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Trabajo Fin de Grado

Memoria de Cálculo 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 de Cálculo

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 4

2. DATOS DE PARTIDA .................................................................................................. 4

2.1. UBICACIÓN .................................................................................................................. 4

2.2. PARÁMETROS CLIMÁTICOS .................................................................................... 4

2.2.1. IRRADIACIÓN SOLAR ........................................................................................ 4

2.2.2. TEMPERATURA AMBIENTE ............................................................................. 8

3. ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA ............................................................................. 8

3.1. CÁLCULO DEL CONSUMO ........................................................................................ 8 3.2. CÁLCULO DE LA DEMANDA ................................................................................... 9

4. SISTEMA DE CAPTACIÓN ...................................................................................... 10

4.1. ELECCIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN ................................................ 10 4.1.1. CÁLCULO DEL PARÁMETRO X e Y .............................................................. 11 4.1.2. CORRECIONES .................................................................................................. 12 4.1.3. DETERMINACION DE f .................................................................................... 17 4.1.4. DETERMINACIÓN DE F ................................................................................... 18

4.2. DISPOSICIÓN DE LOS CAPTADORES ................................................................... 20 4.2.1. PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN ....................................... 21

5. INTERACUMULADOR ............................................................................................. 23

6. SISTEMA HIDRÁULICO .......................................................................................... 24

6.1. FLUIDO DE TRABAJO DEL CIRCUITO PRIMARIO ............................................. 24 6.2. INTERCAMBIADOR INTERIOR .............................................................................. 27 6.3. PÉRDIDA DE CARGA EN CIRCUITO PRIMARIO ................................................. 31 6.3.1. PÉRDIDA DE CARGA EN CAPTADORES ...................................................... 31 6.3.2. PÉRDIDA DE CARGA EN INTERCAMBIADOR ............................................ 32 6.3.3. PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS ............................................................. 33

6.4. SELECCIÓN DE LA BOMBA DEL CIRCUITO PRIMARIO ................................... 38 6.5. SELECCIÓN DEL VASO DE EXPANSIÓN .............................................................. 41

7. AISLAMIENTO TÉRMICO DE LA INSTALACIÓN ............. ............................... 45

7.1. AISLAMIENTO EN TUBERÍAS Y ACCESORIOS .................................................. 45 7.2. AISLAMEINTO EN DEPÓSITO DE ACUMULACIÓN ........................................... 47 7.3. AISLAMIENTO EN VASO DE EXPANSIÓN ........................................................... 47

8. SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL .......................................................... 48

8.1. EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL ............................................................ 49

9. SISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR ...................................................................... 51


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9.1. VOLUMEN DE ACUMULACIÓN CONVENCIONAL ............................................ 51 9.2. SELECCIÓN DE LA CALDERA CONVENCIONAL ............................................... 54

10. ANEXOS ....................................................................................................................... 58


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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Demanda de energía térmica en MJ para cada mes .............................................. 13 Ilustración 2: Distribución de zonas climáticas en España ......................................................... 14 Ilustración 3: Corrección captador – intercambiador de calor .................................................... 17 Ilustración 4: Factor de corrección por almacenamiento ............................................................ 18 Ilustración 5: Fracción media anual cubierta de la demanda anual en función de la superficie total e captación ........................................................................................................................... 20 Ilustración 6: Correlación entre X e Y para cálculo de f mensual............................................... 22 Ilustración 7: Fracción mensual de la cobertura solar ................................................................. 22 Ilustración 8: Producción energética solar y energía de apoyo necesaria ................................... 23 Ilustración 9: Cálculo de los limites de inclinación .................................................................... 25 Ilustración 10: Porcentaje de Anticongelante en la mezcla ......... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 11: Esquema del depósito Interacumulador .............................................................. 32 Ilustración 12: Potencia del intercambiador interior ................................................................... 33 Ilustración 13: Pérdida de carga de Vitosol – F, modelos SV y SH ............................................ 35 Ilustración 14: : Pérdidas de carga en Interacumulador Modelo MXV-4000-SBB .................... 36 Ilustración 15: Bomba del circuito primario GRUNDFOS ......................................................... 43 Ilustración 16: Gráfico de funcionamiento de la Bomba seleccionada ....................................... 44 Ilustración 17: Características técnicas del vaso de expansión seleccionado .............................. 47 Ilustración 18 : Sistema de Regulación Vitosolic 200 ................................................................. 52 Ilustración 19: Caldera de condensación a gas VITOCROSSAL 200 VIESSMANN .................... 58 Ilustración 20: Cálculo del calor específico de la mezcla con la temperatura ............................. 62 Ilustración 21: Cálculo de la densidad de la mezcla con la temperatura ..................................... 62 Ilustración 22: Cálculo de la viscosidad cinemática de la mezcla con la temperatura ................ 63 Ilustración 23: Cálculo del coeficiente de expansión cúbica de Tyfocor .................................... 63


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 : Irradiación global media mensual sobre superficie horizontal en Sevilla (UNE 94003:2007) .................................................................................................................................. 7 Tabla 2: Declinación solar a través de la aproximación de Cooper para cada día característico de cada mes. ....................................................................................................................................... 8 Tabla 3: Irradiación Extraterrestre Horizontal para latitud 37º en Sevilla .................................... 9 Tabla 4: Índice de Claridad Kt ...................................................................................................... 9 Tabla 5: Radiación Solar media mensual en superficie inclinada para cada mes. ...................... 11 Tabla 6: Temperatura ambiente media mensual en Sevilla ......................................................... 11 Tabla 7: Consumo unitario diario medio CTE (HE4) ................................................................. 11 Tabla 8: Valores mínimos entre dormitorios y personas según el CTE (HE4) ........................... 12 Tabla 9: Temperatura diaria media mensual de agua fría en Sevilla para altura de referencia UNE 94002.................................................................................................................................. 12 Tabla 10 : Factor corrector por demanda, por volumen de acumulación e intercambiador ........ 19 Tabla 11: Valores mensuales de los parámetro X e Y ................................................................ 21 Tabla 12: Energía útil mensual mediante factor f ....................................................................... 23 Tabla 13: Orientación e inclinación de nuestra instalación ......................................................... 25 Tabla 14: Temperaturas Máximas y Mínimas históricas ............................................................ 28 Tabla 15: Tabla para selección de diámetro de tuberías de cobre ............................................... 37 Tabla 16: Cálculo de diámetros para cada tramo del circuito primario ...................................... 38 Tabla 17: Factor K adimensional de accesorios para pérdida de carga ....................................... 40 Tabla 18: Pérdida de carga total por tramos ................................................................................ 40 Tabla 19: Circuito de mayor pérdida de carga ............................................................................ 41 Tabla 20: Volumen de agua total en tuberías .............................................................................. 45 Tabla 21: Resumen volumen total de agua en la Instalación ...................................................... 46 Tabla 22: Espesor de aislamiento para tuberías calientes que discurren por el interior y exterior del edificio ................................................................................................................................... 48 Tabla 23: Espesor de aislamiento para tuberías frías que discurren por el interior y exterior del edificio......................................................................................................................................... 49 Tabla 24: Cálculo del caudal simultáneo UNE: 149201 ............................................................. 54 Tabla 25: Cálculo del caudal instantáneo CTE HS4 ................................................................... 55 Tabla 26: Puntos de consumo de la instalación ........................................................................... 55 Tabla 27: Total del caudal de consumo instantáneo .................................................................... 56


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1. INTRODUCCIÓN

La memoria de cálculo es uno de los documentos básicos y tiene como misión en este proyecto justificar las soluciones adoptadas, las alternativas estudiadas y las razones que han llevado a la solución elegida. La instalación se diseña para una residencia universitaria con una ocupación del 100% durante los 12 meses del año.

2. DATOS DE PARTIDA

2.1 Ubicación

La residencia universitaria se ubica en la ciudad de Sevilla, cerca de la universidad Pablo de Olavide, en una parcela con suficiente dimensión como para albergar la construcción del edificio en la carretera Utrera Nº 1.

2.2. Parámetro Climáticos

Los datos para caracterizar el clima de la zona se obtendrá a partir de la norma UNE: 94003:2007 editada por AENOR. Esta norma proporciona los valores climáticos de referencia de irradiación global diaria media mensual horizontal y de temperatura ambiente.

2.2.1. Irradiación Solar

Debido a que nuestra instalación está ubicada en Sevilla, se muestra a continuación los valores de Irradiación global diaria media mensual sobre superficie horizontal.

Mes Irradiación global media mensual sobre superficie horizontal (MJ/m2⋅día)

Enero 9,1 Febrero 12,2 Marzo 16,0 Abril 19,8 Mayo 24,1 Junio 25,9 Julio 27,2

Agosto 24,8 Septiembre 19,2

Octubre 14,3 Noviembre 10,2 Diciembre 8,3

Tabla 1 : Irradiación global media mensual sobre superficie horizontal en Sevilla (UNE 94003:2007)


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A continuación calculo la radiación Solar sobre una superficie inclinada a partir de los valores de radiación Solar sobre superficie horizontal. Los cálculo desarrollados se realizan a modo de ilustración para un mes en concreto, por ejemplo, Febrero.

La secuencia a seguir es la siguiente:

- Descomposición de la radiación solar horizontal global media diaria mensual en sus componentes directa (D) y difusa (d).

- Transformar la radiación directa y difusa en superficie horizontal a superficie inclinada.

En primer lugar calculo el ángulo horario del ocaso solar ��. A través de la aproximación propuesta por Cooper obtengo la declinación solar como:

� � 23,45 ⋅ � ��360

365⋅ �� 284��

Mes Día del Año Declinación (º) Enero 17 -20.84

Febrero 45 -13.32 Marzo 74 -2.40 Abril 105 +9.46 Mayo 135 +18.78 Junio 161 +23.04 Julio 199 +21.11

Agosto 230 +13.28 Septiembre 261 +1.97

Octubre 292 -9.84 Noviembre 322 -19.02 Diciembre 347 -23.12

Tabla 2: Declinación solar a través de la aproximación de Cooper para cada día característico de cada mes.

Y sabiendo que la latitud en este caso es 37 º podemos obtener el ángulo horario para cada mes como:

�� ⋅ �� ⋅ ��

Siendo:

- �: latitud - δ: declinación solar

Para el mes de Febrero tenemos que �� 79,72 º.

