instalacion de un sistema solar termico

INSTALACION DE UN SISTEMA SOLAR TERMICO PARA UN CHALET UNIFAMILIAR EN

PELAHUSTAN (TOLEDO)

Energía solar térmica y pasiva

JAVIER TRESPALACIOS INSIGNARES

15 de junio de 2011

INSTALACIONDEUNSISTEMASOLARTERMICOPARAUNCHALETUNIFAMILIARENPELAHUSTAN(TOLEDO)JavierTRESPALACIOSIMFCEU-MásterOficialUniversitarioenEnergíasRenovables Energíasolar,térmicaypasiva-2011

i

TABLA DE CONTENIDO

ENUNCIADO.....................................................................................................................................vi

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................vii

1. PELAHUSTAN (TOLEDO).........................................................................................................8

2. ZONA CLIMATICA - Pelahustán..............................................................................................8

3. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS – Pelahustán...............................................9

4. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS...........................................................10

5. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS...........................................................................12

6. RADIACION SOLAR INCIDENTE...........................................................................................13

7. CÁLCULO NÚMERO DE CAPTADORES PARA ACS: METODO DE F-CHART....................15

7.1. Relación entre el volumen de acumulador y superficie de captadores para ACS - exigencia CTE.............................................................................................................................19

7.2. Contribución solar anual para ACS: f.........................................................................19

7.3. Rendimiento medio anual para ACS: ηsistema,ano........................................................19

8. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE ACUMULACIÓN TOTAL DE NUESTRA INSTALACION: METODO DE F-CHART.....................................................................20

8.1. Relación entre el volumen del acumulador y superficie de captadores - exigencia CTE 23

8.2. Contribución solar anual total: f.................................................................................23

8.3. Rendimiento medio anual total : ηsistema,ano...............................................................23

9. CALCULO DEL DEPOSITO DE INERCIA Y DEPOSITO ACS...............................................24

10. CALCULO DEL VASO DE EXPANSION DEL CIRCUITO PRIMARIO..............................25

11. CALCULO DEL VASO DE EXPANSION DEL CIRCUITO SECUNDARIO........................28

12. CALCULO SUPERFICIE INTERCAMBIADOR...................................................................28

13. CALCULO DEL BOMBA DEL CIRCUITO PRIMARIO.......................................................29


ii

14. CALCULO POTENCIA DE DISIPACION...........................................................................33

15. CONCLUSIONES................................................................................................................34

16. REFERENCIAS....................................................................................................................35


iii

TABLA DE GRÁFICAS

Gráfica 1: Energía solar incidente sobre Pelahustan................................................................15

Gráfica 2: Demanda vs aporte solar en Pelahustan..................................................................18

Gráfica 3: Demanda mensual vs. Contribución solar mesual - Total.....................................22


iv

TABLA DE FIGURAS

Figura 1: Ubicación geográfica de Pelahustán (Toledo)............................................................8

Figura 2: Zonas climáticas, ubicación Pelahustán (Toledo).......................................................9

Figura 3: Determinación del numero de personas por habitación...........................................9

Figura 4: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4.........................10

Figura 5: Temperatura media de la red general.......................................................................11

Figura 6: Contribución solar mínima %. Caso general.............................................................12

Figura 7: Valores de radiación mensual media en Toledo.......................................................13

Figura 8: Factor de corrección k para latitud 40°.....................................................................14

Figura 9: Acumulador combinado para calefacción y ACS (SONNENKRAFT)........................24

Figura 10: Información tecnica, acumulador combinado (SONNENKRAFT)..........................25

Figura 11: Información tecnica, intercambiador acumulador (SONNENKRAFT)...................27

Figura 10: Vaso de expansion, circuito primario (Ibaiondo)...................................................28

Figura 11: Vaso de expansion, circuito secundario (Ibaiondo)...............................................28

Figura 12: Intercambiador del acumulador combinado para calefacción y ACS.....Erreur!Lesignetn’estpasdéfini.

Figura 13: Abaco perdidas de carga (libro guia del master)...................................................30

Figura 14: bomba a seleccionar (Grundfos)..............................................................................32


v

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Demanda energética mensual - Pelahustán...............................................................12

Tabla 2: Valores de la radiación solar mensual a Pelahustán.................................................14

Tabla 3: Valores con diferentes captadores...............................................................................15

Tabla 4: Valores de FCacs, D1 y D2...............................................................................................17

Tabla 5: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil.....................................18

Tabla 6: Demanda Anual total.....................................................................................................21

Tabla 7: Aporte Solar anual - Total.............................................................................................22


vi

ENUNCIADO

Un chalet unifamiliar de 280 m2 situado en Pelahustán (Toledo) tiene una superficie

calefactada por suelo radiante de 200 m2 con una carga térmica media de 66 W/m2. A

pesar de que la vivienda tiene 5 habitaciones, únicamente viven 2 personas. Consta de

dos plantas (10x10m) y sótano dónde se ubica el cuarto de calderas y el garaje. La

cubierta es de teja árabe con una inclinación de 15º y orientación N-S. Disponen de una

piscina en el exterior de la vivienda. Quieren instalar energía solar térmica para suplir

parte de la demanda de calefacción con el siguiente colector:

- MARCA: Módulo Solar

- MODELO: Maxol MS 2.5 4T

- LONGITUD: 2240 mm.

- ANCHURA: 1120 mm.

- PESO: 44 Kg.

- ÁREA TOTAL: 2,51 m2

- ÁREA DE APERTURA: 1,32 m2

- ÁREA DEL ABSORBEDOR: 1,32 m2

- MATERIAL CUBIERTA: vidrio solar endurecido, 4mm. espesor.

- VOLUMEN ABSORBEDOR: 1,6 l.

- RENDIMIENTO: 0,795%

- K1: 3,543 W/m2K

- K2: 0,01 W/m2K

- CAUDAL RECOMENDADO: 25 l/hm2

- MONTAJE: Vertical

- CONEXIÓN EN LÍNEA: máx 10 captadores.

Se pide:

Ø Cálculo del depósito de inercia y depósito de ACS.

Ø Vaso de expansión del circuito primario.

Ø Vaso/s de expansión del circuito secundario.

Ø Superficie del intercambiador.

Ø Bomba del circuito primario.

Ø Potencia de disipación estival.


vii

INTRODUCCIÓN

En este trabajo veran la manera en que se puede realizar un proyecto Solar-Termico, para

un chalet unifamiliar; haciendo un aporte auxiliar a la calefacción y el ACS.


8

1. PELAHUSTAN (TOLEDO) “Pelahustán es una población española de la provincia de Toledo en Castilla-La Mancha. Linda con los términos municipales de Higuera de las Dueñas en la provincia de Ávila y Nombela, Nuño Gómez, Garciotum y El Real de San Vicente en la de Toledo y Cenicientos en la provincia de Madrid.”1

Figura 1: Ubicación geográfica de Pelahustán (Toledo).2

La posición geográfica de Pelahustán es: 40°2 Norte.

2. ZONA CLIMATICA - Pelahustán La distribución de zonas climáticas se establece en el propio CTE, a partir de los datos de

radiación solar global anual incidente sobre superficie horizontal.

1Pelahustan:http://es.wikipedia.org/wiki/Pelahustan_(Toledo).Consultado20.05.20112Figura1http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.Consultado20.05.2011


9

El CTE DB HE4 exige que toda vivienda sea capaz de suministrar, en diseño, una

contribución solar mínima, en función del agua caliente sanitaria de una vivienda, a una

temperatura de referencia de 60°C.

Para saber en qué zona climática esta Pelahustán, utilizamos la figura 2.

Figura 2: Zonas climáticas, ubicación Pelahustán (Toledo). 3

Pelahustan está en la zona climática IV.

3. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS – Pelahustán Para calcular el consumo diario de la vivienda a (Ddia) en Pelahustán; tenemos en cuenta

que es una vivienda unifamiliar con 5 habitaciones; según el CTE se determinan 7

personas (ver figura 3).

Figura 3: Determinación del numero de personas por habitación.4

3Figura2:http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/solar_termica/3.htm.Consultado20.05.20114Figura3:CTE


10

Luego miramos los datos de la figura 4, para una vivienda unifamiliar.

