Material reproducible CURSO PRÁCTICO DEL TÉCNICO SOLAR. SST de ACS en viviendas unifamiliares PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Editorial Preparado por: Juan Carlos Martínez Escribano, experto asesor Programa Solar Revisor: Emilio Rauld Varela, Ministerio de Energía Comité editorial Juan Carlos Martínez Escribano Emilio Rauld Varela Andrés Veliz Araya, Coordinador Programa Solar Diseño Paola Femenías Ravanal

Índice CAPÍTULO 1 Introducción 4 CAPÍTULO 2 Componentes y configuraciones 16 CAPÍTULO 3 Selección y dimensionado 54 CAPÍTULO 4 Incorporación a la vivienda 89 CAPÍTULO 5 Esquemas y condiciones de funcionamiento 133 CAPÍTULO 6 Diseño del SST 175 CAPÍTULO 7 Instalación 214 CAPÍTULO 8 Pruebas y puesta en marcha y recepción 239 CAPÍTULO 9 Operación, uso y mantención 265

Material reproducible CAPÍTULO 1 Introducción PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Fundamentos de la captación solar térmica Cualquier cuerpo expuesto a la radiación solar, la absorbe y aumenta su temperatura El aumento de temperatura es función de la superficie expuesta al sol y de las características absorbentes de la superficie Una placa o superficie plana, transversal a la radiación incidente y de color negro es la que mejor absorbe la radiación solar Capítulo 1 - Introducción

Capítulo 1 - Introducción Efecto invernadero Al aumentar su temperatura empieza a perder calor, sobre todo por radiación y por convección, con el entorno más frío La radiación emitida por el cuerpo al calentarse se produce a mayores longitudes de onda (radiación infrarroja) que es función de la temperatura Al interponer un vidrio, que es transparente a la radiación solar y opaco a la radiación infrarroja, se produce una trampa térmica Capítulo 1 - Introducción

El colector colar plano El vidrio también reduce las pérdidas por convección porque evita el contacto directo de la placa con el ambiente A la placa se adhiere un circuito de tubos para hacer pasar un fluido que se calienta El aislamiento posterior y lateral reduce más las pérdidas térmicas Todo el conjunto se encierra en una caja o carcasa para aportar resistencia mecánica y evitar que se deteriore Capítulo 1 - Introducción

Esquema básico de los SST Se hace circular agua por el colector para que se caliente y se guarda en un acumulador con aislamiento para que no pierda calor y se pueda utilizar posteriormente Para momentos de baja radiación o de mucho consumo se garantiza la disponibilidad de agua caliente con un sistema auxiliar que termina de calentar el agua que le llega del acumulador antes de pasar al consumo Capítulo 1 - Introducción

Caracterización de las prestaciones de los SST Las prestaciones del SST se definen por la cantidad de energía solar térmica aportada a un consumo de agua caliente en unas condiciones climáticas determinadas Se puede caracterizar por el aporte solar anual (ASA) que es la cantidad de energía solar que el SST aporta a un determinado consumo o demanda anual de energía (DEA) A partir de ellos se deducen la fracción solar y el rendimiento medio anual del SST Capítulo 1 - Introducción

Parámetros principales de funcionamiento del SST La fracción solar - a veces denominada cobertura o contribución solar - indica la parte de demanda de energía que es satisfecha o cubierta con energía solar térmica. Se puede expresar en % o en tanto por uno: El rendimiento medio en un determinado periodo se obtiene como la razón entre el aporte solar anual y la radiación global incidente (RAD) sobre la superficie de captación del SST en dicho periodo de tiempo: f = FS = ASA / DEA Las prestaciones de un sistema solar térmico vienen definidas por su capacidad de aporte de energía solar térmica al consumo en unas condiciones climáticas determinadas y cuantificadas mediante el aporte solar anual, la fracción solar y el rendimiento medio anual del equipo: El aporte solar anual (ASA) viene dado por la energía solar térmica que el equipo aporta a un determinado consumo o demanda anual de energía DEA. Se expresa en unidades de energía ( kWh o MJ) por año. hmed = REN = ASA / RAD Capítulo 1 - Introducción

Valores característicos de los parámetros principales Relación entre rendimiento y fracción solar: Orden de magnitud de los valores anteriores: Diario: 5 * 40% = 2 kWh/m2.día = 3 * 66% Anual: 1.800 * 40% = 720 kWh/m2.año = 1.080 * 66% RAD * REN = ASA = DEA * FS Capítulo 1 - Introducción

Factores que más influyen en las prestaciones Condiciones de consumo Volumen de consumo Temperatura de consumo Temperatura de red Condiciones climatológicas Radiación global diaria sobre plano captación Temperatura ambiente de diseño Superficie total de captación Factores de ganancia y pérdida de captadores Eficiencia del sistema de intercambio Volumen de acumulación y perfil de extracción Coeficiente global de pérdidas Capítulo 1 - Introducción

Equipos individuales para ACS 1 2 3 4 5 6 Capítulo 1 - Introducción

Radiación solar y zonas climáticas en Chile (Valores en kWh/m2.año) Zona A (Mayor a 1.948) Zona B (1.948 – 1.701) Zona C (1.701 – 1.454) Zona D (1.454 – 1.208) Zona E (1.208 – 961) Zona F (Menor a 961) Capítulo 1 - Introducción

Datos climáticos para cálculo Para SST acogidos a la Ley 20.365 se dispone de la base de datos aprobada en Norma Técnica (REX 405 de 20-08-2010) que incluye: Anexo I – Información comunal: Latitud media y zona climática. Anexo II – Factor modificador de la radiación incidente a una superficie inclinada. Anexo III – Radiación solar global, media mensual y media anual, sobre superficie horizontal. Anexo IV – Radiación solar difusa, media mensual y media anual, sobre superficie horizontal. Anexo V – Temperatura ambiente media mensual y media anual de la comuna. Anexo VI – Temperatura de agua de red media mensual y media anual de la comuna. Capítulo 1 - Introducción

Material reproducible CAPÍTULO 2 Componentes y configuraciones PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Capítulo 2 - Componentes y configuraciones Componentes de los SST El colector solar Componente fundamental, específico y diferenciador de la tecnología Resto de componentes Son elementos comunes a otras instalaciones térmicas Considerar las condiciones derivadas de la fuente de energía: temperaturas, elementos al exterior, etc. Reflejan la importancia del rendimiento global de la instalación Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Elementos principales del colector solar plano Cubierta transparente Absorbedor Tratamiento superficial Circuito hidráulico Aislamiento Carcasa o caja Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Cubierta transparente Produce efecto invernadero: Transparente a la radiación solar Evita pérdidas por radiación infrarroja Reduce las pérdidas por convección Materiales más utilizados: Vidrio (de 3-4 mm, bajo contenido Fe, templado) Algunos plásticos (acción UV, dilataciones) Con junta elástica cubierta-caja permite asegurar la estanqueidad del interior Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Absorbedor del colector solar Es una superficie metálica plana (en una lámina entera o en bandas) con un circuito hidráulico adosado: El absorbedor es normalmente de cobre, a veces de aluminio y esporádicamente de acero u otro material El circuito hidráulico del absorbedor casi siempre está realizado con tuberías de cobre Características importantes para la evacuación de calor son: Conductividad y espesor de la lámina Contacto térmico de la unión lámina-tubería Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Tratamiento superficial del absorbedor Comportamiento del absorbedor: Absortancia: capacidad de absorber radiación Emisividad: capacidad de emitir radiación Tipos de tratamientos superficiales: Negro Selectivo Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Circuito hidráulico del absorbedor La superficie de contacto del circuito hidráulico con el absorbedor debería ser lo más grande posible Las características constructivas deben garantizar la mejor transmisión térmica desde cualquier punto del absorbedor al circuito La circulación del fluido en régimen turbulento favorece significativamente la transferencia de calor El equilibrado hidráulico interior debe garantizar que no haya diferencias de caudal en el circuito pues el rendimiento global disminuiría Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Circuito hidráulico del absorbedor Los más habituales: De tipo parrilla o tipo serpentín Diseño vertical u horizontal Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Otros tipos de colectores solares planos Sin cubierta De vacío Tipo CPC Diseñados para una aplicación concreta Con cubierta TIM Con varias cubiertas A medida Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Colectores solares de tubos de vacío De tubos de calor De tubo en U De flujo directo Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Potencia útil captada por el colector solar PCOL = mCOL . cp . (TS - TE) = η . ACOL . Gt mCOl : el caudal másico que circula por el colector cp : el calor específico a presión constante del fluido TS : la temperatura de salida del colector (ºC) TE : la temperatura de entrada del colector (ºC) η : el rendimiento del colector ACOL : la superficie o área útil del colector (m2) Gt : la irradiancia total sobre la superficie del colector (W/m2) Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Función de rendimiento del colector h = FR . (t . a) - FR . FL La función lineal es: Siendo: El factor óptico o factor de ganancia El factor de pérdidas Todos los factores de la función de rendimiento están relacionados: Con un área de referencia (normalmente la superficie de apertura) Con un caudal de funcionamiento (por defecto, 0,02 l/s.m2) (Te - Tamb) Gt FR . (t . a) FR . UL Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Rendimiento de distintos colectores h0 k1 k2 CS1 0,85 8,50 0,030 CS2 0,80 4,00 0,025 CS3 0,75 2,00 0,020 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Pérdida de carga del colector solar PCOL = a1 . mcol + a2 . mcol2 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Temperatura de estancamiento del colector Cuando no circula fluido por el colector solar: La radiación solar sigue introduciendo energía Aumenta la temperatura del absorbedor Aumentan las pérdidas térmicas Se alcanza el equilibrio térmico cuando: Las pérdidas térmicas compensan a la radiación incidente En ese caso, se ha alcanzado la temperatura de estancamiento Según UNE-EN 12975 la temperatura de estancamiento está referida a una irradiancia incidente de 1000 W/m2 y a una temperatura ambiente de 30 ºC. Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Capítulo 2 - Componentes y configuraciones Otros componentes Interacumulador Bomba de circulación Vaso de expansión Componentes hidráulicos Tuberías y aislamiento Válvulas Sistemas de purga Equipos de medida y control Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Criterios de selección de componentes Soportar las condiciones de presión y temperatura extremas a las que pueden estar sometidos. Expresamente diseñados para resistir las condiciones exteriores a las que vayan a estar expuestos: rayos UV, oxidación por acción combinada de agua y aire, etc. Ser compatibles con los fluidos de trabajo con los que puedan estar en contacto (especial precaución con ACS) Aportar las condiciones funcionales y de rendimiento que les sean requeridas. Preparados para no tener que introducir modificaciones en terreno (por ejemplo, para mantener la protección de la estructura frente a la corrosión) Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Configuraciones de los SST Criterios de clasificación: Principio de circulación Sistema de transferencia de calor Forma de acoplamiento de los componentes Disposición de los componentes Tipo de sistema de apoyo Sistema de expansión Fluido en el circuito primario Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

