TAREA TÉCNICA: Hospital General Docente Dr. Agostino Neto DICIEMBRE 2014
1 En este documento están contemplados los siguientes elementos: 1. Introducción 2. Objetivo y alcance 3. Suministros. 4. Trabajos a realizar. 5. Características técnicas de los colectores a instalar 6. Características técnicas de tuberías y accesorios a utilizar 7. Características de la estructura soporte. Orientación óptima. Distancia mínima entre filas 8. Suministros necesarios. 9. Análisis Ambiental. Cálculos económicos y recuperación de la inversión Anexo 1: Trabajo que el cliente acometerá previo a la instalación de los sistemas de calentamiento de agua. I. INTRODUCCION La Energía Verde o Fuentes Renovables de Energía, comprenden un grupo importante de tecnologías como son: sistemas fotovoltaicos simples y conectados a redes, la eólica, sistemas híbridos y sistemas de calentamiento de agua. Los calentadores solares permiten transformar el agua a temperatura ambiente en agua caliente sanitaria entre 45 y 60 grados Celsius, mediante la transformación de la energía solar en energía calorífica mediante el uso del efecto invernadero. En nuestro país existen más de 10 mil calentadores solares instalados. Copextel, a través de Ecosol Energía ha colocado 4 274, con una capacidad solar instalada de 7 222,6 m2, que equivale como promedio a 24 394.3 Kw/h que se ha ahorrado. Entre las principales ventajas de esta tecnología se encuentran: Preservación del medio ambiente, al eliminar emisiones de CO2 a la atmósfera. Ahorro energético. Incremento en la fiabilidad del suministro de agua caliente sanitaria en los módulos habitacionales y cocina, pues de ocurrir fallas en los sistemas de calentamiento existentes, garantiza el suministro requerido II. OBJETIVOS Y ALCANCE El proyecto que se describe a continuación tiene como objetivo la el suministro de agua caliente sanitaria (A.C.S.) a partir de colectores solares, es decir a partir de la energía solar en Hospital General Docente Dr. Agostino Neto. Para disminuir consumo energético de la red nacional, contribuir al ahorro de combustible y la disminución de gases contaminantes al medio ambiente. Copextel, suministrará y acometerá los siguientes trabajos: III. SUMINISTROS:
2 103 Calentadores Solares Compactos. 103 Kid de instalación IV. TRABAJOS A REALIZAR: Estudio del edificio donde se colocaran los colectores solares y elaboración del presupuesto. Diseño del Sistema de Colectores Solares. Asesoría para la confección del proyecto civil e Hidráulico del Sistema de Colectores Solares. Instalación de las estructuras soporte, colectores solares, e interconexión hidráulica Puesta en marcha de todo el sistema. El hospital Agostiho Neto: Garantizará la trasportación hacia la obra de los equipos, el izaje de los mismos hacia los lugares donde se colocaran, las acometidas de agua, así como algunos trabajos civiles en las instalaciones, según se detalla en el ANEXO 1. Trabajos que acometerá el cliente previos a la instalación de los sistemas de calentamiento de agua. Para la instalación de este sistema se debe garantizar: Un área que cumpla con los requerimientos de espacio (para colocar los módulos) y de ubicación (que no tenga barreras naturales o de otro tipo y garantice además la evacuación de la producción energética del sistema a través de la red nacional de energía) Las fundiciones de las bases para colocar las estructuras metálicas de los módulos. Los permisos necesarios para acometer los trabajos. La toma de tierra física para realizar el aterramiento del equipamiento del sistema. Las protecciones contra sobre tensiones en la PGD (pizarra general de distribución) y cerca del inversor por el lado de AC. En la figura-1 se ilustra la variante propuesta para el Sistema de Calentamiento con Colectores Solares, en esta se puede ver los detalles generales de la conexión serie-paralelo entre colectores.
3 Esquema Típico de la instalación C C C C C Figura-1: Esquema típico para la conexión serie-paralelo de los colectores solares. V. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS COLECTORES A INSTALAR Se propone instalar el Calentador Solar Modelo Compacto, que presenta un área de captación efectiva de 1,65 m2 y una eficiencia promedio del 65 %. El colector integra en un solo equipo el calentador y el acumulador, posibilitando realizar instalaciones sencillas y seguras. Su vida útil es de 15 años. El Calentador Solar Compacto está formado en esencia, por un recipiente cerrado (tanque acumulador) pintado de negro, con una entrada y una salida de agua, y convenientemente aislado por el fondo y los lados con material aislante y por arriba (por donde llega la radiación solar) con un vidrio, con estas condiciones se aprovecha el efecto invernadero en el interior del equipo. El calentador propuesto produce 230 litros de agua caliente por día a 45 C, considerando una temperatura del agua de 25 C y una radiación solar anual promedio de 5.00 Kwh/m2 día. El mismo representa un ahorro energético diario de 5.36 Kwh/día por cada equipo que forma parte de la instalación. El calentador solar posee incorporado una resistencia eléctrica de 2 kw con termostato, la que pudiera ser usada como apoyo en la producción de agua caliente en caso de adversidad climatológica, sobre consumos de agua caliente o necesidades de producción de agua caliente a temperaturas superiores. La eficiencia es la más próxima a la temperatura de extracción del agua del calentador para este caso alrededor de 0,65. La misma depende de una curva que construye el fabricante y que es variable en función de la temperatura ambiente y la temperatura del agua en el calentador porque el gradiente de temperatura
4 depende precisamente de esa diferencia de temperatura, debido a que el proceso que ocurre en el calentador no es adiabático y si existe un determinado número de pérdidas que dependen de la temperatura. Este producto elegido, para la ejecución del Sistema ha sido rigurosamente seleccionado con la más probada confiabilidad en condiciones tan adversas como: humedad, temperatura, salinidad, entre otras. Durante el diseño de la instalación descrita en este documento, se respetó cada una de las especificaciones técnicas de los equipos seleccionados. Forma parte de este trabajo todas las fichas y manuales del equipamiento elegido, los cuales deben ser consultados a la hora de instalar o modificar el sistema. A continuación se muestran algunas de las características principales del equipamiento propuesto. Datos Técnicos: Longitud 2004 mm Ancho 900 mm Altura 380 mm Peso Vacío 50 Kg. Acumulación 160 litros Hermeticidad Silicona Acética Presión Max. de Trabajo 6 bar Material de la Cubierta Vidrio templado 4 mm Material del Tanque Acumulador Acero negro vitrificado interior Conexión entrada/salida ½ Caja Exterior ABS plástico Aislamiento Térmico Poliuretano expandido 30 mm de espesor Área de Captación 1.65 m 2 Respaldo eléctrico incorporado 2 Kw. 220V monofásico (opcional) Ánodo de sacrificio Evita las incrustaciones calcáreas VI. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS A UTILIZAR. Las tuberías a emplear son de Polietileno de alta densidad (PEAD) y de polietileno extruido (PEX), para las tuberías de agua a temperatura ambiente y la de agua caliente sanitaria respectivamente. La tubería PEAD, posee presión de trabajo de 10 bar, a una temperatura de 37 ºC, mientras que la tubería PEX, posee presión de trabajo de 6 bar, a una temperatura de 98 ºC. Ambas tuberías están estabilizadas para protección ultravioleta. Los accesorios a utilizar son de bronce latón, los que permiten una fácil instalación de los sistemas. En todos los casos soportan temperaturas de 98 ºC y presiones de 10 bar. VII. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA SOPORTE. ORIENTACIÓN ÓPTIMA. DISTANCIA MÍNIMA ENTRE FILAS Los equipos se tienen que colocar al sur franco, para lograr con ello la mayor eficiencia posible en su trabajo. Igualmente se colocarán a 40 grados de inclinación por encima de la cubierta, utilizando para ello las patas de soporte que trae el equipo.
5 Esta inclinación la utilizaremos para maximizar el aprovechamiento de la radiación solar en el periodo de invierno, aunque su resultado anual sea inferior comparado con la latitud del lugar (20º), como se muestra en la siguiente tabla. Angulo Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Agos. Sept. Oct. Nov. Dic. Prom. 0 4,73 4,92 6,20 7,23 6,66 6,22 6,42 6,48 5,84 5,67 4,28 4,45 5,76 15 5,53 5,43 6,50 7,16 6,33 5,82 6,04 6,31 5,97 6,18 4,89 5,27 5,95 25 5,90 5,63 6,52 6,92 5,96 5,43 5,66 6,03 5,90 6,35 5,16 5,67 5,93 35 6,14 5,69 6,40 6,53 5,48 4,95 5,18 5,63 5,70 6,37 5,31 5,94 5,78 Tabla 13: Valor medio mensual de la radiación incidente sobre un plano para diferentes ángulos de inclinación en kwh/m² en Imías, Guantánamo. En esta instalación se va a utilizar como estructura soporte, para la sujeción y conexionado de los colectores, perfiles de aluminio anodizado, los cuales tienen en su marco inferior cuatro taladros de anclaje. Distancia mínima entre filas de colectores La distancia d, medida sobre la horizontal, entre filas de módulos o entre una fila y un obstáculo de altura h que pueda proyectar sombras, se recomienda que sea tal que se garanticen al menos 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. En cualquier caso, d ha de ser como mínimo igual a h*k, siendo k un factor adimensional al que, en este caso, se le asigna el valor 1/tan(61 latitud). En la tabla I pueden verse algunos valores significativos del factor k, en función de la latitud del lugar. Tabla I Latitud 20,15 29 37 39 41 43 45 k 1,157 1,600 2,246 2,475 2,747 3,078 3,487
6 1300 mm 1500 mm 3100 mm La distancia entre filas adoptada para este proyecto, para garantizar un mínimo de 4 horas de sol entorno al mediodía del solsticio de invierno y buscando una mejor circulación entre filas para facilitar los trabajos de instalación y mantenimiento, será de 1.5 m, como se muestra en el esquema anterior. VIII. SUMINISTROS Ítem Artículo o Servicio U/M Cant. 1 Calentador Solar Compacto 160 Lts Uno 103 2 Kit montaje p/calentadores solares compactos. Uno 103 IX. ANÁLISIS AMBIENTAL. CÁLCULOS ECONOMICOS Y DE RECUPERACION DE LA INVERSIÓN. Como es sabido, la contaminación ambiental producida por el uso de los combustibles fósiles amenaza la estabilidad del clima y la vida en el planeta. Las consecuencias del cambio climático y del calentamiento global ya se observan. El proyecto además de ser una de las vías de reducir la dependencia energética del exterior contribuye a preservar y mejorar la calidad del medio ambiente, a partir del desplazamiento de emisiones contaminantes de gases de efecto invernadero como el CO2. En la siguiente tabla mostramos la cantidad de combustible dejado de quemar para generar esta electricidad y la cantidad de CO2 dejada de emitir por este concepto.
7 Datos Económicos y Ambientales Capacidad de Entrega Promedio del Sistema Solar 25750 Litros/día Ahorro anual estimado de combustible Diésel 21 360 kg/años Ahorro Anual Estimado de combustible Diésel ( 962 USD/TM) 20 548 USD Recuperación de la Inversión 6,08 años Cuantía de CO 2 dejada de emitir a la atmosfera 69 846 Kg CO 2 /años Es importante destacar que el Sistema de Colectores Solares se instalará sobre la cubierta del Hospital, la cual es un área no productiva. Revisado por: MSc. Rafael Parúas Cuza Elaborado por: Ing. Ángel Herrera Ceballos Especialista Ing. Erick Ramos Pileta
8 ANEXO 1. TRABAJOS QUE EL CLIENTE ACOMETERÁ PREVIOS A LA INSTALACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA El Hospital Agostinho Neto acometerá los siguientes trabajos previos a la instalación de los sistemas. El cliente debe garantizar los siguientes trabajos para la instalación del equipo: Disponer de tomas de agua fría independiente a la red existente, ya sea desde los tanques elevados del hospital o con derivaciones independientes siempre con una válvula de 1 1/4 pulgada de diámetro RH para la alimentación de los calentadores. Cualquier otra variante se podrá verificar en la obra con los técnicos a acometer dicho montaje Disponer de un o varios puntos de entrega de agua caliente con una válvula de 1 pulgada de diámetro RH en la instalación (esto depende del alcance del proyecto) Se debe de garantizar por parte del cliente lo siguiente: Tener como mínimo una presión en la línea hidráulica en la línea, por lo que los tanques de alimentación del agua fría (ATA) a los calentadores solares estén como mínimo a 1500 mm por encima de la cubierta donde se instalaran los calentadores. El lugar donde se colocarán los calentadores deberá resistir una carga de forma permanente en el orden de los 60 kg de forma puntual, por lo que se deberá tener esto presente si es necesario la confección de bases de apoyo de los calentadores en el caso que los sistemas de impermeabilización no resista esta carga permanente. Las líneas hidráulicas para agua caliente sanitaria (ACS) en el interior de la instalación u ejecución será responsabilidad del cliente.