RESOLUCIÓN EJERCICIO
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Captador Solar Estructuras soporte Intercambiador de Calor Acumulador Tuberías. Aislamiento. Bombas de circulación Vasos de expansión Purgadores y Valvulería. Sistema de llenado.
Captador solar de alto rendimiento.
Dimensiones = 2 x 1 m
Qcaptador= 50 l/h.m2
Peso = 40 Kg
Situación de los captadores en la edificación. a)
Orientación: La orientación optima de los captadores es mirando al Sur geográfico.
b)
Inclinación :el CTE, define como inclinaciones optimas, dependiendo del periodo de utilización, las siguientes: - demanda constante anual: la latitud geografica; - demanda preferente en invierno: la latitud geografica + 10º;
- demanda preferente en verano: la latitud geografica – 10º.
Β=45º ; α = 30º
= 3.26%
Calculamos las pérdidas por orientación e inclinación.
Β=45º ; α = 30º
= 3.26%
Calculamos las pérdidas por orientación e inclinación. En cubierta plana => Caso general
Dado que las pérdidas lo permiten, por estética y facilidad en el tendido de tuberías y conexión, orientaremos los captadores en línea con el cierre del edificio.
= 3.26%
Distancia mínima entre el cierre del edificio y los captadores para que el muro no haga sombra. 45º
Considero que los captadores se elevarán 15 cms debido al lastre.
Distancia mínima del muro a la fila de captadores para que no produzca sombra.
= 3.26%
Distribución y conexionado de captadores:
Los captadores se distribuirán en dos baterías de 4 captadores cada una y estarán unidos en paralelo tanto entre filas como dentro de las baterías.
Tendremos cuenta en aplicar el retorno invertido para equilibrar el circuito.
Dimensiones = 2 x 1 m Qcaptador= 50
l/h.m2
Qcaptador= 100 l/h
= 3.26%
Caudal en las tuberías: Tubería de entrada y salida a captadores: Q=4*100l/h = 400 l/h Tubería general: Q=400+400 = 800 l/h
Q2= 400 l/h
Q6= 800 l/h
Q3= 400 l/h
Q1= 800 l/h
Q5= 400 l/h Q4= 400 l/h
Dos estructuras estándar de cuatro captadores a 45º para cubierta plana con fijación mediante bloques de cemento.
Cálculo del lastre: Según un estudio del Departamento de Xeografía de la Universidad de Santiago de Compostela, la ciudad de Vigo registro un pico de viento de 122 Km/h.
FY
F1
α α
FX F1
F1 = P . S . sen2 α = 707 N/m2 . 2m2 . Sen2 45º = 707 N Fx = F1 . sen α = 707 N/m2 . Sen 45º = 499,92 N Fy = F1 . cos α = 707 N/m2 . Cos 45º = 499,92 N
•
Para el cálculo de lastres para 1 panel
Fv P PL
α
ΣM=0 Fv .h/2 . sen α – P . h/2 . cos α – PL .h .cos α = 0 707 Kg/m.s2 *1 m*sen 45º - (40 Kg * 9,81 m/s2)* 1 m*cos 45º - PL *2 m *cos 45º = 0
PL = 157,3 Kg
Peso correspondiente a un captador 18
El volumen del acumulador debe cumplir según el CTE la relación:
Sc 16 16 16 16
Volumen acumulación 1000 1500 2000 2500
Relación 63 94 125 156
El volumen elegido para almacenar será de 1000 litros.
Considerando su ubicación en la parte superior , distribuiremos el volumen en dos depósitos de 500 lts cada uno de modo que quede la carga repartida sobre más superficie.
Haremos la conexión de los acumuladores en paralelo para conseguir un mayor rendimiento en la instalación.
Para calcular la potencia mínima del intercambiador de placas emplearemos la siguiente fórmula:
Escogeremos un intercambiador de placas que tenga al menos 8 KW de potencia.
Escogeremos tubería de cobre por su alta resistencia a la corrosión y sus bajas pérdidas de carga.
