regulacion y puesta en marcha solar termica

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guía de instalación para ejecución de instalación solar térmica para producción de agua caliente sanitaria

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Page 1: Regulacion y Puesta en Marcha Solar Termica

guía de instalación para ejecución de instalación solar térmica

para producción de agua caliente sanitaria

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índice

(0) ¿Cómo funciona una instalación solar? 0.1. Recomendaciones previas (I) ¿Cómo se realiza la instalación del campo de colectores?

I.1. Colectores y conexionado entre colectores I.2. Conexionado hidráulico del campo de paneles

(II) ¿Cómo se realiza la instalación del circuito primario?

II.1. Bomba circuladora - instalación de la bomba - manómetro

II.2. Contador de calorías II.3. Vaso de expansión II.4. Conexionado del depósito acumulador II.5. Aislamiento del circuito primario

(III) Regulación de la instalación III.1. Adecuación de la instalación existente III.2. Funcionamiento de la regulación de la instalación solar (IV) ¿Cómo pongo en marcha la instalación solar? Los 5 pasos

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(0) ¿Cómo funciona una instalación solar?

Una instalación solar térmica fundamentalmente consiste en calentar un fluido a través de los colectores solares térmicos, que más tarde transferirá su calor al agua de consumo almacenado en un depósito. El fluido circula por un circuito cerrado, es siempre el mismo fluido, y se enfría para ceder calor al agua de consumo. Para el funcionamiento de dicho circuito, es necesaria la colocación de una bomba circuladora que permita recircular el fluido caloportador a través de todos los paneles, venciendo la pérdida de carga de éstos y de la tubería. La instalación solar térmica está destinada a convertir la radiación solar en calor útil.

El principal objetivo de una instalación solar es conseguir el máximo ahorro de energía convencional. Es importante saber que aunque técnicamente es posible disponer únicamente de una instalación solar térmica de baja temperatura para garantizar el consumo, éstas se utilizan para dar un apoyo energético a las instalaciones convencional y así garantizar el abastecimiento de energía en momentos de baja radiación solar.

0.1. Recomendaciones previas en el montaje y al finalizar la instalación

- Tener cuidado con los materiales frágiles y delicados, durante el almacenamiento en la obra y una vez instalados, que deberán quedar debidamente protegidos (como son los equipos de medida, materiales aislantes, acristalamiento de colectores, etc.)

- Evacuar de la obra todos los materiales sobrantes - Limpiar perfectamente todos los equipos (captadores, acumuladores, etc.), cuadros eléctricos,

instrumentos de medida, etc., de cualquier tipo de suciedad, dejándolos en perfecto estado. - Aplicar pintura rica en zinc u otro material equivalente en las partes dañadas por roces en los

equipos. - Recubrir con dos capas de pintura antioxidante todos los elementos metálicos que no estén

debidamente protegidos contra la oxidación por el fabricante. - Las placas de identificación tienen que estar en un lugar visible.

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(I) ¿Cómo se realiza la instalación del campo de colectores?

I.1. Colectores y conexionado de las baterías En la práctica los colectores no se instalan nunca por separado, si no que se agrupan formando baterías, reduciendo de esta forma el número de accesorios a utilizar por colector. Los criterios de conexionado son los siguientes:

- Los captadores se instalarán en baterías constituidas por el mismo número de captadores. A no ser que se indique especialmente.

- La conexión entre sí de baterías de captadores asegurará igual recorrido hidráulico en todos ellos. - Para asegurar el mismo recorrido hidráulico por todos los colectores se hace necesario regular el caudal a fin

de que por cada batería circule el caudal de diseño de la instalación, para lo cual se realiza un retorno invertido, y se hará una disposición de las baterías tal como se indica en el plano anexo.

A continuación se muestra un esquema de la valvulería necesaria para el conexionado de los colectores. La sonda de temperatura ha de colocarse en la una de las baterías. La óptima colocación de esta sonda de temperatura sería en aquella batería en la que la radiación sea la media aproximada de la instalación.

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I.2. Conexionado hidráulico del campo de paneles

En el diagrama siguiente se puede observar cómo debe realizarse en conexionado hidráulico de las baterías de colectores: Evidentemente, las tuberías de conexionado de las baterías, en cada uno de los tramos se dimensionan en función a los caudales a trasegar por cada uno de ellos. En este caso al tener baterías de distinto número de colectores, por cuestiones de espacio en la azotea del edificio, se hará la disposición que aparece en el plano de conexionado de baterías y además donde se indica se colocarán unos reguladores de caudal: Los reguladores de caudal se colocarán tal como se indica en el plano adjunto.

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(II) ¿Cómo se realiza la instalación del circuito primario?

II.1. Bomba circuladora

- instalación

Para transportar el fluido caloportador desde los captadores hasta los acumuladores atravesando un intercambiador exterior o uno incorporado en el propio acumulador. Instalación de la bomba Los criterios para instalación de la bomba circuladora son los siguientes: se ubicará en la zona más fría del circuito y en tramos de tubería verticales, evitando las zonas más bajas del circuito. se ubicarán con espacio suficiente para que puedan ser desmontadas sin necesidad de desarmar las tuberías adyacentes todas las bombas estarán dotadas de tomas para la medición de presiones en aspiración e impulsión los materiales de la bomba del circuito primario serán compatibles con las mezclas anticongelantes y en general con el fluido de trabajo utilizado la bomba debería permitir efectuar de forma simple la operación de desaireación o purga

- manómetro En la instalación de la bomba circuladora, el manómetro se instalará tal como se indica en el diagrama adjunto

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La bomba que recomendamos para el correcto funcionamiento de esta instalación térmica de apoyo a la producción de agua caliente sanitaria es: una bomba cuyas características sean que haga circular un caudal de 3,2 m2/h y que venza una pérdida de carga de 6,5 mca. Recomendamos que dicha bomba sea doble o que en su defecto se instalen dos bombas paralelamente. En concreto el modelo recomendado es la bomba UPSD 32-120.

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II.2. Contador de calorías Los contadores de energía estarán constituidos por los siguientes elementos: -contador de agua -dos sondas de temperatura -microprocesador electrónico, montado en la parte superior del contador o por separado. Lo que se pretende con este contador es medir la energía del primario para saber cuál es el aporte energético real que

produce la instalación. Mecánicamente, el contador de calorías se instalará tal como se indica en el siguiente diagrama:

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II.3. Vaso de expansión

Los circuitos cerrados de una instalación de energía solar térmica, necesitan un vaso expansión con el fin de absorber las dilataciones del fluido de trabajo. Para su dimensionamiento habrá que tener en cuenta que la capacidad del vaso debe ser suficiente para admitir la expansión del fluido, por lo tanto debe ser como mínimo igual al aumento total del volumen de fluido de la instalación a la temperatura considerada. Los criterios para instalación del vaso de expansión del circuito primario son: -los vasos de expansión se conectarán, preferentemente, a la aspiración de la bomba. -la tubería del vaso de expansión no se aislará y tendrá el volumen suficiente para enfriar el fluido antes de alcanzar el vaso. No es conveniente la inclusión de una válvula de corte para aislar hidráulicamente el vaso de expansión. Para el circuito primario de esta instalación recomendamos la instalación de un vaso de expansión de 150 litros tal como aparece reflejado en el siguiente cálculo

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Diámetro Longitud Volumen γ (ºC-1) 8,700000E-0415 mm 0 m 0,0 litros Tmin (ºC) -218 mm 0 m 0,0 litros Tmax (ºC) 12022 mm 48 m 15,1 litros28 mm 23 m 12,4 litros35 mm 21 m 18,0 litros 6 bar42 mm 0 m 0,0 litros54 mm 0 m 0,0 litros

TOTAL (litros) 45,5 litros Pe 5,40Pst 1,70β 0,10614000V1 3,00 litros

Nº colectores V. por colector Total litros V2 12,68 litros40 1,8 litros 72,0 litros V3 72,00 litros

0,0 litros Volumen mínimo vaso 151,67 litros2,0 litros Anticongelante necesario 122,48 litros

TOTAL (litros) 2,0 litros

119,5 litros

2 m

VOLUMEN TOTAL INSTALACIÓN

ALTURA ESTÁTICA.

VÁLVULA DE SEGURIDAD

Otros

DATOS ANTICONGELANTE

RESULTADOS

CÁLCULOS

Intercambiadores

TUBERÍAS CIRCUITO PRIMARIO

VOLUMEN EN COLECTORES

OTRO VOLÚMENES

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II.4. Conexionado del depósito acumulador El acumulador dispone de distintas tomas para conexión de la instalación y funcionamiento óptimo de esta.

Estas diferentes tomas serán: -el sensor de temperatura: se situará en la parte inferior del depósito, en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si este fuera incorporado. -la entrada de agua fría: situada en la parte baja del acumulador. -en los depósitos horizontales las tomas de agua caliente y fría estarán situadas en extremos opuestos. -cuando sea necesario que el sistema de acumulación esté formado por más de un depósito, este se conectará en serie invertida en el circuito de consumo o en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados. Proponemos que el sistema de intercambio entre el calor generado por los colectores solares térmicos y el agua de consumo se realice a través de un intercambiador incorporado al acumulador o acumuladores, situado obligatoriamente en la parte inferior del acumulador para favorecer la estratificación del agua almacenada. El intercambiador sumergido podrá ser de serpentín o de haz tubular y estará construido en cobre o acero inoxidable. Las recomendaciones a tener en cuenta a la hora de realizar la instalación del acumulador son las siguientes:

- se debe dejar suficiente espacio a la hora de ubicar el acumulador para poder montar el intercambiador y efectuar las operaciones de sustitución o reparación.

- cada intercambiador debe llevar llaves de corte en las entradas y a las salidas del mismo, además de llevar válvulas de corte a la entrada de agua de red y a la salida de agua de consumo.

- Debe instalarse de manera que pueda vaciarse sin necesidad de desmontarlo - la placa de características del acumulador debe quedar a la vista

Para esta instalación en concreto recomendamos una acumulación de 5.000 litros, por lo que puede optarse por instalar un solo acumulador o instalar dos conectados entre sí. Para el intercambiador o serpentín, el área de intercambio que este debe tener para garantizar que todo el calor se intercambia de los colectores al agua de consumo es de 12 m2 En caso de disponer 2 acumuladores o mas, esta superfície de intercambio de dividirá entre el número de acumuladores. Para el conexionado del acumulador o acumuladores proponemos que se siga el siguiente esquema:

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II.5. Aislamiento del circuito primario

Los componentes de una instalación (equipos, aparatos, conducciones y accesorios) deben disponer de un aislamiento térmico cuando contengan fluidos a temperatura superior a 40º C y estén situados en locales no calefactados. Los espesores mínimos de aislamiento para interiores, en mm, para materiales que resistan la acción de los rayos ultravioletas y otros agentes externos son: - para tubería de diámetro 22 espesor de 40 mm - para tubería de diámetro 28 espesor de 40 mm - para tubería de diámetro 35 espesor de 50 mm Se recomienda, en el caso en el que el aislante no venga protegido con algún elemento aislante en concreto para protección contra rayos UVA, que se le aplique una pintura especial para protegerlo de dichos agentes climáticos.

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(III) Regulación de la instalación

El objetivo fundamental de los sistemas de regulación y control es optimizar el rendimiento de la instalación y evitar que ésta alcance condiciones extremas que puedan provocar averías. Si la instalación está mal regulada puede: no aprovechar toda la energía útil que se puede obtener. disipar al ambiente energía previamente almacenada

III.1. Adecuación de la instalación existente

La regulación nos permite adaptarnos a la instalación existente con la medición de caudales y temperaturas, consiguiendo así la disminución de consumo de combustible por parte de ésta.

III.2. Funcionamiento de la regulación de la instalación solar

La regulación que proponemos como óptima para el funcionamiento de la instalación solar térmica consiste en un termostato diferencial que actúa sobre la bomba.

Se compara la temperatura del fluido caloportador a la salida del captador con la temperatura del fluido en la parte inferior del acumulador. Cuando la diferencia entre ambas sea mayor que un valor ajustado en el termostato diferencial, éste ordenará a la bomba que se ponga en funcionamiento.

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(IV) ¿Cómo pongo en marcha la instalación solar? Los 5 pasos.

1er paso. Comprobación de estanqueidad del campo de colectores

Para evitar problemas de conexiones defectuosas o posibles poros se hace la primera prueba de estanqueidad, con agua o aire en las tuberías del campo de colectores.

. El aire permite retocar las soldaduras sin tiempo de espera. Esta comprobación se hará a presiones altas (cercanas a las máximas admisibles por los captadores y tuberías), asegurándose de no tener conectados aquellos componentes de la instalación cuya máxima presión de trabajo sea inferior la usada para la prueba, es decir, vaso de expansión, sistema de bombeo…

2º paso. Tarado del vaso de expansión

El vaso de expansión ha de ser capaz de absorber la dilatación del fluido que se produce en los momentos de estancamiento con el consecuente riesgo de sobrecalentamiento. Generalmente los vasos de expansión vienen tarados de fábrica a presión superior a la de trabajo, por lo que será necesario adaptarla a las necesidades de cada instalación

Es importante recordar que el contenido del vaso de expansión es nitrógeno ya que en su interior contiene una membrana con partes metálicas que con oxígeno se oxidaría.

Para ello es necesario disponer de un manómetro como el de la imagen para llevar a cabo esta comprobación.

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3er paso. Limpieza, llenado y comprobación de estanqueidad total

Es recomendable hacer una limpieza de toda la instalación a circuito abierto con agua para eliminar posibles restos de soldaduras que obstruirían el paso del fluido además de alterar sus propiedades.

Es muy importante que la fase de llenado se haga con escasa radiación solar (a primera o última hora del día) ya que, al estar la bomba de primario parada, el fluido estancado podría llegar a altas temperaturas y evaporarse, formando bolsas de aire en la instalación ocasionando problemas en la circulación y por supuesto en el llenado. Si esto no fuera posible, se puede realizar tapando los captadores.

Debido a la capacidad del glycol de penetrar en ranuras finas, por su menor tensión superficial en comparación con el agua, es necesario hacer una nueva prueba de estanqueidad, esta vez con el fluido caloportador.

El fluido caloportador es imprescindible para evitar congelaciones y que debe ser capaz, a su vez, de resistir altas temperaturas. Se comprobará su temperatura de congelación con un medidor de densidad como el de la imágen.

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La estación de llenado (ver imágen) suministra presión y caudal que permiten velocidades de fluido óptimas para el arrastre de burbujas de aire, purgando así la instalación mientras se llena, limpiando el circuito y permitiendo mezclar previamente anticongelante con agua.

4º paso. Purgado de la instalación

En una instalación las bolsas de aire es uno de los principales problemas: afecta a las conexiones de los colectores, reduce el caudal del fluido de trabajo y por tanto el rendimiento del sistema, y estropea el fluido caloportador. Por todo ello un correcto purgado es imprescindible. Es importante colocar una llave de corte antes del purgador para asegurarse de que el circuito es completamente estanco;

5º paso. Ajustes de presión y caudal

La presión y el caudal son los últimos parámetros a controlar en la puesta en marcha.

Para regular la presión final de la instalación, se abrirá la válvula de vaciado hasta conseguir la presión adecuada mencionada anteriormente. Como el vaso de expansión tiene 0,3 bar por debajo de la presión final de la instalación se consigue así un remanente del fluido caloportador en el vaso que podría reponerse al circuito en el caso de temperaturas exteriores menores a las del momento del llenado, así como evitar sequedad o que ésta quede adherida a la pared del vaso

En cuanto al caudal final de la instalación, será recomendable ajustarlo, en cada caso, en nuestro caso el caudal óptimo de funcionamiento de la instalación solar térmica es de 3,200 l/h. Su ajuste se hará a través de la velocidad de la bomba, estrangulando su válvula de cierre hasta conseguir ese caudal buscado. El caudal que circula por la instalación se puede medir con el contador de calorías en función caudalímetro.

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Sistema de Regulación :

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