Diseño de una instalación solar en un hotel para la producción de ACS

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales. Diseño de una instalación solar en un hotel para la producción de ACS. Autor: Genaro Juan Gil Maínez Tutor: José Julio Guerra Macho Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 2 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 3 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Diseño de una instalación solar en un hotel para la producción de ACS. Autor: Genaro Juan Gil Maínez Tutor: José Julio Guerra Macho Catedrático de Universidad Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 4 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 5 Trabajo de Fin de Grado: Diseño de una instalación solar en un hotel para la producción de ACS. Autor: Genaro Juan Gil Maínez Tutor: José Julio Guerra Macho El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2018 El Secretario del Tribunal Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 6 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 7 Agradecimientos A mi familia, A mis amigos. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 8 Resumen Este proyecto realiza el estudio y diseño de una instalación solar de agua caliente sanitaria (ACS) en un hotel rural situado en Arcos de la fra. (Cádiz). En dicho proyecto se une la idea de la importancia de una energía renovable como la energía solar, así como el cumplimiento de la normativa para aporte solar mínimo en instalaciones de ACS. Se explicará cómo se dimensionará la instalación y se seleccionarán los equipos necesarios para llevar a cabo el proyecto. Abstract This project carries out the study and design of a solar hot water system (ACS) in a rural hotel located in Arcos de la fra. (Cádiz). In this project, the idea of the importance of a renewable energy such as solar energy, as well as compliance with the regulations for minimum solar input in ACS facilities, is added. It will explain how the installation will be sized and the necessary equipment will be selected to carry out the project. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 9 Índice Agradecimientos 7 Resumen 8 Abstract 8 Índice 9 Índice de Tablas 11 Índice de Figuras 13 1 MEMORIA DESCRIPTIVA 15 1.1. Objeto del proyecto 16 1.2. Energía Solar. Aspectos fundamentales. 16 1.3. Energía Solar en España 17 1.3.1. Informe de mercado. 18 1.4. Metodología de cálculo 18 1.5. Descripción del edificio 23 1.6. Descripción de la instalación 24 1.7. Situación de equipos 24 1.8. Principio de funcionamiento de la instalación 24 1.9. Elementos de la instalación 26 1.10. Características de los equipos. 29 1.1.1. Captadores solares 29 1.1.2. Interacumulador solar. 30 1.11. Bibliografía 31 2. MEMORIA DE CÁLCULO 33 2.1. Datos de partida 34 2.1.1. Datos geográficos 34 2.1.2. Datos climatológicos 34 2.2. Cálculo de la demanda 35 2.2.1. Cáculo del consumo de agua. 35 2.2.2. Cálculo de la demanda energética 36 2.3. Cálculo del volumen de acumulación y de la superficie de captación 37 2.4. Cálculo de red de tuberías en el circuito primario 45 2.5. Dimensionado de la bomba del circuito primario. 50 2.6. Dimensionado del vaso de expansion del circuito primario 50 2.7. Cálculo del equipo auxiliar 53 2.8. Cáculo de espesores de aislamiento. 57 2.9. Accesorios 57 3. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS Y ADMINISTRATIVAS. 59 3.1. Objetivo 60 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 16 1.1. Objeto del proyecto El objetivo de este proyecto es realizar una instalación de Energía Solar Térmica para el calentamiento de ACS en el Hotel Rural Cortijo Barranco, situado en Arcos de la fra. (Cádiz). Se calculará la demanda de ACS necesaria y se calcularán los parámetros necesarios para determinar la demanda cubierta que se puede garantizar con la instalación diseñada de acuerdo al Código Técnico. 1.2. Energía Solar. Aspectos fundamentales. La energía solar es la energía contenida en la radiación solar que es transformada en forma térmica. La energía proveniente del sol es tan abundante que se considera inagotable. Cabe decir que el sol lleva 5 millones de años emitiendo radiación solar y se calcula que aún no ha llegado ni a la mitad de su existencia. Para dar algún orden de magnitud es conveniente saber que la cantidad de energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor aproximadamente que la que se consume al día en todo el planeta. La fracción recibida se distribuye de una forma más o menos uniforme sobre toda la superficie terrestre, lo que dificulta su aprovechamiento. También se puede destacar que otras energías renovables están estrechamente ligadas a la energía solar aunque sea de manera indirecta. Por ejemplo, la energía eólica es la energía obtenida del viento, pero el viento se genera entre otras cosas al calentar el aire de la superficie terrestre, lo que provoca corrientes, el aire caliente sube y su lugar es ocupado por otra masa de aire que estaba a su alrededor. En el caso de la energía hidráulica, se aprovecha la energía potencial del agua al caer de un sitio elevado para accionar unas turbinas. Hay que saber que esa agua proviene de ríos y pantanos que se abastecen del agua de lluvia de las nubes y que dichas nubes se crean gracias a la previa evaporación del agua de estos ríos y pantanos por acción del sol. Incluso en energías no renovables como el carbón y el petróleo, la energía solar tiene cierta influencia ya que los combustibles fósiles son el resultado de un largo proceso de transformación de millones de años de plantas y compuestos orgánicos. Estas plantas y organismos, en su día fueron alimentados por el sol. Es muy importante saber diferenciar entre la energía solar de baja temperatura, la fotovoltaica y la termosolar, ya que aunque son todas renovables, producen energía de forma diferente. Así, mientras la energía solar de baja temperatura emplea el calor del sol, la fotovoltaica transforma la radiación solar en energía mediante la corriente eléctrica, empleando para ello materiales semiconductores. La energía fotovoltaica puede emplearse de forma aislada con baterías para el autoconsumo, allá donde no llega la red eléctrica o bien conectada a la red, con el objetivo de reducir la factura que recibimos de las compañías eléctricas, es decir, también se puede verter energía a la red. En cuanto a la termosolar cabe decir que está compuesta de sistemas que hacen uso de la energía solar al concentrar la irradiancia del haz solar y convirtiéndolo en energía térmica. Existen múltiples sistemas de concentración como pueden ser canal parabólico, disco parabólico, centrales de torre, etc. La energía solar de baja temperatura consiste en aprovechar una fuente inagotable de energía como es la solar mediante el uso de paneles solares térmicos. Estos paneles se encargan de captar la energía solar y calentar el agua que podremos emplear tanto para ACS, como será el caso que se estudiará en este proyecto, como para el apoyo a la calefacción mediante el suelo radiante, climatización de piscinas o incluso para el calentamiento industrial de fluidos. Aunque a lo largo del proyecto se profundizará más en este asunto, a modo introductorio y sin entrar en mucho detalle se puede decir que para poder generar energía, una instalación solar de baja temperatura debe estar formada por los siguientes sistemas: 1) Sistema de captación de radiación solar: está formado por los paneles solares, los cuales se encargan de absorber el calor del sol y transformarlo en energía térmica aumentando la temperatura de fluido que circula por la instalación. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 17 2) Sistema de acumulación de energía solar: su misión es la de almacenar la energía calorífica en un depósito para su posterior utilización. 3) Sistema de distribución de energía solar térmica: está formado por tuberías, válvulas, bombas etc. que permiten trasladar el agua caliente hacia otras zonas más frías que queramos calentar. 