CAPITULO IV

AHORRO CON INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA AGUA CALIENTE SANITARIA

4.1. INTRODUCCIÓN

Para determinar el ahorro energético con instalaciones solares térmicas (IST) para agua caliente sanitaria, se debe de realizar el cálculo de la IST lo cual es un proceso iterativo con que se define la mejor instalación solar térmica que resuelve un determinado consumo de energía e incluye:

• Definición y valoración de los parámetros de uso.• Selección de la configuración básica.• Cálculo de la demanda y el consumo de energía.• Obtención de los datos climáticos.• Selección de la orientación e inclinación de los colectores.• Selección de los parámetros funcionales de la instalación.• Cálculo de las prestaciones.

El proceso iterativo permite realizar un análisis de sensibilidad y si el resultado final no es el óptimo buscado puede ser necesario cambiar la configuración, ajustar la orientación e inclinación de colectores o modificar los parámetros funcionales para realizar un nuevo cálculo de las prestaciones de la instalación.

El cálculo de prestaciones energéticas tiene por objeto predecir y conocer el comportamiento térmico de una determinada instalación solar térmica (IST) ubicada en un determinado lugar y atendiendo una determinada utilización.

4.2.- CÁLCULO DE LA CARGA DE CONSUMO

Estimación de la demanda de ACS

De acuerdo a los registros estadísticos del número de pacientes hospitalizados y la simultaneidad de uso del agua caliente por los pacientes, así también considerando que se mezcla el agua caliente con agua fría para que pueda ser usada por el usuario.

El caudal de agua caliente sanitaria tomado por el usuario del tanque de almacenamiento dependerá de la temperatura en que se encuentre en el tanque, además de considerar que el mayor uso del agua caliente sanitaria se produce en el día.

Con todas estas premisas tenemos el cuadro siguiente:

DEMANDA TOTAL DE AGUA CALIENTE SANITARIA PARA EL HOSPITAL

Analizando el cuadro anterior tenemos que se requiere el uso de agua caliente en dos niveles de temperatura, como se muestra en los cuadros siguientes:

Para abastecer la demanda de agua caliente de S/. 5000 litros/día, a la temperatura de 35 ºC a 45 ºC, utilizaremos colectores solares de placa plana, precalentando previamente el fluido primario mediante el calor de las aguas residuales del Incinerador Pirolítico con lavador de gases de 50 Kg/h., y teniendo como energía auxiliar el calor del agua de retorno de condensado de la sala de calderas. Tomaremos como temperatura de almacenamiento para el consumo 50 ºC, considerando que la instalación solar térmica, se encuentra distante de los puntos de utilización y como medio de prevención ante la legionelosis (ningún caso presentado en el Historial de todos los usuarios de

los actuales calentadores solares), el tener esta temperatura permitirá proteger de la producción de esta bacteria.

Para abastecer la demanda de agua caliente de S/. 7000 litros/día, a la temperatura de 80 ºC a 90 ºC, utilizaremos colectores solares de tubos de vacío, precalentando previamente el fluido primario mediante el calor de las aguas residuales del Incinerador Pirolítico con lavador de gases de 50 Kg/h., y teniendo como energía auxiliar el calor del agua de retorno de condensado de la sala de calderas. Tomaremos como temperatura de almacenamiento para el consumo 90 ºC.

4.2.- DIMENSIONADO DE LA SUPERFICIE DE CAPTADORES

SISTEMA SOLAR TERMICO CON COLECTORES DE PLACA PLANA DE 5000 LITROS/DIA

Para el dimensionado de la superficie colectora se lleva a cabo utilizando el programa de cálculo CENSOL 5.0 ( -2008 PROGENSA), con el que se obtienen los siguientes resultados):

Datos de radiación solar de la zona de proyecto

Fuente: Software CENSOL 5.0 (Progensa – Censolar – España)

HOJA 1

CALCULO PARA UNA INCLINACION DE 27°

Programa Censol 5 (© Censolar): «solar térmica (A.C.S.)»

