Integración de las energías llamadas alternativas a un edificio

506 Pages·2001·4.33 MB·Spanish

PROYECTO FINAL DE CARRERA
Integración de las energías llamadas alternativas a un
edificio
AUTOR(S): Rubén Navas Molina
DIRECTOR(S): Lluís Massagués Vidal
http://[email protected]
Resum. El objetivo de este proyecto es dimensionar las instalaciones necesarias, incluyendo sus cálculos
previos, para realizar el diseño de una instalación alimentada mediante energía solar para calentar agua
sanitaria y generar electricidad con interconexión a la red, intentando cubrir de este modo los consumos
anuales tanto de electricidad como de agua caliente para uso sanitario de un edificio construido en la
periferia de Tarragona con un total de treinta viviendas y noventa usuarios habitualmente.
Titulació: Ingeniero Técnico Eléctrico
Data Presentació: Septiembre-2001
1
PROYECTO FINAL DE CARRERA
ÍNDICE
2. MEMORIA DESCRIPTIVA
1. OBJETO DEL PROYECTO.
1
2. TITULAR
1
3. SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO.
1
4. DESTINATARIO
1
5. ANTECEDENTES.
1
6. POSIBLES SOLUCIONES Y SOLUCIÓN ADOPTADA.
2
7. DESCRIPCIÓN GENERAL
3
7.1 Introducción
3
7.1.1 La energía del sol
3
7.1.2 Aplicaciones de la energía solar
7
7.1.3 Aspectos medioambientales
7
7.1.4 Definiciones sobre energía solar
9
7.2 Generalidades sobre la radiación solar
13
7.2.1 La radiación solar
13
7.2.2 La constante solar
13
7.2.3 Papel de la atmósfera
14
7.2.4 Las variaciones de la radiación que se recibe
15
7.2.5 Irradiación sobre una superficie
16
7.2.6 Energía realmente recibida
17
7.2.7 Comportamiento de los cuerpos frente a la radiación
17
7.2.8 Coordenadas solares
19
7.2.9 Conversión de la energía solar
20
2
PROYECTO FINAL DE CARRERA
7.210 Aspectos arquitectónicos
23
7.2.11 Aspectos urbanísticos
25
7.3 Energía solar térmica
27
7.3.1 Definiciones sobre energía solar térmica
27
7.3.2 Introducción a la energía solar térmica
29
a) Energía solar térmica pasiva
29
b) Energía solar térmica activa
32
7.3.3 Subsistema captación
37
7.3.3.1 El colector solar: Clasificación y generalidades
37
7.3.3.2 El colector de placa plana
38
A) Efecto invernadero
38
B) Funcionamiento de los colectores de placa plana. Estudio de los elementos
40
constitutivos de un colector.
C) Elementos constituyentes del colector de placa plana
41
C.1) Cubierta transparente
42
C.2) Absorbedor por fluido caloportador líquido
45
C.3) Aislamiento posterior
50
C.4) Carcasa
52
C.5) Juntas
56
7.3.3.3 Estudio energético del c.p.p.
59
A) Fundamentos
59
B) Balance energético
59
C) Curva característica de un colector plano: Rendimiento instantáneo
61
D) Salto térmico en el colector
63
E) Tipos de colectores
64
3
PROYECTO FINAL DE CARRERA
F) Colector solar plano instalado
66
7.3.3.4 Colectores de vacío
68
A) Introducción
68
B) Colectores tubulares de vacío
69
C) Dimensionado y montaje
73
7.3.4 Estructura para soporte y anclaje
74
7.3.5 Fluido caloportador
76
A) Agua natural
77
B) Agua con adición de anticongelante
77
C) Fluidos orgánicos
78
D) Aceites siliconas
78
E) Fluido del circuito primario
78
7.3.5.1 Protección contra la congelación y ebullición
79
A) Protección contra la congelación
79
B) Protección contra la ebullición
82
B.1) Ebullición en el circuito de los colectores
82
B.2) Ebullición en el almacenamiento
84
7.3.5.2 Formación de incrustraciones y corrosión
84
A) La formación de incrustraciones
84
B) La corrosión
84
C) ¿ Cómo prevenirlas ?
85
7.3.6 Subsistema de almacenamiento
86
7.3.6.1 Almacenamiento: Acumuladores
86
4
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7.3.6.2 Formas de acumulación de energía calorífica
86
7.3.6.3 Acumuladores de A.C.S.
87
A) Colocación de la toma de alimentación de agua fría
89
B) Tipos de depósitos
90
C) Conexión de los acumuladores
91
D) Protección contra las corrosiones
91
7.3.6.4 Depósito acumulador instalado
92
7.3.7 Intercambiadores
93
7.3.7.1 Utilidad del intercambiador de calor
93
7.3.7.2 Tipos de intercambiadores de calor
95
A) Intercambiadores de calor de serpentín
96
B) Intercambiador de calor de doble envolvente
97
C) Intercambiador de calor exterior
98
7.3.7.3 Intercambiador instalado
100
7.3.8 Subsistema de distribución
100
7.3.8.1 Conducciones
100
A) Materiales empleados y sus características
100
B) Consideraciones generales
102
C) Tuberías empleadas en la instalación
103
7.3.8.2 Electrocirculador
104
A) Justificación de la necesidad del electrocirculador
104
B) Bombas empleadas en la instalación
108
5
PROYECTO FINAL DE CARRERA
7.3.8.3 Otros elementos
109
A) Depósito de Expansión
109
B) Manómetro e hidrómetro
112
C) Válvulas
112
D) Válvula anti-retorno
113
E) Válvulas de paso
113
F) Válvulas de 3 y 4 vías
114
G) Válvulas de presión o de seguridad
115
H) Válvulas usadas en la instalación
115
I) Purgador y desaireador
116
J) Filtros
117
K) Termómetros y termostato
117
L) Termostato diferencial
118
M) Resistencias calefactoras
119
N) Grifos de vaciado
120
Ñ) Centro de Mando y Medida
122
O) Instalación eléctrica necesaria
122
O.1) Aparellaje
122
O.2) Conductores utilizados
123
O.3) Puesta a tierra
125
7.3.9 Aislamiento
125
7.3.10 Uso de energía complementaria
127
6
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7.3.10.1 Apoyo energético
127
7.3.10.2 Comparación entre las energías de apoyo fácilmente disponibles
127
A) La electricidad
128
B) El calentador de gas
128
C) Varios
128
7.3.11 Sistemas de obtención de A.C.S (agua caliente sanitaria)
129
7.3. 11.1 Definición del sistema
129
7.3.12 Principios básicos para el óptimo aprovechamiento de la energía solar
129
Térmica
7.3.12.1 Primer principio: Captar el máximo posible de energía solar
129
7.3.12.2 Segundo principio: Consumir prioritariamente la energía solar
130
7.3.12.3 Tercer principio: Asegurar la correcta complementariedad entre la energía
130
solar y la convencional
7.3.12.4 Cuarto principio: No juntar la energía solar con la convencional
130
7.3.13 Subconjunto de termotransferencia
131
7.3.13.1 Circulación directa del agua caliente sanitaria (sin intercambiador) entre
131
los colectores y el almacenamiento.
7.3.13.2 Circulación por termosifón
132
A) Pérdidas de carga
133
B) Carga de una instalación con termosifón
133
C) Limitaciones de la instalación
133
D) Ventajas e inconvenientes
134
7.3.13.3 Circuito abierto y cerrado
135
A) Circuito abierto
136
B) Circuito cerrado
136
7
PROYECTO FINAL DE CARRERA
7.3.13.4 Circulación forzada
137
A) Principio
137
B) Limitaciones de la instalación
137
C) Ventajas
137
D) Inconvenientes
138
7.3.14 Subconjunto captador: campo de colectores.
138
7.3.1.4.1 Conjunto de colectores instalado
142
7.3.15 Subconjunto intercambiador-alamacenamiento
143
7.3.16 Calentamiento de apoyo instantáneo situado después del acumulador de
143
agua caliente solar.
7.3.16.1 Caldera de gas
144
7.3.16.2 Caldera de gasóleo
144
7.3. 17 Energía de apoyo situada en un segundo acumulador alimentado por el
144
primero
7.3.18 Regulación de las instalaciones solares. diseños
145
7.3.18.1 Regulación de colectores por regulador de temperatura diferencial
146
actuando sobre la bomba
7.3.18.2 Regulación de colectores por regulador de temperatura diferencial y
148
válvula de conmutación.
7.3.18.3 Regulación de colectores por regulador de temperaturas diferencial y
149
válvula mezcladora progresiva.
7.3.18.4 Regulación de colectores por regulador de temperatura diferencial y
150
válvula de by-pass progresiva.
7.3.18.5 Regulación de colectores por temperatura diferencial sobre válvula de by-
151
pass y mezcladora progresiva.
7.3.19 Circuitos con acumulador
152
7.3.19.1 Materiales
152
7.3.19.2 Carga de sistemas con dos acumuladores
154
7.3.19.3 Carga de sistemas con varios acumuladores
155
8
PROYECTO FINAL DE CARRERA
7.3.19.4 Descarga de varios acumuladores
156
7.3.19.5 Montaje del acumulador en by-pass
157
7.3.20 Puesta en marcha de la instalación
158
7.3.20.1 Introducción
158
7.3.20.2 Operaciones de puesta en marcha de la instalación
158
7.3.20.3 Pruebas de recepción
162
7.3.21 Aislamiento de la instalación
163
7.3.22 Entrega de la instalación
164
7.3.23 Mantenimiento
165
7.3.24 Localización y reparación de averías
175
7.3.24.1 Conceptos generales
175
7.3.24.2 Averías más frecuentes en los sistemas solares de baja temperatura
175
7.3.24.3 Deterioro y degradaciones de inmediata reparación
179
7.3.24.4 Operaciones de revisión de componentes del circuito
179
7.3.25 Instalación de equipos compactos
181
7.3.26 Normativa específica energía solar térmica
184
7.3.27 Programa de ayudas para apoyo a la energía solar térmica
188
7.4 Energía solar fotovoltaica
202
7.4.1 Definiciones energía solar fotovoltaica
202
7.4.2 Introducción
205
7.4.3 Sistema de captación energética
208
7.4.3.1 Obtención de células solares
208
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PROYECTO FINAL DE CARRERA
7.4.3.2 Pruebas de homologación
210
7.4.3.3 El efecto fotovoltaico
211
7.4.3.4 La célula fotovoltaica
213
A) Tipos de células fotovoltaicas
214
B) Rendimiento de las células fotovoltaicas
215
7.4.3.5 El panel solar
216
A) Características del panel solar
217
A.1) Características físicas
217
A.2) Características eléctricas
219
B) Orientación e inclinación
222
C) Tipos de paneles
222
D) Interconexión de paneles
223
E) Panel solar utilizado
224
7.4.3.6 Estructura de soporte y anclaje
225
7.4.3.7 Colocación de los módulos fotovoltaicos
228
7.4.3.8 Mecanismos de seguimiento solar
229
7.4.3.9 Operaciones de mantenimiento de las placas fotovoltaicas
231
7.4.3.10 ¿ Puede instalarse en cualquier tipo de edificio ? ¿ Y en comunidades de
231
vecinos ?
7.4.3.11 ¿ Qué superficie ocuparía la instalación ?
232
7.4.3.12 ¿ Cuánto pesan los paneles fotovoltaicos ?
232
7.4.3.13 ¿ Funcionaría todo el año ? ¿ Y en cualquier zona geográfica ?
232
7.4.4 Sistemas autónomos
233
10