Energía Solar en Viviendas

Dotar de un sistema de calentamiento de agua por energía solar a una vivienda unifamiliar es un proyecto que contribuye con la ecología y con la economía familiar, sabemos por experiencias propias o ajenas que los calentadores de agua son una fuente de calor que consume altos niveles de energía debido principalmente a la resistencia que poseen y es que en zonas de frio extremo o en épocas de invierno es necesario contar con este sistema para la comodidad familiar.

La idea de instalar un sistema calefactor empleando energía solar, está pensada en un núcleo familiar de siete miembros que habitan en la vivienda permanentemente (los 12 meses del año), asimismo debemos considerar que el área que se necesita debe ser de por lo menos 9 x 8 metros, debiendo ser una azotea plana libre de obstáculos que que puedan proyectar sombras sobre los colectores; asimismo debemos considerar para la instalación del equipo solar térmico una tubería de alimentación de agua fría hasta el trastero, una tubería de agua caliente aislada para conexión con el interior, un sistema de desagüe en el cuarto trastero y una alimentación de línea eléctrica; todos ellos elementos mínimos para iniciar nuestro proyecto.

Como segundo paso, y una vez tengamos adecuada el área y los componentes anteriores, se debe efectuar el cálculo de la carga de consumo; este será un aproximado tomando el valor medio de 40 litros por persona y día, la temperatura de consumo será de 45 ºC. (Los valores anteriores se han elegido siguiendo la recomendación de las Especificaciones Técnicas de Diseño y Montaje de Instalaciones Solares Térmicas para Producción de Agua Caliente editadas por la Junta de Andalucía), esto lo podemos hacer elaborando una hoja de carga en la cual podemos considerar como primera columna la ocupación de la vivienda (en porcentaje), como segunda columna el consumo mensual, como tercera la temperatura media del agua de la red, la cuarta puede ser la diferencia entre 45 ºC y la temperatura del agua de red, la quinta y sexta columna expresarán la demanda energética para cubrir el consumo necesario de agua caliente que se obtienen aplicando esta fórmula:

Q = mCe(variación de T)

donde:

m: masa
Ce: calor específico del agua
Variación de T: salto térmico

El tercer paso para habilitar nuestro proyecto es dimensionar los captadores, para ello podemos emplear un programa informático que nos hará más sencilla la tarea (por ejemplo Censol 4.0 (© 1998-2000 Progensa), ello nos llevará a poder calcular el área de la superficie colectora necesaria, para hacerlo dividimos la sumatoria de la demanda en megajulios entre la energía neta disponible al mes por metro cuadrado, esto nos dará como resultado el área para los colectores. Ahora debemos calcular el número de colectores que vamos a emplear y ello se consigue dividiendo la superficie total (que es la que obtenemos en la fórmula anterior) entre la superficie del colector (que representa su área útil). A partir de este dato podemos determinar la superficie colectora real de nuestra instalación, para ello sólo hay que multiplicar el número de colectores que hemos calculado por el área útil de cada colector.

Es necesario señalar que es conveniente que los colectores (paneles solares) se instalen con una inclinación de 45º por ser éste el valor en el que el aporte solar es máximo (según estudios técnicos se ha probado haciendo los cálculos para una inclinación de 50º); asimismo debemos considerar los niveles de contaminación que afectarán la transparencia y limpieza de los colectores. He podido encontrar para esta investigación que en varios estudios emplean el colector modelo NORDSOL1, el cual está homologado por la U.E. según normativa ISO 9806-1.

La instalación en general de este sistema tendrá las siguientes características: un sistema de circulación forzada, por el cual el consumo del electro circulador no presenta una influencia económica notable si consideramos que la energía de apoyo será la eléctrica. Además, supone una complicación el tener que situar el depósito de acumulación por encima de los colectores para poder prescindir del electro circulador. El sistema con intercambiador de calor permite la imposibilidad de un sistema directo debido a que existen riesgos de heladas, intercambiador en el acumulador por simplicidad y por ser la solución mas adecuada para un proyecto de estas características (adecuado a viviendas); asimismo debe contar con un sistema de energía auxiliar en depósito principal (resistencia eléctrica) y un circuito primario cerrado.

Los sistemas con intercambiadores de calor se emplean principalmente en zonas donde frecuentan los riesgos de heladas. Por otro lado es importante considerar el tipo de fluido caloportador que circulará por el circuito primario, el cual será una mezcla de agua con anticongelante propilenglicol (para zonas de heladas) y agua sola en caso no exista riesgo de estas; sin embargo es bueno siempre agregar anticongelante ya que ello permite mantener “fresco” el sistema.

La superficie de intercambio debe de estar comprendida entre 1/4 y 1/3 de la superficie total colectora, por su parte el sistema de energía auxiliar consiste en una resistencia eléctrica ubicada en el mismo depósito de acumulación. Para el caso de la instalación de las tuberías debemos calcular el diámetro de estas en base al caudal y al factor “j” (que varia en cuanto estas tubería sean metálicas o no metálicas), debemos considerar que para el caudal es necesario que la pérdida de carga por metro lineal de tubo no supere los 40 mm CA, asimismo la velocidad de circulación del líquido ha de ser inferior a 1.5 m/s y la pérdida total de carga en el circuito principal no ha de superar los 7 m CA.

Debemos completar este asunto con otros cálculos como el de la bomba de circulación, el vaso de expansión, purgadores y desaireadores y los cálculos relativos al sub-sistema de regulación y control, temas que trataremos en otro artículo con mayor detalle; asimismo les presentaré un proyecto sobre este tema que a mi parecer se me hace interesante, he tenido la oportunidad de verlo funcionar en una hacienda propiedad de mi padre y la verdad que sin mucho mantenimiento funciona muy bien y permite un ahorro considerable de energía.

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