manual de solar térmica para grandes edificios y piscinas cubiertas

UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA

ESCUELA DE INGENIERAS INDUSTRIALES

Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn

DB HE 4 del C.T.E.

PROYECTO PRESENTADO PARA OPTAR AL TITULO DEL

MSTER UNIVERSITARIO EN INVESTIGACIN EN ARQUITECTURA E INGENIERA INDUSTRIAL

POR

AXEL COTN GUTIRREZ

BADAJOZ, SEPTIEMBRE DE 2013

PROYECTO FIN DE MSTER

Autor:

AXEL COTN GUTIRREZ

Director o Directores:

ANTONIO RUIZ CELMA Y FERNANDO LPEZ RODRGUEZ

Tribunal de evaluacin:

FRANCISCO CUADROS BLQUEZ

AWF AL-KASSIR ABDULLA

ALFONSO MARCOS HERNNDEZ

Dedico el presenta manual a todos aquellos compaeros ingenieros y arquitectos que me han ayudado tanto en mi etapa profesional como en la realizacin de este manual.

En especial a:

Mara Beln Trenado Nez

Alicia Jimnez Garca

Laura Fernndez Ruz

Francisco Javier Hernndez Plaza

Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.

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Axel Cotn Gutirrez Pgina 4

NDICE: BLOQUE I RADIACIN SOLAR. .................................................................... 181. INTRODUCCIN Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES. ...................... 191.1. INTRODUCCIN..................................................................................... 191.2. EL SOL Y LA ENERGA SOLAR. ............................................................ 201.3. MAGNITUDES Y UNIDADES FSICAS. ................................................. 211.3.1. Conceptos fundamentales de las magnitudes ms importantes. ............ 231.3.2. Sistema Internacional de Unidades y conversin de unidades. .............. 251.3.3. Magnitudes relacionadas con la energa solar. ....................................... 272. MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL. .................................................. 292.1. MOVIMIENTO DE TRASLACIN. .......................................................... 292.2. MOVIMIENTO DE ROTACIN. .............................................................. 312.3. SOLSTICIOS Y EQUINOCCIOS. ............................................................ 322.4. CONCEPTOS BSICOS. ........................................................................ 362.5. SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRFICAS. ................................. 422.6. ECUACIN DEL TIEMPO. TIEMPO SOLAR VERDADERO. ................. 443. ENERGTICA SOLAR. .......................................................................... 473.1. CONSTANTE SOLAR. ............................................................................ 473.2. DISTRIBUCIN DE LA RADIACIN. ..................................................... 483.3. MASA DE AIRE. ...................................................................................... 503.4. RECURSOS DISPONIBLES. .................................................................. 523.5. DISPERSIN E INTERMITENCIA. ......................................................... 554. ENERGA SOLAR TRMICA. ................................................................ 574.1. CONCEPTO Y TIPOS DE ENERGA SOLAR TRMICA. ...................... 574.2. APROVECHAMIENTO TRMICO EN BAJA TEMPERATURA. ............. 584.3. CAPTACIN TRMICA Y PRDIDAS. .................................................. 594.3.1. Irradiacin incidente sobre una superficie inclinada. .............................. 604.3.2. Prdidas por orientacin e inclinacin. .................................................... 614.3.3. Prdidas por sombras. ............................................................................ 675. INSTALACIONES SOLARES TRMICAS EN BAJA

TEMPERATURA. .................................................................................... 755.1. FUNDAMENTOS DE LA INSTALACIN. ............................................... 75


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5.2. SISTEMA DE CAPTACIN SOLAR. ...................................................... 775.3. CLASIFICACIN DE INSTALACIONES SOLARES TRMICAS

PARA A.C.S. ........................................................................................... 785.3.1. Segn el principio de circulacin. ............................................................ 785.3.2. Segn el sistema de intercambio de calor. ............................................. 815.3.3. Segn el sistema de expansin. ............................................................. 855.3.4. Segn el sistema de almacenamiento. ................................................... 855.3.5. Segn el sistema auxiliar. ....................................................................... 855.3.6. Segn el sistema de control. ................................................................... 86BLOQUE II CIRCUITO PRIMARIO. ................................................................. 876. COLECTORES SOLARES. .................................................................... 896.1. EFECTO INVERNADERO. ..................................................................... 896.2. CAPTADOR SOLAR. CLASIFICACIN. ................................................. 916.2.1. Captador solar sin cubierta. .................................................................... 916.2.2. Captador solar plano. .............................................................................. 926.2.3. Captador de tubo de vaco. ..................................................................... 936.3. COMPONENTES DE UN CAPTADOR SOLAR. ..................................... 946.3.1. Cubiertas transparentes. Tipos y propiedades. ....................................... 946.3.2. Absorbedor: materiales, tipos, caractersticas y revestimientos. .......... 1006.3.3. Aislamiento posterior. ............................................................................ 1136.3.4. Juntas de estanqueidad. ....................................................................... 1156.3.5. Carcasa. ................................................................................................ 1156.4. TIPOS DE TUBOS DE VACO. ............................................................. 1176.4.1. Tubos de vaco de flujo directo. ............................................................ 1176.4.2. Tubos de vaco tipo Heat-Pipe. ............................................................. 1186.4.3. Tubos de vaco tipo Sydney. ................................................................. 1206.5. CARACTERSTICAS DE LOS COLECTORES. .................................... 1216.5.1. Temperatura de estancamiento. ........................................................... 1216.5.2. reas de un captador. ........................................................................... 1226.6. CURVA DE RENDIMIENTO DE UN CAPTADOR SOLAR. .................. 1256.7. LEGISLACIN SOBRE COLECTORES SOLARES. ............................ 1307. FLUIDO CALOPORTADOR. ................................................................ 1337.1. LEGISLACIN....................................................................................... 1337.2. CARACTERSTICAS GENERALES. ..................................................... 134


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7.3. TIPOS DE FLUIDO CALOPORTADOR. ............................................... 1347.3.1. Agua natural. ......................................................................................... 1347.3.2. Agua con adicin de anticongelante. .................................................... 1357.3.3. Fluidos orgnicos. ................................................................................. 1367.3.4. Aceites siliconas. ................................................................................... 1377.4. CLCULO DE LA MEZCLA. ................................................................. 1378. ACUMULADORES-INTERCAMBIADORES DE CALOR. ................... 1498.1. LEGISLACIN DE ACUMULADORES. ................................................ 1498.2. LEGISLACIN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR....................... 1538.3. FUNCIONES Y REQUISITOS DE LOS ACUMULADORES

SOLARES. ............................................................................................ 1548.4. TIPOS DE ACUMULADORES DE A.C.S. ............................................. 1558.4.1. Acumuladores de acero vitrificado. ....................................................... 1558.4.2. Acumuladores de acero revestido de plstico. ...................................... 1558.4.3. Acumuladores de acero inoxidable. ...................................................... 1568.5. ACUMULADORES DE INERCIA Y TIPOS. .......................................... 1568.5.1. Acumuladores de inercia a ligera sobrepresin. ................................... 1568.5.2. Acumuladores de inercia abiertos. ........................................................ 1578.5.3. Acumuladores combinados. .................................................................. 1578.6. EL FENMENO DE LA ESTRATIFICACIN DE LA

TEMPERATURA. .................................................................................. 1588.7. PROCESOS DE CARGA Y DESCARGA DE LOS

ACUMULADORES. ............................................................................... 1598.7.1. Proceso de carga. ................................................................................. 1598.7.2. Descarga. .............................................................................................. 1638.8. INTERCONEXIN DE ACUMULADORES. .......................................... 1658.9. AISLAMIENTO DEL ACUMULADOR. ................................................... 1678.10. FUNCIN Y REQUISITOS DE LOS INTERCAMBIADORES. .............. 1688.11. CARACTERSTICA DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. ...... 1698.12. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR. ................................... 1738.12.1. Intercambiadores de calor de serpentn. ............................................... 1738.12.2. Intercambiadores de doble envolvente. ................................................ 1768.12.3. Intercambiadores de calor externos. ..................................................... 1779. BOMBAS HIDRULICAS. ................................................................... 183


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9.1. LEGISLACIN SOBRE BOMBAS HIDRULICAS. .............................. 1839.2. FUNCIN Y REQUISITOS. .................................................................. 1849.3. TIPOS DE BOMBAS MS USADOS. ................................................... 1859.3.1. Rotor sumergido. ................................................................................... 1879.3.2. Monobloc. .............................................................................................. 1899.3.3. Motor-Electrocirculador. ........................................................................ 1899.4. CURVAS CARACTERSTICAS. ............................................................ 1909.5. DIMENSIONAMIENTO. ......................................................................... 19510. VASO DE EXPANSIN. ....................................................................... 20310.1. LEGISLACIN SOBRE VASOS DE EXPANSIN. .............................. 20310.2. CARACTERSTICAS DE LOS VASOS DE EXPANSIN. .................... 20410.2.1. Circuitos abiertos. .................................................................................. 20510.2.2. Circuitos cerrados. ................................................................................ 20510.3. DIMENSIONADO DE VASOS DE EXPANSIN. .................................. 20810.3.1. Instalaciones medianas y grandes. ....................................................... 20810.3.2. Instalaciones de pequeo tamao. ....................................................... 21310.4. INSTALACIN DEL VASO DE EXPANSIN. ...................................... 21310.5. VASO TAMPN. ................................................................................... 21411. CIRCUITO HIDRULICO. .................................................................... 21711.1. TUBERAS. ............................................................................................ 21711.1.1. Legislacin............................................................................................. 21711.1.2. Requisitos. ............................................................................................. 21811.1.3. Caractersticas y propiedades de las tuberas de cobre. ...................... 21911.1.4. Caractersticas y propiedades de las tuberas del acero inoxidable. .... 22611.2. VLVULAS Y ACCESORIOS. .............................................................. 22811.2.1. Legislacin de vlvulas. ........................................................................ 22811.2.2. Caractersticas y tipos de vlvulas. ....................................................... 22911.2.3. Racores, manguitos, codos, reducciones y tapones. ............................ 24011.3. PRDIDA DE CARGA. .......................................................................... 24211.3.1. Generalidades. ...................................................................................... 24211.3.2. Clculo de prdidas de carga lineales. ................................................. 24211.3.3. Clculo de prdidas de carga singulares. ............................................. 25711.3.4. Clculo de la prdida de carga total en el circuito primario. ................. 270


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11.4. VOLUMEN DEL CIRCUITO PRIMARIO. .............................................. 27111.5. AISLAMIENTO TRMICO. .................................................................... 27411.5.1. Legislacin: I.T. 1.2.4.2 Redes de tuberas y conductos. ..................... 27411.5.2. Procedimiento simplificado. ................................................................... 27611.5.3. Procedimiento alternativo. ..................................................................... 28012. CONDICIONES DE TRABAJO EN PRIMARIO. .................................. 28512.1. TEMPERATURAS DE TRABAJO. ........................................................ 28512.2. PRESIONES DE TRABAJO. ................................................................. 28712.3. PROCESO DE VAPORIZACIN. ......................................................... 28912.4. COMPORTAMIENTO RESPECTO A LA EBULLICIN DE LOS

SISTEMAS POR TERMOSIFN. ......................................................... 29212.5. CONEXIONADO DE CAPTADORES. ................................................... 29412.5.1. Instalaciones pequeas de conexionado en paralelo. .......................... 29412.5.2. Instalaciones en Paralelo con Retorno Invertido. .................................. 29512.5.3. Alternativas al Retorno Invertido en un Conexionado en Paralelo. ....... 29712.5.4. Instalaciones pequeas de conexionado en serie. ............................... 29912.5.5. Conexionado en serie de captadores de gran tamao. ........................ 30012.5.6. Conexionado en serie de los captadores pequeos. ............................ 30112.5.7. Conexionado de campos solares grandes con retorno invertido. ......... 30212.5.8. Alternativas al conexionado de campos solares grandes con retorno

invertido. conexiones mixtas serie-paralelo. ......................................... 30312.6. MODOS DE FLUJOS EN EL CIRCUITO PRIMARIO. .......................... 30412.6.1. Flujo normal (High-Flow). ...................................................................... 30412.6.2. Flujo bajo (Low-Flow). ........................................................................... 30512.6.3. Flujo ajustado (Matched-Flow). ............................................................. 30812.7. LEGISLACIN SOBRE CONDICIONES DE TRABAJO. ...................... 30813. SISTEMA DE CONTROL. .................................................................... 31113.1. LEGISLACIN SOBRE EL SISTEMA DE CONTROL. ......................... 31113.2. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS. .................................................. 31313.3. MTODOS DE CONTROL DE CARGA. ............................................... 31413.3.1. Control de carga de un acumulador con intercambiador interno. ......... 31513.3.2. Control de carga de un acumulador con intercambiador externo. ........ 32013.3.3. Control de carga optimizado para alcanzar altas temperaturas o una

temperatura objetivo en el acumulador. ................................................ 323


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13.3.4. Control de carga del acumulador con conexiones a diferentes alturas. .................................................................................................. 324

13.4. MTODOS DE CONTROL DE DESCARGA. ....................................... 32713.4.1. Control de descarga del acumulador de inercia mediante

acumulador de A.C.S. de precalentamiento solar. ............................... 32713.4.2. Control de descarga del acumulador de inercia mediante

acumulador de A.C.S. bivalente. .......................................................... 33213.4.3. Control de descarga del acumulador de inercia mediante

calentamiento instantneo. ................................................................... 33313.5. RECOMENDACIONES PARA LA PRCTICA. ..................................... 33614. ELEMENTOS AUXILIARES. ................................................................ 34114.1. ELEMENTOS DE MEDIDA. .................................................................. 34114.1.1. Legislacin del sistema de medida. ...................................................... 34114.1.2. Manmetro e hidrmetro. ...................................................................... 34114.1.3. Sondas/Sensores de temperatura. ........................................................ 34214.1.4. Caudalmetro. ........................................................................................ 34714.1.5. Contadores de energa trmica. ............................................................ 35014.1.6. Contadores de agua. ............................................................................. 35614.2. PURGADORES Y DESAIREADORES. ................................................ 35814.2.1. Legislacin sobre purga de aire. ........................................................... 35814.2.2. Caractersticas y funcionamiento. ......................................................... 35914.2.3. Dimensionado........................................................................................ 36714.3. SISTEMA DE LLENADO. ...................................................................... 36814.3.1. Legislacin sobre el sistema de llenado. ............................................... 36814.3.2. Sistemas de llenado automticos. ......................................................... 36814.4. DISIPADORES DE CALOR Y AEROTERMOS. ................................... 36914.4.1. Disipadores de calor. ............................................................................. 37014.4.2. Aerotermos. ........................................................................................... 37114.5. SISTEMA ANTILEGIONELA. ................................................................ 37314.5.1. Legislacin sobre prevencin y control de la Legionelosis. .................. 37314.5.2. Sistemas empleados. ............................................................................ 37614.6. FILTROS Y DESCALCIFICADORES. ................................................... 37715. ESTRUCTURA SOPORTE. .................................................................. 37915.1. LEGISLACIN SOBRE LA ESTRUCTURA SOPORTE. ...................... 379


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15.2. MONTAJE DE COLECTORES. ............................................................ 37915.2.1. Montaje en el suelo o en prgolas. ....................................................... 38315.2.2. Montaje en cubierta inclinada. ............................................................... 38315.2.3. Integracin en cubierta inclinada. .......................................................... 38515.2.4. Montaje en cubierta plana. .................................................................... 38715.2.5. Montaje en fachada. .............................................................................. 38915.2.6. Montaje de los sistemas por termosifn prefabricados. ........................ 39015.3. CLCULO BSICO DE LA FUERZA DEL VIENTO. ............................. 39316. CONFIGURACIONES DEL CIRCUITO. ............................................... 39716.1. CONFIGURACIN POR TERMOSIFN. ............................................. 39816.2. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. PEQUEAS

DE CIRCULACIN FORZADA. ............................................................ 40016.3. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. MEDIANAS Y

GRANDES CON ACUMULADORES DE AGUA SANITARIA............... 40416.4. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. MEDIANAS Y

GRANDES CON ACUMULADORES DE INERCIA. ............................. 40716.5. CONFIGURACIONES PARA VIVIENDAS MULTIFAMILIARES. .......... 41016.5.1. Configuracin con acumulador solar centralizado. ............................... 41016.5.2. Configuracin con acumulador solar centralizado e intercambiadores

de calor en cada vivienda. .................................................................... 41216.5.3. Configuracin con acumuladores individuales en cada vivienda. ......... 41416.6. CONFIGURACIONES PARA INTERCONEXIN DE

ACUMULADORES. ............................................................................... 41716.6.1. Interconexin de acumuladores en serie invertida. ............................... 41716.6.2. Interconexin de acumuladores en paralelo. ........................................ 418BLOQUE III DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE A.C.S. ................. 42117. LEGISLACIN ACERCA DEL DIMENSIONADO. .............................. 42317.1. CONDICIONES GENERALES DE DISEO. ........................................ 42317.1.1. Definiciones. .......................................................................................... 42317.1.2. Objetivo y condiciones generales. ......................................................... 42417.1.3. Proteccin contra heladas. .................................................................... 42517.1.4. Proteccin contra sobrecalentamientos. ............................................... 42517.1.5. Proteccin contra quemaduras. ............................................................ 42617.1.6. Proteccin de materiales contra altas temperaturas. ............................ 42617.1.7. Resistencia a presin. ........................................................................... 426


