IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA ACS EN UN TÚNEL DE LAVADO DE METRO DE MADRID

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Francisco José Silva Cruz
hace 6 años
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1 IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA ACS EN UN TÚNEL DE LAVADO DE METRO DE MADRID Autor: Romeo Guillén, Marta Directores: Mata García, Luis Javier Entidad Colaboradora: ICAI- Universidad Pontificia Comillas RESUMEN 1. Introducción y planteamiento El proyecto consiste en el diseño de una instalación térmica solar para calentamiento ACS. En este caso, se pretende implementar dicho sistema en un túnel de lavado de metro de Madrid, y más concretamente en la cochera de Hortaleza. Con ello se pretende apoyar al sistema de calentamiento eléctrico actual con un sistema mucho más ecológico y renovable, y que además también resulta más económico a largo plazo. El conocimiento que he ido adquiriendo a lo largo del grado junto con mi fuerte interés por las energías renovables han sido las máximas motivaciones que me han llevado a elegir este proyecto. El edificio elegido para la instalación se encuentra en Madrid, en el barrio Hortaleza. En dicha cochera duermen 28 trenes de metro cada noche, y es el emplazamiento donde tienen lugar todas las operaciones de mantenimiento. Con este proyecto se pretende optimizar el sistema de lavado básico de los trenes mediante la contribución de la energía térmica solar. El primer paso para el desarrollo del proyecto fue el entendimiento y análisis del actual sistema de lavado. Existen diferentes operaciones de mantenimiento con diferentes consumos de agua y electricidad. El proyecto se focalizó en el enjuague y lavado básico, para el que se consideró una frecuencia diaria y un consumo medio de 200L de agua por tren. En primer lugar se calculó la energía necesaria para el calentamiento de todo el volumen de agua. Se consideró como volumen de agua a máxima ocupación el total consumido por los 28 trenes al día, es decir, 5.600L A continuación, se planteó cuanta energía aportarían los colectores solares, para comprobar si se cumplía la cobertura mínima exigida por la RITE. Para ello se establecieron suposiciones acerca del número de colectores y sus distintas orientaciones. Finalmente se alcanzó el equilibrio con 42 colectores instalados con orientación sur.

2 Una vez dimensionado el área de colectores necesarios, se comenzó con el diseño de los componentes restantes. Para ello se supusieron en todos los casos las condiciones más desfavorables para asegurar el sistema. Los componentes integrados fueron los siguientes: - Se dimensionaron las tuberías teniendo en cuenta los diferentes tramos y sus respectivos caudales, considerando baterías de 6 colectores. - Se diseñaron los parámetros del intercambiador de calor, de acuerdo con la CTE y las exigencias de potencia mínima. - Se integró un depósito, para el que se calcularon sus dimensiones a partir de la capacidad necesaria. - Se calcularon las pérdidas de carga tanto del circuito primario como del secundario para la posterior elección de las bombas de recirculación. Dicha elección se llevó a cabo mediante el programa que proporciona la compañía GRUNDFOS. - Se completó el diseño mediante la integración de válvulas de seguridad, llenado, vaciado y antirretorno, y se incluyó un purgador de aire en la parte superior del circuito. - Se instaló un sistema de control y regulación para lograr el correcto funcionamiento de la instalación. 2. Presupuesto y estudio de viabilidad económica A la hora de calcular el presupuesto, se tuvieron en cuenta tanto los componentes como las operaciones. El precio de los componentes alcanzó un total de , y se vio complementado por las operaciones de mantenimiento, transporte, extras sumando un total de El estudio de viabilidad económica se realizó mediante el cálculo del VAN y el TIR, teniéndose en cuenta los ahorros anuales. Salió una rentabilidad para el año 9 y medio, aproximadamente, por lo que se consideró aceptable. 3. Conclusiones El objetivo del proyecto era disminuir el consumo eléctrico para el calentamiento de agua mediante la instalación de un sistema térmico solar. Con ello se lograba una disminución de costes en electricidad, ya que la instalación térmica solar proviene de una fuente natural, y por otro lado contribuía con el medio ambiente, pues se trata de una instalación sostenible con el medio ambiente. El principal inconveniente del proyecto era el coste de su implantación, por lo que se estudió el año en el que esta quedaría amortizada y se obtendrían beneficios. Como conclusión, se

3 podría decir que es una instalación rentable a largo plazo, pero que por la importancia que están adquiriendo las energías renovables en nuestra sociedad hoy en día, podría contar con ayudas importantes que redujesen el tiempo de amortización.

4 IMPLEMENTATION OF SOLAR THERMAL TECHNOLOGY FOR DOMESTIC HOT WATER IN A WASH TUNNEL OF METRO IN MADRID Author: Romeo Guillén, Marta Directors: Mata García, Luis Javier Collaborating Entity: ICAI- Universidad Pontificia Comillas SUMMARY 1. Introduction and project approach The aim of the project is the design of a solar thermal installation for domestic hot water. In this case, the installation will be implemented in a metro wash tunnel in Madrid: the wagon sheds of Hortaleza. The main goal is to support the electric heaters that are currently being used with a more sustainable and renewable system, that it is actually profitable in the long term. The knowledge I ve been acquiring during the four years of the degree together with my strong keenness to renewable energies have been the major incentives that have leaded me to developing this project. The building chosen for the design is located in Madrid, in Hortaleza district. Twenty eight trains are stored every night in that depot and it is the place where all the maintenance operations take place. This project aims to optimize the basic washing system by the contribution of solar thermal energy. The first step was understanding and analyzing the current washing system. There are different maintenance operation that involve different water and electricity consumptions. The project was focused on the basic rinsing and washing. It was assumed that the average daily consumption of water was 200L per train, and that this operation was performed every day. The first calculation was the energy that was needed for heating the whole volume of water. The amount of water consumed by all the trains every day (5600L) was considered as the entire volume of water. The energy provided by the solar panels had to meet the requirements stablished by the RITE, so the following step was to calculate the number of panels needed to achieve it. The balance was reached with 42 panels with a south facing orientation.

5 Once it was determined the area of the panels, the rest of the components were determined: all of them were chosen from analyzing the most adverse conditions. The components included were the following ones: - The pipelines were designed taking into account the different stretches with its respective flows. It was assumed each battery was composed of six solar collectors. - The heat exchanger was chosen considering the power requirements and the CTE. - The accumulator tank incorporated was selected with criteria of the capacity needed. - The head losses were calculated for both the primary and the secondary circuits so that the recirculating pumps could be designed. The designing was carried out by a program provided by GRUNDFOS company.. - The installation was complemented with different valves: a flap valve, a safety valve, and a fill and an outlet valves. A deaerator was also included on the top of the circuit. - A control and regulation system was installed to ensure a proper functioning. 2. Budget and economic viability study The expected budget was calculated by the sum of the price of the components and the different operations involved. The price for the components was and it was complemented by the maintenance operations, the transportation and some extras. The final budget was The economic viability study was carried out by the calculation of the VAN and the TIR, taking into account the savings per year. The projected happened to be profitable after 9 years and a half more or less, so that it was considered acceptable. 3. Conclusions The goal of the project was to reduce the electricy consumption involved in the wáter heating by installing a solar thermal system. On the one hand, as the solar system is empowered by a natural source, it was possible to minimize the costs due to the electricity consumption. On the other hand, it is an eco-friendly system that is committed with the environment.

6 The main disadvantage of the project was the cost of implementation, so it was important to analyze how long it would take to it to be economically self-sustainable so that there would be profits. El principal inconveniente del proyecto era el coste de su implantación, por lo que se estudió el año en el que esta quedaría amortizada y se obtendrían beneficios. As a conclusión, it could be considered that the project is profitabele in the long run. However, as renewable energies are becoming more and more relevant in our society, there is the posibility that it would be supported and received incentives from different institutions that would reduce the time of amortization.

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