1. Descripción del equipo

1.1. Descripción general

Es un equipo de baja temperatura para producción de ACS de circulación forzada,

indirecto, cerrado, con captador lleno, sólo solar y con almacenamiento separado, con 3

captadores solares conectados en paralelo, un interacumulador y sus correspondientes

tuberías de agua fría y de agua caliente.

1.1.1. Descripción de los captadores

Se compone de tres captadores planos iguales modelo Vaillant VFK 145 V con las

siguientes características técnicas:

Serpentín vertical.

Dimensiones (alto x ancho x profundo) en mm: 2033 x 1233 x 80.

Peso: 38 kg.

Volumen: 1,85 l.

Presión máxima: 10 bar.

Temperatura de parada: 171 ºC.

El caudal en el campo de captadores es de 4,5 l/min.

Superficie bruta: 2,51 m2. Es el área entre los límites exteriores del captador,

generalmente los bordes externos de la carcasa del mismo.

Superficie de apertura: 2,35 m2. Es la superficie visible o abierta del captador

para la radiación solar, y suele coincidir con el área de la cubierta visible.

Superficie absorbedora: 2,33 m2. Suma de las áreas de las aletas y de las tuberías

internas expuestas a la radiación.

Absorbedor: aluminio (deposición en vacío) 0,5 x 1178 x 1978 mm.

Recubrimiento: High selective (blue) con = 95 % y = 5 %.

Recubrimiento de cristal: 3,2 mm.

Tipo de vidrio: vidrio solar de seguridad (estructura prismática)

Transmisión: = 91 %.

Aislamiento de borde: ninguno.

Rendimiento 0: 79,1 %. Es el rendimiento cuando la temperatura media o la

temperatura de entrada del fluido portador (dependiendo de la ecuación del

captador elegida para el rendimiento) es igual a la temperatura del aire ambiente.

Capacidad térmica (W·s/m2K): 8200. Se determina en los ensayos según la

norma establecida, y es una medida de inercia térmica, y por consiguiente de la

rapidez de respuesta del captador durante el calentamiento y el enfriamiento.

Factor de pérdida térmica (k1): 2,41 W/m2K.

Factor de pérdida térmica (k2): 0,049 W/m2K.

Los ensayos se han realizado con una inclinación de 37º respecto a la horizontal,

que es la latitud geográfica de Sevilla aproximadamente.

Los captadores cumplen con la norma UNE-EN 12975.

El fluido de transferencia de calor es agua.

A continuación se muestra una foto de los captadores solares:

Figura 1.1: Imagen de los captadores.

1.1.2. Descripción del acumulador

En relación al acumulador, es de agua caliente bivalente de la marca Vaillant, modelo

VIH S. La transmisión de calor se efectúa a través de dos serpentines soldados.

Mediante la conexión de agua fría, el acumulador se conecta a la red de agua y mediante

la conexión de agua caliente, a las tomas de agua. Cuando se realiza una extracción de

agua caliente, entra agua fría al acumulador, donde se calienta hasta alcanzar la

temperatura programada en el regulador de temperatura del acumulador. Su instalación

debe hacerse conforme a las indicaciones del fabricante y en una habitación cerrada de

forma que la temperatura en su interior no varíe en 5 ºC y teniendo en cuenta que la

longitud total de las tuberías debe ser de 15 0,1 m.

Los acumuladores solares del tipo VIH S calientan el agua en dos circuitos separados.

En el área inferior, más fría, se encuentra el intercambiador solar de calor. Las

temperaturas relativamente bajas del agua en el área inferior garantizan una transmisión

óptima de calor desde el circuito solar al agua el acumulador, incluso con una radiación

solar mínima.

En la zona superior, que es la más caliente del acumulador, se produce el calentamiento

residual del agua caliente a través del calentador por recirculación de agua, que no

estará operativo en los ensayos.

Los datos técnicos se muestran a continuación:

Volumen del acumulador: 400 l.

Volumen real del acumulador: 398 l.

Presión de funcionamiento máxima del acumulador: 10 bar.

Presión de funcionamiento máxima de la calefacción: 10 bar.

Temperatura máxima del agua caliente: 85 ºC.

Temperatura máxima de ida para la calefacción: 110 ºC.

Consumo de energía en standby: 2,1 kW·h/dia.

1.1.2.1. Intercambiador de calor

Superficie de transmisión de calor del intercambiador de calor: 0,7 m2.

Volumen de agua de calefacción del intercambiador de calor: 4,5 l.

Pérdida de presión en el intercambiador de calor con demanda de agua en

calefacción máxima: 11 mbar.

Caudal de agua de calefacción: 900 l/h.

Caudal de salida de agua caliente a 45/10 ºC según DIN 4708: 19 l/min.

Caudal continuo de agua caliente a una temperatura del agua de calefacción de

85/65 ºC con una diferencia de temperatura del agua caliente y fría de 35 K: 21

kW.

Caudal continuo de agua caliente a una temperatura del agua de calefacción de

85/65 ºC con una diferencia de temperatura del agua caliente y fría de 35 K: 516

l/h.

1.1.2.2. Intercambiador solar de calor de serpentín

Superficie de transmisión de calor del intercambiador de calor: 1,5 m2.

Volumen de agua de calefacción del intercambiador de calor: 9,9 l.

Pérdida de presión del intercambiador de calor al funcionar con líquido solar:

menor de 10 mbar.