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17.1.8. Prevencin de flujo inverso. .................................................................. 42717.2. DIMENSIONAMIENTO BSICO. .......................................................... 42717.2.1. Fundamentos......................................................................................... 42717.2.2. Contribucin solar mnima. .................................................................... 42817.2.3. Orientacin e inclinacin. ...................................................................... 43017.2.4. Clculo de la demanda. ......................................................................... 43117.2.5. Zonas climticas. ................................................................................... 43818. PRECLCULO DE LA SUPERFICIE COLECTORA. .......................... 44318.1. AZIMUT. (C1) ......................................................................................... 44618.2. CONSUMO TERICO DEL EDIFICIO (L/DA). (C2) ............................. 44618.2.1. Viviendas unifamiliares. ......................................................................... 44718.2.2. Viviendas multifamiliares. ...................................................................... 45118.2.3. Hospitales y Clnicas. ............................................................................ 45318.2.4. Hoteles y Hostales. ............................................................................... 45618.2.5. Campings. ............................................................................................. 45818.2.6. Residencias (ancianos, estudiantes, etc.). ............................................ 45918.2.7. Vestuarios/Duchas Colectivas. .............................................................. 46018.2.8. Escuelas. ............................................................................................... 46318.2.9. Cuarteles. .............................................................................................. 46418.2.10. Fbricas y Talleres. ......................................................................... 46418.2.11. Edificios administrativos. ................................................................. 46618.2.12. Gimnasios. ...................................................................................... 46718.2.13. Lavanderas. .................................................................................... 47018.2.14. Restaurante y Cafeteras. ............................................................... 47118.3. CONSUMO REAL DEL EDIFICIO (M3/MES). (C3 C7) ........................ 47318.3.1. Consumo terico del edificio (m3/da). (C3) ........................................... 47318.3.2. Das del mes. (C4) ................................................................................. 47318.3.3. Consumo terico del edificio (m3/mes). (C5) ......................................... 47418.3.4. Porcentaje de ocupacin. (C6)............................................................... 47418.3.5. Consumo real del edificio (m/mes). (C7) .............................................. 47418.4. DEMANDA ENERGTICA DEL EDIFICIO (MJ/MES). (C8 C12) ......... 47818.4.1. Temperatura de red o temperatura del agua fra (C). (C8) .................. 47918.4.2. Temperatura de acumulacin (C). (C9) ................................................ 479


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18.4.3. Incremento de temperaturas (C). (C10) ................................................ 47918.4.4. Demanda energtica (MJ/mes). (C11) ................................................... 47918.4.5. Demanda energtica diaria (MJ/da). (C12) ........................................... 48218.5. INTENSIDAD TIL (W/M2). (C13 C19) ................................................. 48218.5.1. Radiacin horizontal incidente (MJ/mda). (C13) .................................. 48318.5.2. Radiacin horizontal incidente corregida (MJ/mda). (C14) .................. 48318.5.3. Factor de correccin por inclinacin (K). (C15) ...................................... 48518.5.4. Energa neta incidente (MJ/mda). (C16) .............................................. 48618.5.5. Energa neta incidente corregida (MJ/mda). (C17) .............................. 48718.5.6. Nmero de horas de sol til. (C18) ......................................................... 48718.5.7. Intensidad til (W/m2). (C19) .................................................................. 48718.6. ENERGA NETA DEL COLECTOR (MJ/MMES). (C20 C27) .............. 48818.6.1. Temperatura ambiente media durante las horas de sol (C). (C20) ....... 49018.6.2. Rendimiento ptico del captador 0. (C21) ............................................. 49118.6.3. Parmetro T* (Cm2/W). (C22) .............................................................. 49218.6.4. Parmetro ec. (C23) ............................................................................... 49318.6.5. Rendimiento del colector elegido (%). (C24) ....................................... 49418.6.6. Aportacin solar terica del colector por m (MJ/mda). (C25) .............. 49518.6.7. Energa neta del colector por m (MJ/mda). (C26) ............................... 49618.6.8. Energa neta del colector por m (MJ/mmes). (C27) ............................. 49718.7. SUPERFICIE COLECTORA TERICA. ............................................... 50018.7.1. Nmero mximo terico de colectores. ................................................. 50018.7.2. Restricciones. ........................................................................................ 50018.7.3. Superficie colectora terica de la instalacin. ....................................... 50219. COBERTURA SOLAR ANUAL (F-CHART). ....................................... 50319.1. PARMETRO D1. (C28 C33) ................................................................ 50519.1.1. Carga calorfica mensual (KJ/mes). (C28) .............................................. 50519.1.2. Radiacin diaria media mensual incidente sobre la superficie de

captacin por unidad de rea (R1) (KJ/m2da). (C29) ............................ 50619.1.3. Superficie colectora de clculo de la instalacin (Sc) (m2). (C30) .......... 50619.1.4. Parmetro ()/()n. (C31) .................................................................... 50719.1.5. Parmetro F'r/Fr. (C32) .......................................................................... 50719.1.6. Parmetro D1. (C33) .............................................................................. 50719.2. PARMETRO D2. (C34 C38) ................................................................ 509


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19.2.1. Factor F'rUL. (C34) .................................................................................. 50919.2.2. Tiempo mensual (s). (C35) ..................................................................... 51019.2.3. Factor de correccin por almacenamiento (k1). (C36) ............................ 51019.2.4. Factor de correccin por temperaturas (k2). (C37) ................................. 51119.2.5. Parmetro D2. (C38) ............................................................................... 51219.3. COBERTURA SOLAR ANUAL. (C39 C40) ........................................... 51319.3.1. Cobertura solar mensual, factor f. (C39) ................................................ 51319.3.2. Energa solar aportada (kJ/mes). (C40) ................................................. 51419.3.3. Cobertura solar anual. ........................................................................... 515BLOQUE IV DIMENSIONADO DE PISCINAS CLIMATIZADAS. ................. 51920. GENERALIDADES SOBRE PISCINAS CLIMATIZADAS. .................. 52120.1. NORMATIVA. ........................................................................................ 52120.2. CONDICIONES GENERALES. ............................................................. 52220.2.1. Fluido de trabajo. ................................................................................... 52220.2.2. Prevencin de Legionelosis. ................................................................. 52220.2.3. Configuracin bsica. ............................................................................ 52220.2.4. Temperatura de los vasos de la piscina. ............................................... 52420.2.5. Datos bsicos para el clculo. ............................................................... 52621. DIMENSIONADO PARA PISCINAS CLIMATIZADAS. ....................... 53121.1. MTODO SIMPLIFICADO DE IDAE. .................................................... 53121.1.1. Clculo en piscinas cubiertas. ............................................................... 53121.1.2. Clculo en piscinas al aire libre. ............................................................ 53221.2. MTODO EXHAUSTIVO. ..................................................................... 53321.2.1. Generalidades. ...................................................................................... 53321.2.2. Prdidas de calor. ................................................................................. 53521.2.3. Balance energtico. ............................................................................... 53621.2.4. Prdidas trmicas por evaporacin. ...................................................... 53721.2.5. Prdidas trmicas por radiacin. ........................................................... 54021.2.6. Prdidas trmicas por conveccin. ....................................................... 54321.2.7. Prdidas trmicas por conduccin. ....................................................... 54521.2.8. Prdidas trmicas por renovacin de agua. .......................................... 54621.2.9. Prdidas trmicas totales. ..................................................................... 54821.2.10. Deshumectacin de la piscina......................................................... 549


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21.3. DEMANDA ENERGTICA. ................................................................... 551BLOQUE V CONOCIMIENTOS COMPLEMENTARIOS. .............................. 55322. UNIN Y SOLDADURA DE TUBERAS. ............................................. 55522.1. SOLDADURA HETEROGNEA Y AUTGENA. .................................. 55522.2. MATERIALES A USAR EN TUBERAS EN A.C.S. ............................... 55722.3. COBRE. ................................................................................................. 55822.3.1. Introduccin. .......................................................................................... 55822.3.2. Accesorios. ............................................................................................ 55922.3.3. Uniones sin Accesorio. .......................................................................... 57522.3.4. Decapantes. .......................................................................................... 57922.3.5. Material de aporte. ................................................................................ 57922.3.6. Clculo de la longitud del material de aporte necesario. ...................... 58622.4. PLSTICO. ............................................................................................ 58822.5. HERRAMIENTAS DE APRETADO Y DE CORTE. ............................... 59222.5.1. Herramientas de apretado. .................................................................... 59222.5.2. Herramientas de corte. .......................................................................... 59422.6. HERRAMIENTAS PARA SOLDAR. ...................................................... 59522.7. PROCESO DE SOLDADURA. .............................................................. 60122.7.1. Fenmeno de capilaridad. ..................................................................... 60122.7.2. Soldadura blanda. ................................................................................. 60722.7.3. Soldadura heterognea fuerte. .............................................................. 61522.7.4. Soldadura fuerte. ................................................................................... 61922.7.5. Soldadura por arco. ............................................................................... 62122.7.6. La Soldadura M.I.G. .............................................................................. 62922.7.7. La Soldadura autgena: Oxiacetilnica. ................................................ 63122.7.8. La Seguridad en la soldadura con arco. ................................................ 63622.8. CURVADO, DILATACIONES Y SOPORTES DE COBRE. ................... 64322.8.1. Curvado del tubo de cobre. ................................................................... 64322.8.2. Dilataciones. .......................................................................................... 64722.8.3. Soportes. ............................................................................................... 65723. CIRCUITO DE CONSUMO DE A.C.S. (HS 4). ..................................... 66123.1. GENERALIDADES. ............................................................................... 66123.2. CALCULO DE LA DEMANDA EN EL CIRCUITO DE CONSUMO. ...... 661


ndice


23.2.1. Caudal instantneo mnimo segn HS 4. .............................................. 66123.2.2. Caudal total terico. .............................................................................. 66223.2.3. Caudal punta medio segn frmula francesa. ....................................... 66423.2.4. Caudal de red segn frmula francesa. ................................................ 66523.2.5. Caudal de red segn norma DIN 1988 (UNE 149201) ......................... 66723.3. DIMETROS DE TUBERAS EN EL CIRCUITO DE CONSUMO. ....... 67023.4. CONSIDERACIONES LEGISLATIVAS DE LA INSTALACIN DE

A.C.S. EN EL CIRCUITO DE CONSUMO ............................................ 67123.4.1. Temperatura de utilizacin. ................................................................... 67123.4.2. Redes de tuberas del circuito de consumo. ......................................... 67823.4.3. Red de retorno. ..................................................................................... 67923.4.4. Bombas de circulacin. ......................................................................... 68123.4.5. Dilatacin de las conducciones. ............................................................ 68123.4.6. Aislamiento trmico. .............................................................................. 68223.4.7. Regulacin y control. ............................................................................. 68223.4.8. Pruebas particulares de las instalaciones de A.C.S.............................. 68224. CONEXIONADO AL CIRCUITO DE CONSUMO. ................................ 68524.1. CALENTADORES ELCTRICOS. ........................................................ 68524.1.1. Calentador elctrico de acumulacin. ................................................... 68524.1.2. Calentador elctrico instantneo. .......................................................... 68624.2. TIPOS DE CALDERAS. ........................................................................ 68624.2.1. Clasificacin por el tipo de combustible. ............................................... 68724.2.2. Clasificacin segn la Directiva Europea 92/42/CEE. .......................... 68724.2.3. Clasificacin segn la forma de combustin. ........................................ 68924.2.4. Clasificacin por la toma de aire de combustin. .................................. 69024.2.5. Clasificacin por la forma de evacuacin de humos. ............................ 69024.2.6. Clasificacin por los servicios cubiertos. ............................................... 69124.2.7. Clasificacin UNE-CEN/TR 1749 IN. .................................................... 69324.2.8. Clasificacin de los aparatos de gas en el mercado actual. ................. 70324.3. CONEXIONADO DE CALDERAS. ........................................................ 70524.3.1. Calderas que soportan altas temperaturas. .......................................... 70524.3.2. Calderas que no soportan altas temperaturas. ..................................... 70524.3.3. Calderas puenteadas. ........................................................................... 70624.4. CONFIGURACIONES DE CONEXIN. ................................................ 707


ndice


24.4.1. Configuracin con acumulacin solar centralizada. .............................. 70724.4.2. Configuracin con acumulacin solar individual. .................................. 70824.4.3. Instalaciones forzadas de viviendas unifamiliares. ............................... 70924.4.4. Instalaciones por termosifn de viviendas unifamiliares. ...................... 70925. MEMORIA TCNICA O PROYECTO TCNICO. ................................ 71125.1. LEGISLACIN....................................................................................... 71125.2. GENERALIDADES. ............................................................................... 71325.3. MEMORIA DESCRIPTIVA. ................................................................... 71425.3.1. Contenido de la Memoria Descriptiva. .................................................. 71425.3.2. Especificaciones referentes a los colectores. ....................................... 71525.3.3. Especificaciones referentes a los acumuladores. ................................. 71625.3.4. Especificaciones referentes a las bombas de circulacin. .................... 71625.3.5. Especificaciones referentes a otros equipos. ........................................ 71725.4. MEMORIA JUSTIFICATIVA (CLCULOS). .......................................... 71725.5. PLANOS. ............................................................................................... 71925.5.1. Generalidades. ...................................................................................... 71925.5.2. Plegado de Planos. ............................................................................... 71925.5.3. Escalas normalizadas. .......................................................................... 73225.5.4. Lneas normalizadas. ............................................................................ 73325.5.5. Rotulacin. ............................................................................................. 73525.5.6. Contenido. ............................................................................................. 73625.5.7. Simbologa. ............................................................................................ 73625.6. MEDICIONES Y PRESUPUESTO. ....................................................... 73825.6.1. Introduccin y definiciones. ................................................................... 73825.6.2. Unidades de obra. ................................................................................. 74025.6.3. Estado de las mediciones. .................................................................... 74225.6.4. Organizacin del presupuesto. .............................................................. 74325.6.5. Documentos que influyen en el presupuesto de una pequea

instalacin. ............................................................................................ 74425.7. PLIEGO DE CONDICIONES. ................................................................ 74725.7.1. Definicin y objeto del pliego de condiciones. ...................................... 74725.7.2. Partes del pliego de condiciones y contenido. ...................................... 74725.8. ESTUDIO BSICO DE SEGURIDAD Y SALUD. .................................. 76726. MANTENIMIENTO. ............................................................................... 771


ndice


26.1. INTRODUCCIN................................................................................... 77126.2. LEGISLACIN CTE DB HE 4. .............................................................. 77226.2.1. Plan de vigilancia. ................................................................................. 77226.2.2. Plan de mantenimiento. ......................................................................... 77326.3. LEGIONELA (RD 865/2003). ................................................................ 77526.3.1. Legionela. .............................................................................................. 77526.3.2. mbito de aplicacin del RD 865/2003. ................................................ 77626.3.3. Registro de operaciones de mantenimiento. ......................................... 77726.3.4. Medidas preventivas. ............................................................................ 77926.3.5. Programas de mantenimiento en las instalaciones. .............................. 78226.3.6. Actuaciones y mtodos de tratamiento en las instalaciones. ................ 78326.3.7. Mantenimiento de instalaciones interiores de agua caliente sanitaria

y agua fra de consumo humano. ......................................................... 78526.3.8. Mantenimiento de baeras y piscinas de hidromasaje de uso

colectivo. ............................................................................................... 79026.4. OPERACIONES A REALIZAR POR EL USUARIO. ............................. 79026.5. MANTENIMIENTO A REALIZAR POR PERSONAL

ESPECIALIZADO.................................................................................. 79126.5.1. Operaciones imprescindibles de mantenimiento. .................................. 79126.5.2. Operaciones de limpieza o mantenimiento no regulares. ..................... 79426.5.3. La Corrosin y su prevencin. ............................................................... 79526.5.4. Incrustaciones calcreas. ...................................................................... 80226.6. LOCALIZACIN Y REPARACIN DE AVERAS. ................................ 80326.6.1. Mantenimiento correctivo. ..................................................................... 80326.6.2. Averas ms frecuentes en los sistemas solares de baja

temperatura. .......................................................................................... 80326.6.3. Operaciones de revisin de componentes del circuito. ......................... 80926.7. GARANTA. ........................................................................................... 811BIBLIOGRAFA. ................................................................................................ 813ANEXO I TABLAS DE RADIACIN Y TEMPERATURA. ............................. 823ANEXO II PLANOS EJEMPLOS DEL CAPTULO 11. .................................. 835ANEXO III TABLAS NORMA UNE 149201. .................................................. 838


BLOQUE I.


BLOQUE I RADIACIN SOLAR.


1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.


1. INTRODUCCIN Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES.

1.1. INTRODUCCIN. Las instalaciones solares trmicas en baja temperatura, son sin duda unas

de las ms difciles de disear, y de instalar. Es por ello que la mayora de las instalaciones existente o estn mal diseadas, o mal instaladas. Esto se debe a que la fuente de energa no es constante, ya que la radiacin solar depender no solo del ngulo de nuestros colectores, sino adems de otros factores como la Latitud o la altura respecto del mar.

Es por ello que a diferencia de una instalacin de A.C.S. normal, una

instalacin solar trmica puede ser vlida para Madrid, pero la misma no ser vlida para lava o Badajoz, para el mismo consumo familiar. Es por ello que dedicaremos parte del proyecto a todo lo relativo a la radiacin solar y a cmo aprovecharla.

Dentro de los sistemas domsticos nos centraremos en los dedicados a

las instalaciones de A.C.S. (Agua Caliente Sanitaria), y concretamente en las forzadas (con uso de un electrocirculador, y por consiguiente de energa elctrica). Este tipo de instalaciones se comenzaron a introducir en nuestro pas en los aos 70, si bien no fue hasta los 90, con los programas de ayuda PROSOL (Andaluca) e IDAE (a nivel nacional), cuando se produjo un crecimiento exponencial en el uso de estas instalaciones. Finalmente y a partir de una normativa europea, en el 2006 se aprob en Cdigo Tcnico de la Edificacin (C.T.E.) y en concreto el Documento Bsico de Ahorro de Energa Parte 4: Energa Solar Trmica. La cual es una normativa de obligado cumplimiento a nivel nacional, para toda edificacin de nueva construccin, o para aquellos que cambian de uso, o sufren una reforma superior al 25%. Por lo que el uso de estas instalaciones se generaliz.

En la situacin de crisis actual, prcticamente todas las ayudas a las

energa renovables han sido suprimidas o reducidas a la mnima expresin. No obstante, las instalaciones solares trmicas en baja temperatura para A.C.S.; si bien ya no reciben subvenciones, son obligatorias, por lo que se seguirn instalando en los edificios de nueva construccin. A pesar de que tambin ha bajado el ritmo de construccin, podemos decir que estas instalaciones son las nicas (actualmente de las renovables) en las que se prev un futuro alentador.

