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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
“MANUAL DE INSTRUCCIONES DEL COLECTOR SOLAR HL 313”
TESIS CURRICULAR
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO:
INGENIERO MECÀNICO
PRESENTA:
GILBERTO PICHARDO MARTÍNEZ
MÉXICO, DF. 2008
1
2
ÍNDICE
Página
INTRODUCCIÓN……………………………………………………….. ……... 4
Justificación……………………………………………………………… ……... 5
Objetivo………………………………………………………………….. ……... 5
CAPITULO I. GENERALIDADES DE LA ENERGÍA SOLAR
1.1 Energía Solar………………………………………………………………….......6
1.2 Clasificación por tecnología, usos de la energía solar………………… 8
1.3 Ventajas y desventajas que ofrece la energía solar ...………………. 10
1.4 Historia de la energía solar……………………………………………...... 11
1.5 La energía solar térmica…………………………………………………... 12
1.5.1 Características de la energía solar del colector…………...... 13
CAPITULO II. MANUAL DE INSTRUCCIONES HL313
2.1 Descripción de la unidad HL 313………………………………………… 20
2.1.1 Plano de la unidad HL 313……………………………………. 21
2.1.2 Descripción del funcionamiento……………………………….. 22
2.2 Programación del regulador de temperaturas DR 3……………………. 26
2.2.1 Modo de instalación y funcionamiento………………………… 27
2.2.3 Instalación del regulador DR 3…………………………………. 28
2.2.4 Sensores de temperatura PT1000…………………………...... 30
2.2.5 Puesta en funcionamiento………………………………………. 31
2.2.6 Fallos en el sistema……………………………………………… 32
2.2.7 Datos técnicos……………………………………………………. 32
2.2.8 Selección del programa de control……..…………………....... 33
2.2.9 Ajuste de los parámetros de control………………………........ 33
2.2.10 Funciones de protección……………………………………..... 37
3
2.2.11 Funciones especiales………………………………………..... 39
2.2.12 Cambio del modo operativo………………………………...... 44
2.2.13 Temperaturas y mediciones en pantalla…………………… 44
2.2.14 Valores en servicio…………………………………………….. 45
2.2.15 Bloqueo / desbloqueo del menú……………………………… 45
2.2.16 Esquema del menú…………………………………………….. 46
2.3 Instrucciones de seguridad……………………………………………….. 47
2.3.1 Advertencias del funcionamiento para el usuario…………… 47
2.3.2 Advertencias del funcionamiento de la maquina……………. 48
2.4 Principios teóricos importantes para la realización de las prácticas…. 50
2.4.1 Transferencia de calor………………………………………….. 50
2.4.2 Colector térmico…………………………………………………. 51
2.4.3 Eficiencia del colector…………………………………………. 52
2.5 Datos técnicos de los componentes del equipo………………………… 53
CAPITULO III. PRÁCTICAS EN EL COLECTOR SOLAR HL 313
3.1
Práctica de laboratorio No. 1………………………………………..... 55
Reconocimiento del colector solar HL 313
3.2
Práctica de laboratorio No. 2………………………………………..... 58
“Funcionamiento del colector solar HL 313”
3.3
Práctica de laboratorio No. 3………………………………………..... 63
“Funcionamiento del colector solar HL 313 y procesamiento de datos
técnicos”
Conclusiones……………………………………………………………………. 68
Anexos…………………………………………………………………………...69
Referencias …………………………………………………………………… 80
4
INTRODUCCION
En las últimas décadas, han aumentado la demanda de energía, el problema
ambiental y disminuido las fuentes de combustibles fósiles; esto ha volcado la
atención de la sociedad en su conjunto, a considerar las opciones de energías
alternativas y explorar con severidad estos potenciales.
La energía solar es una de energía garantizada para los próximos 6 millones de
años. El sol ha brillado en el cielo desde unos cinco mil millones de años y se
calcula que todavía no ha llegado a la mitad de su existencia. Este recurso es
fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha
utilizado desde sus albores; puede satisfacer todas nuestras necesidades si
aprendemos como aprovechar de forma racional la luz que continuamente
insola sobre el planeta. Es una fuente de energía inagotable por su magnitud y
porque su fin será el fin de la vida en la tierra.
Este trabajo surge bajo la influencia del proyecto “Secado de la macroalga
sargassum spp. por medio de energía solar y psicrometría del aire local”
*SIP20060636. En este se presenta la propuesta de explorar el tipo de algo
sargassum que tiene un alto potencial nutrimental humano y animal; puede ser
explotado si este se deshidrata gracias a las ventajas de la energía solar,
siendo este producto su costo reducido en el proceso de secado.
Mediante la motivación de resultados del proyecto antes mencionado, se tiene
la necesidad de seguir estudiando las ventajas que nos ofrece el sol. Otro
medio para aprovechar la energía inagotable, son los colectores solares: los
cuales sirven para convertir la radiación del sol en energía térmica.
Los colectores tiene la capacidad de concentrar la radiación solar en un área
específica donde un fluido (por ejem. glicol-etanol) obtiene energía térmica que
5
transfiere al agua por medio de un intercambiador de calor. La eficiencia se ve
*SIP= Secretaria de Investigación y Posgrado.
reflejada en la temperatura que puede alcanzar el agua, oscilando entre los 60
y 90º C dependiendo del diseño de equipo y del lugar donde utilicemos el
colector.
En ESIME Azcapotzalco contamos con dos colectores solares HL 313 y el HL
314 que a continuación se presenta de un colector las funciones y eficiencias
del mismo, pues en nosotros esta en seguir con el desarrollo de la incipiente
tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para
conseguir las condiciones competitivas en materia de energía de nuestro país.
SIP= Secretaria de Investigación y Posgrado.
OBJETIVO
Promover las potencialidades de la energía solar a través de la implementación
de las practicas en equipos termo salares de la comunidad ESIME, como
fuente alterna renovable de energía para sustituir el uso de combustibles
fósiles y ayudar a mitigar los gases de efecto invernadero a través de los
colectores solares de ESIME UPA del IPN.
JUSTIFICACION
Una de las grandes problemáticas existentes en México el declive de la
producción petrolera, el aumento de costo de los insumos, y por otro lado los
altos índices de contaminación por la quema de combustibles fósiles que crea
el fenómeno del efecto invernadero.
Con este proyecto se pretende entender el funcionamiento de operación, la
eficiencia del equipo y la temperatura máxima que puede alcanzar el colector
solar HL 313 para promover el uso de estos equipos en el hogar y las
industrias.
6
CAPITULO I.
Generalidades de la Energía Solar.
1.2 Energía Solar
La “Energía Solar” es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación
solar incidente en la Tierra puede aprovecharse, por su capacidad para
calentar a través de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo ( fig. 1).
Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.
Fig 1.- Celdas Fotovoltaicas
La radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que
la amortiguan, la latitud y condiciones generales del lugar. Se puede asumir
que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W/m²
en la superficie terrestre. A esta potencia se le conoce como irradiación.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la
suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del sol, sin
reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda
celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar
en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y
terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su
7
utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de
todas las direcciones.
La irradiación directa normal (o perpendicular a los rayos solares), fuera de la
atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354
W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un
valor mínimo en el afelio de 1308 W/m².)
Perihelio es el punto de la órbita de un cuerpo celeste alrededor de otro, donde la
distancia entre ambos es mínima.
Afelio es el punto más alejado de la órbita de un planeta alrededor del Sol. Es el opuesto
al perihelio.
Dependiendo del sistema tiene diferentes rendimientos tabla 1.1.
Sistema Solar
Celda
Rendimientos
fotovoltaica
de
sillico
poli Oscila alrededor del 10%
Celdas de silicio mono cristalino
Oscila alrededor del 15%
Colectores solares térmicos
Se puede alcanzar el 70% de trasf. de
cristalino
energía solar a térmica.
Tabla 1.1 Rendimientos de sistemas solares
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de
nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que
puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante
las horas de sol.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen un rendimiento bastante bajo y no
producen calor que se pueda aprovechar. Sin embargo, son muy apropiados
para instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento, aunque su
precio es muy alto.
8
El Sol, con una potencia media de 3,7 * 10^14 TW (Tera Watts), de la que
llega a la superficie 173 000 TW (o lo que es lo mismo, 900 W / m^2) constituye
sin duda alguna una fuente de energía formidable. Tiene un papel fundamental
entre las diferentes energías renovables conocidas hoy en día, como lo
demuestra la siguiente tabla 1.2:
TW = Tera Watts
Energía
Recurso (en tep por año)
Hidráulica
1,7 * 10 ^ 9 TW
Solar
9,8 * 10 ^ 13 TW
Eólica
1,4 * 10 ^ 10 TW
Biomasa
2,8 * 10 ^ 9 TW
Geotérmica
2,3 * 10 ^ 16 TW
Maremotriz
1,9 * 10 ^ 9 TW
Maremotérmica
2,8 * 10 ^ 13 TW
Olas
1,7 * 10 ^ 9 TW
Tabla 1.2 Recursos de energía por año en Tera Watts
Y teniendo en cuenta el creciente aumento del consumo de energía en el
mundo, se puede prever que esta energía es una energía de futuro tabla 1.3:
1987 2000
2050
Habitantes (millones)
5000 8000
10500
Consumo (TW)
8,5
24
50,4
Consumo por hab (kW/hab)
1,7
3
5,3
Tabla 1.3 Consumo de energía por habitantes
1.2
Clasificación por tecnología usos de la energía solar. Tabla 1.4
Energía solar pasiva
Aprovecha el calor del sol sin necesidad de
mecanismos o sistemas mecánicos.
Energía solar térmica
Para producir agua caliente de baja temperatura
para uso sanitario y calefacción.
9
Energía solar fotovoltaica
Para producir electricidad mediante placas de
semiconductores que se excitan con la radiación
solar.
Energía solar termoeléctrica
Para producir electricidad con un ciclo
termodinámico convencional a partir de un
fluido calentado a alta temperatura (aceite
térmico)
Energía solar híbrida
Combina la energía solar con la combustión de
biomasa, combustibles fósiles, Energía eólica o
cualquier otra energía alternativa.
Energía eólico solar
Funciona con el aire calentado por el sol,
que sube por una chimenea donde están los
generadores.
Tabla 1.4 Uso de la energía por tecnología
(Fig. 2) Puntos de mayor radicación solar 18TW (Tera Watts)
La instalación de centrales de energía solar en las zonas marcadas en la fig. 2
podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo
(asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8%), incluyendo la
proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los
10
colores indican la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años,
calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad
observada mediante satélites).
1.3
Ventajas y desventajas que nos ofrece la energía solar.
-Ventajas
 La energía solar térmica puede reemplazar a otras fuentes de energía
como combustibles fósiles o nucleares. Es una energía autónoma y
descentralizada, que procede de una fuente gratuita e inagotable.
 Se trata de una energía limpia y segura, absolutamente inocua para el
medio ambiente local y mundial.
 Se trata de una energía que supone un costo considerable pero que con
el tiempo se recupera.