Nombre del proyecto: ACS HOSPITAL II ILO

Ubicación: (particular)

Latitud (°): -17Inclinación (°): 27Desviación N-S (°): 00Corrección de H: 1.05Pérdidas globales (%): 15Tª de acumulación (°C): 50Consumo diario (l): 5000Parámetro b del captador: 0.80Parámetro m del captador: 5.80Superficie del captador (m²): 2.00

Proceso numérico del cálculo general:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

ENE: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 24.00 25.20 0.86 20.4 8.75 648 20 26.9 48.3 9.85 8.37 259.5 13494 100 0 FEB: 100 140.0 35.0 15 2100 8778 314 22.90 24.05 0.93 21.0 9.25 631 20 27.6 47.6 10.00 8.50 238.0 12376 100 0 MAR: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 23.80 24.99 1.01 23.7 9.50 693 20 25.1 50.1 11.87 10.09 312.8 16266 100 0 ABR: 100 150.0 35.0 15 2250 9405 314 18.70 19.64 1.10 20.3 9.25 610 20 28.5 46.7 9.48 8.06 241.8 12574 100 0 MAY: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 14.90 15.64 1.16 17.1 8.75 543 17 35.2 40.0 6.84 5.81 180.1 9365 96 353 JUN: 100 150.0 35.0 15 2250 9405 314 11.70 12.29 1.17 13.5 8.50 441 16 44.7 30.5 4.12 3.50 105.0 5460 58 3945 JUL: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 10.80 11.34 1.13 12.0 8.75 381 18 48.7 26.5 3.18 2.70 83.7 4352 45 5366 AGO: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 13.20 13.86 1.08 14.1 9.25 423 18 43.9 31.3 4.41 3.75 116.2 6042 62 3676 SEP: 100 150.0 35.0 15 2250 9405 314 12.30 12.92 1.01 12.3 9.50 360 18 51.6 23.6 2.90 2.46 73.8 3838 41 5567 OCT: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 16.50 17.32 0.93 15.1 9.25 453 19 39.7 35.5 5.36 4.56 141.4 7353 76 2365 NOV: 100 150.0 35.0 15 2250 9405 314 22.90 24.05 0.86 19.4 8.75 616 20 28.2 47.0 9.12 7.75 232.5 12090 100 0 DIC: 100 155.0 35.0 15 2325 9718 313 22.60 23.73 0.84 18.7 8.50 611 20 28.5 46.7 8.73 7.42 230.0 11960 100 0

Demanda anual (MJ): 114424Producción anual (MJ/m²): 2215Superficie captadora (m²): 52Nº de captadores: 26Déficit energético (MJ): 21272Aportación solar (%): 81.4

Justificación de datos de partida:

- La inclinación de los colectores () se ha tomado una variación de 0° a 30º, de donde elegimos el valor de 20° como inclinación en el que el aporte solar es máximo. -Se ha tomado un factor de corrección de H de 1.05 ya que se ha considerado que el Hospital se encuentra en una zona de costa, con unos niveles de contaminación atmosférica muy bajos.-Cómo factor de pérdidas globales se ha tomado un valor del 15% (caso general).-Litros/día x usuario, estimado según usuario.-Datos acerca del colector (Área, b, m): Se ha seleccionado para la instalación el modelo TERMOINOX OMEGA PLUS. Utilizamos la ecuación y=0.8 – 5.8 x (ver en Anexos)

4.- DIMENSIONADO DEL VOLUMEN DE CAPTACIÓN

Para la aplicación del presente proyecto, consideramos las recomendaciones del siguiente cuadro:

DESFASEPRODUCCION / CONSUMO

VOLUMEN DE ACUMULACION SOLAR(litros por m2 de superficie captadora)

No existe desfase Entre 30 y 50Desfases, habituales o periódicos, no superiores a 1 día

Entre 50 y 80

Desfases, habituales o periódicos superiores a 1 día

Mayor de 80

Considerando desfases, habituales o periódicos, no superiores a un día; elegimos un volumen de acumulación de 50 litros por m2 de superficie captadora.

Volumen de acumulación = 50 l/m2 x = 2600 litros

Seleccionamos un acumulador de 3000 litros ó varios acumuladores distribuidos en diferentes puntos para la distribución del agua calientes a los servicios.

5.- SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN BÁSICA

La instalación tendrá las siguientes características:

a. Circulación forzada: el consumo del electrocirculador no presenta una influencia económica notable si consideramos que la energía de apoyo será la eléctrica. Además, supone una complicación el tener que situar el depósito de acumulación por encima de los colectores para poder prescindir del electrocirculador.

b. Sistema indirecto debido a la dureza del agua, con intercambiador de calor en el acumulador, siendo la solución mas adecuada para el proyecto.

c. Con sistema de energía auxiliar externos a los acumuladores.

6.- SELECCIÓN DEL FLUIDO CALOPORTADOR

En esta zona el riesgo de heladas es nulo, sin embargo por razones de la dureza del agua recomendamos optar por un sistema con intercambiador de calor.

Utilizaremos el Agua blanda, que será usado en el circuito primario, de modo que el agua blanda pasa por los colectores, realizándose el intercambio en el interior de los acumuladores.

La temperatura mínima histórica de la provincia de Mariscal Nieto es de 15 – 20 ºC por lo que nuestra instalación no tendrá problemas de congelación.

7.- DISEÑO DEL SISTEMA DE CAPTACIIÓN

7.1 FUNCIONAMIENTO

Los captadores solares térmicos será para una aplicación de aprovechamiento térmico a baja temperatura (inferior a 100 ºC). Su funcionamiento estará basado en el efecto invernadero y en el de superficies absorbentes, y estarán diseñados para soportar las más duras condiciones climáticas.

Para su construcción se emplearán los materiales más avanzados con el fin de obtener una larga vida útil y el máximo rendimiento energético.

Los captadores solares transformarán la energía del sol en energía calorífica, elevando la temperatura del agua, que circula por su interior. La aplicación será para la producción de agua caliente sanitaria.

7.2 COMPONENTES

- Absorbedor: formado por un emparrillado de tubos de cobre con aletas de cobre soldadas por ultrasonidos y soldados a dos tubos colectores superior e inferior.

La unión entre tubos está realizada por soldadura fuerte por capilaridad con aportación de material de alto punto de fusión. La unión de las aletas y los tubos está realizada mediante soldadura por ultrasonidos.

El tratamiento superficial que se le aplica a las aleas del absorbedor será aplicación de pintura negra de cromo..- Cubierta transparente: vidrio templado extraclaro de 3,2 mm. de espesor, con bajo contenido en hierro y transmisividad superior al 90%.

- Carcasa: formada por un cofre de aluminio, con pliegues en los bordes y esquineras de cierre que aseguran la estanqueidad del conjunto

- Aislamiento: lana de roca, o fibra de vidrio semirígida de 40 mm. de espesor.

- Conexiones: la unión entre captadores se realiza mediante una unión universal al panel y preparado para unirse sin juntas ni teflón.

Se selecciona la inclinación de los colectores de 20º y se orientarán hacia el Norte.

El colector utilizado es el modelo TERMOINOX OMEGA PLUS comercializado en Perú por la empresa TERMOINOX SAC. Se enumeran las características de dicho colector en el punto 1 de los anexos.

7.3 DIMENSIONES

En el siguiente esquema se muestra las dimensiones principales del captador vertical:

EL ESPESOR DE LOS CAPTADORES ES 90 mm.LA DISTANCIA ENTRE CAPTADORES ES 100 mm.

8.- SELECCIÓN DE LOS ACUMULADORES

Como se indicó anteriormente, el volumen de acumulación del sistema será de 3000 litros.

Los modelos de depósitos elegido son del fabricante TERMOINOX SAC y sus características técnicas, se encuentran en el punto 2 de los anexos.

9.- DISEÑO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO

9.1. Tuberías

Las tuberías, tanto en el circuito primario como en el secundario serán de cobre.Procedamos a calcular el diámetro de dicha tubería, para ello usaremos la siguiente expresión:

donde D: diámetro en cmC: caudal en m3/hj = 2.2 para tuberías metálicas

Antes de proceder con el cálculo del diámetro, necesitamos estimar el caudal al quetrabajará la instalación. El caudal recomendado por el fabricante de los paneles es de 2.4 litrospor minuto y por colector (144 lit/h x colector), considerando el fluido caloportador como agua.