Estas instalaciones tienen innumerables componentes que hay que

dimensionar de forma adecuada, nos centraremos en los ms importantes, y fundamentalmente en el Circuito Primario (C.P.), dedicando una parte importante al final para los Sistemas de Control, pues son el corazn de la instalacin, sin los cuales la mayora de las grandes instalaciones para edificios no funcionaran. De hecho en la mayora de las instalaciones la parte elctrica y electrnica es sin duda una de las ms importantes. Comenzaremos la primera parte




explicando los conceptos fundamentales, y todo lo relativo al Sol y a la radiacin solar.

1.2. EL SOL Y LA ENERGA SOLAR.

Cada segundo el Sol irradia en todas direcciones una energa de 41026

julios, que equivale a 10.000 veces el consumo mundial de energa. Es una de las innumerables estrellas de nuestra galaxia, formada por diferentes elementos en estado gaseoso, principalmente Hidrgeno. Su radio es de 700.000 km. Su masa es 300.000 veces la del planeta Tierra. El origen de la energa que produce e irradia est en las reacciones nucleares que se producen en su interior. Debido a ellas el Sol emite luz y calor.

Este astro (el Sol) es como una gran estrella corriente, capaz de hacer

llegar hasta nosotros grandes cantidades de energa radiante. Se encuentra a una distancia de unos 150 millones de kilmetros de la Tierra y la radiacin que emite tarda algo ms de ocho minutos en alcanzar nuestro planeta, a una velocidad de 300.000 km/s. Desde el punto de vista cuantitativo se puede decir que solo la mitad de la radiacin solar, llega a la superficie de la Tierra. La restante se pierde por reflexin y absorcin en las capas de la atmsfera. Por lo tanto debemos intentar aprovechar toda esta energa.

El Sol, fuente de vida y origen de las dems formas de energa que el

hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cmo aprovechar de forma racional la radiacin que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de aos, y se calcula que todava no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

A lo largo de la historia, el ser humano ha usado la energa del sol para

hacer sus hogares ms luminosos y calientes. Hoy, un equipamiento especial aplicado a las viviendas y diseados especficamente, puede hacer ms efectiva la captacin de la energa solar para dar luz y calor. Usando la energa solar podemos hacer que nuestras viviendas sean ms confortables.

Adems hemos de tener en cuenta las muchas ventajas que tiene el uso

de la energa del Sol, tales como:

Disminuir la dependencia de combustibles fsiles. Mejorar la calidad del medio ambiente. Disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero.

El aprovechamiento activo de la energa solar se puede regir bajo dos

puntos de vista bien diferenciados:




La conversin trmica o aprovechamiento del calor contenido en la radiacin solar.

La conversin elctrica o aprovechamiento de la energa luminosa (fotones), para generar directamente energa elctrica (efecto fotovoltaico).

Las dos tecnologas ms populares para usar la energa solar son los

Captadores Solares Trmicos y los Mdulos Solares Fotovoltaicos. La produccin y el mantenimiento de los sistemas de energa solar tanto

trmica, como fotovoltaica, estimula nuevos sectores de trabajo y el desarrollo de empresas. 1.3. MAGNITUDES Y UNIDADES FSICAS.

Para el correcto entendimiento de los Sistemas Solares Trmicos en baja

temperatura, ser necesario en muchas ocasiones, efectuar mediciones o clculos de diversas magnitudes, tales como longitudes, superficies, temperaturas, presiones, etc. Por ello tendremos que conocer con precisin las unidades en que expresaremos estas magnitudes y su significado fsico.

En fsica existen muchas magnitudes diferentes, es decir, se refieren a

fenmenos de distinta naturaleza. No obstante la mayora de ellas se pueden expresar en funcin de unas pocas a las que llamamos Magnitudes Fundamentales. Se necesitan muy pocas magnitudes fundamentales para poder definir todas las dems magnitudes como combinacin de ellas. Por convenio se eligen como magnitudes fundamentales las siguientes:

Tabla 1.1. Magnitudes Fundamentales en el Sistema Internacional.

MAGNITUD UNIDAD SMBOLO

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Intensidad de corriente elctrica Amperio A

Temperatura termodinmica Kelvin K

Intensidad luminosa Candela cd

Cantidad de Sustancia Mol mol Cualquier otra magnitud es simplemente el resultado de combinar,

multiplicando y dividiendo entre s, estas magnitudes fundamentales.




As por ejemplo la velocidad de un automvil es igual al espacio que

recorre dividido por el tiempo que tarda en recorrer ese espacio; por tanto decimos que la velocidad no es una magnitud fundamental sino una Magnitud Derivada. Existen infinitud de magnitudes derivadas, para nuestro caso las ms importantes sern:

Tabla 1.2. Magnitudes Derivadas en el Sistema Internacional.

MAGNITUD UNIDAD SMBOLO

ngulo plano Radin rad

ngulo slido Estereorradin kg

Superficie Metro cuadrado m2

Volumen Metro cbico m3

Frecuencia Hertz Hz

Densidad Kilogramo por metro cbico kg/m3

Velocidad Metro por segundo m/s

Velocidad angular Radin por segundo rad/s

Aceleracin Metro por segundo cuadrado m/s2

Aceleracin angular Radin por segundo cuadrado rad/s2

Fuerza Newton N

Presin Pascal Pa Viscosidad cinemtica Metro cuadrado por segundo m

2/s

Viscosidad dinmica Pascal por segundo Pas

Trabajo/Energa Julio J

Potencia Vatio W Cantidad

Electricidad Culombio C

Tensin Elctrica Voltio V Resistencia

Elctrica Ohmio Calor Calora cal

Para poder comparar los fenmenos fsicos observables de una misma

magnitud, elegimos uno en concreto, al que llamamos Unidad, y lo comparamos




con todos los dems. Podemos ver las distintas unidades de las magnitudes en las tablas anteriores.

En el Sistema Internacional de Unidades, las unidades derivadas se

obtienen formando combinaciones de las unidades fundamentales en la relacin 1 a 1. Ello simplifica notablemente los clculos, pero a veces conduce a unidades muy grandes o muy pequeas. En estos casos de debe anteponer un prefijo. Los prefijos normalizados aumentan o disminuyen generalmente de 3 en 3 rdenes de magnitud, siendo los ms usuales los siguientes:

Tabla 1.3. Mltiplos y submltiplos en el Sistema Internacional.

MLTIPLO PREFIJO SMBOLO

1012

Tera T

109 Giga G

106 Mega M

103 kilo k

102 hecto h

101 deca da

10-1

deci d

10-2

centi c

10-3

mili m

10-6

micro 10

-9 nano n

10-12

pico p

Usaremos los prefijos cuando el valor de la unidad de medida sea excesivamente grande o pequeo, procurando elegir siempre los prefijos normalizados, de forma que el valor numrico tenga el menor nmero posible de dgitos.

1.3.1. Conceptos fundamentales de las magnitudes ms importantes.

Vamos a ver a continuacin las magnitudes ms usadas en el mundo de la

Energa Solar Trmica:

Longitud: expresa la distancia entre dos puntos. Se mide en m = L. Masa: mide la cantidad de materia de un cuerpo. Se mide en kg = M.




Tiempo: mide la duracin o separacin de acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observacin. Su unidad es el s = T.

Temperatura: referida a las nociones comunes de calor o fro. Su unidad es K.

Velocidad: expresa la variacin de posicin de un objeto en funcin del tiempo, o la distancia recorrida por el objeto por unidad de tiempo. Su unidad es el m/s = L/T = LT1.

Aceleracin: el ritmo o tasa con que aumenta o disminuye la velocidad de un mvil en funcin del tiempo. Su unidad es el m/s2 = L/T2 = LT-2.

Fuerza: magnitud capaz de deformar los cuerpos, modificar su velocidad y ponerlos en movimiento si estaban inmviles. Es el producto de una masa por una aceleracin. Su unidad es el Newton = kgm/s2 = MLT-2.

Peso: A la fuerza con que la Tierra atrae gravitatoriamente a los objetos que tienen masa. Por lo tanto es una Fuerza: P = mg. Su unidad es tambin el Newton. g = aceleracin de la gravedad 9,8 m/s2.Llamamos Kilopondio a aquella fuerza que imparte una aceleracin gravitatoria normal/estndar a la masa de un kilogramo. 1 kP = kilopondio = 9,8 N.

Energa/Trabajo: La Energa es la capacidad de un cuerpo o de un sistema para producir trabajo mecnico. El trabajo mecnico realizado por una fuerza que acta sobre un cuerpo se define como el producto de dicha fuerza por la distancia recorrida por el cuerpo en la direccin de la fuerza. T = Fe. Su unidad es el Julio J = Nm = kgm2/s2 = ML2T2.

Potencia: Cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. P = T/t. Su unidad es el Vatio = W = J/s = kgm2/s3 = ML2T-3.

Presin: Mide la fuerza por unidad de superficie. P = F/A. Su unidad es el Pascal = Pa = N/m2 = kg/ms2 = ML-1T-2. A = rea o Superficie en m2.

Calor Especfico: Cantidad de energa necesaria para elevar en 1 K la temperatura de 1 kg de masa del cuerpo o elemento. Se mide en J/kg K. Segn del material del que se trate, tendremos un calor especfico distinto:

Tabla 1.4. Calor especfico del agua, cobre y acero.

CALOR ESPECFICO (caloras/gramoC)

Agua 1,000

Cobre 0,217

Acero Inoxidable 0,109




1.3.2. Sistema Internacional de Unidades y conversin de unidades.

El Sistema Internacional de Unidades (SI), tambin llamado Sistema Internacional de Medidas, es el sistema de unidades que se usa en la mayora de los pases. El SI tambin es conocido como Sistema Mtrico.

Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas. Las

unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medida y a las que estn referidas a travs de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones.

Esto permite alcanzar la equivalencia de las medidas realizadas por

instrumentos similares, utilizados y calibrados en lugares apartados y asegurar, sin la necesidad de ensayos y mediciones, el cumplimiento de las caractersticas de los objetos que circulan en el comercio internacional y su intercambiabilidad.

Es imprescindible saber pasar correctamente del valor de una magnitud

expresada en unas determinadas unidades a su valor en otras unidades diferentes, ya que estos cambios se emplean con frecuencia en la prctica. Por ejemplo:

La velocidad de un automvil se suele expresar en kilmetros por hora (km/h) y no en metros por segundo (m/s).

Las tuberas se miden en pulgadas o en milmetros en lugar de en metros.

Para la correcta conversin se suelen usar tablas de conversin:

Tabla 1.5. Tabla de conversin de temperatura.

TEMPERATURA

Temperatura (C) = 5/9 (Temperatura (F) 32)

Temperatura (F) = 9/5 Temperatura (C) + 32

Temperatura (K) = Temperatura (C) + 273,15

Temperatura (C) = Temperatura en grados Celsius

Temperatura (F) = Temperatura en grados Fahrenheit

Temperatura (K) = Temperatura en Kelvin




Tabla 1.6. Tabla de conversin de longitud.

LONGITUD

1 metro = 30,7 pulgadas

1 pulgada = 1 = 0,0254 m

Tabla 1.7. Tabla de conversin de presin.

PRESIN

Pascal = N/m2

kp/cm2 atm mm c.d.a.

Pascal = N/m2 1 1,0210

-59,8710

-6 0,102

kp/cm2 9,810

4 1 0,968 10

4

atm 1,01105 1,033 1 10330

mm c.d.a. 9,8 10-4

9,67810-5

1

1 bar = 105 Pascales = 1,0197 kg/cm

2 = 0,9869 atm

atm = atmsfera = equivale a la presin de la atmsfera terrestre sobre el nivel del mar. Es utilizada para medir presiones elevadas como la de los gases comprimido. mm c.d.a. = milmetro de columna de agua = equivale a la presin ejercida por una columna de agua pura de un milmetro de altura.

Tabla 1.8. Tabla de conversin de energa.

ENERGA

Julio kgm kcal kWh Julio 1 0,102 2,3910

-4 2,77810

-7

kgm 9,8 1 2,3410-3

2,72410-6

kcal 4190 427 1 1,16310

-3

kWh 3,6106 3,6710

5 860 1

kcal = kilocalora Calora como la cantidad de energa calorfica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada de 14,5C a 15,5C a una presin estndar de una atmsfera. kWh = Kilovatio-hora = energa desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora.




Tabla 1.9. Tabla de conversin de potencia.

POTENCIA

kW kgm/s CV kcal/h

kW 1 102 1,36 860

kgm/s 9,8110-3

1 1,3310-2

8,4337

CV 0,736 75 1 632,52

kcal/h 1,1610-3

0,1186 1,5810-3

1 CV = Caballo de Vapor = Potencia necesaria para elevar verticalmente un peso de 75 kg-fuerza (kilopondios) a la velocidad de 1 m/s. Esta unidad se llama as porque se supona que era la potencia que desarrolla un caballo. En ingls HP

1.3.3. Magnitudes relacionadas con la energa solar.

Existen una serie de conceptos y magnitudes muy relacionas con el tema que estamos tratando en este manual, que conviene tener claros antes de continuar. Estos conceptos son:

Radiacin Solar: es el flujo de energa que recibimos del Sol en forma de ondas electromagnticas (luz visible, infrarroja y ultravioleta). La radiacin solar se mide en varias unidades fsicas concretas.

Irradiancia: Potencia de la radiacin solar por unidad de rea. Su unidad es el vatio dividido por metro cuadrado (W/m2).

Irradiacin: Energa por unidad de rea. Su unidad en el SI es el Julio, J, dividido por metro cuadrado (J/m2) o sus mltiplos (normalmente el Megajulios, MJ). 1 kWh = 3,6 MJ.


2. Movimiento Aparente del Sol.


2. MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL.

2.1. MOVIMIENTO DE TRASLACIN. El movimiento de traslacin de la Tierra es el movimiento de este planeta

alrededor del Sol, estrella central del Sistema Solar. Es un movimiento anual. La Tierra describe a su alrededor una rbita elptica.

El perodo orbital de la Tierra o intervalo de tiempo que transcurre entre dos pasos consecutivos por el mismo punto de la rbita, define el denominado Ao Sidreo y tiene una duracin de 365 das, 6 horas, 9 minutos y 9,54 segundos.

Tomando como referencia el lapso transcurrido entre un inicio de la primavera y otro, el llamado Ao Trpico dura 365 das 5 horas 48 minutos y 46 segundos. Este es el ao utilizado para realizar los calendarios.

El movimiento orbital de la Tierra viene determinado por la Segunda Ley de Kepler o ley de las reas, segn la cual el radio vector que une el sol con un planeta, barre reas iguales en tiempos iguales. Resulta por tanto que la distancia Tierra-Sol es variable en un margen de variacin de 1,7% sobre la distancia media de 150 106 km.

Esta distancia para un da cualquiera del ao puede determinarse a partir de la ecuacin de Duffie y Beckman (2.1):

. (2.1)

Donde:

d: distancia Tierra-Sol el da n del ao a partir del 1 de Enero. d0: distancia media Tierra-Sol (150 106 km). = (d0/d)2: Factor de correccin de la distancia Tierra Sol. n (da Juliano): nmero de orden del da en el ao a partir del 1 de

Enero, su valor vara entre 1 y 365, no tenindose en cuenta los aos bisiestos.

El ngulo diario, relativo a la posicin de la Tierra en el plano de la

eclptica, expresado en radianes viene determinado por la ecuacin (2.2):

(2.2)

Manual Solares

Axel Co

A

Podemcon uncomo en el e

las esmediasTierra.viceve

E

del So

de Diseo s Trmicas s

otn Gutirr

Aunque mos decir na distanUnidad A

espacio a

Por ltimo

Afelio: eSol.

Periheliodel Sol.

La inclinataciones. s. Siempr As, por rsa.

Estos conol, sino a

y Clculo dsegn DB H

rez

generalmque la rcia prome

Astronmicuna veloc

o vamos a

es el punto

o: es el pu

Figur

acin del eLos cam

re son coejemplo,

ntrastes nque a lo

de InstalacioHE 4 del C.T

mente, serbita tieneedio al Sca (U.A.). cidad de 1

a ver dos c

o ms ale

unto ms

ra 2.1. Posic

Fuente

eje de rotambios esta

mplementcuando e

o se deblargo del

ones T.E.

e suelene un permol de 149De esto

107.000 km

conceptos

ejado de

cercano

cin de la Ti

: Wikimedia

acin terreacionales tarios (open Espa

en a que ao la tr

usar ametro de 96108 kmse deducm/h o 29,5

s importan

la rbita d

de la rb

ierra sobre s

Commons.

estre tamson ms

puestos) ea es invie

la Tierraraslacin

2. Movimie

aproximac930 millo

m, distance que la T5 km/s.

ntes:

de un pla

bita de un

su rbita.

bin props acusadoen los doserno, en C

est msde nuestr

iento Apare

ciones prones de kicia que sTierra se

aneta alre

n planeta

picia la sucos en lass hemisfeChile es

s o menoro planeta

nte del Sol.

Pgina 30

romedias.ilmetros,e conocedesplaza

dedor del

alrededor

cesin de latitudesrios de laverano, y

os alejadaa provoca

.

0

,

e a

l

r

e s a y

a a

Manual Solares

Axel Co

que looblicui 2.2.

sobre ssus po

Trotaciprovocdirecci

Ttiempohoras.

en un este laposici

Areferenhoras,

la eclmeseslas estradiaci


otn Gutirr

s rayos sdad de la

MOV

El movims misma

olos.

Todos san de la cando quein contra

Tambin o de 365 d

En realidaperodo d

apso tempn del esp

A ste pencia al Sollamado D

El eje terrptica, fen

s de luz y taciones din solar.

y Clculo dsegn DB H

rez

solares lle eclptica)

VIMIENTO

iento de ra lo largo

abemos qTierra,

e parezcaaria, de Es

sabemos das, apro

ad esto node tiempo poral, un ppacio.

erodo de ol, el misDa Solar

restre formnmeno d

oscuridaddel ao, c


guen a ca) segn el

O DE ROT

rotacin eo de un eje

ue el movla cual ga que es ste a Oest

que la Tximadame

o es exacde 23 hor

punto cua

tiempo sesmo merid.

ma un ngenominadd en los pcausadas

Figura 2.2.

Fuente

ones T.E.

ada hemisl momento

TACIN

es un move ideal de

vimiento gira sobre

el Sol ete.

Tierra giraente, y qu

ctamente aras 56 minlquiera de

e le denodiano pas

gulo de 23do Oblicupolos geo por el ca

Oblicuidad

e: Wikimedia

sferio cono del ao.

.

vimiento qnominado

aparente e su ejel que se

a alrededoue gira so

as, ya qunutos y 4,e la Tierra

mina Da sa frente

3,5 = 23idad de l

ogrficos, ambio del

de la eclpt

Commons.

2. Movimie

n distinta

ue efecto Eje Terre

del Sol ee en dire

mueve p

or del Sol bre su eje

ue la Tierra099 segu

a vuelve a

Sidreo. a nuestra

27 respea Eclpticadems d ngulo d

ica.

iento Apare

inclinaci

a la Tierrrestre que

es motivaeccin Oeprecisame

en un pee de rotac

ra gira sobndos. Tra

a estar en

Si tomama estrella

ecto a la nca. Produde ser la de inciden

nte del Sol.

Pgina 31

n axial (u

ra girando pasa por

do por laeste-Este,nte en la

erodo decin en 24

bre su ejeanscurrido

la misma

mos comocada 24

normal dece largoscausa de

ncia de la

.

u

o r

a ,

a

e 4

e o a

o 4

e s e a

Manual Solares

Axel Co

2.3.

eclpticlugar anos ensuperfsubdiv

Elos daTierra.Septie


otn Gutirr

SOLS

Debido a ca, la tiera das mncontremoficie terresviden en d

El primeroas tienen Ocurre dmbre.

EquinoccduracinhemisferVeraniegEquinocc

EquinoccduracinhemisferAutumnael Equino

Figura 2.

y Clculo dsegn DB H

rez

STICIOS

la Traslacrra est es largos os y al stre. Hay 4os mome

o de estosuna duracdos veces

cio de Man a un dario norte, go. En el cio Otoa

cio de Sen a una norio norte, al. En el hoccio Ver

.3. Equinocc


Y EQUIN

cin de la expuesta ao ms congulo en4 posicionntos.

s momentcin iguals por ao

arzo: El Pa de 6 mepaso del ihemisfer

al.

eptiembre:oche de 6

paso dehemisferional.

cio: ilumina

Fuente

ones T.E.

NOCCIOS

Tierra alra la radia

ortos en fun el quenes claves

tos es el E a la de lao, una el

Polo Norteeses. En invierno ario sur, pa

: El Polo Nmeses. E

el verano sur, paso

acin de la T

: Wikimedia

S.

rededor dacin solauncin de

los rayos de la Tie

Equinoccias noches2021 de

e, pasa deel Polo S

a la primavaso del v

Norte, pasEn el Poloo al otoo del invie

Tierra por el

Commons.

2. Movimie

el Sol y a ar de form la estacis solares

erra en es

io: momens en todoe Marzo y

e una nocSur pasa vera; se llerano al

sa de un do Sur pasao; se lla

erno a la p

Sol da del

iento Apare

a la oblicuima variabn del a

s inciden ste proces

nto del aos los lugay otra el

che de 6 mlo contralama el Eotoo; se

da de 6 ma lo contraama el Eprimavera

Equinoccio

nte del Sol.

Pgina 32

idad de lale, dando

o en quesobre la

so, que se

o en queares de la2223 de

meses derio. En elquinoccio

e llama el

meses deario. En elquinoccio; se llama

o.

.

2

a o e a e

e a e

e l

o l

e l

o a




El segundo momento es el Solsticio, que el momento del ao en los que el Sol alcanza su mxima posicin meridional o boreal.

En el solsticio de verano del hemisferio Norte el Sol alcanza el cenit al

medioda sobre el Trpico de Cncer. En el Solsticio de invierno alcanza el cenit al medioda sobre el Trpico de Capricornio.

Los solsticios son los dos puntos de la esfera celeste en la que el Sol

alcanza su mxima Declinacin Norte (+23 27') y su mxima Declinacin Sur ( 23 27') con respecto al ecuador celeste.

La existencia de los solsticios est provocada, como ya hemos comentado

por la Inclinacin Axial del eje de la Tierra. En los das de solsticio, la longitud del da y la altura del Sol al medioda son mximas (en el solsticio de verano) y mnimas (en el solsticio de invierno) comparadas con cualquier otro da del ao.

Las fechas del solsticio de invierno y del solsticio de verano estn

cambiadas para ambos hemisferios.

Solsticio de Junio: Ocurre regularmente alrededor del 21 de junio y es llamado de verano en el Hemisferio Norte o de invierno en el Hemisferio Sur. El da del solsticio de Junio es el da ms largo del ao en el hemisferio norte, y el ms corto en el hemisferio sur. En el Polo Norte el sol circula el cielo a una altitud constante de 23. En el Crculo Polar rtico el centro del Sol solamente toca el horizonte del Norte sin ponerse. El sol culmina al Sur, donde alcanza su altitud mxima de 47. Es el nico da en que el sol se mantiene sobre el horizonte durante 24 horas. En el Trpico de Cncer el sol sale 27 Norte del Este. Culmina al cenit, y se pone 27 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 13,4 horas. En el Ecuador el sol sale 23 Norte del Este. Culmina al Norte, donde alcanza su altitud mxima de 67. Se pone 23 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 12 horas. En el Trpico de Capricornio el sol sale 27 Norte del Este. Culmina al Norte, donde alcanza su altitud mxima de 43,12. Se pone 27 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 10,6 horas. En el Crculo Polar Antrtico el centro del Sol solamente toca el horizonte del Norte sin salir. Es el nico da en que el sol se mantiene abajo del horizonte durante 24 horas. En el Polo Sur el sol nunca sale, siempre se mantiene 23 abajo del horizonte.

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Figu

Solsticiollamado sur. El dhemisfersol nuncCrculo Psin salirhorizontedel Estepone 27horas. Ealcanza sobre el sale 27sol estAntrticoponerseEs el nhoras. E

y Clculo dsegn DB H

rez

ura 2.4. Ilum

o de Dicide invier

da del Sorio sur, y ca sale, Polar rticr. Es el e durante. Culmina

7 Sur deEn el Ecua

su altitud horizonte

Sur del E sobre eo el cent. El sol cu

nico da enEn el Polo


minacin de l

Fuente

embre: Ono en el

olsticio Deel ms cosiempre sco el centnico da 24 horas

a al Sur, del Oeste. ador el so

mxima de durante Este. Culmel horizontro del Sulmina al Nn que el sSur el sol

ones T.E.

la Tierra por

: Wikimedia

Ocurre alrhemisferio

e Diciemborto en el se mantietro del So

en que s. En el Tdonde alca

El sol esol sale 23de 67. S12 horas

mina al cente duranSol solamNorte, donsol se mal circula e

r el sol en e

Commons.

rededor do norte o

bre es el dhemisferi

ene 23 ol solamen

el sol seTrpico deanza su ast sobre Sur del Ee pone 23

s. En el Tenit, y se te 13,4 hente toca

nde alcanzantiene sol cielo a u

2. Movimie

el solsticio d

del 21 dde veran

da ms laio norte. Eabajo de

nte toca ee mantiene Cncer ealtitud mxe el horizEste. Culm3 Sur delrpico depone 27

horas. Ena el horizza su altitobre el hona altitud

iento Apare

de junio.

e diciemno en el hargo del aEn el Poloel horizonel horizontne por deel sol salexima de 4zonte duramina al Sl Oeste. E

e Capricor Sur del n el Crczonte detud mximorizonte du constante

nte del Sol.

Pgina 34

bre y eshemisferioao en elo Norte elte. En elte del Surebajo dele 27 Sur

43,12. Seante 10,6ur, donde

El sol estrnio el solOeste. Elulo Polarl Sur sin

ma de 47.urante 24e de 23.

.

4

s o l l l r l r e 6 e l l r n

4

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Figura

y Clculo dsegn DB H

rez

a 2.5. Ilumina


acin de la

Fuente

Figura 2.6.

Fuente: Zen

ones T.E.

Tierra por e

e: Wikimedia

Solsticios y

ndoto. Junta

el sol en el s

Commons.

y Equinocci

a de Andaluc

2. Movimie

solsticio de

ios.

ca.

iento Apare

diciembre.

nte del Sol.

Pgina 35

.

5

Manual Solares

Axel Co

2.4.

Dhabanrespeccontinu


otn Gutirr

CONC

Durante lon sido decto y pouacin:

Cenit/Zeceleste. Tierra y sobre esdel cielo

Nadir: Indecir: si nuestra por deba

Hemisfeque se dcasi today algunaforma injunio y sDebido aque el aque el au

y Clculo dsegn DB H

rez

CEPTOS

os puntosefinidos

or la imp

enit: IntersEs decir:por nues

sa recta, .

ntersecciimaginamubicacinajo de nue

rio Norte/divide la a Asia, graas islas mversa al

septiembrea que el pustral y mustral y m


S BSICO

s anteriorepreviameportancia

seccin e si se imstra ubicapor encim

n entre lamos una r en su su

estros pies

Figur

Fuente

/Boreal: uTierra. Can parte denores dehemisferioe, mientraperihelio oms clido

menos seve

ones T.E.

OS.

es hemosnte. Para

de algu

entre la vagina unaacin en

ma de nue

a vertical drecta que perficie, es. En dire

ra 2.7. Zenit

: Wikimedia

una de laComprendede frica, e Oceanao sur. Asas el invieocurre en o; a la invero.

s utilizadoa poder unos de

vertical da recta qusu super

estras cab

del observpasa por

el nadir seccin con

t y Nadir.

Commons.

as divisione a Europla parte s

a. Las est, el veran

erno lo hacenero, el

versa, el in

2. Movimie

o algunos aclarar cellos, lo

del observue pasa prficie, el cbezas. Es

vador y la el centro

e encuentrtraria se e

nes geodpa, Norteseptentriotaciones dno borealce entre dverano b

nvierno bo

iento Apare

conceptocualquier os defini

vador y por el cencenit se es el punto

a esfera ceo de la Tiera sobre eencuentra

sicas clamrica, nal de Sudel ao oc se extiendiciembreoreal es moreal es m

nte del Sol.

Pgina 36

os que noduda al

remos a

la esferantro de laencuentra

ms alto

eleste. Eserra y poresa recta,a el Cenit.

sicas enel rtico,

udamricacurren ennde entre y marzo.ms largoms corto

.

6

o l

a

a a a o

s r

n

a n e . o o

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Hemisfeque se terrquehemisferque inclOcano terrestreSudamla mayor

y Clculo dsegn DB H

rez

Figura 2.

rio Sur/Audivide e

eo ubicadorio norte. uye la mGlacial A

es se conrica, la para de las

Figura


.8. Hemisfer

Fuente

ustral es l planetao al sur La mayor

mayor parAntrtico yncentran parte austrislas de O

a 2.9. Hemisf

Fuente

ones T.E.

rio Norte vis

: Wikimedia

una de la Tierra. de la ln

r parte derte del Pay la mitadprincipalmral de friOceana.

ferio Sur vis

: Wikimedia

sto desde el

Commons.

as divisionCorrespo

nea del Eel hemisfeacfico y

d meridionmente en ca, alguna

sto desde el

Commons.

2. Movimie

l Polo Norte

nes geodnde a la

Ecuador, qerio corres

del ndicnal del Atl

el continas islas d

l Polo Sur.

iento Apare

e.

sicas cla mitad dque lo sesponde a co, la totalntico. La

nente antde Asia, A

nte del Sol.

Pgina 37

sicas endel globoepara delocanos,

alidad delas masasrtico, en

Australia y

.

7

n o l l

s n y

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Trpico situado Ecuador

Trpico situado Ecuador

y Clculo dsegn DB H

rez

de Cncactualme

r.

de Capriactualme

r.


cer es el nte a una

Figura 2

Fuente

cornio esnte a un

Figura 2.1

Fuente

ones T.E.

trpico da latitud

2.10. Trpico

: Wikimedia

s el trpicna latitud

1. Trpico d

e: Wikimedia

del hemisaproximad

o de Cncer

Commons.

co del hemaproxima

de Capricorn

Commons.

2. Movimie

sferio norda de 23

r.

misferio sada de 2

nio.

iento Apare

rte. Es el3 26 al

sur. Es e23 26 a

nte del Sol.

Pgina 38

l paralelonorte del

l paraleloal sur del

.

8

o l

o l

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Crculo PSe trata

Crculo sealan del ecua

Polo Noplaneta c

y Clculo dsegn DB H

rez

Polar rtidel parale

Polar Antlos mapa

ador.

rte Geogrcoincident


co es unoelo de latit

Figura 2.

Fuente

trtico Esas de la Ti

Figura 2.13

Fuente

rfico es te con el e

ones T.E.

o de los ctud 66 33

12. Crculo

: Wikimedia

s uno de erra. Es e

3. Crculo P

: Wikimedia

uno de loeje de rota

cinco para3' 38" Nor

Polar rtico

Commons.

los cincoel paralelo

olar Antrtic

Commons.

os dos lugacin; es

2. Movimie

alelos prinrte.

o.

o paraleloo de latitud

co.

gares de lopuesto a

iento Apare

ncipales t

os principd 66 33'

la superfial Polo Su

nte del Sol.

Pgina 39

errestres.

pales que38" al sur

cie de unur.

.

9

.

e r

n

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

Polo SurTierra in

Ecuadorpasa popartes, epor definen una lde la Tie

Altura devalor abvalor ponegativodos Coo

Azimut/Acardinal en gracorrespo180, Eshorizontealtura y observadbajo dife

y Clculo dsegn DB H

rez

r Geogrftersecta c

r es el plaor su centel hemisfenicin, de nea imag

erra mide 4

el Sol arcosoluto es sitivo si e

o si no es ordenadas

Azimut el sur y la p

ados deondindoleste 270. e que tienel azimu

dor. Es derentes c


ico uno decon su sup

no perpentro. El Ecerio norte

0. El plaginaria situ40.075,00

o de verticsiempre

el Sol es visible (es

s Horizonta

Figur

Fuente

ngulo mproyeccinesde el es los val

Por proyne el crcuut son cooecir un m

coordenad

ones T.E.

e los dos perficie; e

ndicular acuador div

y el hemano del Euada a la04 km.

cal contadmenor o visible (e

s decir si ales, sien

ra 2.14. Altu

: Wikimedia

medido son vertical

sur elores (en yeccin vulo mximordenada

mismo astrdas horizo

puntos does el opues

al eje de rvide la suisferio sucuador comitad exa

do desde igual que

es decir sest bajo do la otra

ura Solar.

Commons.

bre el hordel astro n sentidgrados) d

vertical enmo que paas que dero en un ontales p

2. Movimie

onde el ejsto al Polo

otacin deuperficie dr. La latituorta la supacta de los

el horizone 90 y, poi est sobel horizon el Azimu

rizonte qusobre el hdo: Surde: Sur 0ntendemosa por el

ependen dmismo mor diferen

iento Apare

je de rotaco Norte.

e un plandel planetud del Ecperficie des polos. E

nte hasta eor convenbre el honte). Es u

ut o Azimu

ue formanhorizonte

rOesteNo, Oeste 9os el cortcenit y el de la pos

momento sntes obse

nte del Sol.

Pgina 40

cin de la

eta y queta en dosuador es,el planeta

El ecuador

el Sol. Sunio, es unrizonte) y

una de lasut.

n el punto. Se mideorteEste,90, Nortete con elastro. La

sicin delson vistoservadores

.

0

a

e s

a r

u n y s

o e ,

e l

a l s s

Manual Solares

Axel Co


otn Gutirr

situadoscoordena

Declinaclas dos coordenalatitud gterrestreceleste yuna decdeclinacdeclinacigual a la

Ascensiutilizan plongitud partir desegundoest en vernal. S

y Clculo dsegn DB H

rez

s en puntadas son

cin ngucoordenaada es laeogrfica

e. Se midey negativa

clinacin din de +in de 9a latitud d

n Rectapara localterrestre

el punto veos hacia ela posici

Su smbolo

Fig


tos diferelocales.

lo que foradas del sa ascensi, la diferee en grada si est de 0. Un 90. Un

90. Un asel observa

: Es unaizar los a(coordenaernal en hel Este a n del Soo es .

gura 2.15. De

Fuente

ones T.E.

entes de

rma el Sosistema dn recta. encia es dos y es al sur. U objeto soobjeto so

stro que eador.

a de las astros sobada geoghoras (unlo largo d

ol en el eq

eclinacin y

: Wikimedia

la Tierra.

ol con el ede coorde

La declique sta positiva sn objeto obre el Pobre el Pest en el

coordenabre la esferfica). Laa hora igdel ecuadquinoccio

y Ascensin

Commons.

2. Movimie

Esto sig

ecuador cenadas ecnacin esse mide

si est al en el ecuolo Norte

Polo Sur cenit, tien

adas astrera celestea ascensiual a 15 g

dor celestede prima

Recta.

iento Apare

gnifica qu

celeste. Ecuatoriales compar

e sobre elnorte de

uador celee celeste

celeste tne una de

ronmicaste, equivan recta sgrados), mte. El punavera o e

nte del Sol.

Pgina 41

ue dichas

Es una des, la otra

rable a lal ecuadorl ecuadoreste tienetiene unatiene unaeclinacin

s que selente a lase mide aminutos y

nto Vernalquinoccio

.

s

e a a r r e a a n

e a a y l

o




2.5. SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRFICAS.

manual de solar térmica para grandes edificios y piscinas cubiertas

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