Instalación de energía solar para calentamiento de agua en un palacio de congresos

José María González Navarro .Equation Chapter 1 Section 1 Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Instalación de energía solar para calentamiento de agua en un palacio de congresos Autor: José María González Navarro Tutor: José Julio Guerra Macho Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 ii iii iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Instalación de energía solar para calentamiento de agua en un palacio de congresos Autor: José María González Navarro Tutor: José Julio Guerra Macho Catedrático de Universidad Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iv v v Trabajo Fin de Grado: Instalación de energía solar para calentamiento de agua en un palacio de congresos Autor: José María González Navarro 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, 2019 vi El Secretario del Tribunal vii vii A mi familia A mis amigos y compañeros A mis profesores viii ix ix Agradecimientos El resultado de este trabajo no sería posible sin todas aquellas personas tan importantes que han transcurrido a lo largo de mis años de carrera, y en general de educación. En primer lugar, agradecerlo a mi familia. A mis padres y mis hermanas, por ayudarme en la decisión y apoyarme en todo momento sin reproches. Agradecer a todos mis amig@s de la universidad, por ser un equipo unido en busca de un objetivo, y a los de fuera, por valorar siempre mi esfuerzo. Por otro lado, agradecer a mi tutor Pepe, por guiarme y enseñarme, y por confiar en mi otorgándome la responsabilidad de resolver las adversidades por mi solo. A todas aquellas personas que a lo largo de estos años me han alentado. A todos, gracias. José María Sevilla, 2019 xvi ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1-1: Documentación técnica del captador solar 37 Tabla 1-2: Documentación técnica del interacumulador 38 Tabla 1-3: Documentación técnica bomba circulación 39 Tabla 1-4: Documentación técnica vasos de expansión 39 Tabla 1-5: Contribución solar mínima de ACS 40 Tabla 2-1: Datos geográficos del edificio 45 Tabla 2-2: Radiación sobre superficie hoizontal, temperatura de red y ambiente en Sevilla 46 Tabla 2-3: Comparativa radiación solar sobre superficie horizontal y superficie inclinada 47 Tabla 2-4: Demanda de ACS unitaria de referencia a 60ºC 48 Tabla 2-5: Parámetros constantes para el cálculo de demanda energética 49 Tabla 2-6: Demanda energética mensual 50 Tabla 2-7: Datos iniciales de diseño (Parte 1) 51 Tabla 2-8: Datos iniciales de diseño (Parte 2) 52 Tabla 2-9: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores todos en paralelo 53 Tabla 2-10: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores en conexión mixta (Parte 1) 55 Tabla 2-11: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores en conexión mixta (Parte 2) 56 Tabla 2-12: Registro histórico de temperaturas en Sevilla (1994-2018) 57 Tabla 2-13: Velocidad del fluido caloportador en función del caudal y diámetro 61 Tabla 2-14: Pérdida de carga del circuito primario en función de caudal y diámetro 61 Tabla 2-15: Información básica de elección por tramos 62 Tabla 2-16: Longitudes equivales de accesorios del circuito primario 63 Tabla 2-17: Pérdidas de carga por tramos en tuberías, accesorios, equipos y totales 65 Tabla 2-18: Pérdidas de carga totales por circuito 66 Tabla 2-19: Resumen de equilibrado de circuitos 67 Tabla 2-20: Volumen de fluido caloportador por tramos 69 Tabla 2-21: Espesores mín. asilam. tuberías que transportan fluidos calientes por interior de edificios. 72 Tabla 2-22: Espesores mín. asilam. tuberías que transportan fluidos calientes por exterior de edificios. 72 Tabla 2-23: Espesores de aislamiento en tuberías asignados por tramos 72 Tabla 2-24: Declinación y ángulo solar mensuales 77 Tabla 2-25: Índice de claridad medio 78 Tabla 2-26: Radiación solar directa y difusa 79 Tabla 3-1: Plan de vigilancia 95 Tabla 3-2: Plan de mantenimiento del sistema de captación 96 Tabla 3-3: Plan de mantenimiento del sistema de acumulación 96 Tabla 3-4: Plan de mantenimiento del sistema hidráulico 96 Tabla 3-5: Plan de mantenimiento del sistema de control 96 Tabla 3-6: Plan de mantenimiento del sistema auxiliar 96 xvii xvii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1: Diagrama de consumos de energías primarias en España (2016) 20 Figura 1-2: Horas de sol anuales en Europa 21 Figura 1-3:CHEQ4; Pestaña de Localización 23 Figura 1- 1-4: CHEQ4; Pestaña de Configuración 24 Figura 1-5: CHEQ4; Pestaña Demanda, consumo único 24 Figura 1-6: CHEQ4; Pestaña Demanda 25 Figura 1-7: CHEQ4; Pestaña Solar/Apoyo 25 Figura 1-8: CHEQ4; Pestaña Otros parámetros 26 Figura 1-9: CHEQ4; Pestaña Resultados 26 Figura 1-10:Vista aérea del Palacio de Congresos de Sevilla, Fibes 27 Figura 1-11: Vista 3D edificio Fibes II 28 Figura 1-12: Efecto invernadero en el interior de un captador solar 29 Figura 1-13: Esquema de sistemas de la instalación solar térmica 30 Figura 1-14: Partes de un captador solar plano 31 Figura 1-15: Interacumulador vertical 33 Figura 1-16: Caldera 33 Figura 1-17: Bomba de circulación 35 Figura 1-18: Esquema de principio de la instalación 36 Figura 1-19: Captador PROMASUN 2.6 (Partes y perfil con medidas) 37 Figura 1-20: Características generales del vaso de expansión 39 Figura 2-1: Zonas climáticas de España 45 Figura 2-2: Curvas comparativas de la radiación solar sobre superficie horizontal y superficie inclinada 47 Figura 2-3: Demanda energética mensual (MJ/mes) 50 Figura 2-4: Curva de variación de la fracción de demanda (f) con nº de captadores 53 Figura 2-5: Ratio volumen/acumulación frente a área de captación y fracción solar 54 Figura 2-6: Curva de variación de la fracción de demanda (f) frente al volumen de acumulación 54 Figura 2-7: Curva de variación de fracción de demanda (f) frente a Ns 55 Figura 2-8: Porcentaje de glicol función de la temperatura 58 Figura 2-9: Esquema del campo de captadores y conexiones 60 Figura 2-10: Curva caída de presión en paso por captador como función del caudal específico 64 Figura 2-11: Curva caída de presión en paso por interacumulador como función del caudal específico 64 Figura 2-12: Curva característica de la bomba de circulación 68 Figura 4-1: Distribución porcentual del presupuesto total por sistemas 102 José María González Navarro 1 MEMORIA DESCRIPTIVA José María González Navarro 20 1.1 Objeto del proyecto El siguiente proyecto tiene como objetivo el diseño de una instalación solar térmica de captadores solares para la producción de agua caliente sanitaria del Palacio de Congresos y Exposiciones de Sevilla, Fibes II. A partir de la demanda de agua caliente sanitaria necesaria, se obtendrá la fracción solar a cubrir por la instalación, que debe ajustarse a la normativa en vigor. Además, para el diseño físico de la instalación, ha de realizarse un análisis completo de los elementos que la componen, y una selección de cada uno de estos, para a continuación analizar económicamente el peso de estos elementos y calcular el presupuesto del proyecto completo. 1.2 Antecedentes 1.2.1 Contexto energético español La situación energética española está fuertemente marcada por la dependencia de la importación de energías primarias 1 . Esto se debe a que alrededor de un 86% de la energía consumida procede de energías primarias no renovables (tales como el petróleo y el gas natural en mayor medida, así como el carbón o la energía nuclear), y que, sin embargo, España apenas dispone de producción de tales energías. Por ende, aproximadamente un 86% de la energía consumida en España proviene de compras a otros países, lo que hace que sea un país muy dependiente energéticamente. El restante 14% proviene de energías primarias renovables. A continuación, en la Figura 1-1 se aprecia un gráfico de los consumos por tipos de energía primaria (año 2016). [1] Figura 1-1: Diagrama de consumos de energías primarias en España (2016) 1.2.2 Apuesta renovable Las energías renovables son aquellas cuya fuente primaria es virtualmente inagotable, bien por considerarse una cantidad inestimable de energía que contienen, o bien porque esta es capaz de regenerarse por medios naturales. Se distinguen como formas de estas energías las fuentes: eólica, solar, de biomasa o biogás, 1 Energía primaria: Es aquella energía disponible en la naturaleza, antes de ser convertida o transformada. José María González Navarro 21 hidráulica, geotérmica, de biocarburantes y mareomotriz. A la vista de la Figura 1-1, España tiene como objetivo aumentar el peso de las energías renovables, ya que estas tienen mayor posibilidad de desarrollo en el territorio. En este destacan las numerosas horas de sol, las rachas de viento en cantidad de zonas o el alto número de ríos y presas, entre otras fuentes primarias que favorecen la existencia de este tipo de energías. De este modo podría alcanzar mayor independencia energética. En España el sector de la edificación supone alrededor de un tercio de la energía consumida, encabezada por la climatización que abarca un 45% de esta fracción, y seguida inmediatamente por la producción de agua caliente sanitaria con un 30%. Esto corrobora la decisión tomada en este proyecto de diseñar una instalación basada en energías renovables, concretamente en la energía solar térmica a través de una instalación de captadores. Dicho tipo de energía supone una serie de ventajas desde el punto de vista económico, medioambiental y de la confortabilidad del usuario [2]: - Es una energía cuya fuente es gratuita y considerable como inagotable como es el Sol. - Es una energía limpia que por tanto reduce la emisión de gases productores de efecto invernadero. - Reduce la dependencia central de los precios de gas y electricidad. - Coste diferencial de la instalación amortizable a corto-medio plazo. Para la implantación de una instalación basada en energía solar es principalmente relevante las horas de sol de la zona en que se ubique, destacando positivamente la ubicación de España, y concretamente de Andalucía que ha dispuesto de entre 2500 y 3000 horas de sol en la última década (Véase Figura 1-2): [3] Figura 1-2: Horas de sol anuales en Europa José María González Navarro 22 1.3 Metodología de cálculo 1.3.1 Método f-chart Para el cálculo de la fracción solar cubierta por la instalación de captadores solares, o, en definitiva, por energía solar, es habitual el uso del método f-Chart. Éste es un método de diseño basado en correlaciones aceptado como exacto para estimaciones a largo plazo. Sin la intención de recalar mucho en la explicación del método, cabe mencionar que este se aplica habitualmente adaptándose a la siguiente secuencia: En primer lugar, se valora las cargas caloríficas requeridas para el calentamiento de agua caliente sanitaria (ACS), así como la radiación solar incidente sobre el campo de captadores en la situación geográfica que ocupe. Posteriormente se lleva a cabo el cálculo de las variables X e Y adimensionales y con estas se determina la fracción de demanda cubierta f. Para concluir, se valora esta demanda calculada para cada mes, y suele interesar y se calcula esta cobertura también anual. El método f-Chart tiene un rango de alcance en el que los cálculos se consideran veraces. Entre los requisitos se encuentra la necesidad de que sean sistemas de calefacción y producción de ACS donde la carga de ACS es menor que 20% que la de calefacción o la consideración de que es un sistema base de energía solar que no consta de intercambiador de calor en el circuito de captación. 