Para la fila 1 de colectores tendremos un caudal de 720 lit/h (5 colectores x 144 lit/h x colector).

De igual manera se calcula para la fila 2 y fila 3 de los colectores, tenemos el mismo caudal de la fila 1.

Sustituyendo el valor del caudal en la entrada y salida de la fila de colectores, en la primera expresión resulta:

D= 2.2 x 0.720.35= 1.96 cm = 20 mm = ¾”

Para las tuberías principales del circuito colectores – interacumulador, se tiene:

D= 2.2 x 2.160.35= 2.88 cm = 28.8 mm = 1 ¼”

De igual manera se selecciona los diámetros de tubería para la distribución de agua caliente:

Según la tabla 1. del punto 4.2.1, tomamos un caudal por ducha de 0.3 dm3/s.

Para Hospitalización hay 13 duchas, nos da un caudal de = 0.3 x 13 = 3.9 dm3/s = 14.04 m3/h

D= 2.2 x 14.040.35= 5.55 cm = 55.5 mm = 2”

En el plano de tuberías se indica los diámetros de tuberías calculados según el procedimiento anterior.

Zona A (Para 7 duchas)

C=0.3 x 7 dm3/s = 2.1 dm3/s = 7.56 m3/h

D= 2.2 x 7.560.35= 4.46 cm = 44.6 mm = 1 ¾”

Zona B (Para 6 duchas)

C=0.3 x 6 dm3/s = 1.8 dm3/s = 6.48 m3/h

D= 2.2 x 6.480.35= 4.23 cm = 42.3 mm = 1 ¾”

Zona C (para 3 duchas)

C=0.3 x 3 dm3/s = 0.9 dm3/s = 3.24 m3/h

D= 2.2 x 3.240.35= 3.32 cm = 33.2 mm; aproximamos a 1 ”

9.2. Bomba de circulación

La circulación forzada para el movimiento del fluido a través de captadores y depósito es producido por una bomba circuladora. Esta bomba toma el fluido

de la parte inferior del depósito (la parte más fría) y la impulsa hacia los captadores a través de las conducciones hidráulicas. El fluido, tras elevar su nivel térmico en los captadores, regresa al acumulador por su parte superior (la más caliente), facilitándose así la estratificación de las temperaturas.

Calculamos las pérdidas de carga en el circuito, de las tuberías, accesorios, campo de colectores:

La pérdida que se produce en las tuberías se puede hallar en la gráfica correspondiente a las pérdidas de rozamiento (en mm ca por m) para tubería de cobre, en función del caudal y del diámetro interior.

- Para el tramo 1 – 1’, con 0.72 m3/h y diámetro interior de 20 mm, del grafico 1, se tiene 25 mm ca por m, si la longitud total de tubería es 2.67m (0.2+0.3+0.4+1.77). Entonces la pérdida total será:

La pérdida total = 25 x 2.67 = 66.75 mm de ca.

- De igual manera se calcula para el tramo 2 – 2’ y 3 – 3’.

Las pérdidas totales en las tuberías de entrada y salida de los colectores será:= 3 x 66.75 mm de ca = 200.25 mm de ca.

La velocidad del fluido en cada uno de los tramos se calcula a partir de la ecuación:

V = C / (π. R2); si C = 0.72 m3/h, y R = 0.02 m. Se tiene:

V = 0.64 m/s

Para C = 2.16 m3/h, y R = 0.03 m. Se tiene V = 0.85 m/s

Las pérdidas debidas a accesorios se calculan a partir de los respectivos coeficientes k. En el circuito de los colectores y tanque tomemos la siguiente relación de puntos de pérdidas localizadas:

- 1 entrada de depósito, k = 1.6- 1 salida de depósito, k = 1.2- 18 codos, k = 1.2- 4 Derivaciones en T , k = 1.4- 11 Válvulas de bola abiertas, k = 0.5- 1 Válvula de retención, k = 12