Lo siguiente que voy a calcular es el índice de claridad o transparencia atmosférica a través de:

,- �./0

.0


9

Siendo:

- .0: Irradiación Extraterrestre Horizontal - ./0: Irradiación Global Horizontal

A continuación se detalla la Irradiación Extraterrestre Horizontal para una latitud de 37º.

Mes Irradiación Extraterrestre Horizontal (MJ/m2 ⋅día)

Enero 16.8 Febrero 22.3 Marzo 28.8 Abril 35.4 Mayo 39.8 Junio 41.7 Julio 40.9

Agosto 37.5 Septiembre 31.7

Octubre 25.0 Noviembre 18.7 Diciembre 15.5

Tabla 3: Irradiación Extraterrestre Horizontal para latitud 3 7º en Sevilla

Por consiguiente el índice de claridad para cada mes sería:

Mes Índice de claridad 12 Enero 0,542

Febrero 0,541 Marzo 0,556 Abril 0,559 Mayo 0,606 Junio 0,621 Julio 0,665

Agosto 0,661 Septiembre 0,606

Octubre 0,572 Noviembre 0,546 Diciembre 0,536

Tabla 4: Índice de Claridad Kt


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Para obtener la relación entre la Irradiación solar media de difusa diaria y la Irradiación solar global media mensual sobre superficie horizontal uso la correlación correspondiente de Ersb, Klein y Duffie (1982): 3435 � 1,39 � 4,03 ⋅ ,- � 5,53 ⋅ ,-8 � 3,11 ⋅ ,-9

Una vez llegados a este punto paso al desarrollo para transformar la radiación directa y difusa en superficie horizontal a superficie inclinada. Para ello aplico un factor de conversión R para una superficie orientada al Sur y con ángulo acimutal 0º, de modo que la radiación media diaria mensual sobre una superficie inclinada vendrá dada por:

3 � : ⋅ 35

El valor de R puede hallarse considerando por separado las componentes directa, difusa y reflejada de la radiación. Suponiendo que la componente difusa se distribuya uniformemente en la atmósfera, R puede expresarse por:

: � ;1 � 3435< ⋅ := � 3435 ⋅ >1 � cos�?�2 @ � A ⋅ �1 � cos�?�2 �

- Id: Irradiación solar media de difusa diaria - Rb: Relación entre media mensual de radiación directa sobre una superficie inclinada y

sobre una horizontal para cada mes. - S: Inclinación del panel sobre la horizontal - Ρ: Reflectancia del suelo

La reflectancia del suelo usada para este proyecto se estima en 0,1.El parámetro := para superficies orientadas al Sur tiene el valor de:

:= � cos�B � S� ⋅ cos�δ� ⋅ sen�wsEE� � π180 ⋅ G�EE ⋅ � ��B � S� ⋅ sen�δ�cos�B� ⋅ cos�δ� ⋅ sen�ws� � π180 ⋅ ws ⋅ sen�B� ⋅ sen�δ�

- �: latitud - S: Inclinación del panel sobre la horizontal - δ: Declinación Solar - G�: Ángulo del ocaso solar - G�EE: Ángulo del ocaso solar en una superficie inclinada

G�EE � I3JKG�, arccos ��tan �� ?� � tan ��L Para el mes de Febrero tenemos que := � 1,315.


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Con todo esto ya tenemos preparado el sistema para obtener la radiación en una superficie inclinada 45º respecto a la horizontal. En la siguiente tabla se muestra, mediante un código EES, esta radiación particularizada para cada mes:

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

Tabla 5: Radiación Solar media mensual en superficie inclinada para cada mes.

2.2.2. Temperatura ambiente

La temperatura (ºC) ambiente media mensual de Sevilla la obtengo de la norma UNE 94003:2007 a la altura de referencia (12 m):

Mes Ene. Febr. Mar. Abril May. Jun. Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Tº : 10,7 11,9 14,0 16,0 19,6 23,4 26,8 26,8 24,4 19,5 14,3 11,1

Tabla 6: Temperatura ambiente media mensual en Sevilla

3. Estimación de la Demanda

3.1. Cálculo del consumo

El consumo unitario diario medio de agua caliente sanitaria asociado a una temperatura de referencia de 60º se debe elegir de acuerdo a la tabla que se encuentra en el CTE (HE4) y en la cual, para nuestro caso, una Residencia encontramos que:

Criterio de Demanda litros ACS/unidad día a 60 ºC Residencia (Ancianos,Estudiantes,etc) 55 por cama

Tabla 7: Consumo unitario diario medio CTE (HE4)

El cálculo del número de personas en la residencia se hace en base al Código Técnico de la Edificación donde se relaciona el número de personas con el número de dormitorios.


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Nº de dormitorios

1 2 3 4 5 6 7 Más de 7

Nº de personas

1,5 3 4 6 7 8 9 Nº de dormitorios

Tabla 8: Valores mínimos entre dormitorios y personas según el CTE (HE4)

Para este proyecto se ha tomado el número de personas igual al número de dormitorios en la residencia. Se recuenta un total de 71 dormitorios distribuidas a lo largo del edificio. A modo de ejemplo se realizará en este apartado los cálculos asociados al mes de Enero, luego:

MNOP � 55 � 71 � 3905 RSí� � 31 Sí�� 121.055 R � V� ��

3.2. Cálculo de la demanda

La demanda de energía térmica se define como:

WNOP � MNOP�X� Y� � A � Z[ � �X\]^ � XN_� � J

Donde:

- ρ : Densidad del Agua (,`/R�

- Cp: Calor específico del Agua � bcb/ d�.

- Tref: Temperatura de referencia del Agua caliente - Taf: Temperatura diaria media mensual de agua fría en Sevilla - N: Número de días del mes en cuestión

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

Tabla 9: Temperatura diaria media mensual de agua fría en Sevilla para altura de referencia UNE 94002

Para el mes de Enero tenemos:

eNOP � 3905 � 1 � 4,187 � �60 � 11� � 31 � 24.836 If


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A continuación se detalla una gráfica donde se puede observar la tendencia de la demanda de energía térmica para cada mes:

Ilustración 1: Demanda de energía térmica en MJ para cada mes

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

L (MJ)

L (MJ)


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4. Sistema de captación

En este apartado se calcula de forma detalla el parámetro que define el comportamiento del sistema de captación, la fracción de demanda cubierta “f”.

En el CTE HE4 se define la fracción de la demanda cubierta mínima particularizada para cada localización. En la imagen de la página siguiente se puede observar como para Sevilla se define como zona climática V.

Debido a esto, se exige un factor de cubertura de la demanda del 70%, es decir, la cobertura solar mínima debe ser del 70 % de la demanda, suponiendo que la fuente energética de apoyo sea gasóleo, propano, gas natural u otros.

Ilustración 2: Distribución de zonas climáticas en España


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4.1. Elección de la superficie total de captación

Para la determinación de la superficie de captadores solares necesaria para alcanzar la fracción solar requerida se procederá a realizar un cálculo energético a partir del método F-Chart descrito en la memoria descriptiva.

El método consiste en calcular la fracción solar proporcionada por la instalación solar a partir de dos parámetros X e Y mediante la siguiente ecuación que relaciona ambas variables:

f � 1,029 � Y � 0,065 � X � 0,245 � Y8 � 0,0018 � X8 � 0,0215 � Y9

Este método consta de los siguientes pasos:

- Cálculo del parámetro X - Cálculo del parámetro Y - Corrección por caudal - Corrección por agrupación de captadores - Corrección por intercambiador - Corrección por almacenamiento - Corrección por demanda - Determinación de la fracción energética mensual f, aportada por el sistema de captación

solar - Cálculo de la producción solar mensual y anual - Determinación del grado de cobertura solar anual.

Se trata de un proceso iterativo para las que se debe realizar algunas hipótesis iniciales y establecer los datos de partida:

- Los captadores están orientados al Sur con acimut cero. - Se elegirá una inclinación de 45º con respecto a la horizontal, ya que el consumo de

agua caliente se considera constante a lo largo del año, sin variaciones entre verano e invierno. En el caso de existir esas variaciones el CTE HE4 recomienda una inclinación igual a la latitud geográfica +10º si la demanda es preferente en invierno y -10º si es preferente en verano.

- La curva de rendimiento energético del captador solar elegido es la siguiente:

j � 0,833 � 3,66 � X] � Xkl=3

Es decir, el captador tiene los coeficientes característicos siguientes:


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mn�op�q � 0,833

mnrs � 3,66 tu8v

4.1.1. Cálculo del parámetro X e Y

El parámetro X se puede calcular a través de la siguiente expresión:

X � Sw � FyE U{ � �Tref � T}~�� ⋅ ∆tL ⋅ v� ⋅ v8

Esta ecuación representa la relación entre la energía perdida por el captador y la demanda energética mensual donde:

- ?O: Superficie total de captación - X\]^: Temperatura de referencia igual a 100 ºC

- Xkl=: Temperatura media mensual ambiente - ∆-: Número de segundos de un mes - e: Demanda energética mensual - FyE U{: Es el mnrs del captador modificado por el factor de corrección captador –

intercambiado _��_� .

- K�: Factor de corrección por almacenamiento. - K8: Factor de corrección por demanda.

El parámetro Y se puede calcular a través de la siguiente expresión:

Y � Sw ⋅ Fr��~�� ⋅ Hi ⋅ NL - ?O : Superficie total de captación - mn��\\]/�4�: Factor adimensional igual a:

mn��\\]/�4� � mn�� ⋅ � �� ⋅ mnEmn

Donde:


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- mn��: Factor de eficiencia óptica del captador e igual a 0,833

- � ��q�: Modificador del ángulo de incidencia, aproximadamente 0,96 para captadores

de cubierta de vidrio.

- _��_�: Factor de corrección conjunto captador – intercambiador.

4.1.2. Correcciones

Si se usa un caudal por captadores distinto al de diseño hay que corregirlo. En este caso uso un caudal igual al de diseño por lo que no tengo que calcularlo.

La corrección por configuración de captadores tampoco atiende a este caso, ya que se conectarán todos en paralelo.

Si existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos adimensionales X e Y a través del factor mn (Recta de Rendimiento), en función de la efectividad del intercambiador y de las capacidades caloríficas del fluido.

Ilustración 3: Corrección captador – intercambiador de calor

Este factor se ecuaciona de la siguiente forma:

FyEFy � �1 � >Sw ⋅ FyU{M�C��@ ⋅ ¡ M�C��ε ⋅ Sw ⋅ £MC�minSw ¥ � 1¦§¨�

Siendo:


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- mnrs: factor de pérdidas del captador (W/m2K) - ?O : Área del captador solar (m2) - I©Z©©: Capacidad calorífica del fluido primario (W/K)

- IZ[uª�: Capacidad calorífica mínima en el intercambiador (W/K)

En este proyecto el caso, el IZ[uª� corresponde al fluido del secundario, ya que el caudal del

circuito secundario se ha tomado el 80% del caudal del circuito del primario.

A continuación procedo a calcular la corrección por almacenamiento K1, para ello me apoyo en la siguiente ilustración, en la cual se relaciona los litros por metros cuadrados de captación con el factor de corrección de almacenamiento. En este caso el volumen de acumulación V son 4000 litros.

K� � ; V75 ⋅ Sw<¨0,8¬

Ilustración 4: Factor de corrección por almacenamiento

Por último falta determinar el factor corrector por demanda K2, el cual se puede determinar a con la siguiente relación:


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K8 � 11,6 � 1,18 � Tref}� � 3,86 ⋅ Tred � 2,32 ⋅ T}~�100 � T}~�

Mes K2 K1 Cint

Enero 1,12 1,01 0,95

Febrero 1,104 1,01 0,95

Marzo 1,164 1,01 0,95

Abril 1,182 1,01 0,95

Mayo 1,227 1,01 0,95

Junio 1,324 1,01 0,95

Julio 1,384 1,01 0,95

Agosto 1,384 1,01 0,95

Septiembre 1,362 1,01 0,95

Octubre 1,229 1,01 0,95

Noviembre 1,16 1,01 0,95

Diciembre 1,115 1,01 0,95

Tabla 10 : Factor corrector por demanda, por volumen de acumulación e intercambiador


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Para determinar la superficie de captación total necesaria para conseguir a través del sistema de captación solar el 70% de la demanda energética anual, realizo una simulación donde se relaciona la fracción de cobertura solar media anual para diferentes áreas totales de captación:

Ilustración 5: Fracción media anual cubierta de la demanda anual en función de la superficie total e captación

Siendo razonable, desde el punto de vista energético lo idóneo sería cubrir cuanto más demanda mejor, pero la realidad es que el cliente tendería a situarse en la zona cercana al 70%. Por eso, acercándome más a la realidad y teniendo presente que nuestro captador elegido tiene una superficie de captación 2,327 m2, he elegido una superficie total de:

� � ��R S ��®��ªó� � 55,85 u2 � 24 Z�®��S��

Una vez determinado todo los valores de los factores de corrección, puedo cuantificar los valores de X e Y para cada mes. A continuación se muestra una tabla como ilustración y que sirve de resumen de los cálculos anteriores sabiendo ya el área de superficie total de captación que hemos descrito en la cuestión anterior.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200

f

f

Polinómica (f)


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Mes Demanda L Tamb Tred Hi N ∆t X Y

(MJ) (ºC) (ºC) (MJ/día·m2) (s)

Enero 24836 10,7 11 15,77 31 2,68E+06 2,14 0,843

Febrero 22433 11,9 11 17,8 28 2,42E+06 2,08 0,953

Marzo 23822 14 13 18,88 31 2,68E+06 2,232 1,054

Abril 22563 16 14 19,04 30 2,59E+06 2,263 1,086

Mayo 22302 19,6 16 20 31 2,68E+06 2,351 1,193

Junio 20111 23,4 19 20,05 30 2,59E+06 2,594 1,283

Julio 19767 26,8 21 21,63 31 2,68E+06 2,722 1,455

Agosto 19767 26,8 21 22,55 31 2,68E+06 2,722 1,517

Septiembre 19620 24,4 20 21,16 30 2,59E+06 2,699 1,388

Octubre 22302 19,5 16 19,61 31 2,68E+06 2,357 1,169

Noviembre 23054 14,3 13 16,92 30 2,59E+06 2,217 0,945

Diciembre 24836 11,1 11 15,21 31 2,68E+06 2,12 0,815

Tabla 11: Valores mensuales de los parámetro X e Y

Cabe destacar que los parámetros X e Y están acotados de la siguiente forma:

0 ¯ ° ¯ 3 0 ¯ ± ¯ 18 Cumpliéndose en ambos esta acotación.

4.1.3. Determinación de la fracción energética mensual f, aportada por el sistema de captación solar

Una vez determinado los valores mensuales de los parámetros X e Y, se puede calcular la fracción solar mensual a partir de la expresión anteriormente citada:

f � 1,029 � Y � 0,065 � X � 0,245 � Y8 � 0,0018 � X8 � 0,0215 � Y9

Cabe recordar que estos cálculos se han realizado con 24 captadores VIESSMANN Vitosol 300-F modelo SV3A con las siguientes características:

- Área del captador: 2,327 m2 - Rendimiento Óptico: 0,833 - Coeficiente de pérdida de calor: 3,66 W/m2·K


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Ilustración 7: Correlación entre X e Y para cálculo de f mensual

Dichos valores de la fracción solar mensual se muestran a continuación:

Ilustración 1: Fracción mensual de la cobertura solar

4.1.4. Determinación de la fracción solar anual F

Una vez conocido los valores mensuales f, puede calcularse la producción energética útil mensual de la instalación solar Vrl]� multiplicando la demanda energética mensual por la fracción de cobertura solar mensual.

Vrl]� � e · YLa suma de los valores de Vrl]� será la producción energética anual del sistema de captación solar.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

f

f


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El cociente entre la producción energética anual de la instalación solar y la demanda energética anual será la fracción solar anual F.

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

Tabla 12: Energía útil mensual mediante factor f

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

m � 192747,045265413 · 100 � ³´, µ´ %

Ilustración 9: Producción energética solar y energía de apoyo necesaria

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)

INSTALACIÓN DE ENERG

Con este resultado podemos concluir que tomando los datos e hipótesis de partida, se cumple las exigencias de la fracción de la demanda cubierta mínima exigidaLos resultados finales obtenidos son:

- Superficie total de captación: - Capacidad del depósito de acumulación- Demanda energética anual : - Producción energética solar anual: - Fracción solar anual:

4.2. Disposición de los captadores

El campo de captación se montará en sí .Se dispondrán en una sola hilera, ya que existe dimensión posible para no tener que disponer los captadores en hileras en paralelo, de modo que nos ahorramos posibles pérdidas por sombras entre unas hileras y otras. A su vez, los 6con la entrada por la parte inferior de cada captador y la salida captador.

A vista de las características del edificio, se decide ubicar los captadores en la cubierta de mayor tamaño, la cual tiene un área útil de una inclinación de 13º con respecto a la horizontalparalelamente a una de las fachadas del edificio. La inclinación será de 45 º con respecto la horizontal y un ángulo acimutal de 0º debido a la estructura


Con este resultado podemos concluir que tomando los datos e hipótesis de partida, se cumple las exigencias de la fracción de la demanda cubierta mínima exigida por el CTE (HE4). Los resultados finales obtenidos son:

Superficie total de captación: 55,85 m2 (24 captadores) Capacidad del depósito de acumulación: 4000 L Demanda energética anual : 265413 MJ Producción energética solar anual: 192747,045 MJ Fracción solar anual: 72,62 %

.2. Disposición de los captadores

El campo de captación se montará en baterías de 6 captadores colocadas en paralelo entre Se dispondrán en una sola hilera, ya que existe dimensión posible para no tener que disponer

os captadores en hileras en paralelo, de modo que nos ahorramos posibles pérdidas por sombras A su vez, los 6 captadores de cada grupo se conectarán en paralelo,

con la entrada por la parte inferior de cada captador y la salida por la parte superior del quinto

A vista de las características del edificio, se decide ubicar los captadores en la cubierta de mayor tamaño, la cual tiene un área útil de 163,852 m2 (29.90 m de largo y 5,58 m de ancho)una inclinación de 13º con respecto a la horizontal. La orientación elegida será al Sur, paralelamente a una de las fachadas del edificio. La inclinación será de 45 º con respecto la horizontal y un ángulo acimutal de 0º debido a la estructura y orientación del edificio.

Memoria de Cálculo

24

Con este resultado podemos concluir que tomando los datos e hipótesis de partida, se por el CTE (HE4).

captadores colocadas en paralelo entre Se dispondrán en una sola hilera, ya que existe dimensión posible para no tener que disponer

os captadores en hileras en paralelo, de modo que nos ahorramos posibles pérdidas por sombras captadores de cada grupo se conectarán en paralelo,

por la parte superior del quinto

A vista de las características del edificio, se decide ubicar los captadores en la cubierta de 5,58 m de ancho) y

. La orientación elegida será al Sur, paralelamente a una de las fachadas del edificio. La inclinación será de 45 º con respecto la

del edificio.


4.2.1. Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación

En este apartado se van a determinar los limites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles.características de orientación de nuestros captadores:

Orientación Sur

Tabla 13

Para el caso general, las pérdidas máximas por este superposición el 20% y para integración arquitectónica del 40%.

Para determinar las pérdidas producidas por la orientación e inclinación establecida por los captadores, se sigue el método indicado en el CTE HE4. Como bien indicaque comprobar que el ángulo de inclinación seleccionado para los captadores están dentro de los límites máximos y mínimos permitidos.

Según el código técnico:

- Determinado el ángulo acimut del captador, se calcularán los límites de aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas permitidas respecto a la inclinación óptima establecidas en la siguiente figura, válida para una latitud de (

Ilustración


. Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación

En este apartado se van a determinar los limites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles. A modo de aclaración, se características de orientación de nuestros captadores:

Acimut (α) Inclinación (0º 45º

13: Orientación e inclinación de nuestra instalación

Para el caso general, las pérdidas máximas por este concepto son del 10% , para y para integración arquitectónica del 40%.

Para determinar las pérdidas producidas por la orientación e inclinación establecida por los captadores, se sigue el método indicado en el CTE HE4. Como bien indicaque comprobar que el ángulo de inclinación seleccionado para los captadores están dentro de los límites máximos y mínimos permitidos.

Según el código técnico:

Determinado el ángulo acimut del captador, se calcularán los límites de aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas permitidas respecto a la inclinación óptima establecidas en la siguiente figura, válida para una latitud de (φ

Ilustración 10: Cálculo de los limites de inclinación

Memoria de Cálculo

25

En este apartado se van a determinar los limites en la orientación e inclinación de los A modo de aclaración, se detalla las

Inclinación (β)

concepto son del 10% , para

Para determinar las pérdidas producidas por la orientación e inclinación establecida por los captadores, se sigue el método indicado en el CTE HE4. Como bien indica este código, hay que comprobar que el ángulo de inclinación seleccionado para los captadores están dentro de los

Determinado el ángulo acimut del captador, se calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas permitidas respecto a la inclinación

φ=41º).


26

De esta imagen podemos concluir que :

- Inclinación máxima ≈ 55º - Inclinación mínima ≈ 8º

Estos valores son válidos para una latitud de φ= 41º, luego para una latitud como la de nuestro caso φ= 37º, debemos corregir los valores de inclinación máxima e inclinación mínima.

Para obtener los límites de inclinación correspondientes a la latitud del lugar de la instalación se emplean las siguientes relaciones tal y como menciona el CTE:

3��Rª��ªó� uá¸ªu� � 3I�¹ � 41º� � �41º � R��ª�»S� � 51º 3��Rª��ªó� uí�ªu� � 3u�¹ � 41º� � �41º � R��ª�»S� � 4º � 5º � R� uí�ªu�

Cabe destacar que el valor que hemos tomado para la inclinación de los captadores están dentro del rango de inclinación permitido .

Las perdidas por este concepto, como bien indica el CTE (HE4), se calcula en función del:

- Ángulo de inclinación β - Ángulo de acimut α

Como ya he mencionado antes, el ángulo de inclinación de los captadores es de 45º. Según el CTE en ángulo de inclinación óptimo sería la latitud del lugar, aunque la que hemos tomado cumple perfectamente con las especificaciones. Para cuantificar las pérdidas asociadas a elegir una inclinación distinta de la optima, el CTE sugiere la siguiente expresión:

¼½¾¿À¿ÁÂ�%� � 100 · �1,2 · 10¨Ã · ÄÅ � Å�[-Æ8 � 3,5 · 10¨¬ · �8 � � Ç, ³µÈ %

Esta expresión es válida para 15º < β < 90º siendo:

- β : Inclinación de los captadores - Å�[- É Inclinación óptima de los captadores

- �: Acimut

En cuanto a las pérdidas producidas por las sombras que puedan proyectar elementos en los alrededores de la instalación, para este caso, los colectores están situados en la cubierta del edificio donde no existen obstáculos en los alrededores que puedan proyectar dichas sombras. Por lo tanto, considero estas pérdidas nulas.

5. Interacumulador


27

Para definir el volumen de acumulación sabemos por la I.T.E 10.1.3.2 del RITE que es recomendable que dicho volumen este entre el 80% del consumo y el 100% del consumo diario. En este caso, el consumo diario es de 3905 litros/día luego decido tomar un volumen de acumulación de 4000 litros debido a que mayores volúmenes de acumulación permiten un aumento de la producción , especialmente en los meses fríos, donde resulta más conveniente. La elección del volumen de acumulación debe cumplir la restricción que impone el CTE:

50 ¯ Êk�Ë?�

¯ 180

En nuestro caso, la superficie de captación solar final será de 55,85 m2 luego ÌÍÎÏ

PÐ será

71,62 l/m2, el cual cumple con la restricción del CTE.

Como se recoge en la memoria descriptiva la instalación contará con un sistema de acumulación con intercambiador de serpentín incorporado.

Este depósito interacumulador se instalará de forma que pueda abastecer a todos los puntos de consumo, luego la configuración elegida para la instalación de captadores de producción de agua caliente sanitaria es de tipo centralizado.

En el caso que sea necesaria más cantidad de ACS en los días más desfavorables se podrá emplear un sistema auxiliar.


28

6. Sistema Hidráulico

El conexionado de las baterías de captadores se realizará de forma que el circuito hidráulico este lo más equilibrado posible. De este modo, y como aconsejan el CTE y el manual del captador, la conexión será de retorno invertido. Cabe recordar que el conexionado de los captadores serán en paralelo y el de las baterías entre si también en paralelo.

6.1. Fluido de trabajo del circuito primario

De acuerdo al CTE, tenemos que atender a la temperatura mínima que pueda darse en el lugar donde va a desarrollarse nuestra instalación, ya que si algún componente cae por debajo de los 0º, deberá estar protegido contra heladas.

Para poner de manifiesta la necesidad de usar una protección contra heladas en nuestra instalación, he extraído de la Agencia Estatal de Meteorología las temperaturas máximas y mínimas en Sevilla – Aeropuerto:

Temperatura Máxima 46,6 ºC Temperatura Mínima -5,5 ºC

Tabla 14: Temperaturas Máximas y Mínimas históricas

Según el CTE, la instalación deberá estar protegida en 5 ºC por debajo de la mínima histórica registrada, con objeto de no producir daños en el circuito primario de captadores por heladas, luego si la temperatura mínima histórica registrada en Sevilla es -5,5 ºC, el sistema deberá protegerse para una temperatura mínima de -11 ºC.

Los anticongelantes usados en este tipo de instalaciones son etilenglicol y propilenglicol. Nosotros usamos para este proyecto el Tyfocor LS como fluido anticongelante suministrado por VIESSMANN, el cual cumple toda la normativa.

Con este fluido caloportador se establecen los siguientes límites:

- Resistencia contra heladas: -28 ºC - Contenido en agua: 55-58% - Punto de ebullición: 102-105 ºC


29

Procedo a determinar las propiedades de la mezcla para particularizar los cálculos al nuevo fluido. Estas propiedades se determinarán a la temperatura usual de trabajo del fluido y se obtienen de las gráficas situadas en el anexo I, proporcionadas por VIESSMANN.

- Calor específico (60 ºC):

Z] � 3,762 ,f,` · ºZ

- Densidad (60 ºC):

A � 1,002 `�u9

- Viscosidad cinemática (60ºC):

Ñª��ªS�S � 1,8 · 10¨Ò u8

�

Una vez establecidas las propiedades del fluido caloportador, voy a proceder a calcular el caudal másico de fluido con anticongelante a través de un simple balance de energía para que presente la misma capacidad calorífica, donde el caudal másico de agua es el de diseño del

captador, 40 Ó5·lÔ :

uk/Ëk · Z]k/Ëk � u^ÓË�4� · Z]^ÓË�4�

u^ÓË�4� � uk/Ëk · Z]k/ËkZ]^ÓË�4�

� 40 · 10,9 � 44,44 R

Õ · u8

Si nuestro captador tiene una superficie de absorción igual a 2,324 m2, Ö×ØÙÀ¿Ú � ÛÇ´, ´Üµ ØÝ.

Como nuestra instalación tiene 24 captadores, el caudal másico total sería:

Ö×ØÙÀ¿Ú2Ú2ÁØ � Ö×ØÙÀ¿Ú · ´Þ � ´ÞÜÞ, ÛÞÞ ØÝ

Para conocer el caudal Q solo tengo que dividir el caudal másico por la densidad de forma que :

M � u^ÓË�4�A � 44,44

1002 � 0,044 u9

Õ ®�� u2 S ª��R��ªó�

0,044 · 2,32 � 0,1 u9Õ


30

Y para toda la instalación tenemos que:

Ç, Û · ´Þ � ´, Þ Öß

Ý

En el apartado del sistema hidráulico del CTE, podemos encontrar que cita que el valor del caudal del fluido caloportador estará comprendido entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m2 de red de captadores. En nuestra instalación se cumple ya que:

44,44 RÕ · u8 · 1 Õ

3600 � · 100 u8 � Û, ´ßÞ ØÂ

6.2. Intercambiador


31

Como ya se ha descrito en la memoria descriptiva, en el presente proyecto se ha seleccionado intercambiadores incorporados 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.

Para saber si la selección del modelo que hemos escogido es correcta o suficiente para nuestra instalación tendremos que evaluar una serie de aspectos que son:

- Superficie de intercambio - Potencia de intercambio - Caudales de diseño - Temperatura de los circuitos primario y secundario

La superficie mínima de diseño del intercambiador S en metros cuadrados, en función de captadores A, en metros cuadrados, cumplirá la condición que se indica en el CTE.

? à 0,15

Por consiguiente para un área de captadores de 55,58 m2, l superficie mínima de intercambio a tener en cuenta será de:

? à 8,337 u2

Para la evaluación del intercambiador se seguirá el procedimiento desarrollado a continuación. La potencia térmica ganada o cedida por un fluido se puede estimar como:

á � u · Z[ · âX

Donde

- P Potencia térmica en Kcal/h - m Flujo másico en kg/h - Cp Calor específico del fluido en Kcal/kg·ºC - ∆T Diferencial de temperatura del fluido en ºC


Para determinar la potencia del intercambiador se aplicará esta fórmula primario, de tal forma que:

Ilustración

Se tomarán como hipótesis arbitraria de diseño que en el primario:

- = (T1-T1’)= 30 ºC ( lo más recomendable)

El flujo másico se calculará con el caudal del circuito primario y la densidad del fluido caloportador como:

Conociendo las propiedades

Y un calor específico a la misma temperatura y concentración :


Para determinar la potencia del intercambiador se aplicará esta fórmula en el lado del circuito

Ilustración 12: Esquema del depósito Interacumulador

Se tomarán como hipótesis arbitraria de diseño que en el primario:

T1’)= 30 ºC ( lo más recomendable)

másico se calculará con el caudal del circuito primario y la densidad del fluido

Conociendo las propiedades del fluido anticongelante, el flujo másico será:

or específico a la misma temperatura y concentración :

Memoria de Cálculo

32

en el lado del circuito

másico se calculará con el caudal del circuito primario y la densidad del fluido

del fluido anticongelante, el flujo másico será:


Luego la potencia intercambiada puede expresarse como:

Considerando que:

- -

Podemos concluir que si que se obtendría a la salida

El interacumulador utilizado en esta instalación corresponde al fabricante modelo es MASTER INOXfabricante se puede observar como para un volumen de acumulación de intercambiador MOD-SSB es de 8,4

Además, proporciona la potencia de intercambio según el caudal y la temperatura de entrada al circuito primario, como se muestra a continuación.

Ilustración


Luego la potencia intercambiada puede expresarse como:

Podemos concluir que si podemos averiguar aproximadamente la temperatura, suponiendo una temperatura de entrada

El interacumulador utilizado en esta instalación corresponde al fabricante MASTER INOX con serpentines de la serie MXV. En el catálogo técnico del

fabricante se puede observar como para un volumen de acumulación de 4000 L la superficie del es de 8,4 .

Además, proporciona la potencia de intercambio según el caudal y la temperatura de entrada al circuito primario, como se muestra a continuación.

Ilustración 13: Potencia del intercambiador interior

Memoria de Cálculo

33

podemos averiguar aproximadamente la temperatura .

El interacumulador utilizado en esta instalación corresponde al fabricante LAPESA y el . En el catálogo técnico del

4000 L la superficie del

Además, proporciona la potencia de intercambio según el caudal y la temperatura de


34

Para que se produzca un salto de 30 ºC en el circuito primario con el caudal y el calor específico del fluido caloportador de nuestra instalación hemos concluido que haría falta una potencia igual a:

á� � 77,10 ,t

Si entramos en la tabla de la página anterior con nuestro caudal ÖÛ � ´ÞÜÞ, µÈÛ ØÝ y

con una temperatura de entrada al circuito primario de 55ºC podemos interporlar y ver si nuestro interacumulador tiene potencia suficiente. Esta potencia resulta ser:

¼Ú2½ãäÀÁ � åå, åÇ 1æ

Luego con la superficie del intercambiador es suficiente para que se produzca este salto de temperaturas y conseguir una temperatura de consigna adeacuada.


6.3. Pérdida de carga en Circuito Primario

Para dimensionar la bomba de impulsión del circuito primario habrá que calcular las pérdidas asociadas a los captadores, el intercambiador del interacumulador y las pérdidas de carga en tuberías usando como fluido caloportador

6.3.1. Pérdida en captadores

Partiendo del caudal de diseño captador conociendo la superficie de absorción

El proveedor del captador para nuestro modelo de captador pérdida de carga.

Ilustración


. Pérdida de carga en Circuito Primario

a dimensionar la bomba de impulsión del circuito primario habrá que calcular las pérdidas asociadas a los captadores, el intercambiador del interacumulador y las pérdidas de carga en tuberías usando como fluido caloportador Tyfocor LS.

captadores

de diseño calculado en el punto anterior, particularizo para un solo captador conociendo la superficie de absorción tenemos :

El proveedor del captador VIESSMANN proporciona en su catálogo técnico una gráfica para nuestro modelo de captador VIESMANN 300-F SV3 en la cual podemos determinar la

14: Pérdida de carga de Vitosol – F, modelos SV y SH

Memoria de Cálculo

35

a dimensionar la bomba de impulsión del circuito primario habrá que calcular las pérdidas asociadas a los captadores, el intercambiador del interacumulador y las pérdidas de

particularizo para un solo

proporciona en su catálogo técnico una gráfica en la cual podemos determinar la


36

Observando la gráfica suministrada por el proveedor, deducimos que la pérdida de carga por captador es:

∆á�k[-k4�\ � 175 uç�� Û, ³ÈÜ Ö. ä. Á

Como en la instalación los captadores están conectados en paralelo, la pérdida de carga que se produce en la batería coincide con la pérdida de carga que se produce en un solo captador. A su vez cada una de las baterías están conectadas en paralelo con el resto.

6.3.2 Pérdida de carga en Intercambiador

Nuestra instalación dispone de un interacumulador. Nuestro proveedor de este producto, LAPESA, proporciona una curva donde se grafica la pérdida de carga en el interacumulador con el caudal del circuito primario. Se muestra en la siguiente gráfica:

Ilustración 15: Pérdidas de carga en Interacumulador Modelo MXV-4000-SBB


37

El caudal aproximado en el circuito primario es de:

M � 2,4 u9

Õ

Lo que observando la gráfica da una pérdida de carga de:

∆á��- � 100 uç�� Û, Ç´ Ö. ä. Á

6.3.3. Pérdida de carga en tuberías

Las canalizaciones del circuito primario desde los captadores solares hasta el depósito solar se realizarán con tubería de cobre. El diámetro de las tuberías se determinará a partir del caudal que debe circular por cada tramo y teniendo en cuenta el fluido caloportador seleccionado. Para estimar el diámetro de la tubería de cobre adjunto a continuación una tabla de selección de tuberías para agua sin aditivos:

Diámetro Nominal (mm)

Espesor de Pared (mm)

Diámetro Interior (mm)

Caudal (litros/h)

18 1,0 16 Hasta 500 22 1,0 20 Hasta 950 28 1,0 26 Hasta 1900 35 1,0 33 Hasta 3600 42 1,0 40 Hasta 6200 54 1,2 51,6 Hasta 12000

Tabla 15: Tabla para selección de diámetro de tuberías de cobre

Se ha de tener en cuenta que el fluido escogido en este caso es agua con anticongelante, y por tanto, la pérdida de carga se ha de incrementar en un factor de 1,3.

Para el dimensionamiento del diámetro de las tuberías se debe tener en cuenta las recomendaciones de velocidad máxima y pérdida de carga unitaria dado por la norma.

En el dimensionamiento de las tuberías también tendremos en consideración que la circulación del fluido por el interior de un conducto produce unas pérdidas de presión por rozamiento o pérdidas de carga lineales que dependen del diámetro de la tubería, de la rugosidad, de las características del fluido y de su velocidad.

En este proyecto las condiciones para el dimensionamiento del diámetro de los tuberías ha sido:

- Tener unas pérdidas lineales inferiores a 40 mm.c.a. por metro lineal. - La velocidad de circulación esté entre 0,3 y 2 m/s (locales habitados).


38

- Sea normalizada DN

Teniendo presente estas condiciones, se determinan los diámetros de todos los tramos que componen el circuito primario.

Tramo Cap. Q (l/h)

DN (mm)

D (mm)

v (m/s)

Pdc unit (mmca/m)

TRAMO 1 24 2454,144 35 33 0,79 25,75 TRAMO 2 18 1840,608 35 33 0,59 15,56 TRAMO 3 12 1227,072 28 26 0,64 23,75 TRAMO 4 6 613,536 22 20 0,54 24,56 TRAMO 5 6 613,536 22 20 0,54 24,56 TRAMO 6 6 613,536 22 20 0,54 24,56 TRAMO 7 6 613,536 22 20 0,54 24,56 TRAMO 8 12 1227,072 28 26 0,64 23,75 TRAMO 9 18 1840,608 35 33 0,59 15,56 TRAMO 10 24 2454,144 35 33 0,79 25,75

Tabla 16: Cálculo de diámetros para cada tramo del circuito primario

La velocidad se ha determinado como:

Ñ � M � çª �, Ñ � 4 · M

п · W8

La expresión anterior toma la siguiente forma en función del sistema de unidades empleados para medir el caudal:

Ñ � 0,354 · MW8

La manera de proceder para calcular el diámetro de la tubería sería la siguiente:

- El caudal Q es un dato que ya conocemos, según las necesidades de la instalación - De la tabla de tuberías de cobre se selecciona un diámetro de tubería - Haciendo uso de las expresiones anteriores, se calcula la velocidad de circulación del

agua de manera iterativa con sucesivos diámetros hasta que finalmente resulta una pérdida de carga por metro de tubería lineal y una velocidad compatible con las condiciones que hemos impuesto en el diseño.


39

Existen numerosas expresiones empíricas que proporcionan unos resultados aproximados de la pérdida de carga unitaria de un tramo recto de tubería en función del diámetro y de la velocidad o el caudal.

Una de estas expresiones, obtenida a partir de la fórmula de Flamant, es la que he utilizado y es aplicable para tuberías de paredes lisas de cobre, por la que circula agua caliente sin aditivos.

áS�Ë��-k\�k � 378 · M�,é¬

WÃ,é¬

Siendo:

- áS�Ë��-k\�k : la pérdida de carga en mm de columna de agua por metro lineal - M: el caudal de circulación por la tubería, en litros/h - W: el diámetro interior de la tubería, en mm

En el caso de que el líquido caloportador no sea agua, sino utilice una mezcla de agua y anticongelante a base de glicol, la pérdida de carga unitaria obtenida por la fórmula anterior deberá multiplicarse por 1,3 para tener en cuenta la mayor viscosidad del fluido.

Una vez determinado el diámetro de cada uno de los tramos, vamos a proceder a determinar la pérdida de carga total conociendo las pérdidas de carga asociadas a captadores y al intercambiador interno.

La pérdida de carga generada por los accesorios del circuito hidráulico en cada tramo se calcula en función de formulaciones empíricas cuya ecuación es:

∆á � v · > Ñ82 · `@

Siendo

- ∆á: Pérdida de carga singulares - Ñ: Velocidad del fluido en singularidad m/s - `: Gravedad en u/�8 - v: Coeficiente adimensional


40

Donde el coeficiente adimensional v, que mide la caída de presión se mide experimentalmente y depende del diseño del fabricante. En la siguiente tabla se muestran estos valores.

Para el cálculo de pérdidas de carga en accesorios se ha tenido en cuenta los codos, ensanchadores y reductores dinámicos, bifurcaciones divergentes y convergentes de corriente, válvula de corte completamente abierta, válvula anti retorno y válvula de retención.

Elementos K Codo 90º 0.3 T flujo directo 0.2 T flujo lateral 1 V. de corte abierta 0.15 V. anti retorno 1 Difusor 0.56 Reductor 0.56 V. Retención 1

Tabla 17: Factor K adimensional de accesorios para pérdida de carga

A continuación se muestra la pérdida de carga total en cada tramo. Aunque no aparezca en la tabla se ha tenida en cuenta la pérdida de carga en difusor y reductor de diámetros.

Tramos v (m/s)

L (m)

Codos Unión en T

V.Esfera V. A.retorno

V. Retención

Pdc Acce. (mca)

Pdc lineal (mca)

Pdc total (mca)

TRAMO 1 0,79 43,66 8 − 5 1 2 0,15 1,12 1,27

TRAMO 2 0,59 7,46 − 1 − − − 0,03 0,12 0,14

TRAMO 3 0,64 7,25 − 1 − − − 0,02 0,17 0,19

TRAMO 4 0,54 8,2787 3 1 2 − − 0,02 0,20 0,22

TRAMO 5 0,54 2,057 2 1 2 − − 0,03 0,05 0,08

TRAMO 6 0,54 2,057 2 1 2 − − 0,03 0,05 0,08

TRAMO 7 0,54 9,528 3 1 2 − − 0,03 0,23 0,26

TRAMO 8 0,64 7,25 − 1 − − − 0,0042 0,17 0,18

TRAMO 9 0,59 7,25 − 1 − − − 0,0036 0,11 0,12

TRAMO 10 0,79 26,4746 10 1 2 − − 0,1114 0,68 0,79

Tabla 18: Pérdida de carga total por tramos


41

Para el cálculo de la pérdida de carga total no se tendrá en cuenta la suma de todas las cargas lineales y singulares calculadas anteriormente, sino aquellas que pertenezcan al recorrido más desfavorable, por tratarse de un circuito hidráulico con las baterias conectadas en paralelo.