1.3.2 Método CHEQ4 Sin embargo, para este proyecto se va a llevar a cabo una metodología de cálculo alternativa, que facilita el diseño de la instalación, pues, aunque se basa en el el mismo método f-chart, evita el manejo de los cálculos numéricos que este conlleva. Se trata del uso del software CHEQ4. Este software es una herramienta de gran comodidad, ya que aparte de ser altamente dinámica para el diseño, se adapta y se actualiza según la normativa vigente española, además de disponer de una amplia base de datos. El IDAE (Instituto para la diversificación y Ahorro de la Energía) en colaboración de ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica) llevaron a cabo la implementación del CHEQ4 como programa informático enfocado a que el sector de la energía solar térmica de baja temperatura dispusiese de mayores facilidades para aplicar, cumplir y evaluar la sección HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria. Ésta, forma parte de la exigencia básica HE de ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación (CTE). Una de las causas por las que el CHEQ4 es de gran utilidad es la documentación que aporta a la finalización del diseño, otorgando viabilidad o no a la instalación en función de los requerimientos comentados, y generando automáticamente un certificado en caso de viabilidad. La comodidad del software reside en que basta con rellenar una serie de pestañas y huecos que el programa muestra para ir dando forma a la instalación. Es por tanto un programa de manejo simple, si bien han de conocerse los datos necesarios a la mayor exactitud posible a cerca de cómo se pretende diseñar, para que el análisis y los resultados sean verídicos y válidos. A continuación, se hará una explicación detallada del funcionamiento del software CHEQ4, y los pasos y procedimientos a seguir para la obtención de los resultados comentados anteriormente. (Toda la ejemplificación se llevará a cabo con la versión 2.0.1 del programa y la actualización de la base de datos con fecha de 29/11/2017) Se mostrarán y explicarán seguidamente dichas pestañas ejemplificadas para el caso concreto de la instalación a estudiar. 1. Localización: El sistema solicita la introducción de la provincia y municipio concretos donde se ubicará la instalación, y, aunque aporta una altitud por defecto, puede modificarse este campo para precisar dicho parámetro de los captadores y demás equipos de la instalación. Además, aporta datos como zona climática donde se encuentra o latitud, así como una tabla con valores obtenidos del CTE de la radiación, temperatura de agua de red, y temperatura ambiente (todo ello valores medios mes a mes). (Véase Figura 1-3) José María González Navarro 23 2. Configuración: En esta pestaña se ha de escoger la disposición en la que se encontrarán los principales elementos de la instalación e incluso la aparición o no de algunos. Existe una primera subdivisión entre la que escoger una configuración de consumo único o bien de consumo múltiple. La primera de estas suele estar asignada a edificios de uso público, mientras que la configuración múltiple suele caracterizarse para viviendas. (Figura 1- 4) Debido a que las configuraciones genéricas que recoge CHEQ4 no se adaptan completamente a lo que se desea proyectar, y con el fin de ajustar dicha herramienta para los cálculos posteriores en la instalación, se llevará a cabo un proceso alternativo. La intención es poder adaptar la configuración que refleja CHEQ4 de una instalación con caldera contra un depósito auxiliar, pero para instalación de mayor tamaño como la que se trata. Se seleccionará en primer lugar la configuración de consumo único de “Instalación con acumulador”, para de la siguiente pestaña, que a continuación se explicará, poder disponer de un dato de referencia de demanda diaria. Una vez conocido este dato, se irá aguas arriba de nuevo, para seleccionar la configuración de consumo múltiple de “instalación con todo centralizado”. 3. Demanda: Esta pestaña se divide en tres partes diferenciadas: consumo único, consumo múltiple y consumo total. Debido al proceso alternativo explicado anteriormente, se pasará por esta pestaña en dos ocasiones. En primer lugar, al seleccionar la instalación con interacumulador quedará desbloqueada la sección de consumo único (véase Figura 1-5) Figura 1-3:CHEQ4; Pestaña de Localización José María González Navarro 24 Figura 1-5: CHEQ4; Pestaña Demanda, consumo único El CHEQ4 proporciona el dato de demanda calculada, que se usará como posterior referencia. A continuación, seleccionando la pestaña de configuración de Instalación con todo centralizado, se interviene en la sección de consumo múltiple y consumo total, ajustando la suma de la demanda para alcanzar la cifra de 2982 litros diarios. Además, esta pestaña muestra la contribución mínima exigida, en este caso considerado como caso general, es del 60%. (Véase Figura 1-6) 4. Solar/Apoyo: Esta cuarta pestaña desglosa lo que podría considerarse como la información más técnica de la instalación, ya que recoge en cuatro subapartados: la empresa, marca, modelo y datos de ensayo de los captadores solares; los datos elementales del campo de captadores como la distribución, la orientación o la inclinación de estos; información de los circuitos primario y secundario, y por último un subapartado sobre el sistema de apoyo. (Véase Figura 1-7) Figura 1- 4: CHEQ4; Pestaña de Configuración José María González Navarro 25 Figura 1-6: CHEQ4; Pestaña Demanda Figura 1-7: CHEQ4; Pestaña Solar/Apoyo 5. Otros parámetros: Se introducen en esta pestaña los datos relevantes respecto al volumen de acumulación, la distribución de los circuitos, y, en el caso que tenga lugar, los datos relevantes a una piscina cubierta en la instalación. (véase Figura 1-8) José María González Navarro 32 1.5.3.2 Sistema de intercambio Es el sistema que da lugar a la transferencia de calor desde un circuito primario a uno secundario, tras el cual, se llevará el ACS a los puntos de consumo a través de un circuito que recibe dicho nombre. Este sería el caso de intercambio indirecto, y puede encontrarse el acumulador integrado o no en el depósito. La otra opción es el intercambio directo a través del fluido de trabajo de los captadores. 1.5.3.3 Sistema de acumulación Este sistema hace posible el mejor aprovechamiento de una energía renovable como es la de la radiación solar, ya que solventa los desfases existentes entre esta y el consumo. Como ya se ha comentado, existen casos en que es prescindible, pero la incorporación de este sistema hace posible la búsqueda de la optimización para el dimensionado de una instalación, ya que pueden satisfacerse distintas fracciones de demanda. Interacumulador: En el caso de esta instalación, se ha decidido en el diseño utilizar interacumuladores, aunando así los dos sistemas explicados anteriormente en un solo equipo. Como se ha mencionado en el apartado 1.5.3.2 Sistema de intercambio, existe el caso de intercambio de calor directo, con intercambiador (serpentín) integrado en el depósito acumulador de agua. El desfase entre la oferta y la demanda de energía comentado anteriormente se produce debido a que una de las principales características de la energía solar (así como de la mayoría de las energías renovables), es que el aporte no es controlable. No es posible “apagar” y “encender” el Sol como se haría con una fuente de energía convencional como por ejemplo una caldera. Por tanto, existirán periodos de tiempo en que el aporte será mayor que el demandado, y viceversa. El interacumulador es a todos los efectos un depósito, y como tal ha de cumplir una serie de requisitos: • Se coloca habitualmente en posición vertical y suelen ser esveltos (con alta relación “longitud/diámetro): Ambos factores favorecen la estratificación del agua. Este fenómeno consiste en la separación en distintas “capas” a distintas temperaturas dentro de una masa de agua (o cualquier otro líquido) debido a la diferencia de desnsidades. En otros muchos equipos de instalaciones térmicas como los desgasificadores 2 , se pretende evitar la estratificación para unificar en la medida de lo posible la temperatura dentro de un depósito, sin embargo, en este caso ocurre lo contrario. Es conveniente contar por un lado con el agua a mayor temperatura en la zona alta del depósito donde se ubicará la salida hacia el acumulador de apoyo o bien directamente a los puntos de consumo, y por otro, en la zona inferior del depósito el agua a menor temperatura por donde el interacumulador recibe el agua de red, y esta se calentará en el circuito primario. • La vida útil ha de ser al menos del orden de la vida útil de los captadores. • Debe tener buenas propiedades medioambientales y de higiene. • Debe poder soportar las temperaturas y presiones de trabajo. • Conviene introducir un by-pass en la zona inferior del interacumulador para casos en que la instalación solar deje de funcionar. En la instalación aparecerán dos interacumuladores, ya que el interacumulador en contacto con los captadores (el del circuito primario), interacumulador solar en adelante, a su vez actuará frente al interacumulador del circuito de consumo, que tendrá características idénticas. 2 Un desgasificador es un equipo común en instalaciones térmicas en industrias encargado de eliminar el oxígeno y otros gases con la función de evitar corrosión y traslados bifásicos de agua a lo largo de la instalación. José María González Navarro 33 [6] Figura 1-15: Interacumulador vertical 1.5.3.4 Sistema de apoyo También calificado como sistema auxiliar, es el encargado de cubrir la demanda inalcanzada por la instalación en ciertos momentos. Requiere de un equipo auxiliar, que comúnmente es una caldera convencional, o termo eléctrico, pudiéndose utilizar también calderas de condensación, de baja temperatura, de biomasa o eléctricas. Este equipo se encargará de calentar agua, u otro fluido caloportador, y transferirlo a través del sistema hidráulico al intercambiador ubicado dentro o fuera del depósito de apoyo, y gracias al serpentín transfiere el salto de temperatura que requiere el agua antes de trasladarse a los puntos de consumo. En el caso estudiado, el sistema de apoyo se ha conservado como se encuentra el edificio previa instalación solar, en el que los principales equipos son dos calderas idénticas que funcionarán con gas natural, en conexión a un interacumulador. Caldera convencional: Se ha escogido la instalación de dos calderas convencionales como equipos de apoyo, que cubran la demanda en los casos en que el sistema prioritario, el de los captadores solares, no sea capaz de cubrirla. Estas ocasiones se darán bien porque la producción de energía térmica sea escasa; por motivos meteorológicos, por averías, por periodos de desconexión necesaria por mantenimiento, etc., o bien porque la demanda sea inusualmente elevada, y sea necesario un sistema de apoyo que permita abastecer la demanda requerida. El consumo del sistema auxiliar dependerá del tiempo que se requiera de su utilización y del salto de temperatura que requiera el agua. Con todo esto, se reitera, que debe minimizarse en la medida de lo posible el uso de el equipo auxiliar. [8] Figura 1-16: Caldera José María González Navarro 34 1.5.3.5 Sistema de regulación y control Se trata del sistema responsable del correcto funcionamiento de toda la instalación. Ha de coordinar el tiempo de funcionamiento y las funciones de cada elemento de la inslatación. Las principales funciones de este sistema son: (a) Proteger los elementos de condiciones de funcionamiento fuera de lo común. Las principales circunstancias posibles que pueden dificultar el funcionamiento de la planta son los sobrecalentamientos o las heladas. Se debe controlar la temperatura de los elementos de la instalación, de modo que no superen las máximas soportadas por los materiales que los conforman o impidan tratamientos y procesos que se lleven en estos por una temperatura inadecuada Esto se llevará a cabo a través de un módulo de control diferencial, un dispositivo que gracias a una serie de sensores a la salida de los captadores solares (para el circuito primario) y a del depósito acumulador (para el circuito secundario) advierte al sistema de control para el accionamiento o parada de las bombas en ambos circuitos. El fenómeno de heladas es muy improbable en un clima como el de Sevilla, pero aún así se requiere de prevención. Otro requisito a tener en cuenta por el sistema de control es el mantenimiento del fluido caloportador al menos 3ºC por encima de su temperatura de congelación. (b) Optimizar el uso del sistema auxiliar. Como ya se ha mencionado, el sistema prioritario de producción de energía ha de ser el sistema de captadores solares, como así exige el CTE, por lo que se debe optimizar el uso del sistema de apoyo en el funcionamiento de la instalación. Gracias al sensor a la salida del acumulador comentado en el punto (a), se conocerá de forma precisa cuando es necesario el sistema auxiliar. Concretamente, cuando dicho sensor marque una temperatura menor a la temperatura de consumo más un incremento de 5ºC, será necesario la intervención del sistema de apoyo. 