 Existen ventajas de un punto de vista ecológico:
o
No habrá ningún otro tipo de energía que tenga tan poco impacto
en el medio ambiente que la energía solar pasiva.
o Es de notar que este tipo de energía ayuda notablemente a
reducir el uso de otras energías fuertemente contaminantes.
 La energía solar fotovoltaica tiene la particularidad de ser la única fuente
de energía renovable que puede instalarse de forma masiva en el centro
de zonas urbanas. De hecho, son muchos los paneles fotovoltaicos que
se integran en edificios, proporcionando energía eléctrica de manera
segura, ecológica y autónoma.
 Cualquier usuario puede obtener su propia energía de forma
independiente, con el apoyo para la generación en las horas sin sol de
otro sistema complementario (diesel, eólico), o acumulando la energía
sobrante en baterías.
 También son ventajas muy interesantes
la seguridad, el silencio, la
sencillez, el mínimo mantenimiento...
 La energía que se recibe del Sol en la Tierra en 30 minutos es
equivalente a toda la energía eléctrica consumida por la humanidad en
un año.
11
-Desventajas
 Sin embargo, lo que verdaderamente frena el desarrollo de la energía
solar es la técnica aún insuficiente (almacenamiento de la energía,
calidad y eficiencia de materiales...). También los altos costos de
instalación, la insuficiente financiación para la investigación, o los bajos
precios del petróleo influyen en el hecho de que la energía solar no
tenga más importancia de la que tiene.
1.4
Historia de la energía solar
El físico francés Edmond Becquerel fue el primero en describir el efecto
fotovoltaico en 1839, pero no se tomo en cuenta durante los próximos tres
cuartos de siglo. Cuando tenía sólo 19 años de edad, Becquerel encontró
materiales que producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando
eran expuestos a la luz. Heinrich Hertz estudió el efecto en los sólidos en la
década de 1870, produciendo celdas fotovoltaicas que convertían la luz en
electricidad con 1% al 2% de eficiencia. Las células o celdas de Selenio se
usan profusamente como dispositivos medidores de luz en fotografía. Estas
celdas encontraron aplicación militar a fines del siglo 19, antes del desarrollo de
las comunicaciones inalámbricas por radio, en sistemas de comunicaciones
que utilizaban grandes reflectores cuya luz (visible o infrarroja) -- siguiendo el
código morse u otros cifrados -- era detectada e interpretada por tropas
especializadas.
El método Czochralski de 1918 supuso uno de los mayores avances, que
posibilitó en la década 1940-50 la obtención de monocristales de Si con la
suficiente pureza para el desarrollo de células solares (junto con transistores y
diodos). Las células solares están basadas en los mismos mecanismos físicos
que los transistores y dispositivos cuánticos, y se desarrollan bajo el impulso de
la investigación espacial en los años 50-60 como alternativa a los generadores
de isótopos radioactivos de los satélites.
12
El futuro de la energía solar.
La evolución tecnológica está mejorando progresivamente los rendimientos de
las células. Pero también es sorprendente el abaratamiento de los costos de
inversión (de 1980 a 1997, el kWh generado a pasado de costar 339 pesetas a
30).
Este tipo de energía se utiliza para abastecer de electricidad a numerosos
poblados y fábricas en Senegal, Jordania, Brasil, Filipinas, Indonesia y Chile.
La producción mundial asciende a 60 megavatios hora al año. En España son
25000 las viviendas que benefician de este tipo de energía y se espera por lo
menos 8000 viviendas en México para el 2010.
Vistas las ventajas incomparables de este tipo de energía, tanto a nivel
ecológico, como económico o puramente práctico, se puede pensar que ésta
será una de las grandes energías del futuro. Es de esperar, pues, que su parte
en la producción mundial aumente en los próximos años.
La energía solar pasiva como energía del futuro se proyecta que para el año
2010 se podrá duplicar el aprovechamiento de la energía solar pasiva, y por lo
tanto podrá suponer una reducción de 50% de las emisiones de CO2 y ahorrar
mucho dinero. Aunque aún quede mucho por investigar, se están estudiando
nuevos materiales, características ópticas de superficies, ventanas, tipologías
constructivas, modelos de simulación, manuales de cálculo para constructores
y validación experimental de las edificaciones.
Quizás dentro de unos años muchos de nuestros hogares serán casas solares.
1.5
La energía solar térmica
13
La energía solar térmica es aprovechada
por medio de unos dispositivos
denominados colectores solares, que intensifican el efecto térmico producido
por la radicación solar. Un colector solar utiliza la radiación solar para calentar
un determinado fluido (generalmente agua) a una cierta temperatura. La
temperatura que se puede alcanzar depende del diseño del colector, y puede
oscilar entre 20ºC y 120ºC.
A mayor temperatura, más complejo es el diseño del colector y la instalación en
conjunto. Pero lo interesante es que los sistemas de baja temperatura (inferior
a 100ºC) son suficientes para suplir aproximadamente dos tercios del consumo
energético para agua caliente sanitaria e industrial. Y estos sistemas son
tecnológicamente muy sencillos, fáciles de instalar y se amortizan en pocos
años.
Las instalaciones solares térmicas de baja temperatura son sistemas
silenciosos, limpios, sin partes móviles y con una larga vida útil, que generan
una energía descentralizada, cerca de donde se necesita y sin precisar
infraestructuras para su transporte.
1.5.1 Características de la energía solar térmica.
Tras algún tiempo de exposición al sol, una placa de metal puede calentarse
hasta llegar a quemar. La temperatura de la placa aumentará si su color es
negro, dado que apenas refleja los rayos del sol. La placa cede el aumento de
temperatura conseguido a su entorno: al aire y al soporte que la sujeta.
Si colocamos la placa en el interior de una caja cubierta de vidrio, éste deja
pasar la radiación solar incidente, pero es opaco a la radiación infrarroja que
emite la placa. El resultado es un aumento progresivo de la temperatura en el
interior de la caja.
Ya sólo falta hacer circular un fluido por el interior de la caja para que le sea
transmitido el calor. Habitualmente, el líquido circula en el interior de un
serpentín o un circuito de tubos, que asegura la máxima exposición al calor
generado. Ya tenemos un colector solar. Variando la disposición de los
elementos del colector, podemos obtener la temperatura que deseemos.
14
El agua caliente obtenida es conducida hasta donde se va a utilizar. Puede ser
directamente, como en el caso del agua de una piscina, o bien podemos
almacenarla en un depósito acumulador para emplearla cuando sea necesario.
Variando el tipo de conducciones y de depósitos, podemos conseguir el tipo de
instalación solar térmica que deseemos (Figura 5).
(figura 1.5) Principio del funcionamiento de un colector solar
En general, una instalación de baja temperatura está formada por tres partes:
1. Un subsistema de captación, formado por varios colectores solares
conectados, que capta la energía solar.
2. Un subsistema de acumulación, formado por uno o más depósitos de
almacenamiento de agua caliente. El acumulador adapta, en el tiempo,
la disponibilidad de energía a la demanda.
3. Un subsistema de distribución, formado por el equipo de regulación,
tuberías, bombas, elementos de seguridad, etc., que traslada a los
puntos de consumo el agua caliente producida (imagen 1.5.1).
15
(Figura 1.5.1) Equipo del colector solar
Dentro de este esquema básico existen muchas variaciones. Algunos sistemas
llegan incluso a producir vapor capaz de mover una turbina que alimenta un
generador de energía eléctrica, mientras que otros llevan el agua caliente
obtenida directamente a donde se va a usar, sin ningún sistema de
almacenamiento intermedio.
La parte principal de estas instalaciones es el colector solar, por ser el
encargado de captar la radiación solar y convertirla en energía calorífica. Los
diferentes tipos de colectores solares determinan los diferentes sistemas de
EST, que suelen clasificarse en sistemas de baja, media y alta temperatura.
Colectores de baja temperatura:
Este colector no utiliza ningún dispositivo para concentrar los rayos solares, así
pues la temperatura del fluido a calentar está por debajo del punto de ebullición
del agua. Tipos de colectores:
16
- Colectores no vidriados.
- Colectores de placa plana.
- Colectores de tubo de vacío (Figura 1.5.2 – 1.5.3).
(Figura 1.5.2) Colector solar de tuvo de vacio
(Figura 1.5.3) Partes del colector solar
17
Colectores de media temperatura:
- Capaces de concentrar la radiación solar en una superficie reducida.
- La temperatura de trabajo suele variar entre los 100 y los 400ºC.
- El tipo más habitual:
- Colectores cilindro-parabólicos (imagen1. 5.4).
La parábola
concentra los
rayos del sol en la
tubería.
Tubería que contiene el fluido
(Figura 1.5.4) Colector Solar de temperatura media
Colectores de alta temperatura:
Estos colectores son capaces de concentrar la radicación solar en un solo
punto (figura 4.5 – 4.6). La temperatura de trabajo oscila desde los 400°C hasta
más de 1000°C, ya que utiliza un campo heliosático, espejos que siguen la
trayectoria del sol automáticamente y concentran la radiación del sol, por lo
tanto no es comercial, tan solo se usa para investigación. Tipos:
18
(Figura 1.5.5) - Colector de campo heliostático >1000ºC.
(Figura 1.5.6) - Colector de espejo parabólico 900º C.
19
CAPITULO II.
MANUAL DE INSTRUCCIONES HL313
Entrenamiento en un equipo de calentamiento por energía solar
20
2.1
Descripción de la unidad
El calentador solar modelo HL-313 es
de uso domestico convirtiendo la
radiación solar en calor para calentar el agua. La energía solar siempre está
disponible y el equipo lo usa empleando bombas de recirculación,
intercambiadores de calor, tanques de almacenamiento, reguladores, etc. La
superficie del colector trabaja bajo los principios de absorción.
Las partes que están dentro del circuito solar es: una bomba de circulación
junto a un recipiente de expansión; un medidor de flujo de área variable, un
manómetro y 2 termómetros permiten medir todos los datos relevantes.
El sistema esta también equipado con un regulador diferencial de temperatura
con un termostato y todo lo estipulado a la seguridad.
Un plato intercambiador de calor aislado permite que entre la transferencia de
calor al circuito solar y este caliente el agua del circuito.
Los siguientes puntos se verán adelante:
-
familiarización con las partes y con el sistema de colector solar
-
conocimientos de la transferencia de calor en los colectores solares
21
2.1.1 Plano de la unidad HL 313 (Fig. 2.1)
(Fig. 2.1)
1.- soporte de apoyo móvil
2.- tanque de almacenamiento
3.- superficie del colector
4.- Termómetro
5.- sensor de temperatura (Pt 100)
6.- grifo-flotador
7.- Medidor de flujo de área variable
8.- unidad solar
9.- bomba de recirculación
10.- recipiente de la presión de expansión
22
11.- regulador diferencial de temperatura
12.- interruptor principal
13.- plato intercambiador de calor
14.- bomba de recirculación (circuito de agua caliente, no visible)
2.1.2 Descripción del funcionamiento
Los circuitos individuales son mejor explicados usando el siguiente diagrama
de bloques (Fig. 2.1.2):
(Fig. 2.1.2)
El calentador solar HL-313 consiste de dos circuitos separados. La
transferencia de calor es realizada utilizando el intercambiador de plato aislado
(3).