Con lo que Σk = 1x1.6 + 1x1.2 + 18x1.2 + 4x1.4 + 11x0.5 + 1x12 = 47.5

Y la pérdida de carga será = (v2/2g). ΣkCon v = 0.85 m/s, g = 9.81 m/s2, Σk = 47.5 ; las pérdidas serán 1.75 m de ca

Las pérdidas será 1750 mm de ca

En el campo de los colectores las pérdidas se pueden estimar siguiendo la fórmula:

dónde pT : Pérdida de carga del grupop : Pérdida de carga de un panelN : Número de colectores

Con los datos suministrados por el fabricante, para el caudal de 150 l/h, la pérdida de carga en un colector es de 15 mm de ca.

pT colectores = 15 x 5 ( 5 + 1 )/4= 112.5 mm de ca

En las tres filas de colectores, las pérdidas totales serán de 3 x 112.5 = 337.5 mm de ca

Conducciones

Para D = 30 mm y V = 0.85 m/s

Del gráfico : 6 mm de ca por m

Longitud total = 0.5 + 0.6 + 6.6 + 17.1 + 0.2 + 10 + 12 + 2 + 1.5 + 0.4 = 50.9 m

Las pérdidas = 50.9 m x 6 mm de ca / m = 305.4 mm de ca

Por tanto la pérdida total de presión que debe soportar el electrocirculador es :

- De las conducciones = 200.75 + 305.4 = 506.15 mm de ca- De los accesorios = 1750 mm de ca- De los colectores = 337.5 mm de ca

Lo que nos da un valor de = 2593.65 mm de ca

El electrocirculador que elijamos deberá ser capaz de suministrar esta caída de presión con un margen suficiente, en torno al 20 %, para prevenir futuras pérdidas de rendimiento del mismo. Es decir, deberá proveer una presión de al menos 3.11 m de ca (se incrementará 0.6m + 1.5m altura de elevación al tanque y colectores).

Por tanto la altura total es= 0.6 + 1.5 + 3.11 = 5.21 m, y con Q = 2.16 m3/h

De la curva de rendimiento de los anexos (punto 3).

Elegimos la electrobomba ROWA 7/1, 125 watts. Se utilizará dos electrobombas (una de respaldo).

La electrobomba circuladora es de rotor húmedo brinda un funcionamiento silencioso. Su rotor y eje giran en agua o líquido bombeado, haciéndola prácticamente imperceptible. Además, las electrobombas ROWA no poseen sello mecánico ni prensa estopa, imposibilitando así la existencia de pérdidas

Características Generales

- El más silencioso funcionamiento por su rotor y el circundado y auto lubricado por el líquido bombeado. - Sin sello mecánico ni prensa estopa. - Reducido tamaño para facilitar su instalación. - Construcción compacta. - No requiere mantenimiento

10.- SUBSISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL

El funcionamiento del sistema forzado se regulará a través del termostato diferencial. Este dispositivo compara la temperatura de los captadores (T1) con la existente en la parte baja del acumulador (T2) y da la orden de marcha a la bomba si la diferencia entre ambas temperaturas es superior a una cierta cantidad (normalmente 7-8 ºC). Análogamente, cuando la diferencia entre ambos valores es inferior a otro valor prefijado (normalmente 2-3ºC), la bomba se para.

La lectura de las temperaturas se realiza a través de dos sondas, una conectada en la salida de la batería de captadores (T1) y otra en la parte baja del acumulador (T2).

Estas sondas pueden alargarse manteniendo gran precisión la medida de las temperaturas:• Hasta 50 metros con cable bipolar apantallado de sección 1 mm2.• De 50 a 100 metros con cable bipolar apantallado de sección 1,5 mm2.

El sistema de control dispone además de tres tipos de seguridades:

• Protección antihielo (que no se da en nuestro caso), cuando T1 alcanza 3ºC (valor ajustable en pantalla) la bomba circuladora se pone en funcionamiento durante 5 minutos para evitar la congelación del agua que circula por el circuito primario. Cuando se usa anticongelante como fluido caloportador, esta función puede desactivarse.

