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Trabajo Fin de Grado

Memoria Descriptiva Instalación de energía solar para producción de ACS en una

RESIDENCIA DE ESTUDIANTES

AUTOR: Alejandro Berro Ramírez

TUTOR: José Júlio Guerra Macho

INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR PARA PRODUCCIÓN DE ACS Memoria Descriptiva

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 5

1.1. PETICIONARIO ............................................................................................................ 5 1.2. ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ........................................... 5 1.3. OBJETO ......................................................................................................................... 5 1.4. JUSTIFICACIÓN DE USO ............................................................................................ 5

RADIACIÓN SOLAR ...................................................................................................... 6

INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA ACS .. .................... 6

DESCRIPCIÓN DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA ...... .......................... 8

1.5. ESQUEMA ..................................................................................................................... 8 1.6. SISTEMA DE CAPTACIÓN SOLAR ......................................................................... 10 1.6.1. TIPO DE CAPTADORES SOLARES ................................................................. 10 1.6.2. CAPTADOR SOLAR PLANO Y DE TUBOS DE VACÍO ................................ 10 1.6.2.1. CAPTADOR SOLAR PLANO: COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO .. 11 1.6.2.2. CLASIFICACIÓN Y PÉRDIDAS DEL CAPTADOR ....................................... 14 1.6.2.3. RENDIMIENTO DEL CAPTADOR .................................................................. 16 1.6.2.4. CAPTADOR DE PANEL DE TUBOS DE VACÍO ........................................... 18

1.6.3. CONEXIÓN ENTRE CAPTADORES ................................................................ 20 1.6.4. DISTANCIA MÍNIMA ENTRE CAPTADORES Y SOMBRAS ....................... 23 1.6.5. ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN .................................................................... 26 1.6.5.1. IMPLANTACIÓN DE CAPTADORES EN CUBIERTA ................................. 29

1.7. EL ACUMULADOR .................................................................................................... 30 1.7.1. TIPOLOGÍA DE ACUMULADORES ................................................................ 31 1.7.2. FUNCIONAMIENTO Y DISEÑO ...................................................................... 33 1.7.3. CONEXIÓN ENTRE ACUMULADORES ......................................................... 34

1.8. EL INTERCAMBIADOR DE CALOR ....................................................................... 36 1.8.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES ................................................................... 36 1.8.2. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS .............................................................. 38

1.9. SUBSISTEMA DE APOYO: ENERGÍA AUXILIAR ................................................ 39 1.10. CIRCUITO HIDRÁULICO .............................................................................. 40 1.10.1. CIRCUITO PRIMARIO SOLAR ......................................................................... 40 1.10.2. CIRCUITO SECUNDARIO SOLAR .................................................................. 40 1.10.3. FLUIDO CALOPORTADOR .............................................................................. 40 1.10.4. TUBERÍAS........................................................................................................... 41 1.10.5. AISLAMIENTO ................................................................................................... 42 1.10.6. BOMBA DE CIRCULACIÓN ............................................................................. 43 1.10.7. VASO DE EXPANSIÓN ..................................................................................... 44 1.10.7.1. MÉTODO DE CÁLCULO PARA VASO DE EXPANSIÓN .......................... 45

1.10.8. PURGADOR DE AIRE ....................................................................................... 48 1.10.9. SISTEMA DE LLENADO Y VACIADO ............................................................ 49 1.10.10. VÁLVULAS......................................................................................................... 49 1.10.11. ACCESORIOS HIDRÁULICOS ......................................................................... 52


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1.11. SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL ................................................. 53

MÉTODO F-Chart ......................................................................................................... 56

1.12. CORRECCIÓN POR ALMACENAMIENTO.................................................. 58 1.13. CORRECCIÓN POR INTERCAMBIADOR.................................................... 59 1.14. CORRECCIÓN POR CONSUMO DE ACS ..................................................... 60 1.15. METODOLOGÍA DE CÁLCULO ................................................................... 60

JUSTIFICACIÓN Y ELECCIÓN DE EQUIPOS ....................................................... 61

1.16. ELECCIÓN DEL SISTEMA ............................................................................. 62 1.17. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA ............................................................ 63 1.18. DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA ........................................................... 63 1.19. ZONA CLIMÁTICA Y RADIACIÓN SOLAR................................................ 65 1.20. SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN .................................................................... 65 1.21. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN ............................................................. 66 1.22. SUBSISTEMA DE TERMOTRANSFERENCIA ............................................ 67 1.23. FRACCIÓN DE COBERTURA SOLAR MENSUAL ..................................... 67 1.24. FRACCIÓN DE COBETURA SOLAR ANUAL ............................................. 68 1.25. CIRCUITO HIDRÁULICO .............................................................................. 69 1.26. SUBSISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR ..................................................... 71

CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVA ...................... ............................................ 73

1.27. CUMPLIMIENTO DEL CTE HE4 ................................................................... 73

INFORMACIÓN TÉCNICA DE EQUIPOS ................................................................ 77

1.28. CAPTADOR ...................................................................................................... 77 1.29. INTERACUMULADOR SOLAR ..................................................................... 79 1.30. BOMBA DE RECIRCULACIÓN ..................................................................... 82 1.31. INTERACUMULADOR CONVENCIONAL .................................................. 84 1.32. CALDERA DE APOYO ................................................................................... 87 1.33. SISTEMA DE CONTROL DE CAPTADORES .............................................. 90

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................... 101


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INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Esquema de una instalación solar térmica para ACS .............................................. 9 Ilustración 2: Circulación directa sin bomba o por termosifón ................................................... 10 Ilustración 3:Circulación indirecta con bomba o por circulación forzada .................................. 11 Ilustración 4: Componentes de un captador solar plano .............................................................. 12 Ilustración 5: Superficies de un captador solar plano .................................................................. 14 Ilustración 6: Intercambios energéticos de un captador solar plano............................................ 16 Ilustración 7: Pérdidas de un captador solar plano ...................................................................... 17 Ilustración 8: Curva de rendimiento de dos captadores solares .................................................. 19 Ilustración 9: Captador de panel de tubos de vacio ..................................................................... 20 Ilustración 10: Conexión en serie de captadores ......................................................................... 22 Ilustración 11: Conexión en paralelo de captadores .................................................................... 22 Ilustración 12: Conexión en serie de dos baterías de captadores ................................................ 22 Ilustración 13: Conexión en paralelo de dos baterías de captadores ........................................... 23 Ilustración 14: Conexión de baterías en retorno invertido .......................................................... 24 Ilustración 15: Distancia entre baterías de captadores ............................................................... 25 Ilustración 16: Pérdidas por orientación e inclinación ................................................................ 27 Ilustración 17: Movimiento que describe el Sol .......................................................................... 27 Ilustración 18: Pérdidas máximas con respecto a la inclinación óptima ..................................... 28 Ilustración 19: Pérdida de energía con respecto a varias inclinaciones ....................................... 29 Ilustración 20: Cubierta mediante bancada de hormigón ............................................................ 30 Ilustración 21: Apoyo para captadores VIESSMANN ................................................................ 31 Ilustración 22: Tipos de Acumuladores ...................................................................................... 34 Ilustración 23: Esquema de Acumulador .................................................................................... 36 Ilustración 24: Conexión entre captadores .................................................................................. 36 Ilustración 25: Intercambiador de placas .................................................................................... 39 Ilustración 26: Intercambiador de carcasa y tubos ...................................................................... 39 Ilustración 27: Esquema vaso de expansión ................................................................................ 46 Ilustración 28: Ejemplo comportamiento vaso de expansión con la temperatura ............... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 29: Dispositivo de llenado ......................................................................................... 47 Ilustración 30: Válvula de corte .................................................................................................. 49 Ilustración 31: Válvula de seguridad ........................................................................................... 49 Ilustración 32:Válvula de Regulación ......................................................................................... 50 Ilustración 33:Válvula termostática ............................................................................................ 51 Ilustración 34: Esquema de sistema de control ........................................................................... 54 Ilustración 35: Gráfico método F-Chart ...................................................................................... 56 Ilustración 36: Factor de corrección por almacenamiento .......................................................... 57 Ilustración 37: Corrección por intercambiador ........................................................................... 58 Ilustración 38: Esquema instalación centralizada ....................................................................... 61 Ilustración 39: Demanda ACS de la instalación .......................................................................... 63 Ilustración 40 :Demanda de Energía térmica de la instalación ................................................... 63 Ilustración 41: Radiación solar en superficie inclinada ............................................................... 64


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Ilustración 42: Comparativa de captadores solares planos para elección .................................... 65 Ilustración 43: Fracción de la cobertura mensual de la demanda de energía térmica ................. 66 Ilustración 44: Resumen cobertura solar mensual, demanda de energía térmica y apoyo auxiliar ..................................................................................................................................................... 67 Ilustración 45: Gráfica resumen de cobertura solar ..................................................................... 67 Ilustración 46: Pérdida de carga en circuitos hidráulicos ............................................................ 68 Ilustración 47: Tuberías forradas de aluminio ............................................................................. 69 Ilustración 48: Esquema de la Instalación ................................................................................... 71 Ilustración 49: Resumen de la Instalación ................................................................................... 72


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1. Introducción

1.1 Peticionario

La supervisión y tutela de este proyecto la ha realizado Don José Julio Guerra Macho, profesor del departamento de Termotécnia de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros.

1.2 Antecedentes y Descripción del edificio

El presente proyecto se realiza cumpliendo la normativa de instalaciones de energía solar térmica para dotar de agua caliente sanitaria a una residencia de estudiantes, usando esta agua para baños, duchas, cocinas etc.

La instalación se llevará a cabo, como hemos dicho, en una residencia de estudiantes situada en la provincia de Sevilla. Este edificio cuenta con suministro de agua, luz y alcantarillado. Su ubicación la he decidido yo ya que la empresa que proporciona los planos para la realización del proyecto no nos la ha facilitado. Luego la sitúo en una parcela con suficiente área para albergar la construcción de dicha instalación y la cual queda definida en los planos del proyecto. Su localización es Carretera de Utrera Nº 1, junto al hipermercado Carrefour.

1.3 Objeto

El objeto del presente proyecto es la instalación de energía solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) para un edificio cuyo uso es el de residencia para estudiantes. Este edificio cuenta con tres plantas y sótano. El agua caliente se usará en los cuartos de baños, donde existirán duchas, lavabos, retretes, etc. y electrodomésticos como lavaplatos, fregaderos etc. En los planos de este edificio no aparecen calderas convencionales para la producción de ACS, luego calcularé y elegiré el sistema convencional de calderas de acuerdo con la normativa así como el depósito de acumulación convencional de ACS. Todo el sistema de distribución convencional de ACS como bombas, tuberías, etc. se considera existentes en nuestra instalación.

Todo el diseño y cálculo de la instalación se ha llevado a cabo acorde con la normativa del Reglamento de Instalaciones Térmicas en la Edificación (RITE) y el Código Técnico de la Edificación (CTE).

1.4 Justificación de uso

Usar este tipo de energías trae consigo ventajas al consumidor final tanto económicas como desde el punto de vista ambiental.

Un parámetro importante que se ha tenido en cuenta en la incorporación de esta tecnología al edificio es la situación geográfica, es decir, en este caso la provincia de Sevilla siendo una de las zonas con mejores características para el uso de la energía solar dado que cuenta con un número de horas de sol al año relevante.


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Usando el sol como fuente de energía, los costes para producir agua caliente se verán reducidos una vez se amortice la inversión. Para ello se tendrá en cuenta la elección de materiales cuya vida útil sea lo más larga posible haciendo la inversión más rentable.

Por otro lado, el medio ambiente se mejorará con la utilización de este tipo de sistemas, porque se reducen emisiones de CO2, y además se evitan riesgos derivados del uso de otras energías que no son consideradas limpias.

2. Radiación Solar

Como una forma habitual de medir la energía, o bien la potencia, que recibimos del sol generalmente se emplea el término de radiación solar.

La radiación del sol, que se define como la energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas, se compone principalmente de dos tipos: radiación directa y radiación difusa.

La primera es la que llega a la superficie terrestre directamente desde el sol, mientras que la difusa es la parte de la radiación que resulta después de la interacción con los componentes atmosféricos. Así, en un día despejado casi toda la radiación recibida es del tipo directa, mientras que en un día nublado será radiación difusa.

De esta forma, se tiene la "irradiancia" (E) que define la potencia incidente de la radiación solar sobre la unidad de superficie, expresándose en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) en W por metro cuadrado (W/m2).

En instalaciones solares fotovoltaicas se suele emplear el concepto "horas de sol pico" como una forma de medir el aprovechamiento de la energía solar por efecto fotoeléctrico y que representa las horas de sol disponibles a una hipotética irradiancia solar constante de 1000 W/m2.

Pero si se quiere definir la radiación solar en términos de energía, entonces se emplea el concepto de "irradiación", que se define como la energía solar incidente sobre una superficie por unidad de superficie y a lo largo de un cierto período de tiempo. La irradiación en el Sistema Internacional de Unidades se mide en kWh/m2.

3. Introducción a la Energía solar Térmica para ACS

Una de las formas de aprovechamiento directo de la energía solar es la que se consigue empleando una instalación termosolar, donde la energía radiante del sol se transforma en energía térmica, es decir, calor para generar agua caliente sanitaria (ACS) destinada al consumo humano (agua que es potable).

A esta tecnología se le conoce también como conversión térmica a baja temperatura, dada que el rango de temperaturas máximas que alcanza el fluido que forma parte del sistema se sitúa en torno a los 100 ºC (T<100 ºC).


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Al principio, durante años se permitieron las instalaciones directas de circuito abierto, es decir, aquellas donde el agua de red era también el fluido primario que pasa por los captadores solares para ser calentada, y luego ser consumida por el usuario como agua caliente. Sin embargo, su uso ha venido presentando ciertas limitaciones e inconvenientes en su funcionamiento, higiene y durabilidad, hasta que en la actualidad casi ninguna legislación nacional lo permite.

Lo más común es emplear sistemas termosolares de circuitos cerrados e independientes (al menos dos, un circuito primario y otro secundario), donde el agua de consumo no pasa directamente por los colectores solares, sino que es un fluido caloportador el que circula por el circuito primario pasando por los captadores solares para ganar energía térmica, y posteriormente, a través de un intercambiador de calor, ceder el calor al agua de consumo que forma parte de un circuito secundario e independiente. Por tanto, ambos fluidos, fluido caloportador de trabajo y el agua de red, nunca se mezclan.

De esta manera, todo sistema termosolar estará constituido, al menos en la versión más simplificada, por dos circuitos independientes: un circuito primario por donde va el fluido de trabajo caloportador (realmente es un líquido anticongelante para resistir las heladas del exterior) que al pasar por una batería de tubos situados dentro de los captadores solares, se calienta y aumenta su temperatura por la radiación solar recibida.

Posteriormente el circuito primario llega hasta un intercambiador, que en los sistemas más sencillos se encuentra en el interior de un depósito acumulador (en otros casos el intercambiador es de tipo externo al depósito acumulador).

En el caso de un intercambiador interno, éste se trata de un serpentín de tubos de cobre, que actúa como un intercambiador de calor, por donde circula el fluido caloportador y cede parte de ese calor ganado al agua contenida en el depósito acumulador, que proviene de la red de abastecimiento de agua, la cual se irá calentando.

Por tanto, es en el interior del acumulador, mediante el empleo de un intercambiador de calor, donde se produce la transferencia de calor entre el líquido anticongelante calentado en las placas solares y el agua de consumo, que una vez caliente, se usará en nuestra vivienda. Esta agua caliente del acumulador pasará al circuito secundario, que mediante la instalación interior de la vivienda se distribuirá a cada punto de consumo.

En caso que el agua contenida en el acumulador no alcance la temperatura de uso deseada (por falta de radiación suficiente, por ejemplo), entrará en funcionamiento automáticamente un sistema auxiliar de apoyo (caldera de gas o termo eléctrico) que se encarga de generar el calor complementario. Todo el proceso es automático y vigilado por un sistema de control que será necesario instalar.

El agua caliente que se obtiene en una instalación termosolar se emplea en los edificios para usos sanitarios (baños, duchas, etc.) y para otros usos de limpieza (fregado de platos, lavadora, lavavajillas, fregado de suelos, etc.), de ahí que las instalaciones termosolares sean de gran aplicación en viviendas y en otras edificaciones

INSTALACIÓN DE ENERG

tales como hoteles, hospitales, comedores y restaurantes, vestuarios y en general en edificios donde el uso del agua caliente sea necesario.

4. Descripción de una instalación solar

4.1 Esquema

La producción de agua apoyo auxiliar puede realizarse siguiendo diferentes esquemas de principio. No obstante, en todos ellos pueden identificarse las siguientes partes esenciales:

- Un subsistema de captación- Un subsistema de intercambio y acumulación- Un subsistema de apoyo

Finalmente existen unos elementos de regulación que se encargan de hacer actuar los diferentes componentes de la instalación de forma adecuada, con la finalidad de garantizar la calidad del servicio de agua caliente aprovechando al máximo la energía solar disponible.

Básicamente el esquema de una instalación solar térmica de baja temperatura para ACS es el siguiente:

Ilustración 1

En esta imagen se pueden apreciar los elementos fundamentales de la instalación. El agua proviene de la red de distribución y se caliente a su paso por los captadores solares. Esta agua calentada se almacena en el depósito y de ahí se diPara la producción de ACS existen dos configuraciones básicas:


tales como hoteles, hospitales, comedores y restaurantes, vestuarios y en general en edificios donde el uso del agua caliente sea necesario.

Descripción de una instalación solar térmica

La producción de agua caliente sanitaria mediante la utilización de energía solar y apoyo auxiliar puede realizarse siguiendo diferentes esquemas de principio. No obstante, en todos ellos pueden identificarse las siguientes partes esenciales:

Un subsistema de captación subsistema de intercambio y acumulación

Un subsistema de apoyo

Finalmente existen unos elementos de regulación que se encargan de hacer actuar los diferentes componentes de la instalación de forma adecuada, con la finalidad de garantizar la

vicio de agua caliente aprovechando al máximo la energía solar disponible.

Básicamente el esquema de una instalación solar térmica de baja temperatura para ACS

1: Esquema de una instalación solar térmica para ACS

En esta imagen se pueden apreciar los elementos fundamentales de la instalación. El agua proviene de la red de distribución y se caliente a su paso por los captadores solares. Esta agua calentada se almacena en el depósito y de ahí se distribuirá para su posterior consumoPara la producción de ACS existen dos configuraciones básicas:

Memoria Descriptiva

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tales como hoteles, hospitales, comedores y restaurantes, vestuarios y en general en

caliente sanitaria mediante la utilización de energía solar y apoyo auxiliar puede realizarse siguiendo diferentes esquemas de principio. No obstante, en

Finalmente existen unos elementos de regulación que se encargan de hacer actuar los diferentes componentes de la instalación de forma adecuada, con la finalidad de garantizar la

vicio de agua caliente aprovechando al máximo la energía solar disponible.

Básicamente el esquema de una instalación solar térmica de baja temperatura para ACS

En esta imagen se pueden apreciar los elementos fundamentales de la instalación. El agua proviene de la red de distribución y se caliente a su paso por los captadores solares. Esta

stribuirá para su posterior consumo.


1. Circulación directa sin bomba o por termosifóninstalaciones el movimiento del fluido de trabajo se produce por variaciones de densidad del mismo, debido a las fluctuaciones en temperatura del fluido (convección natural).

Ilustración

2. Circulación indirecta con bomba o por circulación forzada

de instalaciones el movimiento del agua se produce por la utilización de una bomba de trabajo.


Circulación directa sin bomba o por termosifón: en este tipo de instalaciones el movimiento del fluido de trabajo se produce por variaciones de

del mismo, debido a las fluctuaciones en temperatura del fluido (convección

Ilustración 2: Circulación directa sin bomba o por termosifón

Circulación indirecta con bomba o por circulación forzadade instalaciones el movimiento del agua se produce por la utilización de una bomba

Memoria Descriptiva

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: en este tipo de instalaciones el movimiento del fluido de trabajo se produce por variaciones de

del mismo, debido a las fluctuaciones en temperatura del fluido (convección

Circulación indirecta con bomba o por circulación forzada: en este tipo de instalaciones el movimiento del agua se produce por la utilización de una bomba


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Ilustración 3:Circulación indirecta con bomba o por circulación forzada

4.2 Sistemas de captación solar

El sistema de captación es el elemento de la instalación encargado de captar la energía proveniente del Sol y transmitírsela al fluido caloportador. Es el componente principal de una instalación solar térmica

4.2.1 Tipos de Captadores Solares

Un captador solar, también llamado colector solar, es cualquier dispositivo diseñado para recoger la energía radiada por el sol y convertirla en energía térmica. Los colectores se dividen en dos grandes grupos: los captadores de baja temperatura (alcanza un máximo de 50 ºC), usados fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y ACS, y los colectores de alta temperatura (alcanza un máximo de 150 ºC), conformados mediante espejos, y utilizados generalmente para producir vapor que mueve una turbina que generará energía eléctrica.

Los tipos fundamentales de captadores son:

- Captador solar plano: consistente en una caja plana metálica por la que circula el fluido que se calienta a su paso por el panel, puede ser a su vez protegido o no protegido.

- Panel de tubos de vacío: donde la superficie captadora está aislada del exterior por un doble tubo de vidrio que crea una cámara de vacío. 196 % más eficientes que los captadores planos por su forma cilíndrica que hace siempre recibir siempre los rayos perpendicularmente.

4.2.2 Captador Solar Plano y de Tubos de vacío

Un captador solar plano, también llamado colector solar o panel solar térmico, es un dispositivo que sirve para aprovechar la energía de la radiación solar, transformándola en energía térmica de baja temperatura para usos domésticos o comerciales (calefacción, agua caliente, y climatización de piscinas, fundamentalmente).

Estos captadores constan principalmente de una cubierta transparente, de un absorbedor metálico, de material aislante y de una caja o carcasa exterior que contiene los elementos anteriores. Además incluye conexiones para tuberías, que circulan dentro del captador.


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4.2.2.1 Captador Solar Plano: Componentes y Principio de Funcionamiento

Ilustración 4: Componentes de un captador solar plano

Convertidor de Energía:

En caso del colector de líquido el convertidor se compone de placa absorbente y conductos de fluido térmico. En el caso del colector de aire el convertidor es la placa absorbente. La placa absorbente intercepta la radiación solar que deja pasar la cubierta y la transforma en calor. En los colectores sin cubierta la radiación alcanza directamente, a través del aire contenido en el conducto, la placa absorbente. En los colectores de líquido el convertidor está constituido por una placa plana en la que se han insertado una red de conductos por las que circula el fluido térmico. Al chocar la radiación con la placa se transforma en calor. Este calor se transfiere después al fluido térmico que circula por los conductos. Los materiales más usados son para construir la placa y sus conductos son el cobre y el acero inoxidable, por sus buenas propiedades térmicas, resistencia a La corrosión, etc.

Si el fluido circula por una única tubería que lo distribuye por toda la placa se denomina en serie (como un serpentín). Si existen dos conductos, uno de entrada y otro de salida que se conectan con unos cuantos tubos que circulan por la placa, se denomina en paralelo. Debe presentar un buen equilibrado hidráulico, el cual debe ser el mismo a través del absorbedor para


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que no disminuya el rendimiento del mismo. También debe producirse la circulación del fluido en régimen turbulento, para que la transferencia de calor sea más favorable.

La radiación interceptada por la cubierta se transmite y alcanza la placa absorbente del convertidor, transformándose en calor. Como es sabido, el cuerpo que absorbe más radiación es el cuerpo negro. Por lo tanto es conveniente que la cubierta tienda a comportarse como un cuerpo negro para así aumentar su capacidad de absorción de la radiación. Esto se tiene en cuenta al elegir el tipo de recubrimiento del convertidor para que su coeficiente de absorción α sea del orden de 0,9-0,95. Debido a que la placa del convertidor alcanza temperaturas ligeramente altas, se convierte en emisora de radiación que es energía perdida. Para minimizar estas pérdidas y para aumentar la absorción de radiación, se usan los denominados recubrimientos selectivos que suelen estar formados por una capa delgada de óxido metálico, de color negro, con baja emisividad de radiación térmica y gran coeficiente de absorción. La superficie selectiva con mejores resultados se ha desarrollado depositando una capa de níquel sobre el absorbedor y sobre ésta una capa de óxido de cromo extremadamente fina. El coeficiente de absorción de las superficies selectivas ronda el 0,95 y el de emisividad 0,1.

La mayoría de los captadores solares presentes en el mercado español tienen una superficie comprendida entre 1,5 y 2,5 ��. En este punto debe tenerse en cuenta que existen diferentes definiciones para el área de una captador solar.

- La superficie del absorbedor: es el área máxima de la superficie del absorbedor. - La superficie de apertura: es el área máxima del captador por la que penetra la

radiación solar perpendicular al captador. - La superficie total: es el área máximo de proyección del captador completo, sin

incluir los soportes y tubos de conexión hidráulica.

Tal y como se ve en la siguiente figura la superficie de apertura es, en general, algo inferior a la superficie total, y mayor que la superficie del absorbedor. En captadores planos con cubiertas de vidrio, estas diferencias pueden ser del orden del 5 al 10 %.


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Ilustración 5: Superficies de un captador solar plano

Aislamiento Térmico:

Al encontrarse el convertidor a una temperatura superior a la del ambiente, se transfiere de forma espontánea calor a la atmósfera. La emisión de calor por la cara que recibe la radiación es mitigada por el efecto invernadero. Para reducir la emisión de calor por la cara posterior se instala una lámina de asilamiento térmico, de 4 cm o 5 cm de espesor, entre la cara posterior y la caja. El aislamiento cumple la función de disminuir las pérdidas de calor desde el convertidor hasta el ambiente que lo rodea.

La capacidad para impedir que el calor se fugue depende de las propiedades físicas del aislante. Las principales son: conductividad térmica, densidad aparente, comportamiento ante la humedad, estabilidad térmica, etc.

Actualmente los materiales aislantes más utilizados son la lana de roca, la lana mineral y la fibra de vidrio. Además se usan paneles laminados de poliuretano rígido expandido combinado con lana mineral para así poder soportar las elevadas temperaturas.

Caja:

La caja aloja el conjunto de componentes que constituyen el colector. Su función principal es asegurar la estanquidad del colector ya que si no podría originar pérdidas por fugas de calor y también impedir que entre humedad si hay componentes que se dañen con ella. Además se evita el contacto con contaminantes que puedan corroer el entrar en contacto con el convertidor. Si hay humedad dentro, puede empañar los cristales haciendo disminuir la transmitancia de los cristales y reduciendo el flujo de radiación disminuyendo con ello el rendimiento del colector.

La caja tiene que aguantar las condiciones corrosivas a las que es sometido por parte de la atmósfera. Ha de ser duradera y soportar el paso del tiempo con el mínimo deterioro posible. Suele ser de acero galvanizado con tratamiento de anodizado.

Cubierta Transparente:


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La cubierta del colector es transparente y cumple una doble misión. La primera, atenuar las pérdidas de calor del convertidor impidiendo, en lo posible, el paso de la radiación que éste emite; la segunda, evitar que el aire exterior esté en contacto con el convertidor provoque pérdidas por convección.

La atenuación de las pérdidas de calor por radiación desde la superficie del absorbedor puede lograrse aprovechando el “efecto invernadero”. Este efecto se consigue al crearse dos ambientes: uno interior, cerrado por la superficie transparente de vidrio, también puede utilizarse el plástico, y otro exterior. La radiación solar que llega del exterior se transmite a través de la superficie transparente y se propaga hasta el recinto interior, donde es interceptada en la superficie del convertidor. Al chocar la radiación se transforma en calor y la placa eleva su temperatura. Al aumentar su temperatura la placa absorbente emite radiación en una longitud de onda mayor, con menor energía, y esta radiación interior no se transmite al exterior a través de la cubierta transparente. En consecuencia queda atrapada entre la placa y la cubierta, efecto pretendido que facilita la transmisión de la radiación solar pero no permite la transmisión de la radiación de origen térmico desde la placa hacia el exterior.

Las cubiertas pueden ser de vidrio o de plástico aunque este último material tiene el inconveniente de perder sus propiedades ante los rayos ultravioleta y de ser blando que permite su fácil rayado. Las ventajas son que es más barato y ligero. La distancia aconsejable entre el absorbedor y la cubierta es de 25-40 mm. El problema del vidrio es su fragilidad pero las cubiertas actuales son de vidrio templado que solventan en parte este problema.

Un vidrio de ventana normal, para un ángulo de incidencia perpendicular, refleja un 10% de la radiación. Un típico cristal de 0,03 m de espesor absorbe entre un 1% y un 5%, siendo el 2% el valor medio. La transmitancia normal para una cubierta es de un 88%, es decir, que deja pasar un 88% de la energía solar incidente.

4.2.2.2 Clasificación y Pérdidas de Captadores Solares Planos

Según el número de cubiertas:

1. Sin cubierta 2. Una cubierta 3. Varias cubiertas

Según el material de la cubierta:

1. Vidrio 2. Plástico

Según el tipo de superficie absorbente:

1. Con superficie selectiva 2. Con superficie negra

Según el material de la superficie absorbente:

1. Cobre 2. Acero


3. Aluminio 4. Caucho

Según la disposición de los tubos:

1. Serpentín 2. Parrilla 3. Placa

Según el fluido de trabajo:

1. Captadores de Agua2. Captadores de Aire

Los principales intercambios energéticos de un captador solar plano se recogen a continuación en la siguiente figura

Ilustración 6

De donde se pueden deducir las siguientes pérdidas:

- Pérdidas ópticas: por reflexión del 4tipo de vidrio. Si la cubierta transparente no es vidrio, la reflexión puede ser muy diferente.

- Pérdidas térmicas: báproducen por la cara anterior (cubierta transparente) en aproximadamente un 80% del total de las pérdidas. El resto por la cara posterior y los laterales dependiendo del aislamiento térmico qudel viento exterior.


Según la disposición de los tubos:

Según el fluido de trabajo:

Captadores de Agua Captadores de Aire

Los principales intercambios energéticos de un captador solar plano se recogen a continuación en la siguiente figura

6: Intercambios energéticos de un captador solar plano

De donde se pueden deducir las siguientes pérdidas:

Pérdidas ópticas: por reflexión del 4-6 % de la irradiancia incidente, dependiendo del tipo de vidrio. Si la cubierta transparente no es vidrio, la reflexión puede ser muy

Pérdidas térmicas: básicamente las mayores pérdidas térmicas en un captador solar se producen por la cara anterior (cubierta transparente) en aproximadamente un 80% del total de las pérdidas. El resto por la cara posterior y los laterales dependiendo del aislamiento térmico que se incorpore y de las condiciones de temperatura y velocidad

Memoria Descriptiva

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Los principales intercambios energéticos de un captador solar plano se recogen a

6 % de la irradiancia incidente, dependiendo del tipo de vidrio. Si la cubierta transparente no es vidrio, la reflexión puede ser muy

sicamente las mayores pérdidas térmicas en un captador solar se producen por la cara anterior (cubierta transparente) en aproximadamente un 80% del total de las pérdidas. El resto por la cara posterior y los laterales dependiendo del

e se incorpore y de las condiciones de temperatura y velocidad


En la siguiente figura se puede observar aproximadamente los porcentajes de los flujos energéticos en un captador solar. Se calcula aproximadamente que un 60 % de la radiaces aprovechada por el absorbente. El 40% restante se pierde por diferentes fenómenos.

Ilustración


En la siguiente figura se puede observar aproximadamente los porcentajes de los flujos energéticos en un captador solar. Se calcula aproximadamente que un 60 % de la radiaces aprovechada por el absorbente. El 40% restante se pierde por diferentes fenómenos.

Ilustración 7: Pérdidas de un captador solar plano

Memoria Descriptiva

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En la siguiente figura se puede observar aproximadamente los porcentajes de los flujos energéticos en un captador solar. Se calcula aproximadamente que un 60 % de la radiación solar es aprovechada por el absorbente. El 40% restante se pierde por diferentes fenómenos.


18

4.2.2.3 Rendimiento del Captador

El rendimiento de un captador solar se define como el cociente entre la cantidad de energía que se obtiene (es decir, el calentamiento que experimenta el agua o fluido caloportador que circula por su interior) y la cantidad de energía recibida (es decir, la radiación solar incidente sobre el captador). Siendo �� la cantidad de energía entregada al fluido caloportador y �� la cantidad de energía procedente de la radiación solar, el rendimiento η se podría expresar del siguiente modo:

� � ��

Desarrollando las expresiones de �� y �� en función de la temperatura del agua, la temperatura ambiente, la radiación recibida y los factores que determinan las pérdidas térmicas y ópticas, el rendimiento de un captador solar puede expresarse del siguiente modo:

� � ��

Siendo:

- η: Rendimiento del captador - �� : Factor de eficiencia óptica

- ��: Coeficiente global de pérdidas, en �

��

- ��: Temperatura de entrada del captador - ��: Temperatura ambiente exterior en K

- �: Intensidad de la radiación solar incidente en el plano del captador, en�

��

Si se admite que los coeficientes de �� y �� son constantes, la representación gráfica de la expresión anterior es una recta, donde la ordenada en el origen �� , indica el rendimiento del captador considerando solamente el valor de las pérdidas ópticas y la pendientes ��, es indicativa de las pérdidas térmicas, que dependen de la temperatura de entrada del fluido al captador.

En definitiva, el comportamiento energético de un captador se puede caracterizar con un

par de coeficientes �� y �� de los cuales el primero se expresa en �

�� y el segundo es

adimensional.

La determinación de los coeficientes característicos de los captadores solares se realiza mediante un ensayo normalizado efectuado en el laboratorio. El fabricante o distribuidor de los captadores dispone de esta información y debe facilitarla al proyectista.

La mayor parte de los captadores solares presentes en el mercado español tienen unos coeficientes característicos comprendidos entre los siguientes límites:

- Factor de eficiencia óptica �� : entre 0,65 y 0,82

- Coeficiente global de pérdidas ��: entre 4,0 y 8,0 �

��


19

Para un mismo captador solar, los coeficientes característicos son diferentes si están referidos a la superficie de apertura, del absorbedor o la superficie total. Por tanto, no basta solo con conocer los coeficientes característicos del captador sino que es necesario saber a qué superficie están referidos. Normalmente se utiliza la superficie de apertura como referencia para la obtención de los coeficientes característicos del captador solar. Cuanto mayor sea el factor de eficiencia óptica y menor su coeficiente global de pérdidas, mejor será su rendimiento.

A modo de ejemplo se pueden comparar las curvas de rendimiento de dos captadores solares.

Ilustración 8: Curva de rendimiento de dos captadores solares

Como se puede comprobar, a medida que las condiciones de trabajo del captador son más desfavorables, mayor salto de temperatura �� y menor radiación incidente, el rendimiento del captador solar disminuye. Esta disminución es más acusada para captadores que tiene un elevado coeficiente global de pérdidas ��.


4.2.2.4 Captador de panel de tubos de vacío

Los colectores solares de tubos de vacío están formados por hileras paralelas de tubos de vidrio transparente. Cada tubo contiene a su vez otro tubo interior de absorción recubierto con pintura selectiva para mejorar la absorción de calor, por donde circullíquido caloportador.

Ilustración

Este tipo de captador incluye una innovación respecto a los paneles solares planos convencionales, que consiste en hacer el vacío en el espacio qprotector del tubo exterior y la superficie absorbente del tubo interior.

Con este cambio se consigue eliminar las pérdidas por convección interna, dado que se elimina el aire que pueda transferirlas, por lo que se puede aumentartemperatura de trabajo y el rendimiento de la instalación.

Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 Pa) con objeto de minimizar las pérdidas de calor por conducción y convención. La superficie de vidrio del tubo interior suele llevar un recubrimiento selectivo a base de metal pulverizado para aumentar la absorción de la radiación. Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo fluorescente, en torno a los 60 mm de diámetro y 180 cm de largo.

En un captador de vacío, la radiación solar atraviesa el tubo exterior de vidrio, incide en el tubo de absorción interior y se transforma en calor. El calor se transfiere al líquido que fluye dentro del tubo i

Estos, captadores permiten calentar agua hasta temperaturas de 110 ºC, hecho que posibilita la utilización de sistemas de distribución de calor convencionales en aplicaciones de calefacción con agua.


4.2.2.4 Captador de panel de tubos de vacío

Los colectores solares de tubos de vacío están formados por hileras paralelas de tubos de vidrio transparente. Cada tubo contiene a su vez otro tubo interior de absorción recubierto con pintura selectiva para mejorar la absorción de calor, por donde circul

Ilustración 9: Captador de panel de tubos de vacio

Este tipo de captador incluye una innovación respecto a los paneles solares planos convencionales, que consiste en hacer el vacío en el espacio que queda entre el cristal protector del tubo exterior y la superficie absorbente del tubo interior.

Con este cambio se consigue eliminar las pérdidas por convección interna, dado que se elimina el aire que pueda transferirlas, por lo que se puede aumentartemperatura de trabajo y el rendimiento de la instalación.

Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 Pa) con objeto de minimizar las

nducción y convención. La superficie de vidrio del tubo interior suele llevar un recubrimiento selectivo a base de metal pulverizado para aumentar la absorción de la radiación. Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo

rno a los 60 mm de diámetro y 180 cm de largo.

En un captador de vacío, la radiación solar atraviesa el tubo exterior de vidrio, incide en el tubo de absorción interior y se transforma en calor. El calor se transfiere al líquido que fluye dentro del tubo interior a través de sus paredes.

Estos, captadores permiten calentar agua hasta temperaturas de 110 ºC, hecho que posibilita la utilización de sistemas de distribución de calor convencionales en aplicaciones de calefacción con agua.

Memoria Descriptiva

20

Los colectores solares de tubos de vacío están formados por hileras paralelas de tubos de vidrio transparente. Cada tubo contiene a su vez otro tubo interior de absorción recubierto con pintura selectiva para mejorar la absorción de calor, por donde circula el

Este tipo de captador incluye una innovación respecto a los paneles solares planos ue queda entre el cristal

Con este cambio se consigue eliminar las pérdidas por convección interna, dado que se elimina el aire que pueda transferirlas, por lo que se puede aumentar así la

Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 Pa) con objeto de minimizar las

nducción y convención. La superficie de vidrio del tubo interior suele llevar un recubrimiento selectivo a base de metal pulverizado para aumentar la absorción de la radiación. Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo

En un captador de vacío, la radiación solar atraviesa el tubo exterior de vidrio, incide en el tubo de absorción interior y se transforma en calor. El calor se transfiere al

Estos, captadores permiten calentar agua hasta temperaturas de 110 ºC, hecho que posibilita la utilización de sistemas de distribución de calor convencionales en


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Además, por la propia configuración de los tubos de vacío que componen el colector solar, éstos son capaces de capturar la radiación difusa, incluso de días nublados, llegando a calentar el agua a niveles aceptables.