1.5.3.6 Sistema hidráulico Es el sistema que une a todos los anteriores sistemas interconectándolos. Permite que el fluido siga el recorrido adecuado en cada momento y llegue a los equipos y a todo punto de la instalación. Está equipado con bombas de impulsión y vasos de expansión entre otros elementos. 1. Bomba de circulación: Este elemento es el encargado de trasladar el agua de un equipo a otro. La instalacion al completo siempre consta de al menos dos, puesto que, en el circuito primario, que es un circuito cerrado, la bomba controla la circulación del agua en el recorrido entre los captadores solares y el intercambiador de calor en el depósito acumulador. En los equipos, el agua debe ser capaz de trasladarse tanto en el recorrido a través de los tubos interiores de los captadores, como en el serpentín del interacumulador a una velocidad adecuada para que se produzca el intercambio de calor. Será necesaria otra bomba de circulación en el circuito de consumo, y, en definitiva, en cada circuito independiente que requiera de traslado forzado de agua. En el presente proyecto, debido a sus dimensiones y respetando el cumplimiento del CTE, serán cuatro el número de bombas de circulación en la instalación. José María González Navarro 35 [9] Figura 1-17: Bomba de circulación 2. Vasos de expansión: El vaso de expansión es un elemento que se encarga de mantener el correcto funcionamiento de la instalación ante variaciones de presión del fluido. En el caso de la instalación de ACS, existen circuitos cerrados de agua, que sufren variaciones de temperatura, lo que conlleva a variaciones de presión. El vaso de expansión absorbe dicho gradiente de presión debido a su geometría interna. Se trata de un depósito que consta de dos cámaras separadas por un elastómero móvil. Una de ellas está en contacto con el agua del circuito y la otra cámara contiene un gas inerte presurizado. Al aumentar la presión, la cámara en contacto con el agua aumenta su volumen y genera la compresión del gas inerte en la segunda cámara, que ejerce presión hacia el elastómero en sentido opuesto. De este modo el circuito continúa presurizado, además de admitir una pequeña variación de volumen por dilataciones del fluido caloportador correspondiente. 3. Tuberías: La red de tuberías hace posible el traslado del fluido caloportador a lo largo de toda la instalación. La importancia del diseño de la red es crucial, así como su correcto mantenimiento. Cabe distinguir entre aquellas tuberías destinadas al circuito primario y aquellas que se instalarán para el circuito secundario. El circuito primario, consta de tuberías que estarán expuestas en el exterior, ya que este circuito conecta los captadores solares con el intercambiador de calor correspondiente, y, por lo tanto, las tuberías que conforman este circuito tendrán que adaptarse a las distintas situaciones climatológicas. Habitualmente se utilizan tuberias de cobre, acero inoxidable o acero galvanizado. Por el contrario, el circuito secundario, salvo tramos que puedan ser puntuales, serán tuberías de interior, exentas de un gran deterioro por factor climatológico, aunque requieren de igual modo de un mantenimiento muy específico. Y es que, estas tuberías transportan agua en el circuito que contacta con los puntos de consumo final, y aunque el ACS no se utiliza para beber, se considera agua de consumo humano, por estar en evidente contacto, y como tal, los componentes de las tuberías no deben modificar la potabilidad del agua y deben contar con marcado y certificado de las correspondientes normas UNE-ISO. Habitualmente se utilizan materiales metálicos como el cobre, el acero inoxidable o el acero galvanizado, o bien termoplásticos como el PVC, PE-X, PB, PP, PE-RT o PVC-C. Para esta instalación se ha escogido la opción del cobre como material para las tuberías de ambos circuitos, debido a una serie de ventajas: • Económico • Ligero • Duradero (resistente ante corrosión y mayor estabilidad en las uniones soldadas) • Elástico (facilidad para ser curvado) • Protector ante contamienantes del suministro de agua doméstica. José María González Navarro 36 Muchas de estas ventajas pueden obtenerse con materiales plásticos, pero destaca el cobre por su menor degradación con el tiempo y con la fatiga por dilataciones térmicas, así como por sus buenas propiedades al trabajar en contacto con mezclas de agua y glicol, como será el caso de esta instalación. 1.6 Esquema de principio A partir del esquema de principio puede apreciarse el funcionamiento de esta instalación de energía solar térmica. Conociéndose ya las posibilidades de disposición de una instalación solar térmica, se pasa a explicar con brevedad el funcionamiento de la que se llevará a cabo concretamente en este proyecto. Cuando el campo de captadores solares, o colectores, reciben y absorben la radiación solar la transfieren en forma de calor al circuito primario, y a través de este se transporta el fluido caloportador hacia el serpentín del intercambiador de calor. El serpentín, como se ha comentado anteriormente, puede ubicarse como equipo independiente del depósito de acumulación, pero, por el contrario, en este caso se aúna en un solo equipo colocando un interacumulador. Tras pasar por el serpentín el agua del circuito primario, transfiere el calor al agua de entrada de red, que en un futuro será el agua de consumo. Esta agua se acumulará en el depósito, el cual consta de una salida conectada con el depósito auxiliar o de apoyo. La función de este segundo depósito no es otra que aportar más control y calidad al suministro de agua caliente sanitaria. La alimentación de agua del depósito auxiliar es el acumulador anterior, que viene a cierta temperatura (superior a la de red), pero que en algunos casos no alcanzará la temperatura óptima para el consumo. Por ello, este interacumulador goza también de la conexión a un equipo de apoyo que será una pareja de calderas de gas natural, que, suministrando calor a través de un serpentín, consiguen alcanzar el salto de temperatura necesario para satisfacer la demanda adecuada en los puntos de consumo. Para el adecuado funcionamiento de todos los sistemas y equipos mencionados, es necesario la intervención del sistema de control y regulación. Coordina el funcionamiento y parada de los equipos implicados en cada momento. Cabe mencionar el aprovechamiento de las sondas de temperatura a la salida del campo de captadores, a modo de sistema de protección contra heladas. Ya se mencionó anteriormente la existencia de estas sondas, que forman parte del sistema de regulación y accionan o paran las bombas dando lugar al funcionamiento o parada del sistema de captación, pero, además, se ajustan de tal modo que evitan la congelación de los sistemas, ya que, a partir de una temperatura mínima fijada, acciona la bomba, y evita aprovecha la propia energía del depósito para aumentar la temperatura en el circuito. De este modo, se evitan mayores cantidades de anticongelante, o bien, se sobreprotecciona a través de otro método por si el primero se deteriorase. Figura 1-18: Esquema de principio de la instalación José María González Navarro 37 1.7 Características técnicas Actualmente existe una variedad muy amplía de equipos, auxiliares, y todo tipo de elementos para las instalaciones. Han de escogerse de entre los que se encuentran en el mercado, aquellos que más convengan por sus características, calidad o precio (entre otros factores a tener en cuenta). Son los fabricantes los que a través de catálogos o fichas técnicas dan a conocer sus productos. A continuación, se desglosan las fichas técnicas de los principales elementos explicados anteriormente. 1.7.1.1 Captador solar Empresa y modelo: Promasol - PROMASUN 2.6 Verticales [10] Figura 1-19: Captador PROMASUN 2.6 (Partes y perfil con medidas) Tabla 1-1: Documentación técnica del captador solar [10] José María González Navarro 38 1.7.1.2 Interacumulador Empresa y modelo: Lapesa - Interacumulador MVV3500SSB Tabla 1-2: Documentación técnica del interacumulador [11] * El interacumulador solar del circuito primario y el auxiliar del secundario serán idénticos. Se escogerá la misma marca y modelo para ambos. José María González Navarro 39 1.7.1.3 Bomba de circulación Empresa y modelo: Wilo - Star-Z 20/7-3 Tabla 1-3: Documentación técnica bomba circulación [12] 1.7.1.4 Vaso de expansión Empresa y modelo: Industrias IBAIONDO, S.A. - 18 SMF [13] Figura 1-20: Características generales del vaso de expansión Tabla 1-4: Documentación técnica vasos de expansión [13] * Presión de precarga: 2.5 bar / Rango de temperatura: (-10ºC; 100ºC) José María González Navarro 40 1.8 Normativa Para el diseño y puesta en marcha de una instalación de producción de ACS, al igual que cualquier otra instalación energética o de cualquier otro ámbito, es necesario adaptarse a una normativa vigente especificada. Tratándose de una instalación de energía solar térmica en España, en este caso se ha regido estrictamente a las siguientes normas: 1.8.1 Código Técnico de la Edificación (CTE) - Sección HE4 El CTE es el marco normativo que establece las exigencias que deben cumplir los edificios en relación con los requisitos básicos de seguridad y habitabilidad establecidos en la Ley 38/1999 de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación (LOE). 3 La sección HE4 es el Documento Básico HE (DB-HE) Ahorro de Energía. • Contribución solar mínima de ACS: La contribución solar mínima de ACS que debe abastecer una instalación se tabula en función de la demanda total de ACS (a una temperatura de referencia de 60ºC) del edificio y la zona climática de este. Podrá apreciarse en la Tabla 1-5 como la demanda total del edificio (l/día) se encuentra en la franja 50-5000, y ya que Sevilla se encuentra en la zona climática V, se corrobora lo visto en el apartado 1.3 Metodología de cálculo, apartado 3. Demanda, en que se afirmaba una contribución mínima exigida del 60%. Tabla 1-5: Contribución solar mínima de ACS [14] • Pérdidas por inclinación, orientación y sombras. Se considerará como la orientación óptima el sur y la inclinación óptima, dependiendo del periodo de utilización, uno de los valores siguientes: a) demanda constante anual: la latitud geográfica b) demanda preferente en invierno: la latitud geográfica + 10 º c) demanda preferente en verano: la latitud geográfica – 10 º • Sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar El CTE cita: “El sistema de acumulación solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo largo del día, y no solo en función de la potencia del generador (captadores solares), por tanto, se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta simultánea con la generación. Para la aplicación de ACS, el área total de los captadores tendrá un valor tal que se cumpla la condición: 50 < V/A < 180 donde, 3 https://www.codigotecnico.org/images/stories/pdf/queEsElCTE/marcoReglamentario/LOE.pdf José María González Navarro 41 A suma de las áreas de los captadores [m²] V volumen de la acumulación solar [litros].” Atendiendo a estas condiciones, en el apartado 2.4 Cálculo de acumulación y captación, se estimarán los datos adecuados para el diseño. 1.8.2 Norma UNE • UNE 94003: “Datos climáticos para el dimensionado de instalaciones solares térmicas”. Norma UNE encargada de recoger los datos climáticos para el dimensionado de instalaciones solares térmicas. Son necesarios registros de la localización donde se implantará la instalación. Se ha utilizado esta norma para el conocimiento de temperaturas y radiaciones principalmente, para la ciudad de Sevilla. • UNE 94002: Norma UNE relacionada con el cálculo de la demanda de energía térmica para instalaciones de producción de ACS. Dicha norma recoge a través de tablas los datos de consumo de agua caliente y temperaturas de referencia y de agua fría para cada provincia de España. • UNE 100155: Diseño y cálculo de sistemas de expansión. Esta norma regula el dimensionado de los vasos de expansión y es la principal a considerar al llevar a cabo este proceso en el apartado 2.7 1.8.3 Reglamento de Instalaciones térmicas de los edificios (RITE) • IT 1.2.4.2.1 Aislamiento térmico de redes de tuberías - 1.2.4.2.1.1 Generalidades - 1.2.4.2.1.2 Procedimiento simplificado: Este procedimiento establece los espesores de aislamiento de las tuberías en tablas diferenciando de estas la temperatura máxima del fluido que contendrán, el diámetro exterior y si discurren por el interior o por el exterior de de edificios. • IT 2.3.4 Control automático - 1. Se ajustarán los parámetros del sistema de control automático a los valores de diseño especificados en el proyecto o memoria técnica y se comprobará el funcionamiento de los componentes que configuran el sistema de control. - 2. Para ello, se establecerán los criterios de seguimiento basados en la propia estructura del sistema, en base a los niveles del proceso siguientes: nivel de unidades de campo, nivel de proceso, nivel de comunicaciones, nicel de gestión y telegestión. - 3. Los niveles de proceso serán verificados para constatar su adaptación a la aplicación, de acuerdo con la base de daos especificados en el proyecto o memoria técniva. Son válidos a estos efectos los protocolos establecidos en la norma UNE-EN-ISO 16484-3. - 4. Cuando la instalación disponga de un sistema de control, mando y gestión o telegestión basado en la tecnología de la información, su mantenimiento y la actualización de las versiones de los programas deberá ser realizado por personal cualificado o por el mismo suministrador de los programas. José María González Navarro 48 2.3 Cálculo de demanda 2.3.1 Cálculo de la demanda de ACS Para el cálculo de ACS se recurre en primer lugar al Código Técnico de la Edificación (CTE), donde puede encontrarse en el Documento Básico y dentro de la Sección HE 4, Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria la siguiente información (Tabla 2-4): Tabla 2-4: Demanda de ACS unitaria de referencia a 60ºC [14] Como puede apreciarse, la Tabla 2-4 muestra datos de referencia de demanda de agua (a 60ºC, y en litros/ día por persona) en diferentes edificaciones comunes para cualquier ciudad española, clasificándolas en distintos criterios de demanda, pero el caso del presente proyecto no se recoge explícitamente, ya que no aparece un palacio de congresos, sala de conciertos o teatro de ciertas dimensiones. A raíz de los datos aportados por la propiedad a cerca de los horarios y el número de trabajadores en Fibes II, se desglosan las distintas zonas del edificio donde existe consumo de agua caliente sanitaria, y consultando la Tabla 2-4, se calcula un consumo pertinente. El edificio consta de: - Zona de vestuarios de personal técnico (300 m2) de la que hacen uso 66 personas al día durante tres turnos de trabajo: 𝑄𝐴𝐶𝑆𝑉𝑃𝑇 =66 𝑝𝑒𝑟𝑠 ∗ 21 𝑙 𝑑í𝑎∗𝑝𝑒𝑟𝑠=1386 𝑙 𝑑í𝑎 José María González Navarro 49 - Zona de vestuarios de personal vario (180 m2) de la que hacen uso 70 personas al día durante dos turnos de trabajo: 𝑄𝐴𝐶𝑆𝑉𝑃𝑉 =70 𝑝𝑒𝑟𝑠 ∗ 21 𝑙 𝑑í𝑎∗𝑝𝑒𝑟𝑠=1470 𝑙 𝑑í𝑎 - Zona de oficinas, taquillas y salas de exposiciones que utilizan lavabos. Hacen uso de estas unas 55 personas en dos turnos de trabajo: 𝑄𝐴𝐶𝑆𝑂𝐹𝐼 =55 𝑝𝑒𝑟𝑠 ∗ 2 𝑙 𝑑í𝑎∗𝑝𝑒𝑟𝑠=110 𝑙 𝑑í𝑎 - 2 cocinas industriales para abastecer zonas de cafetería. El número de trabajadores entre las dos cocinas en dos turnos de trabajo es de 16 personas: 𝑄𝐴𝐶𝑆𝐶𝐴𝐹 =16 𝑝𝑒𝑟𝑠 ∗ 1 𝑙 𝑑í𝑎∗𝑝𝑒𝑟𝑠=16 𝑙 𝑑í𝑎 Con todo lo anterior, el consumo total diario del edificio será: 𝑸𝑨𝑪𝑺𝑻𝑶𝑻 =1386+1470+110+16=𝟐𝟗𝟖𝟐 𝒍/𝒅í𝒂 2.3.2 Cálculo de la demanda energética A través del dato calculado de demanda de agua de consumo, podrá calcularse a través de la siguiente fórmula la demanda energética del edificio: 𝐷𝑒𝑚𝐴𝐶𝑆 =𝑄𝐴𝐶𝑆∗𝑡∗𝐶𝑝∗(𝑇𝑎𝐶−𝑇𝑎𝐹)∗𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 Siendo: 𝑡 el número de días del mes, 𝑇𝑎𝐹 la temperatura del agua fría, o de red y el resto parámetros de la Tabla 2-5 que se considerarán constantes: Tabla 2-5: Parámetros constantes para el cálculo de demanda energética Parámetro Simbología (unidad) Valor constante Demanda diaria ACS 𝑄𝐴𝐶𝑆 ( 𝐿 𝑑í𝑎 ) 2982 Calor específico del agua4 𝐶𝑝( 𝑘𝐽 𝑘𝑔∗𝐾 ) 4,183 Densidad del agua 𝜌( 𝑘𝑔 𝐿 ) 0,992 Temperatura caliente de ref. 𝑇𝑎𝐶 (º𝐶) 60 4 Calor específico: Cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. José María González Navarro 50 * Los valores de 𝐶𝑝 y 𝜌 son la media aritmética de cada uno de los valores para dichos parámetros a 60ºC y 15ºC (media anual de la temperatura fría, o de red, mensual). [18] Con estas consideraciones y aplicando la expresión anterior para cada mes del año, se podrá obtener la siguiente Tabla 2-6, y ver además en la Figura 2-3 como destaca la demanda de ACS en los meses de invierno, aunque con un carácter aproximadamente constante todo el año. Tabla 2-6: Demanda energética mensual 𝑴𝑬𝑺 𝑵º 𝑫í𝒂𝒔 𝑸𝑨𝑪𝑺 (𝑳) 𝑻𝑨𝑭 (º𝑪) 𝑫𝒆𝒎𝑨𝑪𝑺 (𝑴𝑱) ENERO 31 92.442 11 18.796,0 FEBRERO 28 83.496 11 16.977,0 MARZO 31 92.442 13 18.028,8 ABRIL 30 89.460 14 17.076,0 MAYO 31 92.442 16 16.878,0 JUNIO 30 89.460 19 15.219,9 JULIO 31 92.442 21 14.960,1 AGOSTO 31 92.442 21 14.960,1 SEPTIEMBRE 30 89.460 20 14.848,7 OCTUBRE 31 92.442 16 16.878,0 NOVIEMBRE 30 89.460 13 17.447,2 DICIEMBRE 31 92.442 11 18.796,0 TOTAL (Anual) 365 1.088.430 15,1* 200.865,8 *Media aritmética Figura 2-3: Demanda energética mensual (MJ/mes) José María González Navarro 51 2.4 Cálculos de acumulación y captación La elección de equipos para la acumulación y para la captación de energía solar está altamente relacionada. El CTE en el apartado 2.2.5 Sistemas de acumulación solar y conexión de generación auxiliar relaciona los parámetros críticos de ambas instalaciones, como son el volumen de acumulación y el área total del campo de captadores (para acumulación y captación respectivamente) a través de la expresión: 50<𝑉 𝐴<180 (1) Siguiendo la restricción del CTE, ha de estudiarse el mercado para la elección de un acumulador que cumpla con las exigencias necesarias en la instalación, y posteriormente adecuar la instalación de captadores. Analizando el catálogo de modelos de acumuladores para ACS de la empresa LAPESA, se observan depósitos de características muy distintas. Los depósitos que muestran capacidades compatibles con la instalación son acumuladores en acero esmaltado (o vitrificado). Son de alta calidad y alcanzan hasta 6000 litros los modelos de esta marca de estas características. Se escoge el modelo MVV3500SBB, cuyas características se especifican en el apartado 1.7.1.2 Características técnicas. Atendiendo a la expresión (1), junto con la capacidad volumétrica del interacumulador escogido, se relaciona este parámetro con la superficie de captación, pudiéndose conocer el rango de área de captadores totales necesarios para suplir la demanda: 19,44<𝐴<70 (2) Y ya que el área absorbedora de cada captador es de 2.37 m2 la expresión quedaría transformada en: 9<𝑁º 𝐶𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠<30 (3) Lo que reduce el total de captadores posibles que formarán el campo de captadores de la instalación. 2.4.1 Datos iniciales para diseño A continuación, y gracias a la herramienta CHEQ4 como se detallaba en el apartado 1.3 Metodología de cálculo, se aportarán los datos de partida de forma resumida con los que se ha realizado el diseño en la Tabla 2-7 (Parte 1 y 2): Tabla 2-7: Datos iniciales de diseño (Parte 1) Pestaña CHEQ4 (apartado) Campo a especificar Dato de diseño Localización Municipio Sevilla Zona Climática V Latitud 37, 22º Altura(m.s.n.m.) 30 José María González Navarro 52 Tabla 2-8: Datos iniciales de diseño (Parte 2) Pestaña CHEQ4 (apartado) Campo a especificar Dato de diseño Configuración Consumo: múltiple Instalación con todo centralizado Solar/Apoyo (Circuito primario) Captador Empresa: Promasol Marca/Modelo: PROMASUN 2.6 Área (m2): 2,37 Orientación: 0º Inclinación: 43,3 º Sombras (%): 0 Caudal Primario (l/h) 1848,6 Anticongelante (%) 20 Longitud circuito (m) 100 Diam. Tubería (mm) 23 Aislante Espesor (mm): 40 Tipo: Lana de vidrio Otros parámetros (Distribución) Longitud circuito (m) 80 Diám. Tubería 23 Aislante Espesor: 40 mm Tipo: Lana de vidrio Temperatura de impulsión 60ºC Los datos de la Tabla 2-7 servirán de partida para un conocimiento previo de la instalación que se desea obtener a rasgos generales. 2.4.2 Análisis de sensibilidad A través del software CHEQ4, se ha llevado a cabo un análisis de sensibilidad ante las variaciones de los principales parámetros de diseño de la instalación. En la Tabla 2-8, se muestran algunos de los parámetros función del número de captadores de la instalación, y a continuación se pasará al estudio de estos parámetros. José María González Navarro 53 Tabla 2-9: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores todos en paralelo NºCAPT. (Todo en serie) Área Captación (m2) Vol. Acumul. / Área Capt. (L/m2) Fracción solar (%) 14 33,2 105,5 47 15 35,6 98,5 50 16 37,9 92,3 52 17 40,3 86,9 55 18 42,7 82,0 57 19 45,0 77,7 59 20 47,4 73,8 61 21 49,8 70,3 63 22 52,1 67,1 66 23 54,5 64,2 68 24 56,9 61,5 70 25 59,3 59,1 71 26 61,6 56,8 73 27 64,0 54,7 75 28 66,4 52,7 76 29 68,7 50,9 78 (a) En primer lugar, se estudia el área total del campo de captadores. Como se recoge en el apartado 1.8 Normativa el área total de captación tiene límite tanto inferior como superior a la hora de diseñar una instalación, por lo cual debe escogerse un área total comprendida en ese rango. En la Figura 2-4, se muestra la evolución del principal parámetro regido por el CTE, la fracción de demanda cubierta, frente al número de captadores total. Además, se incluye el área de captación que cada número de captadores supone en base al modelo escogido. Figura 2-4: Curva de variación de la fracción de demanda (f) con nº de captadores 34 36 39 42 44 47 50 52 55 57 59 61 63 66 68 70 71 73 75 76 78 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 21,3 23,7 26,1 28,4 30,8 33,2 35,6 37,9 40,3 42,7 45,0 47,4 49,8 52,1 54,5 56,9 59,3 61,6 64,0 66,4 68,7 FRACCIÓN DE DEMANDA (%) Nº CAPT. / ÁREA CAPT. (M2) José María González Navarro 54 A partir de que el porcentaje de demanda supera el 78%, lo que se da para una conexión en serie de 30 captadores, la condición 50 < V/A < 180 no se cumple, y, por lo tanto, no se podrá implantar. (b) A raíz de la condición anterior que vincula el cociente entre el volumen de acumulación; estipulado en 3500 litros, con el área de captación, se ha realizado la gráfica de la Figura 2-5 en la que se aprecia el comportamiento opuesto de este cociente a medida que crece el área de captación (lo que se espera, al aparecer este término en el denominador). Se añade la línea de evolución de la fracción de demanda. Figura 2-5: Ratio volumen/acumulación frente a área de captación y fracción solar (c) Al fijar el área del apartado (a), puede analizarse el comportamiento de la fracción solar de demanda cubierta con las variaciones del volumen de acumulación y el número de captadores conectados en serie. En la Figura 2-6 se aprecia la estabilidad de la fracción de demanda ante variaciones del volumen de acumulación. Figura 2-6: Curva de variación de la fracción de demanda (f) frente al volumen de acumulación 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Nº CAPTADORES ÁREA CAPTACIÓN Vol. Acumulación / Área Capt FRACCIÓN SOLAR (%) 63 64 64 64 64 64 64 64 65 65 65 65 65 65 65 66 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 2900 3050 3200 3350 3500 3650 3800 3950 4100 4250 4400 4550 4700 4850 5000 5150 FRACCIÓN DE DEMANDA (%) VOLUMEN ACUMULACIÓN (L) José María González Navarro 55 Por otro lado, la conexión en que se dispongan los captadores influirá en la fracción de demanda que estos cubran. En la Figura 2-7, se aprecia la fuerte pendiente de la curva a medida que aumenta el número de captadores conectados en serie. Figura 2-7: Curva de variación de fracción de demanda (f) frente a Ns Atendiendo a la posibilidad de implantar los captadores con conexión mixta: serie-paralelo, como ya se explicaba en el apartado 1.5.3.1 Sistema de captación, se ha barajado la opción, considerando las tablas anteriores de este apartado, y las ventajas e inconvenientes de cada tipo de conexión. En la Tabla 2-9 (Parte 1 y 2) se muestran en modo de resumen las posibles conexiones mixtas del campo de captadores. Tabla 2-10: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores en conexión mixta (Parte 1) Nº Captadores Nº Capt serie Conexión Fracción Solar (%) 29 5 29;5 54 29 4 29;4 60 29 3 29;3 66 29 2 29;2 72 29 1 29;1 78 28 4 28;4 59 28 3 28;3 64 28 2 28;2 71 28 1 28;1 76 27 4 27;4 57 27 3 27;3 63 27 2 27;2 69 27 1 27;1 75 26 4 26;4 56 26 3 26;3 62 26 2 26;2 67 71 64 60 54 49 44 40 36 33 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FRACCIÓN DE DEMANDA (%) Nº CAPT. SERIE FRACCIÓN SOLAR (%) José María González Navarro 56 Tabla 2-11: Datos referenciales del análisis de sensibilidad para captadores en conexión mixta (Parte 2) Nº Captadores Nº Capt serie Conexión Fracción Solar (%) 26 1 