En el circuito solar, una mezcla de etileno-glicol y agua es bombeada a la
superficie del colector (1) mediante la bomba de recirculación (4). El flujo puede
ser regulado usando el grifo-flotador (2).
La parte mas importante del colector es la superficie de absorción, esta está
revestida de una pintura especial negra. La superficie de absorción convierte la
23
radiación en energía de calor y la pasa a la mezcla glicol-agua
que se
encuentra circulando. Los colectores están montados en soportes móviles para
que estos puedan ser moverse en varios ángulos de inclinación para ser
fijados.
El líquido transporta el calor del colector hacia el plato intercambiador de calor
(3) y este lo transfiere al circuito de agua caliente. Esto significa también que el
agua fluye gracias a una bomba de recirculación (5) y al tanque de
almacenamiento de agua caliente domestica (6. Por razones de seguridad este
tanque no tiene una válvula de cierre en el enchufe del agua, este es un diseño
despresurizado. El agua caliente se extrae de la parte superior del tanque. La
cantidad de agua que se retirará se define usando el grifo que esta en la
entrada de la agua fría.
La bomba de circulación (4) en el circuito solar corta siempre que el diferencial
de temperatura entre el medio y la temperatura del colector y la temperatura del
tanque exceden ciertos valores.
Este diferencial de temperatura (fig. 2.1.3) se puede preestablecer en el
regulador (8) ((∆θ = 5… 11 K).
Fig. 2.1.3 Regulador Diferencial de Temperatura
Colocar el equipo en la posición requerida y trabar los frenos para prevenir que
este se balancee (fig 2.1.4).
24
(fig 2.1.4) Colector solar HL 313
-
fijar la inclinación requerida de los colectores con las barras móviles (1) y
trabarlas con el perno de mano (2).
-
¡ATENCIÓN!
Realizar
esta
acción
con
dos
personas
por razones de seguridad.
-
Conectar el abastecimiento de agua con el grifo (3) (3 cerrados)
-
Proporcionar
el
dren
del
agua
colocando
un
cubo
debajo
del enchufe de la agua caliente (4) en la tapa del tanque de almacenaje,
o conectándolo con una manguera de desagüe.
-
Abrir el grifo cuidadosamente (3) y llenar el tanque de almacenaje hasta
que salga el agua por el enchufe de agua caliente.
-
Cerrar el grifo (3)
-
Checar el equipo para ver si hay fugas:
25
¡ATENCION! El circuito solar se llena de la mezcla glicol-agua y esta listo para
usarse. Si el sistema es drenado, es imprescindible que se haga con esta
mezcla.
-
Comprobar la presión del sistema en el circuito solar (manómetro (9)).
Debe ser alrededor de 1.5 bar. Si la presión del sistema es menor, el
circuito solar debe ser llenado con fluido caliente hasta alcanzar el 1.5
bar requerido:
-
Conectar el agua a la válvula de llenado dentro la unidad solar sobre el
diagrama del recipiente de expansión.
-
Mantener la válvula de llenado abierta hasta que alcance una presión de
1.5 bar.
-
Cerrar la válvula de llenado
-
Desconectar el agua de alimentación
-
Si la presión del sistema varia levemente después de algunos minutos,
esto es debido a que el sistema tiene fugas. El proceso de llenado debe
ser repetido. El circuito solar esta completamente lleno sin fugas ni
burbujas de aire la lectura del medidor de flujo de área variable no
cambiara.
-
conectar el equipo a una fuente de corriente eléctrica (230V, 50 Hz)
-
encender el interruptor principal
-
ajustar los parámetros de funcionamiento con el regulador, comprobar
que no haya fugas en las mangueras y conexiones.
26
2.2
Programación del regulador de temperaturas DR 3
El regulador de temperatura DR 3 (fig 2.2) con 14 sistemas de calefacción
solar, regulación de la velocidad de rotación de la bomba solar con ajuste de
velocidad mínima y máxima de la bomba,
contador de horas en
funcionamiento, control de funciones a través de sensores, funciones de
protección del captador, de protección del acumulador y de protección
antihielo, ayuda para el arranque en sistemas con captadores de tubos de
vacío, asignación de prioridades para sistemas con doble depósito de
almacenamiento y sistemas con piscina, menú en alemán, inglés, francés y
español, fácil selección de opciones del menú mediante tres teclas, pantalla de
cristal líquido de 1 x 16 dígitos con modo de ahorro de energía, parámetros
prefijados del
Regulador protegidos contra ajustes por error mediante la opción de bloqueo
del menú.
(fig 2.2) Regulador de temperatura
27
2.2.1 Modo de instalación y funcionamiento
Piloto 0 (rojo)
- Se ilumina automáticamente cuando las válvulas o las bombas solares no se
encuentran activadas y la única
Función es la de “standby”
- Parpadea lentamente y de manera continuada hasta que se selecciona el
modo operativo (“manual” o “apagado”)
- Parpadea rápidamente cuando se detecta algún problema como, por ejemplo,
un fallo en el sensor de los captadores
Piloto I (verde)
- Se ilumina cuando se activa la bomba solar (relé R1).
Piloto II (verde)
- Se ilumina cuando se activa la bomba o la válvula (relé R2).
Piloto Tmáx (amarillo)
- Se ilumina automáticamente cuando se alcanza la temperatura máxima de
almacenamiento o la temperatura en piscina deseada.
- Parpadea lentamente para indicar que la protección solar está activada
- Parpadea rápidamente cuando la protección contra la congelación está
activada.
Antes de poner en marcha el regulador, deben leerse con atención las
siguientes instrucciones.
2.2.2 Descripción del regulador DR 3
El regulador DR 3 es una unidad de control del diferencial de temperatura
controlada por microprocesadores y provista de
3 entradas con sensores
Pt1000 y 2 salidas de relé, de loscuales la salida de relé (R1) puede regular la
velocidad de bombas estándar.
En este manual de instrucciones, se presentan los 14programas diferentes de
control para sistemas solares térmicos que puede ejecutar el regulador.
28
El regulador consta de una pantalla de 16 dígitos y 3 teclas, con las que se
pueden seleccionar las diferentes opciones del menú, que se presenta en
alemán, inglés, francés o español.
Mediante las teclas “Más”, “Menos” e “Intro”
se pueden seleccionar y
establecer los diferentes parámetros del regulador, así como visualizar valores
como la temperatura en un preciso instante, las horas de funcionamiento o el
estado de funcionamiento.
Los sensores PT1000, con un nivel de precisión garantizado conforme a lo
dispuesto en la norma DIN EN 60751, detectan con precisión la variación de
temperatura, lo que garantiza el buen control de las conmutaciones dentro de
todo el sistema.
Los pilotos situados en el frontal del regulador DR 3 indican el estado de
funcionamiento del sistema:
2.2.3 Instalación del regulador DR 3
2.2.3.1 Instalación en pared.
El regulador se fija de manera sencilla a la pared mediante dos puntos de
sujeción con la ayuda de tornillos (4x6) y tacos (M6).
2.2.3.2 Conexiones eléctricas
De acuerdo con la norma VDE, únicamente el personal calificado podrá llevar a
cabo la instalación del regulador.
Advertencia: para la colocación de los sensores y de los relés, deberán
seguirse, teniendo en cuenta el uso, las ilustraciones (1-14) que aparecen más
adelante.
La placa base se divide en las siguientes dos partes: la parte en que el voltaje
es de rango seguro y la parte con tensión de CA.
Las líneas de tensión de suministro de red se conectan en la parte derecha de
la base y, en caso necesario, se utilizan los protectores de cable que se
29
incluyen. Las líneas de muy baja tensión y los sensores se conectan en la
parte izquierda de la base.
Los conductores de protección de la alimentación eléctrica y los consumidores
conectados deben conectarse usando la regleta de bornes de puesta a tierra
de tres polos situada en el interior de la parte derecha de la base.
Las diferentes líneas deben conectarse a su correspondiente terminal de la
siguiente manera:
Parte izquierda de la base: Terminal de conexión de sensores (5V DC)
Kl. 1/2 sensor de temperatura S1 - independientemente de la polaridad
Kl. 3/4 sensor de temperatura S2 - independientemente de la polaridad
Kl. 3/5 sensor de temperatura S3 - independientemente de la polaridad
Parte derecha de la base: Terminal de suministro de red
(230V AC 50Hz)
Kl. 8 salida de relé R1 (Precaución: regulador de velocidad)
Kl. 9 conductor neutro N del consumidor (relés R1 y R2)
Kl.10 conductor neutro N del suministro de red
Kl.11 conductor de fase L del suministro de red
Kl. 12 salida de relé R2
Todos los conductores de protección deben estar conectados a la regleta de
bornes de puesta a tierra de tres polos.
Observaciones: La salida de relé R1 es adecuada para el control de bombas
de tipo estándar (20 – 120 VA), cuya velocidad puede controlarse, así, a través
del regulador (fig. 2.2.3). Debido al cableado interno del regulador, no es
conveniente que las válvulas, los contactores u otros consumidores de bajo
consumo de energía operen a través de esta salida. (Incluso cuando no se
encuentra en funcionamiento, puede haber corrientes residuales en la salida de
relé R1).
30
(fig. 2.2.3) Diagrama eléctrico del Regulador de Temperatura
2.2.3.3 Instalación de los cables
A fin de evitar pulsaciones que puedan crear interferencias, debido, por
ejemplo, a la inducción, los cables de los sensores de temperatura y los cables
interfaz no deben instalarse nunca junto a las conducciones de los principales
cables eléctricos. En el caso de los cables de muy bajo voltaje, deberán
seguirse las disposiciones previstas en la norma VDE 0100, apartado 410
sobre protección y baja tensión.
En caso necesario, los cables de los sensores de temperatura pueden
alargarse hasta aproximadamente unos 50 m (usando, por ejemplo, cables
NYM de 3 x 1’5) sin que, por ello, se pierda precisión en la medida. Debe
verificarse de manera especial que en las conexiones de las extensiones no
exista ninguna transición.
2.2.4 Sensores de temperatura PT1000
Resulta especialmente importante para el buen funcionamiento general del
sistema que los sensores se instalen correctamente y se coloquen en un lugar
adecuado.
Durante su instalación, debe verificarse que los sensores de temperatura se
instalen en la zona en que se pretende efectuar la medición y que, en la
medida de lo posible, se utilicen, para los cables de los sensores, aislantes
térmicos de aproximadamente 20 cm de longitud desde el punto de medición,
ya que, de este modo, se logra protegerlos contra el frío. Estas medidas deben
tomarse especialmente en el caso del sensor de los captadores.
31
2.2.5
Puesta en funcionamiento
Advertencia: Antes de proceder a la manipulación del regulador y de los
consumidores conectados, debe desconectarse el regulador de la red, ya que
pueden existir corrientes residuales en el cableado del dispositivo.
