USO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)

Transcripción

1 USO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) Una de las aplicaciones más utilizadas por la Energía Solar Térmica es la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS), la cual consiste en convertir la radiación solar en calor y comunicarla a un fluido (en éste caso agua) mediante una serie de dispositivos que se encargarán de modificar la temperatura del fluido a la temperatura requerida por el consumidor. Lo más común es emplear sistemas termosolares de circuitos cerrados e independientes (al menos dos, un circuito primario y otro secundario), donde el agua de consumo no pasa directamente por los colectores solares, sino que es un fluido caloportador el que circula por el circuito primario pasando por los captadores solares para ganar energía térmica, y posteriormente, a través de un intercambiador de calor, ceder el calor al agua de consumo que forma parte de un circuito secundario e independiente. Por tanto, ambos fluidos, fluido caloportador de trabajo y el agua de red, nunca se mezclan. DEFINICIONES Agua Caliente Sanitaria (ACS): Es agua destinada a consumo humano (potable) que ha sido calentada. Se utiliza para usos sanitarios (baños, duchas, etc.) y para otros usos de limpieza (fregado de platos, lavadora, lavavajillas, fregado de suelos). Normalmente el agua procede de la instalación de agua del edificio. Energía Solar Térmica: La energía solar térmica o energía termosolar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Fluido Caloportador: Es el líquido que circula por los circuitos de los paneles solare térmicos. En estos sistemas, este fluido se calienta gracias a la energía solar y a través de los tubos entra en la vivienda para calentarla. Los líquidos más comúnmente utilizados como caloportadores son: agua, mezcla de agua y anticongelante, combinación de líquidos orgánicos sintéticos, aceites de silicona Sistema Termosolar: Un sistema termosolar aprovecha de los rayos solares para cumplir una función energética. En el caso de los calefones solares, permite tener agua caliente para el uso sanitario. Por lo tanto utiliza una fuente renovable para obtener los mismos resultados que otro sistema que funciona en base a una energía convencional como la electricidad o los combustibles fósiles. INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 1

2 TIPOS DE SISTEMAS En función del mecanismo de circulación del fluido térmico, la mayoría de los equipos que utilizan la tecnología termosolar se puede clasificar en dos grandes grupos: Sistemas por termosifón y Sistemas por circulación forzada. SISTEMAS POR TERMOFUSIÓN Los sistemas por termosifón son los sistemas termosolares más conocidos (típicamente se ven sobre las viviendas unifamiliares que disponen el depósito de acumulación sobre los colectores solares), ya que es el más económico y de fácil montaje. En este tipo, el movimiento del fluido de trabajo por el circuito primario se produce por el principio de convección natural, donde el fluido al calentarse a su paso por la placa captadora solar se dilata aumentando su volumen, y por tanto disminuye su densidad. Figura 01. Sistema por termofusión Al pesar menos, dicho fluido asciende hacia la parte alta del circuito donde está el acumulador, mientras que el fluido más frío contenido en el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la instalación por la tubería de entrada a los captadores. Así se genera una circulación natural del fluido, que se mantiene siempre que exista un gradiente de temperaturas entre el fluido de los captadores y el que se encuentra en la parte alta de la instalación dentro del acumulador. Y es ahí, dentro del acumulador, donde se produce la transferencia de calor desde el fluido de trabajo del circuito primario al agua de la red contenida en el depósito acumulador. Para ello se emplea un intercambiador (serpentín de tubos de cobre) que se encuentra dentro del depósito acumulador. Esta agua del acumulador una vez calentada, pasa al circuito interno, en este caso circuito secundario, para ser consumida en los puntos de consumo de la vivienda (duchas, lavabos, lavadoras, lavavajillas, etc.). Este sistema, de flujo natural, hace que los termosifones sean fáciles de instalar (sólo tenemos que conectarlos a una toma de agua de la red y al circuito de ACS de la vivienda), además de ser muy económicos, por lo que son los más implantados en nuestras ciudades. INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 2

3 No obstante, en los sistemas por termosifón la fuerza impulsora del movimiento es pequeña y, por lo tanto, se debe prestar especial atención al diseño y montaje de la instalación para favorecer siempre el movimiento natural del fluido. Para ello, el depósito de acumulación debe colocarse siempre en un nivel superior al de los colectores solares para permitir la convección natural por diferencia de temperatura. De hecho, para facilitar en todo lo posible el movimiento del fluido caloportador debe haber una diferencia suficiente de temperatura entre el fluido que está dentro de los colectores solares y el del acumulador, además de la mencionada diferencia de altura entre el acumulador y los colectores, que se recomienda sea mayor de 30 centímetros. En estos sistemas es difícil controlar la temperatura que pueda alcanzarse en el interior del acumulador, sobre todo en periodos de máxima radiación solar (en verano durante las horas centrales del día). Para evitar el riesgo de alcanzar temperaturas elevadas en el depósito acumulador, éste se dimensiona con ratios de volúmenes mayores de 70 l/m 2 de panel colector. Los sistemas termosifón no consumen energía eléctrica, ya que no necesitan bomba para la circulación del fluido, lo que los hace muy atractivos por su autonomía. Como contrapartida, al ser necesario la instalación del equipo en una unidad compacta (captadores solares y depósito deben ir juntos) es necesario comprobar la resistencia del tejado del edificio donde se vaya a instalar el equipo. SISTEMAS POR CIRCULACIÓN FORZADA El sistema por circulación forzada es más eficiente que el de termosifón, pero también más caro. El movimiento del fluido caloportador se realiza a través de una bomba circuladora que es capaz de establecer un caudal determinado según las necesidades térmicas de cada momento y de vencer las pérdidas de carga del circuito. Al emplear una bomba para la circulación del fluido de trabajo, ya no es necesario que el intercambiador de calor se sitúe en la parte alta de los captadores, por lo que el depósito de acumulación, que contiene en su interior el intercambiador, no tiene por qué estar junto a los captadores solares a la intemperie sobre el tejado de la casa. De este modo, el depósito acumulador se puede situar en un lugar protegido del interior del edificio sobre el suelo, lo que permite emplear depósitos acumuladores de mayor capacidad y por tanto más pesados (que pueden ser de hasta kg). Los sistemas por circulación forzada, además de la energía eléctrica para activar la bomba de circulación, necesita de una centralita para la regulación y control del sistema, que active la bomba de circulación cuando exista un diferencial de temperaturas entre el fluido que sale de los captadores y el que se encuentra en el acumulador, que permita que exista la posibilidad de una ganancia de energía térmica en el intercambiador. INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 3

4 Por tanto, la unidad de control constará de un termostato diferencial que tendrá la misión de arrancar la bomba cuando la temperatura en los paneles solares sea de un determinado margen mayor que la registrada en el depósito de acumulación. Por otro lado, la unidad de control deberá parar la bomba cuando la temperatura en los paneles y en el acumulador sea aproximadamente la misma. Figura 02. Sistema por circulación forzada Para conseguir esto, el termostato diferencial tendrá, al menos, 2 sensores térmicos. Uno de los sensores estará instalado en la parte superior del último panel solar, es decir, a la salida de los captadores (punto de mayor temperatura del sistema) y el otro sensor estará instalado en la parte inferior del depósito acumulador, cerca del serpentín (punto de referencia de la temperatura del acumulador solar). El control diferencial de temperatura deberá funcionar automáticamente, y podrá ser programable por el usuario, controlando también el funcionamiento de la caldera de apoyo (eléctrica, de gasóleo o de gas), pero siempre de manera que sea la energía solar la predominante. Normalmente, la centralita de control estará situada en el interior de la vivienda en lugar fácilmente accesible para el usuario, y constará de un display donde el usuario podrá consultar información relevante en el suministro de agua caliente del sistema. Asimismo, este control inteligente deberá disponer de protección contra sobrecalentamientos, control automático del caudal en los paneles solares e indicación extensiva de alarmas. En estos sistemas, como el depósito acumulador e intercambiador suelen estar a una altura inferior que los paneles de captación solar que están en la cubierta del edificio, habrá que incluir también en el circuito primario una válvula antirretorno para evitar el posible efecto termosifónico nocturno del fluido caloportador. INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 4

5 COMPONENTES DEL SISTEMA Entre los componentes de un sistema solar térmico tenemos: Cuadro 01. Componentes de los Sistemas Solar Térmicos ITEM DESCRIPCIÓN 1 Colectores o placas captadoras 2 Cubierta protectora transparente Placa absorbedora (normalmente de cobre). Capta la máxima radiación y emite la mínima 3 al exterior. Contiene los tubos por los que circula el líquido, normalmente agua con anticongelante 4 Lámina reflectante 5 Aislamiento térmico para reducir pérdidas Acumulador. Su función es almacenar el agua de consumo ACS. También puede 6 acumular agua de apoyo al sistema de calefacción. Apoyo energético. En los momentos en los que no se dispone de energía solar, hace falta un sistema de apoyo basado en energías convencionales. Se suelen emplear sistemas 7 eléctricos (una resistencia dentro del tanque) o de gasóleo o gas (se puede aprovechar un sistema existente). 8 Ánodo anti corrosión Sistema de control. Comprueba la temperatura en diferentes partes de la instalación para 9 conectar o desconectar los sistemas de apoyo y las bombas cuando sea necesario. Figura 03. Componentes del sistema INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 5

6 APLICACIONES Departamentos: Para el abastecimiento de ACS en los meses más fríos del año generando confort ante las bajas temperaturas. Edificios Públicos: Las instalaciones deportivas, las residencias para ancianos y las piscinas suelen ser apropiadas para la energía solar térmica, puesto que necesitan grandes cantidades de agua caliente. Hoteles y Restaurantes: Los hoteles son idóneos para el uso de esta energía ya que tienden a ser concurridos durante los meses de verano y regularmente los demás meses. Piscinas: El agua caliente sanitaria en los hoteles se combina fácilmente con el agua caliente para las piscinas, puesto que la energía que sobra se transfiere de forma simple al agua de la piscina, lo cual mejora la comodidad del usuario sin que esto suponga un aumento del coste de energía. VENTAJAS VENTAJAS ECONÓMICAS Reducción directa de costo asociado al calentamiento de agua, ya sea de electricidad o combustibles como gas o leña. Los sistemas solares pueden lograr ahorros en el costo de preparación del agua caliente de aproximadamente de 70% respecto a los sistemas convencionales. Las placas solares pueden ser un complemento importante de apoyo a la calefacción, sobre todo en sistemas que utilicen agua a temperatura inferior a 60ºC. En la mayoría de los casos, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre un 50% y un 70% del agua caliente demandada. El resto de la demanda puede ser suplida por sistemas convencionales de producción de agua caliente (caldera de gas o gasóleo, calefont doméstico, etc.). La inversión se amortiza con el ahorro energético. Actualmente, las instalaciones solares térmicas pueden quedar amortizadas a partir de 4 a 6 años, con una vida útil de 20 años en promedio. El período de amortización efectivo dependerá del tipo de combustible que se sustituye y de las variaciones de su precio. El costo de operación y mantenimiento disminuye a medida que la tecnología va avanzando, en tanto el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo al ser éstos cada vez más escasos. VENTAJAS AMBIENTALES Al tratarse de una energía renovable permite sustituir una parte del consumo de combustibles fósiles y/o electricidad, evitando o postergando el agotamiento de los limitados recursos naturales. No emite gases perjudiciales para la salud ni emite gases de efecto invernadero que afecten el cambio climático. INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 6

7 Por otro lado, la energía solar es una fuente inagotable, limpia, silenciosa y confiable. En gran parte de nuestro país está además presente en forma abundante. Los Colectores Solares Térmicos proporcionan un valor agregado a todo tipo de viviendas. A modo de ejemplo, una casa unifamiliar que tenga instalada 2 m 2 de paneles evita la emisión de 1,5 toneladas de CO 2 al año. REFERENCIAS Manual Técnico Energía Solar Térmica. Salvador Escoda S.A. Cuarta Edición Manuales de Energías Renovables. Energía Solar Térmica. López Cozar, José. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. Madrid Para cualquier sugerencia o consulta, comuniquese con nosotros a los siguientes medios: Telef. (511) /(511) contactenos@gasenergy.com.pe Website: INF-EE-002/15_V1 Gas Energy Perú S.A.C. Pag. 7