Caudal de líquido solar: 300 l/h.

1.1.2.3. Conexiones

Conexión de agua fría y caliente (roscas): R1.

Conexión de recirculación (roscas): R ¾.

Conexión de ida y retorno (roscas): R1.

1.1.2.4. Dimensiones del acumulador

Anchura con revestimiento: 810 mm

Profundidad con revestimiento: 875 mm

Altura: 1470 mm

Diámetro exterior del recipiente sin aislamiento: 650 mm

Peso con embalaje y aislamiento incluidos: 169 kg

Peso lleno listo para usar: 567 kg

Entrada del agua fría: a 155 mm, medidos desde su base.

Salida del agua caliente: a 1300 mm, medidos desde su base.

Entrada del agua procedente del campo de captadores: a 245 mm, medidos desde

su base.

Retorno del agua al campo de captadores: a 755mm, medidos desde su base.

A continuación se muestra una imagen del acumulador:

Figura 1.2: Imagen del interacumulador.

1.1.3. Descripción del circuito hidráulico

1.1.3.1. Tuberías circuito primario

Material: acero inoxidable corrugado.

Diámetro: 18 mm.

Longitud lado frío: 15 m.

Longitud lado caliente: 15 m.

Aislamiento: poliuretano de conductividad 0,04 W/mºC de 19 mm de espesor.

Presión máxima: 6 bar.

Válvula de seguridad.

1.1.3.2. Bomba

Existe una bomba en el circuito primario cuyas características son las siguientes:

Velocidades de trabajo (r.p.m) Consumo

(W)

1450 43

1900 61

2200 82

1450 43

1900 61

Tabla 1.1: Puntos de la curva característica de la bomba.

Figura 1.3: Imagen de la bomba

1.1.4. Descripción del banco de ensayo

1.1.4.1. Descripción general

A continuación se muestra una figura esquemática del banco de ensayo:

Figura 1.4: Esquema del banco de ensayo.

1 captadores

2 válvula de seguridad

3 válvula de extracción

4 ventilador

5 válvula de seguridad

6 bomba

7 válvula de no retorno

8 vaso de expansión

9 válvula de enjuague

En los ensayos se miden las siguientes variables:

Tec: temperatura de entrada al captador.

Tsc: temperatura de salida del captador.

Tea: temperatura del agua del acumulador a la altura de la entrada de agua fría.

Tsa: temperatura del agua del acumulador a la altura de la salida de agua caliente

del acumulador.

Ta1: temperatura del acumulador a 510 mm de la altura.

Ta2: temperatura del acumulador a 1060 mm de la altura.

Ta: temperatura ambiente cerca de los captadores.

Tca: temperatura ambiente en la casetilla donde se encuentra el acumulador.

vv: velocidad del viento en el plano de los captadores.

G: irradiancia global en el plano de captadores.

Gd: irradiancia difusa en el plano de captadores.

s: caudal de extracción del acumulador.

Pcs: presión circuito secundario.

1.1.4.2. Descripción de los sensores utilizados

Los sensores que están presentes en el banco de ensayo tienen las siguientes

características:

Piranómetro: debe ser montado y debe operar de acuerdo a la norma ISO 9060.

Debe ser instalado con la misma inclinación y azimut que el campo de

captadores y cerca de la parte superior de él.

El sensor de temperatura que mide la temperatura ambiente debe ser protegido

de la radiación solar directa y difusa por medio de una cubierta blanca, bien

ventilada, preferiblemente con ventilación forzada. En nuestro sistema está

colocado a unos 20-30 centímetros del captador.

Los sensores de temperatura dentro del acumulador están colocados a 510 y

1060 milímetros de altura respecto de la base del acumulador. Los sensores que

miden la temperatura del agua fría y temperatura de salida del acumulador deben

colocarse lo más cerca posible del acumulador. Por último, los sensores que

miden las temperaturas de entrada y salida del captador se colocan lo más cerca

posible de éste.

Se recomienda instalar el caudalímetro que mide el caudal de extracción del

acumulador al lado del sensor de la temperatura de salida del acumulador.

El anemómetro debe colocarse a una altura aproximadamente igual a la altura

del centro del captador. Si se usa una corriente de aire forzada debe colocarse de

forma que pueda medir la velocidad del aire.

A continuación se detallan los modelos de sensores utilizados, así como sus

incretidumbres:

Variable medida Fabricante Modelo Incertidumbre

Gd(W/m2) Kipp &

Zonen

CMP 11 0,07 Vm2/W

G(W/m2) Kipp &

Zonen

CMP 11 0,11 Vm2/W

Ta1(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

Ta2(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

Ta(ºC) NRG

Systems

Tipo 110S 0,08 ºC

Tv(ºC) NRG

Systems

Tipo 110S 0,08 ºC

vv(m/s) Vector

instruments

A100LK/PC3-

R30

0,110 m/s

Tea(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

Tsa(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

Tec(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

Tsc(ºC) Guemisa PT100 4h 0,03 ºC

s(l/min) Siemens MAG

1100/MAG

5000-DN 15

Tca(ºC) NRG

Systems

Tipo 110S 0,08 ºC

Pcs(bar) Sensotec 26-600 0,101 bar

Sistema de adquisición de datos AGILENT 34980 A 0,097 ºC

Tabla 1.2: Descripción de los sensores instalados.