Para ello voy a realizar un estudio de los recorridos posibles que tiene el circuito hidráulico. Un circuito lo considero el recorrido que sigue una particula fluida desde que sale del interacumulador por la acometida fria hasta que retorna al mismo por la acometida caliente. Se presentan los siguientes circuitos:

Circuitos Per. Carga (mca)

T1,T7,T8,T9,T10 2,624 T1,T2,T3,T4,T10 2,624 T1,T2,T5,T8,T9,T10 2,583 T1,T2,T3,T6,T9,T10 2,595

Tabla 19: Circuito de mayor pérdida de carga

Debido a que los colectares estan conectados mediante retorno invertido la diferencia entre la pérdida de carga que existe entre los circuitos es muy pequeña. Observando la tabla se puede llegar a la conclusión de que el circuito con mayor pérdida de carga es el primer y segundo circuito.

La altura manométrica H de la bomba en el punto de trabajo debe compensar las pérdidas de carga totales y viene definida por:

. � ∆Õ��\�Ë�-� � ∆Õ��-]\�kl=�k4�\ � ∆Õ�k[-k4�\ � 5 %�]/Ë\�4k4

La suma de los valores obtenidos anteriormente dan unas pérdidas de carga de:

ê � �2,624 � 1,02 � 1,785� · 1,05 � Ü, ³Ç Ö. ä. Á


42

6.4. Selección de la bomba del circuito primario

Para la instalación y el dimensionado de la bomba del circuito primario, se cumplirán los requisitos establecidos en el CTE.

Si el circuito de captadores está dotado con una bomba de circulación, la pérdida de carga o caída de presión se deberá mantener aceptablemente baja en todo el circuito.

Las tuberías conectadas a las bombas se soportarán en las inmediaciones de éstas, de forma que no provoquen esfuerzos recíprocos de torsión o flexión. El diámetro de las tuberías de acoplamiento no podrá ser nunca inferior al diámetro de la boca de aspiración de la bomba.

En instalaciones con superficies de captación superiores a 50 m2 se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se establecerá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática.

Debido al área que tenemos en este proyecto de captación, 55,58 m2, debemos instalar dos bombas en paralelo en el circuito primario.

Para la selección de la bomba existen dos métodos. El primer método seria calcular la potencia necesaria para impulsar el fluido y asegurar que la bomba pueda suministrar la potencia eléctrica necesaria para impulsar el fluido. La potencia de la bomba se calculará con la siguiente expresión:

á=�l=k � u^ÓË�4� · .A^ÓË�4� · j

Siendo:

- u^ÓË�4�: Gasto másico del fluido en kg/s

- A^ÓË�4�: Densidad del fluido en ,`/u9

- .: Altura manométrica de la bomba en Pa - j: Rendimiento de la bomba

El rendimiento de las bombas para ACS suele ser muy bajo, pero para el cálculo tomamos el rendimiento de la bomba que posteriormente hemos seleccionado. Luego la potencia obtenida de la bomba es la siguiente:

¼ëÚÖëÁ � 0,6885 · 55897,9051002 · 0,422 � åÛ æ


Otra forma de seleccionar la bomba es recurrir directamfuncionamiento Q-H que ofrecen los fabricantes y que muestran la relación máxima de caudal y altura que puede ofrecer la bomba funcionando a máxima potencia.

El caudal que debe impulsar la bomcapaz de vencer una pérdida de carga de 5,70

En la página oficial de dimensionamiento existe la aplicación para poder seleccionar la bomba que mejor se adapta a nuestras condiciones de trabajo especificando el campo de trabajo, en nuestro caso calefaccióbombeo de ACS. También se debe introducir el caudal calculado que debe impulsar y que debe vencer la bomba en metros. Con todo esto se adapta a nuestra instalación y el resultado es la bomba

Ilustración


Otra forma de seleccionar la bomba es recurrir directamente a las curvas de H que ofrecen los fabricantes y que muestran la relación máxima de caudal y

altura que puede ofrecer la bomba funcionando a máxima potencia.

El caudal que debe impulsar la bomba en nuestro caso es de 2454,144capaz de vencer una pérdida de carga de 5,70 m.c.a.

En la página oficial de GRUNDFOS, en el apartado de webcaps, sección de existe la aplicación para poder seleccionar la bomba que mejor se adapta a

nuestras condiciones de trabajo especificando el campo de trabajo, en nuestro caso calefaccióTambién se debe introducir el caudal calculado que debe impulsar y

que debe vencer la bomba en metros. Con todo esto GRUNDFOS nos da la solución que mejor se adapta a nuestra instalación y el resultado es la bomba MAGNA1 32-60 N.

Ilustración 16: Bomba del circuito primario GRUNDFOS

Memoria de Cálculo

43

ente a las curvas de H que ofrecen los fabricantes y que muestran la relación máxima de caudal y

ba en nuestro caso es de 2454,144 l/h y debe ser

de webcaps, sección de existe la aplicación para poder seleccionar la bomba que mejor se adapta a

nuestras condiciones de trabajo especificando el campo de trabajo, en nuestro caso calefacción y También se debe introducir el caudal calculado que debe impulsar y la altura

nos da la solución que mejor


La descripción técnica de esta bomba viene detallada en la memoria descriptiva, pero a modo de resumen GRUNDFOS

- Caudal real calculado: 2,56 - Altura resultante de la bomba: 6,52 m- Líquido bombeado: Tyfocor L- Temperatura del líquido 60 ºC- Rango de temperaturas del líquido: - Potencia: 108 W - Tensión nominal:230 V- Presión de trabajo máxima: 10 bar- Diámetro de conexiones: G 2’’

A continuación adjunto el gráfico de funcionamiento de la bomba.

Ilustración 17


La descripción técnica de esta bomba viene detallada en la memoria descriptiva, pero a GRUNDFOS ha seleccionado una bomba tomando como:

Caudal real calculado: 2,56 Altura resultante de la bomba: 6,52 m Líquido bombeado: Tyfocor LS Temperatura del líquido 60 ºC Rango de temperaturas del líquido: -10….110 ºC

Tensión nominal:230 V Presión de trabajo máxima: 10 bar Diámetro de conexiones: G 2’’

A continuación adjunto el gráfico de funcionamiento de la bomba.

17: Gráfico de funcionamiento de la Bomba seleccionada

Memoria de Cálculo

44

La descripción técnica de esta bomba viene detallada en la memoria descriptiva, pero a


45

6.5. Selección del vaso de expansión

Como ya hemos descrito en la memoria descriptiva, el circuito primario debe disponer de un vaso de expansión para absorber las dilataciones del fluido caloportador. El vaso de expansión evita que el fluido de trabajo escape a través de la válvula de seguridad (ya que es un circuito cerrado).

El depósito que se empleará es de tipo cerrado debido a su facilidad de ubicación y montaje. Además al no absorber oxígeno del aire y eliminar las pérdidas del fluido de trabajo por evaporación evitan deterioros en el mismo.

Atendiendo al CTE podemos ver que el vaso de expansión debe ser capaz de compensar el volumen del medio de transferencia de calor en todo el grupo de captadores completo incluyendo todas las tuberías entre captadores más un 10 %.

El diseño del vaso de expansión sigue las indicaciones de la norma UNE 100155:2004 de diseño de vasos de expansión y otras bibliografías.

En primer lugar, para el cálculo del vaso de expansión, se calculará el volumen total del fluido caloportador en el circuito primario de la instalación V, el cual se compone de la suma de los contenidos de los captadores, de las tuberías, del intercambiador de calor.

- Volumen en tuberías: Ê � ì · ��Sª�8 · e-Ë=]\ík

R. Interior (m)

Longitud (m) Cap. Total (litros)

0,0165 84,84 72,56 0,013 14,5 7,70 0,01 21,92 6,89 TOTAL 87,15 litros

Tabla 20: Volumen de agua total en tuberías

- Volumen en captadores Las especificaciones técnicas del captador muestran que el volumen de liquido que almacena en su interior es igual a 1,83 litros. Luego

íÚ2ÁØ îÁï2Á¿Ú¾½Â � 1,83 Rª�� · 24 Z�®��S�� Þß, å´ ØÀ2¾ÚÂ


46

- Volumen en el intercambiador

En el catálogo técnico del interacumulador se detalla la capacidad del serpentín de nuestro modelo siendo:

îÁïÁäÀ¿Á¿ ð½¾ï½ã2íã � ÞÈ ØÀ2¾ÚÂ

A modo de resumen se muestra la siguiente tabla:

Tuberías Captadores Intercambiador Total Capacidad (l) 87,15 43,92 48 179,07 litros

Tabla 21: Resumen volumen total de agua en la Instalación

La capacidad del vaso de expansión ha sido calculado a través de un modelo formato Excel el cual se ha diseñado en base a la norma UNE 100155:2004. Se ha obtenido los siguientes resultados:

Fluido Agua + Glicol Concentración del glicol (%) 45 Temperatura máxima (ºC) 55 Coeficiente de expansión Ce 0,0225 Volumen útil Vu (litros) 4,827280819

Presión de tarado de la válvula de seguridad (relativa) (bar) 6,00 Presión mínima en el vaso de expansión (relativa) (bar) 1,50 Presión máxima PM (absoluta) (bar) 6,40 Presión mínima Pm (absoluta) (bar) 2,50 Coeficiente de presiones Cp 1,641025641 Volumen total del vaso de expansión 7,9216916


El vaso de expansión selecciinmediatamente superior al calculado, este volumen supone un margen de seguridad con respecto al máximo esperable. Está diseñado para instalaciones solares.

A continuación se muestra la ficha técnica del vaso de expansión selecci

Las características técnicas del modelo seleccionado

- Capacidad: 8 litros- Presión máx.: 10 bar- Presión desc: 1,5 bar- D (mm): 200 - H (mm): 350 - Cone. Agua: 1’’

Ilustración 18: Características técnicas del vaso de expansión seleccionado


El vaso de expansión seleccionado tiene una capacidad de 8 litros, que es el volumen inmediatamente superior al calculado, este volumen supone un margen de seguridad con respecto al máximo esperable. Está diseñado para instalaciones solares.