Este tipo de colector trabaja mediante el sistema antilegionela, dado que el agua que recorre los tubos y se almacena en la parte alta del colector nunca se mezcla con el agua caliente sanitaria (ACS) de consumo, sino que el agua de consumo circula por el interior del depósito superior del colector gracias a un serpentín de cobre que actúa como intercambiador de calor.

Otra característica de los colectores solares de vacío es que permiten adaptarse mejor a aquellos casos donde no es posible una instalación con la inclinación u orientación óptima, mejorando el rendimiento respecto a los colectores solares planos. Esta propiedad hace que los captadores de tubos de vacío puedan integrarse aún mejor en la arquitectura de los edificios que en cada caso será diferente.


4.2.3 Conexión entre captadores

En la práctica los captadores no se instalan de forma separada, sino que se agrupan formando baterías, reduciendo el número de accesorios a utilizar, con la consiguiente reducción de coste. Los captadores solares se conectan hidráulicamente en grupos para forcaptación solar. Esta conexión se puede efectuar en

A continuación se ilustra ambos tipos de conexión:

Ilustración

Ilustración

El rendimiento energético de un captador solar disminuye cuando aumenta la temperatura de entrada Te como se pudo ver en el apartado de rendimiento del captador solar. Por tanto, el acoplamiento en serie de dos captadores, o de dos filas de captadores, si bien permite obtener un aumento de la temperatura del agua producida, a pesar de que el rendimiento de la instalación disminuya. En cualquier caso, para producción de ACS, no se instalarácaptadores o más de dos filas de captadores.

A continuación se muestra un ejemplo de dos baterías de captadores conectadas en serie:

Ilustración


Conexión entre captadores

áctica los captadores no se instalan de forma separada, sino que se agrupan formando baterías, reduciendo el número de accesorios a utilizar, con la consiguiente reducción de coste. Los captadores solares se conectan hidráulicamente en grupos para forcaptación solar. Esta conexión se puede efectuar en serie o en paralelo.

A continuación se ilustra ambos tipos de conexión:

Ilustración 10: Conexión en serie de captadores

Ilustración 11: Conexión en paralelo de captadores

El rendimiento energético de un captador solar disminuye cuando aumenta la temperatura de entrada Te como se pudo ver en el apartado de rendimiento del captador solar. Por tanto, el

amiento en serie de dos captadores, o de dos filas de captadores, si bien permite obtener un aumento de la temperatura del agua producida, a pesar de que el rendimiento de la instalación disminuya. En cualquier caso, para producción de ACS, no se instalarán en serie más de dos captadores o más de dos filas de captadores.


Ilustración 12: Conexión en serie de dos baterías de captadores

Memoria Descriptiva

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áctica los captadores no se instalan de forma separada, sino que se agrupan formando baterías, reduciendo el número de accesorios a utilizar, con la consiguiente reducción de coste. Los captadores solares se conectan hidráulicamente en grupos para formar el campo de

El rendimiento energético de un captador solar disminuye cuando aumenta la temperatura de entrada Te como se pudo ver en el apartado de rendimiento del captador solar. Por tanto, el

amiento en serie de dos captadores, o de dos filas de captadores, si bien permite obtener un aumento de la temperatura del agua producida, a pesar de que el rendimiento de la instalación

n en serie más de dos



Para la producción de ACS lo más adecuado es disponer los captadores conectados en paralelo, formando filas que a su vez se conectan entre sí también en paralelo.

El número de captadores que pueden conectarse en paralelo en un mismo grupo depende de las características constructivas del captador y es una información que debe ser suministrada por el fabricante. En general, se desaconseja la conexión de más de 8 captadores solares en un mismo grupo. Si se supera este número, es posible que el caudal no se reparta por todos los captadores y, por tanto, se penalice la productividad energética del conjunto.

Asimismo se debe prestar especial atención en la estanqueidad y durabilidad de las conexiones del captador y en asegurar que el circuito hidráulico grupos esté equilibrado, es decir, que no existan recorridos preferentes que puedan originar que algunos grupos no reciban el caudal suficiente de fluido caloportador para su correcto funcionamiento.

A continuación se prese

Ilustración 13

Con esta configuración, existe un recorrido preferente por el grupo A de captadores, lo que provocará una disminución del caudal circulante por el grupo B y una reducción de su rendimiento. Este problema puede solucionarse mediante la instalación de válvulas de equilibrado hidráulico a la entrada de cada grupo.

El equilibrado puede lograrse tambitubería, con retorno invertidorecorridos de menor longitud de tuberías. Si se cumple esta condición y la pérdida de cara unitaria por metro de tubería no presenta grandes diferencias entre los diferentes tramos, el circuito queda equilibrado, aunque aun así se deberán de colocar las válvulas de equilibrado hidráulico para asegurar el equilibrado.

A efectos de minimizar las pérdidas energétiprolongan son los situados antes de la entrada a los captadores, ya que son los que se encuentras a menor temperatura.

A continuación, en la siguiente página, se muestra a modo de ilustración la conexión de dos y de cuatro baterías con retorno invertido.


la producción de ACS lo más adecuado es disponer los captadores conectados en paralelo, formando filas que a su vez se conectan entre sí también en paralelo.

El número de captadores que pueden conectarse en paralelo en un mismo grupo depende rísticas constructivas del captador y es una información que debe ser suministrada

por el fabricante. En general, se desaconseja la conexión de más de 8 captadores solares en un mismo grupo. Si se supera este número, es posible que el caudal no se reparta por todos los captadores y, por tanto, se penalice la productividad energética del conjunto.

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

, es decir, que no existan recorridos preferentes que puedan originar que algunos grupos no reciban el caudal suficiente de fluido caloportador para su correcto

A continuación se presente una ilustración de dos baterías conectadas en paralelo:

13: Conexión en paralelo de dos baterías de captadores

Con esta configuración, existe un recorrido preferente por el grupo A de captadores, lo provocará una disminución del caudal circulante por el grupo B y una reducción de su

rendimiento. Este problema puede solucionarse mediante la instalación de válvulas de equilibrado hidráulico a la entrada de cada grupo.

El equilibrado puede lograrse también mediante el adecuado diseño de los recorridos de retorno invertido, es decir, diseñando el trazado del circuito de modo que no haya

recorridos de menor longitud de tuberías. Si se cumple esta condición y la pérdida de cara o de tubería no presenta grandes diferencias entre los diferentes tramos, el

circuito queda equilibrado, aunque aun así se deberán de colocar las válvulas de equilibrado hidráulico para asegurar el equilibrado.

A efectos de minimizar las pérdidas energéticas en el circuito, los tramos que se prolongan son los situados antes de la entrada a los captadores, ya que son los que se encuentras

A continuación, en la siguiente página, se muestra a modo de ilustración la conexión de uatro baterías con retorno invertido.

Memoria Descriptiva

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la producción de ACS lo más adecuado es disponer los captadores conectados en

El número de captadores que pueden conectarse en paralelo en un mismo grupo depende rísticas constructivas del captador y es una información que debe ser suministrada

por el fabricante. En general, se desaconseja la conexión de más de 8 captadores solares en un mismo grupo. Si se supera este número, es posible que el caudal no se reparta homogéneamente por todos los captadores y, por tanto, se penalice la productividad energética del conjunto.

Asimismo se debe prestar especial atención en la estanqueidad y durabilidad de las de conexión entre los diferentes

, es decir, que no existan recorridos preferentes que puedan originar que algunos grupos no reciban el caudal suficiente de fluido caloportador para su correcto

nte una ilustración de dos baterías conectadas en paralelo:

Con esta configuración, existe un recorrido preferente por el grupo A de captadores, lo provocará una disminución del caudal circulante por el grupo B y una reducción de su

rendimiento. Este problema puede solucionarse mediante la instalación de válvulas de

én mediante el adecuado diseño de los recorridos de , es decir, diseñando el trazado del circuito de modo que no haya

recorridos de menor longitud de tuberías. Si se cumple esta condición y la pérdida de cara o de tubería no presenta grandes diferencias entre los diferentes tramos, el

circuito queda equilibrado, aunque aun así se deberán de colocar las válvulas de equilibrado

cas en el circuito, los tramos que se prolongan son los situados antes de la entrada a los captadores, ya que son los que se encuentras

A continuación, en la siguiente página, se muestra a modo de ilustración la conexión de


Ilustración


Ilustración 14: Conexión de baterías en retorno invertido

Memoria Descriptiva

24


4.2.4 Distancia mínima entre captadores y determinación de sombras

Los captadores deberán separarse proyectar sombras sobre ellos (muretes, chimeneas de ventilación, otras filas de captadores,…).

Como criterio general, la distancia mínima de separación obstáculo no proyecte sombras sobre el captades el día en el que la altura solar es menor y, por tanto, las sombras son de mayor longitud.

El valor de la distancia mediante la siguiente expresión:

Siendo:

- : Distancia de separación entre obstáculo y captador, en metros- : Altura del obstáculo en metros

-

Ilustración

En el caso de varias filas de captadores, la distancia mínima entre las bases de captadores será igual o mayor al valor obtenido mediante la expresión siguiente:

Las pérdidas de radiación solar que circundantes se expresan como un porcentaje de la radiación solar global que incidirá sobre la mencionada superficie, de no existir sombra alguna.

En este proyecto solo se dispone de una sola hilera de captadoressombras que producirían filas de captadores entre sí quedan descartadas. Debido al emplazamiento del edificio también se desecha la idea de posibles sombras que edificio u obstáculos puedan producir sobre los captadores


Distancia mínima entre captadores y determinación de sombras

Los captadores deberán separarse suficientemente de los obstáculos próximos que puedan proyectar sombras sobre ellos (muretes, chimeneas de ventilación, otras filas de captadores,…).

Como criterio general, la distancia mínima de separación debe ser suficiente para que el royecte sombras sobre el captador al mediodía solar del solsticio de invierno

es el día en el que la altura solar es menor y, por tanto, las sombras son de mayor longitud.

El valor de la distancia , medida sobre la horizontal, puede calcularse de fomediante la siguiente expresión:

: Distancia de separación entre obstáculo y captador, en metros : Altura del obstáculo en metros

Ilustración 15: Distancia entre baterías de captadores

En el caso de varias filas de captadores, la distancia mínima entre las bases de captadores será igual o mayor al valor obtenido mediante la expresión siguiente:

Las pérdidas de radiación solar que experimenta una superficie debida a sombras circundantes se expresan como un porcentaje de la radiación solar global que incidirá sobre la mencionada superficie, de no existir sombra alguna.

En este proyecto solo se dispone de una sola hilera de captadores luego las posibles sombras que producirían filas de captadores entre sí quedan descartadas. Debido al emplazamiento del edificio también se desecha la idea de posibles sombras que edificio u obstáculos puedan producir sobre los captadores

Memoria Descriptiva

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Distancia mínima entre captadores y determinación de sombras

suficientemente de los obstáculos próximos que puedan proyectar sombras sobre ellos (muretes, chimeneas de ventilación, otras filas de captadores,…).

debe ser suficiente para que el cio de invierno, que

es el día en el que la altura solar es menor y, por tanto, las sombras son de mayor longitud.

, medida sobre la horizontal, puede calcularse de forma sencilla

En el caso de varias filas de captadores, la distancia mínima entre las bases de captadores

experimenta una superficie debida a sombras circundantes se expresan como un porcentaje de la radiación solar global que incidirá sobre la

luego las posibles sombras que producirían filas de captadores entre sí quedan descartadas. Debido al emplazamiento del edificio también se desecha la idea de posibles sombras que edificio u


El procedimiento para determinar estas pérdidas viene descrito en el código técnico de la edificación. Este procedimiento la superficie de estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir siguientes (CTE):

1. Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus

coordenadas de posición acimut (ángulo de desviación con respecto a la dirección sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al utilizarse un teodolito.

2. Representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la fig

la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en sentido vertical(ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) identificadas por una letra y un número (A1, A2, ..., D14).

3. Cada una de las porciones de lade tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debe escogerpara el cálculo la tabla de referencia más adecuada de entre las que se incluyen en el anejo B.

4. La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar global superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso de ocultación parcial se utilizará oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores: 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.


para determinar estas pérdidas viene descrito en el código técnico de la Este procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a

estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir

Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de suscoordenadas de posición acimut (ángulo de desviación con respecto a la dirección sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal). Para ello puede

Representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la figura 3.4, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la

bérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas

(negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) identificadas por una letra y un número (A1, A2, ..., D14).

Cada una de las porciones de la figura representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada

a irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debe escogerpara el cálculo la tabla de referencia más adecuada de entre las que se incluyen en el anejo

La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar global que incide sobre la superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores: 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.

Memoria Descriptiva

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para determinar estas pérdidas viene descrito en el código técnico de la consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a

estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir son los

Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición acimut (ángulo de desviación con respecto a la dirección sur) y

plano horizontal). Para ello puede

ura 3.4, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la

bérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas

(negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) e

representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada

a irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debe escogerse para el cálculo la tabla de referencia más adecuada de entre las que se incluyen en el anejo

La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permite que incide sobre la

superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos

el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores: 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.


4.2.5 Orientación e Inclinación

La orientación de los captadores solares representa una variable muy importante a la hora de analizar la transformación de la radiación solar en energía térmica. La orientación de los captadores solares coincide con la orientación Sur geográfico, de hasta unos 25º hacia el Este o hacia el Oeste tiene una influencia pequeña sobre la producción energética solar anual.

Ilustración

Cabe recordar que el Sbrújula. La inclinación de los captadores debe elegirse en función de la latitud del lugar y de la estacionalidad de la demanda. En edificios de viviendas, es habitual que la demanda energética derivada del consumo de agua caliente sanitaria sea ligeramente inferior en verano que en invierno. La temperatura del agua de red es algo superior en los meses más calurosos.

En estas condiciones, el máximo aprovechamiento de la radiación solar se logra cuainclinación de los captadores solares es similar a la latitud del lugar (±10º).

Ilustración


Orientación e Inclinación

La orientación de los captadores solares representa una variable muy importante a la hora de analizar la transformación de la radiación solar en energía térmica. La orientación de los captadores solares coincide con la orientación Sur geográfico, aunque unade hasta unos 25º hacia el Este o hacia el Oeste tiene una influencia pequeña sobre la producción energética solar anual.

Ilustración 16: Pérdidas por orientación e inclinación

Cabe recordar que el Sur geográfico no coincide con el magnético, aportado por la brújula. La inclinación de los captadores debe elegirse en función de la latitud del lugar y de la estacionalidad de la demanda. En edificios de viviendas, es habitual que la demanda energética

rivada del consumo de agua caliente sanitaria sea ligeramente inferior en verano que en invierno. La temperatura del agua de red es algo superior en los meses más calurosos.

En estas condiciones, el máximo aprovechamiento de la radiación solar se logra cuainclinación de los captadores solares es similar a la latitud del lugar (±10º).

Ilustración 17: Movimiento que describe el Sol

Memoria Descriptiva

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La orientación de los captadores solares representa una variable muy importante a la hora de analizar la transformación de la radiación solar en energía térmica. La orientación α óptima

aunque unas desviaciones de hasta unos 25º hacia el Este o hacia el Oeste tiene una influencia pequeña sobre la

ur geográfico no coincide con el magnético, aportado por la brújula. La inclinación de los captadores debe elegirse en función de la latitud del lugar y de la estacionalidad de la demanda. En edificios de viviendas, es habitual que la demanda energética

rivada del consumo de agua caliente sanitaria sea ligeramente inferior en verano que en invierno. La temperatura del agua de red es algo superior en los meses más calurosos.

En estas condiciones, el máximo aprovechamiento de la radiación solar se logra cuando la


Para la utilización de la instalación regular yaprovechamiento de la radiación solar se logra con los captadores solares orientados al Sur geográfico ±25º e inclinados un ángulo similar a la latitud del lugar ±10º.

En muchas ocasiones, edificio de viviendas, sobre estructuras metálicas (normalmente de acero galvanizado o acero inoxidable), que suelen ser suministradas por el propio fabricante de los captadores. Dado que la España peninsular se encuentra situada entre los paralelos 36º y 43º, y queenergética para producción de agua caliente sanitaria en edificios de viviendas presenta pocas oscilaciones estacionales, se ha generalizado la utilización de estructuras de soporte para terrazas planas con una inclinación

En casos en los que se tenga la certeza de que existe un consumo de agua netamente superior en verano que en invierno, se utilizan estructuras con una inclinación de 30º.

En edificios con cubierta inclinada, los captadores pueden instalarse superpuestos, normalmente con la misma orientación inclinación β que ésta. Es importante prever un sistema de acceso a los captadores para efectuar los trabajos de mantenimiento o posibles reparaciones.

La posible penalización con inclinación muy distintas de los valores óptimos quedan caracterizados y definidos por el código técnico de la edificación HE4, en el cual, determinado el ángulo de acimut calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas con la siguiente imagen, válida para una latitud

Ilustración 18


Para la utilización de la instalación regular y durante todo el año, el máximo ento de la radiación solar se logra con los captadores solares orientados al Sur

geográfico ±25º e inclinados un ángulo similar a la latitud del lugar ±10º.

los captadores solares se instalan en la terraza plana superior del e viviendas, sobre estructuras metálicas (normalmente de acero galvanizado o acero

inoxidable), que suelen ser suministradas por el propio fabricante de los captadores. Dado que la España peninsular se encuentra situada entre los paralelos 36º y 43º, y queenergética para producción de agua caliente sanitaria en edificios de viviendas presenta pocas oscilaciones estacionales, se ha generalizado la utilización de estructuras de soporte para terrazas planas con una inclinación β de 45º.

los que se tenga la certeza de que existe un consumo de agua netamente superior en verano que en invierno, se utilizan estructuras con una inclinación de 30º.

En edificios con cubierta inclinada, los captadores pueden instalarse superpuestos, con la misma orientación α de la vertiente más favorable y con las misma

ésta. Es importante prever un sistema de acceso a los captadores para efectuar los trabajos de mantenimiento o posibles reparaciones.

La posible penalización energética derivada de la instalación de los captadores solares con inclinación muy distintas de los valores óptimos quedan caracterizados y definidos por el código técnico de la edificación HE4, en el cual, determinado el ángulo de acimut

los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas con la siguiente imagen, válida para una latitud

18: Pérdidas máximas con respecto a la inclinación óptima

Memoria Descriptiva

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durante todo el año, el máximo ento de la radiación solar se logra con los captadores solares orientados al Sur

los captadores solares se instalan en la terraza plana superior del e viviendas, sobre estructuras metálicas (normalmente de acero galvanizado o acero

inoxidable), que suelen ser suministradas por el propio fabricante de los captadores. Dado que la España peninsular se encuentra situada entre los paralelos 36º y 43º, y que la demanda energética para producción de agua caliente sanitaria en edificios de viviendas presenta pocas oscilaciones estacionales, se ha generalizado la utilización de estructuras de soporte para

los que se tenga la certeza de que existe un consumo de agua netamente superior en verano que en invierno, se utilizan estructuras con una inclinación de 30º.

