguas usuales.

Situación de las conexiones

Con objeto de aprovechar al máximo la energía captada y evitar la pérdida de la estratificación por temperatura en los depósitos, la situación de las tomas para las diferentes conexiones serán las establecidas en los puntos siguientes:

a) La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de los captadores al acumulador se realizará, preferentemente, a una altura comprendida entre el 50 % y el 75 % de la altura total del mismo.

b) La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o los captadores se realizará por la parte inferior de éste.

c) La alimentación del agua fría de red agua al depósito se realizará por la parte inferior. La extracción de agua caliente del depósito se realizará por la parte superior.

Se recomienda que la/s entrada/s de agua de retorno de consumo esté equipada con una placa deflectora en la parte interior, a fin de que la velocidad residual no destruya la estratificación en el acumulador o el empleo de otros métodos contrastados que minimicen la mezcla.

Las conexiones de entrada y salida se situarán de forma que se eviten caminos preferentes de circulación del fluido. Varios acumuladores

Cuando sea necesario que el sistema de acumulación solar esté formado por más de un depósito, éstos se conectarán en serie invertida en el circuito de consumo o en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados, tal como se puede ver en la figura siguiente.

La conexión de los acumuladores permitirá la desconexión individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.

Conexión en serie invertida con el circuito de consumo.

Conexión en paralelo con el circuito secundario equilibrado.

Cuando el intercambiador esté incorporado al acumulador, la placa de identificación indicará además, los siguientes datos:

− Superficie de intercambio térmico en m2.

− Presión máxima de trabajo del circuito primario. Cada acumulador vendrá equipado de fábrica de los necesarios manguitos de acoplamiento, soldados antes del tratamiento de protección, para las siguientes funciones:

− Manguitos roscados para la entrada de agua fría y la salida de agua caliente. − Registro embridado para inspección del interior del acumulador y eventual

acoplamiento del serpentín. − Manguitos roscados para la entrada y salida del fluido primario. − Manguitos roscados para accesorios como termómetro y termostato. − Manguito para el vaciado.

Los acumuladores vendrán equipados de fábrica con las bocas necesarias soldadas antes de efectuar el tratamiento de protección interior.

El acumulador estará enteramente recubierto con material aislante, y es recomendable disponer una protección mecánica en chapa pintada al horno, PRFV, o lámina de material plástico.

Todos los acumuladores irán equipados con la protección catódica o anticorrosiva establecida por el fabricante para garantizar su durabilidad.

Todos los acumuladores se protegerán, como mínimo, con los dispositivos indicados en el punto 5 de la Instrucción Técnica Complementaria MIE-AP-11 del Reglamento de Aparatos a Presión (Orden 11764 de 31 de mayo de 1985 - BOE número 148 de 21 de junio de 1985).

La utilización de acumuladores de hormigón requerirá la presentación de un proyecto firmado por un técnico competente.

Al objeto de estas especificaciones, podrán utilizarse acumuladores de las características y tratamiento descritos a continuación:

− Acumuladores de acero vitrificado. − Acumuladores de acero con tratamiento epoxídico. − Acumuladores de acero inoxidable, adecuados al tipo de agua y temperatura

de trabajo. − Acumuladores de cobre. − Acumuladores no metálicos que soporten la temperatura máxima del

circuito, cumplan las normas UNE que le sean de aplicación y esté autorizada su utilización por las Compañías de suministro de agua potable.

− Acumuladores de acero negro (sólo en circuitos cerrados, sin agua de consumo)

La estructura soporte para depósitos y su fijación se realizará según la normativa vigente.

La estructura soporte y su fijación para depósitos de más de 1000 l situados en cubiertas o pisos deberá ser diseñada por un profesional competente. La ubicación de los acumuladores y sus estructuras de sujeción cuando se sitúen en cubiertas de piso tendrá en cuenta las

características de la edificación, y requerirá para depósitos de más de 300 l el diseño de un profesional competente.

EXPANSIÓN Y SEGURIDAD El diseño de la instalación deberá tener un sistema que absorba la dilatación del fluido y asegure un valor mínimo de la presión del circuito. Para absorber la dilatación del agua en el circuito primario se emplean los siguientes procedimientos:

− en sistemas cerrados se utilizan vasos de expansión de tipo membrana elástica presurizados por nitrógeno o aire.

− En sistemas abiertos se utiliza un vaso de expansión abierto, instalado en un lugar elevado y que puede servir como sistema de alimentación y como purga de aire.

La tubería de conexión del vaso de expansión no se aislará térmicamente y tendrá volumen suficiente para enfriar el fluido antes de alcanzar el vaso. Los datos que sirven de base para la selección del vaso son los siguientes:

− Volumen total del agua en la instalación, en litros. − Temperatura mínima de funcionamiento, para la cual se asumirá el valor de

4 ºC, a la que corresponde la máxima densidad. − Temperatura máxima que puede alcanzar el agua durante el funcionamiento

de la instalación. − Presiones mínima y máxima de servicio, en bar, cuando se trate de vasos

cerrados. − Volumen de expansión calculado en litros.