• Protección de temperatura máxima en el acumulador, cuando T2 alcanza el valor prefijado de 60 ºC (también ajustable en pantalla) la bomba se para aunque haya temperatura suficiente en los captadores.

• Protección del captador y refrigeración del acumulador, cuando T1 alcanza 120ºC (valor

ajustable) se activa la bomba circuladora hasta que la temperatura de los captadores se reduce en 10 ºC. Cuando ya no hay radiación, el exceso de energía en el acumulador se cede a loscaptadores.El modelo elegido es el Control del punto 4 de los anexos.

Además de lo anterior, se instalarán termómetros que nos permitirán visualizar la temperatura del fluido a la entrada y salida de los colectores y dos manómetros en bypass con los electrocirculadores.

11.- AISLAMIENTO

El aislamiento térmico de todas las tuberías y elementos del circuito de los colectores – tanque, se llevará a cabo con espuma elastomérica.

El espesor del aislamiento será de 20 mm en tramos interiores y de 30 mm en tramos exteriores.(Tabla 4 del capítulo 3.2.8).

Estas son las características del material aislante seleccionado:

Temperatura límite = 105ºCNo vulnerable a la corrosión.Comportamiento ante el fuego : autoextinguible.Resistencia mecánica media

Muy resistente al aguaPeso específico = 60 kg/m3Coeficiente de conductividad = 0.035 W/mK a los 20ºC

La espuma elastomérica se degrada al exponerse a las radiaciones solares por lo que tendremos que proteger las instaladas a la intemperie con una imprimación que suministra el fabricante (Armaflex).

12.- ESTRUCTURA SOPORTE

La estructura de apoyo de captadores está formada por perfiles de acero normalizados, cortados, taladrados y posteriormente galvanizados en caliente para resistir los efectos de la intemperie. La unión entre las distintas barras que componen la estructura se realiza mediante tornillería de seguridad de acero inoxidable.

Las estructuras serán para 5 captadores.

El peso de cada panel se transmite a un triángulo soporte formado por 3 barras atornilladas entre sí. Los captadores se fijan a la estructura a través de garras de sujeción realizadas a medida (4 por panel).

• Serán estructuras estándar para terraza plana, tendrán una inclinación con respecto a la horizontal de 20º

5 CAPTADORES

Separación de los captadores que forman la batería

Dimensiones de los perfiles del triángulo soporte

5 captadores

VISTA FRONTAL

APOYOS

INCLINACIÓN DE LOS PANELES

= +/- 10

Donde:

: Inclinación del módulo fotovoltaico con respecto al plano horizontal

de montaje

: Latitud de la ciudad o zona.

: Acimut. Ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la

normal a la superficie del módulo y el meridiano del lugar. Valores

típicos y orientativos, según la figura, son 0º para módulos

orientados al sur, -90º para módulos orientados al este y + 90º para

módulos orientados al oeste.

Para el estudio de colocación conviene disponer de la latitud de la

zona. Con este parámetro se puede llegar a determinar la inclinación de los

paneles, que según los casos de utilización puede variar. Puesto que

se trata de una instalación solar térmica, cuyo funcionamiento será anual,

para obtener la inclinación adecuada hay que calcular la inclinación, es decir:

Latitud de Ilo : -17.2º

Sumando -10°

β = -17.2º - 10 = - 27.2º≈30º

Sumando +10°

β = -17.2º + 10 = - 7.2º ≈ 5º

La inclinación de los p a n e l e s v a r i a rá de d e 5 ° a 3 0 º con respecto al plano horizontal de montaje, hacemos cálculos de 0° a 30°; y tomamos el valor óptimo de 20 º orientado hacia el norte.

4.- Dimensionado del volumen de captación

Para la aplicación del presente proyecto, consideramos las recomendaciones del siguiente cuadro:

DESFASEPRODUCCION / CONSUMO

VOLUMEN DE ACUMULACION SOLAR(litros por m2 de superficie captadora)

No existe desfase Entre 30 y 50Desfases, habituales o periódicos, no superiores a 1 día

Entre 50 y 80

Desfases, habituales o periódicos superiores a 1 día

Mayor de 80

Considerando desfases, habituales o periódicos, no superiores a un día; elegimos un volumen de acumulación de 50 litros por m2 de superficie captadora.