4) Sistemas convencionales de apoyo energético: éstos se emplean como apoyo en los momentos en los que no hay radiación solar o se ha producido un consumo de la energía superior al previsto. Existen grandes ventajas, tanto económicas como medioambientales a la hora de utilizar este tipo de energía: – Se trata de una energía independiente que procede de una fuente inagotable y gratuita, el Sol. – Es un sistema con alto rendimiento para la producción de ACS (agua caliente sanitaria), cubriendo hasta el 80% de las necesidades, según zonas de España. – Su uso reduce las emisiones de efecto invernadero. – La inversión inicial que supone la instalación se amortiza a medio plazo, ya que no hemos de pagar combustible para obtener energía. Las Agencias Autonómicas de Energía dan subvenciones a fondo perdido del 30 al 50% de la inversión, lo cual permite amortizar la inversión en 5 años. La vida media de estos equipos es cercana a los 20 años. – Los sistemas que utilizamos actualmente para captar la energía solar no necesitan un mantenimiento excesivo. Es suficiente con una revisión anual. 1.3. Energía Solar en España La situación del mercado energético en España es similar a la de otros países europeos. El modelo energético está en fase de transición. El país tiene óptimos recursos energéticos renovables y un nivel tecnológico excelente en energías renovables y específicamente en energía solar fotovoltaica. España fue el país con mayor potencia fotovoltaica instalada en el mundo en 2008, debido a la combinación de esos factores con una legislación que habría necesitado un ajuste muy preciso para ser mucho más beneficiosa. Después de esto, diferentes factores causaron el colapso del sector fotovoltaico español, forzando a las empresas del mismo a concentrar su actividad en el mercado internacional. A pesar de esta situación transitoria, la energía solar, y en especial la fotovoltaica representa a medio y largo plazo una impresionante oportunidad de negocio en España. España goza de unas condiciones climatológicas ideales para el desarrollo de energías renovables, en especial, y sobretodo en el Sur del país, se dan unas condiciones excelentes para el aprovechamiento de la energía solar. Es por ese motivo, y debido a la gran demanda de energía en un país en continuo desarrollo como es España que la energía solar se ha ido consolidando como una de las principales fuentes de energía renovables en el país en todas sus formas. En lo que a energía solar térmica se refiere, España es claro referente en Europa seguido de países como Alemania como se puede observar en la Tabla 1. La razón de esto radica en lo comentado anteriormente y es que el clima de España es ideal para la energía solar térmica. Sin embargo en segundo lugar del ranking encontramos a un país que para nada posee este unas condiciones climatológicas tan propicias como las españolas pero lo que sí posee es una gran cultura por el desarrollo de nuevas tecnologías y un pensamiento futurista entre sus ciudadanos por lo que a pesar de lo ya comentado de que su clima no es el ideal se sitúa sorprendentemente en esta segunda posición. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 18 Tabla 1:Producción de Energía Solar en Europa 1.3.1. Informe de mercado. En un estudio realizado por la Asociación Solar de la Industria Térmica (ASIT) se asegura que en 2017 han sido instalados en España un total de 201.505 m2 de captación y 141 MWth. Esto supone una variación negativa del 5% con respecto al año 2016. La potencia total instalada asciende a 2,87 GWth lo que supone una superficie de captación instalada mayor de los 4 millones de metros cuadrados. Sin embargo numerosos expertos de dicha asociación son optimistas de cara al futuro son optimistas asegurando que se cumplirán los objetivos marcados para 2020 los cuales llevarián a España a tener una cifra máxima de 5 millones de metros cuadrados instalados y en operación. Aseguran ue se tiene un sector capaz, en el que prima el compromiso y la ilusión. Abogan por una administración responsable que tenga una cultura europeísta para así poder alcanzar dichos objetivos que han sido consensuados con la UE. 1.4. Metodología de cálculo El objetivo sea cual sea el método es calcular la superficie de captación, el volumen de acumulación y el porcentaje de demanda cubierta de la instalación.Cabe destacar que el comportamiento del sistema depende del tiempo y existe más de una solución. Los métodos de diseño pueden estar basados en simulaciones horarias (TRNSYS) o estar basados en correlaciones entre números adimensionales que permiten trabajar en una base de tiempo mensual (un día representativo de cada mes). Entre los métodos basados en correlaciones se encuentran el método F-Chart y el método CHEQ4.El método F-Chart necesitar disponer de ciertos datos climatológicos de la región que se construirá la instalación en cuestión.Tomando como referencia el método F-Chart, en este proyecto se ha utilizado la herramienta informática CHEQ4. Dicha herramienta contiene los datos climatológicos de España además de estar adaptada a la legislación actual. Esta herramienta es muy fácil e intuitiva de usar. Es necesario proporcionarle al programa una serie de datos que el mismo programa los va solicitando con distintas pestañas dentro de la pantalla principal. Estos datos son los siguientes: - Localización Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 19 En este apartado simplemente se debe introducir la localidad donde se va a realizar la instalación y el propio programa calcula la altura de la localidad para hacer sus cálculos internos. Lo explicado anteriormente se ve reflejado en la figura 1. Figura 1: Localización en la herramienta CHEQ4 - Configuración En este apartado nos encontramos con dos ramas de configuraciones según el consumo de nuestra instalación sea único o múltiple. Estos son parámetros que el diseñador debe elegir en función de sus conocimientos.En este proyecto, ya que la instalación es para un hotel se ha elegido consumo único y una instalación con intercambiador independiente. No obstante en la memoria de cálculo del proyecto se explicarán distintas alternativas estudiadas en el proyecto. Se muestra lo explicado anteriormente en la figura 2. - Demanda Al ser consumo único se debe introducir a qué tipo de edificio va destinada la instalación, ademas del número de usuarios que demandarán ACS en ese edificio.En este caso también se debe especificar tato la demanda ocupacional por meses así como si hay algún consumo extra de ACS. En caso de que hubiera sido consume múltiple por ejemplo para viviendas, se seleccionarían el número de viviendas con los ocupantes de cada una de ellas.Este caso no ha sido objeto de estudio en el proyecto.En la figura 3 se muestra lo expuesto anteriormente. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 20 Figura 2: Configuración en la herramienta CHEQ4 Figura 3: Demanda en la herramienta CHEQ4 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 21 - Solar/Apoyo En el presente punto se deben detallar una serie de parámetros tanto del circuito primario como del secundario, así como la empresa y modelo del captador. Para finalizar también se debe especificar las características del sistema de apoyo que en el caso de este proyectos es un termo eléctrico.Todo lo explicado anteriormente se puede ver con más claridad en la figura 4. Figura 4: Solar/Apoyo en la herramienta CHEQ4 - Otros parámetros En esta sección se debe aportar al programa los datos referentes al volumen de acumulación así como de la distribución tal y como se puede observar en la figura 5. - Resultados En este apartado el programa expone una tabla de resultados y un gráfico. En dicha tabla se muestran los valores anuales tales como:  Demanda neta: Demanda energética en un año teniendo en cuenta pérdidas de acumulación y distribución.  Demanda bruta: Demanda energética en un año sin tener en cuenta pérdidas de acumulación y distribución.  Además de la fracción solar, la aportación solar al sistema, el consumo de energía primaria auxiliar y la reducción de las emisiones de dióxido de carbono. La gráfica establece la evolución de los anteriores valores según los meses del año.Se puede ver con más detalle en la figura 6. El programa generar automáticamente un certificado que da información al diseñador sobre si la instalación solar térmica cumple o no los requisitos exigidos del Código Técnico, además de dar información de todos los parámetros y de los resultados obtenidos. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 22 Figura 5: Otros parámetros en la herramienta CHEQ4 Figura 6: Resultados en la herramienta CHEQ4 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 23 1.5. Descripción del edificio El edificio es el Hotel Rural Cortijo Barranco situado en Arcos de la fra. (Cádiz). Concretamente en la carretera Arcos- El Bosque (A-372 km 5.7) Es una construcción del siglo XVII remodelada y que sirvió de vivienda familiar durante muchos años y que recientemente hace alrededor de veinte años fue convertida en hotel rural. Tiene una capacidad para cuarenta personas dsitribuidas en habitaciones y pequeños apartamentos en las dos alas de las que consta el hotel. El hotel está situado en plena sierra gaditana, contando con un clima mediterráno con muchas horas de sol y una temperatura media de 20 ºC, características que hacen que el lugar sea ideal para el aprovechamiento de la energía solar. Las cuatro esquinas del hotel que encierran un precioso y enorme patio interior marcan los puntos cardinales con asombrosa exactitud. En el proyecto se situaran los captadores en el tejado sur-este. A continuación observamos varias imágenes que permiten conocer el edificio con más detalle. Figura 7: Vista aérea del Hotel Rural Cortijo Barranco Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 24 Figura 8: Situación geográfica del Hotel Rural Cortijo Barranco 1.6. Descripción de la instalación La instalación para la producción de ACS estará destinada al abstecimiento de ACS a todas las habitaciones del hotel, y de tres apartamentos situados dentro del propio hotel. En la memoria de cálculo se detallarán datos fundamentales para el desarrollo del proyecto como el número de captadores, en serie o paralelo, capacidad del depósito, demanda cubierta, etc. En lo que se refiere a la instalación convencional se contará con una caldera de gas natural situada en la sala de máquinas a la que llegará tanto agua de red como agua del depósito de acumulación y se deberá poner el agua a la temperatura deseada para enviarla a un depósito de acumulación auxiliar el para que posteriormente se disponga de ella. Se va a hacer una renovación del sistema convencional del hotel debido a que es antiguo y el descrito anteriormente presenta mayores ventajas en cuanto a consumo, control y regulación. 1.7. Situación de equipos Como se ha comentado brevemente en el apartado de descripción del edificio, los captadores solares se situarán en el tejado orientado al sur-este 45º con una inclinación de 30º. La sala de máquinas estará situada en la parte de abajo en una nave agrícola en la que podemos contar con suficiente espacio para todos los equipos de la instalación. 1.8. Principio de funcionamiento de la instalación El funcionamiento de una instalación solar térmica es muy sencillo. Se necesita captar radiación solar y transformarla en energía solar térmica cediéndola al fluido caloportador además de almacenar dicha energía debido al más que probable desfase que puede haber entre la producción y la disposición de dicha energía.La energía se puede almacenar en el mismo fluido caloportador de los captadores o transferirla a otro para disponer de ella posteriormente en las zonas de consumo. La instalación debe contar con un sistema de apoyo, es decir, un sistema convencional que complemente la producción de energía solar térmica. Dicho sistema puede ser muy variado: Termos eléctricos, calderas eléctricas, gas natural… A continuación se exponen los diferentes sistemas de los que está compuesto una instalación de energía solar térmica. - Sistema de captación: Está formado básicamente por el captador solar y el fluido caloportador. Su función es captar la radiación solar y transformarla en energía térmica además de transferirla al fluido caloportador. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 25 - Sistema de intercambio: En este sistema se transfiere la energía contenida en el fluido caloportador anterior al otro fluido, suele ser agua, ya que será usada después como ACS. Este sistema tiene una particularidad y es que puede situarse tanto dentro como fuera del sistema de acumulación. - Sistema de acumulación: Su propio nombre indica su función. Suele constar de un gran depósito donde se almacena el agua para su posterior consumo. Este depósito debe estar muy bien aislado ya que el agua debe perder la mínima temperatura posible. - Sistema auxiliar: Es el sistema de apoyo. Consta de una caldera convencional o termo eléctrico normalmente y es el encargado de producir el extra de energía necesaria cuando la instalación solar es insuficiente para cubrir toda la demanda que hace falta. - Sistema hidráulico: Consta de las bombas que necesite el circuito y se encarga de que el fluido llegue a todos los puntos de la instalación. - Sistema de regulación y control: Se encarga de mantener el correcto funcionamiento de la instalación adecuando los tiempos de funcionamiento de cada equipo y coordinando cada una de sus funciones. Figura 9: Subsistemas de la instalación solar Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 32  AENOR, Norma UNE 94003/2007, Datos climáticos para el dimensionado de instalaciones solares térmicas, 2007.  AENOR, Norma UNE 100155/2004, Climatización y diseño de sistemas de expansión, 2004.  Asociación Solar de la Industria Térmica (ASIT), Guia ASIT Energía Solar, 2010.  Oficina de estadística de la union europea (Eurostat), Departamento de energía, Base de datos, 2018. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 33 2. MEMORIA DE CÁLCULO Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 34 2.1. Datos de partida 2.1.1. Datos geográficos El edificio en cuestión, como se ha comentado con ateriorirdad, es el Hotel Rural Cortijo Barranco situado en Arcos de la Fra. (Cádiz).Concretamente en la carretera A-372 que va de Arcos-El Bosque km 5.6. Algunos datos geográficos relevantes son los que se muestran a continuación: - Altitud: 139 m - Latitud: 36º 45 - Zona climática: V 2.1.2. Datos climatológicos Acorde con la norma 94003/2007 “Datos climáticos para el dimensionado de instalaciones solares térmicas”, el edificio en cuestión se sitúa en la zona climática V. Con la ayuda del software CHEQ4, se ha elaborado la siguiente tabla con los datos de radiación, temperatura del agua de red y temperatura ambiente para la localidad de Arcos de la Frontera. Los datos están ordenados en función de los meses del año. Los datos de la tabla serán los que el propio software utilizará para realizar los cálcilos oportunos. Arcos de la Frontera Radiación (𝑀𝐽/𝑚2) Tª Red (ºC) Tª Amb. (ºC) Enero 10 11.1 11.4 Febrero 13.4 11.1 12.1 Marzo 18.1 12.1 13.3 Abril 22.9 13.1 14.8 Mayo 26.2 15.1 17.3 Junio 28.4 17.1 20.1 Julio 28.7 18.1 22.6 Agosto 25.6 19.1 23.1 Septiembre 20.9 18.1 22.1 Octubre 14.9 16.1 18.7 Noviembre 10.7 13.1 14.7 Diciembre 8.6 11.1 11.9 Promedio 19 14.6 16.8 Tabla 4: Datos climáticos de la localidad Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 35 2.2. Cálculo de la demanda Lo fundamental para conocer la demanda energética de ACS mensual y anual en MJ es conocer el consumo de agua del hotel en L/día. 2.2.1. Cáculo del consumo de agua. En la sección 4 del Código Técnico de la Edificación se puede encontrar la siguiente tabla : Demanda de referencia 60 º (UNE 94002, a 45 ºC) Tabla 5: Litros/día consumidos por persona según establecimiento En la tabla anterior se representan los litros por persona a la temperatura de referencia (60 ºC) en un día según el edificio en cuestión. El edificio del proyecto lo incluimos dentro de hotel** por lo que su consumo diario se estima en 34 L/día por persona. El hotel tiene una capacidad para 40 personas por lo que el consumo máximo diario será de 1360 L. En estas 40 personas de capacidad están incluidas la casa del guarda aunque no así la cocina y varios apartamentos alrededor del hotel independientes que tendrán su propio sistema de ACS y que no es objeto de estudio de este proyecto. En cuanto al edificio principal cabe destacar que existen dos zonas diferenciadas de consumo, de dos plantas cada una. El ala sureste del hotel donde hay un total de 11 habitaciones y el ala noroeste donde hay un total de 8 habitaciones. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 36 Por tanto y tal y como se ha dicho anteriormente podemos considerar que 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑇𝑂𝑇 =1360 𝐿 𝑑í𝑎 2.2.2. Cálculo de la demanda energética La demanda energética de ACS puede calcularse como sigue: 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑇𝑂𝑇 (L/día) 1360 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑘𝑔 𝐿) 1 𝐶𝑝 (𝑘𝐽/𝑘𝑔𝐾) 4.182 𝑇𝑎𝑐 (º𝐶) 60 Tabla 6: Datos para el cálculo de la demanda energética Mes Dia/mes 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑇𝑂𝑇(L) 𝑇𝑎𝑓(º𝐶) 𝐷𝐴𝐶𝑆(𝑀𝐽) Enero 31 42160 11.1 8621.71 Febrero 28 38080 11.1 7787.35 Marzo 31 42160 12.1 8445.40 Abril 30 40800 13.1 8002.34 Mayo 31 42160 15.1 7916.46 Junio 30 40800 17.1 7319.84 Julio 31 42160 18.1 7387.52 Agosto 31 42160 19.1 7211.21 Septiembre 30 40800 18.1 7149.21 Octubre 31 42160 16.1 7740.15 Noviembre 30 40800 13.1 8002.34 Diciembre 31 42160 11.1 8621.71 TOTAL 365 496400 14.6 94205.24 Tabla 7: Cálculo de la demanda de ACS 𝐷𝐴𝐶𝑆 =𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑇𝑂𝑇(𝑇𝑎𝑐) ∗ 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗𝐶𝑝∗(𝑇𝑎𝑐 −𝑇𝑎𝑓)∗𝛥𝑡 Donde: Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 37 𝐷𝐴𝐶𝑆: Demanda energética de ACS en (kJ/día) 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑇𝑂𝑇: Caudal total necesario de ACS (L/día) 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎: Densidad del agua (kg/L) 𝐶𝑝: Calor específico del agua (kJ/kg*K) 𝑇𝑎𝑐: Temperatura del agua caliente (ºC) 𝑇𝑎𝑓: Temperatura del agua fría (ºC) Tabla 8: Representación mensual de la demanda de ACS 2.3. Cálculo del volumen de acumulación y de la superficie de captación El objetivo de este apartado es especificar el número concreto de captadores de la instalación así como el volumen de acumulación que se utilizará. Para el volumen de acumulación se debe poner atención a dos aspectos fundamentales: El DB-HE4 del CTE en el apartado 2.2.5 expone que el sistema de acumulación solar se debe calcular teniendo en cuenta la energía que aporta diariamente, es por eso que se tiene que prever una acumulación de acuerdo con la demanda al no darse ésta al mismo tiempo que la generación. Es de obligado cumplimiento también la siguiente relación: 50<𝑉 𝐴<180 Siendo: V: Volumen del depósito de acumulación (L) A: Suma de áreas de todos los captadores (𝑚2) Consultando el catálogo del depósito de acumulación elegido anteriormente en el apartado 1.6.5.2 de la memoria descriptiva se observa que el elegido debe ser el modelo AKT1500S de 1500 L cumpliéndose así las exigencias del CTE. 0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00 6000.00 7000.00 8000.00 9000.00 10000.00 Demanda energética de ACS (MJ) Meses Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 38 De acuerdo a la ecuación anteriormente descrita e rango en el que se moverá el área total de los captadores será el siguiente: 8.33<𝐴<30 El modelo de captador que se ha elegido es el Cosmosolar, modelo EPI 20 que tienen área de captación de 1.303 𝑚2.Por tanto el rango de número de captadores a instalar será el siguiente: 6<𝑁º 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 <24 Todos los captadores serán colocados en paralelo ya que esto mejora el rendimiento como se explicará posteriormente. La orientación de los captadores recomendada es la orientación sur pero en el caso de este proyecto, el tejado donde irán situados los captadores tiene una desviación de 45º con respecto al sur en dirección sureste. Debido a integración arquitectónica y a otros factores se ha decidido asumir esa pérdida. En cuanto a la inclinación, el CTE especifica que la óptima depende del periodo de utilización siendo anualmente igual a la latitud geográfica, y en épocas de verano e invierno +10º y -10 º respectivamente. En el caso del proyecto la inclinación de los paneles viene determinada por la inclinación del tejado donde se van a colocar y ésta es 30º por lo que se considera un valor aceptable debido a que la latitud del lugar es de unos 36º. Otra especificación muy importante del CTE es la fracción de demanda cubierta por energía solar. Esta fracción es el tanto por ciento de la energía consumida en un año que proviene de los captadores solares. Se entiende que el resto de la energía consumida se ha producido con un equipo auxiliar. 𝑓 =𝑄𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Siendo: 𝑄𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟: Potencia anual procendente de los captadores solares. 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙: Potencia térmica total consumida anual. El CTE expone que para cada zona climática y en función de la demanda de ACS, hay un mínimo de fracción de demanda cubierta que es de obligado cumplimiento. En esta instalación ese porcentaje es un 60%. A continuación se muestran los datos de partida para posteriormente proceder a realizar algunos estudios sobre la variación de la demanda cubierta f. Estos datos son los que el software CHEQ4 necesita para realizar los cálculos oportunos los cuales el usuario debe facilitar. Localización Localidad Arcos de la Frontera (Cádiz) Altura 139 Configuración Sistema Consumo único Demanda Edificio Hotel ** Demanda ACS 1360 L/día Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 39 Circuito primario Captador seleccionado Cosmosolar, modelo EPI 20 Orientación captadores 45º Inclinación captadores 30º Pérdidas por sombras 0% Porcentaje anticongelante 10 Caudal 836 L/h Longitud circuito 80 m Diámetro de la tubería 15 mm Espesor del aislante de la tubería 40 mm Tipo de aislante Genérico Circuito de distribución Longitud del circuito 80 m Diámetro de la tubería 15 mm Espesor del aislante de la tubería 40 mm Tipo de aislante Genérico Temperatura de distribución 60 ºC Tabla 9: Datos generales de la instalación A continuación se realizarán varios estudios para determinar el número de captadores a instalar para satisfacer todo lo descrito anteriormente y si estos captadores se deben colocar en serie o en paralelo. En dichos estudios se ha intentado comparar distintos sistemas con o sin intercambiador incorporado dentro del depósito de acumulación para ver qué sistema resultaba más apropiado en cuanto a cumplir las especificaciones. Se barajan las siguientes alternativas de las cuales se han realizado estudios en detalle de sus parámetros fundamentales. 1) Para una instalación de consumo único con interacumulador. a) Demanda cubierta en función del número de captadores. En el siguiente gráfico se puede observar con claridad que el número de captadores que cumple un porcentaje de demanda cubierta del 60 % es 13 o más de 13 por lo que se debe elegir un número de captadores superior a 13. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 40 Tabla 10: Consumo único con interacumulador. Número de captadores vs %f cubierta. b) Demanda cubierta en función del número de captadores en serie. A continuación es necesario saber si la demanda cubierta aumenta o disminuye en función de que el tipo de conexión de los captadores sea en serie o en paralelo y como es claramente apreciable, a medida que aumenta el número de captadores en serie, el porcentaje de demnada cubierta disminuye. Es por eso que todos los captadores se colocarán en paralelo, es decir, el número de captadores en serie será 1. Se hace el estudio para diferentes números de captadores totales. En todos se saca la misma conclusión y es que se debe poner un solo captador en serie como se ha comentado anteriormente y se deben poner 13 captadores ya que un aumento del número de captadores no supone apenas variación en el porcentaje de demanda cubierta. Por tanto para un volumen específico de 70 𝐿 𝑚2 y este tipo de instalación de consumo único con intercambiador independiente el número de captadores será de 13, todos ellos en paralelo representando un porcentaje de demanda cubierta del 61%. Tabla 11: Consumo único con interacumulador, para 13 Captadores,Ns vs %f cubierta 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 012345678910111213141516171819202122232425 % f cubierta Número de captadores 0 20 40 60 80 100 01234567 % f cubierta Número de captadores en serie Nº Capt.=13 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 41 Tabla 12: Consumo único con interacumulador, para 14 Captadores,Ns vs %f cubierta Tabla 13: Consumo único con interacumulador, para 15 Captadores,Ns vs %f cubierta c) Demanda cubierta en función del volumen específico. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 % f cubierta Número de captadores en serie Nº Capt.=14 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 % f cubierta Número de captadores en serie Nº Capt.=15 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 48 TRAMO 5: 1 T en rama alineada TRAMO 6: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 7: 1 T en rama alineada TRAMO 8: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 9: 1 T en rama alineada TRAMO 10: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 11: 1 T en rama alineada TRAMO 12: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 13: 1 T en rama alineada TRAMO 14: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 15: 1 T en rama alineada TRAMO 16: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 17: 1 T en rama alineada TRAMO 18: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 19: 1 T en rama alineada TRAMO 20: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 21: 1 T en rama alineada TRAMO 22: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 23: 1 T en rama alineada TRAMO 24: 2 T en ramas derivadas y 2 vávulas de corte TRAMO 25: 1 T en rama alineada, 1 T en rama derivada y 1 codo TRAMO 26: 1 T en rama alineada TRAMO 27: 1 T en rama alineada TRAMO 28: 1 T en rama alineada TRAMO 29: 1 T en rama alineada TRAMO 30: 1 T en rama alineada TRAMO 31: 1 T en rama alineada TRAMO 32: 1 T en rama alineada TRAMO 33: 1 T en rama alineada TRAMO 34: 1 T en rama alineada TRAMO 35: 1 T en rama alineada TRAMO 36: 1 T en rama alineada TRAMO 37: 1 T en rama alineada, 4 codos y 1 curva La tabla que aporta la longitud equivalente de cada accesorio es la que se muestra a continuación: Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 49 Tabla 23: Pérdida de presión en accesorios según el diámetro y el tipo de accesorio 3) Pérdida de presión a su paso por los equipos: Se especifica que se pierde 31 KPa en los captadores solares y la pérdida de carga en el intercambiador será de 4,5 KPa. Por último se han analizado los distintos circuitos de la red de tuberías. No es necesario analizar todos ya que las pérdidas en los circuitos centrales serán iguales. Por tanto se han analizado las pérdidas de carga en el circuito primero , en el tercero y en el último. Los resultados son los esperados, es decir el circuito con mayor pérdida de carga será el circuito primero que pasa por los tramos 1, 2, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 y 37. La pérdida de carga máxima y por tanto de diseño de la bomba, será la de este circuito que es 61.45 KPa. A contiuación se muestran los resultados de todo lo comentado anteriormente: Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 50 Tabla 24: Datos exhaustivos de los diferentes tramos de las tuberías. 2.5. Dimensionado de la bomba del circuito primario. Como se ha comentado con anterioridad se debe elegir la bomba en función de cual sea el circuito de máxima pérdida de presión. Este es el circuito 1 y su pérdida de presión con todo lo comentado anteriormente es 61.45 kPa por lo que se debe elegir una bomba que supere este valor y que sea capaz de vehicular el caudal maximo para la instalación que es de 1219.6 L/h calculado anteriormente. La bomba seleccionada se ha elegido mediante la página web de Grundfos que ofrece al usuario la posibilidad de introducer las variables de su diseño y así obtener la bomba que más se ajusta a ellas.La bomba elegida es el modelo UPS 80-80F de Grundfos. Figura 17: Curvas características de la bomba del circuito primario. 2.6. Dimensionado del vaso de expansion del circuito primario En esta instalación se debe colocar un vaso de expansión con el objetivo de absorber las variaciones de volumen del fluido contenido en el circuito al variar la temperature, manteniendo la presión entre los límites que han sido establecidos y evitando pérdidas y reposiciones de agua. La normativa que rige este tipo de equipos es la norma UNE 100155: Diseño y cálculos de sistemas de expansión. También el RITE recomienda dicha norma en su instrucción LT 1.3.4.2.4. A continuacón se especifica cómo se calcula el volume del vaso de expansión: 𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 =𝑉𝑡𝑜𝑡 ∗𝐶𝑒∗𝐶𝑝 Siendo: - 𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜:𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 51 - 𝑉𝑡𝑜𝑡:𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎 𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 10% - 𝐶𝑒:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 - 𝐶𝑝:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 Se calculará el volumen del circuito primario como la suma de todo el volumen de todos los tramos, añadiendo el volume del serpentín del captador. La longitud de este serpentín no nos la proporciona el fabricant por lo que la suponemos como 2,5 m para cada captador situándose siempre con cierto margen de error al alza. El diámetro del serpentín sera de 0.375”. En cuánto al volume del serpentín del acuumulador en el catálogo se puede observer que es 118.11 L (4.65𝑚2∗0.0254𝑚∗1000 𝐿/𝑚3).Por tanto el volumen del circuito primario será: Calculo del volumen total del circuito primario Tramos Long(m) Q(l/h) D(") V(L) T1 16.61 1219.60 1.00 8.41 T2 3.25 93.82 0.38 0.23 T3 1.53 1125.78 1.00 0.78 T4 1.72 93.82 0.38 0.12 T5 1.53 1031.97 1.00 0.78 T6 1.72 93.82 0.38 0.12 T7 1.53 938.15 0.75 0.44 T8 1.72 93.82 0.38 0.12 T9 1.53 844.34 0.75 0.44 T10 1.72 93.82 0.38 0.12 T11 1.53 750.52 0.75 0.44 T12 1.72 93.82 0.38 0.12 T13 1.53 656.70 0.75 0.44 T14 1.72 93.82 0.38 0.12 T15 1.53 562.89 0.75 0.44 T16 1.72 93.82 0.38 0.12 T17 1.53 469.07 0.75 0.44 T18 1.72 93.82 0.38 0.12 T19 1.53 375.26 0.50 0.19 T20 1.72 93.82 0.38 0.12 T21 1.53 281.44 0.50 0.19 T22 1.72 93.82 0.38 0.12 T23 1.53 187.62 0.50 0.19 T24 1.72 93.82 0.38 0.12 T25 3.25 93.82 0.38 0.23 T26 1.53 187.62 0.50 0.19 T27 1.53 281.44 0.50 0.19 T28 1.53 375.26 0.50 0.19 T29 1.53 469.07 0.75 0.44 T30 1.53 562.89 0.75 0.44 T31 1.53 656.70 0.75 0.44 T32 1.53 750.52 0.75 0.44 T33 1.53 844.34 0.75 0.44 T34 1.53 938.15 0.75 0.44 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 52 T35 1.53 1031.97 1.00 0.78 T36 1.53 1125.78 1.00 0.78 T37 10.34 1219.60 1.00 5.24 Captadores 32.50 93.82 0.38 2.32 Serp.Acum 118.11 Total sin coef 145.39 Coef seguridad 1.10 Total 159.93 Tabla 25: Tramos de tuberías A continuación se calculará el coeficiente de expansión: 𝐶𝑒=(−1.75+0.064∗𝑇+0.0036∗𝑇2)∗0.001∗𝑓𝑐 Siendo: - T: Temperatura del tram donde está el vaso de expansión (60ºC) - 𝑓𝑐: factor corrector mezcla agua-glicol 𝑓𝑐=𝑎∗(1.83∗𝑇+32)𝑏 Donde: 𝑎 =−0.0134∗(𝐺2−143.8∗𝐺+1918.2)=7.4745 𝑏 =3.5∗10−4 ∗(𝐺2−94.57∗𝐺+500)=−0.347 𝐺 =20 (𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎) Se obtiene un coeficiente de expansión de: 𝐶𝑒=0.015∗1.345=0.0202 Para finalizar se debe calcular el coeficiente de presión: 𝐶𝑝=𝑃𝑀 𝑃𝑀−𝑃𝑚 Donde 𝑃𝑀 𝑦 𝑃𝑚 son la presión máxima ymínima respectivamente. La presión máxima corresponde a la máxima que admiten los equipos de la instalación que en este caso es de 10 bar como se puede observar en el catálogo de los captadores.La presión mínima es la presión estática existente entre el punto más elevado y el vaso de expansión que en este caso es de 0.343 bar (man).Se recomienda un coeficiente de seguridad de 0.5 bar por lo que la presión mínima será de 1.843 bar. Por tanto se obtiene un valor de: 𝐶𝑝=𝑃𝑀 𝑃𝑀−𝑃𝑚=1.23 Es asi que el vaso de expansión debe tener un volumen de : 𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 =𝑉𝑡𝑜𝑡 ∗𝐶𝑒∗𝐶𝑝=159.927*0.0202*1.23=3.97 L El vaso de expansión elegido pues, será de la marca Ibaiondo modelo CMR de 8 litros de capacidad. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 53 Figura 18: Parámetros del vaso de expansión 2.7. Cálculo del equipo auxiliar Como ya se ha comentado a lo largo de todo el proyecto, es necesario un sistema auxiliar de energía para complementar la contribución solar y proporcionar suficiente energía para cubrir la demanda prevista garantizando siempre el consumo óptimo del usuario aunque la radiación solar no sea mucha y la demanda supere a ésta. Cabe destacar que este sistema solo se pondrá en marcha en caso de ser necesario, es decir, siempre que el aporte solar no pueda cubrir por completo la demanda total. Cabe destacar que este sistema se diseñará como si no hubiera instalación solar. En el caso de este proyecto se utilizará como sistema auxiliar una caldera individual además de un interacumulador alimentado por gas natural. Además se ha instalado un termostato auxiliar que controla la temperatura además de adaptarse a la ley para el control de la legionella. - INTERACUMULADOR AUXILIAR: Se debe conocer el caudal simultáneo del hotel para saber cual debe ser el volume de éste. Dicho caudal será calculado mediante una expression que será comentada posteriormente y que depende del caudal total de ACS que consmirá el hotel. En la table 26, del CTE se puede observar el caudal instantáneo mínimo de los diferentes aparatos de consumo que serán instalados en el hotel. A partir de ésta, se calcula la suma de caudales mínimos que se dan instantáneamente (𝑄𝑡), por lo que solo haría falta obtener el coeficiente de simultaneidad para aplicándoselo para obtener el caudal que se busca. Estos coeficientes son los mostrados en la tabla 27 que han sido sacados de la norma UNE 149201:2017 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 54 Tabla 26: Caudal instantáneo mínimo de ACS en función del dispositivo utilizado. Bañeras Duchas Bidés Lavabos Fregadero doméstico Caudal ACS (L/s) 0.15 0.1 0.065 0.065 0.1 Habitaciones 14 6 20 20 1 SUBTOTAL 2.1 0.6 1.3 1.3 0.1 TOTAL 5.4 Tabla 27: Suma de todos los caudales simultáneos Tabla 28: Abastecimiento de agua. Dimensionado de instalaciones de agua para consumo humano dentro de los edificios Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 55 Siendo: - Qt: Caudal total instalado - Qc: Caudal que se busca, caudal simultáneo Se debe utilizar por tanto la expresión: 𝑄𝑐=0.698∗𝑄𝑡 0.5 −0.12=1.5 𝐿/𝑠 Por tanto el volumen de acumulación será dependiente del tiempo de utilización que se estima en media hora para estar sobradamente con margen sobrante, es decir del lado de la seguridad. 𝑉 =𝑄𝑐∗60 𝑠 𝑚𝑖𝑛∗30 𝑚𝑖𝑛=2700 𝐿 Con el mismo catálogo del interacumulador solar, se elige el modelo de interacumulador AKT3000S de 3000 L de capacidad. - CALDERA AUXILIAR: En primer lugar la potencia útil aportada por la caldera será: 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 =𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 ∗𝐶𝑝∗𝑇𝐴𝐶𝑆 −𝑇𝑎𝑓 𝑡𝑝𝑟𝑒𝑝 =3000𝐿∗ 4.19𝐾𝐽 𝑘𝑔∗º𝐶∗60−14.6 3600𝑠 =158.52 𝑘𝑊 Siendo: 𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟:𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜 𝑎𝑢𝑥𝑖𝑙𝑖𝑎𝑟 𝐶𝑝:𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑇𝐴𝐶𝑆:𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑇𝑎𝑓:𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟í𝑎 𝑡𝑝𝑟𝑒𝑝:𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐ó𝑛,𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑛𝑒 1 ℎ𝑜𝑟𝑎 Una vez hallada la potencia útil, se debe aplicar un coeficiente de seguridad debido a las posibles pérdidas térmicas en el transporte y en almacenamiento auxiliar del fluido. Para situar la instalación del lado de la seguridad sobradamente se aplicará un coeficiente de 1.3. Por tanto se necesita una caldera de una potencia de: 𝑃𝑇𝑂𝑇 =𝑃ú𝑡𝑖𝑙 ∗1.3=206.08 𝑘𝑊 La caldera elegida será de la marca ADISA con una potencia máxima de 241 Kw modelo ADI CD. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 56 Tabla 29: Especificaciones técnicas de la caldera. Las longitudes de la caldera son las siguientes: Tabla 30: Dimensiones de la caldera Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 57 Figura 19: Dimensiones de la caldera 2.8. Cáculo de espesores de aislamiento. En este apartado lo que se calcula es verdaderamente el espesor de las tuberías del circuito primario ya que los espesores de aislamiento de los demás equipos vienen especificados en las propias condiciones del equipo. Pues bien, para obtener dicho espesor, recurrimos a la tabla 31 extraída del CTE, en función de la temperatura del fluido que circule por la tubería y el diámetro de la misma. Se concluye pues, que el espesor de aislamiento para las tuberías del circuito primario debe ser 35 mm. Dicho aislamiento será del fabricante Armaflex modelo HT-32X044-SWH. Tabla 31: Temperatura del fluido en función del diámetro de aislamiento 2.9. Accesorios - ACCESORIOS DEL CIRCUITO PRIMARIO:  Válvulas de corte: A la entrada y salida de los diferentes equipos.  Válvulas de retención: A la salida de las bombas de circulación.  Válvulas de seguridad: Salida del campo de captadores y al lado del vaso de expansión.  Purgadores: puntos en los que exista la posibilidad de retener aire. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 64 - Válvulas de asiento: El material del cuerpo,de la tapa y del asiento será bronce, fundición de hierro o acero. El obturador será de acero inoxidable con un aro de teflón. Prensa-estopas del mismo material que cuerpo y tapa. - Purgadores automáticos de aire: Cuerpo y tapa: Fundición de hierro o de latón. Mecanismo: Acero inoxidable. Flotador y asiento: Acero inoxidable o plástico. Obturador: Goma sintética. 3.3.4. Aislamiento Los requisitos a cumplir en cuanto a aislamiento se recogen en la orma UNE 100171. Se debe tener en cuenta que el material aislante deberá soportar condiciones climatológicas extremas, y elegir el material siendo éste un factor clave para la decision. Se puede proteger el material aislante con ciertos tipos de pinturas especiales o otros materiales como la fibra de vidrio o la chapa de aluminio. 3.3.5. Bombas Al igual que en los captadores, para la correcta identificación de la bomba, se debe disponer en un lugar visible de la siguiente información:  Marca  Fabricante  Modelo  Características eléctricas En cuanto a los grupos de bombas se debe hacer referencia a las siguientes características en lo que a materiales respecta:  Eje de acero inoxidable AISI 316.  Rodete de fundición.  Tubo de estanqueidad en acero inoxidable.  Cuerpo en fundición o bronce. Se basarán en los planos para determiner si están partidos o no. Se deben de incluir todas las conexiones necesarias.  Juntas torcas de EPDM.  Cierres mecánicos: Se utiizarán en las bombas.  Cojinete a bolas de carbon.  El rótor debe ser húmedo o seco según se especifique en el proyecto.  Los materiales del circuito primario deben ser acordes con el fluido que circula por ellos.  Los materiales de la bomba deben ser resistentes a la corrosion y esto debe ser una condición indispensable para la elección de los mismos. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 65  El motor será de 2 o 4 polos, 2900 o 1450 rpm, 220 V/l o 220/380V/3, 50 Hz, IP.44, clase F.  Los acoplamientos serán flexibles de acero en los que se deberá tener en cuenta el mantenimiento del grupo.  Datos como el caudal, la altura manométrica, potencia del motor, número de velocidades, etc, se debe especificar en las especificaciones técnicas del proyecto. 3.3.6. Vasos de expansión. En primer lugar hay que decir que los vasos de expansión serán siempre cerrados. Al igual que las bombas y los captadores el vaso de expansión también debe llevar una placa para su identificación en un lugar claramente visible que debe contener las siguientes especificaciones:  Fabricante  Marca  Modelo Temperatura máxima recommendable en el circuito primario: 100ºC Se deben presurizar con nitrógeno puro para posibles fugas. Cuerpo exterior: Acero y debe ser accessible la membrana interior de expansión. Cuerpo interior: Aquí es donde se realiza el tratamiento antioxidante. En cuanto al depósito, estará dividido en dos cámaras herméticas. El nitrógeno se almacenará en en la cámara de expansión disponiendo de acometida para reponer el gas y un manómetro. Se debe incluir un manómetro, un termómetro, una válvula de alimentación asi como una purga de agua y seguridad en la acometida del agua. 3.3.7. Sistema eléctrico y de control. En primer lugar, en cuanto al sistema eléctrico, la instalación debe cumplir con la normativa vigente en este campo que es el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) además de sus Instrucciones Técnicas Complementarias. Es necesario tener un cuadro eléctrico específicamente para la instalación solar. Un controlador digital programable será el encargado del sistema de control. Se debe incorporar un modem para obtener los datos de la instalación en tiempo real, el cual se pueda gestionar desde una cierta distancia con facilidad. Se deben obtener y chequear datos como caudales, acumuladores, energía inyectada, temperaturas en captadores y número de horas de funcionamiento de las bombas. Las funciones de control de la instalación se resumen en lo siguiente:  Activación de la bomba de circulación dependiendo del diferencial de temperaturas entre la salida del campo de captadores y la parte baja del depósito.  La precision de las sondas debe ser elevada para marcar en todo momento el dato exacto en cuestión y la precision del sistema de control en general debe ser tal que las bombas no trabajen nunca con diferenciales de temperaturas menores de 2ºC ni que se paren con diferenciales por encima de 7ºC.  De igual forma, en el arranque el diferencial de temperaturas entre el punto de arranque y parada no debe ser menor de 2ºC.  Señales lumínicas de alimentación del sistema de bombeo también deben ser incluidas en el sistema de control de la instalación. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 66 3.3.8. Acumuladores Estos equipos deben especificar una serie de parámetros que se exponen a continuación:  Dimensiones  PMO (Presión Máxima de Trabajo)  TMO (Temperatura Máxima de Trabajo)  Volumen total  Situación y diámetro de las bocas  Situación y especificación de los puntos de apoyo (normalmente 4)  Materiales de cada elemento y características de su protección. La fabricación del depósito está regida por el Reglamento de Aparatos a Presión, donde se puede encontrar la Instrucción Técnica Complementaria MJE-AP11. Además debe ser probado con una presión del doble de la presión habitual de trabajo y debe estar homologado por el Ministerio de Industria y Energía. En la placa del acumulador y en un lugar claramente visible y legible deberá estar incluida la siguiente información:  Nombre del fabricante  Contraseña y fecha de registro  Número de fabricación  Volumen(L)  Presión Máxima de Operación La variedad de depósitos es muy extensa, es por eso que en esta instalación se podrán utilizar los siguientes depósitos: - Depósitos de acero con tratamiento epoxídico - Depósitos de cobre de cualquier tamaño - Depósitos de acero galvanizado en caliente de cualquier tamaño - Depósitos de acero inoxidable de cualquier tamaño - Acumuladores no metálicos que resistan las condiciones adversas a las que pueden verse sometidos además de cumplir con la normativa vigente. El intercambiador sumergido deberá ser de serpentín o de haz tubular. 3.3.9. Sistemas de medida Su función es dar información sobre el estado de los diferentes parámetros de la instalación para poder conocer las prestaciones energéticas de la misma. Se distinguen los siguientes equipos de medida:  Medida de la temperatura Existen multiples equipos para realizar la medida de la temperatura como pueden ser sondas, termopares, termómetros, etc. La diferencia de temperaturas en el fluido de trabajo se medirá de tal manera que la salida sea única Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 67 por lo que se debe recurrir a equipos como termopilas o termómetros de resistencia. Las sondas que se utilizarán serán de inmersión, para medir la temperatura del fluido. Si no es posible que sean de inmersión se deben poner a una distancia menor de 5 cm del fluido.  Medida de caudal En la instalación deberán existir contadores, para determiner el caudal de agua en cada momento.Dichos contandores contarán con los siguientes elementos: Cuerpo: Contendrá la cámara de medida y resistente a la fuerza de paso del agua. Elemento que tenga un movimiento proporcional al del caudal de agua. Mecanismo de relojería: Esto es simplemente para que se transmita el movimiento a la esfera magnéticamente. Los datos que debe aportar el fabricante en cuanto a los sistemas de regulación de caudal son los siguientes. -Calibre del contador -Indicación mínima de esfera -Dimensiones -Capacidad máxima de totalización -Temperatura máxima del fluido de trabajo -Tipos de caudales: -Máximo -Mínimo -De operación -De arranque -PMO (Presión máxima de trabajo) -Diámetro y tipo de conexión -Pérdida de carga correspondiente a cada caudal. Se considerará un buen medidor de caudal aquel que proporcione una medida con un error menor del 3%  Medida de la energía térmica Al igual que en el caso de los caudales, también existen contadores de enrgía térmica cuyos elementos son los que se citan a continuación: -Contador de caudal -Varias sondas de temperatura -Microprocesador electrónico 3.4. Condiciones de montaje Los fabricantes de cada uno de los equipos que se usen en la instalación deberán proporcionar unas condiciones de montaje según los materiales de los equipos o otros aspectos clave como pueden ser Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 68 las resistencias a las condiciones climatológicas. Por tanto, la instalación se deberá llevar a cabo cumpliendo estas condiciones para garantizar así el máximo period de vida de los equipos. 3.5. Provisión del material Los materiales deben ser de marcas que ofrezcan garantías en cuanto a cumplimiento de normativa y que ofrezcan productos y materiales homologados para su actividad. Una cuestión muy importante para el cuidado previo de los materiales es realizar un buen almacenamiento durante el montaje e instalación de los mismos, se deben proteger de lluvia, viento, animals,sol, etc.Especial cuidado se debe tener con los captadores ya que son el elemento más sensible de la instalación conteniendo materiales realmente frágiles como el vidrio. 3.6. Pruebas, puesta en marcha y recepción Se puede considerar como fin al proyecto de la instalación cuando se le entrega al promotor o al usuario para iniciar el uso de la misma. Antes de realizar la recepción siempre se debe haber realizado con anterioridad un conjunto de pruebas y ajustes previos especificados, además de la puesta en marcha de la instalación. Es competencia del instalador las siguientes tareas:  Ejecución de pruebas funcionales  Correcto funcionamiento de la instalación  Estado de la instalación hasta su entrega Sin embargo, es competecia del proyectista o del grupo de proyectistas especificar qué pruebas se han de realizar en la instalación previamente a su uso. Todo lo especificado anteriormente debe estar recogido en el document de Control de Ejecución. Cabe destacar que junto a cada prueba debe aparecer reflejada la fecha de realización de la misma, resultados obtenidos y comparación con los resultados que se esperaban. El funcionamiento de la instalación se podrá considerar como correcto si se cumplen los mínimos establecidos en las pruebas que se realizarán, las cuales se comentarán a continuación. 3.6.1. Pruebas parciales Antes de realizar todo tipo de pruebas se debe comprobar el buen estado de los materiales. Para todo tipo de pruebas todas las partes de la instalación deben estar visibles, por ejemplo, tramos de tuberías ocultos deben estar a la vista para comprobar que no haya fugas en ellos. Además se debe pasar una inspección general de la instalación donde se revisarán diámetros de tuberías, pendientes, aislamiento, etc. Las pruebas parciales se detallan a continuación: - Pruebas a equipos Todos los equipos, así como sus materiales deben haber pasado una serie de controles por el fabricante y tener Certificación de Origen Industrial para asegurar que se ajusta perfectamente a la normativa. También se debe realizar la recepción de los mismos cumpliendo las especificaciones del propio proyecto. - Pruebas de estanqueidad de redes hidráulicas Se deben hacer pruebas hidrostáticas a toda la red de circulación con objeto de asegurar su Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 69 estanqueidad, como se ha dicho anteriormente, deben estar visibles todos los tramos para realizar dichas pruebas. Las pruebas se realizarán segun la norma UNE-EN 14336:2005 dependiendo del fluido en cuestión. - Pruebas de libre dilatación Una vez realizadas las pruebas anteriores y los resultados hayan sido correctos, se anulan los aparatos de control para llevar la instalación hasta la temperatura de estancamiento. Cuando se enfría la instalación se debe comprobar que no hayan existido deformaciones y que el sistema de expansión ha hecho correctamente su labor. 3.6.2. Pruebas finales Estas pruebas son iguales que las anteriores pero tienen carácter definitivo y garantizarán la calidad, seguridad y fiabilidad del proyecto. La norma que regirá las pruebas finales es la norma UNE-EN 12599. Las pruebas finales se han de realizar un día soleado y en el que no haya demanda. 3.6.3. Ajustes y equilibrado Se deben prefijar unos márgenes de tolerancias en muchos valores de parámetros del proyecto. Este aspecto viene recogido en la norma UNE 100.010 (partes 1, 2 y 3), “Climatización. Pruebas de ajuste y equilibrado”, las cuales se deberán particular acorde a la instalación al que se quiera referir. En los sistemas de distribución de agua se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: - El anticongelante utilizado debe cumplir con la normativa así como con los requisitos del proyecto. - Se deberá conocer la curva característica de cada bomba para que se pueda ajustar al caudal de diseño. - Se debe conocer al menos caudal nominal y presión de cada circuito hidráulico. - Para comprobar el equilibrado específico de cada uno de los ramales se debe recurrir al procedimiento descrito en el proyecto. - Del intercambiador se han de conocer caudales de diseño, potencia y temperaturas. - En caso de tener más de un grupo de captadores se deberá recurrir al procedimiento descrito en el proyecto para comprobar que su equilibrado hidráulico es el deseado. En cuanto al control automático de la instalación cabe destacar que se ajustarán todas las variables del sistema a los valores de diseño previamente determinados y se procederá a chequear su correcto funcionamiento. 3.6.4. Recepción Se distinguen dos tipos de recepciones: - Recepción provisional: El objetivo de la recepción es simplemente chequear que la instalación cuenta con todos los servicios y que satisfice las necesidades descritas en el proyecto. Cuando se han realizado las pruebas y los resultados han sido satisfactorios se procede al acto de recepción provisional, que será ejecutado por la propiedad. Dicho acto debe quedar reflejado en un acta en la que aparecerá los intervinientes y la documentación requerida. La documentación deberá ser la siguiente: Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 70  Memoria descriptiva de la instalación  Planos definitivos: Sala de máquinas, Esquema de principio, Plantas del recorrido y situación de las unidades.  Conjunto de equipos utilizados así como los materiales que se han empleado, además de indicar fabricantes, modelos y características de funcionamiento.  Hojas de resultado de las pruebas realizadas.  Manual de instrucciones de todos los equipos de la instalación - Recepción definitiva Desde la redacción delacta provisiona, hay un periodo de prueba de la instalación para que el propietario verifique que todo funciona con normalidad y pasado un tiempo estipulado, el acta provisional pasa a ser Acta Definitiva y entra en vigor la garantía de la instalación. 3.7. Mantenimiento Se deben destacar tres operaciones en lo que a mantenimiento de la instalación se refiere:  Vigilancia  Mantenimiento preventivo  Mantenimiento correctivo 3.7.1. Vigilancia El objetivo no es más que asegurar que los valores con los que opera la instalación sean los adecuados. Se debe establecer un plan para imponer una frecuencia de cada cuánto tiempo realizar cada tarea, así como una relación de las mismas.A continuación se puede observar dicho plan. Tabla 32: Plan de vigilancia 3.7.2. Mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo debe incluir inspecciones visuales, operaciones para mantener los Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 71 parámetros fundamentales dentro de los límites permisibles y verificaciones de acciones sobre el sistema para asegurar la durabilidad de la instalación. Según el área de apertura de captación se puede obtener la frecuencia de revision en cuanto a mantenimiento preventivo.:  A<20 𝑚2……………..Revisión annual  A>20 𝑚2…………….Revisión semestral En la siguiente tabla se define mejor este plan de mantenimiento peventivo. Tabla 33: Plan de mantenimiento preventivo de los captadores Tabla 34: Plan de mantenimiento preventivo del depósito Tabla 35: Plan de mantenimiento preventivo de la red de tuberías Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 72 Tabla 36: Plan de mantenimiento preventivo del cuadro eléctrico Tabla 37: Plan de mantenimiento preventivo del sistema auxiliar 3.7.3. Mantenimiento correctivo Este aspecto no debe tener un plan como tal, ya que lo ideal sería no tener que hacer correcciones en el mantenimiento previsto. Estas acciones solo se ejecutarán en caso de fallo o para corregir situaciones anómalas percibidas en la instalación durante su funcionamiento. En caso de tener que recurrir a un mantenimiento corrective se debe llevar un control del mismo a través de un parte de mantenimiento correctivo. Dicho parte debe incluir:  Equipo o accesorio afectado  Causa del problema  Acción/es correctivas llevada a cabo.  Fecha y firma del técnico responsible Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 73 4. MEDICIONES Y PRESUPUESTO Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 80 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 81 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. PLANO : Situación geográfica 1 AUTOR: Genaro Juan Gil Julio 2018  Nº Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 82 Maínez 1 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. PLANO : Situación geográfica 2 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 83 AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 2 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. PLANO : Esquema de principio Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 84 AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 3 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 85 PLANO : Planta Baja AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 4 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 86 PLANO : Sala de Máquinas AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 5 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 87 PLANO : Plano de la cubierta AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 6 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 88 PLANO : Plano de la cubierta (Captadores) AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 7 Genaro Juan Gil Maínez Instalación de ACS en un hotel 89 PROYECTO: Instalación de ACS en un hotel rural. PLANO : Sección lateral noreste AUTOR: Genaro Juan Gil Maínez Julio 2018 Nº 8