Precaución: El regulador no sustituye de manera alguna a los dispositivos de
seguridad, por lo que, en caso necesario, deben tomarse las medidas de
protección pertinentes contra el hielo, el sobrecalentamiento, la presión
excesiva, etc. Se debe proceder a la conexión del módulo principal a la base
fijada en la pared cuando no exista corriente eléctrica.
Una vez se conecta a la red, el regulador ya es operativo.
Procedimiento de parametrización para el técnico:
1. cambio de idioma
2. selección del programa de control
3. programas establecidos
4. activación de la función de protección solar
5. activación de la función de protección antihielo
6. control de la velocidad de rotación de R1
7. asignación de prioridades en el almacenamiento
8. activación de la función de ayuda para el arranque
9. cambio a modo operativo manual
10. temperatura en pantalla
11. bloqueo de los parámetros prefijados
Cualquier error, como, por ejemplo, el causado por un defecto en el sensor, se
indica mediante el parpadeo del piloto rojo. Además, el fallo se muestra en
pantalla en el menú de valores en servicio.
En caso de error, el técnico puede anotar los valores prefijados para establecer
un diagnóstico por teléfono.
32
2.2.6
Fallos en el sistema
Antes de manipular el regulador, se debe desconectar de la red eléctrica.
El regulador está protegido mediante un fusible 2AT para baja intensidad. En
caso necesario, el fusible puede examinarse y reemplazarse. Para ello, en
primer lugar, se debe apagar el suministro eléctrico y, después, separar el
módulo conectado a la base fijada a la pared y retirar el panel posterior. Puede
comprobarse el funcionamiento de los sensores de temperatura mediante el
correspondiente dispositivo de medida de la resistencia y la siguiente tabla. Si
el fallo se debe a un defecto en un sensor, el regulador desactiva la función
afectada.
2.2.7
Datos técnicos
Base:
módulo conectable
Tamaño:
112 x 52 x 106 (Largo x Altox Ancho)
Protección:
IP 40 / DIN 40050 CE
Suministro:
230 V +/- 10% / 50-60 Hz
Consumo:
aprox. 2 VA
Potencia de conmutación:
400 VA (para el relé R1 mín.20 VA y
máx. 120 VA)
Fusible:
2AT
Temperatura ambiente:
de 0 a 40 ºC
Pantalla:
Pantalla de cristal liquido de 1x16
caracters alfanuméricos
Intervalo de temperatura:
- 40ºC ... 230 ºC
Sensores:
Pt1000 de alta precisión conforme a
la norma DIN EN60751
Tabla 2. Datos técnicos del colector solar HL 313
33
2.2.8 Selección de programa de control
05 Func. Especiales
Selección de programa
Programa: 1
Una vez puesto en marcha el regulador, debe escogerse el programa de
control deseado. Dentro de la opción “Func. Especial” del menú, en el submenú
“Selección de programa”, debe seleccionarse la versión de software adecuada
2.2.9
Ajuste de los parámetros de control
- Parámetros de control
Dependiendo de la versión de software, deben ajustarse los parámetros de
control adecuados para cada programa. Los ajustes que deben realizarse para
el programa 1 son aplicables también para el resto de programas (1 – 14). En
caso necesario, se señalan los ajustes suplementarios pertinentes para cada
programa.
Con la tecla “Más”, el valor aumenta y, con la tecla “Menos”, disminuye. La
tecla “Intro” se utiliza para confirmar el valor en pantalla. Una vez confirmado,
el menú pasa automáticamenteal siguiente valor que debe ajustarse. Cuando
se han realizado todos los ajustes de valores, el regulador vuelve por sí solo al
menú principal.
Advertencia: Los ajustes erróneos pueden provocar fallos o mal funcionamiento
del sistema. Deben respetarse las instrucciones, así como las indicaciones de
los fabricantes.
Debe consultarse siempre a un técnico especialista.
34
Parámetros de control
“Para el Programa 1 Tmín S1”
Para que se active la función de protección solar, el sensor S1 debe registrar
una temperatura que sobrepase la temperatura mínima fijada para el captador
(fig. 2.2.9).
Intervalo de temperatura: 0 ... 90 ºC
Valor por defecto: 30 ºC
Tmáx S2
Temperatura máxima prefijada del depósito de almacenamiento de energía
solar recogida por el sensor S2. Cuando el sensor S2 registra una temperatura
superior a la prefijada para el depósito de almacenamiento, la bomba solar se
detiene
(Desviación de histéresis de 2 ºC)
Intervalo de temperatura: 0 ... 120 ºC
Valor por defecto: 60 ºC
T R1
En este caso, debe fijarse la diferencia de temperatura, entre la temperatura
recogida por el sensor del captador y la del sensor del acumulador, necesaria
para que, cuando se exceda, se active la carga / transferencia térmica al
depósito de almacenamiento. El calor se transfiere / carga en el depósito de
almacenamiento hasta que la diferencia de temperatura se reduce hasta 1/3
del valor fijado.
(Excepción: ver apartado 10.1 sobre el control de la velocidad de rotación)
Intervalo de temperatura: 6 ... 18 K
Valor por defecto: 10 K
Indicaciones para el técnico especialista sobre el control de la velocidad de
rotación de la bomba:
35
El regulador DR 3 puede modificar la velocidad de rotación de las bombas
estándar (únicamente en este tipo de bombas) mediante el relé semiconductor
electrónico R1.
Los ajustes pertinentes sobre el control de la velocidad de rotación deben
realizarse en el submenú “Velocidad de rotación
R1”, que se encuentra dentro de la opción “Func. especiales”del menú
principal.
Programa: 1
S1 = sensor del captador
S2 = sensor de
Almacenamiento
S3 = opción en pantalla
R1 = bomba solar
R2 = sin función
(fig. 2.2.9) Captador Solar
Parámetros de control “Para el Programa 2”
Deben realizarse los mismos ajustes que en el programa 1. El relé R2 se activa
o desactiva con la bomba solar (R1) y permite que el regulador active una
válvula eléctrica de cierre (fig. 2.2.10).
Confirmar con 02 Parámetros de control
36
Programa: 2
S1 = sensor del captador
S2 = sensor del
acumulador
S3 = opción en pantalla
R1 = bomba solar
R2 = válvula de cierre
(fig. 2.2.10) Captador Solar
Parámetros de control “Para el Programa 3”
Tnom S3
Si la temperatura registrada por el sensor S3, que se encuentra en la parte
superior del depósito de almacenamiento, es inferior a este valor y se ha fijado
un valor positivo de “Histéresis”, el relé R2 se activa como calefacción auxiliar,
la cual permanece activa hasta que el acumulador alcanza una temperatura
superior a la suma del valor Tnom S3 más la histéresis (fig. 2.2.11).
Si la temperatura registrada por el sensor S3, que se encuentra en la parte
superior del depósito de almacenamiento, sobrepasa este valor y se ha fijado
un valor negativo de “Histéresis”, el relé R2 se activa con función de
refrigeración.
La refrigeración del depósito de almacenamiento permanece activa hasta que
éste registra una temperatura inferior a la diferencia entre el valor Tnom S3
menos la histéresis.
Intervalo de temperatura: 0 ... 90 ºC
Valor por defecto: 60 ºC
Histéresis
Este parámetro es determinante para que se active la función de calefacción
auxiliar (valor positivo) o la función de refrigeración del depósito de
almacenamiento (valor negativo).
37
Además, queda establecido cuántos ºC respecto al valor prefijado Tnom S3 se
debe calentar o enfriar.
Intervalo de temperatura: -20 ... 20 ºC
Valor por defecto: +10 ºC
Programa: 3
S1 = sensor del captador
S2 = sensor del
acumulador parte inferior
S3 = sensor del
acumulador parte superior
R1 = bomba solar
R2 = bomba
2.2.10
(fig. 2.2.11) Captador Solar
Funciones de protección
Teniendo en cuenta las consignas del fabricante sobre los captadores y
acumuladores, el regulador puede activar diferentes tipos de funciones
(protección solar, protección antihielo). Por defecto, las funciones de protección
solar y de protección antihielo se encuentran desactivadas.
Mediante las teclas “Más” y “Menos”, se puede seleccionar la función de
Protección solar(verapartado9.1) y de protección anti hielo (ver apartado
-Una vez seleccionada la función deseada, debe confirmarse mediante la tecla
“Intro”.
Advertencia: Estas funciones no sustituyen de modo alguno a los
Dispositivos de seguridad, por lo que, en caso necesario, deben tomarse las
medidas de protección pertinentes contra el hielo, el sobrecalentamiento y la
presión excesiva. Cualquier cambio realizado en este menú puede tener graves
repercusiones en el funcionamiento y seguridad del regulador.
Por ello, los ajustes sólo deben realizarse por un profesional especializado.
38
Protección solar
Si se selecciona “no” en este submenú, la función de protección solar queda
desactivada. Inmediatamente después, en la pantalla aparece de nuevo el
menú principal.
Si se selecciona “sí”, se activa la función de protección solar.
En este caso, deben ajustarse los siguientes parámetros.
Valores: sí / no Valor por defecto: no
Variante
Si se selecciona la variante 1, el regulador activa la bomba solar para proteger
el captador del exceso de temperatura cuando el sensor del captador registra
un valor superior al establecido en la opción “Protección activada” y el de los
sensores de almacenamiento sobrepasan el valor prefijado de Tmáx.
En
aquellas
instalaciones
que
cuentan
con
varios
depósitos
de
almacenamiento, la descarga térmica se produce en los depósitos de
almacenamiento de menor nivel. Si se selecciona la variante 2, la bomba solar
se detiene cuando se supera el valor prefijado en la opción “Protección
activada”. La función de la bomba solar no se reactiva hasta que no se obtiene
un valor por debajo del fijado en la opción “Protección desactivada”.
Valores: 1 / 2 Valor por defecto: 1
Protección activada
Si se sobrepasa el valor prefijado en el sensor del captador, se activa la función
de protección solar.
Intervalo de temperatura: 60 ... 150 ºC Valor por defecto: 110 ºC
Protección desactivada
Lafuncióndeprotecciónsolarpermaneceactivahastaqueelvalorregistrado
en la sonda del captador supera el valor fijado para la desactivación.
Valores: 50 ... protección en - 5 K Valor por defecto: 100 ºC
Alm-Máx (sólo válido para la variante 1)
39
La protección solar se desactiva tan pronto como el valor registrado por el
sensor de almacenamiento inferior sobrepasa el valor prefijado para la
protección del depósito de almacenamiento contra el exceso de temperatura.
Intervalo de temperatura: 50 ... 140 ºC Valor por defecto: 90 ºC
Protección antihielo
Si se selecciona “no” en este submenú, la función de protección antihielo
queda desactivada. Inmediatamente después, en la pantalla aparece de nuevo
el menú principal.
Si se selecciona “sí”, se activa la función de protección antihielo.
En este caso, deben ajustarse los siguientes parámetros.
Valores: sí / no Valor por defecto: no
Protección antihielo activada
Cuando el valor registrado en el sensor del captador es inferior al valor fijado,
arranca la bomba solar para que el calor se transfiera del depósito de
almacenamiento hasta el captador y el sistema de conductos.
