Problemas técnicos más comunes en el diseño de instalaciones y soluciones Miguel Ángel Hernández Centro Integrado de FP Superior de Energías Renovables www.cenifer.com
Estimación potencial solar Dispersión datos radiación. Sobredimensionamiento área Desviación entre datos ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Promedio Atlas solar de Aragón 20% -21% 6% 3% 1% 10% 17% 14% 11% 5% -5% 17% 8% Centro Estudios de la Energía 25% 17% 14% 29% 16% 11% 10% 17% 17% 7% 31% 34% 17% Atlas solares INM 18% 2% -1% 1% -1% -2% -2% 0% 4% -2% 6% 13% 1% Censolar 11% 16% 4% 9% 11% 16% 14% 15% 0% 5% 11% 8% 11% Radiación global sobre horizontal de Pamplona según diferentes fuentes 8000 Datos de radiación global sobre horizontal recogidos de diferentes fuentes HGH(Wh/m2día) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Atlas solar de Aragón Centro Estudios de la Energía Atlas solares INM Censolar Dogniaux + insolación INM Soler + insolación INM Ordenanza Pamplona 0 EN E FE B MA R AB R MA Y JU N JUL AG O SE P OC T NO V DIC Mes
Estimación demanda ACS Estimación demanda real ACS. Sobredimensionamiento área Corregido por CTE-HE4 Porcentaje acumulado de consumo medio diario de ACS. (Fuente: Grupo de Energía y Edificación de la Universidad de Zaragoza, 2002).
Problema principal PARADAS PRIMARIO No sólo las hay cuando predice F-Chart Qué ocupación real tiene un edificio? y Cuándo se entrega? Demanda energética ACS y aportación colectores térmicos Energía (kwh/mes) 14000 12000 10000 Demanda energética ACS Exceso producción Demanda ACS y producción con colectores inclinados a 30º y a 60º con Método F- Chart 8000 6000 4000 Energía aportada por captadores (30% covertura) Energía aportada por captadores (60% covertura) 2000 0 enero febrero marzo abril mayo junio julio agosto sept oct nov dic Mes
Paradas primario en días puntuales Parada primario en primavera con un fin de semana de puente 180,0 Evolución temperatura depósito y captador (análisis de 10 días) Vaporización 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 Parada primario por puente en abril con ausencia 75% vecinos 40,0 20,0 0,0 0,5 9,5 18,5 3,5 12,5 21,5 6,5 15,5 0,5 9,5 18,5 3,5 12,5 21,5 6,5 15,5 0,5 9,5 18,5 3,5 12,5 21,5 6,5 15,5 0,5 9,5 18,5 T depósito Temperatura media captador
Temperaturas y presión en vaporización Ensayo vaporización en colector calidad alta Evolución de temperaturas en salida y entrada de colector solar térmico Vitosol 100 de Viessmann. Existe vaporización con título = 1
Radiación solar en días claros Radiación incidente en día primavera y verano con cielo claro Qué pasa a una olla con 2 l agua si se deja en la vitrocerámica? Contenido colector sale totalmente desplazado a vaso expansión (un gramo agua en estado vapor ocupa 200 veces más) Radiación incidente captador a 50º No sólo en verano existe radiación solar en días claros. Evolución diaria de radiación incidente sobre colector solar inclinado 50º situado en Pamplona. Radiación global incidente (kwh/m 2 ) 1200 1000 800 600 400 200 Abril Julio 0 0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5 22,5 Hora
Cuidado en todas tareas de operación Prueba estanqueidad hidráulica (desconectada válvula seguridad) Fuga en una prueba de estanqueidad hidráulica El vapor que salió fundió el aislamiento de la cubierta
Pérdidas fluido incontroladas por válvulas seguridad Vaso expansión pequeño Fugas de fluido solar por válvulas de seguridad por vaso expansión reducido
Problema derivados en componentes Vaso expansión pequeño y rellenado automático. HELADAS y CALCIFICACIONES Vaporizaciones muy continuas degradación juntas colectores y oxidaciones de alta temperatura Vaso de expansión pequeño produce apertura válvulas seguridad. Por la noche actúa el sistema rellanado automático con agua de red. El agua de red con contenido en carbonado cálcico precipita en válvulas obturándolas y fugando éstas permanentemente, además los colectores se van taponando y en 2 o 3 años deja de funcionar la instalación
Purgadores cerrados vital en instalación Vaso expansión CORRECTO y PURGADORES ABIERTOS. Pérdidas líquido, primer síntoma CAVITACIÓN bomba primario. Con rellanado automático no protegido de HELADA Purgador abierto, se ha producido vaporización al estar mal instalado el sistema de disipación dejando en verano un colector de cada serie vaporizando. Se utiliza rellanado automático. A la derecha se ve el arreglo del reventón con la primera helada
Roturas de gran escala Arrancar primario con vaporización con colectores vacío roturas graves del campo solar, los planos aguantan más sufrimiento Rotura de la corona de vidrio por la que se pierde el vacío y toda la efectividad del colector
Vertidos a saneamiento Vaciado a red saneamiento por exceso temperatura en depósitos solares Instalación con intercambiador de placas externo Tmáx (ºC) 85 3.265 l/día Vertido a saneamiento para enfriar depósitos solares, está completamente prohibido hacer esto
La instalación debe ser segura bajo cualquier condición Purgadores cerrados una vez purgada instalación Vaso de expansión para vaporización completo. Desconexión rellanado automático No utilizar tuberías plásticas en primario ni en conexión intercambiador placas lado secundario Elementos disipación (aerotermos, disipadores, vaciado, ) No utilizar válvulas en primario que no puedan aguantar temperaturas vapor, buscar alternativas de diseño Calidad colector Inclinación Esquema principio optimizado aun incumpliendo CTE-HE4 NO HAY CLAVES MÁGICAS PARA QUE UNA INSTALACIÓN FUNCIONE, SÓLO HAY QUE TENER UNA SERIE DE PRECAUCIONES EN SU DISEÑO Y EN SUS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO
Mejora en instalaciones existentes y nuevas (incumpliendo CTE-HE4) Mejora Pero incumple CTE-HE4 Esquema principio instalación solar térmica colectiva por apoyo auxiliar y circuito de distribución. La bomba 6 permite reducir el consumo de gas en verano y retrasar la vaporización
Soluciones en instalaciones grandes Aerotermo Disipación nocturna Aerotermo disipación Dispación nocturna complementaria Esquema instalación solar térmica con disipación de excedentes de producción mediante aerotermo.
Soluciones en instalaciones pequeñas (drain-back) Sin producción Produciendo ACS Instalación solar térmica con tecnología drain-back. A la izquierda se muestra la instalación con la bomba parada. En la derecha se muestra la instalación en funcionamiento
Soluciones en instalaciones pequeñas (disipación natural) Produciendo ACS Parada primario Instalación solar térmica con disipador de calor en circuito solar. (Fuente: Salvador Escoda)