1. Principio de circulación Mecanismo que produce el movimiento del fluido entre el colector y el depósito acumulador: Por circulación natural, o termosifón, el fluido de trabajo circula por convección libre aprovechando la disminución de su densidad con la temperatura Por circulación forzada se dispone al sistema de una bomba de circulación que provocan la circulación forzada del fluido de trabajo Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

2. Sistema de transferencia de calor Según la forma de transferir la energía del circuito primario de colectores al acumulador en el circuito de consumo: En sistemas directos el agua de consumo es el mismo fluido de trabajo que circula por los colectores En sistemas indirectos se mantiene el fluido de trabajo de colectores en un circuito distinto e independiente al del circuito de consumo Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

3. Acoplamiento de los componentes Compactos: los componentes se encuentran montados en una única unidad estructural aunque físicamente puedan estar diferenciados Integrados: dentro del mismo equipo se realizan las funciones de captación y acumulación de energía y no es posible diferenciar componentes Partidos: están separados y existe una distancia física relevante entre la captación y la acumulación. Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

4. Disposición de componentes Se refiere a la disposición de los colectores y acumuladores en relación con las dimensiones principales que puede afectar a la integración y a sus aspectos funcionales: Colectores en sentido horizontal o vertical Acumuladores en posición horizontal o vertical Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

5. Tipo de sistema de apoyo Según la forma de realizar el aporte de energía auxiliar en el proceso de calentamiento del agua antes de entregarlo al consumo: Instantáneo o en línea En acumulador auxiliar. Incorporado en el acumulador solar Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Capítulo 2 - Componentes y configuraciones 6. Sistema de expansión Según el medio utilizado para absorber las variaciones de volumen producidas por las variaciones de la temperatura de los fluidos de trabajo: Expansión abierta cuando el circuito primario está comunicado de forma permanente con la atmósfera Expansión cerrada, cuando el circuito no funciona en comunicación con la atmósfera Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

7. Fluido en el circuito primario Se refiere a la forma de funcionar el circuito primario en relación con su contenido de fluido: Sistemas llenos: cuando el colector permanece siempre lleno con el fluido caloportador. Sistemas de drenaje interior: cuando el colector no siempre está lleno de fluido porque, cuando para la bomba, el fluido es drenado del colector que se queda sólo lleno de aire. Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Diversos ejemplos de SST para ACS 1 2 3 4 5 6 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Sistemas prefabricados frente a sistemas a medida Los SST para ACS en viviendas, se podrían realizar con dos tipos de soluciones que pueden ser aparentemente iguales pero, realmente, son muy diferentes: Utilizando sistemas prefabricados autorizados y adaptándolos a cada situación Utilizando colectores solares, acumulador y otros componentes autorizados y realizando una instalación diseñada y proyectada por un técnico especialista (sistema a medida). Aunque esta solución sea aplicable tanto a los sistemas forzados como termosifón, en este último caso es especialmente diferente porque se requiere que el técnico diseñe el circuito interno del termosifón para lo que habitualmente no está preparado. Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Ventajas del uso de sistemas prefabricados para SST Han pasado todas las etapas del diseño y es mayor la fiabilidad y durabilidad ya que el SST completo ha sido ensayado por terceros así como se ha sometido a un proceso de acreditación de la calidad. Sobre todo los equipos termosifón, son de funcionamiento muy sencillo pero muy delicado y deben estar diseñados por técnicos y empresas muy especializadas. No se debe hacer experimentación ni se pueden introducir correcciones de diseño en situaciones reales con clientes lo que suele ocurrir cuando no se utilizan sistemas prefabricados Es difícil y complicado que unas especificaciones técnicas puedan garantizar la calidad de funcionamiento de los sistemas termosifón. Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de sistemas prefabricados 1 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de sistemas prefabricados 2 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 1 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 2 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 3 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 4 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 5 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 6 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 7 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Descripción de los SST a medida 8 Capítulo 2 - Componentes y configuraciones

Material reproducible CAPÍTULO 3 Selección y dimensionado PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Selección entre sistemas directos e indirectos Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Comparación de sistemas directos e indirectos Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Condicionantes fundamentales de los sistemas directos Definidos en base a la localización de la instalación: Características y dureza del agua Temperatura mínima histórica Importante influencia de la dureza del agua de red Disminución del rendimiento por aumento de las temperaturas de funcionamiento. Aumento de pérdidas de carga y/o reducción de caudales al reducirse los diámetros útiles de las tuberías ascendentes Necesidad de programar limpieza de circuitos Escasa fiabilidad de las soluciones para zonas con riego de heladas Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Selección entre circulación forzada y natural Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Funcionamiento de la circulación forzada Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Diseño de los circuitos de circulación forzada Caudales para garantizar transporte de calor: Entre 30 y 60 l/h.m2, en el rango del fabricante y hacer análisis de sensibilidad Minimizar pérdidas de carga (entre 1 y 3 m.c.a. para pequeños SST) Minimizar las pérdidas térmicas: Ajustar los caudales y los diámetros Reducir longitudes de trazado Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Funcionamiento de la circulación natural Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Criterios hidráulicos para facilitar la circulación natural Energía impulsora térmica muy pequeña (20 a 60 mm.c.a) Depende de la diferencia de temperaturas (de 20 a 40ºC) Circuitos con poca pérdida de carga (30 mm.c.a): mayores diámetros, cambios suaves y poca longitud Que favorezcan siempre la circulación: con pendiente, evitando sifones y retenciones de aire. Sin restricciones por accesorios Aumentando la altura de las columnas Estos criterios son recomendaciones pero no son suficientes para proyectar circuitos fiables de los sistemas termosifón. Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Criterios principales para comparar y seleccionar el SST Circulación forzada Circulación natural Integración arquitectónica Más sencilla Con dificultad Emplazamiento del acumulador Espacio interior disponible Capacidad de soportar su peso Mayores pérdidas térmicas del SST En el circuito primario En acumulador y por consumo Costos de inversión Mayor Menor Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Otros criterios de comparación entre circulación natural y forzada Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Dimensionado básico de la instalación El dimensionado básico supone definir el sistema que mejor se adapta a una determinada demanda Factores funcionales fundamentales que afectan a las prestaciones de un SST son el tamaño y la calidad térmica (rendimiento y pérdidas térmicas) Las características básicas que definen el tamaño son: Superficie de captación Volumen de acumulación El parámetro básico de partida es el consumo medio diario de agua caliente Deben considerarse las diferencias entre viviendas existentes y nuevas Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Ejemplo de dimensionado básico de un SST 1 Se analiza una familia de equipos similares pero de diferentes tamaños (de 1, 2 y 3 colectores) para un rango de consumos entre 120 y 400 litros/día Se establece equivalencia directa entre personas y dormitorios de la vivienda Vivienda situada en Región Metropolitana Se considera orientación Norte e inclinación de techo y colectores de 35º Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Ejemplo de dimensionado básico de un SST 2 Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Ejemplo de dimensionado básico de un SST 3 Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Cálculo de prestaciones energéticas de un SST Introducción Métodos de cálculo Parámetros de uso Parámetros climáticos Parámetros de funcionamiento de los SST Criterios de cálculo Aplicación de los métodos de cálculo Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Principios básicos del cálculo de prestaciones El cálculo de prestaciones energéticas tiene por objeto conocer y predecir el comportamiento térmico de una determinada instalación solar ubicada en un determinado lugar y atendiendo una determinada utilización Instalación: Parámetros funcionales Lugar: Parámetros climáticos Utilización: Parámetros de uso Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Capítulo 3 - Selección y dimensionado Métodos de cálculo Ejemplos de MC simplificados: Rendimiento medio f-chart Ejemplos de MC detallados: T-Sol www.valentin.de Polysun www.spf.ch Retscreen www.retscreen.net Trnsys www.sel.me.wisc.edu/trnsys Transol www.aiguasol.com Acsol www.agenciaandaluzadelaenergia.es Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Parámetros de uso Para el cálculo de la demanda de energía: Es necesario conocer los valores de: Consumo de agua caliente Temperaturas de agua caliente y fría Por la necesidad de estimar la demanda a largo plazo: Analizar diferencias entre edificios existentes y nuevos Realizar comparación de datos normalizados y datos medidos DEACS = QACS (TU) . ρ . Cp . (TU – TAF) Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Caudales y temperaturas de consumo Pueden ser: De preparación: Qp y Tp QACS (T) = QACS (45) De distribución: Qd y Td De uso: Qu y Tu La demanda de energía no cambia pero si afecta al consumo de energía y al funcionamiento de las instalaciones (45 - TAF) (T - TAF) Qp < Qd < Qu Tp ≥ Td ≥ Tu Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Estimación de la demanda de agua caliente Para dimensionar el SST, se debe estimar la demanda diaria de agua caliente sanitaria a una temperatura de referencia de 45 ºC y se considerarán los consumos diarios de ACS por persona igual a 40 litros al día. Se puede seleccionar el número de personas que habita o habitará en la vivienda conforme al número de dormitorios de la misma: N° de dormitorios 1 2 3 4 5 >5 N° de personas 1,5 6 7 Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Criterios de cálculo de prestaciones de un SST Para cumplir un requisito administrativo se exige, normalmente, el cumplimiento de una contribución solar mínima (CSM) y para ello hay que utilizar: La base de datos de partida que se haya establecido Algoritmo de verificación de la CSM Pueden utilizarse otros criterios de cálculo de prestaciones energéticas: Minimizar costos de energía convencional de apoyo Máximizar rentabilidad de la inversión Optimizar tamaño o espacio ocupado por el SST Existe la posibilidad de utilizar otros datos de partida y otros métodos de cálculo pero los resultados no serán comparables Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Algoritmo de verificación de la CSM Se usa un algoritmo basado en el método de cálculo f-chart que calcula la contribución solar de una instalación solar de producción de agua caliente. Ver Norma Técnica (REX 405 de 20-08-2010). El método f-chart, extraído de correlaciones de programas de simulación, es muy utilizado para estimaciones medias anuales y se ha generalizado mucho su uso aunque sus correlaciones sólo deberían ser aplicables en su rango de validez. Para su aplicación se utilizan los valores medios diarios mensuales y la instalación queda definida por sus parámetros más significativos. Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Parámetros de entrada y verificación Ejemplo de datos de entrada utilizados en Algoritmo de verificación de la CSM La selección del número de dormitorios (2) determina el consumo de agua caliente: 3 personas * 40 l/p.d Datos del SST utilizados son: volumen de almacenamiento, superficie de colectores y sus parámetros UL y η0 Datos que definen radiación incidente: inclinación, orientación y sombras El algoritmo aporta la CS y si cumple Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Distribución mensual de demandas y aportes Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Análisis de sensibilidad Se realiza en base al ejemplo anterior calculando la CS para cuatro valores diferentes del parámetro indicado Para cada parámetro, se representa la evolución mensual, los valores medios anuales y la variación de la CS en función de los valores del parámetro analizado Los valores de referencia utilizados corresponden al color blanco. Los otros valores son amarillo, naranja y rojo Parámetros analizados: Superficie de colectores Volumen de acumulación Inclinación del colector Orientación del colector Factor global de pérdidas del colector Eficiencia óptica del colector Pérdidas por sombra Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS1 – Superficie de colectores Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS2 – Volumen de acumulación Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS3 – Inclinación del colector Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS4 – Orientación del colector Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS5 – Factor de pérdidas del colector UL Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS6 – Eficiencia óptica del colector η0 Capítulo 3 - Selección y dimensionado

AS7 – Pérdidas por sombra Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Efecto del consumo en las prestaciones 1 Utilizando el mismo algoritmo se analiza el efecto de variar el consumo en las prestaciones suponiendo el SST base. Son datos que debe conocer el usuario Se puede estudiar el funcionamiento del SST para consumos que van desde 60 a 240 litros/día A medida que aumenta el consumo de agua y de energía, disminuye la CS, aumenta el aporte solar pero sobre todo aumenta el gasto de energía auxiliar Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Efecto del consumo en las prestaciones 2 Capítulo 3 - Selección y dimensionado

Material reproducible CAPÍTULO 4 Incorporación a la vivienda PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Incorporación del SST a la vivienda Deben analizarse los siguientes factores: Integración arquitectónica Optimización energética Seguridad y solución estructural Sistema auxiliar y su acoplamiento al SST Otros factores y detalles del SST Solución de compromiso entre alternativas Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

1. Integración arquitectónica Factores que permiten la adaptación del SST al edificio y las medidas que se toman en éste para facilitarla: Conocer las condiciones urbanísticas y arquitectónicas Estudiar las posibles ubicaciones y soluciones Resolver adecuadamente la estética visual del conjunto Cuidar los detalles constructivos Debe realizarse un análisis simultáneo de todos los condicionantes y la evaluación tanto de los criterios arquitectónicos como de los criterios energéticos Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Condiciones urbanísticas y arquitectónicas Factores del diseño urbanístico que más pueden afectar: Orientaciones principales Separación entre edificios Condicionantes de las distintas tipologías de vivienda: Aisladas Pareadas Adosadas Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Posibles ubicaciones de los SST en viviendas Las más habituales son: Cubierta inclinada Cubierta plana, que puede ser: Visitable y, normalmente, fácilmente accesibles No transitables y menos accesibles Es más difícil pensar en soluciones que no estén en las cubiertas (fachadas, terreno, anexos, etc.) dados los problemas que se introducen por la necesidad de continua exposición al Sol y por las mayores distancias a los puntos de consumo. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Ejemplos de SST en cubierta inclinada 1 2 3 4 5 Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Ejemplos de SST en cubierta plana 1 2 3 4 5 6 Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Estética visual de la integración Incorporar con el estilo arquitectónico Buscar la alineación con los ejes principales Dar continuidad a la edificación Ejemplos de estética visual negativa: Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Detalles constructivos a cuidar Sujeción de estructuras Impermeabilización y estanqueidad de cerramientos Trazados de tuberías por exteriores Colocación de componentes: Expansión, Válvulas de corte, de seguridad, Equipos de medida Pasatubos para conexión interior-exterior Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

2. Optimización energética Los factores más importantes a considerar son: 1. La necesidad de disponer de la máxima insolación: Optimizar orientación e inclinación Evitar y estudiar las sombras 2. La importancia de minimizar las pérdidas energéticas, y para ello: Reducir recorrido hidráulico entre SST y el sistema de apoyo y al consumo Considerar las distintas pérdidas térmicas que se pueden producir y tener en cuenta la localización, exterior o interior, de componentes Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Optimizar orientación e inclinación del SST La radiación incidente es máxima para una determinada orientación (Norte) e inclinación, pero para facilitar la integración arquitectónica, hay que analizar la reducción de la radiación solar por las desviaciones del óptimo Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Criterios de orientación del SST La insolación es máxima con orientación Norte pero desviaciones de hasta 45º produce reducción de radiación incidente poco apreciable Desviaciones superiores a 45º no afectan a pequeñas inclinaciones pero si a grandes inclinaciones Cuando sea necesario, se deben estudiar los efectos con programas de simulación Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Optimización energética de la inclinación Inclinación en función del consumo (considerar admisible un margen de ± 15º): Anual constante: la latitud Estival: la latitud geográfica - 10º Invernal: la latitud geográfica + 10º Considerar otros criterios (p. ej. separación de obstáculos) Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Criterios de inclinación del SST Para viviendas se considera consumo constante a lo largo del año y se debe adoptar una inclinación igual a la latitud ± 15º Analizar la variación de la radiación solar incidente en función de la inclinación (Para RM): Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Optimización de la inclinación del SST Realizar análisis sensibilidad de la inclinación estudiando la incidencia en las prestaciones mensuales: Si aumenta la inclinación, mejoran las prestaciones en invierno Si disminuye la inclinación, mejoran las prestaciones en verano Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda Estudio de sombras Análisis de sombras cercanas y lejanas Considerar sombras actuales y previsión futuras Criterios de control de sombras en SST 1. Requisitos geométricos: Sombras frontales Sombras laterales 2. Sombras en el solsticio de invierno 3. Estudio de la reducción de la radiación solar incidente 4. Cálculo de prestaciones con efectos sombra Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Estudio de sombras 1 – Requisitos geométricos Sombras frontales df > k . hf Sombras laterales dl = k . hl para 45° dl = 1,0 . hl para 90° Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Estudio de sombras 2 – Solsticio de invierno El estudio de las sombras en el solsticio de invierno, que es el día más desfavorable del año, permite garantizar mayores niveles de radiación incidente para el resto de los días (Ejemplo de distintas soluciones de separación de un obstáculo para una latitud de 37º) Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda Estudio de sombras 3-1 Se pueden analizar las pérdidas de la radiación solar incidente a lo largo del año realizando la proyección de obstáculos en las trayectorias solares. Ver Manual I de la CDT Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Ejemplo de estudio de sombras 3 - 2 Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Ejemplo de estudio de sombras 3 - 3 FS= 0,25*(D1+D2)+0,25*(C1+C2)+0,5*(B1+B2)+0,5*(A1+A2)+0,25*A4+1*A6+1*A8+0,25*(B6+B8)= 0,25*(5,04+4,99)+0,25*(2,43+2,33)+0,5*(2,12+2,12)+0,5*(3,17+3,17)+0,25*2,70+1*1,79+1*0,98+0,25*(1,51+0,99)= 13,06% Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Estudio de sombras 4 – Cálculo de prestaciones Algunos programas de cálculo de prestaciones energéticas mediante simulación permiten incorporar el perfil de obstáculos que genera la reducción de radiación por sombras hora a hora y pueden calcular la reducción en las prestaciones energéticas. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

3. Soluciones estructurales Debe solucionarse la estructura soporte del equipo con el sistema constructivo de la vivienda. Estudiar posibles elementos estructurales de apoyo: Paramentos verticales resistentes Soleras y forjados, analizando distribución de cargas Cubiertas inclinada o plana, ligera o pesada Se pueden distinguir las siguientes estructuras: La propia del SST La estructura base de la vivienda Una posible estructura intermedia (de reparto, etc.) Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Estructura de soporte propia de los SST Los equipos solares normalmente son suministrados con una estructura de soporte diseñada por el fabricante: Que establece los puntos de sujeción suficientes y la forma de sujeción de colectores que permita las dilataciones Utilizando materiales con protección intemperie Con diferentes modelos en función de la aplicación y del tipo y número de colectores Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Proyecto de la estructura de soporte El profesional competente, cumpliendo todos los requisitos establecidos por la normativa vigente, debe desarrollar un proyecto estructural completo: Verificando que la propia estructura del SST es correcta para la ubicación prevista Comprobando que la estructura de la vivienda es apta para soportar las cargas que se produzcan Incorporando y diseñando una estructura intermedia si fuera necesaria Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Protección de la estructura frente a la corrosión Las estructuras de acero deben protegerse mediante galvanizado por inmersión en caliente, pinturas orgánicas de zinc o tratamientos anticorrosivos equivalentes La realización de taladros en la estructura se llevará a cabo antes del galvanizado o protección de la misma La tornillería y piezas auxiliares deberán estar protegidas por galvanizado o cincado o serán de acero inoxidable. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

4. Sistema auxiliar y su acoplamiento al SST Equipo auxiliar Tipos de equipos de energía auxiliar Requisitos de los sistemas de apoyo Condiciones de diseño del sistema de apoyo Conexionado del equipo auxiliar al SST Criterios básicos Formas de conexionado Recorridos hasta consumo y sistema de apoyo Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Tipos de equipos de apoyo Podrán utilizarse los sistemas convencionales de preparación de ACS: Instantáneos (Calefón, caldera mixta, etc.) Con acumulación (Termo eléctrico, etc.) Incorporado en acumulador solar (precauciones especiales para esta solución) Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Requisitos del equipo auxiliar Deberían considerarse los siguientes requisitos del equipo auxiliar: 1. Resistir la temperatura máxima de trabajo del SST 2. Tener capacidad de abastecer la demanda punta. 3. Garantizar el confort del servicio (caudal y temperatura) 4. Ahorrar energía térmica de forma efectiva 5. No introducir pérdidas térmicas excesivas 6. Contribuir a la optimización del rendimiento global 7. No afectar a la durabilidad de los equipos ni de las instalaciones sanitarias Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Diseño del sistema auxiliar El sistema auxiliar, alimentado por otra fuente de energía, garantiza la continuidad del suministro de ACS incluso en condiciones de nula radiación solar o de elevados consumos El dimensionado del sistema auxiliar debe realizarse como si no hubiera SST y, por tanto, no supone una reducción del tamaño o la potencia de aquel Un mal diseño o un defectuoso funcionamiento del sistema auxiliar puede afectar significativamente a la instalación solar Siempre se debería disponer de un sistema de control sobre la temperatura de preparación Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Conexionado del sistema auxiliar al SST Siempre debe ser en serie. El agua fría entra primero en el acumulador solar y después pasa al auxiliar Minimizar los recorridos del circuito de consumo: Desde el acumulador solar al sistema de apoyo Desde el sistema de apoyo a los puntos de consumo Tomar en consideración las temperatura máximas que soporta el equipo auxiliar que pueda llegar a los puntos de consumo sea inferior a 60ºC Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Formas de conexionado en serie Con válvula mezcladora termostática a la salida del sistema auxiliar. Con válvula mezcladora termostática a la salida del equipo solar para limitar la temperatura que entra en el auxiliar y puede ser necesario utilizar otra en la salida a consumo. Con válvula diversora que se utiliza como bypass al equipo auxiliar cuando éste no admite la entrada de agua caliente a cualquier temperatura. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Recorridos hasta consumo y sistema de apoyo Si el recorrido desde el acumulador solar al equipo auxiliar y desde éste a los puntos de consumo no son muy largos (inferiores a 10-12 metros) y el sistema de apoyo permite la conexión en serie, siempre se debe utilizar conexionado en serie con el sistema de apoyo. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Distancias hasta consumo y sistema de apoyo Si los recorridos son excesivamente largos (superiores a 10-12 metros) o el sistema de apoyo no permite la conexión en serie, se puede utilizar el conexionado en paralelo con el sistema de apoyo. En ese caso, se debe seleccionar un punto de conexión, con diámetro suficiente, que permita minimizar los recorridos. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Formas de conexionado en paralelo Si el equipo auxiliar no requiere válvula termostática mezcladora se debe montar exclusivamente la del SST. Si el equipo auxiliar requiere válvula termostática mezcladora se debe montar en la salida a consumo. Opcional y adicionalmente se podría montar otra en el SST. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Termómetro indicador a distancia Cuando el sistema de apoyo se conecte en paralelo, además de que la conmutación de sistemas debe ser muy simple, se recomienda instalar un termómetro indicador de la temperatura del acumulador solar fácilmente visible y accesible por el usuario. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

5. Otros factores para la conexión del SST Cañerías de agua fría y caliente Esquema y accesorios para el conexionado Relaciones con otras instalaciones: Acometida eléctrica (cuando sea necesaria) Desagües y red de saneamiento 4. Necesidades de operación y mantención Criterios de accesibilidad 3. Seguridad y protección del usuario Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Cañerías de agua fría y caliente En la alimentación de agua al SST: El diámetro de cañería debe ser adecuado Confirmar presión y caudal disponibles Utilizar expansión y válvula de seguridad La salida de ACS del SST: Debe ser de cobre o de acero inoxidable Después de la válvula mezcladora puede ser material plástico adecuado a la presión y temperatura Todas las cañerías deben estar térmicamente aisladas Los diámetros deben ser ajustados al caudal previsto Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Esquema y accesorios para el conexionado al consumo Componentes necesarios: Válvula de seguridad Estanque de expansión Válvula de retención Válvula de vaciado Válvula termostática y/o válvula diversora Opcionales: Contador de calorías Válvulas de corte para realizar un bypass Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Relaciones del SST con otras instalaciones Acometida eléctrica Necesaria cuando se disponga de sistema de apoyo eléctrico o algún sistema de medida a distancia Encajar características de tensión y potencia necesarias y disponibles Desagües y red de saneamiento Evacuación de salidas al exterior: drenajes, escapes conducidos Prever vaciados y fugas del acumulador o de circuitos en interior Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Necesidades de operación y mantención Prever necesidades de operación del usuario Actuaciones de vigilancia y sistemas de medida Controles básicos sencillos de ejecutar Prever necesidades de mantención para todas las operaciones: vaciado, preparación y llenado con anticongelante, purga, etc. Criterios de accesibilidad Facilidad y simplicidad para el usuario Operaciones previstas para el mantenedor Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Seguridad y protección del usuario Seguridad laboral durante el montaje Seguridad estructural de todo el SST Protección frente a elevadas temperaturas del equipo estableciendo los límites de la zona técnica y limitando la accesibilidad Protección frente a elevadas temperaturas de fluido: Válvulas de mezcla en circuitos de consumo Válvulas de seguridad, sistemas de purga y vaciado con escapes conducidos Válvulas de vaciado conducidas y con manetas desmontadas. Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Datos y condicionantes de implantación 1 Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Datos y condicionantes de implantación 2 Capítulo 4 - Incorporación a la vivienda

Material reproducible CAPÍTULO 5 Esquemas y condiciones de funcionamiento PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento Contenidos Esquemas de funcionamiento: Básico Completo Fluidos de trabajo Condiciones de funcionamiento y sistemas de protección Temperaturas Presiones Flujo inverso Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Criterios para desarrollar el esquema de funcionamiento Utilizar siempre esquemas muy experimentados considerando los siguientes criterios : Distinguir tres tipos de componentes: fundamentales (colector, acumulador y circuito), básicos (que son necesarios) y complementarios (que son prescindibles) Simplificar el diseño al máximo pensando en el usuario que sólo requiere un buen equipo que le proporcione agua caliente. Ni el usuario ni el mantenedor pueden estar continuamente vigilando el SST A continuación se aplican los criterios a la configuración forzada indirecta. No se plantea el diseño de sistemas termosifón - que siempre deberían ser sistemas prefabricados - aunque los mismos criterios siempre serían aplicables para el circuito de consumo Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento básico Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento completo 1 Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento completo 2 Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento básico - Primario Una válvula de seguridad y estanque de expansión Una bomba de circulación Una válvula de retención Un sistema de llenado y vaciado Un sistema de purga manual Un manómetro y un termómetro o una sonda de temperatura para el acumulador Un control diferencial con 2 (ó 3) sondas de temperatura Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento básico - Consumo Una válvula de retención y válvula de corte en la entrada de agua fría Una válvula de seguridad y estanque de expansión Un circuito de consumo para suministro del ACS mediante el equipo de energía auxiliar (supuesto que éste soporta la temperatura solar) y una válvula mezcladora termostática. Un sistema de vaciado del acumulador Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento completo - Primario Se puede completar el circuito primario con elementos complementarios que pueden facilitar el ajuste, uso, vigilancia o mantención: Un caudalímetro o rotámetro para regular el caudal Dos válvulas de corte que independiza el circuito de colectores Dos termómetros para controlar las temperaturas de entrada y salida de colectores Todos estos componentes se pueden integrar, opcionalmente, en un conjunto premontado y térmicamente aislado, que se denomina Estación (o Kit) Solar, que facilita la instalación de todos los componentes. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Esquema de funcionamiento completo - Consumo De forma análoga, se puede completar el circuito de consumo con: Una válvula mezcladora (que podría ser válvula diversora) previa al sistema auxiliar si éste no soporta la temperatura de salida del SST. Opcionalmente, al esquema se podrían añadir como complementos: Un bypass de conexión del SST que permite aislarlo hidráulicamente y mantener en funcionamiento la producción de ACS con el sistema auxiliar Un contador de calorías que mide la energía térmica entregada por el SST. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Utilidades adicionales del esquema Obtener la lista básica de materiales Seleccionar todos los componentes definiendo los requisitos adicionales de diseño Realizar el presupuesto de la instalación y planificar su ejecución Desarrollar el esquema detallado con todos los materiales y accesorios Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Fluido de trabajo en SST En el circuito de consumo: agua de red. Se debe mantener la calidad sanitaria del agua potable En el circuito primario: Agua de red Mezcla de agua con propilenglicol (no etilenglicol) Asegurar la completa fiabilidad del intercambiador en el sentido de mantener siempre separados los fluidos del primario y de consumo Verificar la compatibilidad de los fluidos con los materiales de cada uno de los circuitos Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Fluido de trabajo en circuito cerrado Requisitos requeridos: Calor específico elevado Temperatura de ebullición alta Temperatura de congelación baja Viscosidad baja Coeficiente de expansión térmica bajo Condiciones de utilización: Durabilidad y requisitos de mantención Procedimientos de llenado y vaciado Proporción de mezcla ajustada a la temperatura Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Condiciones de funcionamiento Experiencias de funcionamiento Temperaturas y presiones de operación Sistemas de seguridad y protección: Protección contra bajas temperaturas (riesgo de heladas) Protección contra altas temperaturas Protección frente a las presiones máximas Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Experiencias de funcionamiento El consumo diario de agua caliente es muy variable y va desde cero, cuando no hay consumo, a varias veces el consumo de diseño El factor fundamental que afecta a las prestaciones es el consumo diario total y es de segundo orden el perfil de consumo a lo largo del día Debe verificarse tanto la fiabilidad del proceso de calentamiento diurno como el posible enfriamiento nocturno que puede estar producido por circulación inversa y por las pérdidas térmicas. Considerar la rotura de estratificación Las prestaciones están afectadas por las condiciones de instalación (como los largos recorridos que introducen muchas pérdidas térmicas) y por los detalles constructivos (como las retenciones de aire de los circuitos no estancos que puedan reducir la circulación y exigir continuas purgas) Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplos de evaluación de SST y medidas de consumo diario Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Temperaturas de operación De funcionamiento normal De montaje De puesta en funcionamiento En condiciones climáticas extremas En reducciones o interrupciones del consumo En incidencias durante el funcionamiento: Cortes de suministro eléctrico Vaciados de circuitos Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Presiones de operación Diferenciar la de cada uno de los circuitos: De consumo y de abastecimiento de agua fría Circuito primario Diferencial de presiones entre ambos circuitos Los valores límites dependen de Condiciones y acciones exteriores Diseño del SST Considerar posibles incidencias: Cortes de suministro Vaciados de circuitos Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Efectos combinados de temperatura y presión Prestar especial atención a la resistencia de materiales plásticos a la presión máxima de trabajo para las máximas temperaturas de funcionamiento que se puedan presentar Ejemplos de rotura por distintas combinaciones de valores de presión y temperatura: Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Presión de vapor del agua y del fluido del circuito primario Relacionar las presiones de funcionamiento y las temperaturas de trabajo para definir si se producirá vaporización del fluido y en qué condiciones Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Sistemas de seguridad y protección Para cualquier condición entre las situaciones extremas: De temperatura De presión Deben evitarse valores perjudiciales para Los usuarios La instalación: Que deben soportar los materiales Para la durabilidad de los circuitos Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Protección frente a bajas temperaturas Las bajas temperaturas pueden producir roturas por heladas en: Los colectores solares Las tuberías instaladas al exterior Los sistemas de protección antiheladas más utilizados son: Mezclas anticongelantes Recirculación del fluido Drenaje automático Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento Riesgo de heladas En la disposición transitoria del Reglamento (DS N° 331 de 2009): Se establece que existe riesgo de helada en todo el territorio nacional excepto en las comunas costeras de las regiones XV, I, II, III, IV, V, VI y VII para SST instalados bajo los 1.000 metros sobre el nivel del mar Se define la temperatura ambiente mínima de cada comuna En el artículo 17 del mismo Reglamento se define que la protección debe ser para una temperatura 5ºC por debajo de la temperatura ambiente mínima de la comuna Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Sistemas antiheladas 1 – Mezclas anticongelantes Circuitos indirectos Porcentaje de anticongelante Mantenimiento proporciones Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Sistemas antiheladas 2 – Recirculación del fluido Circulación forzada Zonas de riesgo mínimo Mantenimiento dispositivo electromecánico Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Sistemas antiheladas 3 – Drenaje automático Circuito indirecto y forzado Cuidadoso diseño y trazado de tuberías Protección a formación de vapor Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplos de sistemas de vaciado automático Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Protección frente altas temperaturas Evitar quemaduras al usuario: Con una temperatura de distribución inferior a 50ºC De los dispositivos que puedan evacuar fluido al exterior (válvulas de seguridad, de vaciado, etc.) De los contactos accidentales con superficies a alta temperatura (por ejemplo, los propios colectores solares) Para la instalación: Protección mediante seguridad intrínseca Definir las temperaturas máximas de trabajo Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Temperaturas máximas de trabajo En circuito primario En colectores y sus conexiones: temperatura de estancamiento La parte del circuito primario que puede contener vapor será la de saturación de fluido (120 a 150ºC) a la presión máxima (2 a 5 bar) En resto de componentes (110ºC) En circuito de consumo en acumulador y sus conexiones (110ºC, salvo en sistemas forzados que dispongan de protección a temperatura inferior por el sistema de control) resto de componentes (90ºC) Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Sistemas de protección de altas temperaturas SI se protege por seguridad intrínseca: Diseño de la expansión para absorber la formación de vapor Diseño del primario con presiones superiores a la de vapor Drenaje automático NO se protege por dispositivos externos: Disipadores de calor Tapado de captadores Vaciado de la instalación Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Presiones de trabajo de circuito cerrado La presión mínima se define para evitar entrada de aire La presión máxima se define para evitar la actuación de la válvula de seguridad y debe tener en consideración la temperatura de vaporización Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Diseño del sistema de expansión Siempre se deben utilizar vasos de expansión cerrados Con válvula de seguridad y con manómetro graduado (en sistemas forzados) Uno para cada uno de los circuitos cerrado Ramal de conexión con capacidad de enfriar el fluido antes de alcanzar el estanque Prever la expansión del vapor en circuito primario Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Cálculo del sistema de expansión Volumen del vaso de expansión: VRESER : Volumen de reserva para compensar contracción (3%) VDILAT = VTOTAL* CET : Volumen total por coeficiente de expansión térmica (0,085) VVAPOR : Volumen de fluido, en colectores y en la parte del circuito primario, que se puede transformar en vapor CP : Coeficiente de presiones VNOMINAL = VUTIL + VGAS = VUTIL * CP = (VRESER + VDILAT + VVAPOR) * CP CP = (PMáx +1)/(PMáx - Pmín ) PMáx = 0,9 * Pvs ≤ Pvs – 0,5 Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplo de cálculo del vaso de expansión 1 En una instalación con interacumulador, se estudian las presiones producidas en el circuito primario y se analiza las diferencias producidas al proyectar la expansión en el nivel más alto y más bajo del circuito. La diferencia de alturas es de 12 metros. Se establece una presión mínima en colectores de 1,5 bar que en la parte inferior será de 2,7 bar (1,5+1,2). Se va a suponer para ambos casos que todos los componentes tienen una presión de trabajo superior a 7 bar con lo que se puede prever una válvula de seguridad tarada a 6 bar. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplo de cálculo del vaso de expansión 2 Caso 1 Caso 2 Circuito primario Altura Pmín Pmáx PTVS Punto más alto 0,0 1,5 4,2 5,4 Colectores Primario intercambiador 12,0 2,7 6,6 Expansión y seguridad 6,0 Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplo de cálculo del vaso de expansión 3 Caso 1. Si se instala en la parte inferior, la presión máxima de trabajo en la parte inferior será 5,4 bar (6*0,9). La correspondiente presión máxima en la parte superior será 4,2 bar (5,4 – 1,2). El sistema de expansión se calcula entre 2,7 bar de mínima y 5,4 bar de máxima. Caso 2. Si se instala en la parte superior, la presión máxima de trabajo en la parte superior será 5,4 bar. La correspondiente presión máxima en la parte inferior será 6,6 bar (5,4 + 1,2). Debe verificarse que cualquier componente situado en la parte inferior soporta esta presión. El sistema de expansión se calcula entre 1,5 bar de mínima y 5,4 bar de máxima. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplo de cálculo del vaso de expansión 4 Calcular los vasos de expansión de los circuitos primarios de glicol sabiendo que tiene 2 colectores solares (1,0 litros por colector de capacidad) y el circuito primario tiene 1 litro de capacidad por encima de colectores y 6 en el resto hasta intercambiador; el intercambiador tiene 3 litros de capacidad: Para ambos : Ve= 0,085 * (2*1,0+1+6+3) = 1 Vvap= 2*1,0 + 1 = 3 Vr = 3 Vu = 1 + 3 + 3 = 7 litros Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Ejemplo de cálculo del vaso de expansión 5 Para caso 1: Para caso 2: Cp = (5,4+1)/ (5,4–2,7)= 6,4 / 2,7 = 2,37 Vvex = 7 * 2,37 = 16,59 litros. Vnom= 18 litros Cp = (5,4+1)/ (5,4–1,5)= 6,4 / 3,9 = 1,64 Se adopta el valor mínimo de 2,0 Vu = 7 * 2 = 14 litros. Vnom= 15 litros Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento Flujo inverso en SST Es cualquier circulación natural del fluido que se produce de forma no intencionada, que enfría el acumulador solar y que puede producirse: En el circuito primario en sentido contrario al de calentamiento e impulsado por las temperaturas del acumulador y el enfriamiento de colectores En el interior de una misma tubería y circula alejándose del acumulador por la parte superior y retornando más fría por la parte inferior de la tubería. Es proporcional al diámetro y puede producir elevadas pérdidas térmicas En la tubería de alimentación de agua fría al depósito acumulador por el aumento de presión del agua al calentarse. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Para evitar el flujo inverso en SST El flujo inverso en el circuito primario se puede reducir, y casi evitar, estableciendo una diferencia de alturas entre la parte alta del colector y la parte baja del acumulador de, al menos, 30 centímetros. Las pérdidas térmicas en conexiones y accesorios se evitan con el diseño de las conexiones y el aislamiento del conjunto que evite los puentes térmicos. La salida de agua caliente por la tubería de alimentación de agua fría se evita teniendo prevista la expansión del fluido y utilizando una válvula de retención que soporte la presión en sentido contrario. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Flujo inverso en el circuito primario Además de la diferencia de alturas colector-acumulador ante referida, se pueden utilizar otros sistemas (válvulas de retención de baja pérdida de carga, sifones térmicos, u otros). Es muy importante que el diseño de estos sistemas no afecten a la circulación en el proceso de calentamiento. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Flujo inverso en la alimentación de agua fría Deben llevar una válvula de retención que impida que el agua del acumulador se pueda devolver por la línea de alimentación de agua fría. Esta válvula de retención normalmente se utiliza acoplada a una válvula de seguridad para la protección del acumulador frente altas presiones. Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Material reproducible CAPÍTULO 6 Diseño del SST PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Procedimiento general de diseño Dimensionado básico de la instalación: Número y tipo de colectores Volumen de acumulación Análisis de la incorporación al edificio Integración arquitectónica Orientación e inclinación Solución estructural Conexionado con resto instalaciones Otros factores y detalles Completar esquema de funcionamiento ¿Solución óptima? Procedimiento iterativo Capítulo 6 - Diseño del SST

Diseño hidráulico y térmico del SST Datos de partida Diseño de sistemas: Sistema de captación Sistema de acumulación Sistema de intercambio Circuito hidráulico Sistema de apoyo Sistema eléctrico y de control Dimensionado y selección del resto de componentes Capítulo 6 - Diseño del SST

Diseño del sistema de captación Para el diseño del sistema de captación desde el punto de vista hidráulico y térmico, se analiza: Batería de colectores Conexión de colectores en paralelo Conexión de colectores en serie Conexionado hidráulico de la batería de colectores Para el diseño de SST de pequeño tamaño no se consideran aquí otras cuestiones que surgen en grandes instalaciones: Conexionado de baterías Agrupaciones y sectorización de campos de colectores Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Batería de colectores Conjunto de colectores montados sobre una estructura común y conectados entre sí La batería de colectores se comporta como un único colector con: Área de captación: suma de las áreas Rendimiento equivalente calculado en función del caudal y el tipo de conexión Pérdida de carga equivalente calculada en función del caudal y el tipo de conexión Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexión de colectores en paralelo El caudal total se reparte entre los distintos colectores: Tienen la misma temperatura de entrada y, si trabajan con el mismo caudal, la temperatura de salida es la misma. Al dividirse el caudal entre todos los colectores, la pérdida de carga es inferior que si todo el caudal pasase por uno sólo. Lo más importante para estas baterías es asegurar la uniforme distribución del caudal. Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexión de colectores en paralelo interno Se puede utilizar cuando los colectores disponen de: Tubos distribuidores internos, y Cuatro conexiones Se utilizan los distribuidores como tuberías de reparto, lo que permite: Importante ahorro de tuberías exteriores Reducción de las pérdidas térmicas Para asegurar la distribución del caudal: número de colectores y los rangos de caudal limitados por el fabricante. Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexión de colectores en serie El caudal total recorre cada uno de los colectores de la batería: Se garantiza el mismo caudal para todos La temperatura de salida de uno es la de entrada del siguiente, con lo que los rendimientos de los distintos colectores van disminuyendo. La pérdida de carga de la batería es suma de las pérdidas de carga de cada uno de los colectores. Lo más importante es controlar la pérdida de carga total. Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexionado exterior de una batería Por defecto debe realizarse por lados distintos para equilibrar. Se puede realizar un análisis más detallado en función de la configuración del absorbedor y los caudales de diseño. Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexionado habitual de una batería Capítulo 6 - Diseño del SST

Conexión hidráulico de una única batería En un SST pequeño tamaño con una única batería, salvo casos especiales: No tiene sentido sectorizar No se deben instalar válvulas de corte de colectores Ni válvulas de vaciado parcial Para optimizar el trazado hidráulico: Reducir la longitud del trazado Ajustar el caudal del circuito y reducir los diámetros de tuberías Priorizar el trazado corto del tramo caliente Capítulo 6 - Diseño del SST

Ejemplo de conexionado de colectores 1 Analizar el conexionado en paralelo y en serie de dos colectores de 2 m2 cada uno por los que circula el mismo caudal de 200 l/h y cuya temperatura de entrada es de 40ºC. Se supone que la irradiancia incidente es de 1.160 W/m2 Capítulo 6 - Diseño del SST

Ejemplo de conexionado de colectores 2 Para los colectores conectados en paralelo, el caudal se distribuye por igual en ambos colectores y, si se supone un rendimiento del 50%, se producirá un incremento de temperatura de: 1.160*0,864*2*0,5/100 = 10K Para los colectores conectados en serie, todo el caudal atraviesa el primer colector y, debido al mayor caudal, el rendimiento debe ser algo mayor; si suponemos que es del 52%, se producirá un incremento de temperatura de 1.160*0,864*2*0,52/200 = 5,2 K. Pero el segundo colector, ya tendrá una temperatura de entrada superior (45,2ºC), si suponemos que es del 48% el incremento de temperatura será de 4,8K con lo que el resultado final sería el mismo. En la práctica puede ser muy parecido. Capítulo 6 - Diseño del SST

Ejemplo de conexionado de colectores 3 Si se analiza la pérdida de carga, y se supone que el gráfico adjunto es el representativo del colector, lo que ocurre es que: Para la conexión en paralelo (caudal de 100 kg/h) la pérdida de carga es pequeña y corresponde prácticamente a la un colector (214 mbar en la figura). Para la conexión en serie (caudal de 200 kg/h) , la pérdida de carga es muy superior (633 mbar en la figura), pero además hay que contabilizar la de los 2 colectores en serie (serían más de 1.266 mbar). Capítulo 6 - Diseño del SST

Ejemplo de conexionado de colectores 4 Comparar los resultados (temperaturas de salida y rendimientos) si los caudales de entrada pasan a 100 kg/h. Analizar la influencia de la pérdida de carga de la batería cuando se incorporan en circuitos de: Baja pérdida de carga Elevada pérdida de carga Analizar cómo afecta al rendimiento global el desequilibrio de caudales de los colectores en paralelo Analizar las pérdidas de carga de 3 tipos diferentes de colectores Capítulo 6 - Diseño del SST

Dimensionado del sistema de acumulación Evolución del rendimiento global de la instalación en función de la capacidad de acumulación. Cálculo de la capacidad total: Cumplir: Análisis de sensibilidad: (40) ≤ 60 ≤ V/A ≤ 120 ≤ (180) (75 ± 15 l/m2) Capítulo 6 - Diseño del SST

Diseño del sistema de acumulación Siempre que sea posible, utilizar un único acumulador vertical e interior: Único: menor superficie por volumen almacenado Vertical: mejora la estratificación Interior: disminuye las pérdidas térmicas Pero no descartar que podrán ser varios, horizontal o situado al exterior Criterios para la selección del acumulador: Características constructivas: resistencia y durabilidad Características funcionales: estratificación y pérdidas Capítulo 6 - Diseño del SST

Tipos de sistemas de intercambio En general, por simplicidad y economía, se deben utilizar los denominados interacumuladores que disponen de intercambiadores internos. Existen diversos tipos de intercambiadores aunque, en equipos termosifón, el más utilizado es el de doble envolvente. Capítulo 6 - Diseño del SST

Dimensionado del intercambiador de calor El área útil de intercambio (Aint) queda definida por la superficie del intercambiador situada en la mitad inferior de la altura del acumulador. En relación con el área de total de captación (Ac), debe cumplirse siempre la relación:  Aint (en m2) ≥ 0,20 · Ac (en m2) Capítulo 6 - Diseño del SST

Circuito primario - caudales Caudales para garantizar transporte de calor: Minimizar pérdidas de carga Minimizar las pérdidas térmicas Seleccionar caudal: Entre 30 y 60 l/h.m2, En el rango del fabricante Análisis de sensibilidad Capítulo 6 - Diseño del SST

Selección del tipo de cañerías en primario Materiales: Cobre (uniones con soldadura fuerte) Acero negro o inoxidable No utilizar materiales plásticos Aislamientos: Importante para evitar las pérdidas térmicas Espesor mínimo equivalente a 20 mm. Todos los accesorios del circuito deben estar aislados Diseñar un sistema de protección a la intemperie válido a largo plazo sin necesidad de mantención intensiva Capítulo 6 - Diseño del SST

Cálculo de diámetros de cañerías El cálculo de tuberías se realiza en función del caudal y se debe seleccionar el diámetro de forma que: La velocidad del fluido sea inferior a 2 m/s en locales habitados o a 3 m/s en exterior o locales no habitados. Y sea superior a 0,5 m/s Pérdida de carga unitaria inferior a 40 mm. c.a. por metro lineal de tubería Cálculo aproximado: Caudal 100 200 300 400 500 600 Diámetro Ext. (mm.) 12 15 18 22 Diámetro Int. (mm.) 10 13 16 20 Capítulo 6 - Diseño del SST

Cálculo de las pérdidas de carga Cálculo aproximado que siempre se debe verificar: Longitud de circuito Muy corto de 5 m Corto de 10 m Largo de 20 m Muy largo de 25 m Tipo de colector Parrilla Serpentín Circuito de cañerías (mbar) 20 40 80 100 Batería de colectores (mbar) 50 200 Intercambiador calor (mbar) 60 Pérdida de carga total (mbar) 130 280 150 300 190 340 210 360 Pérdida de carga aprox (mca) 1,3 2,8 1,5 3,0 1,9 3,4 2,1 3,6 Capítulo 6 - Diseño del SST

Selección de la bomba circuladora La selección del tamaño de la bomba circuladora se realiza en base a: Caudal de diseño del circuito Pérdida de carga total (normal entre 1,0 y 3,0 mca) La potencia eléctrica normalmente estará comprendida entre 20 y 80 W. Normalmente dispondrá de conmutación de velocidades Capítulo 6 - Diseño del SST

Diseño de la bomba circuladora Del tipo en línea, normalmente de rotor húmedo Lo mejor es situarlas en las zonas frías, en tramos verticales, y evitar las zonas bajas Capítulo 6 - Diseño del SST

Accesorios del circuito hidráulico Vaso de expansión Válvula de corte Válvula de seguridad Válvula de retención Válvulas de vaciado y drenajes Válvulas mezcladora termostática Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Vaso de expansión Absorbe las variaciones de volumen y presión del circuito para evitar que entre aire y que salte la válvula de seguridad Componente fundamental para la fiabilidad del circuito primario del SST La membrana elástica y los materiales deben ser de alta calidad adecuados a su posición y a las condiciones de funcionamiento Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Válvula de corte Se utilizan para aislar componentes principales: colectores, acumuladores, intercambiadores y bombas en operaciones de mantenimiento. Evitar las que no sean estrictamente innecesarias y no repetir válvulas cercanas para ajustar costos, reducir riesgos de fallos y evitar pérdidas térmicas. Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Válvula de seguridad Expulsan fluido al exterior para evitar sobrepresiones aunque su actuación debe considerarse una falla de la instalación. Como mínimo debe haber una en cada circuito cerrado. Se recomienda instalarla junto a un manómetro (que sea fácilmente accesible) y próximas al sistema de expansión correspondiente. Los escapes deben ser visibles y conducidos para proteger a las personas. Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Válvula de retención Permiten la circulación de fluido en un sentido pero la impiden en el sentido contrario. Hay muy diversos tipos: de clapeta, de disco, de muelle, etc. Se deben instalar en: alimentación de agua fría y en circuitos cerrados para evitar flujo inverso pero cuidando la pérdida de carga que pueden generar. Capítulo 6 - Diseño del SST

Válvula de vaciado y drenajes Permiten el vaciado normalmente completo, pero a veces parcial, de los circuitos cerrados de la instalación. Siempre deben estar conducidas las cañerías de drenaje siempre deben tener pendiente para eliminar retenciones del fluido a drenar. Evitar la posible actuación involuntaria de la maneta. Capítulo 6 - Diseño del SST

Válvula mezcladora termostática Permiten regular la temperatura de salida de agua caliente y funcionan mezclándola con agua fría. Sirven para proteger al usuario y a los equipos de temperaturas elevadas. Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Sistema de llenado Se utilizan para llenar de fluido el circuito primario. Pueden ser soluciones diferentes en función del fluido: agua o mezcla anticongelante. Por su funcionamiento pueden ser: manual o automático. Capítulo 6 - Diseño del SST

Diversos equipos de llenado de fluido Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Sistemas de purga El aire reduce la capacidad de transferencia de calor de circuitos Debe evitarse su entrada y facilitar su evacuación El aire interior puede proceder de: El existente en circuitos antes del llenado Entradas por cualquier elemento en depresión Del disuelto en el agua o el fluido caloportador La acumulación de aire se produce en: Puntos altos Sifones invertidos que deben evitarse Hacer circuitos estancos y utilizar purgadores de aire manuales Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Sistemas de purga 1 2 3 4 5 6 Capítulo 6 - Diseño del SST

Capítulo 6 - Diseño del SST Equipos de medida Termómetro Manómetro Caudalímetro y rotámetro Contador de calorías Capítulo 6 - Diseño del SST

Sistema eléctrico y de control Se encarga de gobernar el correcto funcionamiento: Maximizar la energía solar aportada Minimizar el consumo de energía de apoyo El sistema más usual para la instalación solar es el control diferencial Adicionalmente el sistema de control puede utilizarse para protección y seguridad Siempre cumplirá normativa eléctrica Capítulo 6 - Diseño del SST

Criterios de selección de componentes Presiones y temperaturas extremas que deben soportar Prever la situación interior o exterior de los componentes y, sobre todo, seleccionar materiales adecuados y duraderos para el exterior (a la intemperie) Verificar que sean compatibles con el fluido de trabajo del circuito primario Los materiales que estén en contacto con el agua caliente sanitaria deberán ser compatibles y no podrán modificar las características ni contaminar el agua Evitar las modificaciones en terreno (por ejemplo, por la protección anticorrosión de una estructura metálica) Capítulo 6 - Diseño del SST

Material reproducible CAPÍTULO 7 Instalación PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Capítulo 7 - Instalación Contenidos Información previa y planificación de la instalación Revisión de la documentación Organización del montaje Experiencias y buenas prácticas de instalación Inspección y verificación de la instalación Capítulo 7 - Instalación

Información previa y planificación Documentación Técnica (completa, suficiente y adecuada ). Puede ser Memoria descriptiva si se trata de sistema prefabricado, o Proyecto de la instalación si es un sistema a medida Lista de componentes y materiales Pliego de condiciones, que recoja: Normativa existente y aplicable Especificaciones aplicables propias del proyectista o del promotor Programación y requisitos para planificación Capítulo 7 - Instalación

Ejemplo de lista básica de componentes y materiales Capítulo 5 - Esquemas y condiciones de funcionamiento

