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Tubos
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juni
o 20
06 1
INSTALACIONES CONPANELES SOLARESINSTALACIONES CONPANELES SOLARES
Técnicas y esquemasde realizaciónTécnicas y esquemasde realización
CALEFFI S.P.A.S.R. 229, N. 25
I - 28010 Fontaneto d’Agogna (NO)TEL. +39 0322·8491
FAX +39 0322·[email protected] es.caleffi.com
AMÉRICA DEL SURTEL. +598 94 419551FAX +598 3769833
ESPAÑAC.V.C.C.
TEL. +34 93 638 13 88FAX +34 93 662 85 35
[email protected] www.cvcc.es
3 Las instalaciones solares
4 El Sol como fuente de energía
6 Los paneles solares térmicos - tipos más utilizados
8 Depósitos acumuladores de energía solar
10 Regulación del circuito solar
12 Regulación del agua caliente sanitaria
14 Regulación de las instalaciones combinadas
16 Lugar y modo de instalación de los paneles solares
18 Magnitudes básicas para dimensionar las instalaciones de paneles
20 Circulación del fluido caloportador
21 Conexión y equilibrado de los paneles
22 Posibles casos de sobrecalentamiento
24 Componentes y dimensionamiento del circuito solar
27 Instalaciones sanitarias que utilizan energía solar
28 Esquema: Instalación solar para producción de agua caliente sanitaria con caldera de suelodotada de acumulador
29 Esquema: Instalación solar para producción de agua caliente sanitaria con calentamiento de apoyoen el depósito acumulador
30 Esquema: Instalación solar centralizada para producción de agua caliente sanitaria con distribución a instalaciones autónomas
31 Esquema: Instalación solar con dos acumuladores eintercambiador de calor
32 Línea solar
33 Grupos de circulación
34 Regulador de temperatura diferencial
35 Válvulas de esfera motorizadas
Índicejuni
o 20
06 1
INSTALACIONES CONPANELES SOLARESINSTALACIONES CONPANELES SOLARES
Técnicas y esquemasde realizaciónTécnicas y esquemasde realización
En los últimos tiempos se aprecia un renovadointerés por la energía solar. No se veía nada similardesde los años setenta, es decir, desde la primeracrisis petrolera grave.En aquel entonces se cifraron muchas esperanzasen esta forma de energía limpia, fácil de obtener yprácticamente inagotable.Pero los resultados fueron decepcionantes, bienporque las expectativas teóricas eran demasiadooptimistas o bien a causa de errores técnicos. Enefecto, como veremos más adelante, la realizaciónde estas instalaciones es sencilla sólo enapariencia.
Afortunadamente, hemos aprendido a evitar loserrores del pasado. Pero esto no basta paraasegurar un resurgimiento claro y estable delsector solar, porque los costes siguen siendobastante elevados. Hacen falta incentivosadecuados, ampliamente justificables porque laenergía solar puede reducir el uso de combustiblesfósiles, que está comprometiendo los delicadosequilibrios termicos y biológicos del planeta.
Está claro que la defensa del ambiente y de lasalud no puede dejarse a merced de las leyes delmercado, porque el mercado ignora estasrealidades de vital importancia. Ignora, porejemplo, los daños causados por el smog o por elexceso de anhídrido carbónico liberado a laatmósfera. Y, porque los desconoce, no puedeponerles remedio.Es aquí, entonces, donde deben intervenir lospoderes públicos; por ejemplo, incentivando el usode energías menos nocivas que las que hastaahora han impuesto, precisamente, las leyes delmercado. Esperemos que también nuestro paíssepa encontrar el camino, abandonando laspolíticas y los métodos que nos han relegado a losúltimos puestos en Europa.
Tal vez (aunque es sabido que las cosas simplesno entusiasman a nuestros legisladores) bastaríacon ir a ver qué han hecho en Alemania, en Austriao en Suiza: países menos soleados que el nuestrodonde la energía solar se utiliza mucho más.
LAS INSTALACIONES SOLARESIngs. Marco y Mario Doninelli del estudio S.T.C.
3
El Sol está formado por una gran masaincandescente, con un volumen 1.300.000 vecessuperior al de la Tierra y con temperaturas quepueden llegar a 16.000.000°C.La superficie de esa masa emite, de modo casiconstante, radiaciones electromagnéticas cuyapotencia es de 400.000 millones de billones de kW:más o menos la que se obtendría haciendo explotarcada segundo 3.500 billones de bombas como lade Hiroshima. Y semejante potencia, que superanuestra capacidad de imaginación, tiene, al igualque la bomba de Hiroshima, origen nuclear.
En el Sol se producen continuas fusionesnucleares que transforman cuatro núcleos dehidrógeno (el componente principal del Sol) en unnúcleo de helio. La masa del helio es inferior a lasuma de las masas de los núcleos de hidrógenooriginales, y la diferencia se transforma en energía.Las fusiones nucleares se autorregulan paragarantizar una emisión de energía prácticamenteestable en el tiempo.
Como es obvio, las reservas de hidrógenodisponibles en el Sol no son ilimitadas.
4
EL SOL COMO FUENTE DE ENERGÍA
Aun así, en los próximos cinco millardos de añosno deberíamos tener problemas. Después, el Sol iráperdiendo luminosidad lentamente hasta apagarse.
Valores de la radiación solar
Antes de entrar en la atmósfera terrestre, laradiación solar tiene una potencia (calculada parauna hipotética superficie perpendicular a ella) deaproximadamente 1.350 W/m2. La potencia quellega a la Tierra es sensiblemente inferior porque laatmósfera actúa como un filtro de los rayos solares.Los valores normales están alrededor de 1.000 W/m2
con cielo despejado y 100÷150 W/m2 con cielocubierto.
Insolación anual [ kWh/m2 ] según los valores del Atlas Europeo de Radiación solar
50°
55°
45°
40°
35°
4 átomos dehidrógeno
1 átomo dehelio
Energía
Esquema de la fusión nuclear en una estrella
1600÷1750
1400÷1600
1100÷1200
1000÷1100
1900÷10001200÷1400
5
Es la cantidad de energía solar que puede sercaptada en un año por una superficie unitariaorientada al sur. Su valor depende de lascaracterísticas climáticas del lugar y de su posición:latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar.
Conocer esta magnitud permite cuantificar laenergía que se puede obtener con una instalaciónsolar en un lugar determinado, y valorar laconveniencia de realizarla o no.
Una de las fuentes más autorizadas en el tema es elAtlas Europeo de Radiación Solar que presentalos resultados de estudios decenales en forma demapas y tablas.El Atlas Europeo de Radiación Solar suministra losvalores de insolación anual, no sólo en relación conlas principales poblaciones europeas, sino tambiénen función de la orientación y la inclinación de lasuperficie unitaria respecto al plano horizontal.
En la página de al lado se indica la insolación anualen los países europeos, referida a una superficieunitaria orientada al sur e inclinada en un ánguloigual a la latitud del lugar. Como es previsible, losvalores correspondientes a España (especialmenteen comparación con los de la mayoría de los otrospaíses europeos) evidencian situaciones muyfavorables para el uso de la energía solar.
Insolación anual Sistemas de utilización de la energía solar
Los sistemas empleados para aprovechar la energíasolar pueden ser de dos tipos: pasivos y activos.
Los sistemas pasivos se valen de elementosintegrados en los edificios y funcionan sinnecesidad de fuentes de energía externas. Porejemplo, incluyen paredes de cristal o perforadas,claraboyas o superficies reflectantes; o bienestructuras con elevada inercia térmica, comomuros Trombe, muros con cambio de fase yparedes de agua.
Los sistemas activos son aquéllos dotados deequipos técnicos de apoyo, con medios paracaptar, convertir, transportar y utilizar la energíasolar. Concretamente, se trata de sistemas conpaneles fotovoltaicos y térmicos.
Los paneles fotovoltaicos convierten directamentela energía solar en energía eléctrica.
Los paneles (o colectores) térmicos, en cambio,transforman la energía solar en calor, que puedeaprovecharse para accionar turbinas de centraleseléctricas especiales o para realizar tratamientosindustriales o agrícolas, o bien para producir aguacaliente sanitaria y calentar ambientes. En laspáginas siguientes nos ocuparemos esencialmentede estos paneles y de esta última aplicación.
Sistema pasivo con acristalamiento Sistema activo con paneles solares
6
Pueden ser de alta o baja temperatura.
Los paneles de alta temperatura están provistosde espejos para concentrar los rayos solares. Sucoste, bastante elevado, los hace convenientessólo para algunas aplicaciones especiales.
Los paneles de baja temperatura están formadospor simples absorbedores. Se utilizan especialmentepara producción de agua caliente y calefacción, ypueden dividirse en los siguientes tipos:
LOS PANELES SOLARES TÉRMICOSTIPOS MÁS UTILIZADOS
Paneles de líquido con protección
Están formados por:
- un absorbedor metálico (de cobre, aluminio o acero) que contiene también los tubos por donde circula el fluido caloportador;
- una placa de vidrio o plástico con buena transparencia a las radiaciones solares y elevada opacidad a las emitidas por elabsorbedor;
- un panel de material aislante situado debajo del absorbedor;
- una envolvente para proteger los componentesy limitar las dispersiones térmicas del panel.
Estos paneles pueden producir agua atemperaturas de hasta 90÷95°C. Sin embargo, surendimiento disminuye marcadamente por encimade 65÷70°C.No precisan instalaciones complejas, tienen buenrendimiento y costes relativamente bajos. Portales motivos, son los más utilizados en lasconstrucciones civiles.Para instalaciones pequeñas también estándisponibles con depósito incorporado.
Paneles de líquido sin protección
Consisten en un absorbedor realizado enmaterial plástico. Al no estar cubiertos, no puedensuperar los 40÷45°C. Por ello, en la práctica seutilizan principalmente para calentar piscinas.El bajo coste es su principal ventaja. Sinembargo, están expuestos a problemas deenvejecimiento que dependen de los materiales yde la tecnología utilizada para su fabricación.
Panel de líquido sin protección
Superficiede cristal
Panel de líquido con protección
EnvolventeMaterialaislante
Absorbedorde calor
7
Están formados por una serie de tubos de vidrioal vacío, dentro de los cuales hay unas tiras dematerial absorbente.Esta técnica de fabricación limita las dispersionestérmicas de los paneles y, por consiguiente, asegurarendimientos más elevados, lo que resulta muy útilen las zonas con bajas temperaturas exteriores.
Los paneles con tubos de vacío pueden produciragua hasta 115÷120°C, temperaturas que puedenutilizarse en ámbito industrial, alimentario oagrícola, o bien para obtener agua refrigerada conayuda de un grupo frigorífico apropiado.
El coste bastante elevado es la principal limitaciónde estos paneles.
Paneles de líquido con tubos de vacío
Están formados por una caja contenedora conla cara superior transparente (de vidrio oplástico) y con aislamiento térmico en el fondo yen las paredes laterales.El absorbedor es una simple plancha metálica, deacero o cobre, por encima (y a veces también pordebajo) de la cual pasa libremente un flujo de aire.
Estos paneles no tienen un rendimiento elevadoporque el aire tiene poca capacidad paraintercambiar y transportar calor. Pero tienen lasventajas de que son económicos y no precisanintercambiador. Además son muy ligeros y, adiferencia de los paneles con fluido caloportadorlíquido, no están expuestos a problemas decongelación o ebullición.Se utilizan sobre todo para calentar el aireambiental y para desecar productos agrícolas.
Paneles de aire en caja
Superficiede cristal
EnvolventeMaterialaislante
Absorbedorde calor
Panel de líquido con tubos de vacío
Secciones tubos de vidrio
con tubos de fluidoseparados
con tubos de fluidoconcéntricos
Vidrio
Vacío
Panel de aire en caja
8
La energía solar no está siempre disponible. Porlo tanto, para poder utilizarla continuamentehay que instalar sistemas de almacenamiento,que pueden realizarse con sustancias líquidas,sólidas (rocas o gravilla) o de cambio de fase,como las sales fundidas.
En esta publicación describiremos solamente lossistemas con depósitos de agua, que son losúnicos que se emplean en las instalaciones solaresde uso civil.
Los de dos serpentines también permiten, si esnecesario, calentar el agua a la temperatura deservicio. Se utilizan en instalaciones pequeñas ymedianas.
DEPÓSITOS ACUMULADORESDE ENERGÍA SOLAR
Depósitos con cámara
Tienen, en la superficie lateral, una cámara pordonde puede circular el fluido proveniente de lospaneles. Se utilizan sobre todo en instalacionespequeñas.
Depósitos con serpentines
Pueden tener uno o dos serpentines. Los de unsolo serpentín sirven únicamente para acumularcalor.
Depósito con un serpentín
Depósito con dos serpentines
Con
exio
nes
circ
uito
pan
eles
sol
ares
Agua caliente
Depósito con cámara
Agua fría
Agua caliente
Agua
fría
Con
exio
nes
circ
uito
pan
eles
sol
ares
Agua caliente
Agua
fría
Con
exio
nes
circ
uito
pan
eles
sol
ares
Con
exio
nes
circ
uito
cal
dera
9
Depósitos combinados
Son depósitos con doble contenedordenominados también “tank in tank”, que en ingléssignifica literalmente “depósito en el depósito”. Seutilizan en instalaciones solares combinadas,es decir, en aquéllas destinadas a producciónde agua caliente sanitaria y calefacción.El depósito mayor contiene el agua para lacalefacción, y el pequeño, la que va al circuitosanitario.
Los depósitos “tank in tank” facilitan la realizaciónde instalaciones solares combinadas porquepermiten conectar al propio depósito todos loscircuitos, a saber:
- circuito solar,
- circuito de integración térmica de la caldera,
- circuito del sistema de calefacción,
- circuito del agua caliente sanitaria.
Estos depósitos se utilizan principalmente eninstalaciones pequeñas y medianas.
Depósitos sin intercambiadores interiores
Son simples depósitos acumuladores. El intercambiotérmico con el fluido proveniente de los paneles serealiza mediante intercambiadores exteriores deplacas o con haz de tubos.Los intercambiadores de placas son más compactos.Los de haz de tubos, al tener secciones de pasomás amplias, corren menos peligro de bloquearsepor la presencia de incrustaciones o suciedad.
Respecto a los intercambiadores interiores, el usode los exteriores:
- asegura el intercambio térmico de potenciasmás elevadas;
- permite abastecer varios depósitos con un solo intercambiador;
- facilita, dado que los depósitos son independientesde los intercambiadores, la realización de variantese integraciones del sistema de acumulación.
Estos depósitos y el respectivo sistema deintercambio térmico se utilizan en instalacionesmedianas y grandes.
Depósito combinado (tank in tank) Depósito sencillo con intercambiador exterior
Con
exio
nes
circ
uito
pane
les
sola
res
Agua
fría
Agua calienteAgua fría Agua caliente
Con
exio
nes
circ
uito
cal
der
aC
onex
ione
s ci
rcui
tos
pan
eles
sol
ares
Con
exio
nes
circ
uito
cal
efac
ción
10
Se efectúa esencialmente con reguladores detemperatura diferenciales, formados por:
- un regulador que permite ajustar el diferencial de temperatura (Δt) deseado;
- dos sondas que miden la temperatura en los paneles y en el depósito acumulador.
Cuando la diferencia de temperatura entre lospaneles y el depósito es mayor que el Δtespecificado en el regulador, la bomba del circuitosolar se activa. De lo contrario, permanecedesactivada.
Se aconseja calibrar los reguladores diferencialescon valores de Δt entre 5°C y 8°C. Estos intervalosde temperatura permiten considerar adecuadamente:
1. las pérdidas de calor que se verifican a lo largode los tubos del circuito solar;
2. la necesidad de que se produzca (para obtenerun intercambio de calor significativo) un diferencialtérmico de algunos grados en las conexionesdel intercambiador;
3. el hecho de que la instalación debe activarsesólo cuando la energía útil es superior a la queconsume la bomba de circulación.
A continuación analizaremos brevemente losesquemas de uso más frecuente para la regulaciónde circuitos solares.
REGULACIÓNDEL CIRCUITO SOLAR
Regulación con termostato[esquema 1]
Las dos bombas se activan y desactivan por acciónde un simple termostato. En la práctica, esta regulaciónse utiliza solamente para climatizar piscinas.
Regulación con regulador diferencial[esquema 2]
Si la diferencia de temperatura entre las sondas S1
y S2 supera el Δt especificado, la bomba se activa.De lo contrario, permanece desactivada.
Regulación con regulador diferencial y válvulade by-pass modulante [esquema 3]
El regulador actúa sobre la bomba como en el casoanterior. Además, acciona la válvula de by-passpara mantener constante el Δt prefijado.Esta regulación mejora el intercambio térmico entrelos paneles y el acumulador. Sin embargo, por sucoste elevado, se emplea solamente en instalacionesmedianas y grandes.
Regulación con reguladores diferenciales yintercambiador de calor exterior [esquema 4]
La bomba A se activa sólo cuando la diferencia detemperatura entre las sondas S1 y S2 supera elvalor Δt1. La bomba B se activa sólo cuando ladiferencia de temperatura entre las sondas S3 y S4
supera el valor Δt2.
Regulación con regulador diferencialRegulación con termostato
2
1
21T
11
Regulación con reguladores diferencialesy dos acumuladores [esquema 5]
El primer regulador actúa sobre la bomba y sobrela válvula modulante, de modo análogo al que sedescribió para el esquema 3.
El segundo regulador abre la válvula desviadorade tres vías (haciendo pasar el fluido provenientede los paneles al serpentín del depósito de altatemperatura) sólo cuando la temperatura de lasonda S3 sobrepasa la de la sonda S4.
Regulación con reguladores diferenciales y dos acumuladores
Regolazione con termoregolatori differenzialie scambiatore di calore esterno
Regolazione con termoregolatore differenzialee valvola di by-pass modulante
3 4
M
1
2
1
3
4
2
1 2
5
M
1
2 4
1 2
3Acumulador temperaturaintermedia
Acumuladoralta
temperatura
Válvulamodulante
Válvuladesviadora
Bomba A
Bomba B
12
Éstos son los principales esquemas utilizados:
REGULACIÓNDEL AGUA CALIENTE SANITARIA
Regulación con válvula desviadora y calderade suelo con acumulador [esquema 2]
Esta regulación es similar a la del esquema 1. Pero estas calderas, a diferencia de las murales,no tienen problemas de sobrecalentamientoporque la temperatura del acumulador se regulamediante unos termostatos situados dentro deellas.
Regulación con calentamiento de apoyo en el acumulador [esquemas 3 y 4]
Si la temperatura del agua cae por debajo del valorde utilización, un termostato calibrado a dichovalor activa la bomba del calentamiento de apoyo,que se efectúa en la parte superior del depósitopara aprovechar al máximo la estratificación delagua.
Válvuladesviadora
Mez
clad
or
Regulación con válvula desviadoray caldera mural
Regulación con calentamiento de apoyoen el acumulador sin recirculación
Cal
der
a
Mezclador
1 3
Pan
eles
sol
ares
Válvuladesviadora
Mezclador
Regulación con válvula desviadoray caldera de suelo con acumulador
2
Pan
eles
sol
ares
Pan
eles
sol
ares
Regulación con calentamiento de apoyoen el acumulador y recirculación
Cal
der
a
Mezclador
4
Pan
eles
sol
ares
Regulación con válvula desviadora y caldera mural [esquema 1]
Si el agua procedente del acumulador está a unatemperatura inferior a la que se ha ajustado en eltermostato, la válvula desviadora la manda a lacaldera. En caso contrario, la válvula envía el aguadirectamente al mezclador.
Nota: Para evitar peligrosos sobrecalentamientos, se debenutilizar sólo calderas murales con sistemas queregulen la temperatura del agua sanitaria directamente, y no en función del caudal.
13
Regulación con dos acumuladores y válvula desviadora [esquemas 5 y 6]
Como en los esquemas 1 y 2, la válvula desviadoratiene la función de establecer si el agua que saledel depósito solar precisa o no calentamiento deapoyo.
El depósito solar actúa como un precalentador,evitando los inconvenientes mencionadosanteriormente. En efecto, el depósito puedearrancar en frío y acumular calor incluso a bajatemperatura.
Regulación centralizada con distribución a lascalderas de instalaciones autónomas [esquema 7]
Esta configuración permite producir agua calientecon una instalación solar centralizada y distribuirlaluego a varios sistemas autónomos. También esposible contabilizar la energía térmica de origensolar cedida a cada vivienda.Para evitar fuertes sobrecalentamientos del aguasuministrada por las calderas murales de lasviviendas (ver la nota de la pág. 12), se deben utilizarsólo calderas idóneas para esta aplicación.
De todos modos, hay que tener en cuenta que elcalentamiento de apoyo realizado directamente enel acumulador hace aumentar la temperatura detoda el agua contenida en él, y esto puede limitarla cantidad de calor intercambiable entre lospaneles y el acumulador.
Estas regulaciones se utilizan sobre todo eninstalaciones medianas y grandes.
Regulación centralizada con distribución a las calderas de instalaciones autónomas
7
Pan
eles
sol
ares
Válvuladesviadora
Mezclador
Regulación con dos acumuladoresy válvula desviadora
5
Cal
der
a
Pan
eles
sol
ares
Válvuladesviadora
Mezclador
Regulación con dos acumuladores,válvula desviadora y recirculación
6
Cal
der
a
Mezclador
Pan
eles
sol
ares
Vér nota en pág. 12
14
La regulación de estas instalaciones debe tender aminimizar las temperaturas de servicio necesariaspara la calefacción. Cuanto más bajas son estastemperaturas, más se aprovecha el calor suministradopor los paneles solares. A tal fin, hay que realizarun buen aislamiento térmico de los edificios y elegirterminales de calefacción de baja temperatura, comolos paneles radiantes instalados bajo el pavimento.
REGULACIÓNDE LAS INSTALACIONES COMBINADAS
Regulación para dos depósitos acumuladorescon válvula desviadora [esquema 2]
El agua caliente sanitaria se produce con dosacumuladores como en los casos ya descritos.
La energía térmica para la calefacción se obtienetanto de la caldera como del depósito solar.En particular, se utiliza agua del depósito solarcuando la temperatura de la sonda S1 es mayorque la de la sonda S2. En tal caso, la válvuladesviadora hace pasar el fluido de retorno a travésdel serpentín superior del depósito solar.
Regulación para dos depósitos acumuladorescon intercambiador de calor [esquema 3]
Este sistema es análogo al anterior. La únicadiferencia radica en el intercambio térmico entre elfluido de la calefacción y el del depósito solar, queen este caso se realiza con ayuda de unintercambiador exterior.
Regulación para acumulador tipo tank in tank [esquema 1]
El termostato del depósito activa la bomba delcalentamiento de apoyo cuando la temperaturadel agua es inferior al valor necesario para:
- asegurar, en el depósito interior, agua caliente sanitaria a la temperatura deseada;
- alimentar los terminales de calefacción con las temperaturas de servicio previstas.
Este sistema de regulación es más convenientepara las instalaciones pequeñas y medianas.
Regulación ara depósito acumulador tipo “Tank in tank”
1
15
Regulación para dos acumuladores con válvula desviadora
Regulación para dos acumuladores con intercambiador de calor
2
Regulaciónclimática
2
1
Válvuladesviadora
3
Regulaciónclimática
2
1
Válvuladesviadora
Circuito de recuperaciónenergía térmica solar
Circuito de recuperaciónenergía térmica solar
16
Los paneles solares se deben instalar ensuperficies que aseguren una buena insolación,un anclaje seguro y la posibilidad de realizar unmantenimiento adecuado.
Para conseguir una buena insolación hay que teneren cuenta tres factores: (1) formación de posibleszonas de sombra, (2) ángulo de orientación de lospaneles y (3) ángulo de inclinación de éstosrespecto al plano horizontal.
LUGAR Y MODO DE INSTALACIÓNDE LOS PANELES SOLARES
Zonas de sombra
Los elementos circundantes pueden proyectarsombras sobre los paneles y disminuir surendimiento. Por lo tanto, antes de decidir dóndese instalarán los paneles es necesario controlarsi hay algún obstáculo que impida o limite lairradiación directa, por ejemplo edificios, paredes,colinas o árboles altos. La sombra creada por dichosobstáculos debe ser muy reducida y de cortaduración para no perjudicar excesivamente elrendimiento de los paneles.
θ = 50°
θ = 26°
θ
θ = 39°
θ = 62°
θ = 73°
21 Junio
21 Diciembre
21 Febrero/Octubre
21 Marzo/Setiembre
21 Abril/Agosto
Altitud solar a las 12 horas
120° 90° 60° 30° 0° 30° 60° 90° 120°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
θ =
Ang
ulo
altit
ud s
olar
θ =
Ang
ulo
altit
ud s
olar
Diagrama solar
21 JUN
6AM
7AM
8AM
9AM
10AM
11AM
12AM
45° 15°75°105° 15° 45° 75° 105°
6PM
5PM
4PM
3PM
2PM
1PM
21 MAY
21 ABR
21 MAR
21 FEB
21 ENE
21 DIC
21 JUN21 JUL21 AGO
21 SET
21 OCT
21 NOV21 DIC
40° Latitud Norte
17
La presencia y la duración de las sombras sepueden determinar mediante diagramas solares,que dan la posición del Sol en cada día del año ya cada hora. El diagrama solar incluido en la página de al ladose refiere a una latitud de 40° Norte, que esaproximadamente la de Madrid.
Además de las sombras creadas por loselementos cercanos, también hay que considerarlas que pueden proyectar unos paneles sobreotros cuando están dispuestos en filas.
En las latitudes de España, para evitar dichassombras es suficiente dejar entre las filas depaneles las distancias mínimas indicadas en latabla siguiente.
Zone d’ombra indotte dai collettori
β
Ángulo de orientación de los paneles respecto al sur
d
h
Funcionamiento sólo en verano
para α = 30° ➔ d = h · 1,9
para α = 45° ➔ d = h · 2,0
para α = 60° ➔ d = h · 2,1
Funcionamiento todo el año
para α = 30° ➔ d = h · 2,3
para α = 45° ➔ d = h · 2,7
para α = 60° ➔ d = h · 2,8
Distancia mínima entre filas de paneles
α α
Angulo de orientación
En el hemisferio norte, la orientación ideal de loscolectores es mirando al sur. No obstante, esposible utilizar otras disposiciones sin mayordesmedro del rendimiento.
Por ejemplo, si la orientación se modifica en ±30°respecto al sur, la energía solar recibida en un añodisminuye sólo el 2,5%, y con una variación de ± 45°se reduce en un 3÷4%.
Àngulo de inclinación de los panelesrespecto al plano horizontal
α α
Angulo de inclinación
Si los paneles se instalan sobre un techo inclinado,en general conviene mantener la misma inclinacióndel techo.
En cambio, si los paneles están sobre unasuperficie horizontal, en nuestras latitudes convieneadoptar los siguientes ángulos de inclinación:
α = 15÷35° para sistemas utilizados en verano
α = 45÷60° para sistemas utilizados en invierno
α = 35÷50° para sistemas utilizados todo el año
18
Hay cuatro magnitudes básicas que permitendimensionar los sistemas de paneles solares:
1. superficie de los paneles,
2. potencia específica de diseño,
3. diferencial térmico del fluido caloportador,
4. volumen de los depósitos acumuladores.
A continuación analizaremos dichas magnitudes ylos valores que se les pueden asignar.
La demanda diaria de agua caliente se puedecalcular con los siguientes valores:
Si el sistema de distribución del agua calienteincluye un circuito de recirculación, también hayque tener en cuenta las dispersiones térmicas deeste circuito.
MAGNITUDES BÁSICAS PARA DIMENSIONARLOS SISTEMAS DE PANELES
DEMANDA DIARIADE AGUA CALIENTE A 45°C
Viviendas familiares
Confort elevado 75 l/(persona/día)
Confort medio 50 l/(persona/día)
Confort bajo 35 l/(persona/día)
Lavadora 20 l/(1 lavaggio día)
Lavavajillas 20 l/(1 lavaggio día)
Pensiones y Turismo rural
Nivel elevado 75 l/(persona/día)
Nivel medio 50 l/(persona/día)
Hoteles y Restaurantes
Confort elevado 75 l/(persona/día)
Confort medio 50 l/(persona/día)
Confort bajo 35 l/(persona/día)
Servicio de cocina
Servicio medio 10 l/(día/comida)
Servicio alto 15 l/(día/comida)
SUPERFICIES NETAS DE PANELES PLANOS EN FUNCIÓN DE LA DEMANDA DIARIA
DE AGUA CALIENTE A 45°C
España Norte 1,0 m2 para demanda de 50 l/díaEspaña Sur 0,8 m2 “ “ “ “
Nota:Para paneles de tubos en vacío, las superficies indicadas pueden reducirse en un 20%.
Superficie de los paneles
Para determinar el valor de esta magnitud de formacoherente y rigurosa, se aconseja proceder delsiguiente modo:
1. diseñar varias configuraciones con distintassuperficies de los paneles; por ejemplo, quecubran el 20, 40, 60 y 80% de la demanda totalde calor;
2. determinar los costes de realización y de mantenimiento de cada configuración propuesta;
3. cuantificar para cada una de ellas el ahorro decombustible y el beneficio económico obteniblesen un año;
4. comparar entre sí los costes y los beneficioseconómicos a fin de calcular los tiempos de amortización de las distintas configuraciones;
5. elegir la configuración más conveniente de acuerdo con dichos valores.
Estos cálculos involucran muchos parámetros queno siempre se pueden determinar con certeza, porejemplo el rendimiento efectivo de los colectores,la eficacia del sistema de regulación y lasmodalidades efectivas de uso de la instalación.
Además, para calcular los tiempos deamortización es necesario saber cómo variaráen el tiempo el coste del combustible dereferencia. Esto supondría prever la andadura deun valor muy incierto, ya que está condicionadopor decisiones imprevisibles de orden político yeconómico. Por esta razón, en general, conviene determinar lasuperficie de los paneles solares en función dedatos medios predefinidos, obtenidos conoperaciones similares a las que se describieronanteriormente.
Instalaciones de agua caliente sanitaria
Para estos sistemas se puede utilizar la tablasiguiente, donde se indican las superficies netasde los paneles en función de la demanda diaria deagua a 45°C.
19
Instalaciones combinadas
Para instalaciones combinadas en edificios deviviendas con buen aislamiento térmico ycalefacción a baja temperatura, se puede utilizar latabla siguiente, donde se indican las superficies delos paneles en función de la superficie habitada.
Para instalaciones combinadas en edificios deuso comunitario (hospitales, casas de reposo,escuelas, residencias de estudiantes, hoteles,pensiones, oficinas, etc.) la superficie de los panelesse puede determinar considerando una coberturadel 20 al 30% de la demanda térmica total.
Instalaciones para piscinas
Para sistemas destinados a la climatización depiscinas, las superficies netas de los paneles sepueden determinar en función de los valoressiguientes.
EDIFICIOS DE VIVIENDASSUPERFICIES NETAS DE PANELES PLANOS
Instalaciones pequeñas
España Norte 0,75÷0,60 m2 cada 10 m2 sup. habitada
España Sur 0,65÷0,50 m2 “ “ “ “ “
Instalaciones medianas o grandes
España Norte 0,60÷0,50 m2 cada 10 m2 sup. habitata
España Sur 0,50÷0,40 m2 “ “ “ “ “
Nota:Para paneles de tubos en vacío, las superficies indicadas pueden reducirse en un 20%.
q = 400 (kcal/h)/m2
Δt = 10°C
CLIMATIZACIÓN DE PISCINASSUPERFICIES NETAS DE PANELES PLANOS
Piscine descubiertas 0,60÷0,40 m2 por m2 sup. piscina
Piscine cubiertas 0,40÷0,30 m2 por m2 sup. piscina
Potencia específica de diseño
Es la potencia que puede captar y transferir alfluido caloportador un metro cuadrado de panelcon insolación máxima. Este dato es necesariopara determinar el caudal del circuito solar y paradimensionar el intercambiador de calor.
El valor de esta magnitud depende de variosfactores, a saber: insolación máxima del lugar, tipoy características constructivas de los paneles,ángulos de orientación e inclinación, temperaturadel aire exterior y temperatura de funcionamientodel sistema. No obstante, para paneles planos concubierta transparente se puede adoptar el siguientevalor con escaso margen de error:
Diferencial térmico del fluido caloportador
Es la diferencia nominal de temperatura del fluidocaloportador entre la entrada a los paneles y lasalida de ellos. Como en el caso anterior, estevalor es necesario para determinar el caudal delcircuito solar y para dimensionar el intercambiadorde calor.
Para esta magnitud se puede adoptar el siguientevalor:
V = ( 50÷60 ) · S
Volumen de los depósitos acumuladores
Se puede calcular a razón de 50 a 60 l por metrocuadrado de paneles. Por lo tanto, es posibleutilizar la fórmula siguiente:
Donde: V = Volumen del depósito, m3
S = Superficie neta de los paneles, m2
Circulación natural con acumuladorde cámara integrado en el panel
Circulación natural con acumuladorsin cámara bajo el tejado
Hidrómetro
Termómetro
Válvulas de retención
Regulador caudal
Bomba circuito
Válvula deseguridad
Purgadorde aire
Vasode expansión Bomba
de carga
Mezclaanticongelante
Válvula de purga de airecon corte normalmente
cerrada
Termostatode seguridad
Circulación forzada
T
I
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La circulación del fluido caloportador, quetransporta la energía térmica desde los paneleshasta los depósitos acumuladores, puede sernatural o forzada.
CIRCULACIÓNDEL FLUIDO CALOPORTADOR
Circulación natural
Se realiza sin empleo de bombas. El fluido portador, al calentarse en el interior de lospaneles, se vuelve más ligero que el aguacontenida en los depósitos. Esta diferencia detemperaturas produce una circulación natural,igual que en las antiguas instalaciones deradiadores.Naturalmente, para que el agua pueda circular,los acumuladores tienen que estar a mayoraltura que los paneles, como se ilustra en los dosesquemas siguientes.
El límite principal de estos sistemas consiste enque los depósitos se deben instalar a mayor alturaque los colectores, lo que circunscribe su aplicacióna instalaciones de pequeñas dimensiones.
Circulación forzada
Se realiza con ayuda de bombas, que se activansólo cuando el fluido de los paneles está máscaliente que el agua contenida en los depósitosacumuladores.Obviamente, en estos sistemas no haylimitaciones para la ubicación de los depósitos.
El esquema siguiente muestra los principalescomponentes (algunos ya vistos y otros que sedescribirán más adelante) de una instalación solarcon funcionamiento por circulación forzada.
80l/h
160l/h
160l/h
400l/h
400l/h
400l/h
400l/h
400l/h
Δt = 10°C Δt = 10°C
Δt = 10°C
Autoflow
Equilibrado de una red de paneles con conexión de tres tubos y con Autoflow
Flujos en el panel con conexiones laterales opuestas
ΔH = 160 mm c.a.80ΔH = mm c.a.20
ΔH = 2.500 mm c.a.500
21
Cuando se conectan varios paneles entre sí, hayque garantizar flujos equilibrados y bajas pérdidasde carga, esto último para limitar el consumo delas bombas.
Las baterías de paneles montados en serie puedenasegurar flujos equilibrados. Sin embargo, cuandose supera un cierto número de paneles (en generalcuatro o cinco, depende de las característicasconstructivas), dichas baterías tienen pérdidas de
carga demasiado elevadas, como se aprecia en elejemplo siguiente.Para el panel de base (con superficie neta de 2 m2)se han considerado las siguientes características:
- GP = 80 l/h caudal
- HP = 20 mm c.a. pérdidas de carga
Para calcular las pérdidas de carga H al variar elcaudal G se ha utilizado la fórmula:
H = ( G2 / GP2 ) · HP
Las baterías de paneles en serie se puedenconectar entre sí en paralelo, con circuitoscompensados de tres tubos o mediantecircuitos de dos tubos equilibrados conválvulas de calibración o autoflow.
CONEXIÓN Y EQUILIBRADODE LOS PANELES
22
Con irradiación intensa y bajo consumo de agua,en las instalaciones solares pueden surgirproblemas de sobrecalentamiento, puesto quela cesión de calor de los paneles al sistema nopuede interrumpirse salvo con dispositivos bastantecomplejos y costosos.El sobrecalentamiento se puede presentartanto en los depósitos acumuladores como enel circuito solar.
La primera, por acción combinada de un termostatoy de una válvula eléctrica de dos vías, permitedescargar el agua del depósito al exterior cuandose supera la temperatura admitida. La salida deagua caliente hace entrar agua fría, con lo cual sereduce la temperatura.La principal limitación de este sistema es queutilizar y desechar agua potable para disminuir latemperatura no es muy correcto desde el punto devista ecológico. Además, puede contravenir normaso reglamentaciones locales sobre el uso de losrecursos hídricos.
La segunda solución utiliza un termostato o unasonda de seguridad para detener la bomba del circuito solar cuando se supera el límite prefijado.Pero esta configuración, a diferencia de la primera,no resuelve de modo definitivo el problema delsobrecalentamiento. En la práctica, se limita adesplazarlo del acumulador al circuito solar.
CASOS POSIBLESDE SOBRECALENTAMIENTO
Sobrecalentamiento del aguaen los depósitos acumuladores
El agua contenida en los depósitos no debesuperar la temperatura máxima indicada en loscertificados de homologación, valor que dependede los materiales con que están realizados losdepósitos y de los revestimientos internos. Una temperatura superior a la máxima admitidapuede dañar las juntas de estanqueidad de losdepósitos y comprometer seriamente lapotabilidad del agua. Para evitar estos peligros esposible aplicar las dos soluciones que se ilustran acontinuación:
Control de la temperatura máxima del depósitocon válvula solenoide
Control de la temperatura máxima del depósitomediante parada de la bomba
Termostatode seguridad
Termostatode seguridad
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Enfriamiento del circuito solar con serpentín
Enfriamiento del circuito solar con aerotermo
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Termostatode seguridad
Termostatode seguridad
Sobrecalentamientodel circuito solar
Con la bomba parada, es decir, sin lasdispersiones del depósito acumulador, lastemperaturas del fluido en el interior delcircuito solar (en particular, dentro de los paneles)aumentan sensiblemente, y no se estabilizanhasta que el circuito disipa una cantidad deenergía térmica igual a la captada por lospaneles.En ese momento se alcanza un equilibrio, latemperatura deja de subir y se establece unacondición de estancamiento. Por ello, a latemperatura alcanzada se la denomina“temperatura de estancamiento”.
Normalmente se pueden alcanzar temperaturasde estancamiento de 140-150°C, pero es posibleque se presenten valores más elevados. Y estoprovoca la vaporización y la ebullición del fluidocaloportador. En consideración de estosfenómenos, si se utiliza un líquido anticongelantees preciso evitar dos graves inconvenientes:que el líquido se derrame y que se degrade.
Es preciso evitar que el fluido se vierta porque, atemperaturas superiores a 115÷120°C, las mezclasanticongelantes normales sufren alteracionespermanentes que las hacen muy agresivas. Porlo tanto, si se escapan del circuito, pueden dañarlas carcasas y las fundas de impermeabilización,o corroer los desagües domésticos y pluviales.
Además, hay que tener en cuenta que estasalteraciones del fluido comprometen suspropiedades anticongelantes.
En las instalaciones pequeñas estos problemasse pueden resolver (como se describirá más abajo)con un dimensionamiento correcto de lossistemas de seguridad, expansión y eliminacióndel aire, a lo cual hay que añadir un mantenimientoesmerado. En particular, se deben analizar lascaracterísticas químicas del fluido anticongelantecada dos años como mínimo, y añadir o sustituirproducto cuando sea necesario.
En las instalaciones medianas o grandes, engeneral, conviene eliminar directamente elexceso de calor.Los esquemas siguientes describen dossoluciones posibles. Como medios de eliminacióndel calor, la primera solución utiliza serpentinesenterrados y la segunda, un aerotermo.Estos recursos resuelven de manera satisfactoriael problema del sobrecalentamiento y no incidensignificativamente en el coste total de la instalación.
24
Para elegir y dimensionar los elementos principalesde un circuito solar, se puede proceder como seindica a continuación:
COMPONENTES Y DIMENSIONAMIENTODEL CIRCUITO SOLAR
Fluido caloportador
En las zonas donde hay peligro de heladas, enel circuito solar se debe utilizar una mezclaanticongelante que proteja de temperaturas hasta10°C inferiores a la utilizada para calcular lasdispersiones térmicas.
Bombas de circulación
Se deben dimensionar en función del caudalnecesario para el circuito solar y de la cargahidrostática de dicho circuito, es decir, de lapresión necesaria para vencer las resistencias quese oponen al movimiento del fluido desde los paneles,tubos, intercambiadores de calor, componentesespeciales, etc.
Reguladores de caudal
Pueden ser estáticos o dinámicos. Los reguladoresestáticos (de lectura directa y con válvulas decalibración) deben ajustarse in situ. Los dinámicos(autoflow) son autorregulables.
Intercambiadores de calor
Pueden instalarse, como ya se ha visto, dentro ofuera de los depósitos acumuladores.
Los intercambiadores interiores de tubos lisosse pueden dimensionar considerando una superficiede intercambio térmico en torno al 35÷40% dela superficie neta de los paneles.
Por el contrario, los intercambiadores exteriores(de haz de tubos o placas) no se puedendimensionar mediante fórmulas sencillas. En estecaso se deben utilizar las tablas o el software delos fabricantes, y es necesario conocer lassiguientes magnitudes:
- Potencia térmica
Se puede obtener de la siguiente relación:
Q = q · S = 400 · Sdonde:
Q = Potencia térmica del intercambiador, kcal/h
q = Potencia específica de diseño, (kcal/h)/m2
S = Superficie neta de los paneles, m2
- Temperaturas del circuito solar
50°C = Temperatura de entrada,°C
40°C = Temperatura de salida,°C
- Temperaturas del circuito del depósito
45°C = Temperatura de entrada,°C
35°C = Temperatura de salida,°C
- Pérdidas de carga
Se aconseja utilizar valores limitados, tanto para el circuito solar como para el depósito, a fin deno disipar demasiada energía con las bombas.
Tuberías
Deben resistir, al igual que los componentesespeciales, las temperaturas y presionesnormales de una instalación solar. Por esta razón,no se pueden utilizar tubos de plástico ni multicapa.Tampoco se pueden emplear tubos galvanizados,ya que a más de 60°C pueden liberar cinc,especialmente en presencia de sustanciasanticongelantes.
El dimensionamiento de las tuberías se puedeefectuar con el método de las pérdidas de cargalineales constantes, considerando: (1) caudales de40 l/h por metro cuadrado de paneles, (2) pérdidasde carga lineales entre 10 y 15 mm c.a./m.
El valor de los caudales se obtiene de la relación entre la potencia específica de diseño (q = 400 (kcal/h)/m2) y el diferencial térmico delfluido caloportador (Δt = 10°C), magnitudes yaconsideradas en la página 19.
Si se utilizan mezclas anticongelantes, hay quetener en cuenta que sus pérdidas de carga sonbastante superiores a las del agua (ver el 1er.Cuaderno o las Tablas de pérdidas de carga delagua en la página web de Caleffi).
Aislamiento térmico de las tuberías
Se pueden utilizar los tipos y espesoresestablecidos por la ley española CTE.En los tramos exteriores, el material aislantedebe protegerse (1) de las infiltraciones de agua,(2) del envejecimiento prematuro causado por losrayos solares y (3) de los daños provocados porpájaros y ratones. A tal fin, se pueden colocarprotecciones de chapa galvanizada o de aluminio.
25
Vasos de expansión
En las instalaciones solares que pueden llegara la condición de estancamiento, para evitarpérdidas, los vasos de expansión tienen que sercapaces de contener las dilataciones del fluidoy el vapor que se pueda formar.Para dimensionar dichos vasos de expansión,primero se puede calcular su volumen útil (o sea,el volumen de fluido que deben contener) con lafórmula:
Notas:
- Para proteger sus membranas, es conveniente instalar los vasos de expansión en el retornodel circuito solar, con el tubo de conexiónhacia abajo y sin aislamiento térmico;
- Se aconseja utilizar vasos de expansión dimensionados como se indica en la páginade al lado (es decir, que puedan contener ladilatación del fluido y el vapor que se puedeformar en los paneles) también en instalacionescon sistema de enfriamiento exterior medianteserpentines o aerotermo.Ésta es una medida de seguridad para elcaso de que se queme la bomba o se bloqueeo descalibre la válvula desviadora.
donde:
VU = Volumen útil del vaso de expansión, l
VC = Contenido de fluido en el circuito solar, l
e = Coeficiente de dilatación del fluido, e = 0,045 para el agua,e = 0,070 para mezcla agua-glicol,
VP = Contenido de fluido en los paneles solares, l
k = Constante de seguridad,k = 1,1 valor normalmente utilizado.
Después se puede determinar el volumen nominal ocomercial con la fórmula utilizada para dimensionarlos vasos de expansión convencionales, a saber:
donde:
VN = Volumen nominal del vaso de expansión, l
VU = Volumen útil del vaso de expansión, l
PI = Presión inicial (presión de llenado de la instalación), barValor aconsejado: Presión estática + 0,5 bar
PF = Presión final, barValor aconsejado: Presión apertura válv. seguridad – 0,5 bar
Ejemplo de cálculo
Determinar el volumen del vaso de expansión para uncircuito solar que utiliza mezcla anticongelante y tienelas siguientes características:
8 Número de paneles solares
2,0 l Contenido de fluido de cada panel
24,0 l Contenido de fluido de tuberías, intercambiadorde calor y otros componentes del circuito solar
1,5 bar Presión inicial
5,5 bar Presión final
En función de tales datos y con referencia a las fórmulasy a los símbolos indicados en la página anterior, resulta:
- Contenido de fluido en los paneles solares:VP = 8 · 2,0 = 16 l
- Contenido de fluido en el circuito solar: VC = 16,0 + 24,0 = 40 l
- Volumen útil del vaso de expansión:VU = ( 40 · 0,07 + 16 ) · 1,1 = 20,7 l
- Volumen comercial del vaso de expansión:VN = 20,7 · ( 5,5 +1 ) / ( 5,5 – 1,5 ) = 34 l
De acuerdo con el valor obtenido, se debe escoger unvaso de expansión comercial de 35 l.
Circuitosolar
Circuitodepósitocalentador
T=50° T=45°
T=40° T=35°
VU = ( VC · e + VP ) · k
VN = VU · ( PF + 1 ) / ( PF – PI )
26
Válvulas de seguridad
Se aconseja utilizar válvulas de seguridad conun valor de apertura alto (5-6 atmósferas relativas),tanto para limitar las dimensiones de los vasos deexpansión como para mantener elevada latemperatura de ebullición del fluido caloportador.La mezcla anticongelante que se derrame porla válvula no se ha de verter en el desagüe. Ellíquido se debe recoger un recipiente apropiado,por ejemplo en el envase original.
De cualquier forma, hay que tener en cuentaque las válvulas de retención no garantizan unaprotección segura contra las circulacionesparásitas, porque la suciedad y las incrustacionespueden comprometer su estanqueidad y permitirinfiltraciones.
Válvulas de purga de aire
Se instalan en las zonas más altas del circuito ydonde puedan formarse bolsas de aire. Su funciónconsiste solamente en eliminar el aire durante elllenado y la puesta en marcha de la instalación. Después de estas fases, las válvulas de purgadeben cerrarse porque podrían dejar salir el fluidocaloportador en forma de vapor. Por esta razón,tienen que montarse acompañadas de una válvulade corte.
Tanto las válvulas de purga como las de corte,cuando funcionan en zonas donde la mezclaanticongelante puede hervir, deben resistirtemperaturas de hasta 200°C y presiones de 10 baro superiores.
Sifones de protección
Tienen forma de U y se instalan antes o despuésde los intercambiadores de calor. Pueden servir(adicionalmente y no en sustitución de las válvulasde retención) como una garantía más contra laformación de circulaciones parásitas.
Electroválvulas de protección
También estas válvulas, como los sifones, seemplean como apoyo y no como alternativa delas válvulas de retención. Su funcionamientoestá relacionado con el de la bomba. Están abiertascuando la bomba funciona, y cerradas cuando labomba está parada.
Purgadores de aire
Para desairear el circuito solar también duranteel funcionamiento, se aconseja utilizar purgadoresde aire automáticos instalados en el retorno (o sea,después del intercambiador de calor) y en la zonamás baja del circuito solar, donde no puedeformarse vapor.
Válvulas de retención
Evitan las circulaciones parásitas que puedenproducirse cuando el fluido contenido en elserpentín del acumulador está más caliente que elde los paneles; por ejemplo, durante períodos deescasa insolación o por las noches.Se trata de circulaciones naturales quetransforman los paneles de captadores endispersores de calor, y a ellas se debe el malfuncionamiento de muchas instalacionessolares.Para evitarlas se pueden utilizar válvulas Ballstop,que son válvulas de corte con retención incorporada,o válvulas de retención de peso o de disco con muelle.Dado el bajo coste de las válvulas Ballstop, paramayor seguridad, conviene instalarlas en la ida yen el retorno del circuito solar.
Pompadisattivata
Circulación natural parásita
Bombaparada
27
Estas instalaciones deben realizarse con componentesque tengan las siguientes características:
INSTALACIONES SANITARIAS QUE UTILIZAN ENERGÍA SOLAR
Depósitos acumuladores
Tienen que soportar, como mínimo, temperaturasde 75-80°C. Por lo tanto, no es posible utilizardepósitos de acero galvanizado porque, como yase ha dicho, a más de 60°C tienden a liberar cinc. Si van a contener agua caliente sanitaria, losdepósitos deben estar específicamentehomologados para ello. Además, los depósitosrealizados con materiales sensibles a la corrosióngalvánica tienen que protegerse con cátodosespecíficos.En particular, se debe evitar la corrosión delserpentín porque haría que el fluido caloportadorse mezclara con el agua sanitaria.
Mezcladores
Entre los depósitos y las redes de distribuciónes necesario montar mezcladores, porque en lasinstalaciones solares se pueden verificartemperaturas muy elevadas también en losdepósitos de agua sanitaria.Los mezcladores tienen que soportartemperaturas de hasta 85÷90°C, que son las quepuede alcanzar el agua del depósito.No obstante, si resisten valores aún máselevados proporcionan mayor seguridad, ya quesiempre puede presentarse un fallo o unadescalibración de los sistemas que limitan latemperatura del agua en el interior de losdepósitos.
Tratamientos antilegionella
En las instalaciones solares también hay queadoptar las medidas necesarias para evitar laLegionella (ver Idraulica 23, hasta ahora disponiblesólo en italiano). Pero en este caso hay quedeterminar con mucho cuidado la temperaturamínima de desinfección, ya que su valor podríaafectar seriamente el rendimiento de los paneles (ver la nota de la pág. 13 sobre el calentamiento deapoyo de los depósitos acumuladores).La elección de la temperatura mínima estáestrechamente relacionada con el equilibrado delas columnas de recirculación (ver Idraulica 23 enitaliano, págs. 18 y 19).
Válvulas de temperatura y presión
Para proteger los depósitos acumuladores, tambiénse pueden utilizar válvulas combinadas que actúancuando el agua supera determinados valores detemperatura o de presión.Puesto que su función es controlar lastemperaturas máximas, estas válvulas se instalanen la parte superior de los depósitos acumuladores.Naturalmente, se pueden utilizar sólo en sistemascuyos componentes (sobre todo los depósitos) esténgarantizados para presiones y temperaturas deservicio no inferiores a las de actuación de dichasválvulas.
Tuberías
El tubo que conecta el depósito solar almezclador no debe ser de acero galvanizadoporque el agua conducida puede superar los 60°C,temperatura a la cual estos materiales comienzana liberar cinc.Si la red de distribución es de acero galvanizado,la conexión tampoco puede ser de cobre porquepodría producirse una corrosión de origen galvánico.En tales casos se puede utilizar acero inoxidable.
Tubo de acero galvanizado
Tubo de acero inoxidable
Mezclador
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4
Desarrollo circuito solarcomo en la página de al lado
Inte
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calo
r
32
Línea solar
250031
3/8” M x 3/8” H
250Válvula automática de purga de aire.Presión máx. de servicio: 10 bar.Presión máx. de descarga: 5 bar.Campo de temperatura: -30÷200°C.
Código
253043253044253046253048253040
1/2” H x 3/4” H1/2” H x 3/4” H1/2” H x 3/4” H1/2” H x 3/4” H1/2” H x 3/4” H
3 bar4 bar6 bar8 bar
10 bar
253Válvula de seguridad.PN 10.Campo de temperatura: -30÷160°C.Potencia de descarga: 50 kW.Homologada por TÜV según SV100 7.7n° TÜV 01.SOLAR 02.146.
Código
11
15
251003 3/4” H
251DISCALPurgador de aire.Presión máx. de servicio: 10 bar.Presión máx. de descarga: 10 bar.Campo de temperatura: -30÷200°C.
Código
251004 1/2” H
251DISCALAAIIRRVálvula automática de purga de aire.Presión máx. de servicio: 10 bar.Presión máx. de descarga: 10 bar.Campo de temperatura: -30÷200°C.
Código
R29284
Válvula de corte para válvula de purgade aire serie 250.Presión máx. de servicio: 10 bar.Campo de temperatura: -30÷200°C.
Código
3/8” M
252140252150
2521 foll. 01127
Mezclador termostático regulable.Presión máx. de servicio: 14 bar.Temperatura máx. entrada: 100°C.Campo de la regulación de latemperatura: 30÷65°C.
Código
1/2”3/4”
2,62,6
Kv (m3/h)
252340252350
Código
1/2”3/4”
4,04,5
Kv (m3/h)
2523 foll. 01129
Mezclador termostático con cartucho sustituible.Presión máx. de servicio: 14 bar.Temperatura máx. entrada: 110°C.Campo de la regulación de latemperatura: 30÷65°C.
309430309440309460309470309400309542309530309560309570309500
1/2” M x Ø 15 3 bar1/2” M x Ø 15 4 bar1/2” M x Ø 15 6 bar1/2” M x Ø 15 7 bar1/2” M x Ø 15 10 bar3/4” M x Ø 15 4 bar3/4” M x Ø 22 3 bar3/4” M x Ø 22 6 bar3/4” M x Ø 22 7 bar3/4” M x Ø 22 10 bar
309Válvula de seguridad combinada TP(temperatura y presión).Temperatura de calibración: 90°C.Potencia de decarga: 1/2” - 3/4” x Ø 15: 10 kW.
3/4” x Ø 22: 25 kW.Certificadas según norma EN 1490 calibraciones: 4 - 7 - 10 bar.
Código
11
15
Válvulas automáticas de purga de aire
Dispositivos de seguridad
Mezcladores termostáticos
33
Grupos de circulación
series 255 - 256
Características técnicas
Fluido utilizable: agua, soluciones glicoladasPorcentaje máximo de glicol: 50%Presión máx. de servicio: 10 barCampo de temperatura válvula de seguridad: -30÷160°CTarado válvula de seguridad: 6 bar (para otros valores, ver serie 253)Escala del caudalímetro: 1÷13 l/minTemperatura máx. caudalímetro: 120°CEscala del termómetro: 0÷160°C
Conexiones: 3/4” F
Componentes característicos
1) Bomba de circulación Grundfos Solar 15-602) Válvula de seguridad para instalaciones solares serie 2533) Grifo de carga y descarga4) Racor portainstrumentos con manómetro5) Regulador de flujo con caudalímetro6) Dispositivo de purga de aire7) Termómetro de ida8) Termómetro de retorno9) Funda aislante preformada10) Válvula de corte y retención11) Kit de conexión para vaso de expansión (opcional)
Esquema de aplicación
Función
El grupo de circulación se utiliza en el circuito primario de lasinstalaciones solares para regular la temperatura dentro delacumulador.La bomba del grupo se activa mediante una señal provenientedel regulador de temperatura diferencial. En el mismo grupoestán instalados los dispositivos de seguridad y defuncionamiento necesarios para un control total del circuito.
Gama de productos
Cód. 255056 Grupo de circulación para instalaciones solares,conexión de ida y retorno
Cód. 256056 Grupo de circulación para instalaciones solares,conexión de retorno
Cód. 255001 Kit de conexión para vaso de expansión
012345
0
20
40
6080
100
120
140
1600
20
40
6080
100
120
140
160
0
1
23
4
5
6
2
3
3
4
6
5
91
8
7
1110
1
012345
0
20
40
6080
100
120
140
1600
20
40
6080
100
120
140
160
CALEFFI
-00AC 24V 50Hz
AC 230V6(2)A T50
Sonda ON - +
°C
0
1
23
4
5
6
DE/ACALDERA
2
Serie 255
0
1
23
4
5
6
012345
1
2
3
35
4
90
20
40
6080
100
120
140
160
8
11
10
Serie 256
34
Características técnicas
Alimentación eléctrica: 230 V ± 6%-50 HzAbsorción nominal: 1,45 VACapacidad contactos de conmutación: 6 A (230 V)Campo ΔT admisible: 2÷20 KHistéresis: 2 K (± 1 K)Temperatura ambiente: T50Prueba de aislamiento: 4 kVDimensiones: 3 TE (DIN 43880)-3 posiciones guía DIN
Sondas de temperatura
El regulador se puede utilizar con sondas de temperatura decontacto o de inmersión.
Montaje
El regulador puede montarse en guía DIN, en caja de alojamientoo en armario eléctrico.
Componentes característicos
1) Pantalla con indicación de temperatura diferencial y temperatura de cada sonda
2) Potenciómetro para ajustar la temperatura diferencial de actuación
3) Tecla para elegir la visualización de los parámetros defuncionamiento
4) Conexión a las sondas de temperatura5) Alimentación eléctrica6) Salida de relé
Función
El regulador adquiere las señales de temperatura procedentesde las sondas situadas en la salida del panel y en elacumulador. A continuación, calcula la diferencia entre las dostemperaturas, la compara con el valor prefijado y acciona enconsecuencia la bomba de circulación del circuito primariosolar.
Gama de productos
Cód. 257000 Regulador de temperatura diferencial para instalaciones solares, con salida de relé
Cód. 150009 Sonda de contacto para regulador
Cód. 150006 Sonda de inmersión para regulador
Cód. 150029 Vaina para sonda de inmersión
Cód. 257001 Caja de alojamiento con guía DIN
CALEFFI
-00AC 24V 50Hz
AC 230V6(2)A T50
Sonda ON - +
°C
1
Diff. T-Soll
2
3
6 4
N L SH TF1
TF2
5
Regulador de temperatura diferencial
serie 257
12
3
Esquema de aplicación
1
012345
0
20
40
6080
100
120
140
1600
20
40
6080
100
120
140
160
CALEFFI
-00AC 24V 50Hz
AC 230V6(2)A T50
Sonda ON - +
°C
0
1
23
4
5
6
DE/ACALDERA
2
1 2
35
Válvulas de esfera motorizadas
series 6442 - 6443 - 6444
Características técnicas
Fluidos utilizables: agua, soluciones glicoladasPorcentaje máximo de glicol: 50%Presión máxima de servicio: 10 barCampo de temperatura: -5÷110°CPresión diferencial máxima: 10 barConexiones: - serie 6442 y 6444 1/2”, 3/4 y 1” M con enlace
- serie 6443 1/2” y 3/4” M con enlace
Función
Las válvulas de esfera motorizadas permiten cortarautomáticamente el flujo de agua en las instalaciones declimatización o solares.
Aseguran ausencia de infiltraciones, rapidez de apertura ycierre, bajas pérdidas de carga y capacidad para funcionar conpresiones diferenciales elevadas. Además, están provistas de unactuador adaptable a cualquier tipo de mando con tres contactospara un control total de la apertura y del cierre.
Conformidad con las directivas europeas
Marcado CE con arreglo a las directivas 89/336 CE y 73/23 CE.
Gama de productos
Serie 6442 Válvula de zona de esfera de dos vías motorizada con 3 contactos de mandoSerie 6443 Válvula de zona de esfera de tres vías desviadora motorizada con 3 contactos de mandoSerie 6444 Válvula de zona de esfera de tres vías motorizada con T de by-pass telescópica y 3 contactos de mando
Motor síncronoAlimentación eléctrica: 230 V (± 10%), 24 V (± 10%) - 50÷60 HzPotencia absorbida: 4 VACapacidad de los contactos del microinterruptor auxiliar: 0,8 A (230 V)Grado de protección: IP 44 (horizontal) - IP 40 (vertical)Tiempo de maniobra: 40 sCampo de temperatura ambiente: 0÷55°CPar de arranque dinámico: 8 N·mLongitud del cable de alimentación: 100 cm
PERFORACIÓN EN “T”Uso ON/OFF o modulante
Rotación de 90°
AB
A B
AB
A B
Serie 6442 Serie 6443 Serie 6444
Esquema de aplicación
Válvula normalmentecerrada
T
T
Válvula desviadora en elcircuito secundario
CALEFFICALEFFI
MIN
MAX
71
2
CAPTURAR LA ENERGÍA NO ES TODO.HAY QUE SABERLA DOSIFICAR.
es.caleffi.com
CALEFFI SOLUTIONS MADE IN ITALY
Componentes para instalaciones solares - CALEFFI SOLARLas series de productos Caleffi Solar están específicamente realizadas para el uso encircuitos de instalaciones solares, donde el fluido puede alcanzar temperaturas elevadas.
• Válvulas de seguridad• Válvulas automáticas de purga de aire con corte• Purgadores de aire• Mezcladores termostáticos• Grupos de circulación