Tan pronto como el valor registrado en el sensor del captador es 5 ºC
superior al valor fijado, la bomba se detiene.
Valores: -25 ... + 5 ºC Valor por defecto: 0 ºC
2.2.11 Funciones especiales
Advertencia: Los ajustes de los parámetros que se presentan dentro de
“Funciones
especiales”
pueden
tener
graves
repercusiones
sobre
el
funcionamiento y la seguridad del sistema. Únicamente los especialistas
cualificados pueden efectuar el cambio o ajuste que consideren preciso.
Submenú:
Selección de programa (ver apartado 7)
Velocidad rotación R1 (ver apartado 10.1)
Prioridad almacenamiento (ver apartado 10.2)
Ayuda arranque (ver apartado 10.3)
40
Selecc. idioma (ver apartado 10.4)
Ajuste sensor (ver apartado 10.5)
Autoajuste (sólo para el fabricante)
Control de la velocidad de rotación
Velocidad de rotación R1
Si se selecciona “Sí”, el regulador controla en 30 pasos la velocidad de rotación
de la bomba, conectada al relé R1. El funcionamiento del control de velocidad
se expone a continuación.
Valores: sí / no Valor por defecto: no
Variante R1
Existen tres opciones entre las que elegir, teniendo en cuenta que el valor DT
se mantiene constante.
Variante 1: el regulador pasa a considerar el valor prefijado de R1máx tras el
pre-drenaje. Si la diferencia de temperatura entre el captador y el acumulador
se encuentra por debajo del valor preestablecido, la velocidad de rotación se
reduce en un nivel después de la finalización del periodo de control. En cambio,
si la diferencia de temperatura se encuentra por encima del valor fijado, la
velocidad de rotación aumenta en un nivel tras la finalización del periodo de
control. El regulador cambia la velocidad de rotación de la bomba al nivel más
bajo y, cuando el valor DT entre el captador y el sensor de almacenamiento es
1/3 del valor fijado, la bomba se detiene.
Variante 2: la acción es la misma que en la variante 1 pero, en este caso, el
regulador cambia inmediatamente al valor prefijado
R1mín tras el pre-drenaje y, en caso necesario, lo vuelve a cambiar.
Variante 3: la acción es la misma que en la variante 2 pero, en este caso, el
regulador intenta mantener / alcanzar el valor ajustado “Tnom S1” en el sensor
del captador a través del control de velocidad de rotación.
Valores: Variante 1 ... 3 Valor por defecto: Variante 1
Tnom S1 (solo para variante 3)
41
Cuando el sensor del captador recoge un valor inferior al establecido en esta
opción, se reduce la velocidad de rotación. En caso de que el valor registrado
sea superior, aumenta la velocidad de rotación.
Intervalo de temperatura: 0 ... 90 ºC Valor por defecto: 50 ºC
Periodo de control
El periodo de tiempo que debe transcurrir tras el cambio de la velocidad de
rotación debe introducirse antes de que se efectúe un nuevo ajuste de la
velocidad de rotación.
Valores: 5 ... 30 segundos Valor por defecto: 8 segundos
Periodo de pre-denaje
Durante este periodo de tiempo, la bomba actúa con la mayor velocidad de
rotación (100%) para asegurar un arranque sin fallos. La bomba no se somete
al control de velocidad de rotación hasta que finaliza esta fase de pre-drenaje.
Llegado el momento, ésta registra, según la variante escogida, un valor de
velocidad de rotación igual a R1mín o R1máx.
Valores: 10 ... 600 segundos Valor por defecto: 15 segundos
R1 máx.
En este apartado, se debe establecer la velocidad de rotación máxima de la
bomba conectada al relé R1. Una vez ajustado dicho valor, la bomba presenta
la velocidad de rotación indicada y se puede fijar el caudal.
Observaciones: Los valores que se dan son puramenteindicativos y pueden
diferir con mayor o menor intensidad dependiendo de la bomba y del
dispositivo.
Valores: R1máx 70 ... 100 % Valor por defecto:
R1 mín.
En este apartado, se debe determinar la velocidad de rotación mínima de la
bomba conectada al relé R1. Una vez ajustado dicho valor, la bomba presenta
la velocidad de rotación indicada y se puede fijar el caudal.
Valores: R1mín 30 ... 70 %
42
Asignación de prioridades en el almacenamiento
Para los programas 6, 9, 10, 11, 13 y 14, se deben fijar además los parámetros
relativos a la asignación de prioridades en el almacenamiento. Para el resto de
programas, estos parámetros no son relevantes.
Interrupción
La carga del depósito de almacenamiento de menor nivel se detiene una vez
transcurrido el periodo de tiempo fijado. De este modo, es posible evaluar si el
captador
puede
alcanzaruna
temperatura
con
la
que
pueda
cargar
inmediatamente después el depósito de almacenamiento. Si no se reúnen las
condiciones necesarias para la carga del depósito de almacenamiento
preferente o para una posible interrupción, se reinicia la carga del depósito de
almacenamiento de nivel bajo y, tras el periodo ajustado, se interrumpe de
nuevo para considerar el incremento de temperatura del captador.
Valores: 5 ... 90 minutos Valor por defecto: 10 minutos
Incremento de temperatura
En esta opción, se fija el incremento de temperatura del captador necesario
para llevar a cabo un ajuste exacto de las prioridades de carga en aquellos
sistemas con diversos depósitos de almacenamiento. Mientras se realiza tal
operación, la carga del depósito de almacenamiento de bajo nivel se
interrumpe durante un minuto puesto que el nivel de temperatura del captador
probablemente puede cargar el depósito de almacenamiento prioritario
inmediatamente después. Si la variación de temperatura es inferior al valor
fijado, se activa la carga del depósito de almacenamiento de bajo nivel y se
interrumpe de nuevo pasado el tiempo previamente fijado para considerar el
incremento de temperatura del captador.
Valores: 1 ... 10 K/min Valor por defecto: 3 K/min
Activación de la función de ayuda para el arranque
Normalmente, esta función no es necesaria para los sistemas de energía solar
convencionales. Sin embargo, en algunos sistemas, sobre todo aquéllos con
captadores de tubos de vacío, ocurre que las mediciones del sensor del
captador son excesivamente lentas o muy poco precisas, debido a que el
43
sensor no está ubicado en la zona de mayor temperatura. En determinados
casos, la bomba puede arrancarse provisionalmente gracias a la función de
ayuda para el arranque, a fin de permitir al sensor establecer una medición
correcta.
Ayuda para el arranque
Si se selecciona la opción “sí”, se pone en marcha la acción descrita
anteriormente. Se deben establecer, además, otros parámetros.
Valores: sí / no Valor por defecto: no
Periodo de drenaje
La bomba está activada durante el tiempo que se fije y en caso de alcanzarse
el valor establecido para el incremento de temperatura en el captador.
Valores: 2 ... 30 segundos Valor por defecto: 5 segundos
Incremento de temperatura
Cuando se alcanza el valor establecido para el incremento de temperatura
registrado en el sensor del captador, la bomba solar arranca y permanece
activada durante el tiempo de drenaje establecido anteriormente, lo que
permite al sensor del captador establecer una medición correcta. A este paso,
le sigue un periodo de medición y bloqueo de 5 minutos, durante el cual no es
posible reactivar la función de ayuda para el arranque. Si, una vez establecida
la medición, se reúnen las condiciones adecuadas para el arranque de la
bomba solar, se activa la carga del depósito de almacenamiento.
Valores: 1 ... 10 K/min Valor por defecto: 3 K/min
Selección del idioma
El menú del regulador puede aparecer en pantalla en diferentes lenguas.
Lengua
Valores: Alemán, Inglés, Francés, Español Valor por defecto: Alemán
Ajuste de los sensores de temperatura
44
Observaciones: Por lo general, no es necesario realizar ningún tipo de ajuste
dentro de esta opción puesto que el sistema ya viene ajustado para sensores
Pt1000 y funciona con gran precisión.
No obstante, debido a la longitud de los cables de los sensores o a la mala
ubicación de los mismos, pueden producirse errores en las mediciones, que
pueden ajustarse a través de esta opción del menú.
Ajuste S1...S3
Los tres sensores pueden ajustarse individualmente. Los valores para el
cambio en la medición aumentan (+) o disminuyen (-) en aproximadamente 1/3
ºC.
Valores: -20 ... +20 Valor por defecto: 0
2.2.12 Cambio del modo operativo
En esta opción, puede modificarse el modo operativo del regulador
(automático, apagado o manual). Advertencia: Si el modo operativo es manual
o está apagado, no existe ningún proceso de control activado, del mismo modo
que las funciones de protección solar y protección antihielo y el límite de
temperatura de almacenamiento tampoco están operativas. En este caso, el
piloto rojo parpadea para avisar de tal situación.
Cuando se sale del modo operativo manual o apagado, el sistema vuelve por sí
solo al modo automático.
Únicamente, el personal cualificado puede fijar el modo manual para llevar a
cabo labores de control o reajuste. Al finalizar el trabajo, debe salirse del modo
manual para que el regulador vuelva a modo automático.
En modo manual, los relés R1 y R2 se seleccionan mediante las teclas “Más” o
“Menos” y se activan o desactivan mediante la tecla “Intro”.
El regulador vuelve al modo operativo pulsando la opción
“Esc” y la tecla “Intro”.
45
2.2.13
Temperaturas y mediciones en pantalla
Mediante las teclas “Más” o “Menos”, puede visualizarse diferentes valores.
Con la tecla “Intro”, se sale del menú.
En primer lugar, se muestran las temperaturas de los sensores
S1 – S3 y, luego, aparece la velocidad de rotación de la bomba solar. Dentro
de la opción “Horas de funcionamiento de R1” y “Horas de funcionamiento de
R2”, se pueden consultar el total de horas de funcionamiento de la bomba solar
(relé).
En caso de que haya algún sensor necesario para la función de control
defectuoso, el piloto rojo comienza a parpadear y aparece en pantalla el valor
de temperatura < -40 ºC, en caso de derivación, o el de > 230 ºC, en caso de
interrupción.
2.2.14 Valores en servicio
En caso de problemas o errores en el sistema, deben anotarse los valores de
diagnóstico (que aparecen en esta opción) en el momento en que se produce
el fallo. Estos datos pueden servir posteriormente para, por ejemplo, realizar un
diagnóstico por teléfono. Mediante la tecla “Más” se van sucediendo los
diferentes valores. Con la tecla “Intro”, se sale del menú.
2.2.15 Bloqueo / desbloqueo del menú
Los menús 02, 03, 04 y 05 pueden protegerse contra reajustes por
equivocación. Para ello, se debe seleccionar la opción
“Bloquear menú” y confirmar la opción “bloqueo” o “desbloqueo”. Cuando la
opción ”bloqueo” está activada, no se puede seleccionar la opción de menú
bloqueada, por lo que debe desbloquearse.
Valores: bloqueo / desbloqueo sí / no
2.2.16 Esquema del menú
El menú principal del DR 3 contiene las seis opciones que se presentan
someramente a continuación. Mediante las teclas de “Más” o “Menos”, se
puede seleccionar una opción del menú y, mediante la tecla “Intro”, entrar en
ella (tabla 2.1).
46
Tabla 2.1 Diagrama del menú principal del regulador DR 3
47
2.3
Instrucciones de seguridad
“La seguridad es primero”
PELIGROS DE ACCIDENTES DE VIDA
2.3.1 Advertencias del funcionamiento para el usuario.
PELIGRO, riesgo de una descarga eléctrica!
Antes de empezar a trabajar en el sistema eléctrico, colocar el switch en
apagado y desconectar el equipo.
El trabajo en el sistema eléctrico debe ser realizado por personal
altamente capacitado.
Proteger el sistema eléctrico de la humedad
PELIGRO, RIESGO DE QUEMADURAS!
48
La transferencia de calor al fluido y a las tuberías puede alcanzar los
100ºC
PELIGRO, RIESGO DE ENVENENAMIENTO!
El fluido que transfiere el calor contiene glicol. No tomar!.
Evite el contacto con los ojos. El contacto ocasional con la piel no es
peligroso.
¡PELIGRO!
Antes de empezar a trabajar en el circuito solar, despresurice el sistema.
2.3.2 Advertencias del funcionamiento de la maquina
¡ATENCION! No exceder los siguientes
limites.

presión máxima en el circuito solar 6
bar
49

Temperatura máxima en el circuito
solar 100ºC
¡ATENCION!
No cerrar las válvulas que están en la parte
superior del tanque (incluyendo las
mangueras con las válvulas de cierre. La
acumulación indebida de presión en el tanque
puede ocasionar daños en el equipo.
¡ATENCION!
El fluido que transfiere el calor contiene glicol,
siempre debe de ser utilizado este fluido para
drenar el sistema.
Llenar el sistema solamente con el fluido
establecido (H-30). Sino la protección contra
el congelamiento, el hervir y la corrosión se
perderán.
50
¡ATENCION!
Drenar el tanque en caso de que tenga
escarcha.
Asegurar el equipo y los colectores solares en
caso de tormentas (amarar con un lazo por
debajo).
2.4
Principios teóricos
2.4.1 Transferencia de calor
En la utilización térmica de la energía solar, los
mecanismos de transferencia de calor juegan un
papel muy importante en muchos aspectos.
En principio el calor puede ser transportado en tres
diferentes formas. Los mecanismos de transporte se
mencionan en la siguiente tabla 2.2:
Nombre
Medio
Conducción térmica estacionaria
Sólido, liquido, gaseoso
Conducción térmica convectiva
Liquido, gaseoso
Transportación de radiación
Sistemas: sólido-gaseosos
Tabla 2.2 Mecanismos de transporte de energía
En realidad es usada una combinación de estos mecanismos de conducción
térmica
51
En el intercambio del calor, la radiación desempeña un papel muy importante y
decisivo. Para explicar este fenómeno debemos considerar dos placas a
diferentes temperaturas en el vacío.
El calor estático de convecino no puede desempeñar ningún papel gracias al
vacío. Sin embargo, ocurre un intercambio de calor, siendo decisiva la
radiación entre las placas
Sin embargo, un intercambio del calor ocurre.
Decisivo es el intercambio de la radiación entre placas. Aquí el coeficiente de α
de la absorción, coeficiente del τ de la transmisión y del coeficiente del ρ de la
reflexión de las placas caracterizar el intercambio de la radiación. También, se
sabe que los cuerpos
comenzar a brillar intensamente si se calientan bastantes. Esta característica
es dado por el coeficiente de ε de la emisión
(0 < α, τ, ρ, ε < 1).
Para nuestros propósitos, lo que sigue es suficiente:
• Más grande es el coeficiente de absorción del
la placa, mayor es la cantidad de energía absorbida
por él
• Más grande es la diferencia entre el medio
temperatura del colector y la temperatura ambiente,
más grandes son las pérdidas irradiadas
2.4.2
Colector térmico
Dirigir y difundir la luz del sol de rodear el ambiente pulsa un amortiguador y se
convierte en calor por la transferencia de la energía a, e.g., agua moléculas.
Para poder alcanzar temperaturas y eficacias que son tan altas como sea
posible, el amortiguador
se aísla termal al ambiente circundante.
52
Para poder absorber una cantidad grande de luz del sol, el aislamiento termal
por lo menos en el frente debe estar de diseño transparente. El calor generó se
alimenta a una carga usando un líquido o una transferencia gaseosa sistema.
2.4.3 Eficiencia del colector
La eficacia del colector es definida por el solar presente radiante del
picosegundo de la energía (en este caso la lámpara) y la energía útil PN
retirada usando el calor
líquido de la transferencia en el circuito primario:
η = PN Picosegundo (4.1)
La energía útil es reducida por la radiación pérdidas, las gotas de la eficacia del
colector.
La energía radiante picosegundo es dada por el colector área superficial AK y
el irradiance E (iluminación) en W/m2:
PICOSEGUNDO = AK/E (4.2)
La energía útil PN se determina de diferencia de la temperatura entre el
colector
alimentar y el T2 de la vuelta del colector – T1, el calor transferir el caudal total
medio y
capacidad de calor específica cp del traspaso térmico medio (cp, Water=4,2
kJ/kgK):
PN = cp/ (T2−T1)
53
2.5
Datos técnicos de los componentes del equipo.
Ayuda móvil: El tubo cuadrado, polvo soldado con autógena, negro cubrió
Anchura 2000 milímetros
Profundidad 850 milímetros
Altura 2145 milímetros
Peso 240 kilogramos
Fuente de alimentación: 230 V, 50 hertzios
Colectores solares (amortiguador):
Energía máxima W 1430
Área superficial del amortiguador 1.77 m2
Líquido H-30 del traspaso térmico (contiene el glicol)
L./h nominal del rendimiento de procesamiento 100 – 200
Tanque de almacenaje:
Dimensiones 850 x 750 x 600 milímetros
Peso 85 kilogramos
Capacidad 140 l
Bomba de circulación (circuito de el agua caliente):
Clasificación de 85 W
Caudal máximo 3 m3/h
Cabeza máxima 4 m
Fuente de alimentación 230 V, 50 hertzios
Unidad solar:
Bomba de circulación 85 W
Termómetro 0 – 120 °C, NG 63
Recipiente de la extensión de la presión 8 l, barra 5
Dispositivo del llenador, válvula de seguridad
Fuente de alimentación 230 v, 50 hertzios
Flujómetro:
Mecanografiar el Variable-área
54
L./h de la gama que mide 40 – 440
Conexión 1’’
01/00
Termómetro:
Mecanografiar el sensor bimetálico, roscado
NG 63 del diámetro
Gama que mide 0 - °C 120
Regulador:
Mecanografiar el regulador diferenciado de la temperatura
Entradas 2 (pinta 1000)
Salida 1 (relais)
Fuente de alimentación 230 V, 50 hertzios
01/00
55
CAPITULO III. PRACTICAS EN EL COLECTOR SOLAR HL 313
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZACAPOTZALCO
3.2 Práctica de laboratorio No. 1
Nombre de la práctica:
Reconocimiento del equipo “Colector Solar HL 313”
Objetivo:
Familiarizarse con cada uno de los elementos que componen el colector solar
HL-313, funcionamiento y rangos de medición para operar el equipo en la
siguiente practica.
Equipo a utilizar:
 Colector Solar modelo HL 313.
 Libreta de apuntes.
 Lápiz.
 Plano de la unidad. (Manual de instrucciones HL 313)
Procedimiento:
Reconocer cada uno de los componentes del colector solar, de acuerdo al
plano de la unidad, así como la ubicación y parámetros de función.
56
PLANO DE LA UNIDAD HL 313
Fig. 1 Plano de la unidad Hl 313
1.- soporte de apoyo móvil
2.- tanque de almacenamiento
3.- superficie del colector
4.- Termómetro
5.- sensor de temperatura (Pt 100)
6.- grifo-flotador
7.- Medidor de flujo de área variable
8.- unidad solar
9.- bomba de recirculación
10.- recipiente de la presión de expansión
57
11.- regulador diferencial de temperatura
12.- interruptor principal
13.- plato intercambiador de calor
14.- bomba de recirculación (circuito de agua caliente, no visible)
Conclusiones:
La experiencia obtenida en esta práctica realmente es útil, ya que me di cuenta
físicamente de los componentes del colector, observe la ubicación de cada
elemento, para tomar lectura cuando el equipo esté funcionando. Por lo tanto al
realizar la siguiente práctica reduciré el tiempo de arranque.
58
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZACAPOTZALCO
3.3 Práctica de laboratorio No. 2
Nombre de la práctica:
“Prueba del funcionamiento del colector solar HL 313”
Objetivo:
Operar el colector solar HL-313 en base al manual de instrucciones con el fin
de observar el funcionamiento y cambios que se presentan en el equipo.
Nota:
Leer el “Manual de instrucciones HL313” antes de realizar cualquier tipo de
movimiento en el colector.
Tomar en cuenta que “La seguridad es primero” (Material y personal)
Equipo a utilizar:
 Colector Solar modelo HL 313.
 Termómetro de bulbo seco.
 Termómetro de bulbo húmedo.
 Brújula.
 Transportador.
 Franela
 Libreta de anotaciones.
59
 Lápiz.
Procedimiento:
o Sacar el quipo o crear una habiente con luz artificial, donde se pueda
suministrar radiación solar.
o Fijar el equipo de modo que no se mueva.
o Limpiar el panel solar con una franela húmeda.
o Orientar el equipo. (Recomendación norte-sur)
o Darle el ángulo de inclinación de acuerdo a la altitud y latitud de lugar
donde se encuentre (ESIME Azcapotzalco 19º28´58” y una altitud:
2240m a nivel del mar)
o Verificar que contenga:
 Glicol-Etanol

Agua
 Que no exista ninguna fuga.
o Encender el equipo
o Programar el regulador diferencial de temperaturas.
La altitud es la distancia vertical a un origen determinado, considerado como nivel cero, para el
que se suele tomar el nivel medio del mar. En la meteorología la altitud es un factor de cambios
de temperatura puesto que provoca que se disminuya aproximadamente 1 ºC cada 180 m.
Se denomina latitud a la distancia angular, medida sobre un meridiano, entre la línea del
ecuador y el paralelo de una localización terrestre (o de cualquier otro planeta). Se mide en
grados. Si el punto pertenece al hemisferio norte es positiva y negativa para el hemisferio sur.
Varía entre 0º y 90º (norte) y entre 0º y – 90º (sur).
60
61
Gráfica 1
En esta gráfica 1 nos indica como fue aumentando la temperatura del agua
conforme pasa el tiempo.
62
Gráfica 2
En esta gráfica 2 podemos contemplar cómo va aumentado la temperatura del
glicol antes de entrar al intercambiador de calor al pasar del tiempo. Esta
temperatura
es la que adquiere de la energía solar por medio del panel
térmico.
También observamos la diferencia de calor que transfiere el glicol al agua
después del intercambiador de calor, y la diferencia entre la temperatura del
glicol después de transferir el calor y la del agua después de adquirir energía
térmica por medio del intercambiador de calor.
Conclusiones:
Esta práctica fue muy interesante, pues por primera vez manipulamos el
regulador de temperatura DR3, manipulamos en ocasiones el programa por lo
tanto los resultados tienen una tendencia con muchas variaciones. En esta
ocasión no podemos definir con veracidad los resultados obtenidos.
63
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZACAPOTZALCO
3.3
Práctica de laboratorio No. 3
Nombre de la práctica:
“Prueba del funcionamiento del colector solar HL 313”
-Con un programa preestablecido-
Objetivo:
Operar el colector solar HL-313 de forma constante en base al manual de
instrucciones con el fin de observar el funcionamiento y cambios que se
presentan en el equipo.
Nota:
Leer el “Manual de instrucciones HL313” antes de realizar cualquier tipo de
movimiento en el colector.
Tomar en cuenta que “La seguridad es primero” (Material y personal)
Equipo a utilizar:
 Colector Solar modelo HL 313.
 Termómetro de bulbo seco.
 Termómetro de bulbo húmedo.
 Brújula.
64
 Transportador.
 Franela
 Libreta de anotaciones.
 Lápiz.
Procedimiento:
o Sacar el quipo o crear una habiente con luz artificial, donde se pueda
suministrar radiación solar.
o Fijar el equipo de modo que no se mueva.
o Limpiar el panel solar con una franela húmeda.
o Orientar el equipo. (Recomendación norte-sur)
o Darle el ángulo de inclinación de acuerdo a la altitud y latitud de lugar
donde se encuentre (ESIME Azcapotzalco 19º28´58” y una altidud:
2240m a nivel del mar)
o Verificar que contenga:
 Glicol-Etanol

Agua
 Que no exista ninguna fuga.
o Encender el equipo
o Programar el regulador diferencial de temperaturas. (Después de
concretar el programa no modificar el programa hasta que el equipo de
o por concluido los parámetros del programa)
La altitud es la distancia vertical a un origen determinado, considerado como nivel cero, para el
que se suele tomar el nivel medio del mar. En la meteorología la altitud es un factor de cambios
de temperatura puesto que provoca que se disminuya aproximadamente 1 ºC cada 180 m.
Se denomina latitud a la distancia angular, medida sobre un meridiano, entre la línea del
ecuador y el paralelo de una localización terrestre (o de cualquier otro planeta). Se mide en
grados. Si el punto pertenece al hemisferio norte es positiva y negativa para el hemisferio sur.
Varía entre 0º y 90º (norte) y entre 0º y - 90º (sur).
65
66
Tabla #2 de resultados obtenidos
en la práctica No.3
Gráfica 1
En esta ocacion la gráfica 1 de la temperatura con respecto al tiempo tiene
mayor constancia y tendencia lineal hacia el aumento de temperatura.
Esto se debe a que desde el principio de definio un programa preestablecido y
se dejo hasta que el colector solar HL 313 obtubiera los datos programamdos.
67
Gráfica 2
En La siguiente gráfica 2 se define el incremento de temperatura del glicol
antes de entrar al intercambiador de calor.
Se muestra la diferencia de temperatura que existe en el glicol a la salida del
intercambiador de calor, y por lo tanto la cantidad de energía térmica que
transfiere al agua. Por lo tanto en esta grafica se puede definir la gran eficiencia
que tiene el intercambiador de calor ya que como se muestra en la grafica su
rango de pérdida de calor es muy poco.
Conclusiones.
En esta ocasión podemos decir que los resultados son veraces ya que desde
un principio no se manipulo el colector solar hasta que termino el ciclo de
calentar agua.
Los rangos programados fueron de calentar el agua de su temperatura
habiente a 60ºC, con una bomba de circulación trabajando al 100%.
EL tiempo del inicio al final del proceso fue de 3 horas 4 minutos. Comenzando
a las 10 horas con 45 minutos de la mañana y terminamos a 13 horas con 49
minutos de la tarde.
68
Conclusiones generales.
La adquisición de un colector solar es una de las mejores inversiones que
podrían realizar en estos días, por su eficiencia y duración, si se toma en
cuenta la tendencia del aumento en combustibles fósiles, y crecimiento del
calentamiento global debido a la emisión de gases contaminantes.
El colector solar Hl 313 calienta de 20°C hasta 60°C en tres horas
aproximadamente; con una inclinación de 19°28’58” y una altitud de 2240m a
nivel del mar. Contando con un tanque de almacenamiento térmico, que puede
almacenar el agua caliente de 60°C a 45°C en 36 horas.
Con los conocimientos adquiridos del proyecto se pudo impulsar en la empresa
“Kimberly Clark Planta PROSEDE”, la iniciativa de implementar colectores
solares para el calentamiento de agua que se utiliza al bañarse los obreros en
cada turno y otro sistema de colectores solares para el comedor. Esta iniciativa
actualmente se cotizó con tres diferentes proveedores, donde el costo oscila
entre 1 millón de pesos y 650 mil pesos, dependiendo de tipo de colectores.
También se motivo a todos los empleados en la implementación de este
sistema en su casa habitación.
Por último se manipulo los equipos que tiene ESIME Azcapotzalco, ya que no
son utilizados por falta de iniciativa de los estudiantes.
69
Anexos
Antecedentes de la energía solar
1873 Willoughby Smith descubre la fotoconductividad de selenio.
1877 W.G. Adams y R.E. Day observan el efecto fotovoltaico en selenio sólido.
Construyen la primera celda de selenio.
1904 Albert Einstein publica su trabajo acerca del efecto fotovoltaico.
1921 Albert Einstein gana el Premio Nobel por sus teorías explicativas del
efecto fotovoltaico.
1951 El desarrollo de la unión p-n crecida posibilita la producción de una celda
de germanio mono cristalino.
1954 Los investigadores de los Laboratorios Bell (Murray Hill, NJ) D.M. Chapin,
C.S. Fuller, y G.L. Pearson publican los resultados de su descubrimiento celdas
solares de silicio con una eficiencia del 4,5%.
1955 Se comercializa el primer producto fotovoltaico, con una eficiencia del 2%
al precio de $25 cada celda de 14 mW.
1958 El 17 de marzo se lanza el Vanguard I, el primer satélite artificial
alimentado parcialmente con energía fotovoltaica. El sistema FV de 0,1 W duró
8 años.
1963 En Japón se instala un sistema fotovoltaico de 242 W en un faro.
1973 La Universidad de Delaware construye "Solar One", una de las primeras
viviendas con EFV. Las placas fotovoltaicas instaladas en el techo tienen un
doble efecto: generar energía eléctrica y actuar de colector solar (calentado el
aire bajo ellas, el aire era llevado a un intercambiador de calor para
acumularlo).
70
1974-1977 Se fundan las primeras compañías de energía solar. El Lewis
Research Center (LeRC) de la NASA coloca los primeras aplicaciones en
lugares aislados. La potencia instalada de EFV supera los 500 kW.
1978 El NASA LeRC instala un sistema FV de 3.5-kWp en la reserva india
Papago (Arizona). Es utilizado para bombear agua y abastecer 15 casas
(iluminación, bombeo de agua, refrigeración, lavadora, ...). Es utilizado hasta la
llegada de las líneas eléctricas en 1983, y partir de entonces se dedica
exclusivamente al bombeo de agua.
1980 La empresa ARCO Solar es la primera en producir más de 1 MW en
módulos FV en un año.
1981 "Solar Challenger", un avión abastecido por EFV, vuela. Se instala en
Jeddah, Arabia Saudita, una planta desalinizándola por ósmosis-inversa
abastecida por un sistema FV de 8-kW.
1982 La producción mundial de EFV supera los 9.3 MW. Entra en
funcionamiento la planta ARCO Solar Hisperia en California de 1-MW.
1983 La producción mundial de EFV supera los 21.3 MW, y las ventas superan
los 250 millones de $. El Solar Trek, un vehículo alimentado por EFV con 1 kW
atraviesa Australia; 4000 km en menos de 27 días. La velocidad máx es 72
km/h, y la media 24 km/h. ARCO Solar construye una planta de EFV de 6-MW
en California, en una extensión de 120 acres; conectado a la red eléctrica
general suministra energía para 2000-2500 casas.
1992 Instalado un sistema FV de 0.5-kW en Lago Hoare, Antártida, con
baterías de 2.4-kWh. Se utiliza para abastecer a equipamiento de laboratorio,
iluminación, Pcs e impresoras y un pequeño horno microondas.
1996 El "Ícaro", un avión movido por EFV sobrevuela Alemania. Las alas y la
zona de cola están recubiertas de 3000 células súper eficientes con una
superficie de 21 m2
71
Perspectivas de las energías renovables hasta el 2030
Todos los días vamos siguiendo aquí en Erenovable los avances de la
tecnología que nos acercarán cada día más al reemplazo definitivo de las
energías no renovables. Venimos viendo cómo evolucionan los paneles solares
para captar cada vez más energía solar, también vemos cómo mejoran y se
adaptan los aerogeneradores para conseguir energía eólica, y cómo aparecen
nuevas fuentes como las mareas, la geotérmica, etc.
Haremos un repaso de de lo que puede llegar a ser el futuro que nos espera
en los próximos 30 años. La siguiente es una cronología de una posible línea
de tiempo de las mejoras en la tecnología de la energía (vía | The Futurist):
2007-09: Las lámparas fluorescentes, CFLs, y las LED (de diódos)
comenzarán a reemplazar a las incandescentes en todo el mundo, y para el
2010 una casa típica se ahorrará 100 dólares en costos de electricidad por año.
2007-10: A pesar del apoyo del gobierno estadounidense, el etanol sólo
generará un pequeño porcentaje del combustible consumido por los vehículos.
2009-10: Tesla Motors lanzará un vehículo totalmente eléctrico de 4 puertas
con un valor de entre 50 y 70 mil dólares. Simultáneamente se lanzarán
automóviles híbridos en diversas compañías automotores. Y debido al ahorro
de energía con el cambio en las lámparas, conjuntamente con el abaratamiento
de la electricidad los automóviles eléctricos no serán onerosos de mantener.
2010: Los vehículos híbridos representarán el 5% del total de vehículos
vendidos en Estados Unidos.
2011: Cientos de turbinas eólicas habrán sido erigidas a lo largo de Alaska,
Canadá, Rusia y en las regiones costeras del norte de Europa. El 25 % de la
electricidad Europea derivará de la energía eólica.
2012: Tesla Motors sacará al mercado un sedán de 4 puertas totalmente
eléctrico con un precio de sólo 40 mil dólares, sólo un 30 % más que un auto
común de gasolina.
72
2014: Los paneles solares serán lo suficientemente baratos como para que
cualquier familia de clase media pueda comprarlos. Cerca de 3 millones de
familias los tendrán en sus techos en Estados Unidos, y los usarán para cargar
gratis sus coches eléctricos o híbridos.
2015: Ya estarán disponibles coches eléctricos de 4 puertas con motores de
240 caballos de fuerza a 35 mil dólares. Esto se deberá a varios adelantos
tecnológicos: mejoras en los materiales que los harán más livianos y fuertes, y
también sistemas computarizados que harán más eficiente la utilización de la
electricidad.
2016: Se habrán construido inmensas granjas solares en diversos desiertos
del mundo como los de California, Nevada y Arizona en USA y de otras
naciones como Australia, India, Arabia, Irak, y los países del desierto del
Sahara. El 10% de las demandas de energía mundiales estarán cubiertas por
la energía solar.
2020: La gasolina sólo será utilizada por un tercio de los automóviles de
Estados Unidos, los otros dos tercios serán cubiertos por los eléctricos y los de
combustibles de biomasa.
2025-30: Para esta época casi todos los coches de pasajeros de Estados
Unidos serán alimentados por electricidad, y será electricidad limpia
proveniente de energías renovables. Los automóviles sólo pesaran un 60% de
lo que pesaban los de 2007.
El 75% de la electricidad mundial será provista por la energía eólica, solar u
otras energías renovables.
¿Será muy optimista esta línea de tiempo? Según un estudio de Clean Edge
la energía solar crecerá un 15% por año hasta el 2016.
Esperemos que se cumpla todo y mucho más.
73
Aspectos Económicos
Durante la realización del proyecto, se logro concientizar a la empresa donde
laboro actualmente, “KIMBERLY CLARK PLANTA PROSEDE” para calentar
agua por medio de colectores solares. La cotización que nos ofreció el
proveedor y la que acepto la empresa es la siguiente.
Kimberly-Clark
PLANTA PROSEDE
PROYECTO:
PROPUESTA TECNICA Y ECONOMICA PARA LA
IMPLEMENTACION DE
SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR
PARA AGUA DE SERVICIOS DE LA PLANTA
JUNIO 2008
PROYECTO:
SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR PARA AGUA DE SERVICIOS DE LA
PLANTA KIMBERLY- PROSEDE
74
1. RECONOCIMIENTO DE LA INSTALACION EXISTENTE.
De acuerdo con la visita realizada a las instalaciones, se recabó la siguiente
información. Localización de la Planta:
KIMBERLY
Actualmente la Planta Prosede de Kimberly , cuenta con un tanque existente
de 9,859.3 lts de agua caliente almacenada diariamente, el cual le da
capacidad para los servicios de las regaderas de los empleados.
La presión actual de trabajo es de 1.5 kg7cm2 a una temperatura de 52°C.
Además cuenta con una bomba marca Siemens de 2 hp, 3f,220/440 volts,
6.2/3.1 amp.
Existe una tubería negra en cuarto de máquinas en diámetro de 2”,1 ½ y 1 ¼”
75
2.-PROPUESTA TECNICA Y ECONOMICA, HELIOCOL DE MEXICO S.A. DE C.V.
Con base en el estudio energético realizado, se propone la instalación de un
sistema de colectores solares para el calentamiento de agua de servicios de la
PLANTA PROSEDE, para un total de 200 empleados al día.
El sistema está compuesto por 80 colectores solares de Cobre CH-100 y 1
termo tanque de almacenamiento solar con capacidad de 10,000 litros cada, a
una temperatura promedio de almacenamiento de 50°C.
DATOS TECNICOS:
Volumen de agua a calentar:
Latitud de la localidad:
Temperatura media del almacenamiento (solar):
Promedio de energía demandada al día:
10 m3
19 °
50 °C
300,000 kcal/día
SISTEMA ACTUAL DE CALENTAMIENTO:
Combustible empleado actualmente:
Poder calorífico:
Densidad:
Eficiencia de una caldera
Gas Natural
Precio actual del
Gas Natural
8,898
1
65
5.11
kcal/kg
kg/lt
%
M3
SISTEMA SOLAR DE CALENTAMIENTO:
Colector tipo:
Modelo:
Area por colector:
Número de colectores:
Area total de captación:
Inclinación de los colectores.
CHROMAGEN
CH-100
2
m2
80
160
m2
20.0
°
76
AHORROS ACUMULADOS
DURANTE LOS PRIMEROS
CINCO AÑOS
AÑO
PESOS
1
83,979.23
2
177,490.91
3
281,617.07
4
397,562.56
5
526,668.99
Eficiencias y rendimientos del colector:
Mes
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
CH-100
Tmax
Tmed
21.2
22.9
25.7
26.6
26.5
24.6
23
23.3
22.3
22.2
21.8
20.8
12.90
14.50
17.00
18.00
18.10
17.20
16.00
16.30
15.70
15.10
14.00
12.90
Iprom
kcal/m2día
4,000
4,500
4,750
5,000
5,000
4,750
4,500
4,250
4,000
4,000
3,750
3,500
77
EFICIENCIAS Y RENDIMIENTOS
Consumo de
combustible
kcal/mes lts/mes
Ene
9,300,000 1,394
Feb
8,400,000 1,259
Mar
9,300,000 1,394
Abr
9,000,000 1,349
May
9,300,000 1,394
Jun
9,000,000 1,349
Jul
9,300,000 1,394
Ago
9,300,000 1,394
Sep
9,000,000 1,349
Oct
9,300,000 1,394
Nov
9,000,000 1,349
Dic
9,300,000 1,394
PROMEDIO
1,367
Mes
Energía solar
captada
Déficit
kcal/mes lts/mes kcal/mes
lts/mes
8,652,485 1,297
647,515
97
8,166,343 1,224
233,657
35
9,606,780 1,394
0
0
9,658,997 1,349
0
0
10,185,288 1,394
0
0
9,027,435 1,349
0
0
8,635,993 1,294
664,007
99
8,494,008 1,273
805,992
121
8,675,811 1,300
324,189
49
9,189,788 1,377
110,212
17
8,065,752 1,209
934,248
140
7,935,803 1,189 1,364,197
204
1,304
63
Ahorro
%
93
97
100
100
100
100
93
91
96
99
90
85
95
78
3.-PROPUESTA ECONÓMICA
PrecioM2 del colector:
$
Costo de colectores
160 m2 X 3,400.00
solares
Costo del tanque térmico DE 10 M3 A
3KG/CM2
TOTAL
Precio actual del
combustible
Tasa mensual de incremento del combustible:
Ahorro mensual promedio (durante el tiempo de
amortización)
Tiempo de amortización del equipo
3,400.00
PESOS
544,000.00 PESOS
104,200.00 PESOS
648,200.00 PESOS
5.11
0.9%
14,091
46
M3
PESOS/mes
MESES
INCLUYE INSTALACION, INTERCONEXIÓN EN TECHO ENTRE COLECTORES Y A CUARTO DE MAQUINAS,
AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA SOLAR A TRAVÉS DE UN CONTROL, MANUAL Y CAPACITACIÓN.
NO INCLUYE BOMBA , EN CASO DE REQUERIRLA SE COTIZARA POR SEPARADO
NO INCLUYE I.V.A.
CONDICIONES DE PAGO
50%
ANTICIPO
30%
A LA ENTREGA DEL MATERIAL
20%
A LA FINALIZACION DE LA OBRA
TIEMPO DE ENTREGA DEL MATERIAL
5 DIAS
TIEMPO DE INSTALACION
4 SEMANAS
GARANTIA DE 5 AÑOS EN EL EQUIPO SOLAR Y UNO EN LA
INSTALACION
79
5.-DIAGRAMAS UNIFILARES DE INSTALACION HIDRAULICA
F.N. 2"Ø
F.N. 2"Ø
HACIA EL TANQUE EXISTENTE
TANQUE EXISTENTE
DE9859.3 lts
DRENADO
F.N. 2"Ø
F.N. 1 1 4"Ø
CALDERA
TERMOTANQUE SOLAR
DE 10,000LTS
RECIRCULADOR EXISTENTE
FUERA DE SERVICIO
F.N. 2"Ø
AGUA CALIENTE A SERVICIOS
CU 1 2"Ø
1
CU 1 1 4"Ø
1
CU 12 "Ø
B1/5
CU 1 1 4"Ø
CU
CU 1 1 2"Ø
CU
3
3
CU
CU
4"Ø
B2/5
DOMOS
CU 1 "Ø
3
3
3
4 "Ø
4 "Ø
B6/5
CU 1"Ø
CU
B5/5
4"Ø
CU 1"Ø
DOMOS
CU 1 12 "Ø
DOMOS
CU 1 1 2"Ø
LINEA ALIMENTACIÓN
PRINCIPALEN F.N. 3"Ø
F.N. 2"Ø
ALIMENTACION DEL SOLAR
RETORNO DEL SOLAR
F.N. 2"Ø
F.N. 2"Ø
CU 1 "Ø
CU
4"Ø
B3/5
3
4 "Ø
B7/5
CU 1 "Ø
CU 1 "Ø
CU 1"Ø
CU 1"Ø
CU 1 1 2 "Ø
CU
3
CU
4"Ø
B4/5
3
4"Ø
B8/5
CU 1 1 4"Ø
CU 1 1 4"Ø
CU
3
CU
4"Ø
CU
3
3
4"Ø
CU
4 "Ø
3
4"Ø
1
CU 12 "Ø
CU 1 12 "Ø
PLANTA DE AZOTEAS
COLECTORES CH-100 EN TOTAL= 80 PZAS.
B1/B8- 10 COLECTORES; 2.10 m³/hr
80
Referencias.
1. TRANSFERENCAI DE CALOR Cingel Yunus Editorial: Mac Graw Hill
2003.
2. LA ENERGIA SOLAR Y APLICACIONES PRÁCTICAS. Autor: Colectivo.
Editorial Progresa 2004.
3. QUIMICA ORGANICA Autor: Cabildo Miranda, Maria Pilar, Editorial: EDU
2006
Paginas de apoyo de Internet.
4. www.ritrinsa.com/dunphy_dr3 Regulador diferencial de Temperaturas
DR3.
5. www.gunt.com Colector Solar HL-313.
smn.cna.goW
6. www.solarenergynet.com
Solar Energy Net. Destaca el directorio de fabricantes e
instaladores de energías renovables. Además contiene una amplia
lista de links clasificadas por países.
7. www.cees.com
Centro de Estudios de la Energía Solar. Es un Centro
exclusivamente dedicado a la formación técnica en energía solar,
tanto térmica como fotovoltaica, mediante la enseñanza en presencia y a distancia.
Tiene un curso de Proyectista-Instalador de Energía Solar, que actualmente ya se
imparte, en régimen de enseñanza a distancia, a alumnos de varios países. Tiene ofertas
de trabajo y software cargable, además de una sección de noticias.
8.
HELIOCOL DE MÉXICO S.A. DE C.V.
PROLONGACION MOLIERE 450-C LOCAL B, COL. AMPLIACION GRANADA C.P. 11520, MEXICO D.F.
TEL (01 55) 5250 6100, FAX (01 55) 5250 6200, LADA SIN COSTO 01800 ENERSOL
[email protected] www.heliocol.com.mx
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