Volumen de acumulación = 50 l/m2 x = 2500 litrosTomaremos pues un acumulador de 3000 litros.

DISTANCIA ENTRE FILAS DE PANELES

Donde:

: Distancia mínima entre 2 filas consecutivas, en metros [m]

: Longitud del colector en metros [m]

: Inclinación de los colectores con respecto al plano horizontal de

montaje

: Altura solar, es decir, ángulo complementario entre el colector y el

plano horizontal de montaje ( = 90º - β - 25.30° )

Con las medidas del colector de 1.2 m x 1.67 m, calculamos la distancia entre

colectores:

D= 1.67 (sen 20° / tan 49.3° + cos 20°)

D = 2.06 m ; le agregamos el 25% para la máxima energía solar, nos da una

separación de 2.56 m ≈ 2.5 m.

FUERZA DEL VIENTO SOBRE LOS COLECTORES:

Donde:

: Fuerza ejercida perpendicularmente en la superficie del colector,

en Newtons [N]

: Presión del viento en Newtons dividido por metro cuadrado [N/m²]

: Superficie del colector, en metros cuadrados [m²]

: Inclinación del colector con respecto al plano horizontal

Atendiendo a que los colectores se ubicarán en la azotea del Hospital,

de forma superpuesta, hay que determinar los esfuerzos que deberán

soportar los anclajes de las estructuras soporte.

Por un lado se considera la fuerza del viento. Para ello es necesario disponer

de datos significativos en la zona, como son: velocidad y dirección de éste.

De esta condición se desprende la tabla de valores expuesta en la

documentación de este proyecto .

Además de disponer de los valores indicados anteriormente, hay que

identificar la fuerza del viento, que queda como sigue:

Asumimos una velocidad máxima en km/h para componente Sur = 150

km/h, por encontrarse el Hospital sometida a fuertes vientos.

Realizando conversión de unidades, se tiene que:

150 (km / h) x (1000 m / 1 km) x (1h / 3600 s) = 41.67 m/s

De los datos de la Tabla 1.- de los anexos, se toma el cuadro velocidad – presión del viento.

Donde se observa que a cada velocidad le corresponde un valor de presión.

Según la tabla de presión frontal del viento, a la velocidad de 41 m/s corresponde una presión de:

p= 1028 N/m²

Con lo cual, aplicando la expresión (6), se sabrá la fuerza ejercida en cada colector:

F1 = p · S · sen² β = 1028 · (1.2 m x 1.7 m) · sen² 20º = 245,32 N

ANCLAJE DE LA ESTRUCTURA SOPORTE.

Para el anclaje de la estructura soporte de los colectores térmicos se utilizarán zapatas de hormigón. Para ello debe estudiarse su estabilidad frente a las acciones del viento, quedando como sigue:

1º) Determinar el peso de la zapata de hormigón.2º) Calcular el Momento de la zapata.3º) Calcular el Momento del colector solar debido a la fuerza del viento.

1º) Peso de la zapata:

Volumen hormigón = 2,5 · 2,5 · 16,1 = 100.625 dm3

Densidad hormigón = 2 kg / dm3

Peso hormigón = 100.625 · 2 = 201,25 kg

201,25 · 9,8 = 1972,25 N

2º) El Momento de una zapata respecto al c.d.g. será:

M2 = 1972,25 · (1,61 / 2) = 1587,66 Nm

3º) El Momento respecto del punto de inclinación de cada colector es:

M1 = F · d = 245,32 · (1,7 / 2) = 208,52 Nm

Por tanto, si cada colector térmico tiene un Momento de 208,52 Nm, dos zapatas pueden llegar a soportar:

2 · 1587,66 / 208,52 = 15,23 módulos

En la instalación proyectada se dispone de 5 colectores térmicos para 5 zapatas; esto supone un coeficiente de seguridad en los cálculos efectuados.

12.1 INSTRUCCIONES DE MONTAJE

12.1.1 UBICACIÓN DE LOS CAPTADORES

Los captadores estarán orientados al Norte geográfico (permitiéndose pequeñas desviaciones según la normativa vigente) y libre de sombras de otros objetos en los 180º de su parte frontal.

El ángulo de inclinación óptimo es el de la latitud ±10º.

12.2 MANIPULACIÓN Y MONTAJE DE LOS CAPTADORES

MANIPULACIÓN:

Una vez desempaquetado los captadores, se deben manejar teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones:

• No apoyar directamente los captadores sobre sus conexiones. En caso de ser necesario almacenarlos temporalmente, se apilarán éstos de manera que los taladros de aireación siempre queden en la parte inferior

• Para apoyar varios captadores en vertical sobre una pared deben colocarse con una inclinación de entre 70º y 80º, y con la cubierta de vidrio orientada hacia arriba.

MONTAJE:

Es conveniente cubrir los captadores durante la instalación y, una vez instalados, hasta el llenado del sistema, con esto evitamos sobre-calentamientos y quemaduras accidentales.

12.3 MONTAJE DE LA ESTRUCTURA SOPORTE Y LOS CAPTADORES

El montaje de las estructuras de 5 captadores se realiza uniendo entre sí los grupos de dos y tres captadores. Dicha unión entre grupos se realiza a través de piezas de acople a medida.

Paso 1: Atornillar los dos triángulos soporte

Paso 2: Fijar ambos triángulos mediante la pletina trasera

Paso 3: Colocar la barra horizontal inferior y las garras inferiores de fijación de paneles

Paso 4: Colocar los captadores y a continuación la barra horizontal superior y las garras superiores de fijación

13.- TUBERÍAS Y ACCESORIOS

El montaje de los accesorios se realizará según las descripciones y croquis que se muestran en los planos.

14.- CONEXIONADO DE BATERÍAS DE CAPTADORES

Se suministrará, como accesorios opcionales, TODOS los elementos necesarios para el montaje hidráulico de cada batería de captadores.

Para cada línea de captadores se deberá instalar a la entrada una válvula de cierre tipo esfera, así como una válvula de seguridad. A la salida se colocará un sistema de desaire manual o automático, y una válvula de cierre tipo esfera que permita el aislamiento de las baterías en caso de avería.

La instalación de la sonda de temperatura se realizará en la salida de la batería de captadores seleccionada, procurando que el sensor penetre lo más posible en el captador si es de inmersión; si no, se colocará una sonda de contacto abrazada al tubo colector terminal de la batería seleccionada.

La configuración de los captadores verticales permitirá la conexión de hasta 5 unidades en paralelo sin que existan problemas de dilataciones ni de desequilibrios hidráulicos.

Para la conexión en paralelo de las tres baterías de captadores, se utilizará el método de retorno invertido para conseguir el equilibrado hidráulico de todo el circuito.

Equilibrado con retorno invertido: Conexión de los 25 captadores en 5 baterías de 5 captadores cada una.

SISTEMA SOLAR TERMICO CON COLECTORES DE TUBOS DE VACIO DE 7000 LITROS/DIA

5.6.2. Método de cálculo simplificado f-Chart

El método f-Chart permite calcular la fracción solar de una instalación de calefacción y de producción de agua caliente mediante colectores solares planos. En lo que sigue se hace referencia, únicamente, a los sistemas solares de agua caliente en base mensual.

Es suficientemente preciso como método de cálculo para estimaciones medias mensuales, pero no es válido para periodos de menor duración. Para su aplicación se utilizan los valores medios mensuales y la instalación queda definida por sus parámetros más significativos.

A) Parámetros climáticos y de demanda

Es necesario utilizar el valor de la radiación global media diaria mensual sobre un plano con la misma orientación e inclinación que los colectores y que se puede obtener transformando la radiación sobre el plano horizontal, según se indica en el apartado 5.4.1. Asimismo, se puede obtener, según se establece en el apartado 5.4.2, los datos de la temperatura ambiente media diaria mensual.

Los valores necesarios para calcular la demanda de energía se obtienen de acuerdo con el apartado 5.3 de este capítulo.

Todos estos datos se pueden incorporar a una tabla como la indicada a continuación que recogerá los valores mensualesnecesarios para el cálculo: