documento 1: memoria · viabilidad econÓmica de una instalaciÓn de e. s. tÉrmica autor: fernando...

VIABILIDAD ECONÓMICA DE UNA INSTALACIÓN DE E. S. TÉRMICA Autor: Fernando Torrico Sáez de Montagut

Documento 1: Memoria Página 1 de 143

DOCUMENTO 1:

MEMORIA



INDICE

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN ......................................... 5

I. 1 El IDAE y el plan de fomento de las EERR.................................................... 6

I. 2 Ordenanzas Municipales.................................................................................. 8

CAPÍTULO II: UBICACIÓN DEL PROYECTO.............................................. 10

II. 1 El término municipal de Coslada ................................................................. 10

II. 2 Descripción de los edificios ......................................................................... 11

II. 2. 1 Pabellón deportivo “El Olivo” ..................................................................................... 11 II. 2. 2 Estadio de Fútbol .......................................................................................................... 14

CAPÍTULO III: PRINCIPIOS BASICOS DE ENERGÍA SOLAR ................. 17

III. 1 Declinación solar ........................................................................................ 17

III. 2 Movimiento del sol respecto a un observador terrestre .............................. 18

III. 3 Irradiación extraterrestre............................................................................. 19

III. 4 Componentes de la irradiación.................................................................... 20

III. 5 Retscreen.net............................................................................................... 22

CAPÍTULO IV: DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS INSTALACIONES DE E.S.T. ....................................................................................................................... 24

IV. 1 Principales usos .......................................................................................... 25

IV. 2 Esquema básico .......................................................................................... 25

IV. 3 Subsistema de captación ............................................................................. 27

IV. 3. 1 Elementos del colector................................................................................................. 28 IV. 3. 2 Tipos de colector.......................................................................................................... 29 IV. 3. 3. Curvas de rendimiento................................................................................................ 31 IV. 3. 4. Pérdidas por orientación e inclinación....................................................................... 32 IV. 3 . 5 Estructura soporte ...................................................................................................... 35

IV. 4 Subsistema de almacenamiento .................................................................. 36

IV. 5 Subsistema de intercambio ......................................................................... 39

IV. 6 Circuito hidráulico ...................................................................................... 41



IV. 6. 1 Retorno invertido ......................................................................................................... 41 IV. 6. 2 Modos de conexión ...................................................................................................... 42 IV. 6. 3 Otros componentes....................................................................................................... 43

IV. 7 Subsistema de apoyo................................................................................... 51

IV. 8 Regulación y control................................................................................... 52

IV. 9 Programa de mantenimiento ....................................................................... 53

CAPITULO V: CÁLCULOS PABELLÓN DEPORTIVO “EL OLIVO” ....... 58

V. 1 Subsistema de captación .............................................................................. 60

V. 1. 1 Inclinación de los captadores........................................................................................ 60 V. 1. 2 Pérdidas por orientación e inclinación......................................................................... 61 V. 1. 3 Cálculo de sombras....................................................................................................... 62 V. 1. 4 Diseño del campo de colectores.................................................................................... 65 V. 1. 5 Conexión de los colectores. Caudal generado .............................................................. 76 V. 1. 6 Estructura de soporte .................................................................................................... 78

V. 2 Subsistema de almacenamiento ................................................................... 80

V. 2. 1 Volumen de acumulación .............................................................................................. 80 V. 2. 2 Esquema de conexión .................................................................................................... 81 V. 2. 3 Elección de modelo ....................................................................................................... 83

V. 3 Subsistema de intercambio........................................................................... 84

V. 3. 1 Intercambiador ACS...................................................................................................... 84 V. 3. 2 Intercambiador climatización ....................................................................................... 85 V. 3. 3 Elección de modelos...................................................................................................... 86

V. 4 Circuito hidráulico ....................................................................................... 87

V. 4. 1 Esquema de principio.................................................................................................... 88 V. 4. 2 Diámetro mínimo de tuberías........................................................................................ 89 V. 4. 3 Pérdidas de carga ......................................................................................................... 91 V. 4. 4. Diseño de bombas ........................................................................................................ 95 V. 4. 5. Aislamiento................................................................................................................... 99 V. 4. 6 Diseño de vasos de expansión y purgadores de aire..................................................... 99 V. 4. 7 Integración con el sistema existente............................................................................ 103 V. 4. 8 Descarga de acumuladores ......................................................................................... 106

V. 5 Sistema de refrigeración............................................................................. 107

V. 5. 1 Principio físico ............................................................................................................ 107 V. 5. 2 Necesidades energéticas ............................................................................................. 110 V. 5. 3 Circuito de refrigeración ............................................................................................ 111 V. 5. 4 Rotártica®................................................................................................................... 112

V. 6 Regulación y control .................................................................................. 114

V. 6. 1 Circuito primario ........................................................................................................ 115 V. 6. 2 Circuito ACS ............................................................................................................... 115 V. 6. 3 Circuito de climatización ............................................................................................ 117 V. 6. 4 Modelo a utilizar ......................................................................................................... 118

CAPITULO VI: PRESUPUESTO...................................................................... 119



CAPITULO VII: ESTUDIO ECONÓMICO.................................................... 122

VII. 1. 1 Cobertura solar ........................................................................................................ 123 VII. 1. 2 Parámetros económicos ........................................................................................... 123 VII. 1. 3 Subvenciones ............................................................................................................ 125 VII. 1. 4 Herramienta de cálculo ............................................................................................ 126

CONCLUSIONES: Pabellón Deportivo. ........................................................... 130

CAPITULO VIII: ESTADIO DE FUTBOL “EL OLIVO”............................. 132

VIII. 1 Necesidades de ACS .............................................................................. 132

VIII. 2 Subsistema de captación y acumulación................................................ 133

VIII. 2. 1 Superficie de captación y volumen de acumulación: .............................................. 133 VIII. 2. 2 Disposición de captadores ...................................................................................... 135

VIII. 3 Subsistema de intercambio..................................................................... 135

VIII. 4 Bombas y circuito hidráulico. ................................................................ 135

VIII. 5 Regulación y control .............................................................................. 136

VIII. 6 Presupuesto ............................................................................................ 136

VIII. 7 Retscreen. Estudio económico. .............................................................. 138

CONCLUSIONES: Estadio de fútbol. ............................................................... 142



CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN Y

MOTIVACIÓN

Cada año el Sol arroja sobre la Tierra cuatro mil veces más energía que la

que se consume. España se ve particularmente favorecida por este hecho respecto al

resto de los países de Europa, dada su privilegiada situación y climatología. La

radiación solar global sobre superficie horizontal en España oscila entre los 3,2

kWh/m2/día de la zona más septentrional del territorio hasta los 5,3 kWh/ m2/día de

la isla de Tenerife. Valores superiores a 5 kWh/ m2/día se pueden alcanzar en gran

parte de Andalucía, Castilla – La Mancha, Extremadura, Murcia, la Comunidad

Valenciana, Ceuta y Melilla. Por tanto, sería muy conveniente intentar aprovechar,

con los medios técnicamente posibles, esta fuente energética que llega hasta

nosotros limpia e inagotable.

Con más de 20 años de experiencia y más de 3.000 instalaciones realizadas,

actualmente la energía solar térmica de baja temperatura ha alcanzado su plena

madurez tecnológica y comercial en España. El principio de funcionamiento es

sencillo, asequible a pequeños fabricantes, y se basa en la captación de la energía

solar mediante un conjunto de colectores por los cuales se hace circular un fluido

caloportador que se transfiere a un sistema de almacenamiento para abastecer el

consumo de agua caliente.



La tecnología actual y las previsiones de evolución a corto plazo están

permitiendo en muchos países, y posibilitarán en España, el vencer la inercia inicial

y generalizar, como algo habitual, el uso de la energía solar térmica de baja

temperatura. Esto permitirá al ciudadano generar fácilmente y con garantías una

fracción sustancial de sus necesidades energéticas y contribuir así a mejorar el

medio ambiente, al tiempo que se satisfacen otros objetivos en términos de

generación de empleo y reducción de la dependencia energética.

I. 1 El IDAE y el plan de fomento de las EERR

El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, IDAE, es una

entidad pública empresarial, adscrita al Ministerio de Industria, Turismo y

Comercio, a través de la Secretaría General de Energía. La misión del IDAE es

promover la eficiencia energética y el uso racional de la energía en España, así

como la diversificación de las fuentes de energía y la promoción de las energías

renovables.

En diciembre de 1999, el IDAE publicó un documento llamado “Plan de

fomento de las energías renovables en España” en el que se recogen los imperativos

más importantes para el desarrollo de las energías renovables, información del

contexto energético actual, la situación de las renovables, objetivos del plan, así

como información detallada de cada una de las áreas (eólica, solar, hidroeléctrica,



biomasa…) y financiación necesaria para la consecución de los objetivos. Este

documento está aprobado en el consejo de ministros y tiene carácter vinculante.

Está basado en el “Libro Verde” europeo. El mencionado plan se desarrolla ante la

necesidad de dar respuesta al compromiso que emana de la Ley 54/1997 del Sector

Eléctrico con el objetivo de lograr que las energías renovables cubran en el año

2010 el 12% del balance energético. Actualmente es del 6%. El plan también está

orientado hacia la reducción de emisión de gases de efecto invernadero. El

Protocolo de Kioto obliga a España a no incrementar sus emisiones de gases de

efecto invernadero por encima del 15% en los años 2008-2012 sobre los niveles de

1990. El ahorro de emisiones de CO2 derivado de la ejecución del Plan se ha

estimado entre 19,5 y 41,5 millones de toneladas en el año 2010, considerando que

las fuentes renovables contempladas en el mismo sustituirán, respectivamente, al

gas natural o al carbón para la generación de electricidad.

La energía solar térmica

A finales de 1998 la superficie de colectores solares de baja temperatura

instalados en España era del orden 341.000 m2, en su mayor parte para la

producción de agua caliente sanitaria (A.C.S.) en el sector doméstico y turístico.

Durante el año 1998 la superficie instalada de colectores solares de baja

temperatura alcanzó los 19.440 m2, lo que supone una importante reactivación del

mercado, que durante los últimos años se encontraba en torno a 10.000 m2.

En el gráfico I.1 se muestra la evolución registrada en los aproximadamente

veinte años de existencia del mercado solar de baja temperatura.



Figura I.1: Evolución de la superficie instalada de energía solar térmica (Fuente: IDAE)

Se ha realizado un estudio de la situación comprobándose que España, con

un ratio de 8,14 m2 de colectores por cada 1.000 habitantes, se encuentra por debajo

de países con unas radiaciones marcadamente inferiores. Sumando todas las

superficies potenciales se obtiene un potencial de instalación de paneles solares de

alrededor de 27 millones de m2. Descontando lo instalado hasta finales de 1998, se

llega a un potencial desarrollable cercano a 26,5 millones m2.

El Plan de Energías Renovables en España, para la energía solar térmica de

baja temperatura, de la que actualmente hay instalados alrededor de 341.000 m2 de

paneles solares, prevé la instalación adicional entre 1999 y 2010 de 4.500.000 m2.

I. 2 Ordenanzas Municipales

El 27 de Marzo de 2003 el Ayuntamiento de Madrid aprobó la ordenanza

sobre captación de energía solar para usos térmicos. Dicha ordenanza tiene como

objeto regular la obligada incorporación de sistemas de captación y utilización de

energía solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria en los edificios y

construcciones situados en Madrid.



Resumiendo dicho documento:

• En caso de edificios de nueva construcción o de remodelación de edificios

ya existentes, se debe instalar un sistema de energía solar térmica que cubra

al menos la demanda del 60% del Agua Caliente Sanitaria. Esta cobertura

variará ligeramente dependiendo del tipo de edificio.

• Dicha instalación debe estar perfectamente integrada arquitectónicamente.

• El máximo de demanda cubierta será del 110% y no se cubrirá el 100% en

más de tres meses

Este documento tuvo cierta polémica por el hecho de estar imponiendo a la fuerza

la instalación de una energía renovable, beneficiosa en todos los sentidos, pero de

obligada ejecución. Sin embargo su publicación ha supuesto uno de los mayores

incentivos en el desarrollo de este tipo de tecnología.

Objetivo del proyecto

El presente proyecto pretende, motivado por el Plan de Fomento de las

Energías Renovables del IDAE y la ordenanza municipal mencionada, la

descripción y el diseño de un sistema de Energía Solar Térmica real. Se trata de

realizar el estudio de viabilidad económica de una instalación de esta tecnología en

el municipio de Coslada, más concretamente en el polideportivo denominado “El

Olivo”, que consta de un pabellón deportivo cubierto y el estadio de fútbol del

equipo municipal. A partir del estudio de las condiciones climáticas de la zona y las

necesidades térmicas de las instalaciones, se proyectará en detalle la instalación:

superficie colectora a instalar, tecnología a emplear y viabilidad económica.



CAPÍTULO II: UBICACIÓN DEL

PROYECTO

II. 1 El término municipal de Coslada

Coslada se encuentra al este de Madrid, a sólo 12 kilómetros de la Puerta del

Sol. Tiene una extensión de 11,7 kilómetros cuadrados y unos 90.000 habitantes.

Aunque es el municipio más densamente poblado de nuestro país, es uno de los

primeros en cuanto a zona verde tratada por habitante.

Figura 2.1 :Ubicación del municipio de Coslada

Está situada en la “gran llanura” de la vega del río Jarama, a cuyo margen

derecho se asienta y sirve de límite al término municipal en su parte norte. De Norte

a Sur por el Este, la recorría el Teatinos, arroyo que nace por encima de Ambroz y

da al Jarama. Hoy es el municipio más cercano a la capital de los incluidos en la



comarca del “Corredor del Henares”. Conforma una sucesión urbana con San

Fernando de Henares, en un cruce de caminos a la salida noreste de Madrid, entre

las autopistas A-2, M-40 y M-45, a escasa distancia del aeropuerto internacional de

Madrid-Barajas, con accesos por ferrocarril y, a partir del año 2007, por la línea 7

de Metro de Madrid. Toda la franja norte de su término municipal está ocupada por

zonas industriales especializadas en la logística y actividades complementarias al

transporte.

Coslada es una ciudad muy concienciada con las energías renovables en los

últimos años. Se han desarrollado numerosos proyectos de centrales fotovoltaicas

en colegios y edificios públicos y su ayuntamiento está muy interesado en la

promoción de proyectos de este tipo.

II. 2 Descripción de los edificios

II. 2. 1 Pabellón deportivo “El Olivo”

El pabellón deportivo El Olivo, situado en las afueras de Coslada, es un

polideportivo sencillo que únicamente consta de una pista cubierta para la práctica

del baloncesto y el fútbol sala con sus respectivos acondicionamientos.



Figura 2.2 :Ubicación

Figura 2.3 : Fachada e interior

La superficie total disponible para la instalación de captadores es de 1526

m2, correspondiente a la cubierta a dos aguas que cubre la pista de baloncesto y las

gradas, y una superficie adicional de 85 m2 correspondiente al techo de una de las

escaleras de acceso a las gradas. La orientación del edificio es buena para la

ubicación de los colectores, ya que el techo a dos aguas está aproximadamente en

dirección N-S, por lo que los rayos del sol incidirán con igual inclinación en ambas

aguas.



Esto simplifica la instalación ya que no serán necesarios ajustes en la

inclinación de los paneles.

La distribución de superficie interior es la siguiente:

Habitación Superficie (m2) Habitación

Superficie (m2)

Escaleras acceso público 1 16,17 Aseos pista 1 2,43 Escaleras acceso público 2 16,17 Aseos pista 2 2,43 Almacén bajo escalera 1 5,33 Aseo minusválidos 2,58 Almacén bajo escalera 2 5,33 Cuarto limpieza 4,01 Aseos públicos 1er Piso 1 11,63 Botiquín 10,7 Aseos públicos 1er Piso 2 11,63 Dirección 15,34 Aseos públicos 2º Piso 1 11,63 Aseo Arbitros 17,13 Aseos públicos 2º Piso 2 11,63 Sala Máquinas 35,42 Vestíbulo público 1er Piso entrada 71,87 Pasillo 71,73 Vestíbulo público 1er Piso trasero 37,27 Sala gimnasia 45,11 Vestíbulo público 2º Piso entrada 54,3 Vestuarios monitores 30,52 Vestíbulo público 2º Piso trasero 54,3 Vestuario equipo A 65,46 Porche trasero 28,17 Vestuario equipo B 65,46 Sala Control 9,33 Duchas equipo A 26,52 Almacén 1 36,38 Duchas equipo B 26,52 Almacén 2 11,73 TOTAL 814,23

Cubierta a dos aguas: 1526 m2

Sup.

Adic.

Superficie no aprovechable

Sup.

no

aprov.

N

Figura 2.4 : Croquis de la planta del pabellón deportivo



Hay que tener en cuenta para cálculos posteriores que la superficie de la

pista cubierta de baloncesto es de 1305 m2.

La instalación a diseñar dará cobertura tanto al ACS como apoyo a la

calefacción. También se diseñará teniendo en cuenta la posible utilización de un

equipo de absorción para la refrigeración en verano.

II. 2. 2 Estadio de Fútbol

El segundo edificio sobre el que se proyectará la instalación solar es el

estadio del equipo municipal de fútbol. Se trata de un graderío de tres pisos cubierto

por una estructura metálica sobre la cual se piensa instalar los colectores. Bajo éste

graderío se encuentran todos los acondicionamientos típicos de una instalación

deportiva tanto para deportistas como espectadores: accesos públicos a las gradas,

vestuarios, aseos, despachos, etc.

Figura 2.5: Ubicación, fachada exterior y detalle de la cubierta metálica



La cubierta está formada por cuatro superficies según su inclinación y

orientación (gráfico II.6) Únicamente las superficies 1, 2 y 3 son útiles para la

instalación de colectores. La superficie 4 está orientada hacia el norte, lo que la

hace no apta para la instalación. La superficie útil total para la instalación de

paneles es de 1755 m2.

La distribución de superficie interior es la siguiente:

PLANTA BAJA PLANTA PRIMERA

Habitación Superficie (m²) Habitación

Superficie (m²)

Entrada 30 Bar 80 Subidas restaurante 50 Restaurante 87,5 Taquillas 0 Aseos restaurante 38,46 Vestíbulo 360 Subida a palco 7,5 Despachos 65 Vestíbulo 417,1 Sala de reuniones 12,1 Cocina 39 Pasillo 111,9 Almacén 74,68 Puesto de Control 54 Aseos Personal 28,26 Aseos 13,86 Cuarto limpieza 32,28 Guardarropa 19 Aseos Mujeres 50,54 Gimnasio 45,6 Aseos Hombres 121,74 Enfermería 27 PLANTA SEGUNDA

Cuarto de Personal 13,8 Habitación Superficie (m²)

Vestuario de Arbitros 37,55 Acceso al palco 48

Figura 2.6: Croquis de planta y alzado de la cubierta del estadio de fútbol “El Olivo”

N

Sup. 1

Sup. 2

Sup. 3

Sup. 4



Vestuario de equipo 1 140,5 Aseos de palco 12,5 Vestuario de equipo 2 140,5 Acceso a terraza 21

Sala de máquinas 19,2 Terraza-Restaurante 161,2

Almacén 19,2 Vestíbulo 496,14 Cuarto de limpieza 3,4 Cuarto de limpieza 11,61

Cabe destacar que el edificio cuenta con espacio para un bar-restaurante

actualmente en desuso. A efectos de cálculos del proyecto, este espacio se

considerará como activo y utilizable con vistas al futuro.



CAPÍTULO III: PRINCIPIOS BASICOS

DE ENERGÍA SOLAR

Como es bien conocido, la tierra gira alrededor del sol en periodos de 365

días. El movimiento de revolución alrededor del sol lleva una trayectoria elíptica en

donde el propio sol es uno de los focos de la elipse. El punto en el que la tierra está

en su distancia mínima al sol de llama “perihelio”, mientras que el punto en el que

está a mayor distancia se llama “afelio”. A continuación se explican las ecuaciones

analíticas que describen el movimiento del sol y en las que se apoya el software

Retscreen que sirve de apoyo en los cálculos del presente proyecto.

III. 1 Declinación solar

El eje de la tierra está inclinado, y esta inclinación es la que produce las

estaciones. Se define la declinación solar δ como el ángulo que forma la línea que

une la tierra y el sol con el plano del ecuador, y viene definido por la ecuación de

Cooper:

)365

284·2(·45.23

nsen

+= πδ

donde n es el número del día (n=1 para el 1 de enero y n=365 para el 31 de

diciembre). Este ángulo varía entre -23,45º (Solsticio de invierno, 21 de Dic) y

23,45º (Solsticio de verano, 21 de Junio). Así, en invierno los rayos del sol llegarán



más "tumbados" y de ahí la sensación de frío, mientras que en verano pasa lo

contrario.

III. 2 Movimiento del sol respecto a un observador terrestre

El sol sale por el Este y se pone por el Oeste aproximadamente. Recorre la

esfera celeste siguiendo una trayectoria ligeramente inclinada hacia la dirección sur

(por eso los colectores solares miran siempre al sur). Para describir esta trayectoria

se usan varios parámetros:

• Altura solar α: Es el ángulo que forma la línea que une al observador y al

sol con el plano de la tierra. Será cero al salir y al ponerse y será máxima

cuando llegue al mediodía solar (punto en el que la proyección del sol sobre

la tierra se encuentra exactamente en la dirección sur) En verano la altura

solar será grande mientras que en invierno será reducida (el sol estará más

“tumbado”)

Figura 3.1: Trayectoria de la tierra alrededor del sol. Declinación solar según estaciones



• Azimut ψ: Angulo que forma la proyección del sol sobre la tierra con la

dirección sur. Será cero cuando pase por la dirección sur, negativo por la

mañana y positivo por las tardes. Se divide en horas solares de 15º cada una.

Hora de puesta de sol ϖϖϖϖs

Es el ángulo solar en el momento que el sol se pone. Viene dado por la

ecuación:

δφϖ tantans ·cos −=

donde φ es la latitud del lugar.

III. 3 Irradiación extraterrestre

La radiación solar que llega de fuera de la atmósfera se llama radiación

extraterrestre, H0, y viene dada por la ecuación:

Figura 3.2: Parámetros que describen la trayectoria del sol.



)····cos))(cos365

2·cos(033.01·(·86400

0 δφϖϖδφππ

sensensennG

H ss

sc ++=

donde Gsc es la constante solar, que vale 1,367 W/m2.

No toda la irradiación extraterrestre llega a la superficie de la tierra, parte de ella

queda absorbida por las nubes y la polución del ambiente. La fracción de energía

absorbida queda definida mediante el índice de claridad medio mensual, KT, que se

define como 0H

HKT = , donde H es la irradiación media mensual sobre una

superficie horizontal y H0 es la irradiación extraterrestre. Su valor depende del lugar

y la época del año.

Mes Kt Enero 0,46 Febrero 0,55 Marzo 0,51 Abril 0,55 Mayo 0,52 Junio 0,54 Julio 0,61 Agosto 0,61 Septiembre 0,55 Octubre 0,49 Noviembre 0,45 Diciembre 0,44

III. 4 Componentes de la irradiación

De toda la energía que irradia el sol, parte llega como radiación directa, que

son los rayos de sol que producen sombras definidas, parte como radiación

Figura 3.3: Indice de claridad en Madrid según el mes. (Fuente: IIT)



difusa, que es la que viene de diversas direcciones, producto de la desviación de la

radiación directa por las nubes, y la radiación reflejada o de albedo, consecuencia

del reflejo en el suelo.

Este efecto queda modelado según el algoritmo de Liu y Jordan para

radiación difusa, que relaciona la radiación mensual media difusa y la reflejada

sobre una superficie inclinada:

−+

+=2

cos1··

2

cos1 βρβgdT HHH

donde:

HT: Radiación reflejada.

Hd : Radiación media mensual difusa.

β : Inclinación de los colectores en grados.

ρg : Factor de reflectancia del suelo. Su valor suele estar en torno a 0,2.

Para el cálculo de la radiación difusa se usan las siguientes correlaciones en función

del coeficiente de claridad:

Figura 3.4: Descomposición de la radiación solar en directa, difusa y de albedo



• Para ϖs < 81,4º:

32 137.2189.4560.3391.1 TTT

d KKKH

H−+−=

• Para ϖs > 81.4º:

32 821.1427.3022.3311.1 TTT

d KKKH

H−+−=

III. 5 Retscreen.net

Toda esta formulación está integrada en un programa desarrollado por el

gobierno de Canadá. “Retscreen®”(www.retscreen.net) es un software basado en

Excel desarrollado por el Centro Tecnológico de CANMET en Varennes (Canadá),

especializado en energías renovables. El programa consiste en unos modelos sobre

Excel que predicen el comportamiento de cualquier tipo de instalación de energía

renovable a partir de datos históricos y ecuaciones analíticas.

Figura 3.5: Aspecto de la salida de datos por pantalla del software Retscreen



Es de especial utilidad para calcular datos de irradiación solar sobre planos

horizontal e inclinado en cualquier parte del mundo. Los grados de libertad son la

latitud y la inclinación de los colectores.

Month

Monthly average daily radiation on horizontal

surface (kWh/m²/d)

Monthly average

temperature

(°C)

Monthly average relative humidity

(%)

Monthly average

wind speed

(m/s) January 1,73 6,1 79,0 2,6

February 2,63 7,5 73,0 2,6 March 4,15 10,0 68,0 2,8 April 5,45 12,2 64,0 3,1 May 6,17 16,0 61,0 2,7 June 6,69 20,7 54,0 2,7 July 7,22 24,4 46,0 2,9

August 6,49 23,9 49,0 2,9 September 4,80 20,5 59,0 2,5

October 3,16 14,8 70,0 2,4 November 1,99 9,4 75,0 2,3 December 1,77 6,4 78,0 2,5

Figura 3.6: Irradiación sobre superficie horizontal, temperatura media, humedad relativa y velocidad del viento. Datos facilitados por Retscreen para

el municipio de Coslada (latitud 40,42 º N)



CAPÍTULO IV: DESCRIPCIÓN

GENERAL DE LAS INSTALACIONES

DE E.S.T.

La energía solar térmica de baja temperatura consiste en el aprovechamiento

de la radiación proveniente del sol para el calentamiento de un fluido a temperaturas

normalmente inferiores a 90ºC. Esto se lleva a cabo con los llamados captadores

solares que se aprovechan de las cualidades de absorción de la radiación y

transmisión de calor de algunos materiales, y del efecto invernadero que se produce

Figura 4.1: Ejemplos de diferentes instalaciones de Energía Solar Térmica con tecnología de tubo de vacío.



cuando otro material es transparente a la radiación de onda corta del sol y opaco a la

radiación de onda larga que emiten los cuerpos que están calientes

IV. 1 Principales usos

El aprovechamiento de la Energía Solar Térmica de baja temperatura tiene

tres aplicaciones fundamentales:

a) Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS): Es la más extendida de todas,

por ser la que mejor se adapta a las características de la Energía Solar,

debido a que los niveles de temperatura a alcanzar no son elevados (de 40ºC

a 50ºC) y que su utilización abarca los doce meses del año.

b) Climatización de piscinas: Al igual que en la producción de agua caliente, la

temperatura a lograr coincide con la más apropiada para una buena eficacia

del colector, pero en cambio su uso suele ser estacional

c) Calefacción: Apoyo a sistemas de calefacción. Suelen ser equipos de fan-

coils, suelo radiante o bombas de calor.

IV. 2 Esquema básico

Figura 4.2: Esquema de una instalación de E.S.T.



Una instalación solar térmica está constituida por:

• Sistema de captación. Formado por uno o varios colectores que transforman la

radiación solar incidente en energía térmica, que es transferida al fluido de

trabajo contenido en su interior.

• Sistema de acumulación. Constituido por uno o varios depósitos que

almacenan el agua caliente hasta que se precise su uso. En el caso del

calentamiento de agua de piscinas, el sistema de acumulación es el propio vaso

de la piscina.

• Sistema de intercambio. Realiza la transferencia de la energía térmica captada

desde el circuito de colectores, o circuito primario, al circuito secundario, o de

acumulación.

• Sistema hidráulico. Constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que se

encarga de conducir el movimiento del fluido caliente desde el sistema de

captación hasta el sistema de acumulación y desde éste a la red de consumo.

• Sistema de regulación y control. Es el responsable de asegurar el correcto

funcionamiento del equipo, para proporcionar un adecuado servicio de agua

caliente y aprovechar la máxima energía solar térmica posible. Por otro lado,

puede incorporar distintos elementos de protección eléctrica de los componentes

de la instalación.

• Sistema de energía auxiliar. Se utiliza para complementar el aporte solar

suministrando la energía necesaria para cubrir la demanda prevista,



garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en los casos de

escasa radiación solar o consumo superior al previsto.

IV. 3 Subsistema de captación

Es la parte más importante de la instalación. Su parte fundamental es el

colector o captador solar. Su funcionamiento es muy sencillo: la radiación solar

llega al captador en forma de radiación directa y radiación difusa, parte de esta

energía se pierde al reflejarse sobre la cubierta del colector, la mayor parte se pierde

por convección dentro y fuera del colector y otra parte pequeña por radiación de las

superficies y conducción a través de la carcasa.

La esencia de todo colector solar es maximizar la absorción de radiación

mediante la aplicación de capas selectivas, como se explicará más adelante, y

minimizar las pérdidas térmicas, sobre todo la de convección, por medio de

cubiertas y aislantes.

Figura 4.3: Balance energético en un captador solar



IV. 3. 1 Elementos del colector

Las partes fundamentales son la cubierta de vidrio, las tuberías de

circulación interior, la superficie absorbente y la carcasa aislante. Estos

componentes varían mucho y pueden estar dispuestos en infinidad de

configuraciones diferentes, pero el principio físico es el mismo en todas.

La cubierta de cristal se utiliza para reducir las pérdidas energéticas debidas

a la emisión de radiación infrarroja cuando se incrementa la temperatura de la placa

absorbente, facilitando el efecto invernadero, y por otra parte para proteger la placa

absorbente de la intemperie y evitar sus pérdidas por convección a causa de la

acción del viento. Las tuberías de circulación interior suelen estar en forma de

parrilla o serpentín. Según el tipo de captador variará la configuración de estos

tubos. La finalidad es captar la radiación solar y transmitirla, en forma de energía

térmica, al fluido que circula en su interior, que suele ser agua mezclada con glicol

para favorecer las propiedades térmicas. La placa absorbedora es el elemento

principal del colector, pues es la responsable de la capacidad de captación de

energía térmica, que posteriormente será transferida a las tuberías de circulación.

Figura IV.4: Esquema de un captador solar



Recibe una serie de tratamientos para aumentar la absorción de radiación solar. Los

más empleados son el tratamiento a base de óxido de titanio y cromo negro. El

aislamiento evita la cesión de calor desde el interior del colector al exterior.

IV. 3. 2 Tipos de colector

Existen varios tipos de colectores, pero los más utilizados son los de placa

plana y los de tubo de vacío:

• Colector de placa plana:

Este tipo de colector es el más tradicional y su configuración sigue el

esquema antes descrito.

Gran parte de la energía se evita que se pierda debido al vidrio (efecto

invernadero). Generalmente se usan para aplicaciones de temperatura moderada

(agua caliente sanitaria a nivel doméstico, climatización de baja temperatura tipo

suelo radiante o incluso piscinas cubiertas)

En estos captadores se coloca una

placa colectora (a la que

generalmente se han aplicado capas

para mejorar la absorción) en un

espacio situado entre una o dos capas

de vidrio y un aislamiento posterior.

Figura IV.5: Colector de placa plana



• Colector de tubo de vacío:

Esta tecnología es más sofisticada que la del colector de placa plana. Su

esencia reside en la disminución de las pérdidas por convección mediante el

aislamiento de las placas absorbedoras en tubos al vacío. Además éstas recubiertas

con óxido de titanio que favorece la absorción.

El principio de funcionamiento es el siguiente: El colector está formado por

varias capas absorbedoras, cada una de ellas dentro de un tubo de vidrio al que se le

ha hecho el vacío. Esto reduce casi a cero las pérdidas por convección. Cada placa

colectora está equipada con una pequeña tubería coaxial de intercambio de calor por

el que circula el fluido caloportador. La energía se transmite de la placa a la tubería

por conducción. El fluido caloportador se calienta al descender por la parte externa

del tubo, luego asciende por la interna con el fluido calentado.

Esta tecnología presenta un inconveniente que es lo complicado de su

montaje y su elevado precio. Sin embargo tiene unas características térmicas

Figura 4.6: Esquema de un colector de tubos de vacío.



inigualables, la temperatura de salida del agua ronda los 90ºC, lo cual los hace

idóneos para el apoyo a calefacción. Además no es necesario inclinar el captador

entero, si no que se pueden inclinar los tubos por separado.

IV. 3. 3. Curvas de rendimiento

El rendimiento del colector solar en cualquier circunstancia de operación se

calcula mediante la curva de rendimiento estacionario del colector. Esta curva se

establece en base a unos tests realizados a los colectores, que establecen la

eficiencia del mismo en base a la relación establecida entre la diferencia de

temperatura y la intensidad solar. Al realizar el ensayo se obtiene una nube de

puntos que se ajusta por curvas cuadráticas, referenciadas a la diferencia de

temperaturas entre la temperatura media del colector y el ambiente.

El ajuste cuadrático en función de la temperatura media en el colector es:

( )I

TambTm

I

TambTm2

210 ··−−−−= ααηη

η = Rendimiento del colector

η0 = Rendimiento óptico del colector (dado por fabricante)

α1= Coeficiente de transferencia de calor lineal. (W/m2·K) (fabricante)



α2= Coeficiente de transferencia de calor cuadrático. (W/m2·K2)

(fabricante)

Tm = Temperatura media del fluido caloportador (K)

I = Intensidad solar sobre superficie del captador (W/m2)

IV. 3. 4. Pérdidas por orientación e inclinación

El pliego de condiciones técnicas del IDAE establece unos límites en la

inclinación de los captadores (β) en función de la desviación respecto al sur (α).

Estos límites quedan definidos en la figura siguiente:

β

O

S

E

N

α Inclinación

Desviación respecto al sur (acimut)



Se procederá de la siguiente manera:

• El IDAE propone unas pérdidas máximas admisibles según el tipo de

instalación:

Instalación Pérdidas

General 10 %

Superposición 20%

Integración arquitectónica

40%

Superposición se refiere al caso en el que los colectores quedan paralelos a la

cubierta, sin llegar a estar en posición horizontal. Integración arquitectónica se

refiere al caso en el que los colectores cumplen una función energética y

arquitectónica, al sustituir a elementos constructivos convencionales.

Figura 4.7: Diagrama para el cálculo de inclinación máxima de los colectores según su ángulo de Azimut.



El caso del polideportivo se trata del general y el del estadio dependerá del

espacio disponible. En principio se tomarán unas pérdidas máximas admisibles

para ambos casos del 10%

• Una vez fijadas las pérdidas, queda delimitada una cierta área dentro del

diagrama. Conocida la orientación de los captadores hacia el sur, se trazará una

línea en el gráfico anterior y los puntos que crucen el área antes mencionada

definirán el ángulo máximo y mínimo de inclinación de los captadores.

Separación de paneles:

Los soportes de los captadores se diseñan de tal forma que en el día más

desfavorable (21 de diciembre), la sombra de una hilera llegue tan solo a la base de

la siguiente hilera:

h0 = altura solar el 21 de diciembre (26,3º)

d1 = distancia entre colectores.

α = inclinación colector.

l = longitud colector.

l

α h0

d1

Figura 4.8: Separación de colectores en función del ángulo de inclinación.



Debido a esto, al inclinar los colectores para mejorar la captación se incurre

en un considerable aumento de la superficie a instalar. Dado el limitado espacio se

recurrirá a otro tipo de solución: los colectores de tubo de vacío están compuestos

de varios tubos individuales, éstos pueden girar cierto ángulo según el fabricante.

Inclinando los tubos por separado se consigue eliminar la necesidad de inclinar el

captador entero con el consiguiente ahorro de espacio. Los colectores irán planos y

los tubos inclinados:

Existe un ángulo máximo de giro de tubo dado por el fabricante en torno a

25º. Si se sobrepasa ese valor, la superficie captadora de un tubo proyectará sombra

sobre el siguiente. Posteriormente, al realizar la elección del modelo, se estudiará

este ángulo.

IV. 3 . 5 Estructura soporte

Las estructuras soporte son los elementos encargados de proveer sostén y

rigidez al campo de captadores solares. La estructura deberá soportar los valores

d

αº

Figura 4.9: Angulo α de inclinación máxima de los tubos de vacío.



máximos de la carga de nieve y de la velocidad media del viento en la zona donde

vayan a ser instalada, de acuerdo a la norma ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4.

El diseño y construcción de la estructura soporte y del sistema de fijación de

los captadores térmicos permitirá las dilataciones térmicas que sean necesarias, de

forma que no se transmitan cargas que puedan afectar a la integridad de los

colectores o al circuito hidráulico.

Los puntos de sujeción del captador serán suficientes en número, con un

área de apoyo y una posición relativa adecuadas, para que tengan lugar flexiones a

las máximas autorizadas por el fabricante.

Al tratarse de elementos situados a la intemperie, deben estar construidas de

forma que sean capaces de soportar la corrosión ambiental. El material más

empleado es el acero galvanizado, en caliente, de 200 micras de espesor. Los

elementos de fijación de los colectores y los elementos de la propia estructura no

deben arrojar sombra sobre los colectores.

IV. 4 Subsistema de almacenamiento

Figura 4.10: Diferentes tipos de

acumuladores de ACS (Viessmann)

El sistema de acumulación es el encargado de

almacenar el calor transferido desde los

colectores térmicos. Hay diversos parámetros

que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar

el depósito de la instalación, los más importantes

son el material y el volumen de acumulación.



Este se determinará a partir de un porcentaje de las necesidades diarias de

cada instalación. Los depósitos de acumulación son del mismo tipo que los

utilizados para producción de agua caliente sanitaria en sistemas convencionales.

En base a la normativa IDAE, podrán emplearse acumuladores de las características

y tratamiento descritos a continuación:

• Acumuladores de acero vitrificado de volumen inferior a

1.000 litros.

• Acumuladores de acero con tratamiento epoxídico.

• Acumuladores de acero inoxidable.

• Acumuladores de cobre.

• Acumuladores no metálicos que soporten la temperatura máxima del

circuito, cumplan las normas UNE que le sean de aplicación y esté

autorizada su utilización por las compañías de suministro de agua potable.

• Acumuladores de acero negro (sólo en circuitos cerrados,

sin agua de consumo)

• La utilización de acumuladores de hormigón requerirá la presentación de un

proyecto firmado por un técnico competente.

Hay que tener en cuenta que la temperatura del agua será del orden de 90ºC.

Además el volumen de acumulación será elevado dadas las características de la

instalación, como se verá más adelante. Esto indica que en principio el mejor

material será el acero inoxidable, por su capacidad de aguantar altas temperaturas.

Prevención contra la legionelosis



Algunas condiciones ambientales favorecen el desarrollo de bacterias tales

como la legionella pneumofilla, que provoca la legionelosis o enfermedad del

legionario. Este nombre le viene dado por una epidemia de neumonía en el año 76,

en Filadelfia, tras la reunión anual que celebraba la Legión americana.

Estas bacterias se reproducen muy rápidamente dentro del agua tibia (entre

20 y 45 ºC) y alcanza su óptimo ciclo activo alrededor de 37 ºC. El microorganismo

queda en letargo a temperaturas muy bajas y vuelve a multiplicarse en condiciones

de temperatura más favorables. A temperaturas superiores a 70 ºC la bacteria muere.

La legionella pneumóphila es una bacteria inocua al consumo humano por ingestión,

pero de graves consecuencias cuando es inhalada en forma de aerosol, por ejemplo

en los vapores de la ducha o el baño.

En España, la normativa ISO 100-030-94 describe los principales criterios

para la prevención de la contaminación de ciertas instalaciones y equipos respecto a

la legionella, incluyendo instalaciones de agua sanitaria. Esta normativa impone,

entre otras cosas, que el sistema de calentamiento sea capaz de llevar la temperatura

del agua hasta 70°C de forma periódica para su pasteurización, cuando sea

necesario, y evitar la legionella. En conclusión, para evitar la propagación de estas

bacterias, y en cumplimiento del Real Decreto 865/2003, se exige que:

• Los equipos de acumulación deben cumplir con la condición de accesibilidad

para limpieza, desinfección y toma de muestras. La instalación deberá

garantizar la total estanqueidad y la correcta circulación del agua, evitando

retornos no deseados.



• Mantener la temperatura del agua, en el circuito de agua caliente, por encima de

50°C en el punto más alejado o en la tubería de retorno al acumulador, debiendo

permitir la instalación que el agua alcance los 70 °C.

Puesto que en las instalaciones objeto de este proyecto la acumulación se produce

por encima de los 70ºC (del orden de los 90ºC), no habrá que preocuparse por la

legionella.

IV. 5 Subsistema de intercambio

Figura 4.12 : Intercambiador

de placas

El sistema de intercambio posibilita la

transferencia de calor entre el circuito

primario o circuito de colectores y el

circuito secundario o de consumo. Los

materiales del intercambiador de calor

resistirán la temperatura máxima de trabajo

del circuito primario y serán compatibles

Figura 4.11 : Ciclo de la legionella pneumophilla.



con el fluido de trabajo. Los intercambiadores de calor usados en instalaciones

solares térmicas se pueden clasificar, principalmente, en dos tipos:

• Intercambiadores internos

• Intercambiadores externos

Los intercambiadores internos están incorporados en el interior del propio

depósito de acumulación. Los más usados son los intercambiadores de serpentín y

los de doble envolvente. Los de serpentín consisten un tubo enrollado en forma de

espiral sumergido en el interior del depósito de acumulación, por cuyo interior

circula el fluido de trabajo. A través de la pared del tubo se transfiere el calor al

fluido de consumo que lo envuelve exteriormente. Este tipo de intercambiadores se

suele usar en instalaciones pequeñas y medianas. En el intercambiador de doble

envolvente aparte de la chapa de acero que da forma exteriormente a todo el

depósito de acumulación, existe un tipo de depósito que lleva una segunda chapa

en el interior separada unos centímetros de la primera; esa doble chapa, que

funciona como intercambiador de calor, es lo que se denomina doble envolvente.

Se suele usar este tipo de intercambiadores en pequeñas instalaciones y en

equipos solares domésticos.

Los intercambiadores externos son aquellos que se instalan independiente y

externamente a los depósitos de acumulación. Por tanto, necesitan dos circuitos,

con sus correspondientes bombas de circulación, para transferir el calor del circuito

primario al circuito secundario. Este tipo de intercambiadores se denominan

intercambiadores exteriores de placas. Sus principales ventajas son: el



mantenimiento es más sencillo, admite ciertas ampliaciones y correcciones en la

instalación variando el número de placas, el material es de alta calidad y

durabilidad, y tienen un alto rendimiento. Son los más utilizados en instalaciones de

gran tamaño como la del presente proyecto.

IV. 6 Circuito hidráulico

Para el buen funcionamiento de una instalación solar térmica debemos

diseñar convenientemente el trazado de las conducciones hidráulicas desde el

sistema de captación hasta el sistema de acumulación. El circuito hidráulico es una

parte importante en toda instalación solar térmica, comprende desde la conexión de

los colectores a la disposición y conexión de todas las tuberías, incluyendo también

la elección y diseño de las protecciones anticongelantes, bombas de circulación,

aislamientos, válvulas de expansión y purga de aire.

Debe diseñarse un circuito hidráulico de por sí equilibrado, es decir, el

recorrido hidráulico que se realiza por cada uno de los colectores o baterías de

colectores debe ser igual para todos. Si el recorrido hidráulico es igual, las pérdidas

de carga también, y en consecuencia el caudal que pasa por cada colector, de modo

que se asegure un salto de temperatura homogéneo en todo el campo de colectores.

IV. 6. 1 Retorno invertido

Al plantearse el diseño de un circuito hidráulico equilibrado hay que recurrir,

siempre que sea técnica y económicamente viable, a la técnica del retorno invertido.

Tal y como podemos ver en la figura, se lleva la conducción del fluido frío al



colector más lejano y a partir de ahí distribuimos el fluido a todos los colectores

por la parte baja de estos.

La recogida del fluido caliente se realiza por la parte superior opuesta a la

conexión de entrada, y en orden contrario a como distribuíamos, es decir, el

colector que alimentábamos el último es ahora del que recogemos primero el fluido

caliente y viceversa. Siempre que sea posible, el montaje en retorno invertido se

realizará de forma que la parte más corta del circuito primario corresponda a los

tramos de la salida caliente de los colectores, disminuyendo de este modo las pér-

didas de calor.

IV. 6. 2 Modos de conexión

Existen varias configuraciones posibles a la hora de conectar los colectores

entre sí.

Salida Agua Caliente

Entrada Agua Fría

Figura 4.13 : Esquema de instalación de colectores mediante retorno invertido



A la hora de diseñar cada instalación en particular se decidirá una u otra

configuración en función del caudal generado y el espacio disponible.

IV. 6. 3 Otros componentes

Para el diseño del circuito hidráulico deben tenerse en cuenta las acciones a

las que va a estar sometido el mismo, y las condiciones más desfavorables que se

pueden presentar para, una vez definido el tipo de fluido de trabajo que se va a

utilizar, determinar el resto de componentes necesarios y materiales más adecuados.

Fluido Caloportador:

En las instalaciones solares térmicas se suele utilizar como fluido de

trabajo el agua o el agua con aditivos (anticongelantes). Tiene una viscosidad baja,

no es inflamable ni tóxico, y además es fácil de localizar en cualquier sitio a un

precio económico. El fluido utilizado típicamente en este tipo de colectores,

propilenglicol al 30%, que cumple las siguientes propiedades:

Figura IV.14: Conexión de colectores: a) en serie, b) en paralelo, c) en serie-paralelo



Protección contra el frío Hasta -28ºC

Densidad a 20ºC 1,033 g/cm3

Viscosidad 5 mm2/s

pH De 9 a 10,5

MES Temp. Media

Temp. Mínima media

ENE 5.4 0.3

FEB 7.2 1.5

MAR 9.8 3.2

ABR 11.7 5.4

MAY 15.6 8.8

JUN 20.7 13.0

JUL 24.5 16.1

AGO 24.2 16.0

SEP 20.2 12.7

OCT 14.4 8.3

NOV 9.2 3.8

DIC 6.4 1.8

AÑO 14.1 7.6

Bombas de circulación:

dos bombas idénticas en paralelo, una de reserva, tanto en el circuito primario

como en el secundario, debiendo estar previsto el funcionamiento alternativo de

Las bombas de circulación se utilizan para producir el

movimiento del fluido entre los colectores y el depósito de

acumulación. Las bombas se caracterizan por las

condiciones de funcionamiento: para un determinado fluido

de trabajo, por el caudal volumétrico y la altura de

impulsión o manométrica. En instalaciones superiores a 50

m2, como la del presente proyecto, se podrán montar Figura 4.15 : Bomba

de circulación

Del Instituto Nacional de

Meteorología se extrae el histórico de

temperaturas para el municipio de

Coslada en el periodo 1971-2000 para

comprobar la idoneidad de la

protección contra el frío.



las mismas, de forma manual o automática.

Tuberías y Aislamiento:

Las tuberías, depósitos de acumulación y accesorios hidráulicos de una

instalación solar térmica durante el funcionamiento mantienen temperaturas

superiores al ambiente, perdiendo calor por conducción a través de las uniones del

sistema a tierra y por convección y radiación al ambiente. Las pérdidas por

radiación son, en general, pequeñas y las de convección las más importantes. Las

pérdidas de calor son causa importante de reducción del rendimiento y obligan a

aislar el sistema con el fin de minimizarlas. Los aislamientos se dimensionarán

para cada caso específico de acuerdo al RITE.

De acuerdo con la normativa vigente, a continuación se indican las

características que debe tener el aislamiento en función del elemento que se aísle:

• Los aislamientos térmicos de las instalaciones solares tendrán, como

mínimo los espesores equivalentes a los indicados a continuación para un

material con coeficiente de conductividad térmica 0.04 W/m·ºC a 20ºC

• El aislamiento de los depósitos de acumulación mínimo será de 50 mm

• El espesor de aislamiento mínimo para el intercambiador de calor no será

inferior a 20 mm

• Los espesores de aislamiento (expresados en mm) de tuberías y accesorios

situados al interior no serán inferiores a los siguientes valores:



Diámetro exterior Temperatura del fluido (ºC) (mm) 40 a 65 66 a 100 101 a 150 151 a 200 D≤35 20 mm 20 mm 30 mm 40 mm 35<D≤60 20 30 40 40 60<D≤90 30 30 40 50 90<D≤140 30 40 50 50 140<D 30 40 50 60

Expansión y seguridad:

que asegure que no se introduzca aire en el circuito primario.

El vaso de expansión es un recipiente cerrado, formado por dos

semicuerpos fabricados por embutición y soldados entre sí. En el semicuerpo

inferior hay una válvula para controlar la presión en el interior del vaso. La

membrana interior que separa el aire y el líquido suele ser de caucho sintético de

alta calidad. Al expansionarse el líquido, penetra más y más en el vaso,

comprimiendo la bolsa de aire del otro lado de la membrana, haciendo que

aumente la presión hasta el valor tolerado por los cálculos. Si se alcanza esa

presión (presión de tarado de la válvula de seguridad), expulsa fluido al exterior,

con la consiguiente disminución de presión dentro del circuito. Cuando el líquido

se enfría, el aire vuelve a expandirse. Los parámetros que definen estos accesorios

son pues el volumen del vaso y la presión de tarado de su válvula de seguridad.

Para absorber la dilatación del agua en el circuito

primario se emplean vasos de expansión de tipo

membrana elástica presurizados por nitrógeno o

aire.

Estos vasos de expansión se conectarán en la

aspiración de la bomba o, en otro caso, a una altura

Figura 4.16 : Vaso de expansión cerrado



Lo habitual es colocarlas en cada una de las baterías de colectores.

Purga de aire:

c) Montar las bombas en tramos verticales, de forma que se impida la formación

de bolsas de aire en el interior de las mismas.

d) No bajar la velocidad de circulación de tuberías de 0,6 m/s.

Los elementos más empleados para eliminar el aire contenido en el interior

de las instalaciones son los purgadores automáticos de boya, aunque también se

pueden emplear purgadores manuales y desaireadores. También existe una medida

a la hora de impedir la formación de bolsas de aire que es montar todos los

conductos con una inclinación del 1% para favorecer el movimiento de las bolsas

de aire hacia las zonas elevadas. Los gases acumulados en el fluido se concentran

en el botellín desaireador mediante un dispositivo centrífugo: a su paso, el fluido

queda en los bordes del desaireador, mientras que el aire disuelto queda en el

Debe prestarse especial atención a impedir la

formación de bolsas de aire atrapadas en el circuito que

impidan la circulación, instalando sistemas de purga

formados por un botellín de desaireación y un purgador

manual o automático. Habrá que considerar en el

diseño de la instalación:

a) Evitar la formación de sifones.

b) Situar los purgadores de aire en las zonas altas. Figura 4.17 : Purgador de aire



centro y se dirige a la parte superior, donde está el purgador automático que lo

desaloja. Según el IDAE, se montará un purgador por batería de colectores, cada

uno con un volumen de botellín desaireador de 15 cm3 por m2 de colector.

Valvulería y accesorios:

Es parte fundamental en toda instalación de energía solar térmica las

válvulas utilizadas y los equipos de medida, de caudal, presión y temperatura que

se utilizarán. Las válvulas se diseñarán de acuerdo con la función que desempeñan

y las condiciones extremas de funcionamiento (presión y temperatura), en función

de la misión a desempeñar:

Función Tipo de válvula Aislamiento Esfera Equilibrado Asiento Vaciado Esfera/Macho Llenado Esfera Purga de aire Esfera/Macho Seguridad Resorte Retención Disco doble compuerta/

Claveta/Especiales

Los elementos de medida que incorpora una instalación proporcionan la

información suficiente para que el usuario e instalador conozcan el estado de

funcionamiento de la instalación. Los más utilizados son:

• Manómetros: miden la presión del circuito cerrado para verificar el llenado

del circuito o el funcionamiento del sistema de expansión. Se colocarán en

paralelo a las bombas para medir la altura manométrica real que éstas

deben superar.

• Termómetros para medir temperaturas en puntos determinados del circuito



como las entradas y salidas de los intercambiadores o también en los

acumuladores.

Los accesorios necesarios para cada elemento de la instalación en general serán

los siguientes:

BATERIA DE COLECTORES:

BOMBAS:

Dependerá del modelo elegido en cada caso, pero en general las bombas irán

equipadas con los siguientes accesorios:

Cada batería de colectores irá equipada con los

siguientes elementos básicos:

• 2 Válvulas de corte para aislarla en caso de

avería.

• 1 Válvula de seguridad tarada a la presión

máxima del colector.

• 1 Purgador de aire.

• 1 grifo de vaciado.



INTERCAMBIADORES:

ACUMULADORES:

Los acumuladores se fabrican en muchas configuraciones y modelos, pero en

general irán equipados con:

M

• 2 Válvulas de corte.

• 2 Válvulas antiretorno + manómetro.

• 1 Válvula antiretorno a la salida.

• 1 Vaso de expansión + válvula de seguridad

tarada según el diseño del vaso.

• 4 Válvulas de corte.

• 4 Termómetros.

A.F.R.

• Hasta 4 vías de entrada/salida de

agua caliente con válvula de paso

cada una. Podrán estar en uso o

no.

• Válvula de seguridad + manóm.

• Grifo de vaciado.

• Entrada de agua fría de red o de

retorno de circuito de

refrigeración.



IV. 7 Subsistema de apoyo

Como consecuencia de la búsqueda de una optimización en el dimensionado

del sistema de energía solar térmica, tanto en lo que se refiere a consideraciones

técnicas como económicas, nunca se deberá llegar a una instalación que sea capaz

de cubrir el 100% de la demanda los 365 días del año. Por ello se debe diseñar un

sistema global que cuente con un subsistema de apoyo, diseñado para poder cubrir

el exceso de demanda que se produzca sobre la propia capacidad de producción

desde la parte solar térmica.

De este modo, partiendo de una instalación tipo, formada por un conjunto de

colectores que captan la radiación solar que incida sobre su superficie y la

transforman en energía térmica, que es transferida a continuación a un depósito

acumulador de agua caliente, existirá un equipo convencional de apoyo o auxiliar,

cuya potencia térmica debe ser suficiente para que pueda proporcionar la energía

necesaria para la producción total de agua caliente.

Lo normal en este tipo de proyectos es calcular todo el sistema de

abastecimiento de ACS y apoyo a calefacción, tanto solar como convencional, antes

de la construcción del edificio a climatizar. Sin embargo en este caso, existe un

sistema de climatización con calderas instalado previo a la instalación del solar, y

calculado para satisfacer el 100% de la demanda térmica. La intención del presente

proyecto es la construcción de una instalación de E. S. T. para reducir el consumo

de combustible convencional por parte de la instalación de calderas ya existente y

estudiar la viabilidad económica de este ahorro. Por lo tanto una parte importante



del proyecto será la integración del sistema solar dentro del sistema convencional

ya existente. Se estudiará para cada una de las dos ubicaciones por separado

(pabellón deportivo y estadio de fútbol) la manera de realizar esta integración.

IV. 8 Regulación y control

En instalaciones en las que el fluido de los circuitos primario y secundario se

hace circular mediante bombas, se empleará un sistema de control diferencial de

temperatura que será el encargado de activar dichas bombas, en función de la

temperatura de salida de los colectores y del subsistema de acumulación.

Como criterio general, se deberá evitar que las bombas estén en marcha con

diferencias de temperatura inferiores a los 2°C ni paradas con valores de esta

diferencia de temperatura superiores a los 7ºC.

En el diseño de la instalación deberá prestarse especial atención a la

ubicación de las sondas de temperatura de modo que las mismas puedan detectar

correctamente las temperaturas que se desean, instalándose sensores en el interior

de las vainas u evitándose las tuberías separadas de la salida de captadores y las

sondas de estancamiento en los depósitos.



IV. 9 Programa de mantenimiento

Objeto. El objeto de este apartado es definir las condiciones generales mínimas que

deben seguirse para el adecuado mantenimiento de las instalaciones de energía solar

térmica para producción de agua caliente.

Criterios generales. Se definen tres escalones de actuación para englobar todas las

operaciones necesarias durante la vida útil de la instalación para asegurar el

funcionamiento, aumentar la fiabilidad y prolongar la duración de la misma:

a) Vigilancia

b) Mantenimiento preventivo

c) Mantenimiento correctivo

a) Plan de vigilancia

T.D.

Figura 4.18 : Esquema del sistema de Regulación y Control.



El plan de vigilancia se refiere básicamente a las operaciones que permiten asegurar

que los valores operacionales de la instalación sean correctos. Es un plan de

observación simple de los parámetros funcionales principales, para verificar el

correcto funcionamiento de la instalación. Será llevado a cabo, normalmente, por el

usuario, que asesorado por el instalador, observará el correcto comportamiento y

estado de los elementos, y tendrá un alcance similar al descrito en la tabla 12.

b) Plan de mantenimiento preventivo

Son operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otras, que

aplicadas a la instalación deben permitir mantener dentro de límites aceptables las

condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la misma.

El mantenimiento preventivo implicará, como mínimo, una revisión cada seis meses

para instalaciones con superficie de captación superior a 20 m2. El plan de

mantenimiento debe realizarse por personal técnico especializado que conozca la

tecnología solar térmica y las instalaciones mecánicas en general. La instalación



tendrá un libro de mantenimiento en el que se reflejen todas las operaciones

realizadas, así como el mantenimiento correctivo. El mantenimiento preventivo ha

de incluir todas las operaciones de mantenimiento y sustitución de elementos

fungibles o desgastados por el uso, necesarias para asegurar que el sistema funcione

correctamente durante su vida útil. En las tablas 13-A, 13-B, 13-C, 13-D, 13-E y

13-F se definen las operaciones de mantenimiento preventivo que deben realizarse

en las instalaciones de energía solar térmica para producción de agua caliente, la

periodicidad mínima establecida (en meses) y descripciones en relación con las



prevenciones a observar.

Dado que el sistema de energía auxiliar no forma parte del sistema de energía solar

propiamente dicho, sólo será necesario realizar actuaciones sobre las conexiones del

primero a este último, así como la verificación del funcionamiento combinado de

ambos sistemas. Se deja un mantenimiento más exhaustivo para la empresa

instaladora del sistema auxiliar.



c) Mantenimiento correctivo

Son operaciones realizadas como consecuencia de la detección de cualquier

anomalía en el funcionamiento de la instalación, en el plan de vigilancia o en el de

mantenimiento preventivo. Incluye la visita a la instalación, en los mismos plazos

máximos indicados en el apartado de Garantías, cada vez que el usuario así lo

requiera por avería grave de la instalación, así como el análisis y presupuestación de

los trabajos y reposiciones necesarias para el correcto funcionamiento de la misma.

Los costes económicos del mantenimiento correctivo, con el alcance indicado,

forman parte del precio anual del contrato de mantenimiento. Podrán no estar

incluidas ni la mano de obra, ni las reposiciones de equipos necesarias.



CAPITULO V: CÁLCULOS PABELLÓN

DEPORTIVO “EL OLIVO”

En este capítulo se diseñarán y calcularán todos los subsistemas para el

primer emplazamiento, el pabellón deportivo “El Olivo”, teniendo en cuenta todos

los datos de los que se dispone. Es necesario hacer un comentario previo sobre las

pautas a seguir en el diseño de la instalación. Este es un proyecto de viabilidad

económica cuya finalidad es demostrar la idoneidad o no idoneidad de una

inversión de este tipo. Por ese motivo, una de las pautas seguidas ha sido la

modularización de todos los componentes en la medida de lo posible, de tal forma

que se pueda prescindir de cualquiera de ellos sin que afecte al funcionamiento de

la instalación total. Esto se ha hecho así para que en el caso de demostrarse

finalmente la no viabilidad económica del proyecto, poder ofrecer alternativas con

configuraciones más reducidas. Por lo tanto, respecto a la configuración típica

presentada en el capítulo IV, se realizarán algunas variaciones:

La instalación se dividirá en dos circuitos principales, uno para ACS y otro

para climatización, tanto al apoyo al circuito de calefacción existente en invierno

como a la refrigeración por absorción en verano. Cada uno de éstos circuitos

dispondrá de su intercambiador de placas y sus acumuladores. Por lo tanto el

sistema solar, es decir, la parte que comprende desde la captación a la acumulación,

quedará con la siguiente configuración:



CIRCUITO PRIMARIO:

Se compone del campo de captadores, el cual derivará el caudal hacia el

circuito de ACS o al de climatización según unas pautas que se comentarán más

adelante. Se ha elegido no dividir el campo de colectores en ACS y climatización

para que en caso de que se haya satisfecho la demanda de ACS puedan utilizarse

sus captadores para acumular agua para la climatización. Se cierra el circuito con el

retorno de los intercambiadores de calor.

CIRCUITOS SECUNDARIOS:

Habrá un circuito secundario de ACS con su acumulador y un secundario

para climatización también con su sistema de acumuladores

Representando esto de forma esquemática:

ACS

CLIMAT.

Figura 5.1 : Croquis de circuito primario y secundario



V. 1 Subsistema de captación

El campo de colectores es la parte de la instalación encargada de transformar

la energía del Sol en calor y transferirlo al fluido caloportador. Aunque cada

dimensionado depende del tipo de aplicación a la que se suministre calor existen

una serie de datos de partida que son comunes a todos ellos:

o Irradiación sobre superficie inclinada (facilitado por Retscreen)

o Temperatura media ambiente

o Temperatura media de agua de red

o Horas útiles de sol

A partir de estos datos, junto con los datos del colector y del consumo energético

medio, se hallará la superficie de captación. Aunque antes habrá que realizar una

serie de cálculos previos:

o Inclinación de captadores

o Pérdidas por orientación e inclinación

o Cálculo de sombras por obstáculos

En este caso en concreto y dadas las características del edificio, se instalará

el campo de colectores sobre la cubierta del edificio y si ésta no fuese suficiente se

recurriría a la superficie adicional mencionada en el apartado II.2.1

V. 1. 1 Inclinación de los captadores

Se calculará la inclinación teórica de los colectores de tal forma que la

irradiación anual sobre ellos sea máxima. Usando el software de Retscreen, se



obtiene la irradiación sobre una superficie inclinada a lo largo del año. El máximo

se encuentra entre 25º y 35º. En este rango de valores la energía recibida por el

captador es prácticamente constante; a efectos de diseño se considerará la

inclinación de 25º, ya que es el máximo que se pueden girar los tubos de vacío sin

necesidad de inclinar el colector, como se explicará más adelante.

Irradiac ió n anual so bre superf ic ie inc linada

1450

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Incl inació n ( º )

V. 1. 2 Pérdidas por orientación e inclinación

En el presente caso particular, la desviación respecto al sur medida es de 15º.

Inclinación(º)

Irradiación recibida (Kwh/m2·año)

0 1592,93 5 1643,22415

10 1685,33821 15 1718,80081 20 1743,25363 25 1758,43862 30 1764,19085 35 1760,4342 40 1747,17866 45 1724,51847 50 1692,6308 55 1651,77485 60 1602,2914 65 1544,60324 70 1479,21706

Figura 5.2 Variación de la irradiación sobre superficie según su inclinación.



Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla:

Pérdidas Acimut (α) Inclinación mín. Inclinación máx. 0-5 % 15º 13º 51º 5-10% 15º 5º 60º

Es decir, si se quieren tener unas pérdidas del 0 al 5% de la energía recibida,

dada la desviación de 15º respecto al sur de la cubierta donde irán instalados los

captadores, éstos estarán inclinados entre 13 y 51º. Se pueden obtener unas pérdidas

no superiores al 10% superando un poco éstos límites. Esto confirma que la

inclinación de 25º elegida es óptima y esta dentro de los límites de pérdidas

propuestos por el IDAE.

V. 1. 3 Cálculo de sombras

No toda la superficie de la cubierta es iluminada por el sol durante todo el

día. Existe una mampara que genera sombra por la mañana y al atardecer. Se

Figura 5.3 : Diagrama para el cálculo de la inclinación máxima y mínima para colectores orientados 15º y 20º hacia el sur



estudiará si las pérdidas causadas por esa sombra se deberían tener en cuenta en

cuanto a la ubicación de los colectores.

Disposición de la mampara:

El techo del pabellón es a dos aguas con una pequeña inclinación del 5%

aproximadamente. La única finalidad de la mampara es estética, de manera que

desde el exterior no se aprecie la configuración a dos aguas de la cubierta.

Diagrama de trayectoria solar:

Para calcular la evolución de la sombra a lo largo del día se usará la

siguiente herramienta: el siguiente diagrama muestra la trayectoria del sol durante

todo el año; según avanza la hora solar durante el día, irá variando su desviación

respecto al sur (acimut) y su altura. El eje de abscisas representa el acimut, que dará

una medida de la hora solar a medida que avanza el día. Será cero en el mediodía

solar. El eje de ordenadas representa la altura solar en grados. El diagrama se divide

en cuatro franjas, una para cada estación. La de altura más baja será el invierno y la

de mayor altura verano.

0.8 m

Figura 5.4 : Croquis del perfil de la cubierta protegido por la mampara



Para el cálculo se elegirá la estación más desfavorable (línea más baja del

diagrama), ya que en ésta época del año es cuando más sombra se proyecta, y se

contabilizará la altura y el acimut para diferentes horas. A partir de éstos parámetros

se podrá hallar la sombra de cualquier obstáculo por trigonometría:

Habrá sombra sobre el lado este por la mañana y por el lado este al atardecer.

Se calculará la longitud de la misma y se representará sobre la vista en planta del

edificio. Sólo se han calculado las sombras durante las tres primeras horas solares

(mañana), y las tres últimas, por ser en las que el sol proyecta más sombra.

Figura 5.5 : Diagrama de trayectoria solar y parámetros más importantes de su movimiento (altura y azimut)

h

L

α

L = h / tg (α)

Figura 5.6 : Longitud de la sombra proyectada por un obstáculo



Hora solar Altura (º) Acimut (º)

Longitud sombra esq. Este (m)

Longitud sombra esq. Oeste (m)

-4 (Mañ.) 8 -55 5,69 - -3 18 -43 2,46 - -2 24 -30 1,8 - 2 24 30 - 1,8 3 18 43 - 2,46

4 (Anoch.) 8 55 - 5,69

Se observa que sólo hay sombra importante durante la primera y la última

horas solares del día (hora -4 por la mañana y hora 4 por al anochecer), por lo que

no habrá que tener consideraciones especiales en cuanto a las pérdidas por sombra.

V. 1. 4 Diseño del campo de colectores

A partir de éstas consideraciones previas se realizará el diseño del campo de

colectores. La siguiente tabla muestra los resultados de éstos cálculos, que se

explicarán a continuación de la misma:

S

Figura 5.7 : Evolución de la sombra durante las primeras y últimas horas del día.



1 2 3 4 5

Mes

Irradiación superficie horizontal

(kWh/m²·dia)

T media

(°C)

Temperatura agua de red

(ºC)

Irradiación superficie a

25º (kWh/m²·dia)

Corrección k·E

(kWh/m2·dia) Enero 1,73 6,1 6 2,52 2,37

Febrero 2,63 7,5 7 3,49 3,28 Marzo 4,15 10,0 9 4,92 4,63 Abril 5,45 12,2 11 5,76 5,42 Mayo 6,17 16,0 12 6,02 5,66 Junio 6,69 20,7 13 6,30 5,93 Julio 7,22 24,4 14 6,91 6,49

Agosto 6,49 23,9 13 6,66 6,26 Septiembre 4,80 20,5 12 5,46 5,13

Octubre 3,16 14,8 11 4,03 3,79 Noviembre 1,99 9,4 9 2,85 2,68 Diciembre 1,77 6,4 6 2,80 2,63

6 7 8 9 10

Mes Horas de sol

útiles

Intensidad solar diaria (W/m2·dia) η η η η colector

Energía diaria por m2 (kWh/m2·dia)

Porcentaje de uso de

calefacción (%)

Enero 8,0 295,986 0,154 0,364 100,00 Febrero 9,0 364,991 0,295 0,970 81,82 Marzo 9,0 514,142 0,468 2,166 70,59 Abril 9,5 570,239 0,516 2,797 62,00 Mayo 9,5 595,579 0,549 3,106 36,47 Junio 9,5 623,832 0,584 3,461 0,00 Julio 9,5 683,315 0,622 4,035 0,00

Agosto 9,5 658,915 0,611 3,827 0,00 Septiembre 9,0 569,776 0,559 2,865 15,00

Octubre 9,0 420,618 0,420 1,588 60,00 Noviembre 8,0 335,243 0,264 0,709 74,00 Diciembre 7,5 350,360 0,263 0,691 96,47

11 12 13 14 15

Mes

Porcentaje uso de

refrigeración (%)

Consumo energético ACS (kWh/día)

Necesidades diarias

calefacción (kWh/día)

Necesidades diarias

Refrigeración (kWh/día)

Necesidades maq.

Absorción (kWh/día)

Enero 0 206,56 1830,33 0 0,00 Febrero 0 201,26 1497,61 0 0,00 Marzo 0 190,67 1292,00 0 0,00 Abril 0 180,07 1134,80 0 0,00



Mayo 23 174,78 667,53 252,54 360,77 Junio 64 169,48 0,00 702,72 1003,89 Julio 80 164,19 0,00 878,4 1254,86

Agosto 70 169,48 0,00 768,6 1098,00 Septiembre 50 174,78 274,55 549 784,29

Octubre 0 180,07 1098,20 0 0,00 Noviembre 0 190,67 1354,51 0 0,00 Diciembre 0 206,56 1765,73 0 0,00

16 17 18 19

Mes

NEC. ENERGETICAS

TOTALES (kWh/día)

SUP. CAPTACIÓN NECESARIA

(m2) Nº

Colectores

Superficie real

ocupada(m2) Enero 2036,89 5987,56 1996 8743,56

Febrero 1698,87 1874,01 625 2738,58 Marzo 1482,67 732,43 244 1069,8 Abril 1314,87 503,01 168 736,92 Mayo 1203,08 414,46 138 605,52 Junio 1173,37 362,76 121 531,06 Julio 1419,05 376,30 125 548,58

Agosto 1267,48 354,38 118 517,92 Septiembre 1233,62 460,72 154 675,6

Octubre 1278,27 861,30 287 1258,14 Noviembre 1545,18 2331,94 777 3404,34 Diciembre 1972,29 3054,05 1018 4459,92

1. Irradiación sobre superficie horizontal

Obtenida a partir de Retscreen, al igual que la temperatura media ambiente

(columna 2) y la irradiación sobre superficie inclinada (columna 4).

3. Temperatura de agua de red

Obtenida de tablas facilitadas por el manual de instalaciones de energía solar

térmica de CENSOLAR, al igual que las horas de sol útiles (columna 6)



5. Corrección por umbral

El fluido caloportador, que será el que reciba el calor del sol, se mueve

gracias a una bomba de circulación la cual no funcionará si la intensidad solar no

sobrepasa un determinado valor umbral. Por la experiencia se sabe que ese valor es

de unos 200 W/m2. Esto supondrá unas pérdidas del 6% aproximadamente respecto

a la irradiación media diaria calculada E , por lo que habrá que multiplicarla por un

factor k = 0,94. A efectos de diseño, al colector le llegará E’ =k·E.

7. Intensidad solar diaria I

Se mide en W/m2 y es resultado de dividir la energía recibida E’ entre el

número de horas de sol útiles al día. Este dato será de utilidad a la hora de calcular

el rendimiento del colector.

8. Rendimiento del colector. Selección del modelo

Se calcula el rendimiento según la fórmula vista anteriormente:

( )I

TambTm

I

TambTm2

210 ··−−−−= ααηη

Aunque previamente se realizará la elección del modelo para fijar los parámetros:

Se compararán tres modelos comerciales distintos, cuyas características se hallan

reflejadas en el Anexo I:

Wagner VACO-CP7

Viessmann Vitosol 200

Thermomax TMO500

η0 0,645 0,84 0,81

α1 1,016 1,75 1,2

α2 0,002 0,008 0,007



Los modelos Viessmann y el Thermomax son colectores de características

similares, mientras que la tecnología del Wagner es diferente a los anteriores:

además del tubo de vacío posee espejos concentradores.

Con éstas características se representan sus curvas de rendimiento:

Comparación rendimientos

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tcol-Tamb (ºC)

Ren

d Wagner VACO-CP7

Viessmann Vitosol200

Thermomax TMO500

Se trabajará en la región de gradiente de temperaturas en torno a los 70ºC

(suponiendo una temperatura de funcionamiento aproximada de unos 90ºC y una

temperatura ambiente media de 20ºC) En este punto se observa que el rendimiento

del colector Thermomax es ligeramente superior a los otro dos. Sin embargo el

colector Viessmann presenta una serie de ventajas, como son su amplio desarrollo

en España y sobre todo la posibilidad de instalación en posición horizontal rotando

los tubos de vacío sobre su eje. Puesto que la diferencia de valores de rendimiento

es pequeña se elegirá el colector Viessmann Vitosol 200.

Figura 5.8 : Comparación de rendimiento según modelo y según ∆T



Este fabricante establece una inclinación máxima de tubos de 25º. Este será el valor

utilizado. Otro de los factores de decisión en la elección de éste modelo es que no

necesita inclinación para favorecer la circulación del fluido por el interior de los

tubos.

Una vez elegido el captador se procede al cálculo del rendimiento mensual.

Dependerá de la temperatura ambiente externa (columna 2) y de la intensidad solar

recibida (columna 7).

( )I

TambTm

I

TambTm2

210 ··−−−−= ααηη

Cuanto menor sea la temperatura ambiente, mayor será la diferencia entre la

temperatura del fluido caloportador y el exterior, y mayores las pérdidas de calor,

por lo tanto el rendimiento disminuirá. Cuanto mayor sea la intensidad solar, mayor

será el rendimiento.

Los resultados son los reflejados en la columna 8 de la tabla.

9. Energía aportada por unidad de superficie de captación

Es la energía real que aporta el sol al fluido caloportador que pasa por el

colector. Es el resultado de multiplicar la energía incidente (columna 5) por el

rendimiento (columna 8):

Es = η · E’

10. Porcentaje de uso de calefacción



Ajuste de las necesidades según la intensidad de uso mensual: se usará al

100% en los meses de invierno y nada en los meses de verano. Procede de datos

empíricos. Se multiplicará este coeficiente por las necesidades energéticas para

calefacción calculadas posteriormente. El mismo procedimiento para las

necesidades energéticas de refrigeración (columna 11).

12. Necesidades energéticas de ACS

Para el cálculo de ACS se ha hecho una estimación de la ocupación del

polideportivo: suponiendo una utilización media diaria de 6 horas, que se juegan 2

partidos simultáneos de 10 personas por hora, con 2 monitores por partido y un uso

del botiquín de 10 personas al día, se obtiene una ocupación diaria de 207

personas/día.

Según bibliografía, los usos más comunes de agua caliente por persona y día

son:

Uso Litros

ACS/persona·dia Ducha 20

Lavabo 2

Por lo que se obtiene un consumo de 4554 litros ACS/día. Este consumo es

de agua a 45ºC, pero los captadores que se piensan instalar (de tubo de vacío)

proporcionan agua a 90ºC, por lo que habrá que mezclarla con el agua de la red para

obtener la temperatura requerida:

X = aporte de agua a 90ºC

Y = aporte de agua a Tred.



Se calculará el caudal de agua a 90ºC necesario en cada mes a partir de la

temperatura de agua de red y posteriormente las necesidades energéticas para

conseguir ese caudal:

Temperatura agua de red (ºC)

Caudal de agua a 90ºC necesario (X) (l/dia)

Consumo energético ACS (kWh/día)

6 2114,36 206,56 7 2084,96 201,26 9 2024 190,67

11 1959,95 180,07 12 1926,69 174,78 13 1892,57 169,48 14 1857,55 164,19 13 1892,57 169,48 12 1926,69 174,78 11 1959,95 180,07 9 2024 190,67 6 2114,36 206,56

Consumo energético:

EACS = Qagua·ρagua·Cp·(90ºC-Tred)

Cp = 0,001163 kWh/Kg·ºC

13. Consumo energético calefacción

Se tiene el valor de las necesidades a través del estudio de cargas térmicas

realizado en el proyecto original de construcción del pabellón, facilitado por el

Ayuntamiento de Coslada. Este dato es:

Ecalef = 1830.329 kWh/día

X + Y = 4554

X·90 + Y·Tred = (X+Y)·45



Este valor se multiplicará por el coeficiente de utilización mencionado previamente

(columna 10).

14. Necesidades diarias de refrigeración

Se estima que la necesidad energética para refrigeración en viviendas es de

22 kcal/m2·h. (implica 7,33 kcal/m3·h) Esta estimación es aproximada, ya que para

hallar exactamente esta necesidad habría que desarrollar un cálculo de cargas

térmicas propio de un proyecto de climatización, pero es válida para estimar la

viabilidad económica de la refrigeración por absorción.

Las superficies a refrigerar son las siguientes:

Habitación Superficie (m 2) Escaleras acceso público 1 16,17 Escaleras acceso público 2 16,17 Vestíbulo público 1er Piso entrada 71,87 Vestíbulo público 1er Piso trasero 37,27 Vestíbulo público 2º Piso entrada 54,3 Vestíbulo público 2º Piso trasero 54,3 Porche trasero 28,17 Sala Control 9,33 Botiquín 10,7 Dirección 15,34 Pasillo 71,73 Sala gimnasia 45,11

TOTAL 430.46 m2

A esto hay que añadir la pista cubierta, que tiene un volumen de 14924,07

m3, lo cual supone (aproximando un tiempo de utilización de 8 horas diarias) unas

necesidades energéticas de:

Erefr = Ehab + Epista = 430,46 m2 · 22 kcal /m2·h · 8 h/día + 14924,07 m3·7,33

kcal /m3·h ·8 h/dia = 951306 kcal /día = 1098 kWh/día



Este valor habrá que multiplicarlo por los coeficientes de utilización mencionados

previamente (columna 11)

15. Consumo energético de la máquina de absorción

Refleja las necesidades de agua caliente a 90ºC proveniente de los

captadores necesarias para satisfacer las necesidades energéticas de refrigeración.

Como se explicó previamente, la máquina de absorción extrae calor a través del

evaporador. Esta energía es la estimada en la columna 14. Sin embargo habrá que

aportar una cantidad mayor de energía vía absorbedor con el agua caliente solar,

que será la energía real que se extrae de los colectores. Esta cantidad varía según el

coeficiente de operación (COP) de cada máquina. En el caso de Rotártica® este

COP es de 0,7 por lo tanto:

abs

evap

Q

QCOP = ;

COP

QQ

evap

abs =

Los resultados quedan reflejados en la columna 15.

16. Necesidades energéticas totales

Resultado de sumar las necesidades energéticas de ACS, calefacción y

refrigeración.

Etotal = EACS + Ecalef + Erefr (kWh/dia)

17. Superficie de captación necesaria

Finalmente, se tiene que:

k · Etotal (kWh/día) = Ac (m2) · Es (kWh/m2·día)



siendo k un coeficiente que refleja las pérdidas desde que el agua es captada hasta

que llega al acumulador. Se estima en 7%. Ac es la superficie de captación

18. Número de colectores

Resultado de dividir la superficie de captación necesaria por la superficie de

captación por colector, que en el caso de los Vitosol 200 es de 3m2.

19. Superficie real ocupada

Cada colector ocupa una superficie de 4,38 m2, a los que habrá que añadir

una superficie adicional, ya que cada hilera de colectores debe llevar un pequeño

espacio a modo de pasillo para mantenimiento de unos 0.5 m.

Por lo tanto:

Sreal = Ncolectores · 4.38 m2+ 2.16 m· 0.5 m



Conclusión

Según el pliego de condiciones del IDAE, se debe cumplir que no se

superará en más de tres meses consecutivos el 100% de aporte solar y en ninguno

de ellos el 110%. Por lo tanto se instalará el número de colectores correspondiente

al mes con menos necesidades, es decir, Agosto. Se instalarán 118 colectores que

ocuparán 517,92 m2. De esta manera se asegura que ningún mes va a haber exceso

de energía. La demanda que no se pueda cubrir con energía solar se hará con el

sistema convencional existente (caldera de gasoil).

V. 1. 5 Conexión de los colectores. Caudal generado

Lo normal sería conectarlos en baterías de varios colectores en paralelo y

conectar éstas baterías a su vez en paralelo (conexión paralelo-paralelo) para así

asegurar el equilibrado del sistema, es decir, que pase el mismo caudal por todos los

colectores. Sin embargo esto implica un problema, que es el elevado caudal que

resultaría en la instalación. El caudal nominal recomendado por Viessmann es de 80

l/h·m2 de superficie de colector. Para solucionar este problema en instalaciones

grandes recomiendan una configuración determinada: consiste en instalar baterías

de cuatro colectores en paralelo-serie y conectar éstas baterías en paralelo. Con esto

se consigue reducir el caudal nominal a la mitad:

Figura 5.9 : Configuración paralelo-serie de colectores



Configuración del campo de colectores:

Se instalarán 28 baterías de cuatro colectores serie-paralelo y 2 baterías de

tres colectores conectados en esta configuración también. Las baterías entre ellas

irán en paralelo. El campo de colectores se ordenará en forma de cinco grupos

conectados en paralelo. Es importante que el circuito sea equilibrado, es decir, que

pase el mismo caudal por todos los grupos. La forma de hacer esto es hacerlos todos

iguales en la medida de lo posible. Hay dos tipos de grupos:

• Grupo tipo 1: formado por seis baterías serie-paralelo de cuatro colectores

cada una como las mencionadas anteriormente. Tiene 24 colectores en total.

Habrá cuatro de éstos grupos en el campo de colectores.

• Grupo tipo 2: formado por dos baterías de tres colectores en configuración

serie-paralelo y dos baterías de tres colectores. Tiene 22 colectores en total.

Habrá un grupo de este tipo.

Para asegurar el equilibrado, en cada grupo se instalará una válvula de equilibrado.

Cálculo del caudal total:

• Caudal por colector:

Qcol = 80 l/h·m2 · 3 m2/colector = 240 l/h·colector

• Caudal por batería:

Qbat = 240 · 2 = 480 l/h·batería

480 l/h

Figura 5.10 : Caudal por batería



Por las baterías de tres colectores circulará el mismo caudal que por las de

cuatro

• Caudal baterías paralelo-serie de un grupo:

Qgrupo = 6 · 480 = 2880 l/h

• Caudal batería paralelo total grupos tipo 1:

QT1 = 2880 · 4 = 11520 l/h

• Caudal total:

QTotal = 11520 + 2880 = 14400 l/h

La superficie de captación calculada es de 354 m2, lo que supone un caudal

por unidad de superficie de captación de 40.68 l/h·m2, frente a los 80 l/h·m2

recomendados por Viessmann, lo que se traducirá en un coste más reducido.

V. 1. 6 Estructura de soporte

A la hora de anclar los colectores en la cubierta hay que tener en cuenta dos

factores importantes que son la integración arquitectónica y la previsión de fuerzas

debidas al viento. En este caso concreto no se harán cálculos del empuje del viento

sobre los colectores, ya que una de las ventajas de la instalación de tubo de vacío es

su posibilidad de sujeción horizontal, lo que hace prácticamente nulo el efecto del

viento.

La cubierta del polideportivo, como ya se ha comentado, es a dos aguas con

una pequeña inclinación del 5%. Está formado por una estructura metálica y sobre



ella se apoya una techumbre a base de chapas metálicas y placas onduladas

semitransparentes de fibra de vidrio a modo de luminarias. La estructura metálica es

muy sencilla. Se trata de 10 cerchas de acero empotradas sobre el hormigón de los

muros y atravesadas por correas sobre las que se asienta la techumbre.

El fabricante elegido, Viessmann, suministra sus colectores con los

accesorios de sujeción necesarios: carriles de montaje, chapas, ripias, ganchos de

tejado, tuercas y tornillos.

La estructura de soporte consistirá en unos carriles que se dispondrán a lo

largo de la superficie de la cubierta, sujetos a las cerchas antes mencionadas por

Correas

Cerchas

Los paneles irán colocados paralelos al

tejado, de esta forma la instalación es

más sencilla y se aprovecha la

inclinación del 5% para favorecer la

circulación del fluido caloportador por

el interior de los tubos gracias al efecto

termosifón.

Figura 5.11 : Esquema de la estructura metálica de la cubierta.

Figura 5.12 : Esquema de la estructura de apoyo del captador sobre la cubierta.



medio de tornillos, taladrando previamente la estructura metálica. Sobre estos

carriles se atornillarán las baterías de colectores mediante los accesorios

proporcionados por el fabricante.

V. 2 Subsistema de almacenamiento

V. 2. 1 Volumen de acumulación

ACUMULACIÓN ACS:

Se acumulará a alta temperatura, alrededor de 90ºC y se mezclará con agua

fría de red para su consumo. El criterio de diseño del volumen de acumulación para

ACS es acumular para el consumo de un día. Tal y como se ha calculado

previamente, el consumo diario de agua a 90ºC para ACS es de 1857 litros. Por lo

tanto el volumen de acumulación será VACS = 2 m3

Figura 5. 13 : Estructura de soporte.



ACUMULACIÓN CLIMATIZACIÓN:

El pliego de condiciones técnicas del IDAE recomienda que para instalaciones de

climatización se cumpla la relación:

25 ≤ V/A ≤ 50

siendo V el volumen de acumulación en litros y A la superficie de captación en m2.

Tomando como superficie de captación la calculada anteriormente de 354 m2 , se

deberá cumplir:

8850 ≤V ≤ 17700 litros.

Por lo tanto un valor razonable sería: Vclimat. = 10 m3

V. 2. 2 Esquema de conexión

Para la acumulación de agua cuya finalidad es la climatización harán falta

dos depósitos debido al elevado volumen de acumulación. Estos se conectarán entre

ellos en configuración de serie invertida, o lo que es lo mismo, en configuración de

retorno invertido: el agua caliente se extraerá del acumulador al que le llega el agua

solar, y el retorno del circuito de climatización llegará al otro acumulador. Ambos

estarán conectados en serie:

Figura 5. 14 : Configuración en serie invertida de dos acumuladores



Tanto para la acumulación de ACS como de agua para climatización se

seguirán las siguientes pautas:

• Se cumplirá h/D > 2, siendo h la altura y D el diámetro.

• Las conexiones de entrada y salida se colocarán de manera que se eviten

caminos preferentes de circulación de fluido por el acumulador.

• La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de

los captadores se realizará por la parte superior del depósito.

• La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o

los captadores se realizará por la parte inferior de éste.

• La alimentación de agua de retorno de consumo al depósito se realizará por

la parte inferior. La extracción de agua caliente se realizará por la parte

superior.

• En las primeras horas del día se cargará el acumulador de ACS ya que la

temperatura de salida de los colectores no será elevada. Una vez alcanzado

el volumen de acumulación deseado para ACS se conmutará la válvula de

by-pass de su intercambiador y se procederá a la carga de los acumuladores

del circuito de climatización:



V. 2. 3 Elección de modelo

El fabricante recomendado por los instaladores de Energía Solar Térmica es

LAPESA, que cuenta con una amplia gama para todo tipo de aplicaciones. La más

indicada es la serie MASTER EUROPA de depósitos de inercia para aplicaciones

de climatización y agua caliente sanitaria.

ACS:

Se empleará el modelo MV-2000 de la serie MASTER EUROPA de 2000

litros de volumen de acumulación.

CLIMATIZACIÓN:

Se emplearán dos acumuladores MV-5000 de la misma serie que el de ACS,

de 5000 litros de volumen de acumulación cada uno, conectados en serie invertida

como se ha mencionado anteriormente.

AC

CLIMA

Figura 5. 15 : Esquema conexión acumuladores.



Todos los acumuladores irán equipados con válvulas de seguridad taradas a 8 bar en

su parte superior.

V. 3 Subsistema de intercambio

V. 3. 1 Intercambiador ACS

Para dimensionar el intercambiador de ACS se calcula previamente el

caudal que pasará por él. Para ello se hará una estimación del área del campo de

colectores destinada a suministrar ACS. Para ello recurrimos a la aproximación del

IDAE por la cual en acumulación a alta temperatura se debe cumplir la relación:

25 ≤ V/A ≤ 50

El volumen de acumulación en este caso es V = 2000 litros. Tomando una relación

V/A = 30, lo cual es razonable según los criterios de los instaladores, se obtiene un

área de captación A = 66,67 m2 . Ciñéndose al ratio de caudal por m2 hallado en el

apartado V. 1. 5 (el cual era de 41.02 l/h·m2), se obtiene un caudal generado por los

colectores de 2735 l/h.

Los demás parámetros para el diseño facilitados por el IDAE son los siguientes:

• Temperaturas:

T entrada primario

T salida secundario

T entrada secundario

105 90 75

• Potencia mínima:

El intercambiador de calor debe tener una potencia de intercambio tal que:

AP ·500≥



P : Potencia del intercambiador (W)

A: Superficie colectora (m2)

Por lo tanto la potencia mínima será de:

Pmin = 500 · 66,67 m2 = 33,33 kW = 28797.12 kcal/h

Entre la entrada y la salida del primario se montará una válvula de cierre

accionada electrónicamente (by-pass) para que el caudal deje de atravesarlo una vez

alcanzado el volumen de acumulación deseado:

V. 3. 2 Intercambiador climatización

Este intercambiador se dimensionará como si todo el caudal generado por el

campo de colectores pasara por él, ya que será de esta forma cuando el

intercambiador de ACS entre en by-pass. Por lo tanto los parámetros a tener en

cuenta a la hora de diseñar serán:

• Caudal: El generado por el campo de colectores completo, calculado en el

apartado V. 1. 5: Q = 22,32 m3 /h

• Temperaturas: Las marcadas por el IDAE para aplicaciones de alta

temperatura:

T entrada primario

T salida secundario

T entrada secundario

105 90 75

By-Pass off By-Pass on



• Potencia mínima:

Pmin = 500·A = 500·345 m2 = 172,5 kW = 148323,3 kcal/h

V. 3. 3 Elección de modelos

Para el cálculo y dimensionado de los intercambiadores se recurre al

software “PHEWIZARD” desarrollado por el fabricante APV, compañía

multinacional de ingeniería térmica. A partir de los datos de entrada mencionados

anteriormente, el programa seleccionará el modelo de su gama más apropiado para

la aplicación. Los resultados fueron los siguientes:

• Datos de entrada:

o Temperaturas y caudal anteriormente mencionados.

o Pérdida de carga máxima: 3 m. c. a.

o Presión de trabajo: 1000 kPa.

• Datos de salida:

o Temperatura de salida del primario.

o Potencia de intercambio.

o Modelo más indicado.



El programa seleccionó los modelos de intercambiador de placas U2 para el circuito

de ACS y SR2 para el de climatización. Los detalles técnicos se refieren en el anexo.

V. 4 Circuito hidráulico

El proceso de diseño del circuito hidráulico consta de las siguientes fases:

• Se establecerá un diagrama de principio de la instalación solar.

• Se hará una estimación de la distancia de los colectores a la sala de

máquinas para determinar la longitud aproximada de las tuberías.

• Con el caudal se calculará el diámetro mínimo de las tuberías.

• Con este dato y sabiendo todos los elementos detallados de los circuitos

primario y secundario se procederá a calcular la pérdida de carga total de

ambos circuitos.

• Conociendo la pérdida de carga y el caudal que circula por los circuitos se

procederá a calcular las bombas necesarias para mover esos caudales.

Figura 5.16 : Salida de pantalla del programa PHEWIZARD.



• Una vez determinado este dato, se pasa a calcular el resto de componentes

en detalle de la instalación: valvulería, vasos de expansión y purgadores de

aire.

V. 4. 1 Esquema de principio

El esquema de principio de la instalación solar (posteriormente se integrará

con la instalación existente) se diseñará teniendo en cuenta los siguientes criterios:

• Todos los componentes de la instalación irán equipados con válvulas de

corte para que puedan ser aislados en caso de avería.

• Las baterías de colectores irán equipadas con un purgador de aire cada una

situado en la parte más alta. Se colocarán también válvulas de seguridad y

un grifo de vaciado en cada una.

• Se conectarán dos bombas en paralelo debido al gran tamaño de la

instalación que podrán funcionar simultáneamente. Se colocarán vasos de

expansión en la aspiración de las mismas, cada uno con su válvula de

seguridad.

• Se colocarán válvulas antiretorno para evitar la recirculación del fluido por

la noche (efecto termosifón).

• Se colocarán manómetros en paralelo con las bombas

• Los acumuladores irán equipados con válvulas de seguridad taradas,

manómetros y termómetros.



V. 4. 2 Diámetro mínimo de tuberías

En este tipo de instalaciones se siguen las siguientes pautas a la hora de

diseñar:

• La velocidad máxima permitida de circulación de líquido es de 1,5 m/s en el

circuito primario y 2,5 m/s en el secundario.

• La pérdida de carga admisible máxima es de 40 mm c. a.

Llevando estos datos a los diagramas de fricción (Anexo) se obtienen los siguientes

resultados:

Tuberías que transporten caudal total:

Cobre Acero PVC Dmin C. Prim.(mm) 70 71 69 Dmin C. Sec. (mm) 65 69 65

Inicialmente se seleccionará tubería de cobre de 70 mm de diámetro, por ser

éste material el más extendido, técnicamente idóneo y económicamente muy

competitivo. Una vez calculada la pérdida de carga total se ajustará este valor si

resulta muy elevada.

Tuberías grupos:

A continuación se esquematiza la configuración de colectores de los grupos antes

descritos, el caudal que transportan y la sección de sus conductos. Por simplificar se

han dimensionado en tres tamaños dependiendo del caudal:



Tuberías total:

Se dimensionarán los conductos para el total de grupos del campo de colectores:

Entrada fría. 14400 l/h Φ = 7cm

Salida caliente. 14400 l/h Φ = 7cm

Entrada fría. 2880 l/h. Φ = 5 cm

Salida caliente. 2880 l/h. Φ = 5 cm

Batería 4 colectores serie- paral.

2400 l/h. Φ(A-B) = 4 cm

1440 l/h. Φ(B-C) = 3 cm Φ (E-F) = 4 cm

Φ (D-E) = 3 cm

A

B

C

D

E

F

A

B C

D E F

Grupo

Tipo 1

Grupo

Tipo 1

Grupo

Tipo 1

Grupo

Tipo 2

Grupo

Tipo 1

Figura 5. 17 : Sección interior de tuberías grupo tipo 1.

Figura 5. 18 : Sección interior de tuberías del campo de colectores total.



Φ(A-B) = 7 cm

Φ(B-C) = 6 cm

Φ(D-E) = 6 cm

Φ(E-F) = 7 cm

Según la normativa UNE 37.141-76, las tuberías a utilizar serán:

Diámetro interior calculado (mm)

Diámetro interior normalizado

Designación UNE

30 32 35 40 40 42 50 51 54 60 60 63 70 76 80

En el anexo se recogen las principales características técnicas.

V. 4. 3 Pérdidas de carga

Cuando un líquido circula por el interior de un tubo recto, su presión

disminuye linealmente a lo largo del mismo. Esta caída de presión ∆p se denomina

pérdida de carga. Cuando la corriente pierde su uniformidad y se ve alterada a

causa de obstáculos en la conducción , tales como válvulas, estrechamientos, codos,

cambios de dirección, derivaciones, etc., como consecuencia de la disipación de

energía que en estos obstáculos se produce, se ocasionan pérdidas de carga locales

o singulares. Por lo tanto habrá dos motivos de pérdida de carga:

• La producida por la propia tubería, que se calculará estimando la longitud

necesaria y llevándola a los diagramas de fricción.

• La producida por los obstáculos, que se hallará teniendo en cuenta el

siguiente método:



La pérdida de carga singular viene dada por la siguiente fórmula:

∆H = K·(dR·v2/2g)

donde: K es un coeficiente que depende del tipo de obstáculo

dR es la densidad relativa del líquido con respecto al agua

v es la velocidad del fluido al pasar por el obstáculo.

El valor de v2/2g viene dado por tablas en función de la velocidad:

El valor de K viene dado por el tipo de obstáculo. Existen unos valores

aproximados facilitados por el manual del curso de instalador de CENSOLAR:

Accesorio K Cambios de dirección a 45º 0,3 Cambios de dirección a 90º de radio medio 0,4 Codos 1,2 Contracciones bruscas 0,6 Derivación en T 1,4

Figura 5. 19 : Diagrama velocidad-coeficiente de pérdida de carga.



Ensanchamientos bruscos 1 Salidas de depósitos 1,2 Entradas de depósitos 1,6 Uniones lisas 0,05 Uniones diversas 0,7 Válvulas de compuerta abiertas 0,5 Válvulas de compuerta medio abiertas 5 Válvulas de compuerta tres cuartos cerradas 25 Válvulas de asiento abiertas 6 Válvulas de asiento medio abiertas 36 Válvulas de asiento tres cuartos cerradas 112 Válvulas de mariposa abiertas 0,5 Válvulas de mariposa medio abiertas 25 Válvulas de mariposa tres cuartos cerradas 250 Válvula antiretorno 12 Válvula de bola abierta 0,5

Se procede a calcular la pérdida de carga de cada grupo de colectores para el

posterior dimensionamiento de las bombas teniendo en cuenta las siguientes

suposiciones:

• La velocidad del fluido se considerará de 0.6 m/s a efectos de cálculo.

• Para el cálculo de pérdida de carga de elementos en paralelo por los que

circula el mismo caudal se usará la siguiente fórmula:

∆pt = ∆p · N · (N+1)/4

∆pt = Pérdida de carga total

∆p = Pérdida de carga de cada elemento a conectar en paralelo al

caudal nominal.

N = Número de elementos en paralelo

• Para el cálculo de la pérdida de carga producida por los conductos se usará

la fórmula:

∆p = 0.45·C1.06·D-3.12



∆p = m. c. a. por metro de tubería

D = diámetro de las tuberías

C = caudal, en m3/h

• Se hará una corrección final por la temperatura del agua según la siguiente

tabla:

Tagua (ºC) 5 10 20 40 45 50 60 80 90 95 Factor 1,24 1,18 1,09 1,02 1 0,99 0,96 0,92 0,91 0,91

• La corrección en el circuito primario por la densidad del propilenglicol será:

∆p´ = ∆p · 1,033

• La pérdida de carga en los dos circuitos secundarios se considerarán iguales

por tener ambos circuitos los mismos elementos.

Se obtienen los siguientes resultados:

CIRCUITO PRIMARIO Elemento ∆∆∆∆H (mm. c. a) Colector Vitosol 200 D30 3 2 colectores en paralelo 4,5 Batería de 4 colectores Serie-Paralelo 9 Batería de 3 colectores Serie-Paralelo 7,5 Válvula de cierre de batería de colectores 10 Incorporación en T 28 Batería (4) + Válvulas + 2 Inc. T 85 Batería (3) + Válvulas + 2 Inc. T 83,5 Grupo tipo 1 892,5 Grupo tipo 1 + 2 Incorporaciones T 948 Grupo tipo 2 800

Grupo tipo 2 + 2 Incorporaciones T 856 Total campo de colectores 6750 Tuberías 2825,37 Intercambiadores de calor 6 Codos 240 Válvulas de cierre bomba e intercambiador 40 2 Derivaciones en T ACS-Climat. 46 TOTAL 9907,37



TOTAL CORREGIDO 9313,22

(=91,24kPa) CIRCUITOS SECUNDARIOS (ACS y CLIMAT.) Elemento ∆∆∆∆H (mm. c. a) Intercambiador de calor 3 Tuberías 565,074 Entrada depósito 32 Salida depósito 24 Codos 96 TOTAL 720,074

TOTAL CORREGIDO 655,26 (=6,42

kPa)

Hay que indicar que el cálculo de pérdidas de carga siempre es aproximado.

La manera más exacta de saber la caída de presión que debe superar la bomba es

instalar un manómetro en paralelo a la bomba.

V. 4. 4. Diseño de bombas

El transporte del fluido caloportador desde los colectores hasta el

almacenamiento y posteriormente hasta los puntos de consumo, a través de un

intercambiador, se realiza con la ayuda de bombas, que definimos como aparatos

accionados por un motor eléctrico capaces de suministrar al fluido una cantidad de

energía con el fin de trasportarlo por el circuito a una determinada presión. Se

recomienda en instalaciones de gran tamaño como la tratada en este proyecto, que

se instalen dos bombas en paralelo para tener una de reserva, tanto en el primario

como en el secundario. Estarán pensadas para su funcionamiento alternativo,

manual o automático.



La potencia necesaria para que un líquido circule con un caudal C entre dos

puntos de una tubería entre los que existe una diferencia de presión ∆p es:

P = C·∆p,

donde:

P = potencia eléctrica de la bomba

C = caudal

∆p = pérdida de carga de la instalación.

Aunque en la práctica se recurre a los diagramas ∆p – Caudal suministrados

por el fabricante. En ellos se representa el régimen de funcionamiento de la bomba.

Para encontrar el punto de funcionamiento de la bomba se cruzarán el

comportamiento ∆p – caudal de la instalación con el de la misma:

Selección del modelo:

Grundfos es uno de los principales fabricantes mundiales de bombas; su

producción anual es de casi aproximadamente 10 millones de unidades. Hoy día

Figura 5. 20 : Punto de funcionamiento de las bombas de impulsión. (CENSOLAR)



Grundfos es el mayor fabricante de bombas circuladoras en el mundo, con aprox. el

50 % del mercado mundial. La selección del modelo se hará a partir del ábaco

facilitado para su serie de bombas orientadas a aplicaciones con calefacción y agua

sanitaria, la serie UPS 200 (ver ábaco en anexo):

CIRCUITO PRIMARIO:

Variables:

• Caudal: C = 14,4 m3/h

• Pérdida de carga: ∆p = 91,24 kPa

Para superar la elevada pérdida de carga se selecciona el modelo UPS-65/120

CIRCUITO SECUNDARIO CLIMATIZACION:

Variables:

Como se observa en la figura, se

consigue máximo rendimiento de las

bombas en torno a caudales de 20

m3/h .

Figura 5. 21 : Curvas de operación Caudal-Altura manométrica UPS 65-

120.



• Caudal: C = Cprimario = 14,4 m3/h

• Pérdida de carga: ∆p = 6.42 kPa

En esta bomba también se consigue máximo rendimiento en torno a caudales

de 12 m3/h. En el circuito secundario sólo será necesario instalar una bomba.

CIRCUITO SECUNDARIO ACS:

El circuito secundario no tiene que soportar la

pérdida de carga del campo de colectores, por

lo que será mucho menor.

Tras consultar el ábaco se opta por el modelo

UPS 50/30 F

Variables:

• Caudal: C = 2735 l/h

• Pérdida de carga: ∆p = 6.42 kPa

Con éstas características se elige el modelo

UPS 32-30 F, que cumple con todos los

requerimientos.

Figura 5. 22 : Curvas de operación Caudal-Altura manométrica UPS 50-30.

Figura 5. 23 : Curvas de operación Caudal-Altura manométrica UPS 32-30.



V. 4. 5. Aislamiento

De acuerdo con las condiciones expuestas en el apartado IV.6.3:

Aplicación: Aislamiento de tuberías

Temperaturas límite: -50ºC / 175 ºC

Conductividad térmica: (a 40ºC) 0.045 W/m·K

El aislante se suministra en forma de coquillas de diferentes tamaños. Para

los conductos a la intemperie se aplicará pintura “Armafinish” suministrado por el

fabricante. Para la aplicación del aislante sobre los conductos se empleará el

adhesivo Armaflex HT 525. Los acumuladores vienen aislados en general por el

propio fabricante, por lo que no se hará ninguna selección especial para los mismos.

V. 4. 6 Diseño de vasos de expansión y purgadores de aire

Vaso de expansión:

Fabricante: Armaflex

Modelo: HT/Armaflex

Espesor: 30 mm para tuberías de diámetro

exterior menor de 35 mm, y 40 mm para el

resto de conducciones.



Para el cálculo de los vasos de expansión harán falta dos parámetros, el

volumen de expansión y la presión de tarado:

El volumen de expansión se extrae de la siguiente fórmula:

V = Vu / Ku,

donde:

V = Volumen total del vaso.

Vu = Volumen útil. Lo que se expande el líquido del circuito.

Ku = Coeficiente de utilización que mide el porcentaje del volumen total

que ocupará el volumen útil. Viene expresado por:

Ku = (pf-pi)/pf

-pf = Presión absoluta máxima de trabajo. Presión máxima

mas la atmosférica.

-pi = Presión absoluta de la altura manométrica. La debida a

la presión de la columna de líquido que soporte el vaso mas la

atmosférica.

CIRCUITO PRIMARIO:

• Volumen de fluido en el circuito:

Figura 5. 24 : Vaso de expansión con la instalación caliente (izq.) y fría



Elemento Unidades

Volumen por unidad (l)

Volumen total (l)

Colectores 118 6 708 Tuberías UNE Φ54 400 2 800

Para calcular este volumen se ha estimado como el contenido en los

colectores y el contenido en los conductos, tomando como media 400 m de

tubería UNE Φ54. Volumen total de circuito primario: 1508 litros

• Volumen útil:

Según el pliego de condiciones técnicas del IDAE se estima en 4.5% la

dilatación del líquido contenido en los circuitos a efectos de cálculo. Se

tomará el 5% por ser agua con propilenglicol. Entonces, Vu = 75,4 litros.

• Coeficiente de utilización:

Como presión absoluta máxima de trabajo se tomará la de los captadores (6

bar) a la que hay que añadir la atmosférica, luego pf = 7 bar.

Como presión absoluta de altura manométrica se tomará la de la columna de

agua que soporte el circuito mas la atmosférica. En el circuito primario:

pi = 91,24 kPa + 100 kPa = 191,24 kPa = 1,91 bar

Entonces:

Ku = pf

pipf −= 0.73

• Volumen total de vaso: V = Vu / Ku = 103 litros

• Elección de modelo:

Vaso de expansión ROCA VASOFLEX de 140 l de volumen y presión

máxima de 6 bar. Junto al vaso se colocará una válvula de seguridad tarada a

6 bar.



CIRCUITO SECUNDARIO

• Volumen de fluido en el circuito:

Se aproximará con el volumen de acumulación. V total = 10000 l.

• Volumen útil:

La temperatura del agua será menor que en el circuito primario, por lo que la

dilatación será menor. Se calcula el volumen de expansión como el 3,5 %

del volumen contenido en el circuito secundario.

Vu = 350 litros

• Coeficiente de utilización:

En este caso se tomará como presión máxima la de la columna de agua mas

la atmosférica mas 200 kPa de seguridad.

pf = 6.42 + 300 kPa

pi = 6.42 kPa + 100 kPa

Ku = pf

pipf −= 0.65

• Volumen total de vaso:

V = Vu / Ku = 538 litros

• Elección de modelo:

Por las características anteriores se usará el modelo REFLEX N

comercializado por SEDICAL, de 600 litros de volumen. Su válvula de

seguridad irá tarada a 3 bar.

Purgadores de aire:



En la instalación hay un total de 24 baterías en los grupos tipo 1, con una

superficie de captación de 12 m2 por batería, y 3 baterías en el grupo 2 con una

superficie de captación de 9 m2 en las de 3 colectores.

En los grupos tipo 1 se instalarán desaireadores de 180 cm3 y en los de tipo

2 de 135 cm3. Los purgadores automáticos serán los mismos en todas las baterías.

Se instalarán los comercializados por SALVADOR ESCODA, modelo Purg-Inox

2000.

V. 4. 7 Integración con el sistema existente

Es necesario describir el sistema de ACS y climatización existente en el

emplazamiento y cómo la instalación solar se integrará a ellos. El esquema de

principio anterior al presente proyecto queda referido en el documento de planos.

Circuito de ACS

Formado por una caldera de 70000 kcal/h de potencia y un sistema de

interacumuladores de 4 m3 de volumen total. Las pautas para la interconexión de los

sistemas convencional y solar son las siguientes:

• Al ser la acumulación solar para ACS a alta temperatura se precisará de

mezcladores termostáticos para asegurar que la temperatura que llega al

usuario es de 45ºC.

• La alimentación de agua fría de red en los interacumuladores de ACS se

sustituirá por el agua proveniente del sistema solar, de esta forma sólo se



necesitará el apoyo del sistema convencional de gasoil cuando la

temperatura que proviene del acumulador solar sea próxima a la de red:

Como mezcladores termostáticos se utilizarán los comercializados por Salvador

Escoda, modelo AQUAMIX, con temperaturas límite de regulación entre 32 y 50ºC,

por lo que se ajusta a las necesidades del proyecto.

Circuito de climatización

Para satisfacer las necesidades de calefacción existen dos circuitos, uno de

aerotermos para la pista cubierta y otro de radiadores tradicionales para el resto de

habitaciones, alimentados con una caldera de 200000 kcal/h de potencia.

El presente proyecto contempla la posibilidad de proporcionar frío con la

nueva instalación solar a partir de una máquina de absorción como se ha comentado

anteriormente. El problema de esta decisión está en la necesidad de instalar un

circuito de fan-coils para poder distribuir este frío. Si se hace así, el circuito anterior

ACS AFR

Caldera

ACS Agua Solar

Caldera

Figura 5.25 : Interacumuladores ACS antes y después de la instalación solar



de radiadores quedaría en desuso ya que los fan-coils también proporcionan calor

con un rendimiento mayor que los radiadores.

Por lo tanto, en los circuitos de refrigeración se integrará la caldera de gasoil

ya existente de manera que pueda dar cobertura a los mismos en caso de no existir

producción de agua solar. Quedaría de la siguiente manera:

Cabe mencionar que de no existir la posibilidad de instalación de fan-coils,

la mejor manera de integrar el sistema solar con el convencional, es decir, de hacer

llegar el agua solar a 90ºC procedente de los acumuladores solares, sería

simplemente introducir la tubería de ida solar en serie con el retorno del circuito

convencional y mediante un sistema de by-pass, puentear la caldera o el sistema

solar cuando fuese innecesario uno u otro:

Caldera

Ac.

Solar

Impulso climat.

Retorno climat.

Figura 5. 26 : Integración Caldera convencional-Circuito fan-coils.



V. 4. 8 Descarga de acumuladores

A efectos de diseño, para la parte de la instalación que une los acumuladores

con los correspondientes circuitos de ACS o de climatización, se emplearán los

mismos parámetros que en sus correspondientes circuitos secundarios, es decir, para

descargar los acumuladores se considerará que la pérdida de carga es la misma que

en el circuito de carga. Como el caudal de descarga es el mismo que el de carga, se

usarán las mismas bombas que en este último circuito.

La descarga del acumulador de ACS solar se hará a través de un mezclador

termostático que llevará el agua a los acumuladores de ACS convencionales. Los

acumuladores de climatización descargarán en el circuito de agua caliente de la

máquina de absorción para el caso de refrigeración o en el circuito de fan-coils

directamente en el caso de calefacción.

Cal. Cal.

Solar

Figura 5. 27 : Posible integración del sistema solar de climatización con el circuito convencional de radiadores existentes previamente.



V. 5 Sistema de refrigeración

Existe un problema en las instalaciones de energía solar térmica que es el

exceso de agua caliente en los meses de verano. Durante esta época el consumo de

agua caliente se reduce hasta casi hacerse nulo, sin embargo la radiación del sol es

máxima. De no poderse utilizar esta energía, habría que tapar los colectores para

evitar su deterioro. Gracias al desarrollo de nuevas tecnologías en el campo de la

refrigeración por absorción, es posible aprovechar el agua caliente proveniente de

los colectores para generar frío.

V. 5. 1 Principio físico

Los sistemas de refrigeración por absorción presentan la ventaja respecto a

los de compresión de vapor de requerir una demanda eléctrica casi despreciable,

sustituyendo ésta por una demanda térmica. Aunque dicha demanda térmica puede

ser satisfecha mediante llama directa, el principal atractivo de los equipos de

absorción es su capacidad para aprovechar calores residuales, normalmente en

forma de agua caliente, vapor, gases de escape, etc. Esto los hace especialmente

útiles en aplicaciones de energía solar térmica.

Con objeto de exponer las instalaciones de la forma más realista posible se

va a diferenciar entre los dos tipos de fluido, refrigerante y solución de transporte,

con objeto de poner de manifiesto sus diferencias constructivas. En la mayoría de

los casos este par de fluidos suele ser Agua/BrLi.



La figura muestra un esquema de los componentes empleados en este ciclo.

Se señala dentro de la línea discontinua el llamado "compresor térmico", en el que

reside el proceso de absorción-desorción. El ciclo termodinámico de absorción,

llamado de Carré, es similar a un ciclo inverso de Rankine, con la diferencia

respecto a éste de sustituir el compresor mecánico que actúa entre el evaporador y

el condensador por el "compresor térmico”, en el cual el proceso de compresión se

realiza mediante una bomba. Para que esto sea posible el refrigerante se absorbe en

una solución de transporte, de modo que atraviesa la bomba en estado líquido. Una

vez a alta presión el refrigerante se separa (desorbe) de la solución aportando calor,

de modo que el refrigerante así obtenido va al condensador para continuar el ciclo

de Rankine convencional.

Figura 5.28 : Esquema del ciclo de refrigeración por absorción



El proceso de absorción se lleva a cabo en una especie de intercambiador de

calor denominado “absorbedor”, en el que entra el refrigerante procedente del

evaporador y la solución de transporte que queda después de haber liberado el

refrigerante. Con objeto de concentrar mejor el refrigerante en la solución el

absorbedor es refrigerado. La solución así obtenida, rica en refrigerante, sale del

absorbedor y es bombeada hacia el “generador”, otra especie de intercambiador de

calor en el que aportando calor de la instalación solar se separa el refrigerante de la

solución. La solución así obtenida, pobre en refrigerante, se dirige hacia el

absorbedor a través de una válvula. El refrigerante separado es dirigido hacia el

condensador. El nivel térmico del calor aportado en el generador oscila entre 90 y

100°C, por lo que el uso de captadores solares de tubo de vacío se hace idóneo.

Para comprenderlo mejor, el proceso es análogo a la separación que se

produce en las bebidas carbonatadas (coca-cola) entre el líquido y el gas carbónico

disuelto en él cuando la bebida se calienta. Se observa que las burbujas son más

grandes, se está liberando el gas carbónico disuelto. El trabajo consumido por el

ciclo (normalmente en forma de energía eléctrica) se limita al accionamiento de la

bomba, por lo que es muy pequeño. La principal energía consumida la constituye el

calor que se debe aportar en el generador, y que como se ha dicho viene de los

colectores solares. La otra entrada energética al equipo la constituye el calor que

éste demanda en el evaporador, y que es el efecto buscado (enfriamiento).

En España, el antiguo reglamento de calefacción, climatización y ACS

(RITE), vigente hasta 1998, establecía limitaciones muy severas en lo referente a la



utilización de equipos de absorción. Esto ha sido superado en el nuevo, permitiendo

así la expansión de esta tecnología.

V. 5. 2 Necesidades energéticas

Se han estimado las necesidades de refrigeración en el mes de agosto como

de 768,6 kWh / día, lo que supone una potencia en el evaporador de la máquina de

absorción de unos 76 kW, suponiendo un uso diario de unas 10 horas. La máquina

de absorción Rotártica mencionada con anterioridad es de pequeñas dimensiones y

está pensada para uso más doméstico. La potencia nominal de éstas máquinas es de

4,5 kW, lo que supone que para satisfacer la demanda en este caso harían falta unas

17 unidades, lo cual es infactible desde todos los puntos de vista.

Para este caso en concreto se optará por una máquina de mayores

dimensiones. THERMAX es un fabricante con una amplia experiencia en la

fabricación de máquinas de absorción para usos industriales. Dentro de su serie

COGENIE se comercializan enfriadoras desde 35 hasta 282 kW. Para el pabellón

deportivo se elegiría el modelo de 70 kW de potencia nominal en el evaporador, el

COGENIE LT-2. Puesto que su COP es similar al de Rotártica, en torno al 0,7, el

cálculo realizado de superficie de captación necesaria para refrigeración es válido

también para el caso de usar una máquina Thermax.

Es una máquina compacta, ocupa un volumen de 5 m3, lo cual es poco

comparado con la potencia que desempeña, y presenta todos los avances en cuanto

a tecnología de absorción se refiere. La desventaja es su elevado coste, tanto



nominal como de instalación, lo cual será un parámetro a tener en cuenta en la

realización del estudio económico.

De la hoja de características se comprueba la idoneidad del modelo LT-2

para el caso que nos ocupa:

• Potencia nominal: 70 kW, frente a los 76 kW necesarios según el cálculo de

necesidades energéticas

• Flujo de agua caliente necesario: 15,7 m3/h frente a los 14,4 calculados.

V. 5. 3 Circuito de refrigeración

Para la distribución del frío proporcionado por la máquina de absorción es

necesario disponer de un sistema de refrigeración del que el pabellón deportivo “El

Olivo” carece. Lo más extendido en este tipo de proyectos es el uso de fan-coils,

por lo que habrá que tenerlo en cuenta a la hora de calcular el coste de la instalación.

El cálculo detallado de los circuitos de climatización escapa al alcance de este

Figura 5.29 : Esquema del ciclo de refrigeración por absorción



proyecto, el cual se centra en la viabilidad económica de una instalación de energía

solar térmica. Por lo tanto el cálculo y descripción del circuito de fan-coils se hará

con la precisión justa que nos permita obtener una estimación de su alcance y de su

coste.

La principal ventaja en la instalación de los fan-coils es la posibilidad de su

uso para calefacción en invierno, lo que conlleva una reducción del consumo

energético frente al circuito de radiadores existente.

A efectos de cálculo desde el punto de vista económico se recurrirá a la

observación empírica de otras instalaciones similares. Consultando proyectos de

climatización en emplazamientos similares y a través de la experiencia de

instaladores de circuitos de climatización, se puede aproximar el precio de una

instalación de fan-coils en 10 € /frigoría. Por lo tanto:

Cfancoils = 22 frigorías/m2 · 400 m2 · 10 € /frigoría = 88000 €

V. 5. 4 Rotártica®

Cabe mencionar, a modo de curiosidad, la creación reciente de una marca

española de máquinas por absorción llamada Rotártica. Fue a mediados de los años

70 cuando ICI, el mayor fabricante de productos químicos inglés, demostró que con

grandes fuerzas gravitacionales creadas mediante la rotación, la eficacia de los

procesos químicos mejoraba notablemente. En los años 90 se creó INTEROTEX,

empresa creada para desarrollar ésta idea con la participación de British Gas, Gas

Natural y Fagor. Las licencias fueron adquiridas más adelante por FAGOR para



desarrollar y comercializar máquinas de absorción a partir de esta técnica bajo el

nombre de ROTARTICA.

ROTARTICA es de reciente creación y de momento sólo comercializa

máquinas de absorción. La particularidad de sus máquinas es que todo el ciclo de

absorción se aloja dentro de una cámara que gira alrededor de un eje. Mediante ésta

técnica aumenta el rendimiento del ciclo. Esta mejora hace posible que no sean

necesarias las aparatosas torres de refrigeración usadas hasta entonces a modo de

condensador y disminuye considerablemente el tamaño de la máquina, haciéndola

más modular.

Figura 5.29: Aspecto exterior y cámara rotativa donde se desarrolla el ciclo de absorción.



V. 6 Regulación y control

Esta es una parte muy importante de la instalación, en la cual se lleva a cabo

el accionamiento automático de las bombas que controlan la misma. Esto se realiza

mediante un controlador electrónico comercializado especialmente para éstos casos.

Este dispositivo está formado por dos tipos de circuitos:

• Circuito de sensores: es el encargado de medir el estado de las temperaturas

de todo el sistema. En función de los valores de las mismas se podrán en

marcha los diferentes accionamientos.

• Circuito de accionamientos: es el encargado de hacer funcionar las bombas

según los valores de temperatura registrados.

Aparte de los sensores de temperatura mencionados, el controlador tiene un sensor

solar que se instala en el campo de colectores que detecta la intensidad solar (W/m2).

Se dividirá para su estudio la instalación en tres partes: el circuito primario,

formado por el campo de colectores, el circuito de ACS, tanto acumulación como

consumo, y el circuito de climatización, con acumulación y consumo también. A

continuación se describen las pautas para el diseño del control de todos los circuitos.

Son numerosos dispositivos y denominaciones por lo que su seguimiento puede

resultar complicado. Al final quedan representados claramente en el esquema de

principio de la instalación total.

La instalación del sistema de regulación se hará de acuerdo al reglamento

electrotécnico de baja tensión (REBT) y sus instrucciones complementarias.



V. 6. 1 Circuito primario

Sus partes principales son el campo de colectores y la bomba que mueve el

fluido caloportador hacia los intercambiadores de calor. El principio de

funcionamiento de este circuito es simple: si la intensidad solar supera el valor

umbral registrado por el sensor colocado en el campo de captadores (200 W/m2), la

bomba hará circular el fluido. Si no supera el valor umbral, el fluido no circulará.

Es muy importante que mientras haya radiación el fluido esté en movimiento, haya

o no haya consumo, ya que de lo contrario los colectores se podrían recalentar y

deteriorarse.

Denominando B1 a la bomba del circuito primario, el resultado es el siguiente:

ESTADO DE LOS EQUIPOS

FUNCION CONDICIONES B1

Arranque Radiación Solar ≥ Umbral ON

PR

IMA

RIO

Parada Radiación Solar ≤ Umbral OFF

Debe haber un sensor de temperatura en la parte más alta de los colectores. Para

cálculos posteriores este sensor y la temperatura que registra se denominarán S1.

Los circuitos de acumulación no funcionarán a no ser que el circuito primario esté

en modo ON.

V. 6. 2 Circuito ACS

Se denominará B4 a la bomba del circuito secundario de ACS que lleva el

agua del intercambiador al acumulador solar. En la parte superior de dicho



acumulador se colocará un sensor de temperatura denominado S4. Se describen a

continuación las pautas que regulan el funcionamiento de este circuito.

Almacenamiento

Se almacenará cuando la temperatura a la salida de los colectores sea

superior a la del acumulador en 5ºC. Se detendrá la acumulación cuando la

diferencia de temperaturas sea inferior a 2ºC o la temperatura en el acumulador sea

igual o mayor al máximo permitido, en este caso 90 ºC. Con esto también se

asegura que no se sobrepasen los 110ºC fijados como máximo por el fabricante.

Cuando se acabe de almacenar ACS, su intercambiador entra en by-pass mediante

una válvula accionada electrónicamente (V1), como ya se ha comentado

anteriormente.

Consumo

Cuando haya consumo de ACS se accionará la bomba de descarga del

acumulador, sea cual sea su temperatura. La caldera convencional de gasoil tiene su

propio sistema de regulación que hace que se accione si la temperatura es menor de

45ºC en los acumuladores de ACS convencionales (no solar).

Los resultados se presentan en la siguiente tabla:



FUNCION CONDICIONES B4 B5 V1 Almacenamiento S1 ≥ S4 + 5ºC ON OFF

S1 ≤ S4 + 2ºC Fin almacenamiento ó S4 ≥ 90ºC

OFF ON

AC

S

Consumo э Consumo de ACS ON

V. 6. 3 Circuito de climatización

Almacenamiento

Las pautas de almacenamiento de agua para climatización son similares a las

de ACS. La diferencia es que en este caso habrá dos acumuladores en vez de uno,

puestos en serie y con la temperatura estratificada de tal forma que al que le llega el

agua solar estará a mayor temperatura que al que le llega el agua de retorno y de red.

Se colocarán sensores de temperatura en la parte superior del acumulador caliente

(S2) y en la parte inferior del acumulador frío (S3). La temperatura de salida de los

colectores (S1) se comparará con la temperatura de acumulación fría. Si la

diferencia es mayor que 5ºC se acumulará y si es inferior a 2ºC o ya se han

alcanzado los 90ºC en S2, se dejará de acumular. Si la temperatura en S2 sube por

encima de 90ºC se pondrá en marcha un mecanismo para bajarla que consiste en

homogeneizar la temperatura en los acumuladores: se detendrá el circuito primario

mientras que el secundario sigue en marcha.

Consumo

La temperatura mínima para que la máquina de absorción tenga un COP aceptable

es de 70ºC. Las pautas para el funcionamiento del circuito de climatización es que

la temperatura aportada por los acumuladores solares sea mayor que este mínimo y

que haya demanda de temperatura de confort. Se aproximará como temperatura



mínima en el circuito de fan-coils en el caso de demanda de calefacción la misma

que para refrigeración, 70ºC. En caso de no alcanzarse la temperatura mínima de

operación pero existir demanda de temperatura de confort, entrará en

funcionamiento la caldera de gasoil convencional ya existente a través de las

válvulas de tres vías V2 y V3 accionadas electrónicamente, haciendo by-pass en el

sistema solar.

Se resumen todas las estrategias de funcionamiento en la siguiente tabla:

V. 6. 4 Modelo a utilizar

Se usará la centralita de control comercializada por RESOL modelo MIDI-

PRO para 2 fuentes de energía y 6 receptores de calor. Incluye 6 sondas de

inmersión PT 1000, salida RS 232 para conexión a PC.



CAPITULO VI: PRESUPUESTO

PRESUPUESTO DESGLOSADO INSTALACIÓN SOLAR

TÉRMICA UBICACIÓN: PABELLÓN DEPORTIVO EL OLIVO, COSLADA.

1. Subsistema de captación:

Ud. Concepto Coste Ud.

(€) Coste

TOTAL

118 Colector solar de tubo de vacío VIESSMANN Vitosol

200 D30 2.250 265.500

118 Estructura soporte de acero galvanizado con

tratamiento para exteriores 120 14.160 TOTAL (1) 279.660

2. Subsistema de intercambio:


(€) Coste

TOTAL 1 Intercambiador de calor de placas APV-U2 33,33 kW 400 400 1 Intercambiador de calor de placas APV-SR2 172,5 kW 600 600 TOTAL (2) 1.000

3. Subsistema de almacenamiento:


(€) Coste

TOTAL 1 Acumulador Inercia ACS Lapesa MV-2000-I 2.972 2.972 2 Acumulador Inercia Lapesa MV-5000-I 5.750 11.500 TOTAL (3) 14.472

4. Subsistema hidráulico

4.1 Valvulería y accesorios


(€) Coste

TOTAL 104 Válvulas de corte 3,55 369,20

5 Válvulas de equilibrado 10,00 50,00 33 Grifos de vaciado QUICKFILL Salvador Escoda 15,00 495,00 42 Válvula de seguridad con manómetro 7,50 315,00 28 Válvula antiretorno 4,50 126,00 1 Válvula de by-pass accionada electrónicamente 3,00 3,00 2 Valvula de 3 vías 15,00 30,00 - Rácores, uniones, pequeño material de conexionado 300,00 300,00 4 Mezcladores termostáticos Salvador Escoda 75,00 300,00



5

Fluido caloportador (Propilenglicol 30%) ANTIFROGEN SOL VP 1981 de Salvador Escoda.

Bidón 200 litros. 150,00 750,00 8 Termómetros 15,00 120,00 12 Manómetros 11,50 138,00

TOTAL (4.1) 2.996,20

4.2 Expansión y purga de aire


(€) Coste

TOTAL 33 Purgador de aire PURG-INOX Salvador Escoda 27 891 1 Vaso de expansión cerrado ROCA Vasoflex 140 l 300 300 1 Vaso de expansión cerrado SEDICAL Reflex N 600 l 750 750 TOTAL (4.2) 1.941

4.3 Bombas de circulación


(€) Coste

TOTAL 2 Bomba circuito primario Grundfos UPS 65-120 F 720 1.440

4 Bomba circuito sec. climatizac. Grundfos UPS 50-30

F 565 2.260 3 Bomba circuito sec. ACS Grundfos UPS 32-30 F 350 1.050 TOTAL (4.3) 4.750

4.4 Tuberías y aislamiento


(€) Coste

TOTAL 200 Tubería Cobre 80 mm UNE 37.141-76 6 1.200 200 Tubería Cobre 63 mm UNE 37.141-77 6 1.200 200 Coquillas de aislamiento HT/Armaflex 30 mm espesor 3 600 200 Coquillas de aislamiento HT/Armaflex 40 mm espesor 4 800 10 Adhesivo HT 625 12 120

TOTAL (4.4) 3.920

5. Sistema de climatización


(€) Coste

TOTAL

1 Máquina de absorción de símple efecto LiBr

THERMAX LT-2 70 kW 50000 50.000 - Circuito de fan-coils 88.000 TOTAL (5) 138.000

6. Sistema de regulación y control


(€) Coste

TOTAL 1 Sistema de control solar RESOL MIDI-PRO 538 538 8 Instalación eléctrica (horas) 27 216 TOTAL (6) 754



7. Instalación y puesta en marcha


(€) Coste

TOTAL - Instalación y puesta en marcha 50.000 50.000 1 Transporte a obra 800 800 TOTAL (7) 50.800

SUBTOTAL

(1 A 7) 498.293 IVA (16%) 87.727

TOTAL 586.020



CAPITULO VII: ESTUDIO

ECONÓMICO

La finalidad última de una instalación de E. S. T. es conseguir un beneficio

económico aprovechando una energía que llega gratuitamente e ilimitada hasta el

lugar de consumo. Se hace imprescindible saber si el gasto que supone construir

una instalación de estas características nos va a proporcionar ese beneficio y en

cuanto tiempo lo hará. En este capítulo se estudiará la rentabilidad de la inversión

en un proyecto de la magnitud antes descrita mediante medios analíticos. Para

realizar dicho estudio se partirá de una serie de datos económicos que harán posible

dicho cálculo.

En el presente caso se estudian dos emplazamientos distintos con sendas

instalaciones. En dichos emplazamientos existía previamente un sistema de calderas

de gasoil para la calefacción y el ACS, como ya se ha mencionado en capítulos

anteriores. La esencia del beneficio económico en los sistemas de E. S. T. es

diferente al resto de recursos energéticos renovables. No se trata de vender una

energía producida mediante métodos naturales, sino a la inversión de esa energía en

consumo propio. Dicho en otras palabras, el ahorro se producirá en el gasoil que

se deja de consumir sustituido por la energía producida por la fuente

renovable, es decir, el sol. A continuación se detallan todos los datos necesarios

para el cálculo económico de los dos emplazamientos.



VII. 1. 1 Cobertura solar

Para iniciar el estudio de viabilidad es fundamental saber el porcentaje de

energía convencional que se está sustituyendo por la solar. A partir de los datos

obtenidos en el apartado V. 1, se elaborará el perfil de cargas para así saber la

cobertura que da la energía del sol sobre la demanda mensual.

Energía real

aportada por la

instalación (kWh/día)

Cobertura solar (%)

119,84 5,88 319,34 18,80 713,09 48,10 920,83 70,03

1022,56 84,99 1139,43 97,11 1328,40 93,61 1259,92 99,40 943,22 76,46 522,80 40,90 233,42 15,11 227,49 11,53

De lo que se extrae que la instalación proporciona una cobertura media del 55,16%

VII. 1. 2 Parámetros económicos

A continuación se describen los parámetros que harán posible el cálculo de

la rentabilidad de la inversión.

Vida útil del proyecto

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

Figura 7.1 : Cobertura solar proporcionada por la instalación frente a la demanda mes a mes.



Las instalaciones de energía solar térmica son muy duraderas si se sigue el

mantenimiento mínimo. Lo normal son 25, aunque a efectos de cálculo se

considerarán 20 años.

Coste de inversión

Es lo que cuesta llevar a cabo la instalación desde su proyecto hasta su ejecución y

entrega. Este valor queda reflejado en el apartado del presupuesto.

Coste anual de mantenimiento

A partir de la información del IDAE sobre costes anuales de mantenimiento en

instalaciones similares, se estima en 500 € /año.

Porcentaje de incremento del precio de combustible

A partir de la información recogida en el “Oil Bulletin” de la división energética de

la comisión europea (http://europa.eu.int/comm/energy/oil/bulletin/index_en.htm)

se extraen los siguientes datos sobre la evolución del precio de gasoil para

calefacción en España:

Mes Precio (€/litro)

Incremento (%)

ene-04 0,37 feb-04 0,37 -0,02

mar-04 0,38 0,05 abr-04 0,39 0,02

may-04 0,42 0,08 jun-04 0,42 -0,01 jul-04 0,41 -0,01

ago-04 0,46 0,11 sep-04 0,45 -0,02 oct-04 0,51 0,13

nov-04 0,50 -0,02

Precio Gasoil calefacción 2004

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

oct-03 ene-04 abr-04 ago-04 nov-04 feb-05

€



dic-04 0,49 -0,02

De lo que se puede aproximar un aumento promedio del 2,61%

Tasa de inflación

Se tomará el IPC general de Julio de 2005 del Instituto Nacional de Estadística

(www.ine.es) a modo de aproximación. Es del 3,3 %.

Tasa de descuento

Es una variable utilizada para calcular el Valor Actual Neto. Refleja el beneficio

que se obtiene de este tipo de inversiones. Este valor depende de factores como el

riesgo asociado. En proyectos de este tipo se puede considerar un 8%.

Ahorro de gasoil

Parámetro fundamental a la hora de calcular la amortización de una inversión. A

partir de los datos facilitados por el Ayuntamiento de Coslada y tras el estudio de

sus facturas de consumo de gasoil se obtiene el dato de consumo anual: 5418 €/año.

Si la cobertura solar obtenida anteriormente era del 55.16 %, se obtiene un ahorro

de 2989 € /año.

VII. 1. 3 Subvenciones

El instituto de crédito oficial (ICO) ha creado una línea de financiación en

colaboración con el IDAE consistente en créditos con parte del interés costeado por



el IDAE. La línea tiene como objetivo la financiación de inversiones destinadas a la

eficiencia energética y al fomento de las energías renovables.

Hay diferentes tipos de subvenciones para cada tipo de instalación. En la

convocatoria de 2005, una instalación con máquina de absorción es una instalación

especial y por lo tanto tiene un coste de referencia de 1015 € /m2 de superficie de

captación. El coste de referencia es un parámetro aproximativo para fijar la cantidad

de la ayuda. Esta cantidad se podría aumentar hasta el 50 % por el carácter

innovador de la instalación. Se tendrá en cuenta como hipótesis a la hora de realizar

el cálculo. La línea financia el 80% de la inversión al EURIBOR +1 a seis meses

(3,2 %), con un plazo de devolución de 8 ó 10 años (incluido uno de carencia) y un

30% de la inversión (375 € por cada 1000 de préstamo) como ayuda del IDAE a la

amortización del préstamo a fondo perdido.

Creferencia = 1015 €/m2 · 354 m2 = 359310 €

Importe financiable = 0.8 · 359310 = 287448 €

Ayuda del IDAE = 0.375 · 287448 € = 107793 €

VII. 1. 4 Herramienta de cálculo

Se usará la herramienta RETSCREEN mencionada anteriormente para

calcular las variables económicas más importantes: el valor actual neto (VAN), la

tasa interna de retorno (TIR) y los flujos de caja.



Los flujos de caja se definen como el saldo disponible para pagar a los

accionistas y para cubrir el servicio de la deuda de la empresa después de descontar

las inversiones realizadas en activos fijos y en necesidades operativas de fondos.

El Valor Actual Neto (VAN) es el valor actual de los flujos de fondos

disponibles. Un euro hoy vale más que un euro dentro de un año. Cuando se hace

una inversión se pretende obtener una cantidad extra de dinero que compense de: la

inflación; el riesgo de la pérdida del dinero y el costo de oportunidad de renunciar a

la tenencia de los euros durante todo ese periodo. El valor presente se calculará

como la suma de los valores presentes de cada flujo

....)( 2

21 ++

++

+−=kI

VF

ki

VFAVP Se hará para el total de vida útil de la instalación.

A = Inversión inicial

k = tasa de descuento

VF n = flujo de caja del año n =

= (Ahorro) · (1+c)n – (Costes mantenimiento) · (1+i)n

Siendo “c” porcentaje de aumento del precio del combustible e “i” la

tasa de inflación.

La Tasa Interna de Retorno se define como la tasa de descuento que iguala

al valor presente de los flujos de caja a cero. Es decir, la tasa de descuento “k” que

hace que el VAN sea cero: 0....)( 2

21 =++

++

+−kI

VF

ki

VFA . (Si TIR> 8% el proyecto

es aceptable; si TIR< 8% el proyecto no es aceptable, siendo k la tasa de descuento).



En el software se podrán integrar todas las variables antes mencionadas,

incluidas subvenciones.

Sin embargo, un análisis previo de los datos económicos hace que no sea

necesario el estudio económico: la instalación no será rentable. A simple vista se

observa que el ahorro anual es de casi 3000 €, cifra ridícula en comparación con los

elevadísimos costes del proyecto. En el caso perfecto, es decir, que la instalación de

energía solar térmica fuese gratis, el beneficio obtenido dada la vida útil del

proyecto, sería de 60000 €. El coste del proyecto es más de diez veces mayor.

Introduciendo los datos en el software, los resultados obtenidos son los

siguientes:

Se llega a valores tales como:

VAN = -390.463 €

Figura 7.2 : Representación del flujo de caja. Hasta el año 20 seguirá siendo negativo.



Esto significa que tras los 20 años de vida útil del proyecto todavía quedará un

saldo negativo de 390.463 €

TIR = -20.5 %

Esto significa que la inversión a 20 años nos ha producido unas pérdidas del 20,5 %

del coste inicial.



CONCLUSIONES: Pabellón Deportivo.

Ante los resultados obtenidos tras el análisis económico de la instalación se

llegan a las siguientes conclusiones:

• El Pabellón deportivo “El Olivo” es un edificio de pequeñas dimensiones en

el que el consumo es reducido. Aunque el consumo de ACS es importante,

el consumo de climatización es pequeño. Querer instalar climatización por

absorción en un emplazamiento tan pequeño es más que ambicioso. Al ser

de poco consumo, también es poco lo que se ahorraría si se dejase de

consumir aunque fuese el 100 % de la demanda por los métodos

convencionales de Gasoil.

• Las instalaciones de energía solar con refrigeración por absorción sólo serán

rentables en grandes emplazamientos con grandes consumos de energía.

Haciendo un cálculo aproximado: si se quiere obtener un VAN positivo y

tiempo de retorno de la inversión de 10 años, poniendo una instalación

similar a la descrita en este proyecto, el consumo anual de energía

convencional debería ser del orden de 30.000 €.

• La tecnología de tubo de vacío encarece muchísimo la instalación. Su precio

es más del doble de lo que cuestan los captadores de placa plana

convencionales de baja temperatura. Esta tecnología se usará un casos muy



concretos donde el consumo energético para climatización esté muy

optimizado, como en las instalaciones de suelo radiante.

• Distinguiendo en el presupuesto las partes del coste final dedicadas a ACS y

las dedicadas a la climatización se obtiene:

Lo que refleja el gran porcentaje del presupuesto dedicado a la climatización.

• Habrá que descartar la instalación de climatización en emplazamientos tan

pequeños debido al poco ahorro en combustible convencional que suponen.

En este tipo de edificios se buscará cubrir las necesidades de ACS.

• Para mejorar la rentabilidad habrá que aumentar el porcentaje de cobertura

solar dado por la instalación y reducir el coste total. Esto se consigue, en el

caso de sólo proyectar para ACS, sustituyendo los colectores de tubo de

vacío por colectores de placa plana, mucho más baratos.

Porcentaje presupuesto ACS-Climatización

ACS

REFR.



CAPITULO VIII: ESTADIO DE

FUTBOL “EL OLIVO”

En vista de los resultados anteriores se calculará una instalación sólo de

ACS para el estadio de fútbol. No se entrará tanto en detalles de diseño técnico, se

hará más hincapié en su viabilidad económica. Se diseñará una instalación sencilla

basada en la estimación de su consumo energético.

VIII. 1 Necesidades de ACS

Se calcula por estimación de ocupación. Se suponen 3 usos principales:

entrenamientos (3 días a la semana), partido oficial (1 día a la semana) y el uso del

restaurante en día de entrenamiento y de partido. Como se ha comentado

anteriormente, el restaurante está actualmente en desuso. Se calcularán las

necesidades previendo un posible reacondicionamiento del mismo en el futuro.

En día de entrenamiento se supone una ocupación de 15 personas (11

jugadores, 1 entrenador y 3 asistentes). En día de partido se supone una ocupación

de dos equipos de 25 personas, 4 árbitros y 3 camareros en el restaurante. El uso de

agua caliente en el restaurante estará destinado al lavaplatos y al fregadero. El uso

del restaurante no será diario, se calculará un día de baja ocupación para los días de

entrenamiento y uno con más ocupación el día de partido. Entonces, según la tabla:



Uso Consumo Ducha 20 Litros/persona·día

Lavabo 2 Litros/persona·día Lavaplatos 30 Litros/uso Fregadero doméstico 20 Litros/día

Días de entrenamiento:

15 personas · 22 L/persona·día = 330 L/día

Día de partido:

(50+4+3)personas · 22 L/persona·día + 20L (usos extras) = 1274 L/día

Restaurante:

A diario:

2 lavaplatos/día · 30 L = 60 L/día

20 litros/día (fregadero)

En partido:

6 lavaplatos/día · 30 L = 180 L/día

60 litros/día (doble fregadero)

Consumo total : 3·(330+80)+(1274+240)= 2744 L/día. Este consumo es de agua a

45º.

VIII. 2 Subsistema de captación y acumulación.

VIII. 2. 1 Superficie de captación y volumen de acumulación:

Se acumulará la necesidad de ACS diaria, de manera que el volumen de

acumulación será de: Vac = 2744 litros



Para el cálculo de la superficie de captación se seguirá la aproximación del

IDAE para aplicaciones de ACS, aceptada por todos los instaladores. El área de

captación será tal que:

50 < V/A < 180

Un valor razonable de V/A sería 75, luego el área de captación será de:

Ac = 2744/75 = 36.59 m2

El fabricante alemán WOLF comercializa productos de energía solar desde

hace años. Es una empresa madura y con experiencia. Se elegirá su modelo de

captador de placa plana TOPSON F3, cuyas características se adjuntan en la parte

de anejos.

La superficie útil de estos captadores es de 2 m2 , por lo que se instalarán 18

colectores.

Los colectores tendrán una inclinación de 25º, la cual es adecuada

ateniéndose al estudio del apartado IV. 3. 4.

Dado el elevado volumen de acumulación se optará por la instalación tipo

intercambiador de placas externo y depósito de inercia, en vez del acumulador con

intercambiador interno de serpentín, más típico en estas instalaciones.

Se elegirá el siguiente modelo comercializado por Lapesa: Master Europa

MV-2500-I de 2500 litros de capacidad. Esto deja una relación V/A de 69 l/m2,

también aceptable. Esta solución es más económica que la instalación de varios

acumuladores.



VIII. 2. 2 Disposición de captadores

Se dispondrán en baterías de 3 colectores en paralelo. Las baterías asimismo

irán en paralelo, por lo tanto, al ser el caudal nominal de cada colector de 90 l/h:

Qbatería = 90·3 = 270 l/h

Qtotal = 6 · 270 = 1620 l/h

VIII. 3 Subsistema de intercambio

Siguiendo las directrices del IDAE, la potencia del intercambiador externo

debe ser tal que:

P(W) > 500 · A (m2)

Por lo tanto Pmin = 18 kW = 4.3 kcal/s

Se elegirá el intercambiador de placas CB14, de 4.4 kcal/s comercializado

por Salvador Escoda, cuyas características se incluyen en el anexo. A efectos de

cálculo se supone una eficiencia del 70%.

VIII. 4 Bombas y circuito hidráulico.

Se estima la pérdida de carga máxima en las instalaciones de Energía solar

térmica para ACS en 3 m. c. a. Tomando el caudal nominal de 1620 l/h, se elige la

GRUNDFOS TP 25-50, una para el primario y otra para el secundario.

El resto de elementos hidráulicos se estimarán, ya que la finalidad de este

estudio es más económica que técnica. Retscreen da una aproximación del diámetro

de tubería necesaria:

Suggested pipe diameter mm 19 Pipe diameter mm 19



VIII. 5 Regulación y control

Los parámetros de control no cambian respecto al pabellón deportivo, solo

que este caso es mucho más sencillo. El circuito primario se moverá (bomba

primario on) cuando la irradiación solar supere los 200 W/m2 . Se acumulará

(bomba del secundario on) cuando la temperatura a la salida de los colectores

supere en 5ºC a la de la parte superior del acumulador. Se dejará de acumular

cuando esta diferencia de temperaturas sea menor de 2ºC.

El modelo de regulador será más sencillo que el usado anteriormente porque

no tendrá tantas sondas de temperatura. Se elige el modelo RESOL E1/DF con

sistema antihielo.

VIII. 6 Presupuesto

Con los datos obtenidos se puede elaborar un presupuesto con una exactitud

aceptable:



PRESUPUESTO DESGLOSADO INSTALACIÓN SOLAR

TÉRMICA UBICACIÓN: CAMPO DE FUTBOL "El Olivo", COSLADA.

1. Subsistema de captación:


(€) Coste

TOTAL 18 Colector solar Placa plana WOLF TOPSON F3 720 12.960

18 Estructura soporte de acero galvanizado para modelo

TOPSON F3 250 4.500 TOTAL (1) 17.460

2. Subsistema de intercambio:


(€) Coste

TOTAL

1 Intercambiador de calor de placas CB14 SALVADOR

ESCODA 4,4 kcal/s 572 572 TOTAL (2) 572

3. Subsistema de almacenamiento:


(€) Coste

TOTAL 1 Acumulador Inercia ACS Máster Europa MV-2500-I 3.562 3.562 TOTAL (3) 3.562

4. Subsistema hidráulico

4.1 Valvulería y accesorios


(€) Coste

TOTAL

1

Unidad de accesorios para el equilibrado del sistema: valvulería, expansión, purgadores y protección

antihielo. 345,00 345,00

TOTAL

(4.1) 345,00

4.3 Bombas de circulación


(€) Coste

TOTAL 2 Bomba Grundfos GRUNDFOS TP 25-50 349 697

TOTAL

(4.3) 697

4.4 Tuberías y aislamiento


(€) Coste

TOTAL



- Unidad de circuito hidráulico en cobre rígido 19mm 525,00 525 - Coquillas de aislamiento HT/Armaflex RITE 450 450

TOTAL

(4.4) 975

6. Sistema de regulación y control


(€) Coste

TOTAL 1 Sistema de control solar RESOL e1/df 233 233 TOTAL (6) 233

7. Instalación y puesta en marcha


(€) Coste

TOTAL 130 Mano de obra (h) 27 3.510

1 Transporte a obra 450 450 TOTAL (7) 3.960

SUBTOTAL

(1 A 7) 27.804 IVA (16%) 4.449

TOTAL 32.253

VIII. 7 Retscreen. Estudio económico.

Para calcular la cobertura solar que ofrece el sistema, parámetro

fundamental a la hora de calcular el ahorro en gasoil de la instalación, recurrimos a

Retscreen. Se introducirán todos los datos geográficos para hallar la irradiación

como ya se hizo con el pabellón deportivo:



Month

Fraction of month used

(0 - 1)

Monthly average

daily radiation on horizontal

surface (kWh/m²/d)

Monthly average

temperature

(°C)

Monthly average

daily radiation in plane of

solar collector (kWh/m²/d)

January 1,00 1,73 6,1 2,52 February 1,00 2,63 7,5 3,49

March 1,00 4,15 10,0 4,92 April 1,00 5,45 12,2 5,76 May 1,00 6,17 16,0 6,02

June 1,00 6,69 20,7 6,30 July 1,00 7,22 24,4 6,91

August 1,00 6,49 23,9 6,66 September 1,00 4,80 20,5 5,46

October 1,00 3,16 14,8 4,03 November 1,00 1,99 9,4 2,85 December 1,00 1,77 6,4 2,80

Fijando la temperatura de preparación del ACS a 50ºC y todos los

parámetros ya comentados se obtienen los siguientes resultados:

Annual Energy Production (12,00 months analysed) Estimate SWH system capacity kW 25 MW 0,025 Specific yield kWh/m² 694 System efficiency % 39% Solar fraction % 69% Renewable energy delivered MWh 28,72 GJ 103,39

Lo que supone una cobertura solar del 69%. A partir de este dato se hallará

el ahorro en gasoil que ganamos con la instalación. Según datos facilitados por el

ayuntamiento de Coslada, el consumo energético de ACS supone el 30% del total.

Añadiendo que la factura anual por consumo de gasoil asciende a unos 6000€,

queda un ahorro total de:



Ahorro = 0.69·0.3·6000 = 1366.2 €/año.

Este ahorro es muy bajo. Se añadirá la subvención del IDAE y se calcularán los

parámetros antes de sacar ninguna conclusión.

El coste de referencia para este tipo de instalaciones es de:

Cref = 812 € / m2

Lo que en este caso supone:

CrefT= 29232 €

El ICO financia el 80 % del coste de referencia al EURIBOR +1 y el IDAE aporta

375 € por cada 1000 € financiados, por lo tanto:

Cfinan = 0.8 · 29232 = 23385,6 €

En este caso, la cantidad aportada a fondo perdido por el IDAE será:

Cfp = 0.375 ·23385,6 = 8769,6 €

El resto de los parámetros económicos es el mismo para este caso que para el caso

del pabellón deportivo (inflación, tasa de retorno,...) Sin embargo el coste de

mantenimiento anual será mucho más reducido (unos 200 €/año por proyectos

similares analizados por el IDAE). Introduciendo los datos económicos en

Retscreen:



Se obtiene un VAN negativo y una TIR por debajo del 8%.

VAN = -2769 €

TIR = 3%

El periodo de retorno de la inversión es de unos dieciocho años, lo cual es

desorbitado teniendo en cuenta la naturaleza del proyecto.

Figura 8. 1: Salida de pantalla de Retscreen. Gráfico de flujos de caja. Periodo de retorno elevado. VAN y TIR muy bajos



CONCLUSIONES: Estadio de fútbol.

• El coste de referencia de la instalación se acerca mucho al coste real

(29232€ frente a 32253 €) lo que indica que la estimación en cuanto al coste

del proyecto es correcta.

• Sin embargo, en apariencia es no viable, pero la veracidad de esto requiere

un estudio más exhaustivo. Es fundamental el dato del ahorro en gasoil. En

este caso el dato se ha hallado a partir de unas facturas en las cuales se

indicaba el importe del suministro de gasoil para los dos emplazamientos

conjuntamente. A modo de aproximación se ha dividido este gasto a la

mitad al no conocer el consumo exacto del estadio de fútbol. Por otro lado,

tampoco se puede hallar con facilidad el dato del porcentaje de consumo

ACS-Calefacción, también importante a la hora de realizar el cálculo.

• Para un resultado más exacto habría que hacer un seguimiento del consumo

a pie de caldera, no vía facturación.

Madrid, Septiembre de 2005.

documento 1: memoria · viabilidad econÓmica de una instalaciÓn de e. s. tÉrmica autor: fernando...

Documents