Analicemos los diámetros de las tuberías considerando: a)
La pérdida de carga unitaria no debe superar los 40 mmca
b)
La velocidad máxima del fluido no debe ser superior a 2 m/s en tubería que transcurre por zonas habilitadas ni superior a 3 m/s en tuberías que transcurre por zonas no habilitadas o exteriores.
c)
Para su calculo partiremos de los diámetros más bajos para cada uno de los tramos e iremos iterando hasta lograr el diámetro más bajo que no supere la pérdida de carga unitaria establecida.
v = 0,354
Q1,75
Q PCUNITARIA = 378
D2 [v = m/s;
Q = l/h;
D=mm;
D4,75
Pcunitaria = mmca]
A las PCtotales le aplicaremos un 20% en concepto de pérdidas de carga en los codos, “T” y demás accesorios de la instalación.
Igualmente, multiplicaremos el resultado por 1,3 por tener en cuenta que el fluido primario está formado por una mezcla de agua con propilenglicol que es más densa que el agua sola.
v (m/s)
PC unitaria mm c.a./m
TRAMO
Q (l/h)
DN (mm)
D (mm)
1
800
20
0,708
30,0612335
2
400
16
0,553125
25,7944853
3
400
16
0,553125
25,7944853
4
400
16
0,553125
25,7944853
5
400
16
0,553125
25,7944853
6
800
22 18 18 18 18 22
20
0,708
30,0612335
= 3.26%
Por lo tanto, los diámetros de las tuberías serán:
D3= 18mm D2= 18mm
D6= 22mm
D1= 22mm
D5= 18mm D4= 18mm
= 3.26%
Y finalmente el aislante que consideraremos para cada una de las tuberías será según la siguiente tabla indicada para tuberías en exterior:
Pondremos un aislante de 40 mm para que soporte temperaturas pico en la instalación.
La bomba de circulación es el componente de la instalación cuya función es compensar la perdida de presión hidrostática dando el impulso necesario para producir la circulación del fluido caloportador en el circuito.
Para seleccionar la bomba del circuito primario debemos conocer las pérdidas del circuito primario y el caudal que tendrá que bombear.
Procedamos a calcular las pérdidas de carga del circuito, para ello, debemos calcular primero las pérdidas en cada uno de los siguientes elementos: 1.
Pérdidas en los captadores
2.
Pérdidas en la tubería
3.
Pérdida en el intercambiador de calor
Pérdidas en los captadores: Información facilitada por el fabricante. En nuestro caso, los captadores están dispuestos en paralelo, por lo tanto, la pérdida de carga será igual a la pérdida de carga de un captador.
Qcaptador = 100l/h = 1,67 l/min
Pérdidas en el intercambiador: Dato facilitado por el fabricante. Lo debemos buscar en la ficha técnica del producto.
=> Intercambiador de calor de 9 placas (Modelo TECMI-23) con una potencia de 15 KW.
Pérdidas en tubería: Para calcular las pérdidas de carga totales en la tubería, debemos multiplicar las pérdidas de carga unitarias por la longitud de cada uno de los tramos.
A las PCtotales le aplicaremos un 20% en concepto de pérdidas de carga en los codos, “T” y demás accesorios de la instalación.
Igualmente, multiplicaremos el resultado por 1,3 por tener en cuenta que el fluido primario está formado por una mezcla de agua con propilenglicol que es más densa que el agua sola.
TRAMO
Q (l/h)
DN (mm)
D (mm)
1 2 3 4 5 6
800 400 400 400 400 800
22 18 18 18 18 22
20 16 16 16 16 20
v (m/s)
PC unitaria mm c.a./m
Ltubería
PC m c.a
0,708 0,553125 0,553125 0,553125 0,553125 0,708
30,0612335 25,7944853 25,7944853 25,7944853 25,7944853 30,0612335
2 7,5 4 7,5 4 2
0,060 0,193 0,103 0,193 0,103 0,060
PCTOTALES m.c.a
0,714
PCcircuito primario serán la suma de:
Y por lo tanto, son las pérdidas de presión hidrostática que tiene que compensar la bomba considerando un caudal de 800 l/h.
Para definir la bomba, emplearemos las gráficas de bombas que tenemos y buscamos una que se adapte al caudal y pérdidas de carga que tenemos en nuestro circuito.
Qcaptador = 800l/h = 0,8 m3/h
Para calcular el volumen del vaso de expansión emplearemos la siguiente fórmula:
Consideramos que ε es un 7%
Calculamos el volumen del circuito primario. Para ello, debemos calcular el volumen del líquido en: 1.
Captadores
2.
Tubería
3.
Intercambiador de calor (despreciable)
Volumen de fluido en los captadores = 1,3 lts * 8 = 10,48 lts Volumen de fluido en la tubería:
Por lo tanto, siendo: