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Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Mecánica ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL USO DE COLECTORES SOLARES COMO APOYO A LA CALDERA DE CALEFACCIÓN “CASINO CAMPUS MIRAFLORES” Trabajo para optar al Título de: Ingeniero Mecánico. Profesor Patrocinante: Sr. Rogelio Moreno Muñoz. Ingeniero Civil Mecánico. M. Sc. Dr. Ingeniería Mecánica ROBERTO ENRIQUE FUENTEALBA GUTIÉRREZ VALDIVIA - CHILE 2009
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Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Mecánica
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL USO DE COLECTORES SOLARES COMO APOYO A LA CALDERA DE CALEFACCIÓN
“CASINO CAMPUS MIRAFLORES”
Trabajo para optar al Título de: Ingeniero Mecánico. Profesor Patrocinante: Sr. Rogelio Moreno Muñoz. Ingeniero Civil Mecánico. M. Sc. Dr. Ingeniería Mecánica
ROBERTO ENRIQUE FUENTEALBA GUTIÉRREZ VALDIVIA - CHILE
2009
El Profesor Patrocinante y Profesores Informantes del Trabajo de Titulación
Comunican al Director de la Escuela Civil de Mecánica de la Facultad de Ciencias de la
Ingeniería que el Trabajo de Titulación del señor:
ROBERTO ENRIQUE FUENTEALBA GUTIÉRREZ
Ha sido aprobado en el examen de defensa rendido el día , como
requisito para optar el Título de Ingeniero Mecánico. Y, para que así conste para todos
los efectos firman:
Profesor Patrocinante:
Sr. Rogelio Moreno M. _____________________
Ingeniero Civil Mecánico.
Profesores Informantes:
Sr. Misael Fuentes P. _____________________
Ingeniero Mecánico.
Sr. Luís Cárdenas G. _____________________
Ingeniero Mecánico.
Director de Escuela:
Sr. Milton Lemarie O. _____________________
Ingeniero Civil Mecánico.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo está dedicado a todas aquellas personas que fueron parte de
este importante proceso como estudiante. En especial, quiero agradecer a mis padres por
enseñarme lo valioso que es tener fortaleza y paciencia, y por el apoyo incondicional que
ellos me brindaron. También agradezco a mis hermanos por la paciencia que me
tuvieron y por sus consejos en situaciones adversas. Por último quiero agradecer a mis
amigos, cuyas personas estuvieron conmigo cuando los necesité, dándome esas palabras
de apoyo y ayudándome en los estudios.
ÍNDICE DE CONTENIDOS.
CONTENIDO. Página.
Resumen 1
Summary 2
Introducción 3
Objetivo general 5
Objetivo específico 5
Metodología de trabajo 5
Capítulo 1. Fundamentos básicos de la energía solar.
1.1 El Sol como fuente de energía. 7
1.2 Radiación solar. 8
1.3 Instrumentos para la observación del flujo solar. 10
1.4 Diferenciación de las dos aplicaciones más comunes. 12
Capítulo 2. Energía solar térmica.
2.1 Tipología de colectores solares térmicos. 15
2.2 Principio de circulación o distribución. 17
2.3 Aplicaciones. 20
Capítulo 3. Proyección de los materiales necesarios para la instalación solar
térmica.
3.1 Datos de partida.
3.1.1 Estudio climático. 24
3.1.2 Rendimiento de los colectores. 26
3.2 Dimensionamiento de la superficie de colectores.
3.2.1 Cálculo del rendimiento y el aporte solar del colector. 30
3.2.2 Cálculo de la demanda térmica diaria. 35
3.3 Dimensionado del volumen de captación. 38
3.4 Selección del fluido caloportador.
3.4.1. Cálculo del fluido caloportador. 40
3.4.2 Viscosidad absoluta del fluido caloportador. 42
3.4.3 Densidad del fluido caloportador. 43
3.4.4 Viscosidad cinemática del fluido caloportador. 44
3.5 Conexión de los captadores.
3.5.1 Conexión en serie. 45
3.5.2 Conexión en paralelo. 46
3.5.3 Conexión mixta. 47
3.6 Caudales.
3.6.1 Conexión en serie. 48
3.6.2 Conexión en paralelo. 49
3.7 Tuberías.
3.7.1 Cálculo del diámetro necesario para la tubería. 51
3.7.2 Tuberías dimensiones estándar. 53
3.8 Pérdida de carga en flujos desarrollados en tuberías.
3.8.1 Pérdidas primarias. 56
3.8.2 Factor de fricción. 57
3.8.3 Número de Reynolds. 58
3.8.4 Rugosidad absoluta y relativa. 60
3.8.5 Cálculo de la rugosidad relativa. 61
3.8.6 Factor de fricción para un régimen laminar. 62
3.8.7 Cálculo del factor de fricción. 63
3.8.8 Pérdidas secundarias. 64
3.8.9 Cálculo de las pérdidas secundarias. 65
3.8.10 Cálculo de las pérdidas según el método longitud 67
de tubería equivalente.
3.9 Caída de presión por efecto de los colectores solares. 68
3.10 Altura dinámica o carga de trabajo de la bomba.
3.10.1 Cálculo de la altura dinámica de la bomba. 69
3.10.2 Selección de la bomba de circulación. 70
3.11 Vaso de expansión.
3.11.1 Vasos de expansión cerrados. 73
3.11.2 Cálculo del vaso de expansión. 74
3.12 Sistema de regulación y control. 78
3.13 Aislamiento térmico. 79
3.14 Soldadura heterogénea blanda. 80
Capítulo 4. Determinación de inversiones y estructura de costos.
4.1 Cálculo del gasto anual por el consumo de combustible sin aporte solar.
4.1.1 Cálculo de la demanda térmica mensual. 82
4.1.2 El caudal de combustible. 83
4.1.3 Factores que influyen para el consumo de combustible. 83
4.1.4 Cálculo del consumo de combustible y gasto anual. 85
4.2 Cálculo del gasto anual por el consumo de combustible 87
considerando el aporte solar.
4.3 Costo de inversión física del proyecto. 90
4.4 Los activos nominales o activos diferidos. 92
4.5 Capital de trabajo. 94
4.6 Ciclo de vida útil. 94
4.7 Costo de operación y mantenimiento.
4.7.1 Cálculo del consumo eléctrico de la bomba. 95
4.7.2 Mantenimiento de la instalación. 97
Capítulo 5. Evaluación económica y financiamiento.
5.1 Financiamiento y tasa de descuento. 99
5.2 Cálculo de depreciación. 101
5.3 Determinación del flujo de caja del proyecto. 101
5.4 Evaluación económica. 104
Conclusiones. 106 Bibliografía. 107 Anexos. 110
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura Página.
Figura 1. Balance de la Radiación Solar. 9
Figura 2. Espectro Electromagnético. 9
Figura 3. Orbita terrestre alrededor del Sol. 10
Figura 4. Heliógrafo de Campbell-Stokes. 11
Figura 5. Pirheliómetro de disco de plata de Abbot. 12
Figura 6. Esquema de colector plano. 16
Figura 7. Tubo de vacío con calentamiento directo del agua. 16
Figura 8. Tubo de vacío con calentamiento indirecto del agua. 16
Figura 9. Colector Concentrador. 17
Figura 10. Instalación de Circulación Abierta y Cerrada. 18
Figura 11. Circulación Natural. 19
Figura 12. Circulación Forzada. 20
Figura 13. Esquema Calentamiento de piscinas. 21
Figura 14. Esquema agua caliente sanitaria. 22
Figura 15. Periodo de Calefacción para Valdivia. 25
Figura 16. Distribución de energía en el colector. 26
Figura 17. Orientación e inclinación de los colectores. 30
Figura 18. Porcentaje de energía respecto al máximo como consecuencia de las 31
pérdidas por orientación e inclinación.
Figura 19. Catálogo de Calderas para Gasóleo 35
Figura 20. Gráfica de los Glicoles. 41
Figura 21. Gráfico del calor específico del fluido. 41
Figura 22. Gráfico de viscosidad del glicol. 42
Figura 23. Gráfico de la densidad del glicol. 43
Figura 24. Diagrama de conexión en serie de los colectores. 45
Figura 25. Diagrama de conexión en paralelos de los colectores. 46
Figura 26. Diagrama de conexión mixta de los colectores. 47
Figura 27. Detalle de la rugosidad absoluta interior de una tubería. 60
Figura 28. Tabla de valores típicos de la rugosidad absoluta. 60
Figura 29. Gráfico de caída de presión del colector SOL 25 S. 68
Figura 30. Resumen de aplicaciones de las bombas Grundfos. 70
Figura 31. Características Técnicas Grundfos Solar. 71
Figura 32. Curvas características de la bomba UPS Solar. 72
Figura 33. Diagrama de un vaso de expansión cerrado. 73
Figura 34. Tabla de coeficiente de expansión. 75
Figura 35. Diagrama de conexión del sistema de control. 78
Figura 36. Espuma Elastomérica. 79
Figura 37. Gráfico de costos mensuales primer semestre. 89
Figura 38. Gráfico de costos mensuales segundo semestre. 90
Figura 39. Tabla de Vida Útil por el Servicio de Impuestos Internos. 95
Figura 40. Curvas de potencias. 96
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla Página
Tabla 1. Datos climáticos de Valdivia. 24
Tabla 2. Datos requeridos para el cálculo de la superficie colectora. 32
Tabla 3. Datos físicos del colector seleccionado. 32
Tabla 4. Datos de prueba del colector seleccionado. 32
Tabla 5. Datos de ejecución del colector seleccionado. 33
Tabla 6. Resumen del rendimiento y aporte solar del colector. 34
Tabla 7. Resumen del número de colectores requeridos. 37
Tabla 8. Demanda térmica mensual. 82
Tabla 9. Precios de los combustibles. 83
Tabla 10. Propiedades del diesel. 84
Tabla 11. Poder calorífico de algunos combustibles. 84
Tabla 12. Resumen de consumo de combustible mensual. 85
Tabla 13. Resumen de gastos mensuales y gasto anual. 86
Tabla 14. Resumen del aporte solar mensual de la instalación. 87
Tabla 15. Resumen de la demanda mensual con el aporte solar de la instalación. 88
Tabla 16. Resumen del consumo de combustible considerando el aporte solar. 88
Tabla 17. Resumen de los gastos mensuales considerando el aporte solar. 89
Tabla 18. Inversión física del proyecto. 91
Tabla 19. Resumen de costo por mano de obra. 93
Tabla 20. Resumen de costo por suministro y servicio. 93
Tabla 21. Resumen de gastos notariales y gastos en general. 93
Tabla 22. Resumen del capital de trabajo. 94
Tabla 23. Vida útil elementos solares. 95
Tabla 24. Cuadro de amortización. 100
Tabla 25. Cálculo de depreciación acelerada. 101
Tabla 25. Flujo de caja del proyecto. 102
1
RESUMEN.
En el presente estudio tiene por objetivo evaluar la factibilidad económica de una
instalación solar térmica, que sirva como apoyo a la caldera del casino del Campus
Miraflores de la ciudad de Valdivia.
Para tener una mayor comprensión de la energía solar, se debe describir los
conceptos básicos de ésta, toda la información recopilada son de informes de
organizaciones de energía; tales como APPA (Asociación de Productores de Energía
Renovables)
Para determinar los requerimientos mínimos de una instalación solar térmica,
primero que todo se debe obtener la información de los datos climáticos del lugar de la
instalación, para este caso, los datos climáticos de Valdivia. Posteriormente, se efectuó
los cálculos para determinar los paneles solares necesarios para cubrir la carga
energética estimada, junto con la orientación e inclinación óptima para dichos paneles,
también el cálculo de la altura manométrica y posteriormente la selección de la bomba
solar.
Para finalizar, se dio una estimación del costo que significaría instalar este tipo
de sistema en la zona de estudio, y si ésta opción elegida es viable en el tiempo,
exponiendo los resultados en forma gráfica.
2
Summary
In the present study it has for aim evaluate the economic feasibility of a solar
thermal installation that serves as support to the boiler the casino´s the Campus
Miraflores of the Valdivia's city.
To have a better comprehension of the solar power, it must describe the basic
concepts of it, all the compiled information are of reports of organizations of energy;
such as APPA (Association of Producers of Renewable Energy)
To determine the minimal requirements of a solar thermal installation, first that
nothing must obtain the information of the climatic information the place of the
installation, for this case, the climatic information of Valdivia. Later, the calculations for
determine the solar necessary panels to cover the energetic estimated need, together with
the orientation and ideal inclination for the above mentioned panels, also the calculation
of the manometric height and laterly the selection of the solar bomb.
To finish, one gave an estimation the cost that would mean to install this type of
system in the zone of study, and if this option chosen is viable in the time, exposing the
results in graphical form.
3
INTRODUCCIÓN.
El Sol es la fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el
hombre ha utilizado desde los comienzo de la historia, puede llegar a satisfacer gran
parte de las necesidades, si se sabe cómo aprovechar de forma racional la radiación que
continuamente se derrama sobre el planeta en forma de luz.
Este importante elemento ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil
millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia,
ya que es una energía garantizada, no sería racional no intentar aprovecharla por todos
los medios técnicamente posibles.
Prácticamente todas las actividades que se desarrollan en la moderna sociedad
tecnológica utilizan fuentes de energía no renovables. El origen de esa energía es el
carbón, petróleo o fisión nuclear del uranio, los cuales precisan en su mayoría ser
transformadas antes de ser consumidas. Estas fuentes de energía no son renovables
porque no tienen posible sustitución una vez agotadas o, dicho de otro modo, el ciclo
cronológico de formación es tan largo que no es posible su restauración.
En el último tiempo las concentraciones de gases invernadero están creciendo
rápidamente como consecuencia de la acción humana. El uso generalizado de los
combustibles fósiles, el debilitamiento de la capa de ozono y la destrucción de las masas
forestales están favoreciendo el aumento de la temperatura de la Tierra, provocando
cambios drásticos en el clima mundial y haciéndolo cada vez más impredecible. El
interés por la energía y la ecología cobra cada día más importancia en nuestra sociedad,
el empleo de materiales reciclables y el uso de fuentes de energía renovables y limpias
preocupa cada día más a los usuarios y consumidores de energía.
4
Actualmente se pretende calefaccionar el Casino del Campus Miraflores de la
UACh. a través de una caldera a petróleo, para ello requerirá de un gran consumo para
su funcionamiento, por estos motivos se requieren de sistemas de energías auxiliares,
para reducir los gastos que producirá la caldera y los índices de contaminación, una
buena alternativa es la utilización de energías renovables. Las fuentes de energías
renovables provienen en su mayoría del Sol, ya sea de forma directa o indirecta; el Sol
provoca una serie de fenómenos naturales los cuales se aprovechan para obtener energía,
aprovechando una de las aplicaciones de la energía solar térmica, se utilizará como
energía auxiliar para la caldera.
5
Objetivo general.
El objetivo es evaluar la factibilidad técnica y económica de la instalación solar
térmica que sirve como apoyo a la caldera del casino del Campus Miraflores, a través
de la aplicación de distintas herramientas y técnicas que permitan preparar y evaluar
un proyecto de inversión.
Objetivos específicos.
Definir, describir y analizar los aspectos más importantes que caracterizan la energía
solar térmica.
Determinar los materiales más eficientes técnicamente para el sistema solar y sus
accesorios, considerando la variable costos de los mismos.
Incentivar el uso de las energías renovables, como medio de fuentes alternativas de
energía.
Comparar los gastos producidos por la caldera con/sin el sistema solar.
Realizar un análisis financiero del proyecto.
Metodología de trabajo.
Solicitud y recopilación de datos requeridos para el diseño, ya sea artículos de
Internet, libros o revista.
6
El trabajo parte de lo más genérico hasta lo más específico, comenzando por la
descripción de la energía solar.
Dimensionamiento de la superficie de captadores.
Dimensionamiento del volumen de captación.
Selección del fluido captador.
Diseño del circuito hidráulico.
Diseño de un sistema de regulación y control.
Aislamiento de tuberías.
El estudio de fiabilidad y rentabilidad mediante la investigación de la inversión
necesaria para la implementación del sistema solar
Aplicación de distintos criterios económicos tales como el V.A.N. y la T.I.R para
determinar si el proyecto es conveniente o no.
Todos los datos obtenidos de la recolección de información se tabularan y analizaran
mediante la utilización de los sistemas computacionales tales como: Microsoft Excel
2006.
La presentación de los resultados de antecedentes que permitan estimar las ventajas y
las desventajas económicas, se realizará mediante gráficos y tablas.
7
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO BÁSICOS DE LA ENERGÍA SOLAR.
En este capítulo se dará a entender ciertas nociones básicas, que permitan un
mejor entendimiento de los factores que afectan la captación de energía solar.
1.1 El Sol como fuente de energía.
El Sol es una esfera, de aproximadamente 700.000 km. de radio (casi 100 veces
el de la Tierra), constituida por una mezcla de gases compuesta, fundamentalmente por
un 70% de Hidrógeno y un 27% de Helio. [1]
En el núcleo del Sol se produce continuamente reacciones nucleares de fusión
que son la fuente de su energía. Esta energía que se produce en el centro de solar emite
en forma de una radiación electromagnética de alta frecuencia que se transmite
lentamente a la superficie mediante una sucesión de procesos radiactivos. [1]
La radiación que finalmente llega a la tierra es una pequeña parte de la que
produce el Sol. La cantidad de energía que llega a la superficie de la Tierra en un año es
hasta 50 veces mayor que las estimaciones actuales de toda la energía disponible de las
reservas conocidas de combustibles fósiles y 35.000 veces mayor que el consumo
mundial de energía por año. [1]
8
1.2 Radiación solar.
Cuando se desea utilizar la energía solar se debe considerar, la cantidad de
energía que llega en el lugar de captación previsto; o sea, qué cantidad de irradiación
solar recibe la superficie. Para ello, habrá que saber que es y como se comporta la
radiación solar. [2]
Para alcanzar la superficie terrestre la radiación solar debe atravesar la atmósfera
donde experimenta diversos fenómenos de reflexión, absorción, y difusión que
disminuyen la intensidad final.
La radiación que llega directamente del sol se denomina radiación directa y la
que es absorbida previamente por la atmósfera (nubes) es la radiación difusa. La
radiación solar, tanto directa como la difusa, se refleja en todas las superficies en las que
incide dando lugar a la radiación reflejada. La reflexión dependerá de las características
y naturaleza de la superficie reflectora. La radiación solar global es la suma de los tres
tipos de radiación anteriormente citados (directa, difusa y reflejada). (Fig. 1) [3]
La radiación es percibida en forma de luz. La luz no es más que una corriente de
fotones que se han generado al producirse reacciones nucleares en el Sol, y que llegan
agrupados a la Tierra en forma de haces de luz. El flujo de energía que se recibe del Sol,
solamente una parte de los haces de luz es captado por el ojo humano, los que están
comprendidas entre 0.4μm y 0.7μm (Gama de colores que va del rojo al violeta),
conocido como luz visible. Sin embargo, el haz de luz se extiende hasta el color
ultravioleta y el infrarrojo. (Fig. 2)
9
Figura 1. Balance de la Radiación Solar.
Figura 2. Espectro Electromagnético.
A la pérdida de aporte energético que se produce en las capas superiores de la
atmósfera, hay que añadir otras variables que influyen en la cantidad de radiación solar
10
que llega hasta un punto determinado del planeta. Como es de imaginar, no todas las
superficies reciben la misma cantidad de energía. Así, mientras los polos son los que
menor radiación reciben, los trópicos son los que están expuestos a una mayor radiación
de los rayos solares. Esto tiene su explicación en el grado de inclinación de nuestro
planeta con respecto al Sol (Fig. 3). La intensidad de radiación no será igual cuando los
rayos solares estén perpendiculares a la superficie irradiada que cuando el ángulo de
incidencia sea más oblicuo, tal y como ocurre en los polos.
La declinación del Sol, es la razón de que los mayores valores de radiación no se
produzcan en el Ecuador, sino en latitudes por encima y por debajo de los trópicos de
Cáncer y Capricornio. En estas zonas es donde los rayos solares son más
perpendiculares. [2]
Figura 3. Orbita terrestre alrededor del Sol.
1.3 Instrumentos para la observación del flujo solar.
Los instrumentos utilizados en la medición de la radiación solar, se descompone
en tres tipos principales, según la medida a realizar, a continuación se describen algunos
de ellos.
11
Heliógrafos: Los heliógrafos sirven para medir la duración de la luz solar (Fig. 4), que se
puede definir como el intervalo de tiempo durante el cual se ve el disco solar y
determinan los períodos del día durante los cuales la intensidad de la radiación directa es
superior a un cierto umbral (120 w/m2), que está reconocido a nivel mundial. El
intervalo de tiempo transcurrido entre la salida y la puesta de Sol, define el máximo
tiempo de radiación solar diaria posible, para un día concreto del año y para un lugar
determinado. [4]
Figura 4. Heliógrafo de Campbell-Stokes.
En el heliógrafo Campbell-Stokes la radiación directa se concentra con ayuda de
un lente esférico sobre un papel coloreado de textura definida; enseguida se produce una
quemadura o una decoración del papel indicando que la radiación directa es más o
menos intensa, siendo la longitud de la misma proporcional a la duración de la radiación
solar.
Pirheliómetros: Los pirheliómetros sirven para medir la radiación solar directa (Fig. 5).
Tienen una abertura colimada y una cara de recepción que debe permanecer siempre
normal a los rayos solares. El pirheliómetro recibe energía del disco solar y de un
estrecho anillo de cielo contiguo, a través de un tubo largo; este instrumento está dotado
de un dispositivo automático de seguimiento. [2]
Eugenio
Línea
12
Figura 5. Pirheliómetro de disco de plata de Abbot.
El pirheliómetro de disco de plata de Abbot permite deducir la intensidad de la
radiación directa a partir de lecturas termométricas sucesivas, abriendo y cerrando
alternativamente la entrada del instrumento, el tiempo de exposición tiene que ser muy
preciso. Este instrumento consiste en un disco de plata ennegrecida por una de sus caras,
con un agujero ciego en el que se inserta un termómetro aislado por un manguito de
madera. El disco está situado en el fondo de un tubo de latón que se puede obturar con
ayuda de una pantalla móvil situada en el extremo; de esta forma se puede exponer el
disco durante un tiempo determinado a la radiación solar, actuando el aislante como
elemento aislante.
1.4 Diferenciación de las dos aplicaciones más comunes.
Cuando se habla de cuales son las aplicaciones posibles del aprovechamiento de
la energía solar es preciso diferenciar claramente entre:
13
Energía Eléctrica: Que capta la energía solar mediante un sistema específico que la
transforma en electricidad.
Energía Térmica: Dentro de ésta es preciso diferenciar también entre la energía captada
de forma directa, sin ningún tipo de transformación, y la energía captada de forma
directa o mediante un sistema activo de captación.
Por tanto, en función de la forma de captación de la radiación y la energía
contenida en la misma, habrá de diferenciarse entre sistemas pasivos. [2]
• Los sistemas activos utilizan determinados materiales para captar la energía
solar, y transformarla en una energía específica (térmica o eléctrica). Así parte de
la radiación electromagnética del Sol se transforma en energía eléctrica mediante
la reacción que determinados materiales de la naturaleza tienen al ser excitados
por fotones luminosos. De aquí recibe el nombre de energía fotovoltaica. [2]
Los sistemas denominados activos para la obtención de energía térmica tienen
por finalidad transformar parte de la radiación electromagnética del Sol en
energía calorífica. Para ello se utilizan materiales que captan de forma selectiva
la longitud de onda de la radiación que más calor proporciona; en la gama de luz
que va del infrarrojo al ultravioleta. Este calor mediante sistemas de conducción
y convección es utilizado o almacenado para su posterior consumo. [2]
• Los sistemas pasivos, sin embargo, captan de forma directa la energía del Sol, sin
ningún tipo de mecanismo ni transformación previa. Estos sistemas, también
denominados de captación directa consisten en utilizar materiales y diseños
adecuados que posibiliten la mayor ganancia energética. [2]
14
CAPÍTULO 2. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA.
Una instalación solar térmica está constituida por un conjunto de componentes
encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transformándola
directamente en energía térmica, cediéndolas a un fluido de trabajo y, por último,
almacenar dicha energía térmica de forma eficiente, o bien en el mismo fluido de trabajo
de los captadores o transferirla a otro, para poder utilizarla después en los puntos de
consumo. Dicho sistema se complementa con una producción de energía térmica por
sistema convencional auxiliar que puede o no estar integrada dentro de la misma
instalación. [5]
Una buena razón para utilizar sistemas solares térmicos es la disminución de los
costes energéticos. Por tanto, es importante realizar un análisis económico detallado, de
forma que se pueda evaluar si el determinado sistema solar es económicamente
ventajoso.
Aunque las aplicaciones térmicas de la energía solar requieren una inversión
inicial elevada, una vez instalada, los gastos de funcionamiento son mínimos y consisten
únicamente en los escasos costos para el funcionamiento y eventuales reparaciones.
Existen varias tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar, pero las
principales son: La Circulación Natural y La Circulación Forzada.
La diferencia fundamental entre ambas es que en la circulación natural no hay
elementos en el sistema de tipo electromecánico: el motor de la circulación natural es
directamente la energía solar, mientras que en la circulación forzada, el fluido circula
gracias a una bomba de circulación.
15
2.1 Tipología de colectores solares térmicos.
Un colector solar consta de una placa captadora que gracias a su geometría y a
las características de su superficie, absorbe energía solar y la convierte en calor. Esta
energía es enviada a un fluido caloportador que circula dentro del colector o tubo
térmico. [2]
La característica principal que identifica la calidad de un colector solar es su
eficiencia, entendida como capacidad de conversión de la energía solar incidente en
energía térmica. Fundamentalmente existen tres tipos de colectores solares: Planos, de
Vacío y de Concentración.
Colectores planos: Se basan en el efecto invernadero; sus elementos básicos son (Fig.
6):
Superficie captadora: Está formada por un conjunto de tubos, por los que circula el agua
que debe ser calentada, y una superficie de captación selectiva que transfiere a los tubos
el calor de la energía recibida.
Cubierta transparente: Con el fin de reducir las pérdidas y proteger de la intemperie a la
superficie captadora, pero fundamentalmente para lograr el efecto invernadero.
Aislamiento térmico: Para reducir las pérdidas de calor, el colector debe contar con
aislamiento térmico debajo de la superficie captadora y en los laterales de la misma. Es
conveniente que el aislamiento incorpore una lámina reflectante en su cara superior, para
evitar su contacto y reflejar hacia la placa absorbente la radiación infrarroja emitida por
la misma.
Carcasa: Es el elemento que conforma el panel, conteniendo a todos sus componentes,
confiriéndole la rigidez, estanqueidad y resistencia a la intemperie.
16
Figura 6. Esquema de colector plano.
Captadores de tubos de vacío: Su principio de funcionamiento es el mismo que el de
los paneles planos; la superficie captadora se aloja dentro de un tubo en el que se ha
realizado el vacío que es quien cumple la misión de aislamiento térmico, permitiendo
obtener mayores temperaturas. [2]
Hay dos tipos de tubos de vacío, unos que calientan el agua directamente (Fig. 7)
y otros que utilizan un fluido intermedio que cambia de fase (Fig. 8) , evaporándose y
condensándose en el interior del tubo.
Figura 7. Tubo de vacío con calentamiento Figura 8. Tubo de vacío con calentamiento
directo del agua. indirecto del agua.
Eugenio
Línea
17
Captadores concentradores:
En general tienen forma parabólica (Fig. 9), si bien los hay con otras geometrías,
para concentrar la radiación solar en el foco, por lo que obtienen temperaturas mas
elevadas; se utilizan en aplicaciones de alta temperatura. [2]
Figura 9. Colector Concentrador.
2.2 Principio de circulación o distribución.
El sistema de distribución es el que se encarga de transportar el fluido
caloportador contenido en los colectores solares hasta el punto de consumo. Existen
diferentes circuitos de distribución, dependiendo de las necesidades que se pretende
satisfacer o las condiciones climáticas del lugar donde se realizará la captación.
Instalación de circuito abierto: Estos sistemas transfieren directamente el agua caliente
producida en el captador solar hacia el depósito de acumulación (Fig. 10). El
funcionamiento de estos equipos es muy simple: cuando el captador es calentado por el
Sol, el agua aumenta de temperatura desplazándose hacia arriba. Una vez en el depósito
de almacenamiento, éste se vacía con una cantidad equivalente de agua más fría que se
dirige al captador. [6]
18
Instalaciones de circuitos cerrados: En este caso existe dos circuitos: el circuito
primario del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema de
almacenamiento (Fig. 10). En el circuito primario se introduce un líquido especial que
circula por dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento
por medio de un intercambiador de calor. Lo que se pretende con el sistema de doble
circuito es evitar que el agua del depósito se pueda mezclar con el líquido del captador.
Así, es posible colocar un componente anticongelante que permita su uso en zonas
donde las temperaturas bajen de cero grados. [6]
Figura 10. Instalación de Circulación Abierta y Cerrada.
Circulación natural: Estos sistemas tienen la ventaja de no contar con bombas de
impulsión, el movimiento del agua se produce por la diferencia de temperaturas entre el
agua fría del tanque y la caliente del colector, esto es, el agua interior del colector
calentada por el Sol disminuye su densidad y por tanto su peso, por lo que el mayor peso
del agua fría del deposito, actuando por el conducto de retorno, que une la parte inferior
del depósito con la parte inferior del colector, empujando el agua caliente del colector
(menos pesada), obligándola a ascender por la tubería que une la parte superior del
tanque. [6]
19
Figura 11. Circulación Natural.
Circulación forzada: Los sistemas de circulación forzada están basados en una bomba
de impulsión movida por un aporte exterior de energía eléctrica; un gasto que se debe
tener en cuenta a la hora de optar por este tipo de mecanismo. La bomba de circulación
colocada en el sistema de captación tiene como principal función transferir el fluido
circulante lo más rápido posible, impidiendo así que se pueda perder parte de las calorías
ganadas en el proceso de distribución. (Fig. 12)
La utilización de la bomba también permite interrumpir la transferencia de calor
cuando el agua de los colectores no circule más caliente que la que se encuentra en el
depósito. Este sistema es muy común en climas fríos, donde cualquier pérdida de caloría
puede restar eficiencia a la instalación solar. Este tipo de circulación se utiliza para
instalaciones solares de cualquier tamaño. [6]
20
Figura 12. Circulación Forzada.