En edificios con cubierta inclinada, los captadores pueden instalarse superpuestos, ás favorable y con las misma

ésta. Es importante prever un sistema de acceso a los captadores para efectuar

energética derivada de la instalación de los captadores solares con inclinación muy distintas de los valores óptimos quedan caracterizados y definidos por el código técnico de la edificación HE4, en el cual, determinado el ángulo de acimut α, se

los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas con la siguiente imagen, válida para una latitud Φ de 41º.

a la inclinación óptima


Según la norma , las pérdidas máximas permitidas son:

- 10 % por orientación e inclinación- 20 % por superposición- 40 % por integración arquitectónica

Los cálculos asociados a las pérdidas vienen definidos en la memoria de cálculo.

A modo de ilustración para clarificar conceptos, se representa la pérdida de energía incidente sobre una superficie con diferentes inclinaciones desviaciones de 30º y 60º respecto al Sur) , situada en Barcelona. Los valores dson los puntos de la energía solar anual incidente sobre la superficie referidos a la situación óptima (orientación Sur, α = 0

Ilustración 19

Como se puede observar, la influencia de la orientación y la inclinación sobre la radiación solar anual incidente es muy pequeña en amplios rangos alrededor de los valores óptimos.

En el presente proyecto, se ha elegidoconocimientos descritos y el aprovechamiento de la situación de las vertientes de la cubierta:

- Inclinación de los captadores: - Orientación:


Según la norma , las pérdidas máximas permitidas son:

10 % por orientación e inclinación 20 % por superposición 40 % por integración arquitectónica


modo de ilustración para clarificar conceptos, se representa la pérdida de energía incidente sobre una superficie con diferentes inclinaciones β y tres orientaciones desviaciones de 30º y 60º respecto al Sur) , situada en Barcelona. Los valores dson los puntos de la energía solar anual incidente sobre la superficie referidos a la situación

α = 0º, e inclinación igual a la latitud, β = 41º).

19: Pérdida de energía con respecto a varias inclinaciones


En el presente proyecto, se ha elegido la siguiente configuración en base a los conocimientos descritos y el aprovechamiento de la situación de las vertientes de la cubierta:

Inclinación de los captadores: 45º Orientación: Sur , α = 0º

Memoria Descriptiva

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modo de ilustración para clarificar conceptos, se representa la pérdida de energía y tres orientaciones α (Sur y

desviaciones de 30º y 60º respecto al Sur) , situada en Barcelona. Los valores de las ordenadas son los puntos de la energía solar anual incidente sobre la superficie referidos a la situación


la siguiente configuración en base a los conocimientos descritos y el aprovechamiento de la situación de las vertientes de la cubierta:


4.2.5.1 Implantación de los captadores en cubierta

La implantación de los captadores solares se realiza normalmente en la cubierta del edificio, que puede ser inclinada (normalmente con acabado de tejas) o plana.

En general, la superficie de terraza plana de un eubicación de los captadores solares, salvo en caso de edificios con un diseño singular o excepcionalmente elevados o con una exigencia de que la fracción solar anual sea muy elevada.

En el caso de tejados inclinados, lvertiente mejor orientada. En cualquier caso debe preverse el acceso a los captadores solares con comodidad, y sobre todo con seguridad para el personal de mantenimiento. En este sentido, la accesibilidad a los captadores en un tejado inclinado es más dificultosa.

La estructura y fijación de los captadores solares debe realizarse de forma que resistan las sobrecargas de viento y nieve. Se debe prestar especial atención en no dañar la impermeabilización ni dificultar el desagüe de la cubierta.

Algunos fabricantes y/o distribuidores de captadores solares disponen de soluciones para la fijación de captadores solares en cubiertas inclinadas, de forma que las tejas no se vean afectadas. A continuación se muestcaptadores solares sobre una cubierta mediante bancadas de hormigón.

Ilustración

De forma general se deberán tener en cuenta

- Para evitar filtraciones, se debe tratar de evitar traspasar la cubierta del edificio con el anclaje, siendo preferible la construcción de muretes o bancadas de hormigón sobre los que se anclarán las estructuras.


Implantación de los captadores en cubierta

La implantación de los captadores solares se realiza normalmente en la cubierta del edificio, que puede ser inclinada (normalmente con acabado de tejas) o plana.

En general, la superficie de terraza plana de un edificio suele ser suficiente para la ubicación de los captadores solares, salvo en caso de edificios con un diseño singular o excepcionalmente elevados o con una exigencia de que la fracción solar anual sea muy elevada.

En el caso de tejados inclinados, las opciones son escasas y se limitan a la elección de vertiente mejor orientada. En cualquier caso debe preverse el acceso a los captadores solares con comodidad, y sobre todo con seguridad para el personal de mantenimiento. En este sentido,

ad a los captadores en un tejado inclinado es más dificultosa.

La estructura y fijación de los captadores solares debe realizarse de forma que resistan las sobrecargas de viento y nieve. Se debe prestar especial atención en no dañar la

i dificultar el desagüe de la cubierta.

Algunos fabricantes y/o distribuidores de captadores solares disponen de soluciones para la fijación de captadores solares en cubiertas inclinadas, de forma que las tejas no se vean afectadas. A continuación se muestra una imagen a modo de ilustración de la fijación de captadores solares sobre una cubierta mediante bancadas de hormigón.

Ilustración 20: Cubierta mediante bancada de hormigón

De forma general se deberán tener en cuenta los siguientes aspectos:

Para evitar filtraciones, se debe tratar de evitar traspasar la cubierta del edificio con el anclaje, siendo preferible la construcción de muretes o bancadas de hormigón sobre los que se anclarán las estructuras.

Memoria Descriptiva

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La implantación de los captadores solares se realiza normalmente en la cubierta del

dificio suele ser suficiente para la ubicación de los captadores solares, salvo en caso de edificios con un diseño singular o excepcionalmente elevados o con una exigencia de que la fracción solar anual sea muy elevada.

as opciones son escasas y se limitan a la elección de vertiente mejor orientada. En cualquier caso debe preverse el acceso a los captadores solares con comodidad, y sobre todo con seguridad para el personal de mantenimiento. En este sentido,

La estructura y fijación de los captadores solares debe realizarse de forma que resistan las sobrecargas de viento y nieve. Se debe prestar especial atención en no dañar la

Algunos fabricantes y/o distribuidores de captadores solares disponen de soluciones para la fijación de captadores solares en cubiertas inclinadas, de forma que las tejas no se vean

ra una imagen a modo de ilustración de la fijación de

Para evitar filtraciones, se debe tratar de evitar traspasar la cubierta del edificio con el anclaje, siendo preferible la construcción de muretes o bancadas de hormigón sobre


- La estructura de soporte y su sistema de fijación y anclaje a la cubierta permitirán las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores o del sistema hidráulico.

- Los puntos de sujeción serán los suficientes parasuperiores a las indicadas por el fabricante.

- Todos los componentes de la estructura soporte, incluida la tornillería, deben ser aptos para ser instalados a la intemperie.

- La distancia entre grupos de captadores situados enla ejecución de las conexiones entre las tuberías y captadores y la instalación de elementos necesario de reglaje y control.

- Los topes de sujeción de captadores y la propia estructura no deberán proyectar sombras sobre los captadores.

El fabricante del captador que hemos seleccionado para nuestra instalación, VIESSMANN, adjunta en la planificación para la instalación del modelo de captador la forma de la estructura soporte para la sujeción de los captadores en la cubiert

La cubierta inclinada tiene una pendiente de 13º con respecto a la horizontal y la inclinación de los captadores sobre la horizontal hemos dicho que es 45º. Según el manual del fabricante, los soportes de los colectores vienen premontsustentación, soporte de apoyo y soporte regulables. Los soportes regulables cuentan con orificios que permiten ajustar el ángulo de inclinación.

Ilustración


soporte y su sistema de fijación y anclaje a la cubierta permitirán las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores o del sistema hidráulico. Los puntos de sujeción serán los suficientes para evitar flexiones en el captador superiores a las indicadas por el fabricante. Todos los componentes de la estructura soporte, incluida la tornillería, deben ser aptos para ser instalados a la intemperie. La distancia entre grupos de captadores situados en línea será suficiente para permitir la ejecución de las conexiones entre las tuberías y captadores y la instalación de elementos necesario de reglaje y control. Los topes de sujeción de captadores y la propia estructura no deberán proyectar

los captadores.

El fabricante del captador que hemos seleccionado para nuestra instalación, VIESSMANN, adjunta en la planificación para la instalación del modelo de captador la forma de la estructura soporte para la sujeción de los captadores en la cubierta inclinada de tejas.

La cubierta inclinada tiene una pendiente de 13º con respecto a la horizontal y la inclinación de los captadores sobre la horizontal hemos dicho que es 45º. Según el manual del fabricante, los soportes de los colectores vienen premontados. Éstos se componen de la base de sustentación, soporte de apoyo y soporte regulables. Los soportes regulables cuentan con orificios que permiten ajustar el ángulo de inclinación.

Ilustración 21: Apoyo para captadores VIESSMANN

Memoria Descriptiva

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soporte y su sistema de fijación y anclaje a la cubierta permitirán las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la

evitar flexiones en el captador

Todos los componentes de la estructura soporte, incluida la tornillería, deben ser

línea será suficiente para permitir la ejecución de las conexiones entre las tuberías y captadores y la instalación de

Los topes de sujeción de captadores y la propia estructura no deberán proyectar

El fabricante del captador que hemos seleccionado para nuestra instalación, VIESSMANN, adjunta en la planificación para la instalación del modelo de captador la forma

a inclinada de tejas.

La cubierta inclinada tiene una pendiente de 13º con respecto a la horizontal y la inclinación de los captadores sobre la horizontal hemos dicho que es 45º. Según el manual del

ados. Éstos se componen de la base de sustentación, soporte de apoyo y soporte regulables. Los soportes regulables cuentan con


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4.3 El Acumulador

En una instalación de energía solar térmica, la acumulación de energía es necesaria al desfase que existe entre la radiación solar y el consumo.

La función del depósito de acumulación es independizar el circuito de captación solar (oferta) del circuito de consumo (demanda). La acumulación desempeña el papel de un volante de inercia en un sistema mecánico.

El objetivo de la acumulación es almacenar la energía solar disponible en periodos de escasa demanda para poder suministrarla posteriormente cuando exista demanda.

Se puede prescindir de la acumulación si se adopta como criterio de diseño aportar energía solar captada al sistema sólo cuando esté disponible en el subsistema de captación. Este criterio se aplica en determinadas circunstancias cuando la demanda de energía de la instalación es prácticamente constante durante las horas de disponibilidad del recurso renovable.

La introducción del subsistema de acumulación en una instalación de energía solar conlleva que se puede satisfacer una determinada fracción de la demanda con diferentes tamaños de la instalación (superficie de captación y volumen de acumulación). El tamaño de la instalación por tanto no es único y el dimensionado final es el resultado de un proceso de optimización.

Los requisito del depósito de acumulación son los siguientes:

- Calor específico elevado del medio de acumulación - Pérdidas térmicas bajas (superficie exterior reducida y buen nivel de aislamiento) - Buena estratificación de temperaturas en el acumulador. - Vida útil al menos equivalente al del captador solar - Bajo coste y disponibilidad del medio de acumulación - Buenas propiedades medioambientales y de higiene del medio de acumulación - Capacidad de soportar las temperaturas y presiones de trabajo.

El medio de acumulación depende básicamente del fluido de trabajo en el captador solar

- Captadores de agua: Depósito de agua - Captadores de aire: Acumulador en lecho de rocas

En las instalaciones de ACS se utiliza agua como medio de acumulación.

Normalmente, los materiales empleados para los acumuladores son el acero inoxidable y el acero al carbono con tratamientos interiores, a base de vitrificado de simple o doble capa y recubrimiento epoxi. El acumulador debe ser capaz de admitir temperaturas interiores superiores a 70 ºC y disponer de un sistema de protección catódica.


4.3.1 Tipología de Acumuladores

Según la función del depósito tenemos:

- Acumulador solar de ACSy presión de trabajo igual a la de s

- Acumulador de inerciacircuito de ACS. Al trabajar en circuito cerrado es menos exigente la protección frente a la corrosión y la presión de trabajo es independiente desuministro del agua de red.

- Acumulador de precalentamiento solarsolar de ACS.

- Acumulador del sistema convencionalsolar de ACS.

Acumulador Solar de ACS

Existen dos tipos de acumuladores de ACS:

- Depósito Acumulador de ACSse produce en el exterior del depósito, mediante su recirculación a través de un intercambiador de calor externo.

- Depósito con interccalentamiento y la acumulación del agua se producen en el mismo depósito, que ya incorpora si propio intercambiador. Se pueden distinguir dos tipo de interacumuladores:

A. Interacumulador de doble pared: Acuintercambiador de calor está constituido por una doble envolvente que rodea el depósito dentro de la cual circula el fluido del circuito primario.


4.3.1 Tipología de Acumuladores

Según la función del depósito tenemos:

Acumulador solar de ACS: resistente a la corrosión debido a la presencia de oxígeno y presión de trabajo igual a la de suministro del agua de red. Acumulador de inercia: se utiliza en grandes instalaciones, y es independiente del circuito de ACS. Al trabajar en circuito cerrado es menos exigente la protección frente a la corrosión y la presión de trabajo es independiente desuministro del agua de red. Acumulador de precalentamiento solar: mismos requerimientos que el acumulador

Acumulador del sistema convencional: mismos requerimientos que el acumulador

Acumulador Solar de ACS

Existen dos tipos de acumuladores de ACS:

Depósito Acumulador de ACS: En este caso, el calentamiento del agua acumulada se produce en el exterior del depósito, mediante su recirculación a través de un intercambiador de calor externo. Depósito con intercambiador incorporado o Interacumulador de ACScalentamiento y la acumulación del agua se producen en el mismo depósito, que ya incorpora si propio intercambiador. Se pueden distinguir dos tipo de interacumuladores:

Interacumulador de doble pared: Acumulador de agua caliente cuyo intercambiador de calor está constituido por una doble envolvente que rodea el depósito dentro de la cual circula el fluido del circuito primario.

Memoria Descriptiva

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: resistente a la corrosión debido a la presencia de oxígeno

: se utiliza en grandes instalaciones, y es independiente del circuito de ACS. Al trabajar en circuito cerrado es menos exigente la protección frente a la corrosión y la presión de trabajo es independiente de la presión de

: mismos requerimientos que el acumulador

: mismos requerimientos que el acumulador

: En este caso, el calentamiento del agua acumulada se produce en el exterior del depósito, mediante su recirculación a través de un

ambiador incorporado o Interacumulador de ACS: El calentamiento y la acumulación del agua se producen en el mismo depósito, que ya incorpora si propio intercambiador. Se pueden distinguir dos tipo de

mulador de agua caliente cuyo intercambiador de calor está constituido por una doble envolvente que rodea el depósito dentro de la cual circula el fluido del circuito primario.


B. Interacumulador de serpentín: Acumulador de agua caliente cuyo

intercambiadorserpentín, por el interior del cual circula el fluido del circuito primario. Algunos acumuladores pueden disponer de más de un serpentín de calentamiento.

Los depósitos han de ser preferentemente verelevada. Las conexiones de las tuberías al acumulador deben realizarse de modo que se contribuya a la estratificación de temperaturas en el interior, acumulando el agua más caliente en la zona superior y el agua m

En el caso de equipos prefabricados, el acumulador suele ser horizontal y está ubicado en la parte superior del conjunto de captadores.

La estratificación permite tener un suministro instantáneo de agua a temperatura de consigna sin necesidad de que todo el depósito esté a dicha temperatura. Además contribuye a obtener un mejo rendimiento de los captadores solares.

- La conexión de las aspiraciónexterior o hacia los captadores debe estar situada en el tercio inferior del acumulador.

- El retorno del intercambiador de calor exterior o de los captadores debe conectarse preferentemente a una bocde la altura del acumulador.

- La entrada de agua fría de red debe realizarse en la parte baja del acumulador. En el caso de que la entrada esté situada en la cara inferior del acumulador (y no lateralmente), es necesario que dicha boca disponga de un deflector.

- El agua caliente debe extraerse de la parte superior del acumulador.


Interacumulador de serpentín: Acumulador de agua caliente cuyo intercambiador de calor está formado por un tubo curvado en espiral o serpentín, por el interior del cual circula el fluido del circuito primario. Algunos acumuladores pueden disponer de más de un serpentín de calentamiento.

Los depósitos han de ser preferentemente verticales y con una relación altura/diámetro elevada. Las conexiones de las tuberías al acumulador deben realizarse de modo que se contribuya a la estratificación de temperaturas en el interior, acumulando el agua más caliente en la zona superior y el agua más fría en la parta inferior.

En el caso de equipos prefabricados, el acumulador suele ser horizontal y está ubicado en la parte superior del conjunto de captadores.

La estratificación permite tener un suministro instantáneo de agua a temperatura de na sin necesidad de que todo el depósito esté a dicha temperatura. Además contribuye a

obtener un mejo rendimiento de los captadores solares.

Ilustración 22: Tipos de Acumuladores

La conexión de las aspiración del circuito hidráulico hacia el intercambiador de calor exterior o hacia los captadores debe estar situada en el tercio inferior del acumulador.El retorno del intercambiador de calor exterior o de los captadores debe conectarse preferentemente a una boca situada a una altura comprendida entre el 50 % y el 75 % de la altura del acumulador. La entrada de agua fría de red debe realizarse en la parte baja del acumulador. En el caso de que la entrada esté situada en la cara inferior del acumulador (y no

almente), es necesario que dicha boca disponga de un deflector.El agua caliente debe extraerse de la parte superior del acumulador.

Memoria Descriptiva

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Interacumulador de serpentín: Acumulador de agua caliente cuyo de calor está formado por un tubo curvado en espiral o

serpentín, por el interior del cual circula el fluido del circuito primario. Algunos acumuladores pueden disponer de más de un serpentín de

ticales y con una relación altura/diámetro elevada. Las conexiones de las tuberías al acumulador deben realizarse de modo que se contribuya a la estratificación de temperaturas en el interior, acumulando el agua más caliente

En el caso de equipos prefabricados, el acumulador suele ser horizontal y está ubicado en

La estratificación permite tener un suministro instantáneo de agua a temperatura de na sin necesidad de que todo el depósito esté a dicha temperatura. Además contribuye a

del circuito hidráulico hacia el intercambiador de calor exterior o hacia los captadores debe estar situada en el tercio inferior del acumulador. El retorno del intercambiador de calor exterior o de los captadores debe conectarse

a situada a una altura comprendida entre el 50 % y el 75 %

La entrada de agua fría de red debe realizarse en la parte baja del acumulador. En el caso de que la entrada esté situada en la cara inferior del acumulador (y no

almente), es necesario que dicha boca disponga de un deflector.


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Acumulador de Inercia

Este tipo de acumuladores se utilizan en instalaciones de producción de ACS, usos industriales, calefacción, etc. La presión de trabajo en este tipo de dispositivo suele ser más bajo que en el acumulador de agua caliente sanitaria. En el uso para producción de ACS se requiere un intercambiador que se encargue de separar el agua que contiene el acumulador de inercia del agua potable de consumo

4.3.2 Funcionamiento y Diseño

Para el correcto funcionamiento es importante una serie de factores que permitan minimizar la pérdidas térmicas, así como posibles deterioros. Para ello debemos conseguir que se cumpla una adecuada estratificación de temperaturas en el interior del acumulador y tener un correcto aislamiento térmico.

Estratificación de Temperaturas

Una adecuada estratificación de temperaturas supone que en la parte superior se encontrará agua caliente y en la inferior agua fría, de forma que en el acumulador exista a la vez agua caliente, agua templada y agua fría. Esto se debe a la diferencia de densidades del agua que es función de la temperatura de la misma en cada punto. Para que esto se produzca de forma correcta se deben usar acumuladores con una relación altura/diámetro elevada (todo lo que sea posible).

Se debe conseguir que la salida de agua caliente sea lo mayor posible, así conseguimos que el sistema de energía de apoyo se active lo más tarde posible). El agua en la parte inferior deberá entrar al acumulador a la menor temperatura posible (se consigue así que el rendimiento de los captadores sea mayor, evitando que se desaproveche toda la energía acumulada).

Existen dispositivos incorporados en el acumulador que permiten hacer más efectiva la estratificación del sistema.

Aislamiento Térmico

Los acumuladores deben estar convenientemente aislados para minimizar las pérdidas energéticas al exterior. Es conveniente para no disminuir el rendimiento del acumulador. Se deben usar tanto materiales aislantes apropiados, aislar todo el acumulador, las tuberías, los accesorios, etc. Para realizar el aislamiento se puede utilizar espuma rígida de poliuretano inyectado, fibra de vidrio, etc.

Una vez descrito el funcionamiento es importante destacar en el diseño que no conviene que se produzca la mezcla del agua en el acumulador para que no se produzca la homogeneización de la temperatura y con ellos la no estratificación de la mezcla. Para esto se


usaran tubos difusores o deflectores, reduciendo así la velocidad del agua. También es importante la buena disposición de las tuberías de conexión, para ello se recomienda que la entrada de agua fría sea por la parte inferior del acumulador y la caliente por la superior.

4.3.3 Conexión entre Acum

La conexión entre los depósitos de acumulación se pueden realizar en serie, en paralelo y de forma mixta (esta última no es muy habitual).


usaran tubos difusores o deflectores, reduciendo así la velocidad del agua. También es osición de las tuberías de conexión, para ello se recomienda que la

entrada de agua fría sea por la parte inferior del acumulador y la caliente por la superior.

Ilustración 23: Esquema de Acumulador

4.3.3 Conexión entre Acumuladores

La conexión entre los depósitos de acumulación se pueden realizar en serie, en paralelo y de forma mixta (esta última no es muy habitual).

Ilustración 24: Conexión entre captadores

Memoria Descriptiva

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usaran tubos difusores o deflectores, reduciendo así la velocidad del agua. También es osición de las tuberías de conexión, para ello se recomienda que la

entrada de agua fría sea por la parte inferior del acumulador y la caliente por la superior.

La conexión entre los depósitos de acumulación se pueden realizar en serie, en paralelo y


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- En serie: la conexión en series invertida con el circuito de consumo favorece la estratificación de las temperaturas.

- En paralelo: su funcionamiento es el mismo que colocar un acumulador que tenga el mismo volumen que la suma del total de acumuladores que se han puesto en paralelo. Se consigue una distribución más homogénea de temperaturas en el volumen total del acumulador.


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4.4 El Intercambiador de calor

Un intercambiador de calor es por definición, un dispositivo para transferir calor entre dos medios que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción, refrigeración acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

4.4.1 Tipos de Intercambiadores

En una instalación solar para ACS podemos encontrarnos con el intercambiador de calor en el acumulador solar, conocidos como interacumuladores, e instalaciones con el intercambiador de calor independiente.

- Intercambiadores interiores al acumulador: como se ha mencionado en el apartado de acumuladores, destacan los de tipo serpentín y doble envolvente.

A. Intercambiador tipo serpentín: consta de un tubo de cobre, acero inoxidable o acero vitrificado, arrollado en espiral sumergido en el acumulador. Por el tubo circula el fluido caliente procedente de los captadores solares, realizando la transferencia de calor al agua contenida en el acumulador a través de la superficie exterior del tubo. Como la sección que presenta el tubo es normalmente pequeña, se recomienda aumentar la longitud del mismo para disponer de mayor superficie total de transferencia de calor.

B. Intercambiador de doble envolvente: consta de una capa cilíndrica

concéntrica alrededor del mismo. El fluido procedente de los captadores circula entre el acumulador y la capa concéntrica transfiriendo calor por conducción, a través de la superficie interna del acumulador, al agua acumulada en su interior.

- Intercambiadores exteriores: en este grupo encontramos los intercambiadores de

placas y los de carcasa y tubos. La circulación de los fluidos frío y caliente puede tener lugar en el mismo sentido (equicorriente) o en sentido contrario (contracorriente), recomendándose la utilización de modelos de funcionamiento en contracorriente. Además se recomienda aislar adecuadamente a este tipo de intercambiadores para disminuir las pérdidas térmicas. Los intercambiadores exteriores requieren la instalación de una bomba adicional en el circuito secundario.


A. Intercambiador de placasmantienen unidas mediante presión de un bastidor y selladas por medio de una junta de modo que se forma una serie de pasillos interconectados por los que circula el fluido. Cada placa consta de 4 orificios de forma que a través de 2 de ellos circula el fluido frío o caliente. Las juntas de estanqueidad fijan la dirección de estos fluidos a través de las placas.

B. Intercambiador de carcasa y tubosde los cuales circula uno de los fluidos que intercambia calor. Este haz de tubos se encuentra en el interior de una carcasa circulando el otro fluido por el espacio comprendido entre el haz de tubos y la carcasa. Este tipo de intercambiador no suele usarse en instalaciones solares.

Ilustración


Intercambiador de placas: consiste en una pila de placas metálicas que se mantienen unidas mediante presión de un bastidor y selladas por medio de una junta de modo que se forma una serie de pasillos interconectados por los que circula el fluido. Cada placa consta de 4 orificios de forma que a través

de ellos circula el fluido frío o caliente. Las juntas de estanqueidad fijan la dirección de estos fluidos a través de las placas.

Ilustración 25: Intercambiador de placas

Intercambiador de carcasa y tubos: consta de una haz de tubos por el interior de los cuales circula uno de los fluidos que intercambia calor. Este haz de tubos se encuentra en el interior de una carcasa circulando el otro fluido por el espacio comprendido entre el haz de tubos y la carcasa. Este tipo de

tercambiador no suele usarse en instalaciones solares.

Ilustración 26: Intercambiador de carcasa y tubos

Memoria Descriptiva

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placas metálicas que se mantienen unidas mediante presión de un bastidor y selladas por medio de una junta de modo que se forma una serie de pasillos interconectados por los que circula el fluido. Cada placa consta de 4 orificios de forma que a través

de ellos circula el fluido frío o caliente. Las juntas de estanqueidad fijan

z de tubos por el interior de los cuales circula uno de los fluidos que intercambia calor. Este haz de tubos se encuentra en el interior de una carcasa circulando el otro fluido por el espacio comprendido entre el haz de tubos y la carcasa. Este tipo de


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4.4.2 Parámetros característicos

Los dos parámetros que mejor definen un intercambiador son el rendimiento y la eficacia de intercambio.

El rendimiento es la relación entre la energía obtenida y la aportada. La diferencia entre una y otra se debe a las pérdidas térmicas.

La eficacia de intercambio se define como la relación entre la potencia térmica intercambiada y la máxima que teóricamente podría intercambiarse. Para un caudal de fluido caloportador determinado, la eficacia es una constante que dependerá de la superficie de intercambio, de su forma y geometría y del material empleado.

Para el caso de interacumuladores, el intercambio se produce por convección natural y la eficacia es:

� � �� !��

Siendo:

- ε: eficacia del intercambiador - ��: temperatura de entrada del fluido caloportador, en ºC - � : temperatura de salida del fluido calorportador, en ºC - ��!��: temperatura del agua acumulada, en ºC

En el caso de intercambiadores exteriores de placas, la expresión de la eficacia es la siguiente:

� � � � �� " � ��

Siendo:

- ε: eficacia del intercambiador - � : temperatura de salida del intercambiador del circuito secundario, en ºC - �� : temperatura de entrada al intercambiador del circuito secundario, en ºC - ��": temperatura de entrada al intercambiador del circuito primario, en ºC


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4.5 Subsistema de apoyo: Energía Auxiliar

Las instalaciones solares para producción de agua caliente sanitaria no se diseñan para cubrir la totalidad de la demanda por motivos económicos o de cualquier otro tipo de viabilidad. Por ello, para asegurar la continuidad del abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía convencional auxiliar.

El sistema de energía auxiliar es un elemento imprescindible en toda instalación solar, si no se quiere sufrir restricciones energéticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiación y/o el consumo es superior a lo previsto. Para prevenir estas situaciones, casi la totalidad de los sistemas de energía solar térmica cuentan con un apoyo basado en energías convencionales. La fuente de apoyo es muy variable, aunque en general es recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control.

Según la norma, el sistema auxiliar se diseñará para cubrir el servicio como si no se dispusiera del sistema solar y sólo entrará en funcionamiento cuando sea necesario, dándole prioridad a la energía de captación.

Las condiciones que deben reunir el subsistema de apoyo se puede resumir en los puntos siguientes:

- Los componentes de la caldera/calentador han de soportar la entrada de agua caliente a la temperatura de suministro del sistema de captación solar, que puede alcanzar el valor fijado como temperatura de consigna (o incluso superior en algunos casos)

- El sistema de apoyo debe ser capaz de adaptar su potencia a las necesidades en cada momento. La caldera/calentador debe, por tanto aportar la energía necesaria para calentar el agua desde la temperatura de salida del sistema de captación hasta la temperatura de consigna, sin producir un sobrecalentamiento del agua de consumo.

- El funcionamiento de la caldera/calentador ha de dar prioridad al aprovechamiento de la energía solar frente al consumo de gas.

Las calderas mixtas que incorporan su propia acumulación, pensadas para satisfacer grandes caudales puntuales de agua caliente sanitaria, son una opción siempre válida, ya que la aportación de energía se realiza en función de la temperatura del agua acumulada.

La mayoría de los fabricantes y/o distribuidores de calderas o calentadores instantáneos han adaptado sus productos, para que sus prestaciones técnicas y de confort no se vean modificadas aunque se tengan temperaturas de entrada de agua elevadas. Normalmente los modelos considerados aptos para esta aplicación disponen de una identificación comercial específica.

En nuestra instalación tendremos un sistema auxiliar para la demanda de ACS. La caldera tendrá que proporcionar toda la energía demandada de su correspondiente circuito. El cálculo de la potencia que tiene que aportar la caldera viene en función del caudal instantáneo de cada uno de los grupos de consumos y detallado en la memoria de cálculo. El combustible utilizado será gas natural ya que es un combustible económico y de suministro continuo.


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4.6 Circuito Hidráulico

Un circuito hidráulico es un sistema que comprende un conjunto de componentes interconectado separados que transporta líquido. Mediante el circuito hidráulico podemos transportar la energía captada por los captadores hasta el punto de consumo de la forma más eficiente posible. El circuito hidráulico de una instalación solar está formado por el conjunto de tuberías, bombas de circulación, válvulas y accesorios que se encargan de conectar entre sí los principales componentes de la instalación solar.

El circuito hidráulico ha de concebirse de por sí equilibrado, si no fuera posible, el flujo ha de controlarse mediante válvulas de equilibrado.

En una instalación solar se encuentra por lo general dos circuitos, uno primario y uno secundario.

4.6.1 Circuito primario Solar

El circuito primario solar es el encargado de transportar la energía procedente de los captadores solares hasta el subsistema de intercambio y acumulación. En el caso de equipos prefabricados de funcionamiento por termosifón, los componentes del circuito primario forman parte del propio equipo, por lo que no es necesario elegirlos.

En el caso de la configuración con acumulación solar centralizada, el circuito primario finalizará en el intercambiador de calor externo o interno del depósito de acumulación, situado en la sala de máquinas del edificio.

En el caso de la configuración con acumulación solar individual, el circuito primario llegaría hasta cada vivienda, para conectarse a cada interacumulador. Es importante garantizar el equilibrado hidráulico del circuito, por lo que, los interacumuladores individuales se dispondrán en retorno invertido.

Nuestra instalación cuenta con un sistema con acumulación solar centralizada, luego el circuito primario finalizará en el intercambiador de calor interno al depósito.

4.6.2 Circuito secundario Solar

El circuito secundario solar es el encargado de distribuir el agua caliente sanitaria una vez se le ha transmitido la energía captada por los captadores

4.6.3 Fluido Caloportador

El fluido que circulará por el circuito primario será una mezcla de agua con anticongelante, con una proporción tal que permita eliminar el riesgo de congelación dentro de las tuberías, ya que podría producir daños irreparables en el captador.


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Los tipos de fluidos caloportador que se utilizan habitualmente son:

- Agua (sistemas directos). - Agua con adición de anticongelante (propilenglicol o etilenglicol). - Fluidos orgánicos. - Aceites de silicona.

La solución más generalizada es la de agua con anticongelante para ofrecer protección contra las heladas. Esta agua podrá ser de la red de suministro, agua desmineralizada o agua con aditivos. Hay que tener presente las diferencias de las propiedades físicas que va a haber entre el agua y el anticongelante: viscosidad, dilatación, estabilidad, calor específico o temperatura de ebullición.

Para conocer las proporciones de anticongelante en el agua es necesario saber las temperaturas mínimas registradas en las diferentes provincias españolas. También se deberá tener en cuenta el porcentaje de anticongelante para determinar correctamente la pérdida de carga en tuberías.

El fluido de trabajo que se emplee, además de estar prevenido contra las heladas, no deberá hervir para el rango de temperatura y presión de trabajo de la instalación, no ser agresivo químicamente con los componentes de la instalación, y ser además atóxico para que en caso de fuga no ponga en peligro la salud de las personas. Además de todo esto deberá ser un fluido que sea económicamente accesible para que este tipo de instalaciones sea rentable.

Para que el periodo de garantía de una instalación termosolar no se vea afectado, deberá emplearse siempre como fluido de trabajo del circuito primario el líquido recomendado por el fabricante.

Para compensar posibles pérdidas de fluido caloportador en el circuito primario, se considerará un sistema de llenado a través del vaso de expansión cerrado (que se encontrará en la zona de aspiración de la bomba junto a la salida del circuito primario del acumulador) que permite llenar el circuito y mantenerlo presurizado siempre que sea necesario.

4.6.4. Tuberías

Los materiales más usados para las tuberías de una instalación termosolar dependen si se refieren al circuito primario o al circuito secundario.

Para el circuito primario, por donde circula el fluido de trabajo caloportador desde los captadores solares hasta el intercambiador y su posterior retorno, se suelen usar tuberías de cobre o de acero inoxidable. En la actualidad se están desarrollando nuevos materiales plásticos termorresistentes, certificados y homologados para esta aplicación.

Para el circuito secundario o de circulación de agua caliente sanitaria se podrán usar tuberías de cobre, de acero inoxidable o de acero galvanizado, pero nunca se usarán tuberías de acero negro para circuitos de agua caliente destino al consumo.

A continuación se realizan algunas indicaciones para ciertos tipos de tuberías que pueden ser empleadas en las instalaciones termosolares:


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- Tuberías de cobre: de todos es el tipo de tubería más recomendado, por su excelente relación calidad/precio. Ofrece gran resistencia a la corrosión, es maleable y dúctil lo cual facilita las operaciones de montaje, y es inocua por lo que ofrece buenas condiciones de salubridad.

- Acero negro: no se puede emplear en instalaciones de agua caliente sanitaria por producirse oxidaciones que afectan negativamente a la potabilidad del agua. Solo es posible su uso como material de las conducciones del circuito primario.

- Tuberías de plástico termorresistentes: actualmente se están desarrollando nuevos materiales plásticos, que resultan muy competitivos de precio, y que pueden resistir sin problemas temperaturas de trabajo superiores a los 100 ºC. No obstante, por lo general este tipo de materiales se deterioran por la exposición directa a los rayos solares, por lo que su uso está restringido a espacios interiores o bajo estructuras de protección que los aísle de la acción directa de loa rayos solares.

- Acero galvanizado: aunque es muy empleado en instalaciones de fontanería/plomería en agua fría, no se puede emplear como material en el circuito primario, dado que la protección del galvanizado se deteriora cuando se alcanza temperaturas superiores a los 65 ºC.

Con el fin de evitar pérdidas térmicas la longitud de tuberías será lo más corta posible y los tramos horizontales tendrán siempre una pendiente mínima de un 1 % en el sentido de la circulación tal y como se indica en (CTE).

En las tuberías hay que distinguir dos tipos de pérdidas de cargas:

- Pérdida de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubería o conducto. Éstas disminuirán al aumentar el diámetro de tubería.

- Pérdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios. Éstas disminuirán evitando codos, válvulas, etc.

Las uniones de los grupos de captadores a las tuberías del circuito primario deben realizarse de modo que las dilataciones del material no produzcan esfuerzos en los puntos de unión, por ejemplo, mediante la utilización de tubos flexibles de malla de acero inoxidable.

4.6.5. Aislamiento

Con el objeto de minimizar las pérdidas de calor, es necesario dotar de aislamiento las paredes de las conducciones y accesorios del sistema hidráulico que conforma todas la instalación termosolar.

Por otro lado, las conducciones del circuito primario que conducen el fluido caloportador suelen alcanzar temperaturas elevadas, especialmente si el sistema está parado, por lo que el material que se emplee como aislante de dichas tuberías deberá ser tal que no se degrade con el tiempo y pueda soportar sin problemas temperaturas de hasta 150 ºC.


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De acuerdo al RITE, no solo deben aislarse térmicamente los conductos, sino también equipos, aparatos y depósitos cuando contengan fluidos con temperatura mayor a 40 ºC o fluidos refrigerados con temperatura menor que la ambiente del local por el que discurran.

4.6.6. Bomba de Circulación

La bomba de circulación es el elemento de la instalación solar térmica encargado de hacer circular el fluido a través del circuito hidráulico de una instalación de circulación forzada. Es decir , generan el movimiento del fluido de trabajo desde la salida del depósito acumulador, una vez pasado por el intercambiador, hasta los colectores solares. Normalmente son de tipo centrífugas.

Las bombas se deben montar en las zonas más frías del circuito primario, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal.

Según el CTE en instalaciones con un tamaño considerable (>50 �� de captación) es obligatorio la instalación de otra bomba idéntica y en paralelo con ésta para evitar la parada de la instalación por avería o mal funcionamiento de la bomba. También añade el CTE que los materiales de la bomba del circuito primario deberán ser compatibles con las mezclas de anticongelantes y en general con el fluido caloportador utilizado, y siempre se instalarán en la parte más fría del circuito hidráulico.

Toda bomba circuladora, para unas determinadas condiciones de trabajo y tipo de fluido a bombear, se caracteriza por el caudal de fluido y la altura manométrica de impulsión.

Esta altura manométrica es la suma de:

- La pérdida de carga en el circuito más desfavorable de tuberías (incluidas las pérdidas de carga singulares de los accesorios)

- La pérdida de carga producida por el intercambiador de calor, ya sea externo o incorporado al acumulador (serpentín).

- La pérdida de carga de los captadores solares.

Las bombas circuladoras empleadas en los circuitos termosolares suelen tener varias velocidades y el fabricante lo indicará en sus gráficas de funcionamiento. Lo aconsejable es que se trabaje en una velocidad intermedia, con objeto de tener margen de actuación en el caso de ser necesaria variar la presión de suministro de la bomba ante cambios en las condiciones de la instalación.

Asimismo, previo a la aspiración de la bomba, se suele instalar un filtro con objeto de evitar que entren al interior de la bomba impurezas procedentes de los cordones de soldadura y otros desprendimientos del interior de la instalación.


4.6.7. Vaso de Expansión

Las variaciones extremas de temperatura que experimente el fluido de trabajo en el circuito primario, hacen variar su densidad, y por tanto el volumen que ocupa dentro de la instalación.

En efecto, al aumentar la temperatura del fluido los captadores solares), ocasiona el aumento de su volumen dentro de las tuberías y por tanto, también un aumento de la presión interior del fluido, que si no se dispone de algún elemento que alivie este incremento de presiones, podría dar lugar a fugas y roturas de la instalación.

Por tanto con objeto de absorber las dilataciones del fluido caloportador se coloca un dispositivo, denominado vaso de expansión, tal que el fluido sobrante que no cabe en la instalación entre el vaso de expansión,

Entre los más usados, son los vasos de expansión de tipo cerrado, los cuales consisten en un depósito cerrado herméticamente, cuyo interior se encuentra dividido en dos partes separadas por una membrana impermeable y extensible.

Ilustración

La parte del depósito rodeado por la membrana está ocupado por un gas (suele ser nitrógeno, que no se oxida ni estropea la membrana, aunque que la otra parte útil del depósito está conectada al circuito hidráulico y es por donde entra y sale el fluido caloportador de la instalación.

Pues bien, como se ha dicho, al expandirse el fluido por aumento de su temperatdel fluido que no cabe en la instalación entra en el vaso de expansión empujando a la membrana.

El gas que ocupa la parte del vaso de expansión se comprime y absorbe la entrada del fluido sobrante, evitando así variaciones de presión en el circu

La parte del vaso de expansión ocupada por el gas suele disponer de una válvula de seguridad para limitar la presión al valor especificado por el fabricante de la instalación.

4.6.7.1. Método de cálculo para el Vaso de Expansión

El método de cálculo snorma UNE 100155:2004.


. Vaso de Expansión

Las variaciones extremas de temperatura que experimente el fluido de trabajo en el circuito primario, hacen variar su densidad, y por tanto el volumen que ocupa dentro de la

En efecto, al aumentar la temperatura del fluido caloportador (por ejemplo, a su paso por los captadores solares), ocasiona el aumento de su volumen dentro de las tuberías y por tanto, también un aumento de la presión interior del fluido, que si no se dispone de algún elemento

de presiones, podría dar lugar a fugas y roturas de la instalación.

Por tanto con objeto de absorber las dilataciones del fluido caloportador se coloca un dispositivo, denominado vaso de expansión, tal que el fluido sobrante que no cabe en la

expansión, consiguiendo así que la presión no suba.

Entre los más usados, son los vasos de expansión de tipo cerrado, los cuales consisten en un depósito cerrado herméticamente, cuyo interior se encuentra dividido en dos partes separadas

r una membrana impermeable y extensible.

Ilustración 27: Esquema vaso de expansión

La parte del depósito rodeado por la membrana está ocupado por un gas (suele ser nitrógeno, que no se oxida ni estropea la membrana, aunque se puede emplear aire), mientras que la otra parte útil del depósito está conectada al circuito hidráulico y es por donde entra y sale el fluido caloportador de la instalación.

Pues bien, como se ha dicho, al expandirse el fluido por aumento de su temperatdel fluido que no cabe en la instalación entra en el vaso de expansión empujando a la

El gas que ocupa la parte del vaso de expansión se comprime y absorbe la entrada del fluido sobrante, evitando así variaciones de presión en el circuito.


4.6.7.1. Método de cálculo para el Vaso de Expansión

El método de cálculo seguido para el diseño del vaso de expansión viene definido en la

Memoria Descriptiva

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Las variaciones extremas de temperatura que experimente el fluido de trabajo en el circuito primario, hacen variar su densidad, y por tanto el volumen que ocupa dentro de la

caloportador (por ejemplo, a su paso por los captadores solares), ocasiona el aumento de su volumen dentro de las tuberías y por tanto, también un aumento de la presión interior del fluido, que si no se dispone de algún elemento

de presiones, podría dar lugar a fugas y roturas de la instalación.

Por tanto con objeto de absorber las dilataciones del fluido caloportador se coloca un dispositivo, denominado vaso de expansión, tal que el fluido sobrante que no cabe en la

consiguiendo así que la presión no suba.

Entre los más usados, son los vasos de expansión de tipo cerrado, los cuales consisten en un depósito cerrado herméticamente, cuyo interior se encuentra dividido en dos partes separadas

La parte del depósito rodeado por la membrana está ocupado por un gas (suele ser se puede emplear aire), mientras

que la otra parte útil del depósito está conectada al circuito hidráulico y es por donde entra y

Pues bien, como se ha dicho, al expandirse el fluido por aumento de su temperatura, parte del fluido que no cabe en la instalación entra en el vaso de expansión empujando a la

El gas que ocupa la parte del vaso de expansión se comprime y absorbe la entrada del


eguido para el diseño del vaso de expansión viene definido en la


4.6.8. Purgador de Aire

Las instalaciones termosolares también disponen de un purgador, cuya función es la de extrae las burbujas de aire que se puedan formar dentro de

- Es importante seguir las siguientes recomendaciones en el diseño de cualquier instalación termosolar con objeto de evitar la acumulación de bolsas de aire dentro de las conducciones, que dificultaría enormemente la circulación del fluido

- Los purgadores de aire se colocarán en los lugares altos del circuito, que es donde tenderá a acumularse las bolsas de aire, y será más fácil su eliminación;

- Las bombas circulatorias se montarán en tramos verticales, de forma que se impida formación de bolsas de aire en el interior de las mismas;

- Se recomienda que la velocidad del fluido por las tuberías nunca sea inferior a 0,6 m/s;

- En los circuitos cerrados se montará el vaso de expansión en la zona de aspiración de la bomba;

- A todo tramo horizontal de tubería se le dotará de una ligera pendiente mínima del 1% en el sentido de circulación para impedir la formación de bolsas de aire y que éstas queden estancadas en la tubería;

- Al menos, en el punto más alto de la instalación se mantendrá 1,5 kg/cm2.

Además de los anteriores elementos, se pueden montar otros accesorios y dispositivos con funciones diferentes, como la instalación de un grifo mezclador a la salida del depósito acumulador con objeto de permitir la mezcla así evitar el riesgo de quemaduras en momentos donde el colector alcance temperaturas muy elevadas.

Otro dispositivo necesario es el de llenado/vaciado del circuito. En caso de disponer de un vaso de expansión de tipo abierto a la atmósfera, éste puede ser empleado como sistema de llenado.

En caso de disponerse de un vaso de expansión de tipo cerrado, entonces es necesario instalar un dispositivo adicional para efectuar las operaciones de llenado y vaciado dcaloportador y mantenerlo presurizado. En este caso, el dispositivo de llenado deberá disponerse en la parte baja del circuito de manera que se evite la formación de bolsas de aire durante las operaciones de llenado.


4.6.8. Purgador de Aire

Las instalaciones termosolares también disponen de un purgador, cuya función es la de extrae las burbujas de aire que se puedan formar dentro de las conducciones.

Es importante seguir las siguientes recomendaciones en el diseño de cualquier instalación termosolar con objeto de evitar la acumulación de bolsas de aire dentro de las conducciones, que dificultaría enormemente la circulación del fluidoLos purgadores de aire se colocarán en los lugares altos del circuito, que es donde tenderá a acumularse las bolsas de aire, y será más fácil su eliminación;Las bombas circulatorias se montarán en tramos verticales, de forma que se impida formación de bolsas de aire en el interior de las mismas; Se recomienda que la velocidad del fluido por las tuberías nunca sea inferior a 0,6

En los circuitos cerrados se montará el vaso de expansión en la zona de aspiración de

mo horizontal de tubería se le dotará de una ligera pendiente mínima del 1% en el sentido de circulación para impedir la formación de bolsas de aire y que éstas queden estancadas en la tubería; Al menos, en el punto más alto de la instalación se mantendrá una presión mínima de

Además de los anteriores elementos, se pueden montar otros accesorios y dispositivos con funciones diferentes, como la instalación de un grifo mezclador a la salida del depósito acumulador con objeto de permitir la mezcla de agua fría con la procedente del colector, para así evitar el riesgo de quemaduras en momentos donde el colector alcance temperaturas muy

Otro dispositivo necesario es el de llenado/vaciado del circuito. En caso de disponer de un ión de tipo abierto a la atmósfera, éste puede ser empleado como sistema de

En caso de disponerse de un vaso de expansión de tipo cerrado, entonces es necesario instalar un dispositivo adicional para efectuar las operaciones de llenado y vaciado dcaloportador y mantenerlo presurizado. En este caso, el dispositivo de llenado deberá disponerse en la parte baja del circuito de manera que se evite la formación de bolsas de aire durante las

Ilustración 28: Dispositivo de llenado

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Las instalaciones termosolares también disponen de un purgador, cuya función es la de

Es importante seguir las siguientes recomendaciones en el diseño de cualquier instalación termosolar con objeto de evitar la acumulación de bolsas de aire dentro de las conducciones, que dificultaría enormemente la circulación del fluido caloportador: Los purgadores de aire se colocarán en los lugares altos del circuito, que es donde tenderá a acumularse las bolsas de aire, y será más fácil su eliminación; Las bombas circulatorias se montarán en tramos verticales, de forma que se impida la

Se recomienda que la velocidad del fluido por las tuberías nunca sea inferior a 0,6

En los circuitos cerrados se montará el vaso de expansión en la zona de aspiración de

mo horizontal de tubería se le dotará de una ligera pendiente mínima del 1% en el sentido de circulación para impedir la formación de bolsas de aire y que

una presión mínima de

Además de los anteriores elementos, se pueden montar otros accesorios y dispositivos con funciones diferentes, como la instalación de un grifo mezclador a la salida del depósito

de agua fría con la procedente del colector, para así evitar el riesgo de quemaduras en momentos donde el colector alcance temperaturas muy

Otro dispositivo necesario es el de llenado/vaciado del circuito. En caso de disponer de un ión de tipo abierto a la atmósfera, éste puede ser empleado como sistema de

En caso de disponerse de un vaso de expansión de tipo cerrado, entonces es necesario instalar un dispositivo adicional para efectuar las operaciones de llenado y vaciado del fluido caloportador y mantenerlo presurizado. En este caso, el dispositivo de llenado deberá disponerse en la parte baja del circuito de manera que se evite la formación de bolsas de aire durante las


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4.6.9. Sistemas de llenado y vaciado

En una instalación de energía solar se encuentra un fluido de trabajo que será el encargado de transferir la energía térmica al resto del sistema. Pero dicho fluido debe ser introducido al sistema y debe garantizar la estanqueidad del mismo.

El llenado puede ser automático o manual. Y se debe favorecer la eliminación de aire dentro del sistema, para ello es conveniente el llenado por la parte inferior del sistema, ya que así se consigue que el aire se vaya eliminando por la parte superior (donde se encuentra el sistema de purga). Se utiliza para la entrada por la tubería una válvula de bola.

El vaciado se debe realizar por donde se ha realizado el llenado, aprovechando la apertura de una posible válvula de bola colocada en la instalación. La válvula hay que desplazarla de su posición cerrada de forma manual o automática.

4.6.10. Válvulas

De entre los accesorios que son necesarios para un funcionamiento correcto y seguro de todo el sistema hidráulico caben destacar las válvulas (en sus distintas versiones según su funcionalidad).

La elección del tipo de válvula más idónea se debe realizar atendiendo a la función que realiza dentro del circuito. Además, el tipo de válvula instalada deberá ser capaz de soportar con garantías los valores extremos de presión y temperatura que se alcancen en el sistema.

Las válvulas usadas con más frecuencia en sistemas solares son:

Válvulas de corte

Son válvulas de tipo esféricas cuya función dentro del sistema es la de aislamiento, ayudando así a facilitar tareas de mantenimiento. Se usan también para los sistemas de purga, sistemas de llenado y sistemas de vaciado. Las válvulas de corte se instalarán en:

- A la entrada y salida de cada batería del campo de colectores. - A las entradas y salidas de los acumuladores, intercambiadores y bombas. - A la entrada y salida del circuito de distribución de agua fría y caliente. - A la entrada y salida de la instalación solar para poder aislarla del sistema de apoyo.


Hay que garantizar en las instalaciones de energía solar la estanqueidad total para evitar la entrada de cualquier tipo de partícula indeseada. Las válvulas de corte son específicas para estas instalaciones.

Válvula de seguridad

Para el sistema es importante que la presión excesiva que se pueda generar en épocas de mayor radiación solar no influya de forma negativa, por tanto existen este tipo de válvulas que limitan la presión máxima de trabajo, protegiendo el resto de componentes de una instalación. Su funcionamiento consiste en permitir la salida de fluido al exterior evitando la presión excesiva.

Para este tipo de función se suelen usar válvulas de tipo resde seguridad por fila de captadores en el circuito primario.


Hay que garantizar en las instalaciones de energía solar la estanqueidad total para evitar la entrada de cualquier tipo de partícula indeseada. Las válvulas de corte son específicas para

Ilustración 29: Válvula de corte

Para el sistema es importante que la presión excesiva que se pueda generar en épocas de mayor radiación solar no influya de forma negativa, por tanto existen este tipo de válvulas que limitan la presión máxima de trabajo, protegiendo el resto de componentes de una instalación. Su funcionamiento consiste en permitir la salida de fluido al exterior evitando la presión

Para este tipo de función se suelen usar válvulas de tipo resorte. Se instalará una válvula de seguridad por fila de captadores en el circuito primario.

Ilustración 30: Válvula de seguridad

Memoria Descriptiva

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Hay que garantizar en las instalaciones de energía solar la estanqueidad total para evitar la entrada de cualquier tipo de partícula indeseada. Las válvulas de corte son específicas para

Para el sistema es importante que la presión excesiva que se pueda generar en épocas de mayor radiación solar no influya de forma negativa, por tanto existen este tipo de válvulas que limitan la presión máxima de trabajo, protegiendo el resto de componentes de una instalación. Su funcionamiento consiste en permitir la salida de fluido al exterior evitando la presión

Se instalará una válvula


Válvula de retención

Las válvulas de retención, también conocidas como válvulas antiretorno, son dispositivos que permiten que el fluido solo circule en un único sentido. En general se deben instalar cuando se quieran evitar posibles retornos del fluido.las de clapeta y de disco. Las de clapeta suelen fabricarse de bronce. Las de disco poseen un muelle que se fabrica de acero especial.

Estas válvulas se instalarán en:

- La acometida de agua fría para evitar circulaciones natura- En cada una de las bombas.

Válvula de regulación

Debido a la complejidad que existe para conseguir que circule el caudal correcto por cada uno de los circuitos posibles en un sistema hidráulico se utilizan las válvulas de regulación, permitiendo fijar un caudal de circulación y así poder equilibrar hidráulicamente una instalación. Para este tipo de funcionamientos se usan válvulas de asiento.


Las válvulas de retención, también conocidas como válvulas antiretorno, son dispositivos que permiten que el fluido solo circule en un único sentido. En general se deben instalar cuando se quieran evitar posibles retornos del fluido. Para este tipo de función las válvulas usadas son las de clapeta y de disco. Las de clapeta suelen fabricarse de bronce. Las de disco poseen un muelle que se fabrica de acero especial.

Estas válvulas se instalarán en:

La acometida de agua fría para evitar circulaciones naturales indeseadas.En cada una de las bombas.

Válvula de regulación

Debido a la complejidad que existe para conseguir que circule el caudal correcto por cada uno de los circuitos posibles en un sistema hidráulico se utilizan las válvulas de regulación, permitiendo fijar un caudal de circulación y así poder equilibrar hidráulicamente una instalación. Para este tipo de funcionamientos se usan válvulas de asiento.

Ilustración 31:Válvula de Regulación

Memoria Descriptiva

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Las válvulas de retención, también conocidas como válvulas antiretorno, son dispositivos que permiten que el fluido solo circule en un único sentido. En general se deben instalar cuando

ión las válvulas usadas son las de clapeta y de disco. Las de clapeta suelen fabricarse de bronce. Las de disco poseen un

les indeseadas.

Debido a la complejidad que existe para conseguir que circule el caudal correcto por cada uno de los circuitos posibles en un sistema hidráulico se utilizan las válvulas de regulación, permitiendo fijar un caudal de circulación y así poder equilibrar hidráulicamente una


Válvula termostática

Su uso viene justificado por la posible elevación de la temperatura de ACS debido a la radiación solar captada en algunos meses. Para evitar quemaduras por temperaturas excesivas se puede disponer de este topo de válvulas. Las válvulas termostáticas poseen 3 entrada y una de salida). Una entrada de agua fría y otra de agua caliente que se van combinando para que la temperatura de de la vía de salida sea la indicada, por tanto el caudal de la vía de entrada de agua fría y caliente se irá modificantemperatura deseada.

Es recomendable su instalación a la salida del sistema de producción de agua caliente sanitaria cuando el agua pueda alcanzar valores de temperaturas por encima de los 60 ºC.

4.6.11. Accesorios hidráulicos

Además de las válvulas, se necesitan otro tipo de accesorios para poder llevar a cabo un control y realizar un proceso óptimo, con la menor cantidad de pérdida de carga y con la posibilidad de ahorro energético. Para ello se describen a continuación una serie de accesorios característicos de una instalación como la que nos ocupa.

Caudalímetro

Un caudalímetro es un volumétrico de un fluido o para la medición del en línea con la tubería que transporta medidores de flujo o flujómetros

Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo podemos encontrar en los calentadores de aguaque está circulando o en las lavado


uso viene justificado por la posible elevación de la temperatura de ACS debido a la radiación solar captada en algunos meses. Para evitar quemaduras por temperaturas excesivas se puede disponer de este topo de válvulas. Las válvulas termostáticas poseen 3 entrada y una de salida). Una entrada de agua fría y otra de agua caliente que se van combinando para que la temperatura de de la vía de salida sea la indicada, por tanto el caudal de la vía de entrada de agua fría y caliente se irá modificando constantemente para mantener la


Ilustración 32:Válvula termostática

4.6.11. Accesorios hidráulicos

Además de las válvulas, se necesitan otro tipo de accesorios para poder llevar a cabo un control y realizar un proceso óptimo, con la menor cantidad de pérdida de carga y con la posibilidad de ahorro energético. Para ello se describen a continuación una serie de accesorios característicos de una instalación como la que nos ocupa.

es un instrumento de medida para la medición de o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse

que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudalflujómetros.

Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal

lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles.

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uso viene justificado por la posible elevación de la temperatura de ACS debido a la radiación solar captada en algunos meses. Para evitar quemaduras por temperaturas excesivas se puede disponer de este topo de válvulas. Las válvulas termostáticas poseen 3 vías (dos de entrada y una de salida). Una entrada de agua fría y otra de agua caliente que se van combinando para que la temperatura de de la vía de salida sea la indicada, por tanto el caudal de

do constantemente para mantener la


Además de las válvulas, se necesitan otro tipo de accesorios para poder llevar a cabo un control y realizar un proceso óptimo, con la menor cantidad de pérdida de carga y con la mayor posibilidad de ahorro energético. Para ello se describen a continuación una serie de accesorios

para la medición de caudal o gasto . Estos aparatos suelen colocarse

medidores de caudal,

Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo de paso que lo utilizan para determinar el caudal

para llenar su tanque a diferentes niveles.


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Se pueden distinguir varios tipos de caudalímetros pero los más usados son los de ultrasonidos o turbinas de palas.

Contador de energía

Es un dispositivo que nos permite conocer la entalpía o energía de un fluido que se encuentra en circulación. Para ello se utilizan dos sondas de control de temperatura, una en la tubería fría y otra en la caliente, un caudalímetro y un dispositivo electrónico que se encarga de determinar la energía según los valores aportados por las señales de las sondas y los valores del caudalímetro.

En una instalación solar nos sirve para ver el aporte de energía térmica del sistema de captación al sistema de acumulación.

Filtros

La presencia de partículas indeseadas como arena, restos de materiales en corrosión, etc. i influyen negativamente en cualquier instalación. Por ello se usan filtros que eviten el paso de estas partículas.

Es necesario utilizar filtros eficientes y de fácil acceso para sustituirlos cuando sea necesario. Siendo útil colocarlos a la entrada de agua fría y tras los componentes del circuito hidráulico como las válvulas, las bombas, etc. normalmente son de cobre, combinados con una malla plástica o metálica.


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4.7. Sistemas de Regulación y Control

En los sistemas termosolares de circulación forzada, es necesario la instalación de un sistema de control y regulación que active y controle, entre otras variables, la velocidad de bombeo de la bomba circulatoria del circuito primario en función de las necesidades del sistema.

La variable principal que marca el funcionamiento de la bomba es el gradiente de temperatura en el fluido caloportador del circuito primario que exista entre la salida de los captadores solares y la temperatura del fluido a la salida del acumulador (o del intercambiador térmico).

Para ello será necesario disponer, al menos, de sendas sondas de temperatura en las zonas anteriormente indicadas, que enviará los datos marcados a la unidad de control.

El sistema de control recibirá ambas señales y comparará las temperaturas registradas por los distintos sensores.

Si la diferencia de temperatura registrada en el fluido del circuito primario entre la salida de los captadores solares y la salida del acumulador es superior a un valor programado previamente por el instalador, de entre 4 y 6 ºC (el nuevo Código Técnico de la Edificación establece este límite en 7 ºC), el sistema activará el funcionamiento de la bomba.

Por el contrario, cuando esta diferencia de temperatura se sitúa entre 2 y 4 ºC (el Código Técnico de la Edificación lo marca a una diferencia menor a 2 ºC) el sistema detendrá el funcionamiento de la bomba.

Asimismo, otras de las funciones del sistema de control es la de activar la unidad auxiliar de apoyo para aportar calor adicional al agua de consumo en caso que la instalación solar, por sí sola, no pueda aportar toda la energía térmica demandada en ese momento. Para ello se dispondrá también de una sonda de temperatura que registrará la temperatura del agua sanitaria a la salida del acumulador que se destina a su consumo.

Toda unidad de control se compondrá, al menos, de los siguientes módulos funcionales:

1. Un teclado, para la introducción de parámetros de funcionamiento, por ejemplo, el rango de temperaturas diferenciales que marque el arranque y parada de la bomba;

2. Pantalla LED, que sirva para visualizar el estado de funcionamiento del sistema y de sus parámetros de diseño;

3. Un módulo de conexión analógica para entrada de datos, que sirva para el conexionado de las sondas de temperaturas distribuidas por el sistema, etc;

4. Un módulo de conexión para la salida de órdenes, que conecte con la bomba para activar su arranque/parada, o con la unidad auxiliar de apoyo para su control, etc.


Un ejemplo de funcionamiento básico es el propuesto a

Ilustración

La sonda de temperatura T1 (parte caliente) se sitúa a la salida del último del grupo decaptadores, de modo que su lectura sea la temperatura en los captadores. fría) se sitúa en la parte inferior del acumulador solar. En el caso de que existaacumulador solar, se situará en el depósito que parta la conexión de ida hacia

El regulador pone en marcha la bomba cuando la 6ºC la temperatura de la sonda T2 situada en el acumulador. Y lo detiene cuando lainferior a 2ºC. Estas diferencias de temperatura entre T1 y T2 para la puesta en marcha y detención de la bomba se establetuberías del circuito primario. Pueden ajustarse con la instalación en funcionamiento yestablecerse otros saltos térmicos diferentes a 6ºC y 2ºC.

Existen diversos reguladores de instalaciones solademás otras funciones como la limitación de temperatura en el acumulador, la puestamarcha cuando se detecta una temperatura en el circuito primario próxima a laapertura o cierre de contactos adicionacumulador solar, debe elegirse un valordepósito, teniendo en cuenta que,En general, el recubrimiento interior de los acumuladores de ACS es un esmalte que puede soportar temperaturas máximas de unos 60ºC, o hasta 70ºC si el calentamiento es esporádico. En cambio los acumuladores de inercia, al no estar esmaltados, son capaces de soportartemperaturas de unos 90ºC.


Un ejemplo de funcionamiento básico es el propuesto a continuación:

Ilustración 33: Esquema de sistema de control

La sonda de temperatura T1 (parte caliente) se sitúa a la salida del último del grupo decaptadores, de modo que su lectura sea la temperatura en los captadores. La sonda T2fría) se sitúa en la parte inferior del acumulador solar. En el caso de que existaacumulador solar, se situará en el depósito que parta la conexión de ida hacia los captadores.

El regulador pone en marcha la bomba cuando la temperatura de la sonda T1 supera en6ºC la temperatura de la sonda T2 situada en el acumulador. Y lo detiene cuando la

Estas diferencias de temperatura entre T1 y T2 para la puesta en marcha y la bomba se establecen para compensar las posibles pérdidas energéticas en las

del circuito primario. Pueden ajustarse con la instalación en funcionamiento yestablecerse otros saltos térmicos diferentes a 6ºC y 2ºC.

Existen diversos reguladores de instalaciones solares en el mercado que incorporanademás otras funciones como la limitación de temperatura en el acumulador, la puestamarcha cuando se detecta una temperatura en el circuito primario próxima a laapertura o cierre de contactos adicionales. Respecto a la limitación de la temperatura del acumulador solar, debe elegirse un valor que se adecue a las condiciones de funcionamiento del depósito, teniendo en cuenta que, a mayor temperatura se acumule mayor será la estratificación.

recubrimiento interior de los acumuladores de ACS es un esmalte que puede temperaturas máximas de unos 60ºC, o hasta 70ºC si el calentamiento es esporádico.

cambio los acumuladores de inercia, al no estar esmaltados, son capaces de soportar

Memoria Descriptiva

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La sonda de temperatura T1 (parte caliente) se sitúa a la salida del último del grupo de La sonda T2 (parte

fría) se sitúa en la parte inferior del acumulador solar. En el caso de que exista más de un los captadores.

temperatura de la sonda T1 supera en 6ºC la temperatura de la sonda T2 situada en el acumulador. Y lo detiene cuando la diferencia es

Estas diferencias de temperatura entre T1 y T2 para la puesta en marcha y cen para compensar las posibles pérdidas energéticas en las

del circuito primario. Pueden ajustarse con la instalación en funcionamiento y

ares en el mercado que incorporan además otras funciones como la limitación de temperatura en el acumulador, la puesta en marcha cuando se detecta una temperatura en el circuito primario próxima a la congelación, o la

Respecto a la limitación de la temperatura del que se adecue a las condiciones de funcionamiento del

a mayor temperatura se acumule mayor será la estratificación. recubrimiento interior de los acumuladores de ACS es un esmalte que puede

temperaturas máximas de unos 60ºC, o hasta 70ºC si el calentamiento es esporádico. cambio los acumuladores de inercia, al no estar esmaltados, son capaces de soportar


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5. Métodos de cálculo: Método F-Chart

En la realización de este Proyecto se ha decidido usar el método F- Chart, pasemos a explicar su fundamento. El método F-Chart, aplicable a calefacción de edificios y calentamiento de A.C.S., es un método simplificado ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente exacto cuando se dispone de datos en base mensual. Para desarrollarlo, como datos de partida se utilizan datos mensuales medios meteorológicos y de demanda. Es perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de calentamiento y producción de ACS, en todo tipo de edificios, mediante captadores solares.

El resultado final que proporciona el método F-Chart, es una estimación de la fracción de carga total suministrada por la energía solar. La principal variable de diseño será el área de captación, siendo variables secundarias el tipo de captador, capacidad de almacenamiento, relación de flujos, etc.

El método en sí, fue obtenido a partir de correlaciones de resultados de un gran número de simulaciones detalladas. Los resultados de estas numerosas simulaciones fueron correlacionadas en términos de variables adimensionales fáciles de obtener. El resultado de la correlación, como veremos en la memoria de cálculo, será f; fracción de carga mensual que será suministrada por energía solar. Este factor se obtendrá como función de dos parámetros adimensionales cuyos cálculo se detalla en la memoria de cálculo.

El alcance de este método se resume a continuación:

- Método basado en datos diarios medios mensuales - Considera sistemas de calefacción y producción de ACS, donde la carga de ACS es

inferior al 20 % de la carga de calefacción. - El método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de

calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75 l/�� de superficie de captación.

Como hipótesis de partida se establece que las pérdidas en base mensual son despreciables, es decir:

�# $ %��& � ' $ ( � ' ( ) �#

Siendo

- �# � %*�+,í. /01.+ ú341 5.63.7. 8 9�� :

- %��& � Energía auxiliar consumida 8 9�� :

- ' � Demanda térmica 8 9�� :

- ( � Pérdidas en transporte y acumulación 8 9�� :

El rendimiento del sistema se define como la fracción de demanda cubierta por energía solar (f) y se ecuaciona como:


Como ya he citado en la página anterior todos los cálculos son justificados en la memoria de cálculo, aquí solo se presenta el método de forma g

El rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X,Y)

Siendo:

-

-

Temperatura de referencia, igual a 100 ºC

(τα)m: Producto (τα) medio mensual del captador = 0,96

Esta función se obtiene a partir de resultados de simulA continuación muestro las curvas f para sistemas con colectores de líquido.


Como ya he citado en la página anterior todos los cálculos son justificados en la memoria de cálculo, aquí solo se presenta el método de forma general.

El rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X,Y)

Temperatura de referencia, igual a 100 ºC Temperatura media

τα) medio mensual del captador = 0,96·(τα)n

Esta función se obtiene a partir de resultados de simulaciones horarias mediante TRANSA continuación muestro las curvas f para sistemas con colectores de líquido.

Ilustración 34: Gráfico método F-Chart

Memoria Descriptiva

56

Como ya he citado en la página anterior todos los cálculos son justificados en la memoria

El rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X,Y):

Temperatura media mensual ext.

aciones horarias mediante TRANS.


El rango de variación de los parámetros de diseño son los siguientes:

- Orientación captadores solares: - Inclinación captadores solares: - Caudal de circulación en captadores: - Efectividad intercambiador c.p: 50 a 100 l/- Capacidad de almacenamiento

Como hemos dicho, el método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75 l/ de superficie de captación.emplean unas correcciones. Estas correcciones se exponen a continuación.

5.1. Corrección por Almacenamiento

El método se ha desarrollado para una capacidad de 75 l/acumulación es diferente se corrige el grupo adimensional X mediante la ecuación:

Ilustración


El rango de variación de los parámetros de diseño son los siguientes:

Orientación captadores solares: Sur ±15º Inclinación captadores solares: Latitud ±15º Caudal de circulación en captadores: 0,01 a 0,02 l/s Efectividad intercambiador c.p: 50 a 100 l/ Capacidad de almacenamiento 50 a 100 l/

Como hemos dicho, el método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75

de superficie de captación. Luego si la capacidad de acumulación difiere de la base, se emplean unas correcciones. Estas correcciones se exponen a continuación.

Corrección por Almacenamiento

El método se ha desarrollado para una capacidad de 75 l/ . Si la capacidad de es diferente se corrige el grupo adimensional X mediante la ecuación:

Ilustración 35: Factor de corrección por almacenamiento

Memoria Descriptiva

57

Como hemos dicho, el método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75

Luego si la capacidad de acumulación difiere de la base, se

. Si la capacidad de es diferente se corrige el grupo adimensional X mediante la ecuación:


5.2. Corrección por Intercambiador

Si existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos adimensionales Xe Y a través del factor Fr (recta de rendimiento), en función de la efectividad del intercambiador y de las capacidades caloríficas de los fluidos.

Ilus

Aumenta el gradiente de temperatura entre el depósito de acumulación y el captador solar, disminuyendo el rendimiento de captación.

Se define un captador solar equivalente intercambiador de calor en el circuito de captación.

Se obtiene operando la siguiente expresión:


Corrección por Intercambiador

Si existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos adimensionales Xe Y a través del factor Fr (recta de rendimiento), en función de la efectividad del intercambiador y de las capacidades caloríficas de los fluidos.

Ilustración 36: Corrección por intercambiador

Aumenta el gradiente de temperatura entre el depósito de acumulación y el captador solar, disminuyendo el rendimiento de captación.

Se define un captador solar equivalente de una instalación equivalente sin intercambiador de calor en el circuito de captación.

Se obtiene operando la siguiente expresión:

Memoria Descriptiva

58

Si existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos adimensionales Xe Y a través del factor Fr (recta de rendimiento), en función de la efectividad

Aumenta el gradiente de temperatura entre el depósito de acumulación y el captador

de una instalación equivalente sin


59

;" <=,/ > � ? < =,

/ ��> @ ��

5.3. Corrección por Consumo de ACS

El método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20 % de la carga de calefacción. Si este porcentaje es superior se corrige el grupo adimensional X mediante la ecuación:

XBX � 11,6 $ 1,18 � TrefKB $ 3,86 � Tred � 2,32 � TKOP

100 � TKOP

5.4. Metodología de Cálculo

1. DATOS DE PARTIDA: - Localidad y datos de consumo - Inclinación y azimut del captador

2. METODOLOGÍA: - Elegir un captador solar: �� R, �� - Definir agrupación de captadores y acumulación (V) - Corregir por caudal - Corregir � por agrupación de captadores - Corregir � por intercambiador de calor.

2.1. Para cada mes: - Calcular la demanda mensual (L) - Calcular R. Solar sobre superficie de captación: H S/��7í. - Calcular los parámetros X/A e Y/A - Corregir X/A por demanda ACS si 'UVW X 0,20 '!�Y�Z

- Corregir X/A por acumulación si V≠75 1/�� - Elegir una superficie de captación: A - Calcular X e Y - Calcular f en función de X e Y

2.2. Para el año completo: - Calcular f en base anual


60

6. Justificación, elección de equipos y resumen de la instalación

El edificio para el cual se ha desarrollado el diseño de la instalación solar térmica para ACS corresponde a un edifico de residencia para estudiantes situado en la provincia de Sevilla. Este edificio consta de 3 plantas y un sótano, y cuenta con un total de 71 camas. La localización del edificio no ha sido proporcionada por la empresa a través de la cual he adquirido los planos, luego he decido yo mismo una localización posible para encajar la instalación en la localidad de Sevilla siguiendo la orientación definida por los planos del edificio.

Queda definido en el plano de situación y emplazamiento.


6.1. Elección del sistema

La selección del sistema más adecuado, para acoplar una instalación solar a la convencionalde mucha importancia ya que la correcta selección y dimensionado de cada uno de los componentes de estas opciones influyen en el ahorro solar alcanzable. Las o

- Campo solar único con acumulación solar común acoplado a sistemas centralizados de ACS para el edificio.

- Campo solar único con acumulación solar comúnACS en cada vivienda del edificio.

- Campo solar único condistribuidos de ACS en cada vivienda del edificio.

En edificios como hoteles, residencias oficinas, etc. las instalaciones de producción de ACS son centralizadas como el primer tipo descrito es decir, campacumulación solar común acoplado a sistemas centralizados de ACS para el edificio. Suelen utilizar combustibles fósiles. El pero básicamente es de la siguiente forma:

Ilustración

El sistema de nuestra instalación será el de una instalación solar con la caldera central. La instalación solar se utilizará para precalentar el agua de la red y la caldera complementará el salto térmico requerido en el caso de que el calentamiento solar no sea suficiente.

El sistema solar escogido es el de unsolar común acoplada al sistema centralizado de ACS, el cualedificio no cuenta con calderas convencionales para ACS. Estos dos mediante el circuito hidráulico que se muestran en los planos.


Elección del sistema

La selección del sistema más adecuado, para acoplar una instalación solar a la convencionalde mucha importancia ya que la correcta selección y dimensionado de cada uno de los componentes de estas opciones influyen en el ahorro solar alcanzable. Las opciones son:

Campo solar único con acumulación solar común acoplado a sistemas centralizados de ACS para el edificio. Campo solar único con acumulación solar común acoplado a sistemas distribuidos de ACS en cada vivienda del edificio. Campo solar único con acumulación solar distribuida acoplado a sistemas distribuidos de ACS en cada vivienda del edificio.

En edificios como hoteles, residencias oficinas, etc. las instalaciones de producción de como el primer tipo descrito es decir, campo solar único con

acumulación solar común acoplado a sistemas centralizados de ACS para el edificio. Suelen tilizar combustibles fósiles. El esquema de la instalación se detalla en los pla

de la siguiente forma:

Ilustración 37: Esquema instalación centralizada

El sistema de nuestra instalación será el de una instalación solar con la caldera central. La instalación solar se utilizará para precalentar el agua de la red y la caldera complementará el salto térmico requerido en el caso de que el calentamiento solar no sea

El sistema solar escogido es el de una instalación con campo solar único y acumulación solar común acoplada al sistema centralizado de ACS, el cual también debe diseñarse ya que el edificio no cuenta con calderas convencionales para ACS. Estos dos sistemasmediante el circuito hidráulico que se muestran en los planos.

Memoria Descriptiva

61

La selección del sistema más adecuado, para acoplar una instalación solar a la convencional, es de mucha importancia ya que la correcta selección y dimensionado de cada uno de los

pciones son:

Campo solar único con acumulación solar común acoplado a sistemas centralizados

acoplado a sistemas distribuidos de

acumulación solar distribuida acoplado a sistemas

En edificios como hoteles, residencias oficinas, etc. las instalaciones de producción de o solar único con

acumulación solar común acoplado a sistemas centralizados de ACS para el edificio. Suelen esquema de la instalación se detalla en los planos del proyecto,

El sistema de nuestra instalación será el de una instalación solar con la caldera central. La instalación solar se utilizará para precalentar el agua de la red y la caldera central complementará el salto térmico requerido en el caso de que el calentamiento solar no sea

instalación con campo solar único y acumulación también debe diseñarse ya que el

sistemas se conectarán


62

6.2. Funcionamiento del sistema Solar

En esta instalación lo captadores transfieren su calor al acumulador solar a través de un serpentín interno al acumulador. El agua precalentada procedente del acumulador solar se transporta al acumulador convencional mediante un circuito hidráulico, y a partir de aquí se distribuye a los puntos de consumo mediante un circuito de distribución con recirculación.

El circuito de distribución es existente. Su diseño no es de aplicación en este proyecto. Sin embargo si es aplicable el diseño de la caldera convencional para el apoyo de energía auxiliar así como el acumulador de la caldera.

6.3. Demanda de Energía térmica

Para el cálculo de la demanda de energía térmica para producción de ACS se han tenido en cuenta los siguientes factores:

- Temperatura de almacenamiento del ACS: - La temperatura de entrada de agua fría de la red - La demanda de ACS

La Temperatura de almacenamiento de ACS es la temperatura de consigna que se desea que permanezca constante en el acumulador. En este proyecto, acorde con el CTE, se considerará como temperatura media de uso 60 ºC.

Los valores de la Temperatura de entrada de agua fría de la red de distribución en los diferentes meses del año se ha tomado los que proporciona la norma UNE 94002:2005

Mes Ene. Febr. Mar. Abril May. Jun. Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Tº : 11 11 13 14 16 19 21 21 20 16 13 11

En este proyecto, para conocer la demanda de ACS no se ha podido conocer los datos de consumo del edificio de otros años anteriores y el estudio se ha realizado de manera genérica partiendo de los siguientes datos.

