Energía solar térmica

Captador Atessa Export Tridimensional. Prestaciones de los captadores solares. Instalación y pérdida de carga

  • Enviado por: Christian Cruz
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 16 páginas
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LA SEU D'URGELL (Lleida)

NOVIEMBRE 1999.

PATENTE DE INVENCIÓN ESPAÑOLA Nº P 9801180

PATENTE DE INVENCIÓN EUROPEA Nº 99 500 092.4

ENSAYO INTA Nº CA/RPT/484 A/004/INTA/99

AUDITORIA DE CALIDAD DE LA ECA

HOMOLOGACIÓN GPS - 8002

EN PROCESO DE IMPLANTACIÓN DE LA NORMA ISO 9002

  • PRESENTACIÓN

  • El captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL ha sido desarrollado para su aplicación en sistemas de aprovechamiento de la energía solar con fines térmicos, en particular para :

    • producción de agua caliente sanitaria en viviendas, hoteles, campings, hospitales, polideportivos, colegios, vestuarios, etc.

    • calentamiento del agua de los vasos de piscinas

    • sistemas de calefacción

    • Etc.

    El colector ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL ha sido ensayado oficialmente en el banco de pruebas del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial. I.N.T.A (Nº de Informe: CAP/RPT/484 A/004/INTA/99) y homologado por el Ministerio de Industria y Energía con el número GPS-8002.

  • CARACTERÍSTICAS DEL CAPTADOR SOLAR ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL

  • Dimensiones :

    Figura 1. Dimensiones del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL.

    Componentes:

    • Carcasa. Caja de acero inoxidable AISI 304 (0,6 mm de espesor) soldada y sellada con silicona.

    • Aislamiento. Manta de aluminio y 55 mm de lana de vidrio

    • Cubierta transparente. Vidrio templado de 4 mm de espesor.

    • Absorbedor. Parrilla de 10 tubos verticales de cobre " 10 soldada a dos colectores horizontales de cobre de " 22.

    • La superficie absorbedora está constituida por una chapa de aluminio con 6030 embuticiones en forma de media esfera y 10 estampaciones en forma semicilíndrica para alojar los 10 tubos verticales de " 10. La superficie absorbedora dispone, en su parte superior, de un recubrimiento selectivo a partir de óxido de Cu negro Mg y Si aplicado por proyección a pistola.

    El absorbedor y la parrilla de tubos están unidos por soldadura.

    • Otras características.

    • Peso del captador lleno de líquido : 44,8 Kg

    • Capacidad de líquido : 2,8 Kg

    • Temperatura máxima de funcionamiento : 120 ºC

    • Presión máxima de trabajo : 7 bares

    • Superficie útil de captación : 1,852 m2

  • PRESTACIONES ENERGÉTICAS

  • El cuidado diseño del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL y la calidad de los materiales empleados permite la obtención de elevados rendimientos de conversión de la energía solar incidente en energía térmica útil.

    Los ensayos realizados, han permitido determinar la curva de rendimiento del colector solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL según la siguiente expresión:

    EL RENDIMIENTO SE DEFINE POR LA ECUACIÓN ECUACIÓN RECOMENDADA

     = Rendimiento

    A= Área de referencia (m2 ) Tm y Ta= Temperatura media y Temperatura ambiente.

    Qu= Energía útil en el captador (w) T**= Temperatura adimensional.

    I = Irradiación solar (W/m2) U0= Coeficiente Normalizado (10W/m2ºC)

    La expresión indicada anteriormente y representada en el grafico siguiente, ha sido obtenida según el procedimiento descrito en la norma INTA 600001.

    Figura 2. Curva de rendimiento del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL.

  • RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN

  • Generalidades.

    Los captadores solares forman parte de un circuito hidráulico de calentamiento de agua. Para el buen funcionamiento de la instalación y la obtención de las óptimas prestaciones del colector solar, ATESA recomienda la intervención de técnicos y empresas cualificadas en la fase de diseño y montaje del conjunto de la instalación.

    Las recomendaciones recogidas en este apartado pueden servir de gran ayuda a los profesionales encargados de hacer el diseño de la instalación.

    CALCULO PARA DIMENSIONAR INSTALACIONES

    Imaginemos que queremos obtener 1000 litros diarios de Agua a 60ºC.

    DATOS:

    Temperatura ambiente = 15ºC

    Irradiación solar = 1000 W/m²

    Horas de Sol (Depende de la época del año) = 5

    Área de apertura del Captador =1'852 m²

    0'86 Kcal =1 Wh

    CALCULOS:

    Temperatura media - Temperatura ambiente = 45 ºC

     Es la potencia necesaria..

    Aplicamos la formula de la tabla, para determinar cuantos captadores necesitamos para obtener dicha energía.

    Energía solar térmica

    0.6725 x 0.45 = 0.302625

    = 0.9471 % 0.302625 = 0.644475 de rendimiento por m2.

    Ahora que sabemos el rendimiento que da el captador por m2 para obtener la temperatura del ejemplo, aplicamos los datos siguientes para calcular el numero de captadores que necesitamos.

    Necesidades 52325 W.

    Aportación por m2 por 5 horas del captador 3222 W.

    Numero de m2 de captador necesarias 52325 W: 3222 W = 16.24 m2: 2.538 AREA TRIDIMENSIONAL = 6,39 Captadores.

    COMO UN CAPTADOR NO SE PUEDE PARTIR, HARAN FALTA 7 CAPTADORES.

    Uo = Coeficiente normalizado (10 W/m2)

    Para garantizar el mantenimiento de las prestaciones energéticas del captador solar a lo largo del tiempo, ATESA recomienda la utilización de los mismos en circuitos cerrados. El empleo de circuitos abiertos, con renovación continua del agua que circula por los colectores, puede dar lugar a deposiciones calcáreas en las paredes interiores de los tubos, reduciendo su rendimiento energético y acortando su vida útil.

    Los captadores solares deberán estar instalados en un lugar libre de sombras, con la orientación y la inclinación indicadas por el proyectista y fijados sobre una superficie estable y sólidamente anclada.

    Conexión.

    Los captadores solares ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL se pueden conectar entre sí en paralelo, mediante las uniones roscadas, formando grupos de hasta 6 colectores en paralelo. La entrada del fluido caloportador al grupo, se realizará por la parte inferior del primer captador (a la derecha o la izquierda, indistintamente) y la salida, por la parte superior del último captador. Las salidas no utilizadas de los captadores de los extremos del grupo se cerrarán con tapones roscados.

    Se recomienda dotar a cada grupo de captadores de válvulas de aislamiento a la entrada y la salida, que permitan independizar el grupo del resto de la instalación ante eventuales reparaciones.

    En la salida del grupo, en la parte superior del último captador, se instalará un purgador de aire apto para soportar temperaturas de 120ºC, preferentemente de tipo automático y con válvula de aislamiento para facilitar las operaciones de puesta en marcha de la instalación y las tareas de mantenimiento posteriores.

    Figura 3. Longitud del grupo en función del número de captadores.

    Las uniones de los grupos de captadores a las tuberías del circuito primario deben realizarse de modo que las dilataciones del material no produzcan esfuerzos en los puntos de unión, por ejemplo, mediante la utilización de tubos flexibles de malla de acero inoxidable de " 1”.

    Los grupos de captadores se pueden unir entre sí en paralelo para formar un campo de captación solar del tamaño adecuado a las necesidades del edificio. La conexión de grupos de captadores solares en serie es también posible cuando se requieran temperaturas elevadas, aunque este tipo de conexión puede penalizar el rendimiento energético global de la instalación.

    El fluido caloportador del circuito primario deberá ser apto para su utilización en tuberías de cobre. En zonas donde exista riesgo de heladas, el circuito primario de captadores deberá ser protegido con la adición de líquidos anticongelantes en proporción suficiente para eliminar cualquier riesgo de congelación o un método de similar eficacia.

    El caudal recomendado para el circuito primario de captadores está comprendido entre 120 y 150 litros/hora por captador. En instalaciones con más de un grupo de captadores, se deberá tomar las precauciones necesarias para garantizar que el reparto del caudal del circuito primario se realiza de forma homogénea, con la instalación de válvulas de equilibrado hidráulico o mediante el trazado de circuitos con retorno invertido.

    En la figura 4 se muestra la pérdida de carga en un captador solar en función del caudal, considerando que el fluido caloportador es agua. Como se observa, para un caudal comprendido entre los márgenes recomendados (entre 120 y 150 litros/hora), la pérdida de carga en el captador solar es muy pequeña.

    Figura 4. Pérdida de carga del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL.

    Puesta en marcha.

    Los captadores solares expuestos al sol (llenos o vacíos) pueden alcanzar temperaturas elevadas. Deberán tomarse las precauciones necesarias para evitar quemaduras, especialmente durante los trabajos de montaje de la instalación.

    Durante la puesta en marcha de la instalación solar se prestará especial atención al llenado del circuito primario, evitando la formación de bolsas de aire que pudieran impedir la correcta circulación del fluido caloportador por los colectores.

  • POSIBLES ESQUEMAS DE INSTALACIÓN

  • A continuación se proponen algunos esquemas simplificados de instalación. Esta relación no pretende ser exhaustiva; será el proyectista el que deberá diseñar la instalación solar según las necesidades particulares del edificio y del usuario.

    En todo caso, deberá prestarse especial atención para garantizar que el esquema asegura la utilización prioritaria de la energía solar ante el apoyo.

    Figura 5. Instalación solar de producción de agua caliente sanitaria con apoyo eléctrico y con caldera mural modulante.

    Figura 6. Instalación solar colectiva de producción de agua caliente sanitaria con

    intercambiador de calor exterior (hoteles, hospitales, centros deportivos,… )

    Figura 7. Instalación solar producción de agua caliente sanitaria y calefacción por suelo

    radiante.

  • MANTENIMIENTO Y GARANTÍAS

  • El captador ATESA EXPORT está garantizado durante un periodo de 15 años contra todo defecto de fabricación o deterioro de cualquiera de sus componentes en condiciones normales de funcionamiento. Quedan excluido de la garantía cualquier deterioro producido por el personal ajeno a ATESA durante el transporte, el almacenamiento en obra o la instalación del material.

    La garantía de 15 años es válida únicamente en instalaciones en las que los captadores solares formen parte de un circuito hidráulico cerrado, debidamente protegido de las heladas mediante la adición de anticongelante o un procedimiento de eficacia equivalente. Las condiciones de la garantía de los captadores solares ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL instalados en sistemas abiertos serán establecidas por escrito por ATESA, bajo demanda del cliente, según las condiciones de la instalación y las características del agua de la zona.

    Para mantener las prestaciones energéticas del captador solar, se recomienda la limpieza de la cubierta transparente una vez al año con agua (y detergente si fuera necesario) para eliminar la suciedad acumulada. Esta operación deberá realizarse en horas de baja insolación (durante al amanecer o el atardecer o en días nublados) para evitar contracciones y dilataciones bruscas del captador.


    En nuestra empresa tenemos instalado un banco de pruebas en el cual se puede comprobar puntualmente el rendimiento instantáneo de nuestro captador. (A disposición de nuestros clientes).

    En dicho banco se han efectuado diversas pruebas de la forma siguiente:

    El captador se monto sobre una bancada con inclinación variable y a su vez es giratoria en sentido Este-Oeste para poder tener la perpendicularidad de la radiación solar incidente.

    En dicha bancada están acoplados todos los elementos e instrumentos de medición tal como se detalla seguidamente.

    • 1 Captador solar tridimensional.

    • 1 Termo acumulador de agua de 30 litros. (Eléctrico).

    • Circuito hidráulico de tubo de cobre de 22 mm.

    • 6 Llaves de regulación.

    • 1 Purgador de aire automático.

    • 1 Vaso de expansión de 5 litros.

    • 1 Manómetro de presión

    • 1 Válvula de seguridad.

    • 1 Llave de llenado.

    • 1 Llave de vaciado.

    • 1 Bomba de circulación KSB.

    • 1 Intercambiador de placas marca URANUS, con circuito refrigerador, para mantener constantemente la temperatura de entrada prefijada.

    • 1 Caudalímetro mecánico.

    • 1 Multisensor integral SCHLUMBERGER que mide el caudal y las temperaturas de entrada y salida mediante sondas de Platino.

    • 1 Piranómetro calibrado KIPP & ZONEN B.V. modelo CM3, conectado a un milivoltímetro marca H.T. INSTRUMENTS.

    OBJETIVO DEL ENSAYO:

    El banco de pruebas esta acondicionado para poder regular la temperatura del fluido de entrada y así poder realizar las lecturas del salto térmico a distintas temperaturas y saber el rendimiento instantáneo.

    Para su cálculo nos basamos en los Parámetros siguientes:

    • Radiación incidente W/m².

    • Caudal circulante l/min.

    • Temperatura de entrada.

    • Temperatura de salida.

    • Incremento de temperatura.

    • Superficie útil de captación 1.692 m².

    • Inclinación.

    Se han efectuado 12 mediciones de 15 lecturas cada una con un escalonado de temperaturas de aproximadamente 5ºC empezando con una temperatura de entrada de 20.4 ºC y finalizando con una temperatura de entrada de 88.6ºC.

    Se acompañan las doce tablas de las mediciones realizadas.

    CONCLUSIONES:

    El presente ensayo es muy útil, en la práctica para el calculo de distintas opciones de instalaciones y al técnico que diseñe una determinada instalación le será de gran utilidad.

    La Seu d'Urgell a 16-6-99



    DATOS EXPERIMENTALES SOBRE EL RENDIMIENTO DEL COLECTOR PLANO ATESA

    Modelo EXPORT TRIDIMENSIONAL

    Banco de Ensayos de colectores ATESA.

    Superficie útil de captación (m2) 1,692

    Nº de mediciones para cada ensayo 15

    Coefic Normalizado (U0 = 10 w / m2 ºC) 10

    Nº ensayos 12

    Inclinación

    Velo viento

    Radiación

    T ambiente

    T entrada

    T salida

    T media

    Caudal

    Potencia

    Area absor

    Pot generada

    Ensayo

    Fecha

    (deg)

    (m / s)

    (w / m2)

    ºC

    ºC

    ºC

    ºC

    T*

    T**

    (l / min)

    generada (w)

    expuesta (m2)

    por m2 exp

    Rend

    1

    23/05/99

    41,8

    0

    965,87

    20,5

    20,4

    29,9

    25,15

    -0,001

    0,048

    2,17

    1436,18

    1,261

    1138,610

    1,179

    2

    23/05/99

    41,6

    0

    954,86

    20,8

    25,7

    35,3

    30,5

    0,051

    0,102

    2,1

    1404,48

    1,265

    1110,022

    1,162

    3

    23/05/99

    41,8

    0

    939,58

    21,38

    30,6

    39,8

    35,2

    0,098

    0,147

    2,06

    1320,32

    1,261

    1046,759

    1,114

    4

    26/05/99

    41,8

    0

    908,66

    22,2

    38,4

    46,9

    42,65

    0,178

    0,225

    2,03

    1202,10

    1,261

    953,030

    1,049

    5

    04/06/99

    40

    0

    968,36

    22,4

    45,3

    53,4

    49,35

    0,236

    0,278

    2,01

    1134,24

    1,296

    875,089

    0,904

    6

    04/06/99

    40

    0

    957,70

    23,1

    49,5

    57,2

    53,35

    0,276

    0,316

    2,03

    1088,96

    1,296

    840,152

    0,877

    7

    04/06/99

    40

    0

    950,96

    23,6

    57,1

    63,7

    60,4

    0,352

    0,387

    2,04

    937,99

    1,296

    723,678

    0,761

    8

    15/06/99

    40

    0

    943,49

    23,3

    64,8

    71,9

    68,35

    0,440

    0,477

    2,1

    1038,73

    1,296

    801,399

    0,849

    9

    15/06/99

    40

    0

    932,83

    23,7

    71,4

    76,5

    73,95

    0,511

    0,539

    2,1

    746,13

    1,296

    575,653

    0,617

    10

    15/06/99

    40

    0

    937,80

    24,1

    75,6

    80,4

    78

    0,549

    0,575

    2,1

    702,24

    1,296

    541,791

    0,578

    11

    15/06/99

    40

    0

    938,16

    24,3

    80,4

    84,6

    82,5

    0,598

    0,620

    2,2

    643,72

    1,296

    496,642

    0,529

    12

    15/06/99

    40

    0

    938,17

    24,5

    88,6

    92,2

    90,4

    0,683

    0,702

    2,1

    526,68

    1,296

    406,343

    0,433

    ENERGÍA SOLAR TÉRMICA OFICINA TÉCNICA

    113

    1990

    990

    78

    ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

    4. Ensayo de rendimiento instántaneo del captador atesa-export tridimensional y características técnicas

    L

    Taponar

    Taponar

    Purgador

    Nº de captadores

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Longitud L (mm)

    990

    2048

    3106

    4164

    5222

    6280

    Energía solar térmica

    Distribución

    Acumulación

    Captadores

    solares

    Agua

    fría

    Resistencia eléctrica

    Distribución

    Acumulación

    Captadores

    solares

    Agua

    fría

    Agua fría

    Caldera

    Distribución

    Captadores

    solares

    Acumulación

    solar

    Acumulación

    de apoyo

    Caldera

    Distribución

    Acumulación

    Captadores

    solares

    Agua

    fría

    Suelo

    radiante