2.3 Aplicaciones:
La energía solar térmica de baja temperatura encuentra cada día nuevas
aplicaciones aunque la predominante con gran diferencia, es la producción de agua
caliente sanitaria (ACS). Otras aplicaciones con cierto peso relativo son la calefacción y
el calentamiento de piscinas.
Calentamiento de piscinas:
Se trata, quizás, de la aplicación térmica doméstica más adecuada para la Energía
Solar (Fig. 13), debido a que las temperaturas de uso son moderadas (25°C) lo que
proporciona mayores rendimientos [6].
21
Figura 13. Esquema Calentamiento de piscinas.
Agua caliente sanitaria:
Es la aplicación Térmica más extendida de la Energía Solar (Fig. 14); requieren
depósitos de acumulación que pueden ser interacumuladores
Para estas instalaciones se han desarrollado depósitos interacumuladores de doble
serpentín, el serpentín inferior se conecta a los paneles solares y el superior se utiliza
para el apoyo de caldera. El calor producido en el captador solar se transfiere mediante
un intercambiador de calor al acumulador solar lleno de agua.
Se puede usar el agua calentada de esa manera durante el día o por la noche en la
cocina o el baño, o también en un circuito de calefacción [7].
Eugenio
Línea
22
Figura 14. Esquema agua caliente sanitaria. [6]
Captador: El captador solar convierte la radiación solar en calor y transfiere la energía a
un líquido. El líquido circula en el absorbedor que es la parte interior del captador. Para
minimizar las pérdidas térmicas los captadores solares disponen de aislamiento térmico
sobre todo en las partes laterales y traseras. [7]
Grupo Hidráulica Solar: La bomba hidráulica solar facilita el transporte de calor del
captador al acumulador solar. El control la enciende siempre y cuando la temperatura del
captador sea más alta que la del acumulador. Además el grupo hidráulico solar incluye
componentes de seguridad como manómetro, válvula de seguridad, etc.
23
Sistema de Apoyo Convencional: El sistema de energía auxiliar es un elemento
imprescindible en toda instalación solar si no se quieren sufrir restricciones energéticas
en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiación y/o el consumo es superior a
lo previsto. Para prevenir estas situaciones, casi la totalidad de los sistemas de energía
solar térmica cuentan con un apoyo basado en energías convencionales. [7]
Acumulador Solar: Sin duda, la energía que se recibe del Sol no siempre coincide con
las épocas de mayor consumo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al máximo la
energía que nos otorga el Sol, será necesario acumular la energía en aquellos momentos
del día que más radiación existe, para utilizarla posteriormente cuando se produzca la
demanda.
Otras aplicaciones:
• Calefacción
• Secado
• Calentamiento en aplicaciones industriales
• Sistemas de refrigeración.
• Conversión termodinámica: centrales solares.
24
CAPÍTULO 3. PROYECCIÓN DE LOS MATERIALES NECESARIOS PARA LA
INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA.
3.1 Datos de pártida.
El motivo de este proyecto es el de dotar de un sistema de calentamiento de agua
por energía solar a una caldera, que se utilizará para el sistema de calefacción del casino
del Campus Miraflores.
3.1.1 Estudio climático.
La radiación solar diaria, así como los datos climáticos necesarios que se
utilizarán en los cálculos (Tabla 1), fueron suministrados por el Instituto de Geología y
Geografía de la Universidad Austral de Chile [8]. [Anexo 1.]
Tabla 1. Datos climáticos de Valdivia.
Mes Días de Sol Horas Diarias
Temp. Mín. Diaria (ºC)
Temp. Máx. Diaria (ºC)
Temp. Media
Diaria (ºC)
Radiación (kcal./m2día)
Enero 31 9,97 10,3 23,6 17,1 2.755 Febrero 28 9,76 12,6 26,5 19,3 2.613 Marzo 29 6,53 9,8 21 15,7 1.573 Abril 26 5,83 8,1 18,5 12,5 1.196 Mayo 21 5,31 5,7 14 9,4 706 Junio 18 2,46 5,7 11,9 8,6 338 Julio 12 3,48 5,3 12,1 9,5 267
Agosto 28 3,93 4,9 12,7 8,4 778 Septiembre 25 5,82 5,8 14,8 9,9 1.231
Octubre 26 6,00 7,5 17,8 12,4 1.543 Noviembre 30 7,98 9,4 20,7 15 2.344 Diciembre 30 8,78 9,5 21,4 15,7 2.551
Eugenio
Línea
25
Para manipular matemáticamente los datos recogidos en la tabla 1, referentes a
las temperaturas medias mensuales, se ajustaron a una función senoidal de la forma.
( )⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
736
365245,585,13: ππ tCosT t (3.1)
Donde:
( )tT : Es la temperatura de un día promedio de cada uno de los meses del año.
Teniendo en cuenta que se suele utilizar la calefacción siempre que la
temperatura ambiente no supere los 15º C, por lo tanto, el período de calefacción en la
ciudad de Valdivia estará comprendido entre los días 21 de Marzo al 12 de Octubre
(Fig. 15).
0
5
10
15
20
25
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Día del Año
Tem
pera
tura
(ºC)
Temperatura Media Temperatura día Promedio Temperatura Ambiente
Figura 15. Periodo de Calefacción para Valdivia.
26
3.1.2 Rendimiento de los colectores.
En el análisis que se expone a continuación (Fig. 16) se han despreciado las
perdidas por conducción y radiación en infrarrojo de la superficie de absorción o
superficie colectora. [9]
Figura 16. Distribución de energía en el colector.
Donde:
( )( )
( )( )
( ).º/
:
.:
.:
./:
.º:
.º:
.º:
2
2
CmhkcalAmbiente
alColectordelCalordeciaTransferendeTotaleCoeficientU
ColectoraSuperficieladeaAbsorbenciCubiertaladeidadTransmisiv
ColectordelSuperficielaenInsolaciónI
mhkcalFluidoaloTransferidUtilTiempodeUnidadporEnergíaQ
CColectordelEntradalaaFluidodelaTemperaturT
CColectoraSuperficieladeaTemperaturT
CAmbienteaTemperaturT
ns
U
Ef
Col
Ext
−βτα
27
Realizando el Balance de Energía:
ConvecciónFluidoalColectora
porEntradaSuperficiepor
PerdidasEnergíaAbsorbidaEnergía
+=
Es decir:
( )ExtColUns TTUQI −+=βτα (3.2)
( )ExtColnsU TTUIQ −−= βτα (3.3)
Dado que es difícil conocer con precisión la temperatura de la superficie
colectora ColT , es conveniente escribir la ecuación 3.3 en función de la temperatura de
entrada del fluido caloportador EfT , para lo cual debe modificarse dicha expresión
introduciendo un factor de corrección rF , como un valor que relaciona el calor que
recibirá si toda la superficie colectora estuviera a la temperatura de entrada del fluido
caloportador. [9]
De forma que:
( )( )ExtEfnsrU TTUIFQ −−= βτα (3.4)
Dependiendo del laboratorio acreditado de que se trate, los valores de rF y de
U , estarán referidos a la temperatura del fluido caloportador a la entrada del colector o a
la temperatura de la superficie colectora.
28
En este caso se utilizará la expresión considerando la temperatura de entrada del
fluido caloportador al colector. Así la ecuación 3.4 toma la forma: [9]
( )ns
ExtEfLr I
TTUF .−
−= βταη (3.5)
Siendo LU el coeficiente de pérdidas del colector, que es igual a UFr
El rendimiento óptico del colector, que es representado por Oη , como
βταη rO F= , entonces la ecuación 3.5 se puede escribir como:
( )ns
ExtEfLO I
TTU −−= ηη (3.6)
ns
LO I
TU Δ−= ηη (3.7)
No obstante, el rendimiento de un colector solar plano puede aproximarse
mediante una función cuadrática (parábola), de la forma: [7]
ITK
ITKO
2
21Δ
−Δ
−= ηη (3.8)
Donde:
Eficiencia η : La eficiencia expresa que proporción de la luz incidente es convertida en
calor útil por el colector. [7]
29
Diferencia de Temperaturas )(KTΔ : Se refiere a la diferencia de temperaturas existente
entre la temperatura media del fluido caloportador y la temperatura del aire ambiente en
contacto con el colector. Cuando la temperatura media del fluido caloportador es igual a
la temperatura ambiente, el colector no tiene pérdidas de calor y alcanza de esta forma su
eficiencia máxima. Se habla en este caso de 0η . [7]
Eficiencia Máxima 0η : Cuando el colector no pierde calor hacia el entorno sólo son
determinantes para la eficiencia las pérdidas óptimas. La diferencia entre la temperatura
media del fluido caloportador y la temperatura ambiente es cero. [7]
Coeficiente de pérdidas térmica (Lineal) 0α ( KmW 2/ ): 0α Describe las pérdidas
térmicas lineales del colector referida a la superficie y a la diferencia de temperaturas (es
equivalente al “valor 1K ”). [7]
Coeficiente de pérdidas térmica (cuadrática) 1α ( 22/ KmW ): A las pérdidas lineales se
les añade una componente cuadrática. El coeficiente de pérdidas térmica 1α expresa la
curvatura de la curva de eficiencia definitiva, sin considerar las pérdidas térmicas
lineales debidas a la radiación. (Es equivalente al “valor 2K ”). [7]
Intensidad de radiación I ( 2/ mW ): La intensidad de radiación expresa la potencia por
unidad de superficie de la luz incidente. [7]
30
3.2 Dimensionamiento de la superficie de colectores.
3.2.1 Cálculo del rendimiento y el aporte solar del colector.
Con los datos anteriormente expuestos en la tabla 1, se puede proceder al cálculo
de la superficie de los colectores, mediante la aplicación de la ecuación 3.8. Para efectos
de cálculos se transformaran algunas unidades (Tabla 2).
La temperatura media del agua de calefacción para este caso se considerará de
45º C. La radiación incidente como viene dada para superficie horizontal ha de ser
corregida con un factor de corrección según la inclinación de los colectores (Fig. 17),
para efectos de cálculos se considerará una inclinación de β = 45º, también se
considerará una orientación de los colectores hacia el norte, para aprovechar al máximo
los rayos solares (α = 0) cuyo porcentaje de corrección se encuentra entre 95% y 100%,
considerando el 100% para los cálculos (Fig. 18).
Figura 17. Orientación e inclinación de los colectores. [7]
Ángulo de inclinación, β definido como el ángulo que forma la superficie de los
colectores con el plano horizontal. [7]
Ángulo de acimut, α definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano
horizontal de la normal a la superficie del colector y el meridiano del lugar. [7]
31
Figura 18. Porcentaje de energía respecto al máximo como consecuencia de las pérdidas
por orientación e inclinación. [7]
Ejemplo de Cálculo: Para el ejemplo de todos los cálculos en adelante, se utilizarán los
datos correspondientes al mes de Enero.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
.860
kcalkwhconversióndeFactor
.860.755.2 2 kcal
kwhxm
kcalR = ;
2204,3mkwhR =
( )hrsmkwh
I97,9
204,3 2 ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= 224,321
mWI
32
Tabla 2. Datos requeridos para el cálculo de la superficie colectora.
Mes W/m2 Temp Med. Diaria (ºC)
Temp Med. Agua Calef.
Dif. De Temp. (ºC)
Diferencia de T2
Enero 321,24 17,1 45 27,9 778,41 Febrero 311,46 19,3 45 25,7 660,49 Marzo 280,11 15,7 45 29,3 858,49 Abril 238,71 12,5 45 32,5 1.056,25 Mayo 154,64 9,4 45 35,6 1.267,36 Junio 159,72 8,6 45 36,4 1.324,96 Julio 89,14 9,5 45 35,5 1.260,25
Agosto 230,53 8,4 45 36,6 1.339,56 Septiembre 246,16 9,9 45 35,1 1.232,01
Octubre 298,89 12,4 45 32,6 1.062,76 Noviembre 341,61 15 45 30 900,00 Diciembre 337,91 15,7 45 29,3 858,49
En este estudio se utilizará un colector solar plano de alto rendimiento SOL 25 S.
comercializado en España por la empresa Salvador Escoda S.A. A continuación se
exponen algunas características técnicas, para mayor información revisar [Anexo 2].
Tabla 3. Datos físicos del colector seleccionado.
Dimensiones/Peso Altura mm 2,233 Ancho mm 1,223 Fondo mm 78 Peso Vacío Kg. 48 Presión de Servicio mín. bar 3,5 Presión de Servicio adm. bar 6
Tabla 4. Datos de prueba del colector seleccionado.
Prueba de Presión Caudal nominal l/h 50-300 Contenido de fluido caloportador litros 1,6 Superficie total m2 2,7 Superficie de colector útil (superf. de apertura) m2 2,5 Superficie de absorbedor m2 2,5 Ángulo de montaje grados 20 hasta 90
Eugenio
Línea
33
Tabla 5. Datos de ejecución del colector seleccionado.
Características de Ejecución Tubo Cobre, tubo colector φ 22 Aislamiento térmico pared trasera Lana mineral, 40 mm. Espesor Aislamiento térmico pared lateral Lana mineral, 10 mm. Espesor Factor de conversión η0 0,781 Factor de pérdidas térmicas 0α (W/m2K) 2,838 Factor de pérdidas térmicas 1α (W/m2K2) 0,0154
En cuanto a la estructura de soporte de los colectores, el problema se simplificará
ya que el fabricante comercializa soportes prefabricados de acero galvanizado para sus
colectores, estos soportes son ideales para la instalación.
Con los datos técnicos anteriormente descritos, se puede calcular el rendimiento
del colector seleccionado, para cada mes del año, y así poder calcular el aporte de
energía que se generará por la instalación. El resumen de los rendimientos y el aporte de
energía solar se exponen en la tabla 6.
Ejemplo de cálculo del rendimiento:
ITK
ITKO
2
21Δ
−Δ
−= ηη (3.8)
( ) ( )
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−=
2
2
22
2
2
24,321
41,7780154,0
24,321
9,27838,2781,0
mW
KxKm
W
mW
KxKm
W
η
0351,02465,0781,0 −−=η
34
497,0=η
Ejemplo de cálculo del aporte del colector:
RadiaciónxColectordelAporte η= (3.9)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= 2
.2.755497,0m
kcalxColectordelAporte
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= 2
.78,369.1m
kcalColectordelAporte
Tabla 6. Resumen del rendimiento y aporte solar del colector.
Mes η0 α0 α1 η Apor. Colec. (kcal/m2 día)
Enero 0,781 2,838 0,0154 0,497 1.369,78 Febrero 0,781 2,838 0,0154 0,514 1.343,51 Marzo 0,781 2,838 0,0154 0,437 687,31 Abril 0,781 2,838 0,0154 0,326 390,46 Mayo 0,781 2,838 0,0154 0,001 1,03 Junio 0,781 2,838 0,0154 0,006 2,19 Julio 0,781 2,838 0,0154 0,000 0,00
Agosto 0,781 2,838 0,0154 0,241 187,44 Septiembre 0,781 2,838 0,0154 0,299 368,38
Octubre 0,781 2,838 0,0154 0,417 642,98 Noviembre 0,781 2,838 0,0154 0,491 1.151,37 Diciembre 0,781 2,838 0,0154 0,496 1.264,76
Para poder determinar la superficie necesaria de colectores, se debe conocer con
exactitud la demanda energética diaria requerida y el porcentaje que cubrirá la energía
solar.
Eugenio
Línea
35
3.2.2 Cálculo de la demanda térmica diaria: El cálculo de la carga térmica, fue previamente realizado por el estudiante de Ingeniería Mecánica Pedro Aguila. Para los cálculos, se considero la implementación de térmopaneles para minimizar las pérdidas de calor, y también se considero la posible ampliación del casino, que para efectos de cálculo se suma un 30% de la carga térmica a las condiciones actuales requeridas.
Carga Térmica = .
.000.95h
kcal
La selección de la caldera se utilizó catálogos de algunos proveedores (Fig. 19),
siendo el seleccionado para esta aplicación el modelo 2R7 de la marca SIME. [Anexo 3].
Figura 19. Catálogo de calderas para gasóleo ARB-1R-2R de la marca SIME.
Para el cálculo de la demanda diaria se considero un periodo de 5 horas de
calefacción, y se considerará un aporte de energía solar de un 8% de la demanda diaria.
Ejemplo de cálculo de la demanda diaria:
nCalefacciódeTiempoxTérmicaaCDiariaDemanda arg= (3.10)
36
.5.
.000.95 hxh
kcalDiariaDemanda ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
.000.475 kcalDiariaDemanda =
Ejemplo de cálculo del aporte solar estimado:
Para el siguiente cálculo se considera cubrir el 8% de la demanda diaria con
energía solar.
SolarAportedePorcentajexDiariaDemandaSolarAporte = (3.11)
08.0.000.475 xkcalSolarAporte =
.000.38 kcalSolarAporte =
Por lo tanto, el aporte solar diario para la instalación se considerará de 38.000
kcal.
Ejemplo de cálculo de la superficie necesaria de captación:
ColectordelAporteEstimadoSolarAporteCaptacióndeNecesariaSuperficie = (3.12)
( )
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
2
.78,369.1
.000.38
mkcal
kcalCaptacióndeNecesariaSuperficie
274,27 mCaptacióndeNecesariaSuperficie =
37
Ejemplo de cálculo del número de colectores:
ColectordelÚtilSuperficieCaptacióndeNecesariaSuperficieColectoresdeNúmero = (3.13)
( )( )2
2
5,274,27
mmColectoresdeNúmero =
11=ColectoresdeNúmero
A continuación en la tabla 7, se muestra el resumen del número de colectores
requeridos para cubrir el aporte solar estimado.
Tabla 7. Resumen del número de colectores requeridos.
Mes Apor. Colec.
(kcal/m2día)
Sup. Nec. Capt. (m2)
Sup. Útil Colec. (m2)
Nº de Colectores
Nº de Colec. a Utilizar
Enero 1.369,78 27,74 2,5 11 12 Febrero 1.343,51 28,28 2,5 11 12 Marzo 687,31 55,29 2,5 22 12 Abril 390,46 97,32 2,5 39 12 Mayo 1,03 36.888,07 2,5 15 12 Junio 2,19 17.342,52 2,5 7 12 Julio 0,00 0,00 2,5 0 12
Agosto 187,44 202,73 2,5 81 12 Septiembre 368,38 103,16 2,5 41 12
Octubre 642,98 59,10 2,5 24 12 Noviembre 1.151,37 33,00 2,5 13 12 Diciembre 1.264,76 30,05 2,5 12 12
Para fines prácticos, se considerará la utilización de 12 colectores solares planos
de alto rendimiento SOL 25 S.
38
3.3 Dimensionado del volumen de captación.
El sistema solar se debe concebir en función de la energía que aporta a lo largo
del día y no en función de la potencia del generador.
La relación del área total de los colectores y el volumen del termo, deberá
cumplir con la condición (según CTE HE4): [7]
18050 <<AV (3.14)
Donde:
A: La suma de las áreas de los colectores ( )2m
V: El volumen del depósito de acumulación solar ( )l
Si el volumen del termo fluctúa en el límite inferior se obtiene una mayor
temperatura pero una menor eficiencia, en cambio, en el límite superior se obtiene
menor temperatura pero mayor eficiencia.
El rango comúnmente usado esta entre 70 y 100 ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
2ml [7]
Para la aplicación que nos ocupa se usará un volumen de captación de 70 ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
2ml
lo que corresponde a un volumen total de:
( )22 30*70 m
mlV nAcumulació ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
( )lV nAcumulació 100.2=
39
Se utilizará un acumulador de ( )l100.2
Comprobando si se cumple la condición en la ecuación 3.14.
18025
150050 <<
1805050 <<
Por lo tanto cumple con la condición, y se utilizará un Termoacumulador
IDROGAS PUW 1500 l Anexo 4.
3.4 Selección del fluido caloportador.
El fluido caloportador pasa a través del absorbedor y transfiere a la parte del
sistema de aprovechamiento térmico (acumulador o interacumulador) la energía. Los
tipos más usados son el agua y la mezcla de anticongelante, pueden ser también aceites
de silicona o líquidos orgánicos sintéticos. [6]
Los anticongelantes son glicoles y los más usados son el etilenglicol y el
propilaglicol. Las características fundamentales de los anticongelantes son:
• Son tóxicos: Debido a que llevan una sustancia que se conoce como inhibidores
de la corrosión que es beneficioso para los dispositivos de la instalación. Se debe
impedir que se mezcle con el agua de consumo (haciendo la presión del
secundario mayor que la del primario, por prevención ante una posible rotura del
intercambiador). [6]
40
• Son muy viscosos: Al ser más espesos aumentan la pérdida de carga, factor a
tener en cuenta a la hora de elegir la electrobomba que suele ser de mayor
potencia.
• Mayor dilatación que el agua cuando se calienta: Para evitar las sobrepresiones
se utiliza el vaso de expansión.
• Es inestable a más de 120º C: Si se alcanza más de esta temperatura, se degrada
convirtiéndose en un ácido muy corrosivo que afectaría a la vida de los
elementos de la instalación.
3.4.1. Cálculo del fluido caloportador.
Para calcular la cantidad de anticongelante que hay que añadir a una instalación,
primeramente se debe consultar en el Anexo 1, de temperaturas históricas, cuál es la
mínima temperatura registrada. Una vez que se conoce la temperatura mínima, la mezcla
debe ser 5º C inferior a esta, luego se va a la gráfica de los glicoles (Fig. 20) que
suministra el fabricante y se traslada el valor para indicarnos cual es el porcentaje.
La temperatura mínima histórica en Valdivia es de -6,6º C por lo que la
instalación deberá estar preparada para soportar temperaturas hasta de -11.6º C.
41
Figura 20. Gráfica de los Glicoles. [7]
Para soportar esta temperatura la concentración en peso del propilengicol será del 35
%, con este dato se puede conocer el caudal específico (Fig. 21).
Figura 21. Gráfico del calor específico del fluido. [7]
42
El calor específico de la mezcla será aproximadamente de 0.92 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛CKg
Kcal.º
. a 45º C.
3.4.2 Viscosidad absoluta del fluido caloportador: Representa la viscosidad dinámica
del líquido y es medida por un tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a
una determinada temperatura. Su unidad en el sistema internacional (SI) es el pascal
segundo ( )sPa. o también newton segundo por metro cuadrado ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛2msN , en cambio, en
el sistema CGS, tiene dimensiones de gramo por centímetro cuadrado. El submúltiplo el
centipoise (cP), es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado
que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. En la figura 22 muestra la gráfica
de la viscosidad absoluta del propilenglicol. [10]
Figura 22. Gráfico de viscosidad del glicol. [7]
43
La viscosidad absoluta de la mezcla será igual a 1.8 centipoises a una temperatura de
45º C
3.4.3 Densidad del fluido caloportador: La densidad de un fluido es su masa por
unidad de volumen (Fig. 23). Su unidad tanto en el sistema CGS y el sistema
internacional (SI) tiene unidades de gramos por centímetro cúbico ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
3cmgr . [10]
Figura 23. Gráfico de la densidad del glicol. [7]
La densidad de la mezcla será igual a 1.014 ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
3cmgr a una temperatura de 45º C.
44
3.4.4 Viscosidad cinemática del fluido caloportador: Representa la característica
propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a
través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del producto en cuestión.
En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado
por segundo ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛segm2
, en cambio, en el sistema CGS corresponde al stoke ( )St , con
dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke ( )cSt , 210− stokes, que
es el submúltiplo más utilizado. [10]
( )Densidad
AbsolutaidadVisCStCinemáticaidadVis coscos = (3.15)
)/(
)()(
3cmgramos
CentipoiseCentistoke ρ
μν = (3.16)
Con los datos anteriormente estimados, se puede calcular la viscosidad
cinemática aplicando la ecuación 2.21.
( )3014.1
8.1cos
cmgr
cPCStCinemáticaidadVis =
CStCinemáticaidadVis 77515.1cos =
segmxCinemáticaidadVis
261077515.1cos −=
Para este proyecto se utilizará un fluido caloportador Escoglicol Plus FLD 160
25 litros. [Anexo 5]
45
3.5 Conexión de los captadores.
Existen tres tipos de conexiones para el montaje de los colectores que son:
Conexión en serie, conexión en paralelo y conexión mixta; cada una de éstas se obtienen
unas determinadas características que hay que tener en cuenta.
3.5.1 Conexión en serie:
En el montaje en serie, el líquido entra por la parte inferior del captador y sale
por su parte superior, entrando seguidamente por la parte inferior del siguiente captador,
y así sucesivamente. (Fig. 24)
La conexión en serie nos permite elevar la temperatura de salida del fluido. No es
recomendable porque, al aumentar esta temperatura el rendimiento del colector
disminuye. Si bien puede interesar en determinadas situaciones o aplicaciones, en las
que sea necesario alcanzar un determinado rango de temperatura. [7]
Figura 24. Diagrama de conexión en serie de los colectores.
46
3.5.2 Conexión en paralelo:
Mediante la conexión en paralelo se obtiene un mayor rendimiento de los
colectores. La temperatura de salida es menor que si se conexionan en serie pero, por el
contrario, el caudal es mayor, es decir, se puede obtener más libros de agua a menor
temperatura que en el caso de conexión en serie. (Fig. 25)
La conexión en paralelo está limitada por el diámetro del tubo colector interno
del captador, pues podría elevarse la velocidad del fluido por encima de 1 m/s, cosa que
no es recomendable. [7]
Figura 25. Diagrama de conexión en paralelos de los colectores.
47
3.5.3 Conexión mixta:
De igual forma, podrían instalarse combinaciones de colectores en serie y
paralelo, (Fig.26) según criterios del proyectista. [7]
Figura 26. Diagrama de conexión mixta de los colectores.
3.6 Caudales.
El caudal del fluido caloportador se determinara de acuerdo con las
especificaciones del fabricante como consecuencia del diseño de su producto. En su
defecto su valor estará comprendido entre 1,2 a 2 min
l por cada metro cuadrado. [7]
El caudal volumétrico nominal que recorre el colector seleccionado, según las
especificaciones técnicas, oscila entre 50 y 300 .h
l .
48
3.6.1 Conexión en serie.
En las conexiones en serie, el caudal es el mismo independientemente del
número de colectores instalados, pues la cantidad de fluido que sale de un captador es la
misma que entra en el siguiente.
En este caso se utilizará un caudal de 2 2min mxl , y la superficie de colector a
utilizar es de 25,2 m , por lo tanto, el caudal sería de:
( )2mColectordelUtilAreaxCaudalQSerie = (3.27)
Para la realización de todos los cálculos se debe desglosar la instalación en
tramos, para mayor comprensión revisar los planos de la instalación en el Anexo 20,
donde se encuentran demarcados dichos tramos.
Tramo Conexión en Serie:
22 5,2
min2 mx
mxlQSerie =
min5 lQSerie =
.1min60
10001
min5
3
hx
lmxlQSerie =
.3,0
3
hmQSerie =
49
3.6.2 Conexión en paralelo.
Cuando se realiza una instalación en paralelo, el caudal se multiplica por el
número de colectores que estén instalados o la cantidad de grupos conectados en serie.
Debido que para cada uno de los colectores ha de pasar la misma cantidad de fluido a la
vez.
Como se ha expuesto anteriormente, el caudal en serie es de 2 2min mxl de
captador. Por lo que el caudal en paralelo sería:
SerieenGruposdeNxColecdelUtilAxCaudalQParalelo º..= (3.18)
Tramo Conexión en Paralelo 1:
SerieenGruposxmxmx
lQParalelo
35,2min
2 221
=
min15
1
lQParalelo
=
.1min60
10001
min15
3
1 hx
lmxlQParalelo =
.9,0
3
1 hmQ
Paralelo=
Tramo Conexión en Paralelo 2:
SerieenGruposdeNúmeroxmxmx
lQParalelo
25,2min
2 222
=
min10
2
lQParalelo
=
.6,0
3
2 hmQ
Paralelo=
50
3.7 Tuberías.
Las tuberías son conductos cilíndricos de material, diámetro y longitud variable.
Se dividen en tuberías y tubos. Las tuberías tienen unas dimensiones normalizadas. [11]
Las tuberías de todo el circuito serán de cobre. Para el cálculo del diámetro de las
tuberías se utilizará la siguiente expresión:
AxVQ : (3.19)
Donde:
Q: Caudal ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛s
m3
V: Velocidad del flujo ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
sm
A: Sección o área de escurrimiento ( )2m
4:
2DA π
Por lo tanto, despejando el diámetro se obtiene:
VQD
π42 = (3.20)
Es necesario establecer un criterio que fije un valor óptimo para la velocidad del
flujo en las tuberías, ya que puede ser perjudicial tanto una velocidad demasiado alta
como una velocidad demasiado baja.
51
Un exceso de velocidad puede:
• Originar golpes de arietes, cuyo valor de sobrepresión puede provocar roturas.
• Producir excesivas pérdidas de carga.
• Favorecer las corrosiones por erosión.
• Producir ruidos, que pueden ser muy molestos.
Una velocidad demasiado baja:
• Propicia la formación de depósitos de las sustancias en suspensión que pudiera
llevar el fluido, provocando obstrucciones.
• Implica un diámetro de tubería excesivo, sobredimensionado, con lo que la
instalación se encarece de forma innecesaria.
3.7.1 Cálculo del diámetro necesario para la tubería.
Por lo tanto, es recomendable que la velocidad de circulación del fluido debe ser
inferior a 1,5 sm
Para efectos de cálculos se considerará una velocidad de 0,8 sm en la tubería
principal o también llamada conexión en paralelo, y una velocidad de 0,3 sm para los
ramales o conexión en serie.
52
Reemplazando en la ecuación 3.20 se obtiene:
Tramo Conexión en Paralelo 1 [Anexo 20]:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smx
smxx
DINT
8,0
105,243
4
2
π
242 109789,3 mxDINT−=
mDINT 01995,0=
inDINT 785,0=
Por lo tanto, para la conexión en paralelo 1, debe contar con una tubería de por lo
menos 0,785 inch. Como diámetro interior.
Tramo conexión en paralelo 2 [Anexo 20]:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smx
smxx
DINT
8,0
10666,143
4
2
π
242 106526,2 mxDINT−=
mDINT 01629,0=
inDINT 641,0=
53
Por lo tanto, para la conexión en paralelo 2, debe contar con una tubería de por lo
menos 0,641 inch. Como diámetro interior.
Tramo Conexión en Serie [Anexo 20]:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smx
smxx
DINT
3,0
10333,843
5
2
π
242 105368,3 mxDINT−=
mDINT 01881,0=
inDINT 740,0=
Por lo tanto, para la conexión en serie, debe contar con una tubería de por lo
menos 0,740 inch. Como diámetro interior.
3.7.2 Tuberías dimensiones estándar.
Norma Americana.
Las tuberías se identifican por su diámetro nominal y su espesor. El espesor se
expresa por el número de lista (Schedule). Existe una equivalencia entre Número de lista
y la terminología de Peso Standard (usada por el asa anterioridad):
Sch 40 = Peso Standard (Std).
Sch 80 = Peso Extra Fuerte (XS).
54
Sch 160 = Peso Doble Extra Fuerte (XXS).
La norma americana corresponde a las iniciales:
ASA : American Standards Association.
ANSI : American Nacional Standard Institute. La norma ANSI es la más común.
ASTM : American Standards of Testing and Materials.
ASME : American Standards of Mechanical Engineers.
Las tablas de dimensiones estándar para tuberías de acero al carbono e inoxidable
según la normativa americana son:
ASA B.36.10.: Dimensiones generales de tuberías de AC.
ASA B.36.19.: Dimensiones generales de tuberías de SS.
Tomando como valor normalizado más próximo de la serie Sch 40 [Anexo 6], el
diámetro normalizado queda de:
inchDN 43
=
inchPareddeEspesor 113,0=
inchDINT 824,0=
mDINT 0209296,0=
Para obtener la velocidad, se reemplaza en la ecuación 2.26 el diámetro interior
de la tubería normalizada seleccionada.
2
4DQV
π= (3.21)
55
Tramo Conexión en Paralelo 1 [Anexo 20]:
( )22
34
0209296,0
105,24
mxs
mxxV
π
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smV 727,0=
Tramo Conexión en Paralelo 2 [Anexo 20]:
( )22
34
0209296,0
10667,14
mxs
mxxV
π
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smV 484,0=
Tramo Conexión en Serie [Anexo 20]:
( )22
35
0209296,0
10333,84
mxs
mxxV
π
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
−
smV 242,0=
Por lo tanto, para toda la instalación se utilizarán la siguiente tubería.
ASTM B.36.10 3/4 inch Sch 40.
56
3.8 Pérdida de carga en flujos desarrollados en tuberías.
Las pérdidas de carga en las tuberías son de dos clases primarias y secundarías.
Las pérdidas primarias son las pérdidas de superficie en el conducto del fluido
con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen
laminar) o de las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en
flujos uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería se sección constante.
Las pérdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tienen lugar en las
transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas, y en toda
clase de accesorios de tuberías. [12]
3.8.1 Pérdidas primarias:
Si se conoce la pérdida del flujo, se puede calcular el cambio de presión. En un
flujo desarrollado en una tubería, la ecuación de energía es: [12]
( )γ
γ hpH L+Δ
= (3.22)
La pérdida de carga causada por el esfuerzo en la pared para un flujo
desarrollado se relaciona con el factor de fricción por la ecuación de Darcy-Weisbach:
gV
DLfH L 2
2
= (3.23)
Esta formula es de uso universal en el mundo, en los libros y formularios de
hidráulica. Por lo tanto, si se conoce el factor de fricción se puede calcular la pérdida de
carga, para luego calcular la caída de presión. [12]
57
3.8.2 Factor de fricción f :
El factor de fricción depende de diversos factores que a continuación de expresan
en la notación funcional: [12]
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
DDVff ε
μρ , (3.24)
Donde:
:μ
ρ DV El número de Reynolds.
:Dε Rugosidad Relativa.
El factor de fricción toma un valor que se puede obtener del Diagrama de Moody
[Anexo 7]. Para ello es necesario calcular previamente la Rugosidad Relativa y el
Número de Reynolds.
El caso anteriormente expuesto es el caso más general, no obstante, si el eR es
muy pequeño, el flujo es considerado como régimen laminar, en cuyo caso el factor de
fricción sólo estará en función de eR ; mientras que sí eR es muy grande, es considerado
como un régimen declaradamente turbulento, lo cual hace que el factor de fricción sólo
dependa de la Rugosidad Relativa Dε .
58
3.8.3 Número de Reynolds.
El número de Reynolds, al igual que la Rugosidad Relativa, no tiene unidades y
representa las fuerzas de inercia frente a la viscosidad y se calcula a partir de la
expresión: [13]
μρ DVRe = (3.25)
Reemplazando la viscosidad cinemática en la ecuación 3.25, se puede escribir de
la siguiente forma:
νDVRe = (3.26)
Donde:
:eR Número de Reynolds.
:V Velocidad del Fluido ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
sm
:D Diámetro interior de la tubería ( )m
:ν Viscosidad cinemática ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛s
m2
El valor de magnitud del eR es muy variable, pudiendo alcanzar valores desde
unas pocas unidades (característica de un régimen laminar), hasta varios millones
(típicas de régimen altamente turbulento).
59
Los datos necesarios para el cálculo del número de Reynolds fueron estimados
anteriormente, y que a continuación se exponen:
inchDN 43
=
inchDINT 824,0=
mDINT 0209296,0=
segmxCinemáticaidadVis
261077515.1cos −=
Reemplazando estos datos en la ecuación 3.26.
Tramo Conexión en Serie [Anexo 20]:
( )
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−
smx
mxsm
Re 261077515,1
0209296,0242,0:
310853,2 xRe =
Como el número de Reynolds es muy pequeño, este tramo del flujo es
considerado como un régimen laminar.
Tramo Conexión en Paralelo 1 [Anexo 20]: 310572,8 xRe =
Tramo Conexión en Paralelo 2 [Anexo 20]: 310707,5 xRe =
60
3.8.4 Rugosidad absoluta y relativa:
En la figura 27 puede apreciarse un corte longitudinal de una tubería. La calidad
de acabado superficial del material influye notablemente en el transporte de fluidos. El
concepto de rugosidad absoluta ( )ε tiene unidades de longitud, es decir, metros.
Evidentemente será una cantidad muy pequeña y representa el valor medio que existe
entre los valles y las crestas del perfil que se observa en la figura. A mayores diferencias
mayor valor de ε y, consecuentemente, mayor dificultad ofrece al avance del fluido.
Esta propiedad es intrínseca del tipo de material y del proceso utilizado en fabricación
de la tubería. A cada tipo de material le corresponde un valor medio de ε . (Fig. 28). [11]
Figura 27. Detalle de la rugosidad absoluta interior de una tubería.
Figura 28. Tabla de valores típicos de la rugosidad absoluta.
61
Parece razonable pensar que la influencia de este parámetro no va a ser la misma
en todas las tuberías sino que esta ligado a otras características, en concreto al diámetro
interior, formando así el concepto de rugosidad relativa Dε , el cual no tiene unidades.
3.8.5 Cálculo de la rugosidad relativa.
Dado que para el tramo de tubería con conexión en serie, posee un número de
Reynolds muy bajo, es considerado como un flujo de régimen laminar; por lo tanto, no
es necesario estimar la rugosidad relativa para este tramo. Las conexiones en paralelo
poseen un número de Reynolds, que es considerado como un régimen turbulento, por lo
que es necesario estimar la rugosidad relativa para poder calcular el factor de fricción.
El procedimiento de cálculo se basa en el diagrama de flujos incompresible,
[Anexo 8]; ingresando con el diámetro interior seleccionado y la rugosidad absoluta del
material.
inchDN 43
=
mDINT 0209296,0=
cmDINT 09296,2=
cmAbsolutaRugosidad 00015,0=
Por lo tanto, la rugosidad relativa para la cañería de cobre de ¾” es de 0,0021.
62
3.8.6 Factor de fricción para un régimen laminar.
Si el flujo es laminar la corriente es relativamente lenta, la viscosidad
relativamente grande, y la corriente no es perturbada por las protuberancias del
contorno; es más, si se inicia una turbulencia la viscosidad la destruye. Por tanto:
En régimen laminar el factor de fricción no se encuentra en función de la
rugosidad. Es por esta razón que se utiliza la ecuación de Poiseuille. [13]
eRf 64
= (3.27)
Dado que el número de Reynolds en el tramo de conexión en serie es muy
pequeño, el factor de fricción no dependerá de la rugosidad, una forma de calcular este
valor es por medio del diagrama de Moody [Anexo 7].
Diagrama de Moody
• El diagrama de Moody resuelve todos los problemas de pérdidas de carga
primarias en tuberías con cualquier diámetro, cualquier material de tubería y
cualquier caudal.
• Puede emplearse con tuberías de sección no circular sustituyendo el diámetro por
el radio hidráulico.
• Se usa para determinar el coeficiente de fricción, el cual se lleva a la ecuación de
Darcy-Weisbach.
63
3.8.7 Cálculo del factor de fricción.
Con los datos previamente calculados de la rugosidad relativa y del número de
Reynolds, se ingresa al diagrama de Moody [Anexo 7], obteniendo así el factor de
fricción.
Tramo Conexión en Paralelo 1 [Anexo 20].
0021,0=Dε 310572,8 xRe =
0355,0=f
Tramo Conexión en Paralelo 2 [Anexo 20].
0021,0=Dε 310707,5 xRe =
039,0=f
Tramo Conexión en Serie [Anexo 20].
310853,2 xRe =
024,0=f
64
3.8.8 Pérdidas secundarias.
Cuando en las tuberías existen codos, válvulas, etc., usualmente es necesario
tener en cuenta las pérdidas de altura a través de estos accesorios, además de las
pérdidas causadas por la fricción en las tuberías. Casi siempre se hace esto utilizando
resultados experimentales. Esta información está dada en la forma. [13]
gVKhL 2
2
= (3.28)
Donde el factor K se encuentra en numerosos manuales para accesorios
comerciales. No se hace distinción entre flujo laminar y flujo turbulento. La velocidad
V puede estipularse como la velocidad promedio aguas arriba o aguas abajo hacia el
accesorio o desde este.
Método Longitud de Tubería Equivalente.
Consiste en considerar las pérdidas secundarias como longitudes equivalentes, es
decir longitudes en metros de un trozo de tubería del mismo diámetro que produciría las
mismas pérdidas de carga que los accesorios en cuestión. Así en la ecuación 3.28, cada
codo, válvula, etc., se sustituirá por su longitud equivalente eL . A continuación se aplica
a la ecuación fundamental de las pérdidas primarias (ecuación 3.23): [13]
( )g
VD
LLH e
r 2
2∑+= λ (3.29)
65
Donde:
.secundariasyprimariaspérdidasdetotalSumaH r =
.MoodydediagramadelpérdidasdeeCoeficient=λ
.tuberíasderectostramoslosdetotalLongitudL =
∑ = .diversosaccesorioslosaesequivalentlongitudeslastodasdeSumaLe
.tuberíalaenmediaVelocidadV =
3.8.9 Cálculo de las pérdidas secundarias.
Para los cálculos se utilizará el gráfico de la ecuación de Bernoulli con pérdidas,
[Anexo 9]. Este monograma consta de tres escalas; uniendo con una recta el punto de la
escala izquierda correspondiente al accesorio de que se trata con el punto de la escala
derecha correspondiente al diámetro interior de la tubería, el punto de intersección de
esta recta con la escala central nos da la eL del accesorio.
Tramo Conexión de Paralelo 1 [Anexo 20]
CompuertadeVálvulax
noAntirretorVálvulax
deCodosx
GlobodeVálvulax
Teex
Teex
AccesorioCantidadMetrosEneEquivalentLongitud
114,0
17,1
º901158,0
67,6
846,0
44,1
.7,57 metros
66
Por lo tanto las pérdidas secundarias para la conexión en paralelo 1, es de 57,7
metros.
Tramo Conexión de Paralelo 2 [Anexo 20]
CompuertadeVálvulax
deCodosx
Teex
AccesorioCantidadMetrosEneEquivalentLongitud
114,0
º90258,0
44,1
.26,5 metros
Por lo tanto, las pérdidas secundarias para la conexión en paralelo 2, es de 5,26
metros.
Tramo Conexión en Serie [Anexo 20]
CompuertadeVálvulax
deCodosx
AccesorioCantidadMetrosEneEquivalentLongitud
114,0
º90658,0
.62,3 metros
Por lo tanto, las pérdidas secundarias para la conexión en serie, es de 3,62
metros.
67
3.8.10 Cálculo de las pérdidas según el método longitud de tubería equivalente.
( )0209296,0806,92
727,07,57360355,0 2
xxxH r
+=
metrosH r 283,4=
( )0209296,0806,92
484,026,518039,0 2
xxxH r
+=
metrosH r 518,0=
( )0209296,0806,92
242,062,318024,0 2
xxxH r
+=
metrosH r 074,0=
074,0518,0283,4 ++=rTH
metrosH rT 875,4=
68
3.9 Caída de presión por efecto de los colectores solares.
Se deben considerar la pérdida de carga producida en los colectores, para ello se
recurre a los datos facilitados por los fabricantes.
Como se muestra en la figura 29, se considero un caudal de 5 l/min. Obteniendo
así una perdida de carga de 350 mm.c.a.
Figura 29. Gráfico de caída de presión del colector SOL 25 S. [7]
Por lo tanto, la pérdida total de carga debido a los colectores será:
( ) ( )Colectoresxacmm 12..350
acmm ..4200
acm ..2,4
69
3.10 Altura dinámica o carga de trabajo de la bomba. ( BH )
Para la determinación de la altura dinámica se empleará la siguiente fórmula: [13]
21
22
2121
. 2ZZ
gVV
gPPHH extrB −+
−+
−+= − ρ
(3.30)
Donde:
.sinarg:. bombalaconsideraracdePérdidasH extr−
.:21 presióndeAlturag
PPρ−
.:2
22
21 dinámicaAltura
gVV −
.:21 potencialAlturaZZ −
3.10.1 Cálculo de la altura dinámica de la bomba.
Con los datos previamente calculados se determinará la altura dinámica de la
bomba, considerando la altura dinámica y de presión con un valor cero. Por lo que la
ecuación 3.30 dependerá solo de la altura potencial y las pérdidas de cargas. [14]
21. ZZHH extrB −+= −
mmH B 5,1075,9 +=
.575,10 mH B =
70
3.10.2 Selección de la bomba de circulación.
Primero se debe escoger el tipo de bomba adecuado para la aplicación que se le
dará. A continuación se muestra un cuadro resumen de las aplicaciones y tipos de
bombas de circulación más adecuado (Fig. 30); todas estas bombas son de la marca
Grundfos, por lo tanto, se debe seleccionar una bomba de circulación del tipo solar. [14]
Figura 30. Resumen de aplicaciones de las bombas Grundfos.
71
Una vez determinado el tipo de bomba, se debe proceder a la selección de la
misma. A continuación se muestra algunas características técnicas del tipo de bomba
seleccionado (Fig. 31), y las curvas características de la gama de bombas que ofrece para
la aplicación de sistemas solares.
Figura 31. Características Técnicas Grundfos Solar.
Con los datos de la carga de trabajo y con el caudal, se ingresa en la tabla para la
selección (Fig. 32), por lo tanto, se utilizará para este proyecto una bomba de circulación
UPS 25-120, de la marca Bombas Grundfos Chile Ltda. [Anexo 10]
72
Figura 32. Curvas características de la bomba UPS Solar. [14]
3.11 Vaso de expansión.
Los vasos de expansión de membrana son elementos de seguridad de los equipos
generadores de calor presurizados. Sirven para absorber las dilataciones del fluido de
trabajo contenido en la instalación, al aumentar la temperatura de éste.
Un vaso de expansión de tamaño insuficiente provoca incidencias durante el
funcionamiento y daños en la instalación.
73
Cuando el vaso de expansión es de tamaño insuficiente no puede alojar todo el
fluido de trabajo dilatado y dispara la válvula de seguridad. A causa de ello, la
instalación pierde fluido, que luego faltará al enfriarse el circuito.
3.11.1 Vasos de expansión cerrados
Los vasos de expansión funcionan por la compresión de una cámara de aire
contenida en el interior del mismo, separada del fluido de la instalación por una
membrana flexible (Fig. 33). De esta forma, el fluido contenido en la instalación no tiene
ningún punto de contacto con la atmósfera. [11]
Figura 33. Diagrama de un vaso de expansión cerrado.
Ventajas de los vasos de expansión cerrados respecto a los abiertos.
Dichas ventajas son las siguientes:
74
• Fácil montaje.
• No es necesario aislarlos.
• Al instalarse en circuitos cerrados, no absorben oxígeno del aire (perjudicial para la
instalación ya que favorece la corrosión).
• Se eliminan las pérdidas de fluido por evaporación, evitando la corrosión e
incrustación provocada por el fluido de reposición.
3.11.2 Cálculo del vaso de expansión.
El volumen total (Vt) del estanque de expansión es expresado por la siguiente formula:
[15]
PfPiCexCaVt
−=
1 (3.31)
Donde:
Ca: Capacidad de fluido en la instalación. Se debe incluir una tolerancia de 20 a 25% en
exceso, debido a la puesta en marcha.
Ce: Coeficiente de expansión del fluido; corresponde a la máxima deferencia de
temperatura. (Fig. 34)
Pi: Presión inicial (atm); corresponde a la presión de precarga del vaso o estanque de
expansión. Ésta presión no debe ser menor que la presión hidrostática medida en el
punto donde el estanque será instalado.
75
Pf: Presión final (atm); corresponde a la presión en que la válvula de seguridad ha sido
calibrada, tomando en cuenta a la diferencia de nivel que pudiera existir entre el
estanque de expansión y la válvula de seguridad.
Figura. 34. Tabla de coeficiente de expansión del agua. [15]
Capacidad de fluido en la instalación:
El contenido de fluido en la instalación esta comprendido por el volumen de las
tuberías y volumen de los colectores.
El contenido de fluido de los colectores dependerá del modelo y características.
Este dato es facilitado por el fabricante, para este caso, el modelo del colector es SOL
25S, con una capacidad de fluido de 1,6 litros, a este dato se le debe multiplicar la
cantidad de colectores instalados.
LitrosxLitrosSSOL
TotalContenidoNúmeroContenidoModelo
2,19126,125 =
76
Contenido de fluido en las tuberías:
inchDN 43
= mDINT 0209296,0=
4
2dA π=
40209296,0 2π
=A
( )241044,3 mxA −=
LxAV =
( ) ( )mxmxV 11044,3 24−=
( ) 334
110001044,3
mltrsxmxV −=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
mltrsV .344,0
Se aconseja considerar una tolerancia de un 20% a la longitud real
( ) ( )
2,172344,0
%.
xx
ToleranciamLm
LtrsV realLineal ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
.72,29 ltrsVTuberias =
Por lo tanto, el volumen de fluido en la instalación es de:
.92,48 LtrsCa =
77
A este resultado se le debe agregar una tolerancia de un 25%, debido a la puesta
en marcha.
%25,1.92,48 xLtrsCa =
.15,61 LtrsCa =
Coeficiente de Expansión: El coeficiente de expansión para este caso corresponde a la
temperatura máxima equivalente a 50ºC, Según figura 32, corresponde un coeficiente de
expansión de 0,0121
Presión final (atm): Se considerará una presión de 1,5 bar. 2,5 atm.
Presión inicial (atm): Se considerará una presión de 6 bar. 8 atm.
Sustituyendo estos datos en la ecuación 3.31.
( ) ( )( )
( )atmatm
xLtrsVt
85,21
%0121,015,61
−=
.1,1 LtrsVt =
El vaso de expansión que se utilizará en este proyecto es el siguiente:
1 Estanque de expansión ER 12CE, de 12 litros de capacidad de la firma ANWO.
Para mayor información de datos técnicos, revisar Anexo 11.
78
3.12 Sistema de regulación y control.
El sistema de control asegura el correcto funcionamiento de la instalación,
procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando
un uso adecuado de la energía auxiliar.
El control de funcionamiento de la bomba de circulación de los colectores, debe
ser siempre del tipo diferencial y, en como en este caso existe un depósito acumulador
de energía solar, el control debe actuar en función de la diferencia entre el fluido
caloportador y la salida de los colectores y la del depósito acumulador (Fig. 35). El
sistema de control actuará y estará ajustado de manera que la bomba no este en marcha
cuando la diferencia de temperatura sea menor a 2º C y no esté parada cuando la
diferencia sea mayor de 7º C.
Para este proyecto se usara un regulador RESOL; centralita DELTA SOL BS
Pro. [Anexo 12], en la figura 26 se muestra un diagrama de conexión que tendrá la
instalación. [7]
Figura 35. Diagrama de conexión del sistema de control.
79
3.13 Aislamiento térmico.
El aislamiento térmico de todas las tuberías y elementos del circuito solar se
realizara con espuma elastomérica, y un espesor de 1”
Espuma Elastomérica: Es un aislante con un excelente rendimiento en bajas y medianas
temperaturas con fácil instalación, reduciendo al máximo los costos de mano de obra.
(Fig. 36)
Coeficiente de conductividad: 0,029 Kcal/hmºC.
Temperatura de trabajo óptima: -40 a 115ºC
Figura 36. Espuma Elastomérica.
Se empleará para este proyecto lo siguiente:
• 40 metros de Aislante Espuma Elastomérica; formato tubo ¾”, de la firma
ISOPLAST S.A.
• 3 unidades de Cinta Autoadhesiva Espuma Elastomérica; 3x50x15 metros, de la
firma ISOPLAST S.A.
Para mayor información de los datos técnicos, revisar el Anexo 13.
Eugenio
Línea
80
3.14 Soldadura heterogénea blanda.
El cobre es un metal importante en la construcción debido a sus muchas
propiedades, manejabilidad y resistencia a la corrosión medioambiental, para su
soldadura es importante escoger una aleación con un punto de fusión lo más bajo
posible, pero cumpliendo las condiciones para las cuales haya sido elegido. La razón es
que el cobre pierde su dureza a temperaturas altas, perdiendo parte de sus cualidades
características. Es por ello que siempre que se pueda escoger, es preferible una soldadura
blanda que una fuerte. En el caso de diámetros de tubo superiores a 50 m/m o de gran
longitud, debe emplearse soldadura fuerte y también debe emplearse este tipo de
soldadura cuando la temperatura de trabajo alcance los 110ºC. [7]
La elección de la aleación es muy importante, pues los valores de rotura de la
unión varían de forma sustancial en función de su contenido; para todas las uniones de la
cañería se utilizará una aleación Estaño-Plata, y a continuación se muestra una
descripción de ella.
Estaño-Plata:
De entre las aleaciones con Norma UNE 37-403-86 de estaño y plata, cabe
resaltar la Sn Ag 3,5; con 3,5% de plata y con un punto eutéctico de fusión de 221ºC y la
Sn Ag con 5% de plata, y con una temperatura ligeramente superior.
Las ventajas del Estaño-Plata:
Esta soldadura tiene propiedades extraordinarias para las condiciones de agua
caliente tanto a sanitarias como de calefacción. Con esta aleación la temperatura puede
alcanzar los 175ºC sin que se alteren sus propiedades. La utilización de esta aleación
elimina el peligro que desarrollan los compuestos nocivos que tiene el plomo. Su brillo
duradero lo hace recomendable para unión en joyería e inoxidable.
81
La temperatura particularmente baja para soldar hace que esta aleación sea una
alternativa interesante a la soldadura fuerte, tanto por su menor costo, como por su
mayor facilidad de realizarla.
Los inconvenientes del Estaño-Plata:
El costo de esta aleación es sensiblemente mayor que el de las Estaño-Plomo y
Estaño-Cobre.
Recomendaciones de uso:
Esta aleación está recomendada para:
• Instalaciones de calefacción central y conducciones de agua caliente, en las
cuales las temperaturas sean altas y los cambios de éstas pueden producir
contracciones bruscas en las soldaduras.
• Conducciones de uso alimentario y de agua potable.
82
CAPÍTULO 4. DETERMINACIÓN DE INVERSIONES Y ESTRUCTURA DE
COSTOS.
En la valoración de los aspectos económicos, habrá de tener muy en cuenta no
sólo la inversión de la instalación solar, sino también los costes asociados al
mantenimiento de la misma y los costos asociados a la energía. La decisión de utilizar
un sistema solar térmico como apoya al sistema de calefacción, se debe a los beneficios
económicos que se esperan logran.
4.1 Cálculo del gasto anual por el consumo de combustible sin aporte solar.
4.1.1 Cálculo de la Demanda Térmica Mensual:
Para conocer los gastos que generaría la utilización de la caldera, se debe conocer
anteriormente la demanda térmica mensual. Con los datos que fueron suministrados por
el Instituto de Geología y Geografía de la Universidad Austral de Chile, se conocen la
cantidad de días con temperaturas sobre los 15ºC. Para los cálculos se considero también
los días feriados y fines de semanas, lo cual permite estimar la cantidad de días
demandados mensualmente (tabla 8).
Tabla 8. Demanda térmica mensual.
Mes Días del Mes
Días Sab., Dom. y Fer.
Días con Temp. sobre
los 15ºC
Días Demandados
Dem. Diaria (kcal.)
Dem. Men. (kcal.)
Enero 31 9 25 6 475.000 2.850.000 Febrero 28 8 27 1 475.000 475.000 Marzo 31 11 16 15 475.000 7.125.000 Abril 30 8 5 17 475.000 8.075.000 Mayo 31 12 0 19 475.000 9.025.000 Junio 30 9 0 21 475.000 9.975.000 Julio 31 8 0 23 475.000 10.925.000
Agosto 31 11 0 20 475.000 9.500.000 Septiembre 30 10 0 20 475.000 9.500.000
Octubre 31 8 1 22 475.000 10.450.000Noviembre 30 10 15 15 475.000 7.125.000 Diciembre 31 10 16 15 475.000 7.125.000
83
4.1.2 El caudal de combustible.
El caudal de combustible necesario en el quemador se obtiene de la ecuación de
la reacción de combustible y es función de la RAC (relación aire-combustible) utilizada.
A efectos prácticos de cálculo viene determinado de manera más simple: a partir de la
potencia calorífica nominal de la caldera y del poder calorífico inferior del combustible,
teniendo en cuenta el rendimiento global de la caldera, por la expresión: [11]
PCIxQ
mCaldera
Caldera
η= (4.1)
4.1.3 Factores que influyen para el consumo de combustible.
Fórmula de Precios del Combustible:
La Empresa Nacional del Petróleo maneja las fórmulas de precios que se aplican
en los casos de las gasolinas, diesel y kerosene (Tabla 9). ENAP actualiza los jueves de
cada semana los precios a los distribuidores mayoristas [16] [Anexo 14].
Tabla 9. Precios de los combustibles. Precios ENAP
Gasolinas Kerosene Diesel Gas
Licuado Fuel Oil
Nº 6
Fecha US$/m3 US$/m3 US$/m3 US$/ton US$/tm 16-Oct-08 742,38 828,86 824,66 875,84 580,87 09-Oct-08 823,63 890,05 870,21 937,79 610,65 02-Oct-08 930,06 963,50 869,94 944,08 579,46 25-Sep-08 953,34 971,01 871,98 971,09 593,23 18-Sep-08 882,46 923,63 894,70 1012,67 654,50 11-Sep-08 881,49 938,87 928,92 1036,61 690,87
84
Características del Combustible Diesel:
El Diesel sigue a continuación del kerosene en la destilación atmosférica del
petróleo crudo y es utilizado en máquinas de combustión interna de alto
aprovechamiento de energía y con elevado rendimiento de eficiencia mecánica, así como
en el vehículos equipado con motores diseñados para este combustible: camiones,
automóviles, autobuses, maquinaria pesada para la construcción, locomotoras,
maquinaría agrícola e industrial y turbinas para generación eléctrica, entre otros. [16]
La especificación más importante del Diesel (Tabla 10) para el cálculo de
consumo de combustible es la densidad.
Tabla 10. Propiedades del diesel.
Propiedades Requerimientos NCh 62 Of. 2000 Unidad Método de
Análisis NCh.
Densidad a 15ºC máx. 850 mín. 830
Kg./m3 Kg./m3 822
Destilación 66 Viscosidad a 40ºC 1950
Poder calorífico (PC):
Se denomina poder calorífico de un combustible al calor desprendido por 1 Kg.
(si es combustible sólido o liquido) o 1 m3 (si se trata de un gas) de él, durante la
combustión completa partiendo de una temperatura inicial de 15°C y enfriando los
productos de combustión a la misma temperatura [16] (Tabla 11).
Tabla 11. Poder calorífico de algunos combustibles.
Tipo de Combustible PC (Kcal./Kg.) Gas Licuado 11,000
Kerosene 10,360 Petróleo Diesel 10,210
Madera (base seca) 4,470
85
4.1.4 Cálculo del consumo de combustible y gasto anual.
Con todos los factores anteriormente expuestos se puede calcular el consumo de
combustible mensual aplicando la ecuación 3.1, mostrando el resumen de los resultados
en la tabla 12.
Ejemplo de cálculo del consumo de combustible mensual:
( )
( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
..210.10%95,0
.000.850.2
KgKcalx
Kcalm
.83,293 Kgm =
( )
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
3
.822
83,293
mKg
Kgm
mesmm
3
36,0=
Tabla 12 Resumen de consumo de combustible mensual.
Mes Dem. Mens. (kcal.)
Rendimiento Caldera (η)
Pod. Caloríf. (kcal/Kg)
Densidad (Kg/m3)
Con. Comb. (m3/mes)
Enero 2.850.000 0,95 10.210 822 0,36 Febrero 475.000 0,95 10.210 822 0,06 Marzo 7.125.000 0,95 10.210 822 0,89 Abril 8.075.000 0,95 10.210 822 1,01 Mayo 9.025.000 0,95 10.210 822 1,13 Junio 9.975.000 0,95 10.210 822 1,25 Julio 10.925.000 0,95 10.210 822 1,37
Agosto 9.500.000 0,95 10.210 822 1,19 Septiembre 9.500.000 0,95 10.210 822 1,19
Octubre 10.450.000 0,95 10.210 822 1,31 Noviembre 7.125.000 0,95 10.210 822 0,89 Diciembre 7.125.000 0,95 10.210 822 0,89
86
Con los datos de la tabla 12 del consumo mensual de combustible, el precio del
combustible expuesto por ENAP y con el precio del dólar (Dólar Observado el 16 de
Octubre) [17] [Anexo 15], se puede proceder al cálculo de los gastos que se produce
cada mes y por ende, el gasto que se produce anualmente, el resumen de todos estos
resultados se encuentran en la tabla 13.
Ejemplo de cálculo del gasto mensual:
DólardelPxCombdelPxCombdeConsMensualGasto ..,= (4.2)
( )$33,631$66,82436,0 3
3
USxm
USxmesmMensualGasto ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
104.186$=MensualGasto
Tabla 13. Resumen de gastos mensuales y gasto anual.
Mes Con. Comb. (m3/mes)
Prec. Comb. (US$/m3) Precio US$ Gast. Comb.
Men. ($)
Enero 0,36 824,66 631,33 186.104 Febrero 0,06 824,66 631,33 31.017 Marzo 0,89 824,66 631,33 465.259 Abril 1,01 824,66 631,33 527.294 Mayo 1,13 824,66 631,33 589.328 Junio 1,25 824,66 631,33 651.363 Julio 1,37 824,66 631,33 713.398
Agosto 1,19 824,66 631,33 620.346 Septiembre 1,19 824,66 631,33 620.346
Octubre 1,31 824,66 631,33 682.380 Noviembre 0,89 824,66 631,33 465.259 Diciembre 0,89 824,66 631,33 465.259
Total Anual = $ 6.017.354
Por lo tanto, se producirá un gasto anual de $6.017.354 pesos, este gasto es sin
considerar el aporte de energía solar.
87
4.2 Cálculo del gasto anual por el consumo de combustible considerando el aporte
solar.
Para poder estimar el gasto de combustible que se producirá considerando el
aporte solar, se debe calcular previamente el aporte mensual que generaría la instalación
solar. Para efectuar el cálculo se considera un dato técnico del colector solar
seleccionado, la superficie útil del colector, también se considera le cantidad de
colectores a utilizar en la instalación solar y por último la cantidad de días demandados
mensualmente. Los resultados de cada mes se encuentran en la tabla 14.
Tabla 14. Resumen del aporte solar mensual de la instalación.
Mes Apor. Colec. (kcal/m2 día)
Sup. Útil Colec. (m2)
Nº de Colec. a Utilizar
Días Demandados
Apor. Mens. Inst. (kcal.)
Enero 1.369,78 2,5 12 6 246.559,81 Febrero 1.343,51 2,5 12 1 40.305,19 Marzo 687,31 2,5 12 15 309.288,04 Abril 390,46 2,5 12 17 199.133,27 Mayo 1,03 2,5 12 19 587,18 Junio 2,19 2,5 12 21 1.380,42 Julio 0,00 2,5 12 23 0,00
Agosto 187,44 2,5 12 20 112.466,28 Septiembre 368,38 2,5 12 20 221.025,16
Octubre 642,98 2,5 12 22 424.364,06 Noviembre 1.151,37 2,5 12 15 518.116,08 Diciembre 1.264,76 2,5 12 15 569.142,03
Con el aporte solar mensual de la instalación se resta con la demanda mensual,
obteniendo así la demanda mensual considerando el aporte de energía que genera la
instalación solar. (Tabla 15).
Eugenio
Línea
88
Tabla 15. Resumen de la demanda mensual con el aporte solar de la instalación.
Mes Apor. Colec. Mens.(kcal.)
Dem. Mens. (kcal.)
Dem. Mens. Con Apor. Colec. (kcal)
Enero 246.559,81 2.850.000 2.603.440 Febrero 40.305,19 475.000 434.695 Marzo 309.288,04 7.125.000 6.815.712 Abril 199.133,27 8.075.000 7.875.867 Mayo 587,18 9.025.000 9.024.413 Junio 1.380,42 9.975.000 9.973.620 Julio 0,00 10.925.000 10.925.000
Agosto 112.466,28 9.500.000 9.387.534 Septiembre 221.025,16 9.500.000 9.278.975
Octubre 424.364,06 10.450.000 10.025.636 Noviembre 518.116,08 7.125.000 6.606.884 Diciembre 569.142,03 7.125.000 6.555.858
Una vez calculado la demanda energética considerando el aporte solar, se
procede al cálculo del consumo de combustible con la ecuación 4.1. El resumen de estos
resultados se muestra en la tabla 16.
Tabla 16. Resumen del consumo de combustible considerando el aporte solar.
Mes Dem. Mens. Con Apor. Colec. (kcal)
Rendimiento Caldera (η)
Pod. Caloríf. (kcal/Kg)
Densidad (Kg/m3)
Con. Comb. (m3/mes)
Enero 2.603.440 0,95 10.210 822 0,33 Febrero 434.695 0,95 10.210 822 0,05 Marzo 6.815.712 0,95 10.210 822 0,85 Abril 7.875.867 0,95 10.210 822 0,99 Mayo 9.024.413 0,95 10.210 822 1,13 Junio 9.973.620 0,95 10.210 822 1,25 Julio 10.925.000 0,95 10.210 822 1,37
Agosto 9.387.534 0,95 10.210 822 1,18 Septiembre 9.278.975 0,95 10.210 822 1,16
Octubre 10.025.636 0,95 10.210 822 1,26 Noviembre 6.606.884 0,95 10.210 822 0,83 Diciembre 6.555.858 0,95 10.210 822 0,82
Con el consumo de combustible se puede calcular los gastos que se producen,
pero esta vez considerando el aporte solar. Los resultados se muestran en la tabla 17.
Eugenio
Línea
89
Tabla 17. Resumen de los gastos mensuales considerando el aporte solar.
Mes Con. Comb. (m3/mes)
Prec. Comb. (US$/m3) Precio US$ Gast. Comb.
Men. ($)
Enero 0,33 824,66 631,33 170.003 Febrero 0,05 824,66 631,33 28.385 Marzo 0,85 824,66 631,33 445.063 Abril 0,99 824,66 631,33 514.291 Mayo 1,13 824,66 631,33 589.290 Junio 1,25 824,66 631,33 651.273 Julio 1,37 824,66 631,33 713.398
Agosto 1,18 824,66 631,33 613.002 Septiembre 1,16 824,66 631,33 605.913
Octubre 1,26 824,66 631,33 654.670 Noviembre 0,83 824,66 631,33 431.427 Diciembre 0,82 824,66 631,33 428.095
Total Anual = $ 5.844.808
Por lo tanto, con el resultado del gasto anual de la tabla 13 menos el gasto anual
de la tabla 17, se genera un ahorro de $ 172.545 pesos anuales debido al aporte solar. A
continuación se muestra una comparación grafica de los resultados obtenidos de las
tablas 13 y 17; correspondiente a los gastos mensuales (Fig. 37; Fig. 38)
Figura 37. Gráfico de costos mensuales primer semestre.
90
Figura 38. Gráfico de costos mensuales segundo semestre.
4.3 Costo de inversión física del proyecto.
El activo fijo está formado por bienes tangibles que han sido adquiridos o
construidos para usarlos en el giro de la empresa durante considerable tiempo y sin el
propósito de venderlos o ponerlos en circulación.
El activo fijo se puede clasificar desde el punto de vista de la contabilidad, en los
siguientes:
• Bienes naturales no agotables: Terrenos destinados a edificaciones industriales,
comerciales o a otras actividades tales como explotaciones forestales, agrícolas o
minera.
• Bienes naturales agotables: Entre otros, los depósitos minerales, pozos petroleros
y bosques madereros.
• Bienes de producción: Todos los bienes destinados a la manufactura, tales como
edificaciones, maquinarias, equipos e instalaciones.
91
• Bienes de funcionamiento: Se incluyen los bienes destinados al funcionamiento
habitual, excluidos los bienes de producción, tales como vehículos, muebles y
equipos.
A continuación en la tabla 18 se muestra la inversión física del proyecto. Las
cotizaciones de los precios se encuentran detalladas en el Anexo 17, Algunos precios se
encuentran en euros por lo que se debe transformar esos precios en moneda Chilena
utilizando el Anexo 16. (Transformación de precios con el valor del euro del 16 de
Octubre.) [17], Algunas cotizaciones se obtuvieron de la página
http://www.salvadorescoda.com/.
Tabla 18. Inversión física del proyecto.
Cantidad Ítem Precio Unitario Subtotal
12 Colector solar plano de alto rendimiento SOL 25 S, de STIEBEL ELTRON $ 401.512 $ 4.818.144
6 Soporte galvanizado a 45º, para 2 colectores; cubierta plana $ 179.918 $ 1.079.508
1 Termoacumulador para calefacción IDROGAS PUW 1500 litros. $ 2.747.562 $ 2.747.562
1 Estanque de expansión cerrado de 12 litros de capacidad; ANWO $ 35.130 $ 35.130
1 Bomba de circulación UPS 25-120 de la marca Bombas Grundfos Chile Ltda.. $ 474.567 $ 474.567
3 Fluido caloportador Escoglicol Plus FLD 160 25 litros $ 64.669 $ 194.007
1 Codo purgador con sensor $ 12.564 $ 12.564
1 Regulador RENSOL; Centralita DELTA SOL BS Pro. $ 214.478 $ 214.478
1 FKP 6 Sonda inmersión PT 1000, uso exterior, captador $ 29.479 $ 29.479
1 FRP 6 Sonda inmersión PT 1000, uso interior, acumulador $ 29.479 $ 29.479
1 Termómetro esfera 1/2" con vaina; rango 0-120ºC $ 20.930 $ 20.930
1 Manómetro de 2 1/2 de esfera, Conexión inferior, rango de 0-100 psi (0-7 bar) $ 11.508 $ 11.508
1 Válvula de seguridad para energía solar de 6 bar $ 13.214 $ 13.214
92
1 Válvula mezcladora termostática MMV-C con recores 3/4" $ 72.170 $ 72.170
40 Aislamiento Espuma Elastomérica 3/4"cu x11" de la marca ISOPLAST S.A. $ 3.952 $ 159.898
3 Cinta adhesiva Espuma Elastomérica 3x50x15 mt de la marca ISOPLAST S.A. $ 9.600 $ 29.131
13 Cañería de cobre tipo L; 3/4" x 6mt. $ 29.070 $ 377.910 16 Tee 3/4" SO-SO-SO; cobre $ 990 $ 15.840 29 Codos 90º 3/4" SO-SO; cobre $ 540 $ 15.660 10 Copla 3/4" SO-SO; cobre $ 390 $ 3.900 12 Válvula de bola P/Total 3/4" Hi-Hi; Bronce $ 3.690 $ 44.280 3 Válvula de compuerta 3/4" Hi-Hi; Bronce $ 2.980 $ 8.940 3 Válvula retención 3/4" Hi-Hi; Bronce. $ 3.990 $ 11.970
12 Uniones americanas bronce 3/4" SO-SO $ 3.430 $ 41.160 20 Terminal Bronce 3/4" SO-HE $ 753 $ 15.060
4 Soldadura Estaño 95% Plata 5%; carrete 1/2 Kilo $ 10.990 $ 43.960
2 Teflón 3/4x10mt. Premium $ 390 $ 780 Total: $ 10.521.229
Nota Importante:
• Los precios incluyen IVA 19%.
• La cotización de los precios se realizó durante los periodos correspondientes del
10/10/2008 hasta el 20/10/2008.
• Los precios pueden ser modificados por los fabricantes sin previo aviso.
4.4 Los activos nominales o activos diferidos.
Son aquellos gastos pagados por anticipado y que no son susceptibles de ser
recuperados por la empresa en ningún momento, tales como:
• Los costos y gastos en que se incurre, durante las etapas de organización, exploración, construcción, instalación, montaje y puesta en marcha.
• Los costos y gastos ocasionados en la investigación y desarrollo de estudios y
proyectos.
• Los útiles y papelería.
Eugenio
Línea
93
Para estos gastos se consideran el gasto referente a la mano de obra normal (Tabla
19) y los suministros y servicios. (Tabla 20)
Tabla 19. Resumen de costo por mano de obra.
Ítem HH Detalle Valor HH Valor 1 6 Supervisor $ 6.500 $ 39.000 2 20 Soldador $ 5.200 $ 104.000 3 20 Maestro 1ª $ 4.200 $ 84.000 4 0 Maestro 2ª $ 3.600 $ 0 5 30 Ayudante $ 2.600 $ 78.000
Total $ 305.000
Tabla 20. Resumen de costo por suministro y servicio.
Ítem Cantidad Detalle Valor Unitario Valor 1 2 Flete $ 80.000 $ 160.000 2 1 Desgaste de Equipos $ 20.000 $ 20.000
Total $ 180.000
También se debe considerar los gastos generales que se producirán, esto debe
incluir los gastos del notario debido a que se piensa financiar parte del proyecto con un
crédito bancario. (Tabla 21)
Tabla 21. Resumen de gastos notariales y gastos en general.
Descripción Total. Notario $ 120.000
Gastos Generales $ 150.000 Gastos Imprevistos $ 50.000
Total: $ 320.000
Por lo tanto, la inversión inicial es la suma de los activos nominales y los activos
físicos, lo que corresponde a un total de $ 11.326.229 pesos.
94
4.5 Capital de trabajo.
El capital de trabajo, es la inversión de una empresa en activos a corto plazo
(efectivo, valores negociables, cuentas por cobrar e inventarios). El capital de trabajo
neto se define como los activos circulantes menos los pasivos circulantes; estos últimos
incluyen préstamos bancarios, papel comercial y salarios e impuestos acumulados.
Para este caso se analizará con un crédito de consumo del Banco Estado [18],
para financiar el 28,5% de los activos. En la Tabla 22 se muestra el capital de trabajo.
Tabla 22. Resumen del capital de trabajo.
Total Activos: $ 10.521.229 Total Pasivos: $ 3.000.000 Capital: $ 7.521.229
4.6 Ciclo de vida útil.
Existen aquellos activos fijos que se deterioran y experimentan un menor valor
en la medida que se utilizan en la actividad, y corresponden a los bienes que tienen una
naturaleza depreciable y a medida que se utilizan en actividades propias, su valor tiende
a ser cero al completar sus años de vida útil.
Para estimar la vida útil de los bienes físicos se debe ingresar a la Nueva Tabla
de Vida Útil de los Bienes Físicos del Activo Inmovilizados, fijada por el Servicio de
Impuestos Internos, según Resolución Nº 43, de 26-12-2002 y con vigencia a partir del
01-01-2003 (Fig. 39). Para los casos en que los bienes no se encuentren en esta tabla, se
recurrirá a los datos facilitados por el fabricante. (Tabla 23)
95
Figura 39. Tabla de Vida Útil por el Servicio de Impuestos Internos.
Tabla 23. Vida útil elementos solares.
Elemento Vida Útil (años)Colectores Solares. 20 Termoacumulador 15
4.7 Costo de operación y mantenimiento.
En general este tipo de instalación no demanda un elevado costo por mantención
y operación.