- Número de camas: 71 camas - % ocupación: será del 100 % durante todo el año - Consumo diario: el establecido por la sección (CTE) (55 l/cama) para residencia.

Los cálculo están realizados en la memoria de cálculo, en esta memoria se detallan los resultados a modo de resumen y justificación.

A continuación se muestra la demanda de ACS en forma de gráfico, particularizando para cada mes.


63

Ilustración 38: Demanda ACS de la instalación

Con todos esto, he podido llegar a la conclusión de que la demanda de energía térmica de nuestra instalación es la siguiente:

Ilustración 39 :Demanda de Energía térmica de la instalación

Siendo la demanda energética total anual igual a 265413 MJ

102000

104000

106000

108000

110000

112000

114000

116000

118000

120000

122000

Litros

Litros

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

L (MJ)

L (MJ)


64

6.4. Zona climática y Radiación Solar

La cobertura solar mínima de nuestra instalación depende de la zona climática del edificio . la contribución solar mínima esta tabulada en el (CTE) y según la misma. Considerando que la provincia de Sevilla corresponde a Zona climática V, independientemente de la demanda total de ACS del edificio (l/d) la cobertura solar deberá ser del 70 %.

La superficie sobre la que van apoyados los captadores es una cubierta dos aguas con una pendiente de 13º con respecto a la horizontal. Para saber la radiación que incide sobre los captadores, los cuales han sido colocados con una inclinación sobre la horizontal de 45 º, he tenido que aplicar el método de cálculo que viene en la memoria de cálculo y en este caso, para la provincia de Sevilla se ha obtenido los siguientes resultados:

Mes Radiación Solar en Superficie Inclinada

(MJ/m2�día) Enero 15,77

Febrero 17,8 Marzo 18,88 Abril 19,04 Mayo 20 Junio 20,05 Julio 21,63

Agosto 22,55 Septiembre 21,17

Octubre 19,61 Noviembre 16,92 Diciembre 15,22

Ilustración 40: Radiación solar en superficie inclinada

6.5. Subsistema de captación

Para este proyecto se ha optado por la aplicación de un captador plano debido a:

- Elevada durabilidad - Facilidad de montaje (en tejado para nuestra instalación) - Buena relación calidad/precio - Comportamiento adecuado a las temperaturas de aplicación a las que está destinada el

sistema solar. - Coste inferior a otros captadores más complejos como los de tubo de vacío.

Como hemos dicho anteriormente, los captadores estarán apoyados sobre la cubierta a dos aguas con orientación Sur, azimut 0º. Esta cubierta no presenta obstáculos a su alrededor que puedan proyectar sombras sobre los captadores. La cubierta a dos aguas es de teja y se considera lo suficientemente resistente para poder recibir con todas las garantías de seguridad el peso de los equipos.


65

La orientación de los captadores es la misma que la de la cubierta sobre la que reposa, orientación Sur, azimut 0º. Estos tienen una inclinación de 45 º sobre la horizontal.

El espacio donde se instalan los captadores no es demasiado grande, luego debo de intentar optimizar el espacio buscando un captador de alto rendimiento, penalizando el coste total de la instalación.

Aprovechando un estudio realizado en el proyecto fin de carrera de Carlos Capitán: Diseño de una instalación solar en un centro deportivo, se puede observar que para una misma superficie total de captación hay captadores que cubren más fracción de la demanda que otros:

Ilustración 41: Comparativa de captadores solares planos para elección

En el eje de las “x” se realizan el mismo cálculo con 25 modelos de captadores mientras que en el eje “y” se puede ver la fracción solar alcanzada en %. El modelo 23 es el que alcanza mayor fracción solar y corresponde al modelo VITOSOL 300 F de VIESSMANN SV3A . Estudiando este modelo llego a la conclusión de que se adapta perfectamente a las características que necesito tanto de espacio como técnicas. Luego es el modelo de captador elegido para la instalación.

6.6. Subsistema de Acumulación

Para el subsistema de acumulación solar se ha recurrido al fabricante LAPESA para seleccionar el depósito para producción y acumulación de ACS de gran capacidad Máster INOX serpentines, series MXV, modelo-SSB de 4000 litros.

Estos depósitos son de gran capacidad, fabricados en acero inoxidable y destinados a funciones de producción y acumulación de agua caliente sanitaria, para instalaciones de gran consumo individuales, comunitarias o industriales. Todos los depósitos de este modelo van aislados con 80 mm de espesor de espuma rígida de poliuretano de densidad optimizada y libre de CFC, inyectada en el molde. Otra característica destacable es el sistema exclusivo de intercambiadores. Se trata de un conjunto desmontable de serpentines que unen los colectores de ida y retorno del circuito primario, fabricados en acero inoxidable e instalados en el depósito acumulador a través de la boca lateral de hombre DN 400. La boca DN 400 también incorpora su aislamiento térmico convenientemente adaptado.


66

Todos los modelos disponen de conexiones para la incorporación de resistencias eléctricas de calentamiento como sistema principal de producción de ACS, o como sistema de apoyo a una fuente energética externa.

El volumen de acumulación ha sido seleccionado teniendo en cuenta que el volumen óptimo de acumulación está en torno a los 70 litros por cada �� de captador.

También he tenido en cuenta otras recomendaciones como la de IDAE la cual sugiere que el volumen de acumulación debe ser próximo al volumen total del consumo diario.

6.7. Subsistema de Termotrasnferencia

El intercambiador seleccionado en este proyecto es un intercambiador incorporado al acumulador (serpentín), puesto que los intercambiadores de placas externos tienen mayores pérdidas y se necesita añadir una segunda bomba de circulación aumentando el coste de la instalación. El modelo del interacumulador es SBB, el cual está diseñado expresamente para instalaciones solares con las siguientes características a las condiciones de trabajo nominales del interacumulador:

- Superficie de captación: 8,4 �� - Potencia nominal: 440 kW

6.8. Fracción de la cobertura solar mensual

Una vez hemos definido la demanda de energía térmica de la instalación, hemos definido el volumen de acumulación acorde con la demanda de ACS y hemos definido el modelo de captador, podemos operar con todo esto usando el modelo de cálculo F-Chart y obtener las siguientes conclusiones usando 24 captadores con las siguientes características:

- Área del captador: 2,327 �� - Rendimiento Óptico: 0,833 - Coeficiente de pérdida de calor: 3,66 W/�� ·K

Ilustración 42: Fracción de la cobertura mensual de la demanda de energía térmica

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

En

ero

Fe

bre

ro

Ma

rzo

Ab

ril

Ma

yo

Jun

io

Juli

o

Ag

ost

o

Se

pti

em

bre

Oct

ub

re

No

vie

mb

re

Dic

iem

bre

f

f


67

6.9. Fracción de la cobertura sola anual

El objetivo del sistema de captación es generar la suficiente energía como para cubrir al menos el 70 % de la demanda energética anual para ACS.

Usando los resultados obtenidos del modelo F-Chart de la fracción mensual de cobertura solar, se calcula la producción de energía útil de la instalación y como consecuencia la energía de apoyo necesaria en cada mes:

Mes L (MJ) f EU.mes (MJ) E. Apoyo (MJ)

Enero 24836 0,5763 14312,99 10523,01 Febrero 22433 0,6493 14565,75 7867,25 Marzo 23822 0,7013 16706,37 7115,63 Abril 22563 0,7181 16202,49 6360,51 Mayo 22302 0,7723 17223,83 5078,17 Junio 20111 0,8059 16207,45 3903,55 Julio 19767 0,8813 17420,66 2346,34

Agosto 19767 0,9086 17960,30 1806,70 Septiembre 19620 0,8513 16702,51 2917,49

Octubre 22302 0,7592 16931,68 5370,32 Noviembre 23054 0,6362 14666,95 8387,05 Diciembre 24836 0,5575 13846,07 10989,93

Total: 265413 192747,045 Ilustración 43: Resumen cobertura solar mensual, demanda de energía térmica y apoyo auxiliar

La fracción solar anual resultante F sería, en este caso:

[ � 192747,045265413 · 100 � ab, cb %

Cumpliendo con la normativa vigente y con nuestras expectativas.

Ilustración 44: Gráfica resumen de cobertura solar

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

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

L (MJ)

EU.mes (MJ)

E.Apoyo (MJ)


6.10. Circuito Hidráulico

En primero lugar voy a definir como se han conectado los captadores. Tenemos un total de 24 captadores, los cuales forman una superficie total de captación de

Estos se han distribuido en conectado entre sí en paraleloconexión de tuberías ha sido tal que se ha buscando que estén lo más equilibrado posible, por lo que se ha configurado como retorno i

En la conexión de los captadores en paralelo se tiene de forma general una pérdida de carga pequeña, bastante menor que con la conexión en serie. En contraposición se observan caudales relativamente altos en comparación con la conexión en serie.

Las pérdidas de cada tramo han sido calculadas en la memoria de cálculo. Como consecuencia de todo esto, se ha obtenido 4 circuitos posibles en nuestra instalación, dando como resultado una pérdida de carga total (suma de la pérdida de carga en tramos linaccesorios, captadores e intercambiador) de cada circuito de:

Circuitos

T1,T7,T8,T9,T10 T1,T2,T3,T4,T10 T1,T2,T5,T8,T9,T10 T1,T2,T3,T6,T9,T10

Ilustración

Queda de manifiesto que los circuitos están aproximadamente equilibrados aunque dispondrán de válvulas de equilibrado para prevenir posibles desajustes.

A continuación se muestra gráficamente la conexión de estos captadores.


Circuito Hidráulico

En primero lugar voy a definir como se han conectado los captadores. Tenemos un total , los cuales forman una superficie total de captación de 55,85

Estos se han distribuido en 4 baterías de 6 captadores cada una. Los captadores se han paralelo y cada batería entre sí en paralelo también. El sistema de

conexión de tuberías ha sido tal que se ha buscando que estén lo más equilibrado posible, por lo que se ha configurado como retorno invertido.

En la conexión de los captadores en paralelo se tiene de forma general una pérdida de carga pequeña, bastante menor que con la conexión en serie. En contraposición se observan caudales relativamente altos en comparación con la conexión en serie.

Las pérdidas de cada tramo han sido calculadas en la memoria de cálculo. Como consecuencia de todo esto, se ha obtenido 4 circuitos posibles en nuestra instalación, dando como resultado una pérdida de carga total (suma de la pérdida de carga en tramos linaccesorios, captadores e intercambiador) de cada circuito de:

Per. Carga

2,6242,6242,5832,595

Ilustración 45: Pérdida de carga en circuitos hidráulicos

Queda de manifiesto que los circuitos están aproximadamente equilibrados aunque dispondrán de válvulas de equilibrado para prevenir posibles desajustes.


Memoria Descriptiva

68

En primero lugar voy a definir como se han conectado los captadores. Tenemos un total 55,85 .

cada una. Los captadores se han también. El sistema de

conexión de tuberías ha sido tal que se ha buscando que estén lo más equilibrado posible, por lo

En la conexión de los captadores en paralelo se tiene de forma general una pérdida de carga pequeña, bastante menor que con la conexión en serie. En contraposición se observan

Las pérdidas de cada tramo han sido calculadas en la memoria de cálculo. Como consecuencia de todo esto, se ha obtenido 4 circuitos posibles en nuestra instalación, dando como resultado una pérdida de carga total (suma de la pérdida de carga en tramos lineales,

Per. Carga (m.c.a)

2,624 2,624 2,583 2,595

Queda de manifiesto que los circuitos están aproximadamente equilibrados aunque



Gran parte del recorrido de las tuberías del circuito primario discurren por el exterior del edificio. Para ello las tuberías irán grapeadas a la pared y forradas de aluminio.

Ilustración


Gran parte del recorrido de las tuberías del circuito primario discurren por el exterior del ello las tuberías irán grapeadas a la pared y forradas de aluminio.

Ilustración 46: Tuberías forradas de aluminio

Memoria Descriptiva

69

Gran parte del recorrido de las tuberías del circuito primario discurren por el exterior del ello las tuberías irán grapeadas a la pared y forradas de aluminio.


70

6.11. Subsistema de Energía Auxiliar

Nuestra instalación no cuenta con sistema de calderas convencionales para calentar el agua del edificio, por ello, hemos tenido que diseñar un sistema de caldera con su acumulador para el consumo de ACS. Este diseño, tal y como justifica la norma, ha de realizarse como si no se dispusiera de circuito de captación solar, de modo que si algún día fallase la producción de ACS por energía solar, la instalación pueda seguir consumiendo ACS a través de la caldera convencional. En condiciones normales, esta caldera servirá de apoyo a la energía solar cuando la temperatura de consigna no llegue a la establecida.

En la memoria de cálculo se justifican y detallan todos los cálculos que han sido necesarios para determinar la potencia y el volumen de acumulación de esta caldera. Para ello, hemos tenido que determinar cuántos grupos de consumo tiene nuestra instalación y de qué tipo, para que una vez definido estos, poder determinar el caudal de cálculo.

Tipo de aparato Caudal ACS (dm3/s)

Planta 0

Planta 1

Planta 2

Planta 3

Lavamanos 0,03 0,33 0,69 0,93 0,12 Bidé 0,065 0,13 0,325 0 0 Bañera de 1,40 m o más 0,2 0,2 0,6 0,4 0,2 Bañera de menos de 1,40 m

0,15 0,6 2,7 4,05 0,45

Retrete con cisterna ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Lavavajillas doméstico 0,1 0,1 0,1 0 0 Fregadero doméstico 0,1 0,1 0,1 0 0

Total: 1,46 4,515 5,38 0,77

A través de esta tabla se consigue el caudal total y a través del caudal total el caudal de consumo. Con todo esto se llega la conclusión de que el volumen de acumulación convencional y la potencia de la caldera es:

- Volumen de acumulación: 2316 litros - Potencia nominal: 101 kW

Para la acumulación se ha seguido con el mismo fabricante que para la acumulación solar, es decir, LAPESA. El modelo seleccionado es el MASTER VITRO MVV 2500 l SB. Este modelo tiene incorporado un serpentín de 4,2 ��. Las características técnicas se detallan en el anexo.

Para la caldera se ha elegido el fabricante VIESSMANN modelo VITOCROSSAL 200 con las siguientes características generales:

- V. de agua: 292 litros - Potencia térmica: de 87 a 311 kW

A continuación se muestra un esquema general de conexión entre el sistema solar y el sistema convencional.



Ilustración 47: Esquema de la Instalación

Memoria Descriptiva

71


72

Resumen de la instalación

Número de captadores 24 ‐

η óptico 0,833 ‐

Cof. Pérdida de calor 3,66 W/m2·K

Área total de Captación 55,85 m2

Inclinación 45 °

Fluido Calopotador Tyfocor LS

Consumo de ACS 3905 litros/día

Temp. De Consumo 40 ° C

Temp. Acum. ACS 60 º C

Volumen Acum. ACS 4000 litros

Temp. Auxiliar ‐

Volumen Auxiliar 2316 litros

Potencia Caldera 198,65 kW

Potencia Bomba 108 W

Volumen Vaso 8 litros

Presión Válvula Seg. 6 bar

Demanda Ener. Anual 265413 MJ

Producción Ener. Anual 192747,045 MJ

Caudal primario ACS 2454,144 litros/h

Cobertura Solar anual 72,62 %

Energía Auxiliar Gas Natural ‐

Ilustración 48: Resumen de la Instalación


73

7. Cumplimiento de la normativa

7.1. Cumplimiento del CTE: HE 4.

1. Cumplimiento de la contribución solar mínima (Apartado 2.1).

- Contribución solar mínima exigida: 70% - Contribución solar de nuestra instalación: 72,62 % CUMPLE

2. Cumplimiento de las pérdidas límites (Tabla 2.4).

- Pérdida límite por orientación e inclinación: 10% - Pérdida calculada por orientación e inclinación:0,768 % CUMPLE

- Pérdida límite por sombras: 15% - Pérdida calculada por sombras: 0% CUMPLE

- Pérdida límite total:15% - Pérdida calculada total: 0% CUMPLE

3. Cumplimiento de exceso de contribución solar (Apartado 2.1.4)

- Ningún mes supera una contribución del 110 %. CUMPLE - No se supera el 100 % de la contribución en más de 3 meses seguidos. CUMPLE

4. Cumplimiento de la potencia mínima de intercambio (Apartado 3.3.4.2)

- Relación entre superficie útil de intercambio y superficie total de captación mínima

igual a 0,15 - Relación entre superficie útil de intercambio y superficie total de captación igual a

0,1504. CUMPLE

5. Cumplimiento de la superficie total de captación (Apartado 3.3.3.1)

- El área total de captadores tendrá un valor tal que se cumpla la condición: 50< V/A<180 - En nuestra instalación: V/A = 71,62 litros/�� CUMPLE

6. Cumplimiento del circuito hidráulico (Apartado 3.3.5.1)

- El caudal del fluido caloportador estará comprendido entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100

�� de red de captadores. - En nuestra instalación el caudal es 1,234 l/s por cada 100 ��. CUMPLE

1. Información técnica de equipos

1.1. Captador.


INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR PARA PRODUCCIÓN DE ACS Memoria DescriptivaMemoria Descriptiva

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Fluido Caloportador Tyfocor LS


Fluido Caloportador Tyfocor LS

Memoria Descriptiva

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1.2. Interacumulador


Interacumulador Solar

Memoria Descriptiva

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1.3. Bomba de circulación


Bomba de circulación

Memoria Descriptiva

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1.4. Interacumulador Convencional


Interacumulador Convencional

Memoria Descriptiva

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Memoria Descriptiva

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Memoria Descriptiva

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1.5. Caldera de apoyo


Caldera de apoyo

Memoria Descriptiva

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1.6. Sistema de control Captadores


Sistema de control Captadores

Memoria Descriptiva

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BIBLIOGRAFÍA

1. Apuntes de clase: ENERGÍA SOLAR: Energía Solar a Baja Temperatura

2. Código Técnico de la Edificación: HE4 Contribución solar mínima de agua caliente

sanitaria. (http://www.codigotécnico.org/web/)

3. Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE)

4. Aenor: “ Instalaciones solares térmicas para producción de agua caliente sanitaria.

Cálculo de la demanda de energía térmica” (UNE 94002:2005)

5. Aenor: “ Datos climáticos para el dimensionado de instalaciones solares térmicas”

(UNE 94003:2007)

6. Aenor : “ Abastecimiento de agua- Dimensionado de Instalaciones de agua para

consumo humano dentro de los edificios” (UNE 149201:2005)

7. Manual de cálculo y diseño de instalaciones de producción de ACS mediante energía

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11. http://www.idae.es Web del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la

12. Energía.

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14. www.salvadorescoda.com (Salvador Escoda)

15. http://www.ingenierosindustriales.com

16. http://javiponce-formatec.blogspot.com.es/2013/09/calculo-del-vaso-de-

expansion-de-una.html : Cálculo del vaso de expansión.

17. http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn188.html Tutorial de diseño de una

instalación solar térmica de baja temperatura.

18. http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn208.html Tutorial Cálculo y diseño de

Instalaciones de Fontanería.

19. “Proyecto Instalación Solar para ACS en hotel”. Autor: Carlos Fernández Fernández,

Universidad Carlos III de Madrid.

20. “Diseño de la instalación Solar en un centro deportivo”. Autor: Carlos Capitán.

21. “Instalación de placas de energía solar térmica para ACS para empresa productora de

hielo”. Autor: Carlos López Cortes. Universidad Politécnica Superior de Sevilla.


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