26;1 73 25 4 25;4 55 25 3 25;3 60 25 2 25;2 66 25 1 25;1 71 24 3 24;3 58 24 2 24;2 64 24 1 24;1 70 23 3 23;3 57 23 2 23;2 62 23 1 23;1 68 22 2 22;2 60 22 1 22;1 66 21 2 21;2 58 21 1 21;1 63 20 2 20;2 56 20 1 20;1 61 19 1 19;1 59 Tras el análisis anterior, y conociéndose las consecuencias de las distintas disposiciones de los captadores, se ha seleccionado para el disposicionamiento de estos, un campo de captadores de un total de 24 captadores, con 2 en serie. De este modo, se obtiene un valor adecuado respecto las restricciones del CTE de fracción de demanda (64%), a la vez que se mantiene gracias a la disposición mixta un equilibrio entre las ventajas e inconvenientes de las conexiones puramente en serie y puramente en paralelo vistas en el apartado 1.5.3 Sistemas de la instalación. * El certificado emitido por el CHEQ4 que corrobora la viabilidad y legitimidad de la instalación se recoge en: Anexo I – Certificado CHEQ4 2.4.3 Dimensionado de captadores en cubierta En los casos en que los captadores se dispongan en más de una fila; y como se ha visto anteriormente que es el caso, o bien en los casos que tengan algún obstáculo cercano, la distancia medida sobre la horizontal que los separe será un parámetro a controlar para evitar pérdidas por sombra, las cuales se han estimado como núlas en el diseño. A través del IDAE se conoce la siguiente expresión: 𝑑=ℎ∗𝑘 José María González Navarro 57 Siendo, ℎ la altura del captador u obstáculo que de la posible sombra 𝑘= 1 tan(61º−𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑) un coeficiente adimensional, donde la latitud es conocida Lo que resulta la expresión: 𝑑= ℎ tan(61º−𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑) Se obtiene, (conociendo la altura de cada captador gracias a su ficha técnica en el apartado 1.7.1.1) que la distancia entre cada captador a de ser 𝒅=𝟑,𝟓𝟔 𝒎 2.5 Cálculo y diseño de las redes de tuberías 2.5.1 Fluido caloportador del circuito primario En el diseño de la instalación se estipula que el fluido caloportador que recorrerá el circuito primario será agua. Sin embargo, para la asignación de este fluido como tal, el CTE requiere que sea capaz de soportar unas ciertas condiciones extremas meteorológicas, que variarán en función de la geografía de la instalación. En el caso de Sevilla, las condiciones extremas meteorológicas son muy distintas para temperaturas altas y para bajas. En el caso de elevadas temperaturas, son frecuentes en los meses de verano, pero no deben dificultar al funcionamiento de la instalación. Por otro lado, para las bajas temperaturas, se ha estudiado el registro histórico de temperaturas en la provincia de Sevilla para los últimos 25 años (desde el 01/01/1994), y se aprecia en la Tabla 2-12, que la menor temperatura registrada fue de -3.5ºC. En este caso, ante el riesgo de heladas, ha de corregirse la afirmación anterior, para asegurar que el fluido del circuito primario ha de ser una mezcla de agua con glicol (anticongelante). Esta mezcla será en proporciones 80% agua, 20% glicol aproximadamente, otorgando un margen de unos 3,5ºC inferior a la temperatura mínima histórica mencionada, ya que hasta aproximadamente la temperatura de -7ºC no habría congelación del fluido como se aprecia en la Figura 2-8. Tabla 2-12: Registro histórico de temperaturas en Sevilla (1994-2018) [19] José María González Navarro 64 [10] Figura 2-10: Curva caída de presión en paso por captador como función del caudal específico [11] Figura 2-11: Curva caída de presión en paso por interacumulador como función del caudal específico Conociendo los valores de las distintas pérdidas de carga existentes en el trazado del circuito primario, se realiza la Tabla 2-17 en la que se recoge la información a cerca de estas pérdidas asociada a cada tramo, para sumar en la última columna las pérdidas totales por tramo (DP total). En esta Tabla 2-17 se aprecia que los tramos de mayores pérdidas de carga son los Tramos 24 y Tramo 1 (respectivamente), debido principalmente a sus longitudes, ya que ambos tramos son los encargados de conectar el campo de captación con el interacumulador y el resto de equipos en la sala de máquinas, y esta conexión supone un largo recorrido a través del calo. A continuación, y a raíz de los datos de la Tabla 2-17, siguiendo el esquema de la Figura 2-9, se ha desarrollado la Tabla 2-18, la cual recoge en 12 circuitos distintos (simulando el recorrido del fluido caloportador por el circuito primario y por una de las parejas de captadores), las pérdidas totales de carga de cada uno. José María González Navarro Tabla 2-17: Pérdidas de carga por tramos en tuberías, accesorios, equipos y totales TRAMOS L(m) Caudal (L/h) V (m/s) Diámetro (") Diámetro (mm) Dp (Pa/m) Dp_tub(kPa) Accesorios Leq(m) Dp_acc(kPa) Dp_equipos(kPa) DP_total(kPa) Codos 90º T alineadas T derivadas Válvula de corte 1 42 1848,6 0,6486 1,25 31,8 187,6 7,8796 3 0 0 0 1,5600 0,2927 0,0000 9,4396 2 3,05 1694,55 0,5945 1,25 31,8 161,3 0,4919 0 1 0 0 0,3700 0,0597 0,0000 0,8619 3 3,05 1540,5 0,5405 1,25 31,8 136,7 0,4169 0 1 0 0 0,3700 0,0506 0,0000 0,7869 4 3,05 1386,45 0,7601 1 25,4 327,8 0,9998 0 1 0 0 0,2400 0,0787 0,0000 1,2398 5 3,05 1232,4 0,6756 1 25,4 267,2 0,8149 0 1 0 0 0,2400 0,0641 0,0000 1,0549 6 3,05 1078,35 0,5912 1 25,4 212 0,6467 0 1 0 0 0,2400 0,0509 0,0000 0,8867 7 10,1 924,3 0,5067 1 25,4 162,5 1,6415 2 1 0 0 1,0400 0,1690 0,0000 2,6815 8 3,05 770,25 0,7507 0,75 19,1 462,5 1,4106 0 1 0 0 0,1700 0,0786 0,0000 1,5806 9 3,05 616,2 0,6005 0,75 19,1 314,9 0,9604 0 1 0 0 0,1700 0,0535 0,0000 1,1304 10 3,05 462,15 0,4504 0,75 19,1 192,4 0,5869 0 1 0 0 0,1700 0,0327 0,0000 0,7569 11 3,05 308,1 0,3003 0,75 19,1 96,72 0,2950 0 1 0 0 0,1700 0,0164 0,0000 0,4650 12 3,05 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,5872 0 1 0 0 0,1100 0,0212 0,0000 0,6972 13 3,05 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,5872 1 0 0 0 0,1700 0,0327 0,0000 0,7572 14 3,05 308,1 0,3003 0,75 19,1 96,72 0,2950 0 1 0 0 0,1700 0,0164 0,0000 0,4650 15 3,05 462,15 0,4504 0,75 19,1 192,4 0,5869 0 1 0 0 0,1700 0,0327 0,0000 0,7569 16 3,05 616,2 0,6005 0,75 19,1 314,9 0,9604 0 1 0 0 0,1700 0,0535 0,0000 1,1304 17 3,05 770,25 0,7507 0,75 19,1 462,5 1,4106 0 1 0 0 0,1700 0,0786 0,0000 1,5806 18 6,25 924,3 0,5067 1 25,4 162,5 1,0158 2 1 0 0 1,0400 0,1690 0,0000 2,0558 19 3,05 1078,35 0,5912 1 25,4 212 0,6467 0 1 0 0 0,2400 0,0509 0,0000 0,8867 20 3,05 1232,4 0,6756 1 25,4 267,2 0,8149 0 1 0 0 0,2400 0,0641 0,0000 1,0549 21 3,05 1386,45 0,7601 1 25,4 327,8 0,9998 0 1 0 0 0,2400 0,0787 0,0000 1,2398 22 3,05 1540,5 0,5405 1,25 31,8 136,7 0,4169 0 1 0 0 0,3700 0,0506 0,0000 0,7869 23 3,05 1694,55 0,5945 1,25 31,8 161,3 0,4919 0 1 0 0 0,3700 0,0597 0,0000 0,8619 24 37 1848,6 0,6486 1,25 31,8 187,6 6,9416 3 1 0 0 1,9300 0,3621 2,8000 11,6716 25 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 26 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 27 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 28 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 29 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 30 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 31 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 32 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 33 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 34 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 35 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 36 0,8 154,05 0,3378 0,5 12,7 192,5 0,1540 0 0 1 2 0,7400 0,1425 0,6800 1,5740 165,95 33,7474 3,7269 10,96 63,7174 José María González Navarro Tabla 2-18: Pérdidas de carga totales por circuito TRAMO C 1 Tot Dp 1 C 2 Tot Dp 2 C 3 Tot Dp 3 C 4 Tot Dp 4 C 5 Tot Dp 5 C 6 Tot Dp 6 C 7 Tot Dp 7 C 8 Tot Dp 8 C 9 Tot Dp 9 C 10 Tot Dp 10 C 11 Tot Dp 11 C 12 Tot Dp 12 1 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 1 9,9596 2 0 0,0000 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 3 0 0,0000 0 0,0000 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 4 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 5 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 6 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 7 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 2,6815 1 2,6815 1 2,6815 1 2,6815 1 2,6815 1 2,6815 8 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 9 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,1304 1 1,1304 1 1,1304 1 1,1304 10 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 0,7569 1 0,7569 1 0,7569 11 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 0,4650 1 0,4650 12 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 0,6972 13 1 0,7572 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 14 1 0,4650 1 0,4650 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 15 1 0,7569 1 0,7569 1 0,7569 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 16 1 1,1304 1 1,1304 1 1,1304 1 1,1304 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 17 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 1 1,5806 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 18 1 2,0558 1 2,0558 1 2,0558 1 2,0558 1 2,0558 1 2,0558 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 19 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 1 0,8867 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 20 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 1 1,0549 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 21 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 1 1,2398 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 22 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 1 0,7869 0 0,0000 0 0,0000 23 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 1 0,8619 0 0,0000 24 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 1 12,1916 25 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 26 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 27 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 28 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 29 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 30 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 31 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 32 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 33 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 34 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 0 0,0000 35 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 0 0,0000 36 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 0 0,0000 1 1,5740 Dp_total(kPa) 34,2613 34,3660 34,6879 35,1709 35,0954 34,4015 35,0272 35,7211 35,7966 35,3136 34,9917 34,8270 José María González Navarro Para el análisis de la Tabla 2-18, se ha generado a modo de resumen la Tabla 2-19, en la que se compara la pérdida de carga por circuitos, comprobándose el desequilibrio de la instalación. Para el estudio de este, se ha tomado como referencia el circuito con mayor pérdida de carga, el circuito 9, y respecto a este, se aprecia que el mayor desequilibrio se obtiene en el circuito 1, el cual es de 1.535 kPa, lo que supone un 4.168 % respecto al circuito 9. Al tratarse de un porcentaje bajo (inferior al 5%), no será necesaria la inclusión de una bomba de equilibrado, corroborando la utilidad de implantar el retorno invertido en la red de tuberías, como se mencionaba al principio de este apartado. Tabla 2-19: Resumen de equilibrado de circuitos CIRCUITO Dp_total(kPa) deseq(kPa) Deseq (%) 1 35,301 1,535 4,168 2 35,406 1,431 3,884 3 35,728 1,109 3,010 4 36,211 0,626 1,699 5 36,135 0,701 1,903 6 34,922 1,915 5,199 7 36,067 0,769 2,089 8 36,761 0,075 0,205 9 36,837 0,000 0,000 10 36,354 0,483 1,311 11 36,032 0,805 2,185 12 35,867 0,970 2,632 PROMEDIO 35,968 2.6 Dimensionado de la bomba de circulación Las bombas de circulación son uno de los equipos fundamentales del sistema hidráulico de la instalación, y debe regirse al CTE. El Código, estipula que para superficies de captación mayores de 50m2 han de colocarse dos bombas en paralelo a modo de precaución. De este modo, una de ellas queda inhabilitada durante el funcionamiento de la otra, pero siendo capaz de suplir las necesidades del circuito en caso de fallo de la primera. Se aprecia en apartado 1.6 Esquema de principio, la aparición de las bombas en paralelo. Debido a que la superficie del campo de captación de la instalación en concreto es de 56,88 m2, así se llevará a cabo. Para el dimensionado, se debe cumplir que ambas bombas (por separado) sean capaces de mover el caudal de agua del circuito más desfavorable en cuanto a pérdidas de carga. Atendiendo a esto, en la Tabla 2-19, se aprecia que este circuito supone unas pérdidas totales de 36,837 kPa, lo que equivale a 3.759 mca. Para la elección de un modelo de bomba se tendrán como datos, por tanto, el caudal del circuito primario igual a 1.8486 m3/h y la altura (en mca) mencionada anteriormente. Se ha seleccionado el modelo Wilo-Star-Z 20/7- 3 que cumple con los requisitos anteriores y cuya curva característica se aprecia en la Figura 2-12. José María González Navarro 68 [12] Figura 2-12: Curva característica de la bomba de circulación 2.7 Dimensionado del vaso de expansión El factor más determinante del dimensionado del vaso de expansión es el volumen de este. Se trata de un depósito que absorberá las fluctuaciones de volumen en el circuito derivadas de los cambios de temperatura, y deberá dimensionarse de acuerdo a la cantidad de agua que que por este circule. La norma que regula el dimensionado de los vasos de expansión es principalmente es la UNE 100155: Diseño y cálculo de sistemas de expansión. [21] Para el cálculo del volumen del vaso de expansión se requiere previamente conocer el volumen total de fluido del circuito en el que este se implantará. Se trata del circuito primario, un circuito cerrado del que debe conocerse el volumen del recorrido de sus tuberías, además del volumen en el interior de los serpentines en el interacumulador y en el campo de captadores: 𝑉𝑇=𝑉𝑡𝑢𝑏 +𝑉𝑐𝑎𝑝𝑡 +𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 (𝑎) * El volumen total se multiplicará por un factor de seguridad que incrementará en un 10% el valor de este. Para obtener el valor del volumen del vaso de expansión ha de multiplicarse el volumen de fluido caloportador calculado por los coeficientes de expansión de fluido (Ce) y el coeficiente de presión (Cp) resultando la expresión: 𝑉𝑣.𝑒𝑥𝑝 =(𝑉𝑇∗1,10)∗𝐶𝑒∗𝐶𝑝 (𝑏) A continuación, se expondrán los pasos a seguir pertinentes para obtener todos los términos de las expresiones anteriores. 1. Cálculo de los términos por separado de la expresión (a) para hallar 𝑉𝑇. 2. Cálculo de los coeficientes de expansión y de presión. 3. Cálculo del volumen mínimo y elección del vaso de expansión. José María González Navarro 69 1. Cálculo de los términos por separado de la expresión (a) para hallar 𝑽𝑻. En el apartado 1.7.1.1 y 1.7.1.2 se especifican respectivamente las capacidades (en litros) de los captadores solares y el serpentín del interacumulador. Siendo: 𝑽𝒄𝒂𝒑𝒕 =1,64∗24=𝟑𝟗,𝟑𝟔 𝒍 ; 𝑽𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓 =𝟒𝟖 𝒍 (se toma el valor mayor aportado en la ficha técnica) Para conocer la capacidad de toda la red de tuberías se recurre a la Tabla 2-17, y mediante la siguiente fórmula se obtendrá la siguiente Tabla 2-20, en la que consultar el volumen de cada tramo: 𝑉𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 =[(𝜋∗𝐷2 4)∗𝐿]/1000 Tabla 2-20: Volumen de fluido caloportador por tramos TRAMOS L(m) Diámetro (mm) VOLUMEN (l) 1 42 31,75 33,253 2 3,05 31,75 2,415 3 3,05 31,75 2,415 4 3,05 25,4 1,545 5 3,05 25,4 1,545 6 3,05 25,4 1,545 7 10,1 25,4 5,118 8 3,05 19,05 0,869 9 3,05 19,05 0,869 10 3,05 19,05 0,869 11 3,05 19,05 0,869 12 3,05 12,7 0,386 13 3,05 12,7 0,386 14 3,05 19,05 0,869 15 3,05 19,05 0,869 16 3,05 19,05 0,869 17 3,05 19,05 0,869 18 6,25 25,4 3,167 19 3,05 25,4 1,545 20 3,05 25,4 1,545 21 3,05 25,4 1,545 22 3,05 31,75 2,415 23 3,05 31,75 2,415 24 37 31,75 29,294 25 a 36 0,8 12,7 0,101 TOTAL 165,95 m 98,707 l Con esto, el volumen total del circuito primario resulta: 𝑽𝑻=98,71+39,36+48= 𝟏𝟖𝟔,𝟎𝟕 𝒍 José María González Navarro 70 2. Cálculo de los coeficientes de expansión y de presión. 𝐶𝑒=𝑓𝑒∗(−1,75+0,064∗𝑇+0,0036∗𝑇2)∗10−3 Siendo T: Temperatura del fluido en el que se instalará el vaso de expansión y estimada como 60ºC. Y 𝑓𝑒 un factor corrector incluido por tratarse de una mezcla agua y glicol: 𝑓𝑒=𝑎∗(1,83∗𝑇+32)𝑏 Los coeficientes de esta expresión se extraen a través de las siguientes expresiones, dependientes del porcentaje de glicol existente en la mezcla (G). En este caso G=20. 𝑎=−0,0134∗(𝐺2−143,8∗𝐺+1918,2)=7,475 𝑏=3,5∗10−4∗(𝐺2−94,57∗𝐺+500)=−0,347 Lo que da lugar a: 𝒇𝒆=1,340 Y, por tanto: 𝑪𝒆=𝟎,𝟎𝟐𝟎𝟏𝟔 Por otra parte, el coeficiente de presión: 𝐶𝑝=𝑃𝑀á𝑥 𝑃𝑀á𝑥−𝑃𝑚í𝑛 - 𝑷𝑴á𝒙 es la presión máxima del circuito. Corresponde a la presión tarada en la válvula de seguridad, ante la que debe actuar si se sobrepasa este valor. Esta presión será igual a 10 𝑏𝑎𝑟. En la documentación técnica se corrobora que los equipos principales de la instalación tienen este valor de presión como presión máxima. - 𝑷𝒎í𝒏 es la presión estática existente debido a la diferencia de altura entre la ubicación del vaso de expansión, y el punto más alto de circulación de agua de la instalación. Esta distancia será de unos 23,5 metros aproximadamente, estando el vaso de expansión en la sala de máquinas a cota 0.00m (siendo la cota 22.00m a la que se encuentra la cubierta, más la altura del propio captador de aproximadamente 1.5m). Esta altura se traduce en una presión de aproximadamete 2.35 bar (presión manométrica). Sumando la presión atmosférica (1 bar) y otorgando un margen de 0.5 bar por seguridad, 𝑃𝑚í𝑛 =3.85 𝑏𝑎𝑟. Con lo que el coeficiente de presión resulta: 𝑪𝒑=𝟏,𝟔𝟐𝟔 José María González Navarro 71 3. Cálculo del volumen mínimo y elección del vaso de expansión: Atentiendo a la expresión (b), podrá obtenerse: 𝑽𝒗.𝒆𝒙𝒑 =(186,07∗1,10)∗0,02016∗1,626=𝟔,𝟕𝟏 𝒍 Aún obteniendo este valor, se ha tenido en cuenta la exigencia de la norma UNE 100155, que establece que el volumen del vaso ha de ser como mínimo un 6% del volumen total de fluido en el circuito. Siendo: 186,07∗0,06=11,164 𝑙>6,71 𝑙 , la elección se regirá a partir de este dato. Se ha escogido el modelo 18 SMF de vaso de expansión de la empresa Industrias Ibaiondo, S.A. con una capacidad de 18 litros. 2.8 Equipos auxiliares La instalación constará de un sistema auxiliar de energía, que será capaz de abastecer la demanda por completo en el caso más desfavorable en que la contribución de ACS a partir de la contribución solar sea nula. En la práctica, lo habitual será que sirva como complemento al sistema principal de energía, el sistema de captacion de energía termosolar, y que solo entre en funcionamiento como método de apoyo en caso de demandas superiores a las previstas o niveles de radiación solar inferiores. Al tratarse el edificio estudiado de un palacio de congresos con utilidad y aforo altamente variante, es importante el buen funcionamiento del sistema de apoyo, y se optará por un sobredimensionado considerable. Este sistema auxiliar o de apoyo se mantendrá con respecto al que era el sistema convencional previo a la instalación termosolar, asegurando de este modo ser completamente capaz de abastecer la demanda en las situaciones desfavorables anteriormente nombradas. Estará formado por dos calderas convencionales de gas natural de 32 kW cada una, del modelo Logano G124 XE y marca Buderus y un interacumulador MVV3500SBB del fabricante LAPESA como equipos principales. 2.9 Cálculo de aislamientos El espersor mínimo de aislamientos de tuberías y sus accesorios, así como depósitos, equipos y aparatos en general de toda la instalación, está regulado por la normativa de forma concreta. En este caso, el RITE, en el apartado IT 1.2.4.2.1 Aislamiento térmico de redes de tuberías, exige la existencia de aislamientos en cualquiera de los elementos nombrados anteriormente en caso de que contengan fluido a una temperatura superior a 40ºC. En el caso que ocupa, todos los elementos incluidos en la instalación disponen de aislamiento de fábrica, especificados en el apartado 1.7 Características técnicas, y cumpliendo la instrucción técnica nombrada anteriormente. De este modo, quedará analizar el espesor necesario para la red de tuberías. Tanto para tuberías como para cualquier equipo, será necesario distinguir si se encuentran en el exterior o no, puesto que el grado de deterioro será mucho más elevado. Deberán protegerse de la enterperie, así como de la estanqueidad en juntas. Para el calculo de espesores de la red de tuberías se llevará a cabo el Procedimiento simplificado (IT 1.2.4.2.1.2), que asigna cuáles han de ser los aislamientos térmicos según las indicaciones de las siguientes Tabla 2-21 y Tabla 2-22. José María González Navarro 72 Tabla 2-21: Espesores mín. asilam. tuberías que transportan fluidos calientes por interior de edificios. Tabla 2-22: Espesores mín. asilam. tuberías que transportan fluidos calientes por exterior de edificios. Debido a que el diámetro de la red de tuberías no es uniforme en toda la instalación, será necesario asignar según los valores de las tablas anteriores y los diámetros y condiciones de cada tramo, el espesor correspondiente. Se recogerá esta información en la Tabla 2-23. Tabla 2-23: Espesores de aislamiento en tuberías asignados por tramos TRAMOS L(m) Diámetro (mm) INT/EXT Espesor aislamiento (mm) 1 (int.) 33 31,75 INT 40 1 (ext.) 9 31,75 EXT 40 2 3,05 31,75 EXT 40 3 3,05 31,75 EXT 40 4 3,05 25,4 EXT 30 5 3,05 25,4 EXT 30 6 3,05 25,4 EXT 30 7 10,1 25,4 EXT 30 8 3,05 19,05 EXT 30 9 3,05 19,05 EXT 30 10 3,05 19,05 EXT 30 11 3,05 19,05 EXT 30 12 3,05 12,7 EXT 30 13 3,05 12,7 EXT 30 14 3,05 19,05 EXT 30 15 3,05 19,05 EXT 30 16 3,05 19,05 EXT 30 17 3,05 19,05 EXT 30 18 6,25 25,4 EXT 30 19 3,05 25,4 EXT 30 20 3,05 25,4 EXT 30 21 3,05 25,4 EXT 30 22 3,05 31,75 EXT 40 23 3,05 31,75 EXT 40 24 (int.) 26,8 31,75 EXT 40 24 (ext.) 10,2 31,75 INT 40 25 a 36 0,8 12,7 EXT 30 José María González Navarro 73 La temperatura del fluido tanto en interior como en exterior se considerará en la franja entre 60 y 100 ºC en una instalación termosolar tal como esta. (Para el cálculo de la red de tuberías del circuito de consumo, la franja sería entre 40 y 60ºC, pero estos tramos de tuberías se consideran prediseñados por completo.) En la Tabla 2-23 se recogen los espesores asignados teniendo en cuenta el diámetro de tubo y si este se encuentra en el interior o exterior del edificio. Considerando el mínimo de las Tablas 2-21 y 2-22, se han dimensionado con 1 centímetro más del requerido. Se aprecia como los únicos tramos de interior son aquellos que transcuren por el calo conectando en subida y bajada con la sala de máquinas. Ambos tramos (1 y 24) tienen parte exterior también. Se agrupan los tramos del 25 al 36 en una sola línea ya que las características de estos tramos de las 12 parejas de captadores serán las mismas como ya se explicó en el apartado 2.5.2. 2.10 Accesorios • Válvulas - V. de corte: A la entrada y salida de todos los equipos. - V. de seguridad: Junto al vaso de expansión y a la salida del campo de captadores. - V.de retención: A la salida de las bombas de circulación. - V. de vaciado: A la salida del campo de captación. • Purgadores Se ubicarán puntos de purga en todas aquellas ubicaciones de la instalación con riesgo de retenciones de aire inadecuado. Puntos como la salida de cada batería de captadores. - Purgador automático: A la salida del vaso de expansión y a la salida del campo de captadores. - Purgador de aire: A la salida de las baterías de captadores. • Sensores de temperatura: A la salida del interacumulador y el campo de captadores. • Manómetros: A la salida del interacumulador y el campo de captadores. José María González Navarro 80 Con la que, aplicando esta para cada mes, se obtiene la Tabla 2-3: Tabla 2-3: Comparativa radiación solar sobre superficie horizontal y superficie inclinada 𝑯𝑮𝟎: Rad. Solar global (MJ/m2) 𝑯𝒊: Rad. Solar superficie inclinada (MJ/m2) Enero 9,80 18,10 Febrero 13,20 20,03 Marzo 18,10 21,32 Abril 22,10 21,22 Mayo 25,20 20,97 Junio 28,40 22,11 Julio 29,20 23,34 Agosto 25,90 23,47 Septiembre 20,80 22,70 Octubre 14,50 19,71 Noviembre 10,50 18,24 Diciembre 8,40 16,32 Figura 2-2: Curvas comparativas de la radiación solar sobre superficie horizontal y superficie inclinada 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 H0: Rad. Solar global (MJ/m2) Hi: Rad. Solar sobre superficie inclinada (MJ/m2) José María González Navarro 81 José María González Navarro 82 3 PLIEGO DE CONDICIONES José María González Navarro 83 3.1 Objeto El pliego de condiciones técnicas de este proyecto fija los criterios generales a cumplir de la instalación de captadores solares planos para producción de agua caliente sanitaria en el Palacio de congresos Fibes II, situado en Sevilla Este, en la provincia de Sevilla. En el desglose del documento se detallarán los materiales, equipos y montajes de estos, así como las pruebas necesarias, la puesta en marcha y el manteniemiento requerido. 3.2 Normativa Todos los materiales y tareas que forman parte de la Instalación deberán cumplir con los requisitos exigidos en los siguientes reglamentos: • Pliego de Especificaciones Técnicas para Instalaciones de Energía Solar Térmica a Baja Temperatura. • Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (ITE). Real Decreto 1027/2007 de 20 de Julio. • Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus instrucciones Complementarias MI.BT, incluidas las hojas de interpretación. • Código Técnico de la Edificación - Acciones en la Edificación (CTE-DB-AE). • Código Técnico de la Edificación – Seguridad en caso de incendio (CTE-DBSI). • Código Técnico de la Edificación – Protección frente al ruido (CTE-DB-HR) • Norma UNE-EN 12975-1:2006. “Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares.” • Igualmente, se cumplirá con toda la normativa de carácter regional y local (Ordenanzas, etc.). • Aparte de la Normativa de carácter obligatorio antes mencionada, se utilizarán otras normas como las UNE de la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR), normas NTE del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo o de las Compañías suministradores de energía eléctrica, etc. En ocasiones, a falta de normativa española, podrán utilizarse de organismos internaciones, como CER, ISO, etc. De igual manera, se respetarán cualesquiera otras normativas o reglamentos mencionados en el presente pliego. 3.3 Condiciones de materiales y equipos 3.1.1 Captadores solares a) Generalidades: Cada captador llevará una etiqueta pegada con al menos la siguiente información: • Tipo • Nº serie • Nombre del fabricante • Año / Lugar de fabricación • Presión máxima de trabajo • Temperatua de estancamiento a 1000 W/m2 y 30ºC • Volumen del fluido de transferencia de calor • Peso del captador en vacío José María González Navarro 84 Se recomienda el uso de captadores solares que se ajusten a las siguientes características técnicas: • El material de la cubierta transparente sea vidrio templado de espesor no inferior a 3 mm y transmisividad mayor o igual a 0,8. • La distancia media entre el absorbedor y la cubierta transparente será de entre 2 y 4 cm. • La instalación de sistemas integrados en cubierta se debería realizar mediante un procedimiento acreditado por el fabricante y de forma que se garanticen las características funcionales y de durabilidad del conjunto. • Los datos para la caracterización térmica, hidráulica y mecánica del captador solar deberán proceder de los resultados del ensayo realizado conforme a la norma UNE 12975. b) Modelo: Se recomienda uniformidad en la marca y modelo de todo el campo de captadores. Ante la imposibilidad de esto, se dispondrá de un sistema de regulación de caudal por baterías que permita que las nuevas baterías presenten el mismo caudal (diferencia máxima del 10%) que las existentes cuando circule por el circuito primario el caudal de diseño. c) Estructura soporte y sujeción La estructura soporte cumplirá los requisitos establecidos en el CTESE. Todos los materiales que la conformen han de proteger contra la acción de los agentes ambientales, en particular contra el efecto de la radiación solar y la acción combinada del aire y el agua. Las estructuras de acero deberán protegerse mediante galvanizado por inmersión en caliente, pinturas orgánicas de zinc o tratamientos anticorrosivos equivalentes. La realización de taladros en la estructura se deberá llevar a cabo antes de proceder al galvanizado o protección de la estructura. La tornillería y piezas auxiliares deberán estar protegidas por galvanizado o cincado, o ser de acero inoxidable. 3.1.2 Tuberías En los circuitos cerrados, como el circuito primario podrán usarse tuberías de cobre, de acero negro, de acero inoxidable o material plástico compatibles con el fluido que utilizan, que soporten las condiciones extremas de funcionamiento del correspondiente circuito y con la protección necesaria en función de la ubicación en que se encuentren. En los circuitos de agua caliente sanitaria podrán utilizarse cobre y acero inoxidable. También podrán utilizarse materiales plásticos capaces de soportar las condiciones extremas (presión y temperatura) de funcionamiento del circuito, y que estén autorizadas por la normativa. Las tuberías de cobre serán tubos estirados en frío y sus uniones serán realizadas por accesorios a presión que soporten también las condiciones extremas, o con soldadura por capilaridad de acuerdo con la norma UNE 37153. Cuando la temperatura pueda superar los 125ºC se utilizará soldadura fuerte. Siempre es recomendable prever la protección catódica del acero según la norma UNE 100050. En aquellos casos en que el fabricante conceda elementos metálicos no galvanizados no protegidos contra la oxidación, estos deben ser cubiertos por pintura antioxidante. Se han de dar dos manos de pintura para asegurar su protección, una fuera de obra y otra una vez el tubo sea instalado. José María González Navarro 85 Accesorios: • Termómetros Los térmometros más adecuados son los de mercurio en vidrio, encontrándose estos protegidos en una caja metálica. La escala debe adecuarse a los requerimientos de la instalación y el aparato debe contar con divisiones pequeñas que disminuyan el error de medida. • Manómetros: Los manómetros serán con válvula de aguja de aislamiento en acero inoxidable e inmersos en glicerina. Los rangos de los manómetros serán tales que la aguja, durante el funcionamiento normal, este en el medio del dial. La precisión será de al menos el 1%. • Juntas: Como normas generales, no se utilizará amianto. La presión nominal mínima será PN-10 y soportarán temperaturas inferiores a 200ºC. - Lubricante de roscas: Lubricante general, que no actúe como endurecedor, ni sea venenoso. Acoplamientos dieléctricos. Se incluirán acoplamientos dieléctricos también en las uniones entre cobre y acero o fundición. - Derivaciones: Habitualmente utilizar empalmes soldados. Para el perfeccionamiento de las intersecciones, se realizarán las aberturas en tubería con la mayor precisión posible. - Codos en bombas: Tanto como para succión como para descarga, el radio del codo será lo suficientemente largo. - Sombreretes: Son necesarias para proporcionar la protección adecuada a cada una de las tuberías que discurran a través de la cubierta. - Guías: Serán instaladas de acuerdo a las indicaciones y recomendaciones que aporte el fabricante. - Puntos de toma de presión: Se incluirán los puntos de toma con válvula necesarios y/o indicados en planos o especificaciones. - Válvulas de seguridad: Se incluirán todas las válvulas de seguridad indicadas, o necesarias para un funcionamiento completamente seguro y correcto de los sistemas. Durante el periodo de pruebas de la instalación se procederá al timbrado de las mismas. Las válvulas de seguridad de alivio serán de paso angular y carga por resorte. Serán adecuadas para condiciones de trabajo de 0 a 120ºC y hasta 25 Kg/cm2. Los materiales de fabricación son cobre RG-5 para el cuerpo, vástago, tornillo de fijación, tuerca deflectora y la tobera, latón para el cabezal y obturador, acero cadmiado para el resorte Y PTFE para la junta. - Purgadores de aire: Cuando sea necesario, y con el fin de disponer de una instalación silenciosa y evitar la formación de cámaras de aire se dispondrá la tubería con pendiente ascendente hacia la dirección del flujo. Las derivaciones se harán de tal modo que se eviten retenciones de aire y se permita el paso libre del mismo. Se incluirá purgadores de aire, manuales y automáticos, en todos los puntos altos, particularmente en los puntos más elevados de los montantes principales, así como en todos los puntos necesarios, teniéndose especial cuidado en los retornos (ascensos, codos ascendentes). En el caso de que, una vez que las redes estén en funcionamiento, se den anomalías por presencia de aire en la instalación, se instalarán nuevos empalmes, purgadores, válvulas según se considere necesario y sin costes extra. Si se deben realizar trabajos que requieran rotura, y reposición de acabados, el contratista se hará carga de los gastos generados. Se preferirán, por regla general, los purgadores manuales, salvo en puntos ocultos o José María González Navarro 86 de difícil acceso, que hagan recomendable la instalación de purgadores automáticos. - Compensadores de dilatación: Estos se utilizan en los circuitos de agua caliente. Han de ser instalados allí donde indique el plano y donde se requiera según la experiencia del instalador, cumpliéndose las recomendaciones propuestas por el reglamento. Siempre se colocarán entre dos puntos fijos, capaces de soportar los esfuerzos de dilatación y de presión que se originan. Los extremos del compensador van a ser de acero al carbono preparados para soldar a la tubería con un chaflán de 37º 30’ y un talón de 1,6 mm cuando el diámetro nominal de la tubería sea de hasta 2” inclusive. Si las tuberías son de diámetro superior, las conexiones serán con bridas en acero al carbono según las normal DIN 2502 o 2503, según si las presiones son de 6 y 10 o 16 Kg/cm2. Estas bridas van soldadas a los cuellos del compensador por los procedimientos recomendados para soldadura de piezas en acero al carbono de espesores medios. - Vaciados: Los vaciados, purgadores, válvulas de seguridad, reboses, se dirigirán al sumidero o desagüe más cercano. En cualquier caso, se van a adoptar las medidas oportunas para evitar que una descarga accidental produzca daños o desperfectos. Se suministrarán las válvulas de vaciado que sean necesarias para el vaciado completo de todas las tuberías y equipos. - Conexiones a equipos: Se utilizarán elementos de unión que permitan una fácil conexión y desconexión de los equipos y elementos de la red de tuberías, dispuestas de tal modo que los equipos puedan ser mantenidos o que puedan retirarse sin tener que desmontar la tubería. La instalación se realizará de tal modo que no se transmitan esfuerzos desde las redes de tuberías hacia los equipos. 3.1.3 Interacumuladores El depósito estará fabricado de acuerdo con las especificaciones del Reglamento de Aparatos a Presión, instrucción Técnica Complementaria MJE-AP11 y probado con una presión igual a dos veces la presión de trabajo, además de ser homologado por el Ministerio de Industria y Energía. El interacumulador especificará: • Tipo • Volumen cúbico real • Dimensiones • Presión de trabajo máximo • Temperatura máxima de almacenaje • Ubicación y diámetro de las bocas de conexión • Ubicación y características de los puntos de apoyo. • Material y espesor del aislamiento incorporado Además, para reconocimiento inmediato, el depósito dispondrá de una placa de identificación en la que se recogerá la siguiente información: • Nombre del fabricante • Número de fabricación • Volumen neto de acumulación (l) • Presión máxima de servicio José María González Navarro 87 En los casos en que el intercambiador está incorporado al acumulador solar, este estará ubicado en la parte inferior del depósito y podrá ser de tipo sumergido o de doble envolvente. El intercambiador sumergido podrá ser de serpentín o de haz tubular. 3.1.4 Bombas de circulación La bomba de circulación llevará una placa donde debe ir grabado con claridad: • Fabricante • Marca y modelo • Características eléctricas Además, los grupos de bombeo han de reunir las siguientes características en lo referido a materiales y prestaciones: • Cuerpo en fundición o bronce. Partidos, o no, según planos. Se incluirán conexiones para cebado, venteo, drenaje y manómetros en impulsión y descarga. • Rodete de fundición/ polysulfone o bronce. • Eje en acero inoxidable AISI 316. • Tubo de estanqueidad en acero inoxidable. • Cojinete a bolas de carbono, a prueba de polvo y humedad. • Cierres mecánicos: todas las bombas deberán de estar provistas con cierres mecánicos y separadores de sedimentos. • Juntas torcas de EPDM. • Acoplamientos flexibles del tipo todo acero con protector de acoplamiento. Se incluirá espaciador en el acoplamiento para facilitar el mantenimiento del grupo. • Rotor húmedo o seco, según documentos de proyecto. • Motor de 2 o 4 polos, 2900 o 1450 rpm, 220V/1 o 220/380V/3, 50 Hz, IP.44 clase F. • Presión de aspiración 2 maca, para 82ºC. • Caudal, altura manométrica, potencia del motor, número de velocidades y presión sonora según lo establecido en el presupuesto o especificaciones técnicas. • En circuitos de agua caliente para usos sanitarios, los materiales de la bomba serán resistentes a la corrosión. • Los materiales de la bomba del circuito primario serán compatibles con las mezclas anticongelantes y en general con el fluido de trabajo utilizado. 3.1.5 Vasos de expansion El vaso de expansión ha de ser cerrado. Siempre llevará una placa donde debe ir grabado con claridad: • Fabricante • Marca y modelo La recomendación es que los vasos de expansión utilizados en los circuitos primarios tengan una temperatura máxima de funcionamiento superior a 100ºC, pero, en cualquier caso, se adoptarán las medidas necesarias para que no llegue al vaso fluido a temperatura superior a la que el mismo pueda soportar. De existir fugas, los vasos de expansión deberán presurizarse con nitrógeno puro. José María González Navarro 88 El cuerpo exterior del depósito será de acero, timbrado y construido de forma que sea accesible la membrana interior de expansión. El interior tendrá un tratamiento anticorrosivo y exteriormente un doble tratamiento antioxidante con acabado pintado al duco o esmaltado al horno. El depósito estará dividido en dos cámaras herméticas entre sí, divididas por una membrana de dilatación, construida en caucho butílico o polipropileno, con elasticidades recuperables a temperaturas inferiores a 60ºC, sin degradación del material. La cámara de expansión de gas estará rellena con nitrógeno u otro gas inerte disponiendo de acometida para reposición de gas y manómetro. En la acometida del agua se incluirá manómetro, termómetro, válvula de alimentación, purga de agua y seguridad. Asimismo, esta acometida dispondrá de sifón en cuya parte superior se dispondrá de botellón de recogida con aire con purgador manual y automático. 3.1.6 Válvulas (a) Generalidades: Las válvulas llevarán grabado el diámetro nominal, la presión nominal y, si procede, la presión de ajuste. La elección de las válvulas se realizará, de acuerdo con la función que desempeñan y las condiciones extremas de funcionamiento (presión y temperatura) siguiendo como criterios: • Para aislamiento: válvulas de esfera. • Para vaciado: válvulas de esfera o de macho. • Para llenado: válvulas de esfera. • Para seguridad: válvula de resorte. • Para retención: válvulas de disco, de capeta o de muelle (disco partido). • Para equilibrado de circuitos: válvulas de asiento. • Para purga de aire: válvulas de esfera o de macho. * Las válvulas de seguridad, por su trascendencia en la instalación, deberán ser capaces de derivar la potencia máxima del captador o grupo de captadores, incluso en forma de vapor, de manera que en ningún caso sobrepase la máxima presión de trabajo del captador o del sistema. (b) Materiales: Los componentes fundamentales de las válvulas deberían estar constituidos por los materiales que se indican a continuación: • Válvulas de esfera: Cuerpo de fundición de hierro o acero. Esfera y eje de acero duro cromado o acero inoxidable. Asientos, estopada y juntas de teflón. Podrán ser de latón estampado para diámetros inferiores a 1 1/2 con esfera de latón duro cromado. • Válvulas de asiento: ▪ Cuerpo de bronce (hasta 2") o de fundición de hierro o acero. ▪ Tapa del mismo material que el cuerpo. ▪ Obturador en forma de pistón o de asiento plano con cono de regulación de acero inoxidable y aro de teflón. No será solidario al husillo. ▪ El asiento será integral en bronce o en acero inoxidable según el cuerpo de la válvula. ▪ Prensa-estopas del mismo material que cuerpo y tapa. José María González Navarro 89 • Válvulas de seguridad de resorte: ▪ Cuerpo de hierro fundido o acero al carbono con escape conducido. ▪ Obturador y vástago de acero inoxidable. ▪ Prensa-estopas de latón. ▪ Resorte en acero especial para muelle. - Válvulas a esfera ▪ Cuerpo de fundición de hierro o acero. ▪ Esfera eje de acero duro cromado o acero inoxidable. ▪ Asientos, estopado y juntas de teflón. • Válvulas de retención de carpeta: ▪ Cuerpo y tapa de bronce o latón. ▪ Asiento y capeta de bronce. ▪ Conexiones rosca hembra. • Válvulas de retención de muelle: ▪ Cuerpo y tapa de bronce o latón. ▪ Asiento y capeta de bronce. ▪ Conexiones rosca hembra. ▪ Resorte en acero especial para muelle. • Purgadores automáticos de aire: ▪ Cuerpo y tapa de fundición de hierro o latón. ▪ Mecanismo de acero inoxidable. ▪ Flotador y asiento de acero inoxidable o de plástico. ▪ Obturador de goma sintética. 3.1.7 Aislamientos El material usado como aislamiento deberá cumplir con la norma UNE 100171. El material aislante situado a la intemperie debería protegerse adecuadamente frente a los agentes atmosféricos de forma que se evite su deterioro. Como protección del material aislante se podrá utilizar una cubierta o revestimiento de escayola protegido con pinturas asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o chapa de aluminio. En el caso de que el aislamiento esté basado en espuma elastómera se podrá usar pinturas plásticas impermeables cuya exposición prolongada al sol no afecte a sus propiedades fundamentales. 3.1.8 Sistema hidráulico y de control La instalación eléctrica cumplirá con el vigente Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias. Se construirá un cuadro eléctrico específico para la instalación solar. El sistema de control consistirá en un controlador digital programable e incorporará una adquisición de datos de la instalación en tiempo real, telegestionable a distancia a través de un módem ya incorporado. Los datos a revisar serán: caudales, temperaturas en captadores, acumuladores, potencia y energía inyectada en cada servicio y número de horas de funcionamiento de las bombas. José María González Navarro 96 A continuación, se muestra en la Tablas 3-2 a 3-6 los planes de mantenimiento de los sistemas de la instalación: Tabla 3-2: Plan de mantenimiento del sistema de captación Tabla 3-3: Plan de mantenimiento del sistema de acumulación Tabla 3-5: Plan de mantenimiento del sistema de control Tabla 3-6: Plan de mantenimiento del sistema auxiliar Tabla 3-4: Plan de mantenimiento del sistema hidráulico José María González Navarro 97 José María González Navarro 98 4 MEDICIONES Y PRESUPUESTO José María González Navarro 99 4.1 Sistema de captación Nº Orden Concepto Cantida d Unidad Medida Precio/ud. (€) Subtotal (€) 1.1 Captador solar: Promasol - PROMASUN 2.6 o similar. Absorbedor con recubrimiento selectivo y lámina continua de aluminio soldada con láser. - Dimensiones: 2030 x 128 x 80 mm - Área total/ apertura: 2,6 / 2,37 m2 - Caudal recomendado: 45 a 70 L/m2h - Curva de rendimiento: η0=0,72 ; k1=3,45 ; k2=0,024 - Capacidad: 1,64 L - Peso en vacío: 45 kg - Pmáx: 10 bar - Caja: Aluminio anonizado - Vidrio: solar templado, bajo cotenido ferroso - Aislamiento: Lana de vidrio 24 UN 617,00 14.808,00 1.2 Estructura Soporte para batería de 2 colectores VERTICALES (REF Promasol 4150.45) 12 UN 202,00 2.424,00 1.3 Accesorios por batería de capatadores; Promasun - Kit en Cruz completo que incluye vaina y purgador. 12 UN 106,00 1.272,00 1.4 Anticongelante 5 L. Promasol FLUID 40 P. 4 UN 32,00 128,00 TOTAL Sistema de captación 18.632,00 4.2 Sistema de interacumulación Nº Orden Concepto Cantid ad Unidad Medida Precio/ud. (€) Subtotal (€) 2.1 Interacumulador: Lapesa - MVV3500 SSB o similar. Depósito de acero vitrificado con serpentines: - Capacidad: 3500 L - Dimensiones: h: 2580 mm ; Øe : 1660 mm - PN: 10 bar - Peso en vacío 740kg - Superficie intercambio: 6.7 m2 1 UN 10.989,00 10.989,00 TOTAL Sistema de interacumulación 10.989,00 José María González Navarro 100 4.3 Sistema de regulación y control Nº Orden Concepto Cantidad Unidad Medida Precio/ud. (€) Subtotal (€) 3.1 Centralita de regulación solar: Buderus - Logamastic SC40 o similar. 1 UN 340,00 340,00 3.2 Sensor con sonda de Temperatura y pantalla. IFM - TN2105 o similar. 2 UN 275,70 551,40 3.3 Manómetro con tubo Bourdon, aleación de cobre. (WIKA) 2 UN 56,71 113,42 TOTAL Sistema de regulación y control 1.004,82 4.4 Sistema hidráulico Tabla Presupuesto (Parte 1) Nº Orden Concepto Cantidad Unidad Medida Precio/ud. (€) Subtotal (€) 4.1 Vaso de expansión: Industrias IBAIONDO, S.A. – Modelo: 18 SMF o similar Vaso para sistemas cerrados de energía solar, de membrana no recambiable. - Capacidad: 18 L - Dimensiones: h: 415 mm ; Øe : 270 mm - Presión máxima: 10 bar - Peso en vacío: 4 kg - Precarga de aire: 2,5 bar - Tmáx/Tmín: 100ºC/-10ºC 1 UN 33,73 33,73 4.2 Kit soporte + válvula aislamiento para vasos de expansión (Modelo 690019050012) 1 UN 49,33 49,33 4.3 Bomba de circulación: Wilo – Modelo: Star-Z 20/7-3 o similar. Bomba circuladora de rotor húmedo con conexión roscada. - Incluye juntas - Presión máxima: 10 bar - Caudal Primario: 1,849 m3/h - Pérdida de carga: 36,837 kPa 2 UN 761,00 1.522,00 4.4 Válvula de corte (SEI) 16 UN 28,95 463,20 4.5 Válvula de retención (SEI) 2 UN 13,61 27,22 José María González Navarro 101 Tabla Presupuesto (Parte 2) Nº Orden Concepto Cantidad Unidad Medida Precio/ud. (€) Subtotal (€) 4.6 Purgador de aire automático: ACV - 55445007 2 UN 50,18 100,36 4.7 Tubería de cobre 1/2" (SEI) Totalmente montada e instalada. 15,7 M 4,75 74,58 4.8 Tubería de cobre 3/4" (SEI) Totalmente montada e instalada. 24,4 M 8,55 208,62 4.9 Tubería de cobre 1" (SEI) Totalmente montada e instalada. 34,65 M 10,58 366,60 4.10 Tubería de cobre 1-1/4" (SEI) Totalmente montada e instalada. 91,2 M 13,37 1.219,34 4.11 Codo 90º de cobre 1/2" (90 CU H-H) (COASOL) 1 UN 2,37 2,37 4.12 Codo 90º de cobre 1" (90 CU H-H) (COASOL) 4 UN 6,11 24,44 4.13 Codo 90º de cobre 1-1/4" (90 CU H-H) (COASOL) 6 UN 12,42 74,52 4.14 TE Recta 1/2" (130 CU H-H-H) (COASOL) 13 UN 4,97 64,61 4.15 TE Recta 3/4" (130 CU H-H-H) (COASOL) 8 UN 10,89 87,12 4.16 TE Recta 1" (130 CU H-H-H) (COASOL) 8 UN 31,68 253,44 4.17 TE Recta 1-1/4" (130 CU H-H-H) (COASOL) 5 UN 18,49 92,45 4.18 Aislamiento tubería: AISTU XG (ARMAFLEX) Totalmente montado e instalado. 15,7 M 0,94 14,76 4.19 Aislamiento tubería: AISTU XG (ARMAFLEX) Totalmente montado e instalado. 24,4 M 1,10 26,84 4.20 Aislamiento tubería: AISTU XG (ARMAFLEX) Totalmente montado e instalado. 34,65 M 1,42 49,20 4.21 Aislamiento tubería: AISTU XG (ARMAFLEX) Totalmente montado e instalado. 91,2 M 1,93 176,02 TOTAL Sistema hidráulico* 4.930,74 * Total de Tabla Presupuesto (Parte 1) y (Parte 2) José María González Navarro 102 4.5 Presupuesto total PRESUPUESTO TOTAL (por sistemas) Total Sistema de captación 18.488,00 Total Sistema de interacumulación 10.989,00 Total Sistema de regulación y control 1.004,82 Total Sistema hidráulico 4.930,74 TOTAL INSTALACIÓN (sin IVA) 35.556,56 IVA (21%) 7.466,88 TOTAL INSTALACIÓN 43.023,44 La inversión de dinero es muy dispar con respecto los distintos sistemas, resultando una distribución en porcentaje tal y como se muestra en el el siguiente diagrama: Figura 4-1: Distribución porcentual del presupuesto total por sistemas A partir del análisis de mediciones realizado se pueden llevar a cabo una serie de reflexiones al respecto: - El sistema más caro en diseño no es el sistema de captación. El circuito de consumo, en el que se incluye el sistema de apoyo, (cuyo presupuesto y dimensionado no forma parte del objeto del proyecto) resultará realmente el más caro. Sin embargo, en el diseño que ocupa, no se considera la compra e instalación de los equipos de la instalación convencional, que se mantienen de la instalación primitiva pasando a formar parte del sistema de apoyo, así como tampoco se presupuestan todos los elementos de los puntos de consumo, ni de la red de tuberías, la cual tendrá una longitud muy extensa y completa por todo el edificio. 52,40% 30,91% 13,87% 2,83% Sistema de captación Sistema de interacumulación Sistema hidráulico Sistema de regulación y control José María González Navarro 103 - El coste por metro cuadrado de captación es de un orden de magnitud adecuado. El coste por metro cuadrado de captación se trata de un ratio habitual en este tipo de instalaciones para valorar el presupuesto de la instalación conforme a el parámetro más característico, la superficie total de captación. 𝑪𝑴𝑪=𝑃𝑟𝑒𝑠𝑢𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛=43.023,44 56,88 = 𝟕𝟓𝟔,𝟑𝟗 € 𝒎𝟐 José María González Navarro 104 José María González Navarro 5 PLANOS