Revisión de la documentación de planificación 1 Capítulo 7 - Instalación

Revisión de la documentación de planificación 2 Capítulo 7 - Instalación

Información complementaria Disponibilidad y plazos de suministro de los distintos materiales y componentes para planificación de las entregas Necesidades de almacenamiento Especialidades que deben intervenir en el montaje (gasfitería, albañilería, electricidad, etc.) Listado de herramientas (de montaje, de pruebas, etc.) Equipos de transporte y elevación Seguridad del personal instalador y de terceros Capítulo 7 - Instalación

Improvisaciones en la instalación Todo lo que no esté previsto en proyecto puede quedar sometido a las buenas prácticas del buen instalador o a la improvisación y malas artes del técnico-montador menos profesional. La mejor instalación nace de un buen proyecto. Pero es necesario un buen instalador Capítulo 7 - Instalación

Organización del montaje Procedimiento de trabajo Planificación y coordinación de los diferentes roles Resaltar que son montajes de corta duración: Se requiere una planificación previa completa, El ajuste de fechas con el usuario, y la Adopción de márgenes de seguridad necesarios. Procedimientos de acceso al edificio y a las actuaciones fundamentales sobre las instalaciones (operatividad, desconexión, etc.) Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Replanteo del montaje Ubicación y espacios disponibles para colector y acumulador. Previsiones de espacios para el trazado de circuitos Colocación del resto de componentes de la instalación Soluciones para sujeción de estructura y ayudas de albañilería Puntos y formas de conexión con circuitos de agua y sistema auxiliar Procedimientos de montaje previstos Medios auxiliares necesarios para la correcta ejecución Accesibilidad tanto para el montaje como para mantención Capítulo 7 - Instalación

Experiencia y buenas prácticas de montaje Pendiente de circuitos y nivelación de equipos Sifones invertidos Instalaciones sobre zonas transitables Sistemas de purga manuales Equipos de medida al exterior Conexionado fácil del sistema de apoyo Funcionamiento de válvulas y accesorios Capítulo 7 - Instalación

Nivelación de circuitos La nivelación de equipos y tuberías debe realizarse de forma que siempre exista una pendiente que garantice la perfecta circulación del fluido en el circuito termosifón y que , por otro lado, no sea muy perceptible con el efecto estético Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Sifones invertidos Deben evitarse porque, además de dificultar la circulación que reduce el caudal y el rendimiento, introduce el riesgo de acumulación de burbujas de aire que reduce más el caudal y puede llegar a producir una bolsa de aire que lo interrumpe Capítulo 7 - Instalación

SST montados sobre zonas transitables Se introducen riesgos que se deberían evitar: De resistencia estructural Por la evacuación al exterior de fluidos muy calientes que deben ser conducida. Y las posibles roturas o fugas canalizadas Los SST pueden condensar agua, normalmente por las mañanas, cuyos efectos deben evitarse. Capítulo 7 - Instalación

Sistemas de purga manuales Prever un punto adecuado de conexión al circuito, su capacidad o volumen efectivo, la accesibilidad para su manipulación y resolver la forma de evacuación de fluido hasta la red de drenaje Capítulo 7 - Instalación

Equipos de medida al exterior Los equipos de medida que se instalen cerca en el SST (termómetros y manómetros) deben soportar las condiciones exteriores y ser fácilmente visibles. Si alguna de las dos condiciones no se cumple es mejor no instalarlos Capítulo 7 - Instalación

Conexionado fácil del sistema de apoyo Todas las posibilidades de conexionado deben reducirse al mínimo imprescindible. El usuario no puede tener un complicado sistema de tuberías y válvulas para cambiar la configuración de los circuitos. Capítulo 7 - Instalación

Funcionamiento de válvulas y accesorios Utilizar válvulas y otros componentes hidráulicos cuyas características y su forma de funcionar sea conocida. Evitar válvulas de compuerta. Instalar correctamente válvulas de retención de clapeta y filtros de cartucho. Capítulo 7 - Instalación

Inspección y verificación De que se cumplen los requisitos establecidos en: Memoria Descriptiva o Técnica Resto de la documentación Verificar la correcta calidad: De ejecución De acabados Tener definido un procedimiento y lista de chequeo para que el propio instalador realice su autoverificación. Diferenciarlo del trabajo posterior relacionado con las pruebas y el funcionamiento. Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 1 Se comprobará la ubicación de todos los elementos para una solidez estructural adecuada y transmisión de cargas a la estructura de apoyo. Verificar acabados, aprietes, sujeción y terminaciones. Se revisarán los trabajos de obra civil y albañilería. Sin retenciones de agua, que la impermeabilización es completa y totalmente estanca. Emplazamiento y estructura Ubicación prevista del SST Montaje y apriete de la estructura soporte Sujeción y acabados de estructura intermedia a vivienda Ejecución de trabajos de albañilería Impermeabilizaciones / Retenciones de agua Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 2 Utilizando las especificaciones y fichas técnicas de los fabricantes, revisar que todos los componentes y materiales son los adecuados. Comprobar que soportan condiciones extremas, que pueden estar en contacto con el agua y con el fluido del primario, y que son adecuados los que se instalan al exterior. Componentes Comprobar componentes instalados y previstos Cumplimiento de manuales de instrucciones Todos los materiales y componentes son nuevos Validar materiales en contacto con agua y con fluido Validar materiales montados en el exterior Condiciones accesibilidad para vigilancia y mantención Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 3 Se verifica la correcta instalación y actuación de todos las válvulas y accesorios hidráulicos. Se comprueba la ejecución de los escapes conducidos y que las cañerías de los drenajes tienen las pendientes adecuadas. Accesorios hidráulicos Previsiones de vaciado parcial y total Valvulería adecuada (presión, temperatura y exterior) Válvulas de vaciado protegidas (con tapón o sin maneta) Tuberías adecuadas para vaciado hasta desagües Paso de agua entre puntos de vaciado y desagües visibles Evacuación de todo el fluido de la red de drenajes Sistemas de purga accesibles y conducidos a desagües Válvulas de seguridad conducidas a desagües Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 4 Se verifica el montaje ordenado de las tuberías incluyendo las separaciones y los accesorios utilizados. Se comprueba que la disposición y el trazado es adecuado así como el nivel de aislamiento y las terminaciones del mismo. Trazados de tuberías Montaje de tuberías ordenado (paralelo y perpendicular) Comprobación de pendientes previstas Valvulerías en posición adecuada, accesibles y actuales Separación de tuberías entre sí y con paramentos No hay instalación eléctrica por debajo de tuberías No hay tuberías en chimeneas, conductos de ventilación Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 5 Se verifican que las conexiones y los elementos de soporte son adecuados, que no hay estrangulamientos y que se han previsto la dilataciones necesarias. Soportes y dilataciones de tuberías Conexiones de componentes no transmiten esfuerzos Conexiones entre tuberías no transmiten esfuerzos Tuberías flexibles con radio de curvatura amplio Distancia, disposición y sujeción de soportes Previstas dilataciones en trazado de tuberías Capítulo 7 - Instalación

Capítulo 7 - Instalación Inspección de calidad 6 Después de un buen proyecto y una buena ejecución de la instalación, la calidad del acabado del aislamiento es la mejor evaluación de la experiencia y profesionalidad del instalador. 6 Aislamiento de tuberías Aislamiento y sus uniones correctamente realizado Todos los componentes y accesorios aislados Soportes previstos sin puentes térmicos Protección de aislamiento según proyecto Capítulo 7 - Instalación