4.7.1 Cálculo del consumo eléctrico de la bomba.
Con los datos suministrados por el fabricante, se ingresa a la grafica de curvas de
potencias, obteniendo así el consumo eléctrico que genera la bomba. Para poder estimar
el costo anual que producirá; se debe multiplicar por las horas de uso, la cantidad de días
que se utilizará y el valor de un kilowatt en la ciudad de Valdivia.
Por lo tanto, como se muestra en la gráfica (Fig. 40), se producirá un consumo de
185 watt.
96
Cálculo del consumo anual de energía eléctrica.
( ) ( ) ( )DíasxhxWAnualCosto 174.5185=
.95,160 kwhAnualCosto =
.$110.95,160
kwhxkwhAnualCosto =
705.17$=AnualCosto
Figura 40. Curvas de potencias. [14]
97
4.7.2 Mantenimiento de la instalación.
Un adecuado mantenimiento contribuirá al buen funcionamiento de la
instalación, alargando la vida útil de la misma. El objetivo del plan de mantenimiento es
definir las condiciones mínimas que deben seguirse para llevar a cabo un adecuado
mantenimiento de las instalaciones de energía solar térmica para la producción de agua
caliente.
Como criterio general se definen tres escalones de actuación, en los cuales se
engloban todas las operaciones necesarias durante la vida útil de la instalación para
asegurar el funcionamiento, aumentar la fiabilidad y prolongar la duración de la misma:
Vigilancia:
El plan de vigilancia se basa en la operación de los parámetros funcionales
principales, para verificar el correcto funcionamiento de la instalación; observando el
correcto comportamiento y estado de los elementos de la instalación.
• Comprobar la presión del circuito.
• Los colectores se encuentren limpios.
• Reguladores, dispositivo de seguridad y acumulador funcionen correctamente.
• Las fijaciones, válvulas manuales y aislante, se encuentren en perfecto estado.
• El estado de la tubería.
Mantenimiento preventivo:
El plan de mantenimiento preventivo consta de una serie de operaciones de
inspección visual y verificación de actuaciones a aplicar a la instalación para mantener
dentro de los límites aceptables las condiciones de funcionamiento, protección y
durabilidad de la instalación.
98
Operaciones imprescindibles de mantenimiento:
• Control semestral de anticongelante
• Comprobación de la presión y llenado del circuito.
• Purgado del circuito. (Incluido cebado de la bomba)
• Comprobación del sistema de control.
• Comprobación del funcionamiento automático de la bomba.
Mantenimiento correctivo:
El plan de mantenimiento correctivo consiste en una serie de operaciones
realizadas como consecuencia de la detección de cualquier anomalía en el
funcionamiento de la instalación, en el plan de vigilancia o en el de mantenimiento
preventivo.
Los costos debido a este rubro son difíciles de estimar, por lo que se considerará
un costo anual de $ 120.000 pesos.
99
CAPÍTULO 5. EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIAMIENTO.
5.1 Financiamiento y tasa de descuento.
Se optará por un crédito de consumo del Banco Estado de $3.000.000 pesos, para
que cubra aproximadamente el 28,5% de los Activos Fijos, considerando el interés
máximo mensual de 2,70%, con un plazo de 24 meses. [18] [Anexo 18].
n
i
ixPR
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+−
=
111
(5.1)
Donde:
:R Cuota.
:P Préstamo.
:i Tasa Interés.
:n Nº Periodos.
Cálculo de la cuota del préstamo:
24
027,0111
027,0000.000.3
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+
−
=xR
..467.171$ pesosR =
100
Cuadro de amortización.
Donde:
KK ICR += ixPI K = ixDI kK = ∑= KK CE
Tabla 24. Cuadro de amortización.
Periodos Cuotas Cuota Capital
Cuota Interés
Deuda Extinguida
Deuda Residual
R CK IK EK DK 0 $ 3.000.000 1 $ 171.467 $ 90.467 $ 81.000 $ 90.467 $ 2.909.533 2 $ 171.467 $ 92.909 $ 78.557 $ 183.376 $ 2.816.624 3 $ 171.467 $ 95.418 $ 76.049 $ 278.794 $ 2.721.206 4 $ 171.467 $ 97.994 $ 73.473 $ 376.789 $ 2.623.211 5 $ 171.467 $ 100.640 $ 70.827 $ 477.429 $ 2.522.571 6 $ 171.467 $ 103.357 $ 68.109 $ 580.786 $ 2.419.214 7 $ 171.467 $ 106.148 $ 65.319 $ 686.934 $ 2.313.066 8 $ 171.467 $ 109.014 $ 62.453 $ 795.949 $ 2.204.051 9 $ 171.467 $ 111.957 $ 59.509 $ 907.906 $ 2.092.094
10 $ 171.467 $ 114.980 $ 56.487 $ 1.022.886 $ 1.977.114 11 $ 171.467 $ 118.085 $ 53.382 $ 1.140.971 $ 1.859.029 12 $ 171.467 $ 121.273 $ 50.194 $ 1.262.244 $ 1.737.756 13 $ 171.467 $ 124.547 $ 46.919 $ 1.386.792 $ 1.613.208 14 $ 171.467 $ 127.910 $ 43.557 $ 1.514.702 $ 1.485.298 15 $ 171.467 $ 131.364 $ 40.103 $ 1.646.066 $ 1.353.934 16 $ 171.467 $ 134.911 $ 36.556 $ 1.780.976 $ 1.219.024 17 $ 171.467 $ 138.553 $ 32.914 $ 1.919.530 $ 1.080.470 18 $ 171.467 $ 142.294 $ 29.173 $ 2.061.824 $ 938.176 19 $ 171.467 $ 146.136 $ 25.331 $ 2.207.960 $ 792.040 20 $ 171.467 $ 150.082 $ 21.385 $ 2.358.042 $ 641.958 21 $ 171.467 $ 154.134 $ 17.333 $ 2.512.176 $ 487.824 22 $ 171.467 $ 158.296 $ 13.171 $ 2.670.471 $ 329.529 23 $ 171.467 $ 162.570 $ 8.897 $ 2.833.041 $ 166.959 24 $ 171.467 $ 166.959 $ 4.508 $ 3.000.000 $ 0
101
5.2 Cálculo de Depreciación.
Con los datos de vida útil de la tabla 23 y la figura 39, se procede al cálculo de
depreciación de los equipos utilizando el método de depreciación acelerada.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
3nIDAcelerada
permitenlegislaciólaqueUtilVidan
InversiónladeValorI
:
:
Tabla 25. Cálculo de depreciación acelerada.
Elemento Número de Elemento Vida Útil Inversión Depreciación
Acelerada
Colectores Solares 12 20 $ 4.818.144 $ 722.722 Termoacumulador 1 15 $ 2.747.562 $ 549.512 Bomba de Circulación 1 2 $ 474.567 $ 711.851
Maquinarias y equipos en general 7 5 $ 391.258 $ 234.755
5.3 Determinación del flujo de caja del proyecto.
Los ingresos son reajustados según el IPC de Octubre. [Anexo 19]
Al recurrir a un crédito Bancario para financiar el proyecto, se debe tener en
cuenta que los intereses del préstamo son un gasto afecto a impuesto; deberá
diferenciarse qué parte de la cuota que se le paga a la Institución que otorgó el préstamo
es interés y que parte es la amortización de la deuda, porque el interés se incorporará
antes de impuesto mientras que la amortización, al no constituir cambios en la riqueza de
102
la empresa, no está afecta a impuestos y debe compararse al flujo después de calculado
los impuestos.
Por último, se debe incorporar el efecto del préstamo para que, por
diferencia, resulte el monto que se debe invertir. Los intereses del préstamo y la
amortización de la deuda se incorpore a partir del momento uno y hasta su cancelación
total. El préstamo irá, con signo positivo, en el momento cero.
Tabla 26. Flujo de caja del proyecto.
Periodo 0 Año 2009 Año 2010 Año 2011 Ingresos (Ahorro Anual) $ 172.545 $ 174.098 $ 175.665
Costo Operacionales -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 Costo Mantenimiento -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000
Depreciación -$ 2.218.839 -$ 2.218.839 -$ 1.506.989Intereses del Préstamo -$ 795.358 -$ 319.847
Utilidad antes del IX -$ 2.979.357 -$ 2.502.293 -$ 1.469.029Impuesto 17% $ 506.491 $ 425.390 $ 249.735 Utilidad Neta -$ 2.472.866 -$ 2.076.903 -$ 1.219.294Depreciación $ 2.218.839 $ 2.218.839 $ 1.506.989
Inversión Inicial -$ 11.326.229 Préstamo $ 3.000.000
Amortización de la deuda -$ 1.262.244 -$ 1.737.756 F.N.O. -$ 8.326.229 -$ 1.516.271 -$ 1.595.820 $ 287.695
Año 2012 Año 2013 Año 2014 Año 2015 Año 2016 Ingresos (Ahorro Anual) $ 177.246 $ 178.841 $ 180.451 $ 182.075 $ 183.713
Costo Operacionales -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 Costo Mantenimiento -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000
Depreciación -$ 1.506.989 -$ 1.506.989 -$ 1.272.234 -$ 1.272.234 -$ 1.272.234Intereses del Préstamo
Utilidad antes del IX -$ 1.467.448 -$ 1.465.853 -$ 1.229.488 -$ 1.227.864 -$ 1.226.226Impuesto 17% $ 249.466 $ 249.195 $ 209.013 $ 208.737 $ 208.458 Utilidad Neta -$ 1.217.982 -$ 1.216.658 -$ 1.020.475 -$ 1.019.127 -$ 1.017.767Depreciación $ 1.506.989 $ 1.506.989 $ 1.272.234 $ 1.272.234 $ 1.272.234
Inversión Inicial Préstamo
Amort. de la Deuda F.N.O. $ 289.007 $ 290.331 $ 251.759 $ 253.107 $ 254.467
103
Año 2017 Año 2018 Año 2019 Año 2020 Año 2021 Ingresos (Ahorro Anual) $ 185.367 $ 187.035 $ 188.718 $ 190.417 $ 192.131
Costo Operacionales -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 Costo Mantenimiento -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000
Depreciación -$ 1.272.234 -$ 1.272.234 -$ 1.272.234 -$ 1.272.234 -$ 1.272.234Intereses del Préstamo
Utilidad antes del IX -$ 1.224.572 -$ 1.222.904 -$ 1.221.221 -$ 1.219.522 -$ 1.217.808Impuesto 17% $ 208.177 $ 207.894 $ 207.608 $ 207.319 $ 207.027 Utilidad Neta -$ 1.016.395 -$ 1.015.010 -$ 1.013.613 -$ 1.012.203 -$ 1.010.781Depreciación $ 1.272.234 $ 1.272.234 $ 1.272.234 $ 1.272.234 $ 1.272.234
Inversión Inicial Préstamo
Amort. de la Deuda F.N.O. $ 255.839 $ 257.224 $ 258.621 $ 260.031 $ 261.453
Año 2022 Año 2023 Año 2024 Año 2025 Año 2026 Ingresos (Ahorro Anual) $ 193.860 $ 195.604 $ 197.365 $ 199.141 $ 200.933
Costo Operacionales -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 -$ 17.705 Costo Mantenimiento -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000 -$ 120.000
Depreciación -$ 1.272.234 -$ 1.272.234 -$ 722.722 -$ 722.722 -$ 722.722 Intereses del Préstamo
Utilidad antes del IX -$ 1.216.079 -$ 1.214.335 -$ 663.062 -$ 661.286 -$ 659.494 Impuesto 17% $ 206.733 $ 206.437 $ 112.721 $ 112.419 $ 112.114 Utilidad Neta -$ 1.009.346 -$ 1.007.898 -$ 550.342 -$ 548.867 -$ 547.380 Depreciación $ 1.272.234 $ 1.272.234 $ 722.722 $ 722.722 $ 722.722
Inversión Inicial Préstamo
Amort. de la Deuda F.N.O. $ 262.888 $ 264.336 $ 172.380 $ 173.855 $ 175.342
104
Año 2027 Año 2028 Ingresos (Ahorro Anual) $ 202.742 $ 204.567
Costo Operacionales -$ 17.705 -$ 17.705 Costo Mantenimiento -$ 120.000 -$ 120.000
Depreciación -$ 722.722 -$ 722.722 Intereses del Préstamo
Utilidad antes del IX -$ 657.685 -$ 655.860 Impuesto 17% $ 111.806 $ 111.496 Utilidad Neta -$ 545.879 -$ 544.364 Depreciación $ 722.722 $ 722.722
Inversión Inicial Préstamo
Amort. de la Deuda F.N.O. $ 176.843 $ 178.358
5.4 Evaluación económica.
Criterio V.A.N.
Cálculo de la tasa costo capital: Para este cálculo se utilizará el método de la tasa
promedio ponderada (TPP)
queridaTasaxExternoCapitalqueridaTasaxopioCapitalTPP Re%RePr% +=
2,0285,005,0715,0 xxTPP +=
09,0=TPP
( ) ( ) ( ) ( ) ( )5432 09,01331.290
09,01007.289
09,01695.287
09,01820.595.1
09,01271.516.1...
++
++
++
+−
++
−=NAV
105
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )11109876 09,01621.258
09,01224.257
09,01839.255
09,01467.254
09,01107.253
09,01759.251
++
++
++
++
++
++
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )171615141312 09,01855.173
09,01380.172
09,01336.264
09,01888.262
09,01453.261
09,01031.260
++
++
++
++
++
++
( ) ( ) ( )229.326.8
09,01358.178
09,01843.176
09,01342.175
201918 −+
++
++
+
980.185.9... −=NAV
0... ≥NAV
Por lo tanto, con la aplicación del criterio del V.A.N. se rechaza el proyecto.
106
CONCLUSIONES.
A la vista de los resultados obtenidos en el presente estudio, se puede obtener las
siguientes conclusiones:
El estudio de factibilidad económica de una implementación de paneles solares
como apoyo a un sistema de calefacción en la ciudad de Valdivia, no resulta viable
según el criterio económico utilizado (V.A.N.). Esto se debe específicamente a la gran
demanda térmica que se requiere para la calefacción y la poca radiación que llega en la
época de invierno, todos estos factores influyen en el pobre rendimiento de los
colectores solares y por ende, el escaso aporte energético anual.
Es importante mencionar que la inversión inicial y de operación de una
instalación solar es relativamente baja. Para el estudio se pretendió financiar con un
crédito bancario; pero existen otras instituciones que pueden financiar este tipo de
proyecto, por ejemplo: CORFO, apoya proyectos para la generación de energía a partir
de fuentes renovables, que sean elegibles de acuerdo al protocolo de Kyoto; convenio
internacional firmado por los países industrializados en el año 1997 en Kyoto, Japón, y
que tiene por objetivo reducir en al menos un 5% las emisiones de gases de efecto
invernadero globales.
Aunque la opción de utilizar energía solar térmica como apoyo a un sistema de
calefacción no resulte viable, no hay que despreciar la idea de utilizar este tipo de
energía renovable para la aplicación de agua caliente sanitaria, ya que en esta aplicación
es requerida durante todo el año y para el uso diario; así se puede aprovechar de mejor
manera la radiación solar que llega en los periodos de primavera y verano, obteniendo
mejores resultados.
107
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