A continuación se muestra la ficha técnica del vaso de expansión selecci

Las características técnicas del modelo seleccionado 8 AMR son:

litros bar

Presión desc: 1,5 bar mm mm

Características técnicas del vaso de expansión seleccionado

Memoria de Cálculo

47

litros, que es el volumen inmediatamente superior al calculado, este volumen supone un margen de seguridad con

A continuación se muestra la ficha técnica del vaso de expansión seleccionado.

Características técnicas del vaso de expansión seleccionado


7. Aislamiento térmico de las instalaciones

El Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificiosla instalación que estamos diseñando, que todas las tuberías aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico.

El motivo de estos aislamientos son evitar consumos excesivos y disminuir las pérdidas energéticas.

7.1. Aislamiento en Tuberías y Accesorios

Las tuberías del circuito primario deben estar convenientemente aisladas tal y como se prescribe en el CTE y en el RITE

El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar protección externa que asegure la durabilidad ante las acciones climatológicas admitiéndose revestimientos con pinturas asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas. El aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exterionecesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes.

El RITE establece el grosor mínimo del aislamiento de las tuberías en función de la temperatura máxima del fluido que circula por su interior y el diámetro de continuación se muestran los espesores mínimos de aislamiento para tuberías en función de la temperatura del fluido y de si están en exterior o en interior:

Tabla 22: Espesor de aislamiento para tuberías


Aislamiento térmico de las instalaciones

Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios establece, para las condiciones de la instalación que estamos diseñando, que todas las tuberías y accesorios, así como equipos, aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico.

El motivo de estos aislamientos son evitar consumos excesivos y disminuir las pérdidas

Aislamiento en Tuberías y Accesorios

Las tuberías del circuito primario deben estar convenientemente aisladas tal y como se RITE.

El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar protección externa que asegure abilidad ante las acciones climatológicas admitiéndose revestimientos con pinturas

asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas. El aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes.

El RITE establece el grosor mínimo del aislamiento de las tuberías en función de la temperatura máxima del fluido que circula por su interior y el diámetro de continuación se muestran los espesores mínimos de aislamiento para tuberías en función de la temperatura del fluido y de si están en exterior o en interior:

Espesor de aislamiento para tuberías calientes que discurren por el interior y exterior

Memoria de Cálculo

48

establece, para las condiciones de y accesorios, así como equipos,

aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico.

El motivo de estos aislamientos son evitar consumos excesivos y disminuir las pérdidas

Las tuberías del circuito primario deben estar convenientemente aisladas tal y como se

El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar protección externa que asegure abilidad ante las acciones climatológicas admitiéndose revestimientos con pinturas

asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas. El aislamiento no dejará r los elementos que sean

El RITE establece el grosor mínimo del aislamiento de las tuberías en función de la temperatura máxima del fluido que circula por su interior y el diámetro de la tubería. A continuación se muestran los espesores mínimos de aislamiento para tuberías en función de la

y exterior del edificio


Tabla 23: Espesor de aislamiento para tuberías frías que discurren por el interior y exterior del edificio

Estos espesores mínimos son válidos para materiales de conductividad térmica λ igual a 0,04 W/(m

El aislamiento usado para las tuberías de la instalación del circuito primario estápor poliuretano que cumple con las especificaciones técnicas.

Para todo el circuito hidráuen que el rango de temperaturas que pueden diámetro menor o igual a 35 mm, para tuberías que discurren por el exterior del edificio y para una temperatura > 60…100 ºC erecorren distancias de más de 25 metros, luego siguiendo las instrucciones de la norma debemos ampliar ese espesor como mínimo 5 mm, luego el espesor que elijo es el inmediatsuperior en la tabla de espesores proporcionada por el

Para las tuberías que discurren por la sala de men interiores se ve reducido en 10 mm con respecto a las tuberías que discurren por el exterior del edificio, luego:


Espesor de aislamiento para tuberías frías que discurren por el interior y exterior del edificio

Estos espesores mínimos son válidos para materiales de aislamiento con una λ igual a 0,04 W/(m·K) a 20 ºC.

El aislamiento usado para las tuberías de la instalación del circuito primario estáque cumple con las especificaciones técnicas.

Para todo el circuito hidráulico del primario, elijo un espesor de aislamiento basándome temperaturas que pueden darse están entre 60 y 100 ºC

diámetro menor o igual a 35 mm, para tuberías que discurren por el exterior del edificio y para ºC el espesor de aislamiento debería ser 35mm pero estas tuberías

recorren distancias de más de 25 metros, luego siguiendo las instrucciones de la norma debemos ampliar ese espesor como mínimo 5 mm, luego el espesor que elijo es el inmediatsuperior en la tabla de espesores proporcionada por el RITE:

Para las tuberías que discurren por la sala de máquinas la norma establece que el espesor en 10 mm con respecto a las tuberías que discurren por el exterior

Memoria de Cálculo

49

Espesor de aislamiento para tuberías frías que discurren por el interior y exterior del edificio

aislamiento con una

El aislamiento usado para las tuberías de la instalación del circuito primario está formado

lico del primario, elijo un espesor de aislamiento basándome darse están entre 60 y 100 ºC. Luego para un

diámetro menor o igual a 35 mm, para tuberías que discurren por el exterior del edificio y para l espesor de aislamiento debería ser 35mm pero estas tuberías

recorren distancias de más de 25 metros, luego siguiendo las instrucciones de la norma debemos ampliar ese espesor como mínimo 5 mm, luego el espesor que elijo es el inmediatamente

áquinas la norma establece que el espesor en 10 mm con respecto a las tuberías que discurren por el exterior


50

7.2. Aislamiento en Depósito de Acumulación

Para capacidades de acumulación inferiores a 300 litros, el espesor mínimo será de 30 mm. Para volúmenes superiores el espesor mínimo será de 50 mm. Todo esto según las especificaciones técnicas en instalaciones solares térmicas.

Además según el RITE , cuando los acumuladores tengan superficie menor a 2 u8 el aislamiento será como mínimo de 30 mm. Cuando sea superior a 2 u8 poseerá una protección de 50 mm como mínimo, siempre que se emplee un material aislante con una conductividad de λ = 0,04 W/(m· ºC) .

El interacumulador elegido para nuestra instalación MASTER INOX, serpentines Modelo- SSB van aislados con 80 mm de espesor de espumo rígida de poliuretano optimizada libre de CFC, inyectada en molde cumpliendo así la normativa.

7.3. Aislamiento del Vaso de Expansión

Para un conductividad térmica de λ=0,04 W/(m·ºC), será como mínimo de 30 mm de espesor. El aislamiento debe ir recubierto de pintura tipo asfáltica, clorocaucho o similar.

El modelo elegido en nuestra instalación están homologados y son diseñado de acuerdo a la normativa actual.


51

8. Sistemas de Regulación y Control

El sistema de regulación y control se encarga por un lado de asegurar el correcto funcionamiento del equipo para proporcionar la máxima energía solar térmica posible, y por otro actúa como protección frente a la acción de múltiples factores como sobrecalentamientos del sistema, riesgo de congelaciones, etc. En cuanto al sistema de control el CTE establece:

1. El sistema de control asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar. El sistema de regulación y control comprenderá el control de funcionamiento de los circuitos y los sistemas de protección y seguridad contra sobrecalentamientos, heladas etc.

2. En circulación forzada, el control de funcionamiento normal de las bombas del circuito de captadores, deberá ser siempre de tipo diferencial y, en caso de que exista depósito de acumulación solar, deberá actuar en función de la diferencia entre la temperatura del fluido portador en la salida de la batería de los captadores y la del depósito de acumulación. El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2 ºC y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 ºC. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no será menor que 2 ºC.

3. Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte superior de los captadores de forma que representen la máxima temperatura del circuito de captación. El sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la parte inferior en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado.

4. El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos.

5. El sistema de control asegurará que en ningún punto la temperatura del fluido de trabajo descienda por debajo de una temperatura tres grados superior a la de congelación del fluido.

6. Alternativamente al control diferencial, se podrán usar sistemas de control accionados en función de la radiación solar.

7. Las instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementado con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación, o por combinación de varios mecanismos.


También hace referencia

1. Además de los aparatos de medida de presión y temperatura que permitan la correcta operación, para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de que indique como mínimo las siguientes variables:

a) temperatura de entrada agua fría de red;b) temperatura de salida acumulador solar;c) caudal de agua fría de red.

2. El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica acumulada a lo

8.1. Equipos de Regulación y Control

El sistema de regulación escogido para la instalación solar es del fabricante modelo Vitosolic 200, el cual presenta las siguientes características:

1. Regulación electrónica por diferencia consumidores.

2. Para instalaciones bivalentes con colectores de energía solar y calderas a para la producción bivalente de A.C.S.

3. Con lectura digital de la temperatura, balance de potencia y sis4. Es posible la comunicación con regulaciones de caldera para la supresión de

calentamiento posterior del interacumulador de A.C.S. y/o calentamiento del volumen de precalentamiento de A.C.S.

5. Control de bombas con regulación de revolucio6. Posibilidad de conexión para contador de calorías y/o célula solar.7. Para montaje en la pared, sondas de temperatura del interacumulador y del colector así

como otra sonda de temperatura más incluida en el volumen de

Ilustración


También hace referencia al sistema de medida y menciona lo siguiente:

Además de los aparatos de medida de presión y temperatura que permitan la correcta operación, para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de que indique como mínimo las siguientes variables:

temperatura de entrada agua fría de red; temperatura de salida acumulador solar; caudal de agua fría de red.

El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica acumulada a lo largo del tiempo.

Equipos de Regulación y Control

El sistema de regulación escogido para la instalación solar es del fabricante , el cual presenta las siguientes características:

Regulación electrónica por diferencia de temperatura para instalaciones con hasta cuatro

Para instalaciones bivalentes con colectores de energía solar y calderas a para la producción bivalente de A.C.S. Con lectura digital de la temperatura, balance de potencia y sistema de diagnóstico.Es posible la comunicación con regulaciones de caldera para la supresión de calentamiento posterior del interacumulador de A.C.S. y/o calentamiento del volumen de precalentamiento de A.C.S. Control de bombas con regulación de revoluciones para sistemas de carga por estratos.Posibilidad de conexión para contador de calorías y/o célula solar. Para montaje en la pared, sondas de temperatura del interacumulador y del colector así como otra sonda de temperatura más incluida en el volumen de suministro.

Ilustración 19 : Sistema de Regulación Vitosolic 200

Memoria de Cálculo

52

y menciona lo siguiente:

Además de los aparatos de medida de presión y temperatura que permitan la correcta operación, para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de datos

El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica

El sistema de regulación escogido para la instalación solar es del fabricante VIESSMANN,

de temperatura para instalaciones con hasta cuatro

Para instalaciones bivalentes con colectores de energía solar y calderas a gasóleo/gas

tema de diagnóstico. Es posible la comunicación con regulaciones de caldera para la supresión de calentamiento posterior del interacumulador de A.C.S. y/o calentamiento del volumen

nes para sistemas de carga por estratos.

Para montaje en la pared, sondas de temperatura del interacumulador y del colector así suministro.


53

La integración de la regulación en la instalación solar se detalla en el plano de esquema de principio de la instalación donde se muestra un esquema de principio ‘’ estándar’’ de la instalación solar con acumulación centralizada acoplada en serie con un sistema centralizado de A.C.S. Esto nos permite un mejor visualización del funcionamiento del sistema de control.


8. Sistema de Energía Auxiliar

El sistema solar que seinstalación esto obliga a no poder prescindir del sistema de calderas convencional. Ha de tenerse en cuenta que la producción agregada anual del sistema solar estará en torno al 70 % de la demanda. Ello no significa que el sistema auxiliar deba dimensionarse para aportar el 30 % restante.

El subsistema de apoyo se debe dimensionar de forma que el aporte todo el calor necesario en la instalación como si no se dispusiese del sistema solar ya que hDiciembre, por ejemplo, en los que el aporte de calor solar será nulo. suplir la demanda energética en caso de mantenimiento o reparación de la instalación solar.

9.1 Volumen de Acumulación Convencional

En primer lugar, debemos obtener el caudal de cálculo para luego definir el volumen de acumulación convencional. Para ellos se aplicará la fórmula indicada en el apartado 5 de la norma UNE 149201 , donde

Tabla


Sistema de Energía Auxiliar

El sistema solar que se ha diseñado no cubre toda la demanda de eneesto obliga a no poder prescindir del sistema de calderas convencional. Ha de tenerse

en cuenta que la producción agregada anual del sistema solar estará en torno al 70 % de la nda. Ello no significa que el sistema auxiliar deba dimensionarse para aportar el 30 %

El subsistema de apoyo se debe dimensionar de forma que el aporte todo el calor necesario en la instalación como si no se dispusiese del sistema solar ya que hDiciembre, por ejemplo, en los que el aporte de calor solar será nulo. Por otra parte, se deberá suplir la demanda energética en caso de mantenimiento o reparación de la instalación solar.

9.1 Volumen de Acumulación Convencional

En primer lugar, debemos obtener el caudal de cálculo para luego definir el volumen de acumulación convencional. Para ellos se aplicará la fórmula indicada en el apartado 5 de la

es el caudal total instalado.

Tabla 24: Cálculo del caudal simultáneo UNE: 149201

Memoria de Cálculo

54

rgía térmica de la esto obliga a no poder prescindir del sistema de calderas convencional. Ha de tenerse

en cuenta que la producción agregada anual del sistema solar estará en torno al 70 % de la nda. Ello no significa que el sistema auxiliar deba dimensionarse para aportar el 30 %

El subsistema de apoyo se debe dimensionar de forma que el aporte todo el calor necesario en la instalación como si no se dispusiese del sistema solar ya que habrá días de

Por otra parte, se deberá suplir la demanda energética en caso de mantenimiento o reparación de la instalación solar.

En primer lugar, debemos obtener el caudal de cálculo para luego definir el volumen de acumulación convencional. Para ellos se aplicará la fórmula indicada en el apartado 5 de la


Para el cálculo del caudal total instalado recurrimos a la siguiente tabla suministrada por el CTE:

Tabla

Este caudal se calcula como la suma de todosedificio. Para ello muestro a continuación un inventario de todos los puntos de consumo que se recuentan en el edificio de residencia.

Tipo de Aparato

Lavamanos Bidé Bañera de 1,40 m o más Bañera de menos de 1,40 m Retrete con cisterna Lavavajillas doméstico Fregadero doméstico

Tabla

La suma de todos los grupos de consumo son de 208 aparatos


Para el cálculo del caudal total instalado recurrimos a la siguiente tabla suministrada por

Tabla 25: Cálculo del caudal instantáneo CTE HS4

alcula como la suma de todos los puntos de consumo que existen en el edificio. Para ello muestro a continuación un inventario de todos los puntos de consumo que se recuentan en el edificio de residencia.

PLANTA 0 PLANTA 1 PLANTA

11 23 31 2 5 0 1 3 2

4 18 27 11 23 31 1 1 0 1 1 0

Tabla 26: Puntos de consumo de la instalación

La suma de todos los grupos de consumo son de 208 aparatos.

Memoria de Cálculo

55

Para el cálculo del caudal total instalado recurrimos a la siguiente tabla suministrada por

los puntos de consumo que existen en el edificio. Para ello muestro a continuación un inventario de todos los puntos de consumo que se

PLANTA 2 PLANTA 3

4 0 1 3 4 0 0


56

En la siguiente tabla se muestran los caudales en Su9/� de cada planta.

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 Tabla 27: Total del caudal de consumo instantáneo

íÚ2ÁØ ÀãÂ2ÁØÁäÀóã � ñí � Û´, Û´Ü ¿ÖßÂ

Û´, ÛßÜ ¿ÖßÂ � Þß. µÜÇ ØÀ2¾ÚÂÝ Este proyecto, como ya se ha descrito con anterioridad, tiene la función de un edificio

residencial para estudiantes, luego como tipo de edificación para el cálculo de M� tomo Edificios de Hoteles.

Por tanto, el cálculo de MO queda determinado de la siguiente forma:

ñî � Û, ÇÈ · ñíÇ,Ü � Û, Èß � Û, åß ØÀ2¾ÚÂÂ � µåÜÇ, ßå ØÀ2¾ÚÂÝ

En el apartado 4.5.2.1 de la norma UNE:149201 se detalla cómo se obtiene el volumen del depósito en función del tiempo previsto de utilización, aplicando la siguiente expresión:

Ê � M� · � · 60

Siendo

- V: volumen del depósito en litros - MO : caudal máximo simultáneo - �: tiempo estimado (de 15 a 20 min)


57

Para el cálculo suponemos un consumo punta de 20 min:

ò � Û, åß ;ØÀ2¾ÚÂÂ < · ´Ç �óôõö÷øù� · µÇ � ´ßÛµ úô÷ûøù

La instalación no dispone de ningún acumulador para el sistema convencional luego partimos de cero. En la memoria descriptiva se selecciona un acumulador para el sistema auxiliar con capacidad suficiente.

9.2 Selección de la caldera

El primer paso para poder seleccionar la caldera es conocer su potencia nominal útil, la cual se detalla a través de la siguiente expresión:

áú-�Ó � Z] · Ê · XNOP � XN_�[\]

Siendo

- áú-�Ó: Potencia útil de la caldera en kW - XNOP: Temperatura de unos en ºC - XN_: Temperatura de agua fría en la red en ºC - Ê: Volumen de acumulación convencional en litros - �[\][: tiempo de preparación (1 hora aproximadamente)

Este cálculo deber particularizarse para los meses de Enero y Diciembre, en los cuales se producen el mayor salto de temperaturas entre el agua de la red y el agua de A.C.S., luego siendo:

XNOP � 40 °Z þ XN_ � 10 °Z

¼ú2ÀØ � Þ, ÛÈ³ · ´ßÛµ · ßÇßµÇÇ � ÈÇ, ÈÛ 1æ

Para tener en cuenta las pérdidas que se dan por disposición en servicio, la potencia nominal de la caldera será:

¼ãÚÖ � ¼ú2ÀØ · Û, ´Ü � ÛÇÛ 1æ


La caldera seleccionada es una caldera de condensación a gas VIESSMANN :

Ilustración 20: Caldera de condensación a gas

Las características principales son:

- Potencia térmica: de 87 a 311 kW- Longitud: 1795 mm - Anchura: 916 mm - Altura: 1450 mm - Peso total: 347 kg - V. de agua: 292 litros

Para la acumulación se ha seguido con el mismo fabricante que para la acumulación solar, es decir, LAPESA. El modelo seleccionado es el tiene incorporado un serpentín de 4,2


La caldera seleccionada es una caldera de condensación a gas VITOCROSSAL 200

Caldera de condensación a gas VITOCROSSAL 200 VIESSMANN

Las características principales son:

Potencia térmica: de 87 a 311 kW

V. de agua: 292 litros

Para la acumulación se ha seguido con el mismo fabricante que para la acumulación solar, . El modelo seleccionado es el MASTER VITRO MVV 2500 l SB

tiene incorporado un serpentín de 4,2 . Las características técnicas se detallan en el anexo.

Memoria de Cálculo

58

VITOCROSSAL 200 de

VITOCROSSAL 200 VIESSMANN

Para la acumulación se ha seguido con el mismo fabricante que para la acumulación solar, MASTER VITRO MVV 2500 l SB. Este modelo

. Las características técnicas se detallan en el anexo.


INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR PARA PRODUCCIÓN DE ACS Memoria de CálculoMemoria de Cálculo

59


60


61

ANEXOS

Anexo I: Gráficas para el cálculo de propiedades de la mezcla agua-propilenglicol.


Anexo I

Ilustración 21: Cálculo del calor específico de la mezcla con la temperatura

Ilustración 22


Cálculo del calor específico de la mezcla con la temperatura

22: Cálculo de la densidad de la mezcla con la temperatura

Memoria de Cálculo

62

Cálculo del calor específico de la mezcla con la temperatura

Cálculo de la densidad de la mezcla con la temperatura


Ilustración 23: Cálculo de la viscosidad

Ilustración 24


Cálculo de la viscosidad cinemática de la mezcla con la temperatura

24: Cálculo del coeficiente de expansión cúbica de Tyfocor

Memoria de Cálculo

63

de la mezcla con la temperatura

Cálculo del coeficiente de expansión cúbica de Tyfocor

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