Material reproducible CAPÍTULO 8 Pruebas, puesta en marcha y recepción PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción Contenidos Pruebas mecánicas de los circuitos Llenado, purga y presurización Puesta en marcha Pruebas de funcionamiento Recepción Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Pruebas mecánicas de los circuitos Limpieza de la red hidráulica: llenándola y vaciándola el número de veces que sea necesario con agua. Pruebas de estanqueidad en cada uno de los circuitos: la presión de prueba será equivalente a 1,5 veces la presión máxima de trabajo. Se comprobará que no disminuye la presión y que no existen fugas. Prueba de estancamiento: con irradiancia y temperatura ambiente elevadas los circuitos primarios, llenos y con la bomba parada, llegan a temperatura de estancamiento. Durante al menos una hora, se comprobará que presiones y temperaturas son las previstas en los distintos puntos del circuito, que no hayan actuado las válvulas de seguridad ni haya habido deformaciones. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Lista de chequeo de pruebas mecánicas Después de terminada la instalación y verificada la correcta ejecución se realizan las pruebas mecánicas que incluyen: Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Llenado, purga y presurización de circuitos 1. Revisar manuales de instrucción de los equipos 2. Orden de llenado: Circuito de consumo y acumulador Circuito primario 3. Procedimiento de llenado De mezcla anticongelante De agua red 4. Purga completa de los circuitos Verificar correcto posicionamiento de válvulas 5. Presurización de los circuitos Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Llenado con mezcla anticongelante Verificar o recopilar los datos correspondientes a: Temperatura mínima histórica Temperatura de protección del SST (menos 5ºC) Proporción de anticongelante para la protección Volumen del circuito cerrado Preparar la mezcla de agua-anticongelante necesaria: En recipiente independiente y removiendo Según sistema de llenado: Con bomba de presión con recirculación Con bomba de presión sin recirculación: manual o eléctrica Por gravedad Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción Llenado con agua de red Verificar llenado de circuito de consumo Abrir purgadores de aire manuales Abrir válvula de alimentación Una vez que sale agua por los purgadores, cerrarlos Realizar la purga completa de los circuitos Presurización de los circuitos Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Procedimiento de purga completa El proceso de llenado lleva consigo la evacuación de todo el aire y será necesario asegurarse que está completamente llena de fluido y vacía de aire. En función de las formas y trazados de los circuitos puede ser necesario hacer circular el fluido (actuando las bombas de circulación) para que arrastre el aire que pueda quedar en los mismos. Después de unos pocos minutos funcionando, volver a purgar y a llenar. Se debe observar si en la purga se extrae una mezcla de fluido y aire o sólo fluido. Si se extrae sólo fluido dejar presurizado el circuito y listo para funcionar. Si sigue saliendo aire volver a hacer circular el fluido y repetir la operación completa. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Presurización de circuitos Antes de realizar el llenado, se debería comprobar la presión del lado aire del depósito de expansión. Se debe verificar el correcto posicionamiento de todas las válvulas de purga, seguridad, etc. Se presurizará, por los medios disponibles, hasta que se alcance la presión mínima de trabajo establecida. Es conveniente realizar esta operación con todos los circuitos fríos de forma que se asegure la presión mínima de llenado. Si no se hiciera esta operación con los circuitos fríos, se procurará ajustarla en otro momento. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Procedimiento de llenado, purga y presurización Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción Antes de dejar el sistema funcionando en modo automático que será la forma normal de operación se deben realizar: La puesta en marcha con encendido manual La calibración del sistema de control El ajuste de la caudales Las verificaciones finales indicadas Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción PM1 - Operación manual Se procede al encendido de las bombas utilizando la opción manual del controlador o del cuadro eléctrico y se realizarán las comprobaciones indicadas: Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PM2 - Calibración del sistema de control Después de verificar sensores de entrada y señales de salida del controlador se ajustarán todos los parámetros del sistema de control automático. Se comprobará el funcionamiento y actuación de todos los componentes: Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción PM3 - Ajuste de caudales Como paso previo al ajuste de los caudales en circuitos, se debe ajustar, según la velocidad de rotación y la curva característica, la bomba circuladora al caudal de diseño. Conocidos los caudales nominales de cada uno de los ramales se deberá realizar el equilibrado hidráulico de los mismos comprobando el caudal en cada ramal mediante el procedimiento previsto en el proyecto. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PM4 - Verificaciones finales Antes de iniciar las pruebas de funcionamiento y dejar el sistema funcionando en su modo automático de operación se deben realizar las verificaciones finales indicadas. Es conveniente hacer un registro de los datos de la operación inicial del sistema después de que éste se encuentre funcionando en modo automático. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Registro de todos los datos disponibles Número de registro, año, día y hora Indicadores del tiempo meteorológico en el momento. Termómetro en colectores Termómetro en el depósito Termómetros en las bocas del intercambiador Manómetro en el sistema de expansión Registros de caudalímetros y/o contadores de energía Consumos eléctricos, voltajes y amperajes de cada equipo Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Pruebas de funcionamiento Después de que el sistema está en modo automático se procede a realizar las pruebas de funcionamiento para verificar que el sistema opera correctamente bajo las distintas condiciones: Encendido y apagado del sistema de apoyo Evolución diaria de temperaturas: sin/con consumo Entrega de agua caliente Sistemas de protección de la instalación Comprobaciones globales Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF1 - Encendido y apagado diario La prueba dura un día completo, que debe ser soleado; se debe verificar, durante la mañana, que la bomba comienza a funcionar y, durante la tarde, que la bomba se detiene al disminuir el diferencial de temperaturas al valor previsto. Comprobar que, si el día es completamente soleado, la bomba está funcionando en continuo y solamente para si actúa alguna de las protecciones de seguridad. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF2 - Evolución diaria de temperaturas Se realiza primero con el consumo cerrado de forma que no se pueda extraer agua caliente y comprobando la evolución de las distintas temperaturas y que sube la del acumulador a lo largo del día. En otro día distinto, se realizan las pruebas de funcionamiento con consumo y se harán las mismas comprobaciones anteriores evaluando las distintas temperaturas de colectores y del acumulador. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF3 - Entrega de agua caliente Se verifica el correcto posicionamiento de las válvulas de alimentación y consumo de tal modo que cuando se abre cualquier grifo de agua caliente, el agua fluye desde la acumulación solar al de apoyo y de éste al punto de consumo. Para verificar la entrega de agua caliente se miden las temperaturas del circuito de consumo (agua fría, agua caliente solar y salida del sistema de apoyo). Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF3 - Entrega de agua caliente Ejemplo con 2 válvulas (desviadora y mezcladora): Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF4 - Sistemas de protección de la instalación Estas pruebas se pueden realizar de manera natural cuando las condiciones del día son apropiadas o siguiendo alguno de los procedimientos alternativos: modificando la temperatura de consigna del controlador correspondiente o sacando el sensor de su posición normal y modificando su temperatura artificialmente. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

PF5 - Comprobaciones globales Dependiendo de los equipos de medida, además del consumo de agua caliente y la potencia eléctrica, se podría medir y evaluar: Aporte energético de la instalación solar. Para ello se debe disponer de un contador de energía térmica instalado en el circuito de consumo. Rendimiento energético del SST. Para ello sería necesario, además, disponer de la medida de radiación solar realizada mediante piranómetro o célula calibrada. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción La ejecución de la instalación termina con la entrega del SST al usuario comprobando que está de acuerdo con lo previsto. A partir de la recepción la responsabilidad de funcionamiento y conservación pasa al usuario que empieza a utilizarla. El instalador, salvo orden expresa, entrega la instalación llena, en funcionamiento y completamente explicada al usuario. Al realizar la recepción del SST por parte del usuario, y entrega por parte del instalador, ya se deberían estar realizadas todas las pruebas mecánicas, la puesta en marcha, calibración, ajustes y pruebas de funcionamiento. Todos los resultados quedarán reflejados en el acta. Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Recepción de un sistema prefabricado La documentación que debe recibir el usuario en el momento de la recepción sería: Manual del usuario Condiciones de integración Resultados de las pruebas realizadas Condiciones de garantía de equipo e instalación Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Recepción de un sistema a medida La documentación que debe recibir el usuario en el momento de la recepción sería: Memoria Técnica de la instalación Planos y esquemas definitivos Relación de todos los componentes Resultados de las pruebas realizadas Manual de instrucciones: uso, vigilancia y mantención Condiciones de garantía de componentes e instalación Capítulo 8 - Pruebas y puesta en marcha y recepción

Material reproducible CAPÍTULO 9 Operación, uso y mantención PROGRAMA SOLAR ISBN: 978-956-7469-50-5 REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL: 956-7469 Material reproducible Fuente: MINENERGIA/GEF/PNUD/PNUMA, 2013

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Contenidos Operación Información al usuario Plan de vigilancia Formas de operación Procedimiento ante fallas Mantención Tipos de mantención Operaciones de mantención Instrucciones de operación y uso Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Operación normal El SST está diseñado para operar de forma automática sin la intervención del usuario. Como se dispone de sistema auxiliar para garantizar el suministro de ACS es necesario incorporar su funcionamiento en el procedimiento específico. Cada SST debe disponer de un protocolo de funcionamiento que se establecerá: En función de la instalación y su equipamiento En función del usuario y del operador Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Información al usuario Condiciones de funcionamiento Componentes de la instalación Criterios para el mejor aprovechamiento del SST incluyendo filosofía de consumo sostenible de agua caliente: Consumo racional de agua caliente Formas de consumo que ahorran agua y energía La disponibilidad de agua caliente solar El correcto funcionamiento y lo que aportan la energía solar y la auxiliar En general, no hay que cambiar costumbres al usuario, sólo hay que transmitirle la realidad del funcionamiento. Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Ejemplo de información al usuario sobre efectos del consumo Tipo de consumo Bajo Normal Alto Consumo diario (litros/día) 100 200 400 Demanda energía (kWh/año) 1.413 2.628 5.256 Aporte energía solar (kWh/año) 1.173 1.780 2.129 Fracción solar (%) 83% 68% 41 Consumo de energía auxiliar (kWh/año) 240 848 3.127 Bajo Normal Alto Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Plan de vigilancia 1 Procedimiento que permita asegurar que los valores operacionales de la instalación son correctos y que las prestaciones son adecuadas a las previsiones. Se establecen los indicadores de control en función de las características de la instalación, del sistema de medida disponible y del tipo de usuario. Normalmente, el propio usuario es el que desarrolla las actividades previstas en el plan de vigilancia (que no es de mantención). El plan de vigilancia se establece para cada usuario y, aunque puede haber distintos niveles operativos el más habitual es un simple control de funcionamiento. Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Plan de vigilancia 2 En pequeñas instalaciones la vigilancia suele ser una actividad muy sencilla y, aunque algunas operaciones deberían hacerse diariamente, la experiencia demuestra que la periodicidad se puede cambiar a varios días o hasta semanas y meses, cuando se tenga seguridad del correcto funcionamiento. En cualquier caso, cuando se detecte algún problema durante el proceso de vigilancia se deberán aplicar los procedimientos de actuación ante avisos de fallas previstos en los manuales correspondientes hasta encontrar la posible causa y su solución. Se debe disponer de un formato específico para cada usuario e instalación con valores de referencia para el mejor seguimiento. Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Registro de datos para el plan de vigilancia Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Plan de vigilancia 3 Ejemplos de observación simple de condiciones de de funcionamiento: Temperatura del acumulador en días soleados Diferencia de temperaturas entre colectores y acumulador (entre 5 y 20 K). Registro de presiones (invariable) a primera hora de la mañana Verificar circulación por salto de temperaturas en entrada/salida Falla de entrega sí, con evidencia de consumo de agua caliente, hay temperatura elevadas en el acumulador Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Procedimiento ante fallas Si en una actividad del programa de vigilancia se detectan valores fuera de rango determinan una falla. Aunque dependen de cada SST se dan criterios generales Verificar previamente: La certeza de los datos de medida y contrastarlos La correcta alimentación de agua y alimentación eléctrica Las fallas normalmente estarán relacionadas con: Presurización de circuitos Circulación de fluido Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Presurización del circuito primario Si la presión está por debajo del rango establecido, se ha perdido fluido del circuito y pueden haber ocurrido algunas de las siguientes fallas: Se ha actuado de manera descontrolada alguna válvula de vaciado. El circuito tiene alguna fuga y ha dejado de ser estanco. Las válvulas de seguridad han actuado y expulsado fluido al exterior Comprobar y subsanar: La estanqueidad del circuito: detectar fugas y repararlas Las posibles fallas de las válvulas de seguridad: 1) propio de la válvula, 2) del sistema expansión (presión lado aire o membrana), 3) del sistema de llenado Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Circulación de fluido Si la temperatura de colectores es muy superior a la del acumulador, o es elevado el salto de temperaturas en entrada y salida del colector, hay evidencia de que no hay transferencia de calor por falla en la circulación de fluido. Comprobar: Que los circuitos están presurizados (ver falla 1) Que no existen bolsas de aire Que no existen obstrucciones en circuitos Subsanar el problema, llenar, purgar y presurizar Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Capítulo 9 - Operación, uso y mantención Mantención preventiva: Son operaciones de inspección visual (IV), control de funcionamiento (CF) para mantener dentro de límites aceptables las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación. Periodicidad mínima: una revisión anual Mantención correctiva Reparación de componentes Reemplazo de componentes Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Mantención del aislamiento La protección del aislamiento debe garantizar la durabilidad del mismo para un tiempo de vida equivalente al del SST. Soluciones de bajo costo de inversión son muy caras a largo plazo ya que el aislamiento desaparece y las pérdidas térmicas reducen de manera significativa el rendimiento del equipo solar. Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Operaciones de mantención preventiva 1 Capítulo 9 - Operación, uso y mantención

Operaciones de mantención preventiva 2 Capítulo 9 - Operación, uso y mantención