Los vasos de expansión se conectarán en la aspiración de la bomba o, en otro caso, a una altura que asegure que el fluido no se desborde y no se introduzca aire en el circuito primario. La temperatura extrema del circuito primario será, como mínimo, la temperatura de estancamiento del captador. Vasos de expansión cerrados Los vasos de expansión cerrados se dimensionarán de forma que la presión mínima en frío en el punto más alto del circuito no sea inferior a 1,5 kg/cm2 y la presión máxima en caliente en cualquier punto del circuito no supere la presión máxima de trabajo de los componentes.

El dispositivo de expansión cerrado 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%. Para evitar de manera segura la formación de vapor en la fase de funcionamiento, tiene que haber una sobrepresión de al menos 1,5 bar en los colectores en estado frío. La presión inicial del depósito de expansión es 0,1 veces mayor que la altura estática. En estado caliente, la presión de la instalación aumenta casi de 1 a 2 bar. La presión inicial del nitrógeno expresada en bares es:

PI = 1,5 bar +0,1*h Donde h es la altura estática de la instalación (m).

Vv=Vu *( PF / (PF-PI))

Donde: PF es la presión absoluta máxima de trabajo PI es la presión absoluta mínima de trabajo Vu es la capacidad útil del depósito Vv es la capacidad total del depósito La capacidad útil del depósito se calcula mediante la siguiente expresión:

Vu = Vdil + Vevap + Vres

Donde Vdil es el volumen de dilatación Vevap es el volumen del medio de transferencia de calor de todo el grupo de captadores completo incluyendo todas las tuberías de conexión de captadores más un 10 %. Vres es el volumen de reserva, se toma un 3% del volumen total del circuito (con un mínimo de 3 l).

CALCULAR EL VASO DE EXPANSIÓN DE UNA INSTALACIÓN QUE TIENE LOS SIGUIENTES ELEMENTOS: -8 BATERÍAS DE COLECTORES DE 6,8 LITROS CADA UNA -UN INTERCAMBIADOR DE 49 LITROS -70 m DE TUBERÍA DE COBRE DE Ф 22 LA ALTURA ENTRE LOS PANELES Y EL VASO ES DE 6 m. EN LOS PANELES HAY INSTALADA UNA VÁLVULA DE SEGURIDAD TARADA A 3 BAR.

Vv=Vu *( PF / (PF-PI)) Vu = Vdil + Vevap + Vres

PF=3+0,6+1= 4,6 bar PI=1,5+0,6+1= 3,1 bar V inst =8*6,8+49+70*0,314=125,38 litros

Vdil = Vinst *coeficiente de dilatación = 125,38 * 0,059 = 7,40 litros Vzona captacion = 8*6.8+35*0,314 = 65,39 litros

Vevap = 65,39 + 65,39 * 10/100 = 71,93 litros Vres = 125,38*3/100 = 3,8 litros

Vu = Vdil + Vevap + Vres = 7,40 + 71,93 + 3,8 = 83,08

Vv=Vu *( PF / (PF-PI))= 83,08* (4,6/(4,6-3,1)) = 254,77 litros

CALCULAR EL VASO DE EXPANSIÓN DE LA INSTALACIÓN ANTERIOR SI LO COLOCAMOS A LA MISMA ALTURA QUE LOS PANELES. Sólo varían las presiones: PF=3+1= 4 bar PI=1,5+1= 2,5 bar

Vv=Vu *( PF / (PF-PI))= 83,08* (4/(4-2,5)) = 221,54 litros

CALCULAR EL VASO DE EXPANSIÓN DE LA INSTALACIÓN ANTERIOR SI LO COLOCAMOS A 15 metros DEBAJO DE LOS PANELES. Sólo varían las presiones: PF=3+0,1*15+1= 5,5 bar PI=1,5+0,1*15+1= 4 bar

Vv=Vu *( PF / (PF-PI))= 83,08* (5,5/(5,5-4)) = 304.62 litros

Vasos de expansión abiertos El volumen útil del vaso de expansión abierto se determinará de forma que sea capaz de absorber la expansión completa del fluido de trabajo entre las temperaturas extremas de funcionamiento. El nivel mínimo libre de agua de los vasos de expansión abiertos se situará a una altura mínima de 2,5 metros sobre el punto más alto de la instalación. Los vasos de expansión abiertos tendrán una salida de rebosamiento. Los vasos de expansión abiertos, cuando se utilicen como sistemas de llenado o de rellenado, dispondrán de una línea de alimentación automática, mediante sistemas tipo flotador o similar. La salida de rebosamiento se situará de forma que el incremento del volumen de agua antes del rebose sea igual o mayor que un tercio del volumen del depósito. Al mismo tiempo, permitirá que, con agua fría, el nivel sea tal que al incrementar la temperatura de agua en el sistema a la temperatura máxima de trabajo, no se produzca derrame de la misma. El diámetro del rebosadero será igual o mayor al diámetro de la tubería de llenado, En todo caso, el dimensionado del diámetro del rebosadero asegurará que, con válvulas de flotador totalmente abiertas y una presión de red de 4 kg/cm2, no se produzca derramamiento de agua. Válvulas de seguridad Los circuitos presurizados deben llevar obligatoriamente válvulas de seguridad. Las válvulas de seguridad se montan sin válvulas de corte entre ellas y la parte del circuito a proteger. El escape del fluido debe ser conducido, libre y visible, de manera que se garantice que no provocará accidentes o daños. La localización delas válvulas de seguridad debe de tener en cuenta las operaciones de mantenimiento, en las cuales se independizan diversas partes de la instalación, de manera que ninguna de ellas se debe quedar sin protección. Lo habitual es colocarlas en cada una de las baterías de colectores y en cada uno de los depósitos de acumulación Los circuitos con vaso de expansión cerrado deben incorporar un sistema de llenado manual o automático que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado. 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 (si existe) − Sistemas de protección y seguridad de las instalaciones contra

