Energía solar térmica (II): Dimensionamiento de los colectores.

En la anterior parte de esta entrada calculamos la demanda energética total que necesita un proyecto de energía solar térmica, esto es, la energía necesaria para tener agua caliente sanitaria a 45ºC.

Recordamos que para ello, se usaba un volumen básico de 22l a una temperatura de 60ºC y  con ello se calculaba el volumen a 45 aplicando la ecuación mostrada. Esto para un edificio de viviendas, para otro tipos de edificaciones mirar las recomendaciones del IDAE o de los organismos oficiales del país en donde se quiera proyectar la instalación.

-Latitud, acimut e inclinación de los colectores, perdidas por sombras. Explicar esto se merece una entrada aparte.

- El factor K para cada mes: es un factor de corrección entre inclinación y la latitud del proyecto. Es un dato tabulado.

- Temperaturas:

• Atmosférica media mensual (Tenv) 
• Del suministro de agua (Tws)
• De consumo (45º) (Twc)

- Horas de sol útiles: es decir, las horas de sol en las nuestros colectores trabajarán. No confundir con las horas de sol diarias. Estas horas estarán influenciadas principalmente por las sombras que tengamos y que afecten a los colectores, y el tiempo que haga cada día.

- Irradiacción horizontal media al mes por metro cuadrado (H). Es un dato también tabulado medido en W/(M2*dia).

Una vez se tienen estos datos se calcula para cada mes:

- Consumo mensual (Ed)en m3 a 60º y 45º (1m3 = 1000 l). Con este dato y el area del colector comprobar que 50 < V*1000/A < 180  (V el litros) para cumplir, con el CTE español.

- Demanda de energía: en termias, megajulios y Kwh. Para térmias el Cp, calor especifico del agua, es 1,16 y la densidad del agua 1t/m3. 1T(térmia) = 4,18MJ  y 1 MJ = 3.6Kwh. A mi personalmente me gusta mas hacerlo así, pues es como se indica en la IDAE (termias), pero puedes trabajar en una sola unidad energética teniendo en cuenta las unidades. Para ello pon lo primero todas las medidas en el sistema elegido antes, si no, no se tarda nada en pasar de unas a otras. A mi me gusta trabajar en Julios.

- Energía teórica (MJ) debida a la Irradiaccion (H): Et = K*H*0.94 (IDAE). 0.94 es un factor de aprovechamiento de la energia solar.

- Radiaccion(I)(W/(m2*s)) debida a la Et (en julios, ¡ojo!) que llega en las horas de sol utiles. 

I = Et * 1x10^6 / (hsol*3600)

- Eficiencia del colector: puede ser un dato del fabricante, pero se puede calcular con la expresión

r = 0,769 - 3,47* (Tcol - Tenv)/ I

- Aportación solar: que es la cantidad de la energía teórica que el colector aporta al sistema.
 Sc = Et * r

- Energía neta mensual por metro cuadrado (MJ/m2): En =  Sc*0.85 * días/mes

- Energía aportada por los colectores, que supone un % de la demanda energética total
 (MJ) Ecol = En * Acol

- Superficie colectora (m2): A = Ed / Ecol

- Numero de colectores n = A/Acol.

El numero de colectores calculado sirven para aportar un tanto por ciento energía de un sistema solar térmico mas un sistema térmico tradicional (p.ej: gas). Si quisiéramos un sistema 100% basado en energía térmica solar. n(Ecol = 100%) = Ed * Acol / Ecol. 

Ya solo quedaría dimensionar, técnicamente hablando, dimensionar el circuito de fluidos y el documento económico. Como me estoy dedicando a modo freelance a esto de las EERR ya ire colgando ejemplos.

Aquí dejo un ejemplo (seguramente con algún error, pero en términos generales correcto) de calculo para una vivienda unifamiliar de cinco miembros, con tejado plano y sin perdidas por sombras, ubicado en Madrid.

Como se puede observar, teoricamente, se produce un ahorro (el coste del gas 0.05 es orientativo, depende de la oferta, la compañía... ya sabeis). En los meses de verano el sistema es autosuficiente para ACS, no sin riesgos como que el fluido entre en ebullición.

Pues bien, eso es todo por hoy. Ya solo queda calcular "la fontanería" el coste total de la instalación y su amortización. Pero como he dicho, para próximas entradas.

Como veis, he dejado caer que tengo en mente un subblog de E&R, SaltoTérmico, para temas puramente energéticos tanto renovables como no renovables, en donde colgaré mis miniproyectos, a ver si alguna empresa se fija en mi para poder desarrollar proyectos de verdad. Engineering and Resources (y la web de facebook) seguira siendo de propósito general en lo que se refiere a la ingeniería civil, minera, geotecnica, ciencias geologicas y medioambiente. Es solo una idea, quien sabe.

Twitter @javier_engineer
Ingeniero Geologo
Master en Ingeniería de Petróleo y Gas
Postgrado en Sistemas de Energías Renovables.
Job seeker :)