Figura 4: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4.5

Hacemos el cálculo de la demanda total por día, con la ecuación:

7 personas · 30 l/día = 210l/día = 0.21m3/día

4. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS Para calcular la Demanda Energética mensual (DEmes), que nos indica cuanta energía

se necesita para calentar el agua desde la temperatura ambiente, hasta la temperatura

asignada; para esto utilizamos la ecuación:

Ddia : volumen de agua diaria en m3 (0,21 m3/día)

Ndia : número de días del mes

Cp : calor especifico del agua (1 kcal/kg · °C)

ρ : densidad del agua (1000 kg/m3)

TACS : temperatura final de calentamiento ACS (60°C)

Tred : temperatura media del agua de red en el mes (ver figura 7)

1,16 · 10-3 : factor de conversión

5Figura3:http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view.Consultado10.05.2011


11

La temperatura de la red (Tred) en Pelahustán la tomamos de la figura 5.

Figura 5: Temperatura media de la red general. 6

Ya tenemos todos los valores de la ecuación de DEmes; pasamos hacer los cálculos y

obtener los valores por mes, que nos da el resultado anual:

6Figura5:http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view.Consultado10.05.2011


12

MES Ndia Tred (°C) DEacs,mes(kWh/mes)

Enero 31 6 407,8

Febrero 28 7 361,5

Marzo 31 9 385,1

Abril 30 11 358,1

Mayo 31 12 362,5

Junio 30 13 343,5

Julio 31 14 347,4

Agosto 31 13 354,9

Septiembre 30 12 350,8

Octubre 31 11 370

Noviembre 30 9 372,7

Diciembre 31 6 407,8 Demanda Energética anual - ACS 4'422 Tabla 1: Demanda energética mensual - Pelahustán. 7

El periodo de mayor consumo es enero y diciembre; el valor anual es DEacs,ano = 4’422

(kWh/ano).

5. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS El CTE DB HE4 exige un aporte solar mínimo anual; expresado en porcentaje; este valor

lo da la demanda total diaria (0.21m3/día) y la zona climática (IV); teniendo encuentra

el aporte auxiliar (caso general: gas, gasóleo, propano, …).

Figura 6: Contribución solar mínima %. Caso general. 8

7Tabla1:elaboraciónpropia8Figura6:http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view.Consultado10.05.2011


13

En la figura 6, obtenemos como contribución solar anual o fracción solar f = 60%.

Tenemos todo para calcular la Demanda Mínima a cubrir con nuestro sistema solar, con la ecuación:

EUsolar,ano = 2653.2kWh/ano

6. RADIACION SOLAR INCIDENTE Para dimensionar la instalación, debemos conocer los datos de radiación solar incidente para la orientación e inclinación de los captadores Gdi(β) (KW·h/m2·dia):

Para utilizar esta ecuación, necesitamos:

- Los 12 valores medios mensuales de irradiación diaria global incidente Gdi(0), sobre una superficie horizontal, expresadas en MJ/m2 y que convertiremos a

KWh/m2 (ver figura 7).

Figura 7: Valores de radiación mensual media en Toledo. 9

9Figura7:Censolar


14

- El factor de corrección k; que nos permite relacionar los valores de radiación solar

sobre la superficie inclinada con los de la superficie horizontal; para nuestro trabajo

tomamos los valores para una latitud 40° y una inclinación de 15° que es el angulo del

techo (ver figura 7).

Figura 8: Factor de corrección k para latitud 40°

Teniendo ya todos los valores, podemos encontrar Gdi(15°) tabla 2 y la energía solar incidente EImes (KW·h/m2·mes) mensual (ver tabla 2); la suma de todos los meses

nos da el valor anual; estos valores los encontramos con la ecuación:

MES Gdi(0°) (MJ/m2·dia)

Gdi(0°) (KW·h/m2·dia) k(15°) Gdi(15)

(KW·h/m2·dia) EIacs,es

(KW·h/m2·mes) Enero 6,2 1,72 1,2 2,07 64 Febrero 9,5 2,64 1,16 3,06 86 Marzo 14 3,89 1,12 4,36 135 Abril 19,3 5,36 1,07 5,74 172 Mayo 21 5,83 1,03 6,01 186 Junio 24,4 6,78 1,02 6,91 207 Julio 27,2 7,56 1,04 7,86 244 Agosto 24,5 6,81 1,08 7,35 228 Septiembre 18,1 5,03 1,14 5,73 172 Octubre 11,9 3,31 1,21 4,00 124 Noviembre 7,6 2,11 1,25 2,64 79 Diciembre 5,6 1,56 1,24 1,93 60 EIano 1'757

Tabla 2: Valores de la radiación solar mensual a Pelahustán. 10

10Tabla2:elaboraciónpropia


15

Con los valores de la tabla 2, podemos ver mejor con una grafica, la energía solar

incidente sobre Pelahustan:

ENERGIA SOLAR INCIDENTE - Pelahustan

0

50

100

150

200

250

300

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Mes

EIm

es (K

W•h

/m2•

mes

)

EImes (KW·h/m2·mes)

Gráfica 1: Energía solar incidente sobre Pelahustan. 11

En la grafica 1, vemos que el mayor aporte se hace en julio.

7. CÁLCULO NÚMERO DE CAPTADORES PARA ACS: METODO DE F-CHART

Los primeros cálculos con 1 y 2 captadores solar, no cumplieron con las condiciones

exigidas por el CTE (ver tabla 3):

CAPTADORES 50l/m2 < x < 180

l/m2 f > 60%

ηsistema,ano > 40%

1 160 31% 58% 2 80 52% 50%

Tabla 3: Valores con diferentes captadores. 12

11Grafica1:elaboraciónpropia12Tabla3:elaboraciónpropia


16

Realizaremos nuestros cálculos con 3 captadores para el suministro ACS; daremos a

continuación los datos técnicos de nuestro captador:

Modelo captador: Maxol MS 2.5 4T

Superficie apertura: Sc = 1.32m2

Rendimiento: 0.795

Eficiencia K1: 3.543 W/m2 · k

Eficiencia K2: 0.01 W/m2 · k

Modificación del Angulo de incidencia: MAI = 0.95

Factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. 13: FCint = 0.95

Gdm: irradiación solar diaria en un mes, ver tabla 2 (Gdi(15°))

DEmes: ver la tabla 1

Coeficiente global de perdidas: Kglobal = K1 + 30 · K2 = 3.843x10-3 (KW/m2·°C) Sc_total: 3Captadores · Sc = 3.96m2

Ahora buscamos definir los valores D1 y D2, relacionados con la energía absorbida por los

captadores y con la energía perdida respectivamente; estos valores nos llevan a la

fracción solar mensual fmes.

Seguimos con el cálculo de D2:

13Valorrecomendadopor:CTE


17

Antes de calcular D2, buscamos el factor de corrección del acumulador FCacum. (Donde

Vacum-solar = 210l):

FCacum = 1.091

También procedemos a calcular FCacs, que es el factor de corrección para la temperatura

del agua (Tamb ver figura 6):

MES FCACS D1 D2

Enero 0.946 0.446 2.502 Febrero 0.973 0.674 2.595 Marzo 1.000 0.996 2.649 Abril 1.060 1.366 2.855 Mayo 1.045 1.460 2.739 Junio 1.012 1.716 2.541 Julio 0.993 1.992 2.414 Agosto 0.958 1.824 2.312 Septiembre 0.979 1.393 2.439 Octubre 1.029 0.952 2.708 Noviembre 1.015 0.604 2.720 Diciembre 0.946 0.417 2.502

Tabla 4: Valores de FCacs, D1 y D2. 14

Teniendo D1 y D2, calculamos la fracción solar mensual fmes:



18

Teniendo los valores de fmes de cada mes podremos obtenerla la energía solar útil mensual con la ecuación:

MES fmes EUsolar,mes (KWh)

Enero 26.11% 106.46 Febrero 43.21% 156.19 Marzo 64.37% 247.88 Abril 83.21% 297.99 Mayo 88.25% 319.90 Junio 99.93% 343.25 Julio 110.13% 382.58 Agosto 105.17% 373.25 Septiembre 86.82% 304.57 Octubre 61.34% 226.97 Noviembre 37.31% 139.04 Diciembre 23.64% 96.39

Aporte solar anual 2'994 Tabla 5: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil. 15

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Mes

kWh/mes

EUsolar,mes (KWh) DEacs,mes(kWh/mes) Gráfica 2: Demanda vs aporte solar en Pelahustan. 16

15Tabla5:elaboraciónpropia16Grafica2:elaboraciónpropia


19

Vemos que en los meses de junio, julio y agosto, tenemos valores superiores al 100%

(ver grafica 2).

El CTE dice que en ningun mes la energia producida por las instalacion solar debe superar

el 110% del consumo estimado y no mas de 3 meses el 100%.17

7.1. Relación entre el volumen de acumulador y superficie de captadores para ACS - exigencia CTE

Antes de calcular el valor de FCacum, analizamos la relación entre el volumen de

acumulación y superficie de captadores que el CTE DB HE4 sitúa entre:

50l/m2 < 53 l/m2 < 180 l/m2

7.2. Contribución solar anual para ACS: f Ahora verificamos si la fracción solar o contribución solar anual f es superior a la

exigida por el CTE :

f = 68% > 60% (cumple lo exigido por el CTE, ver figura 6)

7.3. Rendimiento medio anual para ACS: ηsistema,ano Y el rendimiento medio anual de la instalación:

17Libroguiadelmaster.


20

ηsistema,ano = 43.04% > 40% (cumple lo exigido por el CTE)

8. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE ACUMULACIÓN TOTAL DE NUESTRA INSTALACION: METODO DE F-CHART

Ahora haremos los calculos para la acumulación total (ACS y calefaccion); en la parte 7 de

este trabajo se definieron 3 captadores para el suministro de ACS.

Comenzamos calculando la demanda energética (200m2 de suelo radiante) utilizando la

ecuación:

DEmes,i_demanda_Energetica = Q(kWh/mes) · S(m2) · Ndias,i · hmes,i

Q : carga térmica calefacción = 66 · 10-3 (kWh/mes) S : superficie suelo radiante = 200m2

Ndias,i : días del mes

hmes,i : horas de utilización (los datos son tomados de manera personal)

Teniendo los valores de DEmes,i_demanda_Energetica, obtendremos la demanda total

DEmes,i_demanda_TOTAL, adicionando los valores para el ACS DEacs,mes (ver tabla 1):


21

MES hmes,i DEmes,i_demanda_Energetica DEmes,i_demanda_TOTAL

Enero 11 4'501.20 4'909.00

Febrero 10 3'696.00 4'057.50

Marzo 9 3'682.80 4'067.90

Abril 8 3'168.00 3'526.10

Mayo 6 2'455.20 2'817.70

Junio 0 0.00 343.50

Julio 0 0.00 347.40

Agosto 0 0.00 354.90

Septiembre 6 2'376.00 2'726.80

Octubre 8 3'273.60 3'643.60

Noviembre 10 3'960.00 4'332.70

Diciembre 11 4'501.20 4'909.00

Aporte anual 31'614 36'022.8 Tabla 6: Demanda Anual total. 18

En la tabla 6 obtenemos los valores mensuales y anual.

A criterio de este proyecto escogeremos un intervalo entre 10% - 30% de aporte solar

térmico total; un volumen total de 950l, (250l para ACS y 700l para calefacción); y 7

captores solares adicionales. En total tomamos 10 captores.

Volvemos a calcular los valores FCACS, D1, D2, fmes y EUsolar,mes (KWh); donde Sc_total = 13,2 m2 y FCacum = 1,010:



22

MES FCACS D1 D2 fmes EUsolar,mes

(KWh)

Enero 0.946 0.124 0.642 8.25% 405.02 Febrero 0.973 0.200 0.714 15.08% 611.68 Marzo 1.000 0.314 0.775 25.07% 1019.76 Abril 1.060 0.462 0.895 36.87% 1300.00 Mayo 1.045 0.626 1.088 48.49% 1366.28 Junio 1.012 5.719 7.848 149.39% 513.16 Julio 0.993 6.641 7.454 194.12% 674.36 Agosto 0.958 6.081 7.139 165.99% 589.09 Septiembre 0.979 0.597 0.969 47.05% 1282.92 Octubre 1.029 0.322 0.849 25.30% 921.93 Noviembre 1.015 0.173 0.723 12.48% 540.85 Diciembre 0.946 0.115 0.642 7.45% 365.72

Aporte solar anual 9'705 Tabla 7: Aporte Solar anual - Total. 19

El excedente producido (valores más del 100%) en junio, julio y agosto, podrían ser

utilizados para la piscina exterior. En la grafica siguiente apreciamos mejor las tendencias:

0.00

1'000.00

2'000.00

3'000.00

4'000.00

5'000.00

6'000.00

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Mes

KWh.mes

DEmes,i_demanda_TOTAL EUsolar,mes (KWh.mes)

Gráfica 3: Demanda mensual vs. Contribución solar mesual - Total. 20

19Tabla7:elaboraciónpropia20Grafica3:elaboraciónpropia


23

8.1. Relación entre el volumen del acumulador y superficie de captadores - exigencia CTE

Antes de calcular el valor de FCacum, analizamos la relación entre el volumen de

acumulación y superficie de captadores que el CTE DB HE4 sitúa entre:

50l/m2 < 72 l/m2 < 180 l/m2

8.2. Contribución solar anual total: f Hemos colocado un valor, entre 10% y 30%:

f : 10% > 27% > 30%

8.3. Rendimiento medio anual total : ηsistema,ano Y el rendimiento medio anual de la instalación:

ηsistema,ano = 41% > 40% (cumple lo exigido por el CTE)


24

9. CALCULO DEL DEPOSITO DE INERCIA Y DEPOSITO ACS Para nuestra instalación hemos calculado con anterioridad 210l para el ACS y 700l para la

calefacción (el valor es tomado para que el total nos de una cifra correcta para escoger

en el catalogo); nos da un total de 950l.

Hemos escogido un acumulador combinado (acumulador de inercia de calefacción con

depósito de ACS integrado – figura 9).

Figura 9: Acumulador combinado para calefacción y ACS (SONNENKRAFT).21

La información general está en la figura 10, acumulador PSK950:

21Figura 9:http://www.sonnenkraft.es/Products/Accumulator/COMBI_Speicher_PSK/Pages/default.aspx. Consultado 20.05.2011


25

Figura 10: Información tecnica, acumulador combinado (SONNENKRAFT).22

10. CALCULO DEL VASO DE EXPANSION DEL CIRCUITO PRIMARIO

El circuito hidraulico primario es el que pasa por los captadores, que toma la energia solar

y la transmite hasta el sotano donde esta el cuarto de calderas y nuestro intercambiador.

Como condicion el CTE, coloca como requisito utilizar en las tuberías materiales como el

cobre o el acero inoxidable, conecciones roscadas, soldadas o embriadas y proteccion

anticorrosivo.



26

El vaso de expansion es acoplado al circuito primario (como medida tecnica de

seguridad), “Cuando el fluido del circuito primario se calienta experimenta una dilatación. El aumento de volumen se recoge en el vaso”.23

Su capacidad de define:

k: coeficiente de dilatación del fluido = 0.0700 W/mK (50% agua + 50%

propilenglicol).

Vcircuito: cantidad de volumen del fluido caloportador (desde los captadores hasta el

intercambiador);

1. Nuestro captador tiene 1.6l · 10 capatadores = 16l = V1

2. Ahora el volumen desde los captadores hasta el intercambiador. Tenemos en

cuenta que es un chalet con dos plantas, cada una de 5m (suposición

personal) mas 3m hasta el sotano; hay que tener encuenta que es un ida

vuelta nuestra ecuación del volumen 2:

(r2) · Π · (5m · 2 + 3m) · 2 = V2

Nos olvidamos del diamtreo que obtenemos a partir del caudal de cada tramo del

circuito, de la velocidad (esta limitada entre 1.5m/s y 0.5m/s; tomaremos v = 0.5m/s); utillizamos la ecuacion siguiente, despejando D (mm):

Donde Qcaptores es el caudal recomendado (low-flow) 25l/hm2 x 13.2m2 (de los 10

captores):

23Intercambiador: Libro guia master pag. 203.


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Dtuberias = 15mm : r = 0.0075m

Ahora si podemos tener: V2 = 4.5 l

3. El volumen del intercambiador, es dado por el fabricante del acumulador, (ver

figura 11); V3 = 18,8l

Figura 11: Información tecnica, intercambiador acumulador (SONNENKRAFT).24

Vcircuito = V1 + V2 + V3 =

Vcircuito_1 = 16 + 4.5 + 18,8 = 39.3l

Pf : la presion absoluta final del vaso de expansion (bar o kg/cm2); podemos utilizar el

valor de válvula de seguridad que es entre 10bar y 6bar; tomamos Pf = 7bar.

Pi : la presion absoluta inicial, tomamos como el valor minimo Pi = 1.5bar (todo depende

del lugar donde establezcamos el vaso).

Ya tenemos todos los valores para Vvaso:

Vvaso_Circuito_1 > 4.45l



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Figura 12: Vaso de expansion, circuito primario (Ibaiondo)

11. CALCULO DEL VASO DE EXPANSION DEL CIRCUITO SECUNDARIO

Podemos obtener nuestro segundo vaso de expansion con la misma ecuacion que el

primero. Utilizamos como volumen total del deposito mas el 10% por seguridad;

Vacumulador = 1000l + 10% = 1100l, para k consideramos el valor para agua caliente a

una maxima temperatura 100°C; como presiones consideramos las mismas del primer

vaso:

Vvaso_Circuito_2 > 51.6l

Figura 13: Vaso de expansion, circuito secundario (Ibaiondo)

12. CALCULO SUPERFICIE INTERCAMBIADOR “Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relacion entre la superficie util de intercambio y la superficie total de captación no sera inferior a 0.15”25. En la figura

siguiente podemos ver que nuestro intercambiador tiene una Sinter = 3m2 (ver figura 11):

25Vaso de expansion: Libro guia master pag. 142.


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El CTE DB HE4, exige que:

Sinter ≥ 0.15 · Sc_total

Sc_total = 10 · 1.32m2 = 13.2m2

2.3m2 ≥ 1.98m2

13. CALCULO DEL BOMBA DEL CIRCUITO PRIMARIO El CTE indica que la Bomba se instalara en el lugar mas frio del circuito, siendo la tubería

de retorno el mejro lugar.

Para calcular la escogencia de una bomba, necesitamos conocer la altura de bombeo

frente al caudal, las perdidas de carga del circuito (rectas y codos), HT:

HT = Pdctuberias + Pdcintercambiadores + Pdccaptadores

Pdcintercambiadores : no tenemos estos valores en la ficha termica; tomaremos un valor

comun de otro intercambiador, y tendremos encuante el intercambiador de disipación

estival; Pdcintercambiadores = 4m.c.a.

Pdccaptadores: para los captadores sucede los mismo; y tomamos un valor de Pdccaptadores

= 0.04m.c.a.

Pdctuberias: la ecuación es:

Donde según el pliego de condiciones tecnicas de instalaciones de baja temperatura del IDAE. Anexo VII. 6 Tuberias: "El diametro de las tuberias se seleccionara de forma que la velocidad de circulacion del fluido sea inferior a 2 m/s cuando la tuberia discurra por locales habitados y a 3 m/s cuando el trazado sea exterior o por locales no habitados. El


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dimensionado de las tuberias se realizara de forma que la perdida de carga unitaria en tuberias nunca sea superior a 40 mm de columna de agua por metro lineal.".26.

Utilizamos los valores de Q = 330(l/h) et Dtuberias = 15mm; para calcular en la grafiaca

de perdidas:

Figura 14: Abaco perdidas de carga (libro guia del master).

Para nuestro proyecto tomamos Pdcunit = 40 (mm.c.a./m), multiplicado por un valor de

40m, que seria la cantidad aproximada de la tubería a utilizar, Pdctuberías = 1.6m.c.a.

HT = 1.6 + 4 + 0.04 = 5.64m.ca Qnecesario = Q = 330m3/h

Hmaxi = 20m

Ahora vamos a la pagina de Grundfos para seleccionar una bomba; la cual nos resulta la

UPS Solar 25-120 180:

26Perdidas tuberias: http://www.solarweb.net/forosolar/solar-termica/3623-calculo-diametro-tuberias-perdida-rozamiento-2.html . Consultado 27.05.2011


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Figura 15: bomba a seleccionar (Grundfos).


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14. CALCULO POTENCIA DE DISIPACION Como vimos en la grafica 3, hay un excedente producto de la radiación incidente y la

demanda durante los mes de junio, julio y agosto.

Este excedente lo podemos utilizar para la piscina exterior. Esta potencia de disipación

estival ; la máxima potencia que pueden dar nuestros captadores es Gmax =1000 W/m2.

Para este cálculo utilizamos la ecuación:

Pdisipacion_estival = Gmax · Sc_total = 1000 W/m2 · 13.2m2

Pdisipacion_estival = 13’200 W


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15. CONCLUSIONES

Al final de este trabajo vemos que hay que cambiar el angulo de inclinación optimo, por el

de 55°, que nos aporta una mejor utilización durante los prediodos de frio; como

podemos ver en la grafiaca:

Los cambio no se hicieron porque, solo se vieron al final.


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16. REFERENCIAS

Principal referencia :

- El libro guia del master

Vínculos :

- Catalogo: http://www.bartl.es/products/ssap.php . Consultado 10.05.2011

instalacion de un sistema solar termico

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