sobrecalentamientos, heladas, etc... El sistema de control no debe permitir que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos. Con independencia de que realice otras funciones, el sistema de control se realizará por control diferencial de temperaturas, mediante un dispositivo electrónico (módulo de control diferencial) que compare la temperatura de captadores con la temperatura de acumulación o retorno, como por ejemplo ocurre en la acumulación distribuida.

El sistema de control se ajusta de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2 ºC y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 ºC. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no será menor de 2 ºC. De esta forma el funcionamiento de la parte solar de una instalación se optimiza. Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte superior de los captadores, de forma que representen la máxima temperatura del circuito de captación. El sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la pared inferior en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado. El sistema eléctrico y de control cumplirá con el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) en todos aquellos puntos que sean de aplicación. El usuario estará protegido contra posibles contactos directos e indirectos. Los sensores de temperaturas soportarán las máximas temperaturas previstas en el lugar en que se ubiquen. La localización e instalación de los sensores de temperatura deberá asegurar un buen contacto térmico con la parte en la cual hay que medir la misma. Para conseguirlo en el caso de las de inmersión se instalarán en contracorriente con el fluido y en un lugar donde se creen turbulencias. Se tendrá especial cuidado en asegurar una adecuada unión entre las sondas de contactos y la superficie metálica. Los sensores de temperatura deberán estar aislados contra la influencia de las condiciones ambientales que le rodean. La ubicación de las sondas ha de realizarse de forma que éstas midan exactamente las temperaturas que se desean controlar, instalándose los sensores en el interior de vainas y evitándose las tuberías separadas de la salida de los captadores y las zonas de estancamiento den los depósitos. Las instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementado con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación... o por combinación de varios mecanismos. BOMBAS La circulación del fluido caloportador desde los captadores hasta el intercambiador o los acumuladores se realiza mediante el uso de bombas de circulación. El funcionamiento de una bomba de circulación viene determinado por su curva característica, que representa la relación entre la altura manométrica (H) que proporciona la bomba y el caudal de circulación (Q). Las bombas de circulación preferentemente serán en línea y se deben montar en las zonas más frías del circuito, con el eje de rotación en posición horizontal y entre dos válvulas de corte de bola y con espacio suficiente para permitir su eventual sustitución o reparación con facilidad y sin necesidad de vaciar el circuito. Las tuberías conectadas a la bomba se soportarán adecuadamente para evitar vibraciones. Conocidos los valores del caudal Q y de la altura manométrica H se selecciona una bomba cuya curva característica esté por encima del punto de funcionamiento deseado. Las bombas en línea se instalarán con el eje de rotación horizontal y con espacio suficiente para que el conjunto motor-rodete pueda ser fácilmente desmontado. El diámetro de las

tuberías de acoplamiento no podrá ser nunca inferior al diámetro de la boca de aspiración de la bomba. Las tuberías conectadas a las bombas en línea se soportarán en las inmediaciones de las bombas de forma que no provoquen esfuerzos recíprocos. La conexión de las tuberías a las bombas no podrá provocar esfuerzos recíprocos. Es aconsejable dotar a las bombas circuladoras de tomas para la medición de presiones en aspiración e impulsión. Se recomienda montar las bombas en tramos verticales, de forma que se impida la formación de bolsas de aire en el interior de las mismas. La pérdida de carga del captador para un caudal de 1 l/min por m

2

será inferior a 1 m c.a. SISTEMA DE LLENADO Las instalaciones deben incorporar un sistema de llenado manual o automático que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado. En general, es muy recomendable la adopción de un sistema de llenado con la inclusión de un depósito de recarga u otro dispositivo. Las instalaciones que requieran anticongelante deben incluir un sistema que permita el relleno manual del mismo. 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. 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 riegos de corrosión originados por el oxígeno del aire. Es aconsejable no usar válvulas de llenado automáticas. VACIADO DEL SISTEMA Deben situarse conducciones de drenaje en los puntos más bajos de la instalación de forma que se posibilite el vaciado total o parcial de las zonas que se configuren en la instalación, evitando que puedan ser objeto de congelación. ELEMENTOS DE MEDIDA Los elementos de medida que se incorporan a la instalación proporcionan la información suficiente para que el usuario e instalador conozcan el estado de funcionamiento de la instalación. Medida de presión Las medidas de presión en circuitos de líquidos se harán con manómetros equipados con dispositivos de amortiguación de las oscilaciones de la aguja indicadora. El equipamiento mínimo de aparatos de medición será el siguiente:

− Vasos de expansión: un manómetro. − Bombas: un manómetro para la lectura de la diferencia de presión entre

aspiración y descarga de cada bomba. − Intercambiadores de calor: manómetros a la entrada y a la salida.

Medida de temperatura Las medidas de temperatura se realizarán mediante sensores de temperatura o mediante termómetros.

La medida de la diferencia de temperatura entre dos puntos del fluido de trabajo se realizará mediante los citados sensores de temperatura, debidamente conectados, para obtener de forma directa la lectura diferencial. En lo referente a la colocación de las sondas, han de ser de inmersión y estar situadas a una distancia máxima de 5 cm del fluido cuya temperatura se pretende medir. Las vainas destinadas a alojar las sondas de temperatura, deben introducirse en las tuberías siempre en contracorriente y en un lugar donde se creen turbulencias. Como mínimo, han de instalarse termómetros en las conducciones de impulsión y retorno, así como a la entrada y a la salida de los intercambiadores de calor. Medida de caudal La medida de caudales de líquidos se realizará mediante turbinas, medidores de flujo magnéticos, medidores de flujo de desplazamiento positivo, o procedimientos gravimétricos o de cualquier otro tipo, de forma que la precisión sea igual o superior a ±3% en todos los casos. Cuando exista un sistema de regulación exterior, éste estará precintado y protegido contra intervenciones fraudulentas. Se suministrarán los siguientes datos dentro de la Memoria de Diseño o Proyecto, que deberán ser facilitados por el fabricante: – Calibre del contador – Temperatura máxima del fluido – Caudales:

− en servicio continuo − máximo (durante algunos minutos) − mínimo (con precisión mínima del 5 %) − de arranque

– Indicación mínima de la esfera – Capacidad máxima de totalización – Presión máxima de trabajo – Dimensiones – Diámetro y tipo de las conexiones – Pérdida de carga en función del caudal Cuando exista, el medidor se ubicará en la entrada de agua fría del acumulador solar. Medida de energía Los contadores de energía térmica estarán constituidos por los siguientes elementos:

− Contador de caudal de agua, descrito anteriormente. − Dos sondas de temperatura. − Microprocesador electrónico, montado en la parte superior del contador o

separado. En función de la ubicación de las dos sondas de temperatura, se medirá la energía aportada por la instalación solar o por el sistema auxiliar. En el primer caso una sonda de temperatura se situará en la entrada de agua fría del acumulador solar y otra en la salida del agua caliente del mismo. Para medir el aporte de energía auxiliar, las sondas de temperatura se situarán en la entrada y salida del sistema auxiliar. El microprocesador podrá estar alimentado por la red eléctrica o mediante pilas, con una duración de servicio mínima de 3 años.

El microprocesador multiplicará la diferencia de ambas temperaturas por el caudal instantáneo de agua y su peso específico. La integración en el tiempo de estas cantidades proporcionará la cantidad de energía aportada. Generalidades

La instalación se construirá en su totalidad utilizando materiales y procedimientos de ejecución que garanticen las exigencias del servicio, durabilidad, salubridad y mantenimiento.

Se tendrán en cuenta las especificaciones dadas por los fabricantes de cada uno de los componentes.

A efectos de las especificaciones de montaje de la instalación, éstas se complementarán con la aplicación de las reglamentaciones vigentes que tengan competencia en cada caso.

Es responsabilidad del suministrador comprobar que el edificio reúne las condiciones necesarias para soportar la instalación, indicándolo expresamente en la documentación.

Es responsabilidad del suministrador el comprobar la calidad de los materiales y agua utilizados, cuidando que se ajusten a lo especificado en estas normas, y el evitar el uso de materiales incompatibles entre sí.

El suministrador será responsable de la vigilancia de sus materiales durante el almacenaje y el montaje, hasta la recepción provisional.

Las aperturas de conexión de todos los aparatos y máquinas deberán estar convenientemente protegidas durante el transporte, el almacenamiento y el montaje, hasta tanto no se proceda a su unión, por medio de elementos de taponamiento de forma y resistencia adecuada para evitar la entrada de cuerpos extraños y suciedades dentro del aparato.

Especial cuidado se tendrá con materiales frágiles y delicados, como luminarias, mecanismos, equipos de medida, etc., que deberán quedar debidamente protegidos.

Durante el montaje, el suministrador deberá evacuar de la obra todos los materiales sobrantes de trabajos efectuados con anterioridad, en particular de retales de conducciones y cables.

Asimismo, al final de la obra, deberá limpiar perfectamente todos los equipos (captadores, acumuladores, etc.), cuadros eléctricos, instrumentos de medida, etc. de cualquier tipo de suciedad, dejándolos en perfecto estado.

Antes de su colocación, todas las canalizaciones deberán reconocerse y limpiarse de cualquier cuerpo extraño, como rebabas, óxidos, suciedades, etc.

La alineación de las canalizaciones en uniones y cambios de dirección se realizará con los correspondientes accesorios y/o cajas, centrando los ejes de las canalizaciones con los de las piezas especiales, sin tener que recurrir a forzar la canalización.

En las partes dañadas por roces en los equipos, producidos durante el traslado o el montaje, el suministrador aplicará pintura rica en zinc u otro material equivalente.

La instalación de los equipos, válvulas y purgadores permitirá su posterior acceso a las mismas a efectos de su mantenimiento, reparación o desmontaje.

Una vez instalados los equipos, se procurará que las placas de características de estos sean visibles.

Todos los elementos metálicos que no estén debidamente protegidos contra la oxidación por el fabricante, serán recubiertos con dos manos de pintura antioxidante. Los circuitos de distribución de agua caliente sanitaria se protegerán contra la corrosión por medio de ánodos de sacrificio. Todos los equipos y circuitos podrán vaciarse total o parcialmente, realizándose esto desde los puntos más bajos de la instalación. Las conexiones entre los puntos de vaciado y desagües se realizarán de forma que el paso del agua quede perfectamente visible. Los botellines de purga estarán siempre en lugares accesibles y, siempre que sea posible, visibles. Los materiales de la instalación deben soportar las máximas temperaturas y presiones que puedan alcanzarse. Todos los componentes y materiales cumplirán lo dispuesto en el Reglamento de Aparatos a Presión, que les sea de aplicación. Cuando sea imprescindible utilizar en el mismo circuito materiales diferentes, especialmente cobre y acero, en ningún caso estarán en contacto, debiendo situar entre ambos juntas o manguitos dieléctricos. En todos los casos es aconsejable prever la protección catódica del acero. Los materiales situados en intemperie se protegerán contra los agentes ambientales, en particular contra el efecto de la radiación solar y la humedad. Para procesos industriales, el diseño, cálculo, montaje y características de los materiales deberán cumplir los requisitos establecidos por el proceso industrial. Se debe tener particular precaución en la protección de equipos y materiales que pueden estar expuestos a agentes exteriores especialmente agresivos producidos por procesos industriales cercanos. Montaje de estructura soporte y captadores

Si los captadores son instalados en los tejados de edificios, deberá asegurarse la estanqueidad en los puntos de anclaje. La instalación permitirá el acceso a los captadores de forma que su desmontaje sea posible en caso de rotura, pudiendo desmontar cada captador con el mínimo de actuaciones sobre los demás. Las tuberías flexibles se conectarán a los captadores utilizando, preferentemente, accesorios para mangueras flexibles. Cuando se monten tuberías flexibles se evitará que queden retorcidas y que se produzcan radios de curvatura superiores a los especificados por el fabricante. El suministrador evitará que los captadores queden expuestos al sol por períodos prolongados durante el montaje. En este período las conexiones del captador deben estar abiertas a la atmósfera, pero impidiendo la entrada de suciedad. Terminado el montaje, durante el tiempo previo al arranque de la instalación, si se prevé que éste pueda prolongarse, el suministrador procederá a tapar los captadores. Montaje de acumulador

La estructura soporte para depósitos y su fijación se realizará según la normativa vigente. La estructura soporte y su fijación para depósitos de más de 1000 l situados en cubiertas o pisos deberá ser diseñada por un profesional competente. La ubicación de los acumuladores y sus estructuras de sujeción cuando se sitúen en cubiertas de piso tendrá en cuenta las características de la edificación, y requerirá para depósitos de más de 300 l el diseño de un profesional competente. Montaje de intercambiador

Se tendrá en cuenta la accesibilidad del intercambiador, para operaciones de sustitución o reparación. Montaje de bomba

Las bombas en línea se instalarán con el eje de rotación horizontal y con espacio suficiente para que el conjunto motor-rodete pueda ser fácilmente desmontado. El acoplamiento de una bomba en línea con la tubería podrá ser de tipo roscado hasta el diámetro DN 32. El diámetro de las tuberías de acoplamiento no podrá ser nunca inferior al diámetro de la boca de aspiración de la bomba. Las tuberías conectadas a las bombas en línea se soportarán en las inmediaciones de las bombas de forma que no provoquen esfuerzos recíprocos. La conexión de las tuberías a las bombas no podrá provocar esfuerzos recíprocos (se utilizarán manguitos antivibratorios cuando la potencia de accionamiento sea superior a 700 W). Todas las bombas estarán dotadas de tomas para la medición de presiones en aspiración e impulsión. Todas las bombas deberán protegerse, aguas arriba, por medio de la instalación de un filtro de malla o tela metálica. Cuando se monten bombas con prensa-estopas, se instalarán sistemas de llenado automáticos. Montaje de tuberías y accesorios

Antes del montaje deberá comprobarse que las tuberías no estén rotas, fisuradas, dobladas, aplastadas, oxidadas o de cualquier manera dañadas. Se almacenarán en lugares donde estén protegidas contra los agentes atmosféricos. En su manipulación se evitarán roces, rodaduras y arrastres, que podrían dañar la resistencia mecánica, las superficies calibradas de las extremidades o las protecciones anti-corrosión. Las piezas especiales, manguitos, gomas de estanqueidad, etc. se guardarán en locales cerrados. Las tuberías serán instaladas de forma ordenada, utilizando fundamentalmente tres ejes perpendiculares entre sí y paralelos a elementos estructurales del edificio, salvo las pendientes que deban darse. Las tuberías se instalarán lo más próximas posible a paramentos, dejando el espacio suficiente para manipular el aislamiento y los accesorios. En cualquier caso, la distancia mínima de las tuberías o sus accesorios a elementos estructurales será de 5 cm. Las tuberías discurrirán siempre por debajo de canalizaciones eléctricas que crucen o corran paralelamente. La distancia en línea recta entre la superficie exterior de la tubería, con su eventual aislamiento, y la del cable o tubo protector no debe ser inferior a:

5 cm para cables bajo tubo con tensión inferior a 1000 V. 30 cm para cables sin protección con tensión inferior a 1000 V. 50 cm para cables con tensión superior a 1000 V.

Las tuberías no se instalarán nunca encima de equipos eléctricos, como cuadros o motores. No se permitirá la instalación de tuberías en huecos y salas de máquinas de ascensores, centros de transformación, chimeneas y conductos de climatización o ventilación. Las conexiones de las tuberías a los componentes se realizarán de forma que no se transmitan esfuerzos mecánicos. Las conexiones de componentes al circuito deben ser fácilmente desmontables mediante bridas o racores, con el fin de facilitar su sustitución o reparación. Los cambios de sección en tuberías horizontales se realizarán de forma que se evite la formación de bolsas de aire, mediante manguitos de reducción excéntricos o enrasado de generatrices superiores para uniones soldadas. Para evitar la formación de bolsas de aire, los tramos horizontales de tubería se montarán siempre con una pendiente ascendente, en el sentido de circulación, del 1 %. Se facilitarán las dilataciones de tuberías utilizando los cambios de dirección o dilatadores axiales. Las uniones de tuberías de acero podrán ser por soldadura o roscadas. Las uniones con valvulería y equipos podrán ser roscadas hasta 2O; para diámetros superiores se realizarán las uniones por bridas. En ningún caso se permitirán ningún tipo de soldadura en tuberías galvanizadas. Las uniones de tuberías de cobre se realizarán mediante manguitos soldados por apilaridad. En circuitos abiertos el sentido de flujo del agua deberá ser siempre del acero al cobre. El dimensionado, distancias y disposición de los soportes de tubería se realizará de acuerdo con las prescripciones de UNE 100.152. Durante el montaje de las tuberías se evitarán en los cortes para la unión de tuberías, las rebabas y escorias. En las ramificaciones soldadas el final del tubo ramificado no debe proyectarse en el interior del tubo principal. Los sistemas de seguridad y expansión se conectarán de forma que se evite cualquier acumulación de suciedad o impurezas. Las dilataciones que sufren las tuberías al variar la temperatura del fluido, deben compensarse a fin de evitar roturas en los puntos más débiles, que suelen ser las uniones entre tuberías y aparatos, donde suelen concentrarse los esfuerzos de dilatación y contracción. En las salas de máquinas se aprovecharán los frecuentes cambios de dirección, para que la red de tuberías tenga la suficiente flexibilidad y pueda soportar las variaciones de longitud. En los trazados de tuberías de gran longitud, horizontales o verticales, se compensarán los movimientos de tuberías mediante dilatadores axiales. Montaje de aislamiento

El aislamiento no podrá quedar interrumpido al atravesar elementos estructurales del edificio. El manguito pasamuros deberá tener las dimensiones suficientes para que pase la conducción con su aislamiento, con una holgura máxima de 3 cm. Tampoco se permitirá la interrupción del aislamiento térmico en los soportes de las conducciones, que podrán estar o no completamente envueltos por el material aislante.

El puente térmico constituido por el mismo soporte deberá quedar interrumpido por la interposición de un material elástico (goma, fieltro, etc.) entre el mismo y la conducción. Después de la instalación del aislamiento térmico, los instrumentos de medida y de control, así como válvulas de desagües, volante, etc., deberán quedar visibles y accesibles. Las franjas y flechas que distinguen el tipo de fluido transportado en el interior de las conducciones se pintarán o se pegarán sobre la superficie exterior del aislamiento o de su protección. Montaje de contadores

Se instalarán siempre entre dos válvulas de corte para facilitar su desmontaje. El suministrador deberá prever algún sistema (baipás o carrete de tubería) que permita el funcionamiento de la instalación aunque el contador sea desmontado para calibración o mantenimiento. En cualquier caso, no habrá ningún obstáculo hidráulico a una distancia igual, al menos, a diez veces el diámetro de la tubería antes del contador, y a cinco veces después del mismo. Cuando el agua pueda arrastrar partículas sólidas en suspensión, se instalará un filtro de malla fina antes del contador, del tamiz adecuado. Montaje de instalaciones por circulación natural

Los cambios de dirección en el circuito primario se realizarán con curvas con un radio mínimo de tres veces el diámetro del tubo. Se cuidará de mantener rigurosamente la sección interior de paso de las tuberías, evitando aplastamientos durante el montaje. Se permitirá reducir el aislamiento de la tubería de retorno, para facilitar el efecto termosifón. Pruebas de estanqueidad del circuito primario

El procedimiento para efectuar las pruebas de estanqueidad comprenderá las siguientes fases:

1. Preparación y limpieza de redes de tuberías. Antes de efectuar la prueba de

estanqueidad las tuberías deben ser limpiadas internamente, con el fin de eliminar los residuos procedentes del montaje, llenándolas y vaciándolas con agua el número de veces que sea necesario. Deberá comprobarse que los elementos y accesorios del circuito pueden soportar la presión a la que se les va a someter. De no ser así, tales elementos y accesorios deberán ser excluidos.

2. Prueba preliminar de estanqueidad. Esta prueba se efectuará a baja presión, para

detectar fallos en la red y evitar los daños que podría provocar la prueba de

resistencia mecánica.

3. Prueba de resistencia mecánica La presión de prueba será de una vez y media la

presión máxima de trabajo del circuito primario, con un mínimo de 3 bar,

comprobándose el funcionamiento de las válvulas de seguridad. Los equipos,

aparatos y accesorios que no soporten dichas presiones quedarán excluidos de la

prueba. La prueba hidráulica de resistencia mecánica tendrá la duración suficiente

para poder verificar de forma visual la resistencia estructural de los equipos y

tuberías sometidos a la misma. 4. Reparación de fugas

La reparación de las fugas detectadas se realizará sustituyendo la parte defectuosa o averiada con material nuevo. Una vez reparadas las anomalías, se volverá a comenzar desde la prueba preliminar. El proceso se repetirá tantas veces como sea necesario.

CONCEPTOS SOBRE INSTALACIONES Instalaciones solares ACS Sistemas por termosifón: La circulación, en el circuito primario solar se efectúa por convección natural, debido a las diferencias de densidad entre el fluido calorportante, caliente-frío. El fluido asciende al calentarse, al llegar al acumulador transfiere el calor al agua acumulada y vuelve, más frío al captador. Este principio se denomina circulación por termosifón. Las instalaciones por termosifón funcionan sin ningún tipo de control y/o regulación, o sea sin necesidad de energía eléctrica auxiliar. Este sistema es el más utilizado en países situados en zonas cálidas, con poco o nulo riesgo de heladas y en las que el acumulador se puede instalar en el exterior. Hay que distinguir dos sistemas, directos, el agua de consumo pasa directamente por el colector e indirectos, el acumulador incorpora un intercambiador, normalmente de doble envolvente, de manera que existe un circuito primario, colector-acumulador, y un circuito secundario, el agua acumulada. En nuestros País, no están permitidos los sistemas directos. Normalmente, son sistemas prefabricados que se montan en obra y que se suministran como un solo conjunto, con los diferentes componentes: 1 ó 2 colectores, el acumulador y los accesorios de conexión y seguridad. En determinadas zonas de nuestro país, tienen una gran aceptación. Importante: los equipos prefabricados han de estar ensayados y certificados según EN 12976. Es muy importante, en instalaciones que funcionen por circulación natural, el correcto diseño de los distintos componentes y circuitos que integran el sistema, de forma que no se introduzcan grandes pérdidas de carga y se desfavorezca la circulación del fluido por termosifón. Para esto se recomienda prestar atención a:

− El diseño del captador y su conexionado. Preferentemente se instalarán captadores con conductos distribuidores horizontales y sin cambios complejos de dirección de los conductos internos.

− El trazado de tuberías. Deberá ser de la menor longitud posible, situando el acumulador cercano a los captadores. En ningún caso el diámetro de las tuberías será inferior a DN15. En general, dicho diámetro se calculará de forma que corresponda al diámetro normalizado inmediatamente superior al necesario en una instalación equivalente con circulación forzada.

− El sistema de acumulación. Depósitos situados por encima de la batería de captadores favorecen la circulación natural. En caso de que la acumulación esté situada por debajo de la batería de captadores, es muy importante utilizar algún tipo de dispositivo que, sin introducir pérdidas de carga adicionales de consideración, evite el flujo inverso no intencionado.

Esquema básico funcionamiento por termosifón Instalaciones de circulación forzada: Estos sistemas incorpora dos componentes básicos: una bomba circuladora y un termostato diferencial. La bomba se conecta cuando existe un diferencial positivo entre la temperatura del colector y la del acumulador, en el punto donde está ubicada la sonda, éste valor es programable y oscila entre 4 y 8 °C. Por el contrario, la bomba se desconecta cuando la temperatura del colector es inferior a la de la temperatura del agua acumulada, por ejemplo -3°C. En el supuesto de que con le sistema solar no se llegue a la temperatura mínima deseada, entraría en funcionamiento el sistema de apoyo. El CTE, prohíbe expresamente, que los sistemas de apoyo con energía tradicional estén en el mismo acumulador solar. Se aconseja sistemas de apoyo con calentamiento instantáneo, al paso, para calentar, exclusivamente, el agua que se utiliza. En todos los casos, y para optimizar el rendimiento de la instalación se debería acumular a 65°C y colocar una válvula termostática a la salida de ACS, para distribuir a 45°C y prevenir riesgos de quemaduras.

Sistemas de vaciado automático “drain-back”

La diferencia fundamental respecto a los otros sistemas solares térmicos, consiste básicamente en el vaciado del fluido de los captadores y de las tuberías cuando para la bomba. El fluido se deposita en un recipiente, normalmente integrado en el acumulador, en la parte inferior de la instalación. Si los colectores alcanzan un nivel de temperatura aprovechable, la bomba se pone en marcha introduciendo a presión el fluido en el captador y el aire en el recipiente recolector. Cuando se desconecta la bomba los colectores se vuelven a vaciar y así se repite en cada uno de los ciclos de paro y marcha de la bomba de carga solar. La principal ventaja del sistema es que al vaciar la instalación se evita la ebullición en caso de estancamiento, también la posible congelación, aunque esto ya lo evita un anticongelante convencional. Dado que el circuito primario no está totalmente lleno, ni presurizado se puede prescindir del uso de componentes necesarios en otras instalaciones: manómetros, vasos de expansión, purgadores y válvulas de retención. Lo habitual es que el propio acumulador incorpore todos los elementos necesarios: bomba, centralita de control diferencia y válvulas de llenado y vaciado. Hay que tener en cuenta el consumo más elevado de la bomba respecto a los sistemas convencionales ya que ésta, al conectarse, debe superar, además de las pérdidas de carga del sistema, la presión estática (diferencia de altura entre el acumulador y el captador) por lo que se aconseja poner el acumulador lo más cerca posible del captador, lo que en la

mayoría de los casos no es posible. Por lo general son bombas más caras, requieren mayor mantenimiento y una vida útil más corta. Lo ideal sería utilizar bombas centrífugas con regulación de caudal variable mediante el control solar para reducir al máximo el consumo. El montaje de las tuberías se ha de realizar con el mayor cuidado ya que si éste no se puede vaciar por completo la instalación no funcionará de manera correcta. Se han de colocar siempre con un desnivel mínimo del 4%, de manera que, por gravedad, se pueda sacar todo el aire de los captadores.

El volumen del circuito primario que queda por encima de la unidad no debe exceder de su capacidad. Cálculo del volumen en la parte superior: Volumen = Número de colectores x Volumen del fluido del colector + Volumen de Tuberías Al tratarse, por tanto, de un sistema de autovaciado de los colectores la línea de tuberías debe cumplir ciertos requisitos: Evitar sifones en las tuberías tanto de ida como de retorno.

Instalar las tuberías con una inclinación mínima de 3º para que el fluido descienda por las tuberías cuando se desactive la bomba de impulsión.

Al igual que en el resto del circuito, también en el campo de colectores se debe evitar que existan sifones. Los colectores deberán instalarse con el ángulo correspondiente a la zona climática y aplicación.

Los colectores deberán instalarse a nivel para evitar sifones y facilitar el vaciado. En sistemas donde se utilizan 1-3 colectores de parrilla o arpa las tomas de las partes inferiores de los captadores deberán estar unidos entre si con accesorios que no reduzcan el diámetro interior de salida de los colectores solares. De esta forma evitaremos que el propio accesorio genere un sifón en la parte inferior del colector que unimos. Los colectores no se deben instalar en serie.

Elementos que no son necesarios instalar: - Purgadores automáticos. - Vaso de expansión.

Sistema de apoyo con caldera y acumulador auxiliar

Configuración con acumulador de ACS, centralizado El agua sanitaria, precalentada procedente del acumulador se distribuye a cada vivienda mediante una red de distribución, en circulación permanente mediante circuito de recirculación. Para repartir entre los vecinos el gasto de ACS es imprescindible disponer de un contador de agua a la entrada de cada una de las viviendas. La compañía distribuidora facturará a la comunidad y ésta a cada uno de los vecinos. Importante, el RITE obliga a que éste tipo de instalaciones dispongan de un sistema auxiliar de energía, por ejemplo: resistencia eléctrica de inmersión en el acumulador, que permita, realizar periódicamente el tratamiento “anti-legionella”.

Configuración con intercambiador en vivienda La comunidad gestiona, exclusivamente, el mantenimiento de la instalación solar. Al diseñar el circuito de distribución se han de tener en cuenta los coeficientes de simultaneidad de los consumos de cada vivienda. Es conveniente equipar los intercambiadores en vivienda con válvulas de regulación termostáticas que regulen el caudal del primario en función de la demanda puntual del usuario, equipados con by-pass, para asegurar la respuesta inmediata de la temperatura. La separación de los circuitos hace a éste sistema especialmente seguro contra la legionella. Al gestionar primarios los acumuladores pueden ser de acero negro, mucho más económicos.

Configuración con intercambiador en vivienda