MANUAL DE INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES TÉRMICOS

Transcripción

1 MANUAL DE INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES TÉRMICOS ELABORADO POR: Equipo Técnico CPML-N 2007

2 INDICE Generalidades Objetivo Objetivos Específicos Ubicación de los principales componentes del sistema Termo tanque de almacenamiento de agua caliente Colectores solares Tipos de arreglos de colectores solares y sus limitaciones Fijación Tuberías Sistemas de agua caliente por circulación forzada Instalación del Termo Tanque Colector Instalación de los colectores solares Piezas soldadas en el sistema Forma de proceder para soldar la tubería de cobre Herramientas necesarias para la instalación de los sistemas térmicos solares

3 Generalidades Las instalaciones de aprovechamiento térmico de la energía solar son de aspecto innovador puesto que representan arreglos muy especiales y diferentes respecto a las instalaciones convencionales para el calentamiento de agua. Hoy en d ía, las instalaciones solares se deben realizar con la experiencia de técnicos y profesionales, aplicando información recabada en la práctica y al mismo tiempo adoptando información y datos experimentales de otros países. Consecuentemente, los requerimientos mínimos para los nuevos establecimientos son dirigidos para procurar el correcto funcionamiento de las instalaciones como una muestra clara de instalaciones energéticamente eficientes, confiables y seguras. Dichos requerimientos deben contemplar aspec tos fundamentales que redunden en beneficio directo de la inversión de los usuarios, el correcto funcionamiento de los sistemas y que no deterioren la imagen de las bondades que encierra el uso de las energías renovables, tales como: la orientación de los colectores para lograr un aprovechamiento adecuado, el cálculo hidráulico, el aislamiento en tuberías, válvulas y accesorios, controles automáticos, requerimientos de un manual de operación así como los requerimientos mínimos de la garantía. 3

4 1. Objetivo Desarrollar un documento que describa los parámetros, límites y procedimientos para que la instalación de los colectores solares sea adecuada y cumpla con los parámetros especificados en el diseño realizado por CPmL. 2.1Objetivos Específicos Realizar un manual que explique de forma sencilla la instalación, de un colector solar térmico. Mostrar el uso correcto de las distintas herramientas utilizadas para el corte y uniones de las partes que conforman el sistema solar térmico. Garantizar que las áreas de uniones roscadas queden debidamente selladas para evitar fugas y estén acorde al diseño para permitir cualquier cambio por daño en los accesorios. Garantizar que el sistema cumpla con los parámetros de prueba al finalizar la instalación del sistema solar térmico. 3 Ubicación de los principales componentes del sistema. En este acápite se tratara de abordar la ubicación de los principales componentes del sistema térmico y que parámetros deben de cumplir para el buen funcionamiento del sistema térmico. 4 Termo tanque de almacenamiento de agua caliente Se deberán usar termos solares verticales, los cuales permiten una mejor estratificación de temperaturas en el agua almacenada. Sólo en caso de una restricción técnica se podrán usar del tipo horizontal. La tubería de salida de agua caliente solar deberá estar en la parte superior del termo. La salida de agua fría a colectores solares deberá estar en la parte baja del termo tanque, dejando solo un pequeño espacio para la acumulación d e suciedad 4

5 En la parte mas baja del termo debe de instalarse una válvula que permita drenar periódicamente la suciedad. Con objeto de disminuir las pérdidas de calor en los termos se recomienda se instalen en un área techada y aislada. La instalación del termo tanque debe permitir un fácil acceso en las distintas válvulas con las que cuenta el sistema para su manipulación, mantenimiento y cambio de cualquier componente que se dañe Cuando se requieran varios termos se deben de conectar en serie invertida con el circuito de consumo, con el objeto de lograr una estratificación adecuada de temperaturas, tal como se muestra en la figura 1. 5 Colectores solares A. La fijación a una estructura metálica debe de hacerse en la parte estructural más resistente del colector solar. No se permitirá soportar los colectores en los cabezales, estos deben de sujetarse en los clavadores del techo si es de zinc. B. La orientación de los colectores debe de ser todo el tiempo viendo al sur con una inclinación entre 12 y 15 grados C. En ningún caso se permitirá una instalación sin el anclaje adecuado 6 Tipos de arreglos de colectores solares y sus limitaciones 5

6 Fig. 2 Arreglo típico de un colector solar diagonal. individual, la entrada y la salida deben estar en Fig. 3 Arreglo paralelo interno, con retorno inverso, configuración permitida, para tener un flujo de agua similar en cada colector solar. Fig. 4 Arreglo paralelo interno de dos baterías de colectores solares, con retorno inverso, configuración permitida, para tener un flujo de agua similar en cada colector solar. 6

7 7 Fijación El anclaje en el techo o área destinada al conjunto de colectores solares debe diseñarse para soportar ráfagas de viento de 27.78m/s (100 Km/hr). En caso de utilizarse estructuras metálicas para el soporte de los colectores solares, éstas deberán pintarse con un esmalte anticorrosivo para proteger su integridad. En todos los casos se deberán sellar adecuadamente las perforaciones hechas en los techos para no perjudicar la impermeabilización. Es recomendable la utilización de estructuras galvanizadas que soporte bien las condiciones ambientales. Hay que cuidar los procesos de montaje para que no se empleen soldaduras que eliminen la protección del galvanizado. En el caso de utilizar estructuras metálicas, prever varias manos de pinturas de protección y cuidar el diseño para hacer posible su posterior mantenimiento (pintura). 8 Tuberías Debe de anclarse cuando menos cada 2 metros con abrazaderas. En tramos aé reos horizontales esta distancia será tal que impida que la deflexión de la tubería sea superior a 1.0 cm, considerando una temperatura de estancamiento del conjunto de colectores o absorbedores solares instalado, permitiéndose el uso de abrazaderas tipo uña en tramos horizontales y en verticales con una altura no mayor a 3.0 metros. En tramos verticales cuando el peso de la tubería y el agua sean considerable mayor que 50 kilogramos se debe considerar un anclaje del tipo uní canal. Las tuberías hidráulic as deberán instalarse de tal manera que se puedan eliminar las roturas y daños debidos a los esfuerzos que acompañan los desplazamientos normales causados por la contracción-expansión de los tubos por efecto de cambios de temperatura. Cuando se requieran, deberán colocarse Juntas de Expansión en las secciones apropiadas de las líneas. Cuando las tuberías atraviesen muros o cimentaciones se deberá dejar libertad de movimiento mediante chaquetas de tubería de acero cuyo diámetro sea dos veces mayor al tubo q ue se desea proteger, o bien se deberán construir arcos de cemento sobre el tubo. El espacio libre entre las chaquetas o los arcos de cemento y la tubería se deberá rellenar de algún material sellador flexible. Para tuberías enterradas se deberá abrir una zanja y colocar la tubería rodeada ya sea de arena o tierra fina sin piedras. Se deberá colocar cuando menos 20 centímetros de relleno alrededor de la tubería y compactar cuidadosamente. 7

8 9 Sistemas de agua caliente por circulación forzada Para garantizar el buen funcionamiento de un sistema por circulación forzada es necesario tener en cuenta las siguientes consideraciones. A. En recorridos mayores a 40 metros en línea recta se deberá considerar el uso de juntas de expansión en caso necesario, debe de justificarse su exclusión. B. Las tuberías de agua caliente deben de ir asce ndiendo con una pendiente, mínima del 1%, para ir evacuando las burbujas de aire que tenga el sistema, hasta llegar al punto más alto, donde se unan a la tubería principal para que puedan ser desalojadas por el arrastre del flujo, o bien por válvulas eliminadoras de aire. Si no es posible lo anterior en cada punto alto de la salida de colectores solares o de las tuberías, deberá instalarse un válvula eliminadora de aire. C. El arreglo de los colectores solares en varios bancos de colectores en paralelo se conectará de tal forma de que el flujo sea equilibrado, esto es en el mejor de los casos teniendo la misma longitud de recorrido por diferentes caminos y empleándose el sistema de retorno inverso. Cuando esto no sea posible deberán instalarse válvulas de control para el equilibrado del flujo. D. El flujo por cada colector solar deberá estar de acuerdo a las especificaciones del fabricante, dentro del rango de lps/m² y 0.02 lps/m² en colec tores solares de cobre y como mínimo 0.04 lps/m² para colectores solares de plástico. E. En instalaciones superiores a los 75 m² se deberán instalar dos bombas de circulación idénticas y en paralelo, con el objeto aumentar la disponibilidad del sistema en caso de falla de alguna. Estas deberán alternarse de manera manual o automática. F. La bomba de recirculación deberá localizarse en la parte mas fría del circuito. G. En sistemas cerrados se debe de proteger el sistema con un tanque de expansión, incluyéndose su cálculo en los del sistema. H. Cuando el sistema de calentamiento convencional (Gas GLP, Bunquer, Diesel u otro combustible) tenga un recirculador de retorno para mantener la tubería caliente. El regreso no deberá descargarse al termo solar ya que al introd ucir agua caliente se disminuye la eficiencia del sistema. I. Se deberá efectuar una prueba hidrostática a un valor de 1.5 veces la presión de trabajo del sistema, manteniéndola por lo menos una hora y observando que no existan fugas, 8

9 deformaciones ni daños permanentes en los componentes del sistema. Durante este tiempo la presión no debe de caer más de 10% del valor inicial Instalación del Termo Tanque Colector El termo tanque colector debe de encontrarse en un área protegida y techada con suficiente espacio que permita realizar cambios de los distintos componentes de control que tendrá instalado el equipo de seguridad y de control. La siguiente tabla muestra los componentes y forma de sujetar los distintos componentes del termo tanque colector necesita para su buen funcionamiento. Instalación del tanque y sus Accesorios El tanque debe de garantizar las esperas para: Las conexiones al tanque deben de ser roscadas con adaptador hembra de rosca de bronce de los distintos diámetros que se tengan en este La tubería conectada al tanque debe de ser de 18 o 22 mm El tanque debe de estar equipado con sensores de temperatura en la entrada y salida de agua proveniente de los colectores solares Se debe de colocar un termómetro para monitorear la temperatura del agua en la parte superior del tanque La entrada del agua proveniente de los colectores solar se conecta en la parte inferior del tanque La tubería de salida del agua caliente a los consumidores debe de estar en la parte superior del tanque La alimentación de agua fría al tanque se conecta en la parte inferior de este Conexión de tubería en los tanques colectores de agua caliente Dispositivo del sistema Accesorio a Tipo de conexión utilizar 1 Accesorios que se utiliza para Censores de unir el tanque con las tuberías del temperatura, sistema y censores que miden los tubería, codos, distintos parámetros de interés en tee, válvulas, el sistema empalme de uniones, estaño 2 Conexión del agua fría Tubería, tee, válvula de alivio, Todas las piezas que se conecten al tanque son de cobre y roscada para poder remover cada vez que sea necesario, luego la conexión a la tubería debe de ser soldada con estaño y soportar una presión de 3.5 bar La conexión del agua fría será en la parta inferior del tanque la que estará 9

10 3 Conexión en la salida del agua caliente 4 Conexión de tubería proveniente los colectores solares 5 Conexión al sistema en la salida del tanque que va a los colectores solares válvula de retención, llave para vaciar el sistema medidor de flujo, estaño, empalme de dos uniones Tuberia de cobre, aislante de fibra de vidri, codos, tuberia de cpvc, pega para altas temperaturas, estaño y empalme de dos uniones Tubería de cobre, aislamiento de fibra de vidrio, censor de temperatura, estaño, tee, codos de cobre Tubería de cobre, codos de cobre, aislamiento de fibra de vidrio, estaño compuesta por los dispositivos que permitan cortar el flujo de agua, regular la presión en el tanque, medidor de agua para monitorear la cantidad de agua que se esta consumiendo La tubería de conexión al sistema debe de estar aislada, tener un tramo de tubería de cobre de almenas un metro y luego puede ser de CPVC el diámetro de salida del agua caliente debe de ser 12 mm o ½ pulg, se instalara un censor electrónico para monitorear la temperatura del agua en la parte superior del tanque La tubería debe ingresar al tanque por la parte inferior y salir por donde indique las especificaciones técnicas del tanque, debe estar aislada, contar con censor de temperatura, la unión al tanque es roscada, tendrá una llave para rellenar el sistema de agua La tubería de salida deberá estar debidamente aislada y se conectara a la bomba del sistema forzado 11 Instalación de los colectores solares Los colectores solares se ubicación en lugares que permitan la captación de solar sin ninguna intervención de sobra producto de árboles aledaños, deben de tener una inclinación de 15 grados en orientación al sur, estos podrán ser instalados en el piso y en el tejado de las instalaciones. Instalación de los colectores y sus Accesorios Los colectores solares debe de garantizar las esperas para: Ingreso de agua fría 10

11 Salida del agua caliente Conexión entre ellos Una buena aguaré al techo o piso en el lugar de instalación Una inclinación entre 12 y 15 grados viendo al sur La libre y adecuada circulación del agua Soportar presión de 3.5 bar Que las salidas de las tuberías que no se utilizaran estén debidamente sellados En caso de instalar en los techos de las empresas se recomienda garantizar que estos soporten los pesos de los colectores llenos de agua. Conexión de tubería y accesorios en los colectores solares Dispositivo del sistema Accesorio y Tipo de conexión material a utilizar 1 Soporte de los colectores solares Material galvanizado, o de hierro, pintura anticorrosiva, pernos sellados para techo Los soportes deberán de encontrarse empotrados en el techo o piso con el fin de fijar los colectores solar y no permitir que las catástrofe naturales afecten a estos, estos deben de inclinarse entre 12 y 15 º con vista al sur 2 Instalación de los colectores solares (conexión entre estos) Empalme unión 3 piezas y estaño para soldar Los colectores estar conectados por sistemas roscados para poder sustituir cualquier panel solar que se dañe, las uniones basados en el diseño del recorrido del agua tendrá que garantizar el sello en las uniones indicadas 3 Las salidas y entradas de los colectores que no se utilizaran Empalme unión 3 piezas, Tapón hembra y estaño para soldar La tubería en la salida de los colectores que no se utilizara en el sistema deberá de ser sellada con tapones que sean roscadas en esta para evitar fugas y realizar conexiones o mantenimientos en el futuro 11

12 4 Forma de sujetar los colectores solares 5 Conexión de la tubería a los colectores solares Angular de aluminio, pernos de acero, marco de aluminio para sujetar los colectores Empalme unión 3 piezas, reductor de 22 a 12 mm, en caso de ser necesarios codos y estaño para soldar Los colectores solar estarán sujetos a un marco metálico en el techo o piso, la unión entre el colector y el marco metálico será una pieza de aluminio, la inclinación de los colectores debe de estar entre 12 y 15 grados viendo hacia el sur LA tubería conectada al sistema debe ser de cobre y aislarse con material especial para la intemperie, la alimentación de agua realizara el recorrido mas largo 6Tubería a la salida de los colectores solares Bomba de Agua Sensor de temperatura, de radiación solar, empalme unión de 3 piezas, tee, codos, válvula de alivio y estaño para soldar Bomba, válvula de llenado, válvula de alivio de aire, aislante térmico, medidor de caudal y temperatura La tubería en la salida de los colectores solares debe de estar bien aislada con materia especial para intemperie, contar con un censor que mida la temperatura y radiación solar, una válvula de purga para evacuar el aire del sistema, la conexión es roscada entre la tubería y el colector solar, el recorrido del agua caliente debe de ser el mas corto posible para evitar perdidas en el sistema. La bomba de agua deberá de estar en un lugar seguro, fijado en la pared, visibles y de fácil manipulación para realizar las regulaciones necesarias en el sistema, contar con sus respectivos componentes como son los medidores de temperatura, medidor de caudal, válvula de alivio y de llenado de agua. 12

13 Tubería que conecta a los colectores con el tanque de almacenamiento Tubería, aislante para exteriores (fibra de vidrio) e interiores (poliuretano), racor de dos y tres piezas, tanque de expansión y estaño para soldar La tubería del sistema entre los colectores solares y el tanque debe de ser de cobre de 12 mm de diámetro y estar debidamente aislada para evitar perdidas de calor en el sistema Las uniones a los accesorios serán soldadas a excepción de las uniones de válvulas y bomba Tubería que se conecta al tanque de agua fría y salida de agua caliente a los consumidores Tubería de cobre, codos de cobre, aislamiento de fibra de vidrio, estaño La tubería de agua fría deberá de conectarse en la parte inferior del tanque, contar con medidor de caudal, manómetro, válvula de alivio, válvulas de retención y mesclador de flujo en caso de ser necesario. Otros componentes del sistema solar térmico Válvulas del sistema Válvula de alivio, Todas las válvulas utilizadas en el retención, purga de sistema son roscadas por lo tanto se aire y válvula de tiene que garantizar las esperas drenado, válvula de correspondientes, estas mismas deberán 13

14 check de soportar grandes temperatura. Aislante térmico de las tuberías Aislantes térmicos para la tubería Aislamiento de fibra En las construcciones se utilizaran dos de vidrio y tipo de aislantes uno para que dure en la poliuretano intemperie y el otro para las áreas internas o que no están expuestas al sol y lluvia. Sistema de controles electrónico (kit solar) y censores Cable de alambre, El sistema debe de estar equipado con censores para monitorear y regular los parámetros de funcionamiento del sistema 12 Piezas soldadas en el sistema Todas las uniones del sistema térmico deberán de estar debidamente soldadas con estaño y soportar una presión de operación de 3.5 bar, a continuación se describen los materiales necesarios para soldar. Equipo de soldadura (soplete) Hilo de Estaño Cortadora de Tubos o Sierra para Metal Mordazas de presión Tenazas 14

15 Protector térmico Lima 13 Forma de proceder para soldar la tubería de cobre Preparadas las piezas asoldar quite los posibles restos de suciedad y esmerile o pase un cepillo de alambres por la zona a soldar, limpiándola posteriormente con un trapo. Caliente el empalme con un soldador de propano. En unos 30 segundos (se tornará color rojo cereza) se conseguirá la temperatura necesaria para la soldadura. Eche la soldadura a lo largo del empalme caliente. La soldadura deberá rellenar virtualmente el empalme. Una ves unida y soldada todas las piezas se deberá de realizar una prueba de presión la cual puede ser con aire comprimido o agua a presión. 14 Herramientas necesarias para la instalación de los sistemas térmicos solares Llave Allen 13, 19, 24 y 27 mm Llave crece Desarmador Sierra para cortar tubo cortadora de tubo desarmadores taladro de mano brocas pega para temperatura altas Cinta métrica Amoladora angular (pulidora) Tornillo prisionero M12*350 Junta de goma Arandela M12 15