Trabajo de Fin de Grado -...

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Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo de Fin de Grado

Grado en Ingeniería de las Tecnologías

Industriales.

Diseño de una instalación de energía solar térmica

para producción de ACS en un hotel

Autor: Carlos Fernández-Figueroa Pajares

Tutor: José Julio Guerra Macho

Dpto. Ingeniería Energética

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

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Trabajo de Fin de Grado

Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales

Diseño de una instalación de energía solar

térmica para producción de ACS en un hotel

Autor:

Carlos Fernández-Figueroa Pajares

Tutor:

José Julio Guerra Macho

Catedrático de Universidad

Dpto. Ingeniería Energética

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

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Trabajo de Fin de Grado: Diseño de una instalación de energía solar térmica para producción

de ACS en un hotel

Autor: Carlos Fernández-Figueroa Pajares

Tutor: José Julio Guerra Macho

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

7

Agradecimientos

A todo aquel que me ha estado apoyando aunque no lo mereciese,

especialmente a mi padre y a mi madre, por avisarme antes de cada tropiezo.

A mis amigos, por los momentos inolvidables que me han hecho vivir.

8

Resumen

En este proyecto se diseña una instalación solar de baja temperatura para el Hotel Albanta***,

situado en Lantejuela(Sevilla) siguiendo la normativa en vigor.

Se seguirá paso a paso el dimensionado de la instalación, así como la selección de los equipos y

elementos auxiliares necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación.

Abstract

In this project, a low-temperature solar installation is designed for the Albanta Hotel***, located in Lantejuela (Seville) following the regulations in force. The dimensioning of the installation will be followed step by step, as well as the selection of equipment and auxiliary elements necessary for the correct operation of the installation.

9

Índice

Agradecimientos ........................................................................................................................... 7

Resumen ........................................................................................................................................ 8

Abstract ......................................................................................................................................... 8

Índice ............................................................................................................................................. 9

Índice de figuras .......................................................................................................................... 13

Índice de tablas ........................................................................................................................... 15

1. MEMORIA DESCRIPTIVA ............................................................................................... 17

1.1. Objeto del proyecto ..................................................................................................... 17

1.2. Antecedentes ............................................................................................................... 17

1.3. Método de cálculo ....................................................................................................... 17

1.4. Descripción del edificio ............................................................................................... 25

1.5. Descripción de la instalación ....................................................................................... 27

1.5.1. Principio de funcionamiento ............................................................................... 27

1.5.2. Esquema de principio de la instalación ............................................................... 28

1.5.3. Elementos principales de la instalación .............................................................. 29

1.6. Características de los equipos ..................................................................................... 31

1.6.1. Características de los captadores ........................................................................ 31

1.6.2. Acumulador ......................................................................................................... 32

1.6.3. Intercambiador de calor ...................................................................................... 33

1.6.4. Vasos de expansión ............................................................................................. 34

1.6.5. Bomba de circulación .......................................................................................... 34

1.6.6. Interacumulador auxiliar ..................................................................................... 35

1.6.7. Caldera auxiliar .................................................................................................... 36

1.7. Normativa .................................................................................................................... 37

1.8. Bibliografía .................................................................................................................. 38

2. MEMORIA DE CÁLCULO ....................................................................................................... 39

2.1. Introducción ................................................................................................................ 39

2.2. Datos de partida .......................................................................................................... 39

10

2.2.1. Datos geográficos ................................................................................................ 39

2.2.2. Datos climáticos .................................................................................................. 39

2.3. Cálculo de la demanda ................................................................................................ 40

2.3.1. Cálculo del consumo de agua .............................................................................. 40

2.3.2. Cálculo de la demanda energética ...................................................................... 41

2.4. Cálculo de la superficie de captación y volumen de acumulación .............................. 43

2.5. Cálculo de la red de tuberías en el circuito primario .................................................. 47

2.5.1. Pérdida de carga en la red de tuberías ............................................................... 49

2.6. Dimensionado de la bomba de circulación ................................................................. 52

2.7. Dimensionado del vaso de expansión ......................................................................... 54

2.8. Dimensionado intercambiador de calor...................................................................... 57

2.9. Diseño del equipo auxiliar ........................................................................................... 58

2.9.1. Diseño interacumulador auxiliar ......................................................................... 58

2.9.2. Dimensionado de la caldera auxiliar ................................................................... 59

2.10. Cálculo de los espesores de aislamiento ................................................................. 60

2.11. Selección de accesorios ........................................................................................... 61

ANEXO ......................................................................................................................................... 63

CERTIFICADO CHEQ4................................................................................................................... 63

3. Pliego de condiciones .......................................................................................................... 65

3.1. Objeto .......................................................................................................................... 65

3.2. Normativa .................................................................................................................... 65

3.3. Condiciones materiales y equipos ............................................................................... 65

3.3.1. Accesorios ........................................................................................................... 65

3.3.2. Acumulador ......................................................................................................... 66

3.3.3. Aislamiento .......................................................................................................... 67

3.3.4. Bombas ................................................................................................................ 67

3.3.5. Captador .............................................................................................................. 67

3.3.6. Intercambiador de calor ...................................................................................... 68

3.3.7. Tuberías ............................................................................................................... 69

3.3.8. Válvulas ............................................................................................................... 69

3.3.9. Vasos de expansión ............................................................................................. 70

3.3.10. Sistemas de control y eléctrico ........................................................................... 70

3.3.11. Sistema de medidas ............................................................................................ 71

3.4. Condiciones de montaje .............................................................................................. 71

3.5. Provisión de material .................................................................................................. 71

3.6. Pruebas, puesta en marcha y recepción ..................................................................... 72

11

3.6.1. General ................................................................................................................ 72

3.6.2. Pruebas parciales ................................................................................................ 72

3.6.3. Pruebas finales .................................................................................................... 73

3.6.4. Ajustes y equilibrado ........................................................................................... 73

3.6.5. Recepción ............................................................................................................ 73

3.7. Mantenimiento ........................................................................................................... 74

3.7.1. Vigilancia ............................................................................................................. 74

3.7.2. Mantenimiento preventivo ................................................................................. 74

3.7.3. Mantenimiento correctivo .................................................................................. 74

4. Presupuesto ........................................................................................................................ 75

4.1. Sistema de captación .................................................................................................. 75

4.2. Sistema de acumulación .............................................................................................. 75

4.3. Sistema hidráulico ....................................................................................................... 76

4.4. Sistema auxiliar ........................................................................................................... 78

4.5. Sistema de control....................................................................................................... 78

4.6. Total............................................................................................................................. 79

5.Planos ....................................................................................................................................... 81

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Índice de figuras

Figura 1. Localización en CHEQ4. ............................................................................................................ 18 Figura 2. Distintas configuraciones CHEQ4. ............................................................................................ 19 Figura 3.Instalación de consumo único con sistema prefabricado. ........................................................... 19 Figura 4. Instalación de consumo único con interacumulador. ................................................................. 20 Figura 5. Instalación de consumo único con intercambiador independiente. ............................................ 20 Figura 6. Instalación de consumo único con intercambiador independiente para una piscina cubierta. . 20 Figura 7. Instalación de consumo múltiple con todo centralizado. ........................................................... 21 Figura 8. Instalación de consumo múltiple con acumulación centralizada y apoyo distribuido. .............. 21 Figura 9. Instalación de consumo múltiple con acumulación distribuida. ................................................ 21 Figura 10. Instalación de consumo múltiple con intercambio distribuido. ................................................ 22 Figura 11. Elección de parámetros en la demanda de CHEQ4. ................................................................ 22 Figura 12. Elección de parámetros solar/apoyo en CHEQ4 ........................................................................ 23 Figura 13. Definición de otros parámetros en CHEQ4 ................................................................................ 24 Figura 14. Resultados CHEQ4 ..................................................................................................................... 25 Figura 15. Situación del Hotel Albanta en Lantejuela. ................................................................................ 26 Figura 16. Vista superior del Hotel Albanta de Lantejuela. ........................................................................ 26 Figura 17. Esquema de principio genérica .................................................................................................. 27 Figura 18. Esquema de principio ................................................................................................................ 28 Figura 19. Esquema de un captador solar plano ........................................................................................ 29 Figura 20. Esquema de un vaso de expansión ............................................................................................ 30 Figura 21. Esquema de una bomba de circulación ..................................................................................... 31 Figura 22. Intercambiador de calor seleccionado....................................................................................... 33 Figura 23. Bomba de circulación Wilo STRATOS ......................................................................................... 35 Figura 24. Zonas climáticas de España. ...................................................................................................... 39 Figura 25. Demanda energética anual en MJ ............................................................................................. 42 Figura 26. Fracción de demanda cubierta/N.º. de captadores ................................................................... 45 Figura 27. Fracción de demanda cubierta/N.º de captadores en serie ...................................................... 46 Figura 28. Distribución de los captadores en la azotea .............................................................................. 47 Figura 29. Curva característica Wilo STRATOS o similar ............................................................................ 53 Figura 30. Bomba del circuito secundario .................................................................................................. 54 Figura 31. Presupuestos ............................................................................................................................. 79

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Índice de tablas

Tabla 1. Características técnicas del acumulador ...................................................................................... 32 Tabla 2. Características técnicas del intercambiador de calor ................................................................... 33 Tabla 3. Características técnicas interacumulador auxiliar ........................................................................ 35 Tabla 4. Características de la caldera auxiliar 1 ......................................................................................... 36 Tabla 5. Características de la caldera auxiliar 2 ......................................................................................... 36 Tabla 6. Pérdidas límite para sistemas ACS ................................................................................................ 38 Tabla 7. Datos geográficos de Lantejuela obtenidos de CHEQ4 ................................................................. 39 Tabla 8. Datos Climatológicos Cheq4 ......................................................................................................... 40 Tabla 9. Demanda de ACS según CTE con referencia a 60ºC ...................................................................... 41 Tabla 10. Demanda energética mensual .................................................................................................... 42 Tabla 11. Selección respecto al volumen de acumulación y el área de captación ...................................... 43 Tabla 12. Fracción solar mínima según la zona climática .......................................................................... 44 Tabla 13. Selección respecto a la fracción de demanda cubierta ............................................................... 45 Tabla 14. Pérdidas de presión según el diámetro de las tuberías .............................................................. 48 Tabla 15. Velocidad del agua según el diámetro de la tubería .................................................................. 48 Tabla 16. Tabla de equivalencias de accesorios ......................................................................................... 49 Tabla 18. Pérdida de presión en cada tramo de tuberías ........................................................................... 51 Tabla 19. Desequilibrio de cada circuito ..................................................................................................... 52 Tabla 20. Cálculo del volumen del circuito primario ................................................................................... 55 Tabla 21. Selección del vaso de expansión ................................................................................................. 57 Tabla 22. Selección del intercambiador de calor ........................................................................................ 57 Tabla 23. Consumo instantáneo ACS del CTE ............................................................................................. 58 Tabla 24. Consumo máximo ACS ................................................................................................................ 58 Tabla 25. Coeficientes de simultaneidad .................................................................................................... 59 Tabla 26. Espesores mínimos de aislamiento ............................................................................................. 60 Tabla 27. Presupuesto sistema de captación ............................................................................................. 75 Tabla 28. Presupuesto sistema de acumulación ......................................................................................... 75 Tabla 29. Presupuesto sistema hidráulico .................................................................................................. 77 Tabla 30. Presupuesto sistema auxiliar ...................................................................................................... 78 Tabla 31. Presupuesto sistema de control .................................................................................................. 78 Tabla 32. Presupuesto total ........................................................................................................................ 79

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1. MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1. Objeto del proyecto

Este proyecto tiene como objeto el diseño de un sistema de captación para la producción de

agua caliente sanitaria (ACS), en un hotel de 3 ubicado en la localidad de Lantejuela(Sevilla).

Se hará el proyecto para el ‘Hotel Albanta ***’, situado en Av. Juan García Cadenas Nº58.

Se diseñará el sistema y posteriormente se seleccionarán los equipos necesarios en función de

las condiciones climatológicas, así como de la demanda de ACS del hotel en cuestión.

1.2. Antecedentes

España, por su ubicación geográfica, se sitúa en una zona ideal para el desarrollo de la energía

solar, encabezando a Europa con una media de 8,2 horas de sol diarias. Sin embargo, en los

últimos años el desarrollo de esta tecnología en España ha descendido drásticamente, llevando a

una situación de desconfianza de los países extranjeros con en mercando fotovoltaico español.

En este proyecto se confía en la producción de agua caliente sanitaria (ACS) mediante el

aprovechamiento de la energía solar térmica de baja temperatura. Este sistema aprovecha la

radiación solar mediante una serie de paneles para calentar un fluido calor portador. Esta forma

de producción de energía al tener su carácter renovable nos aporta las siguientes ventajas:

• Reducción del consumo de combustibles fósiles, de las emisiones de CO2 y de la

dependencia energética.

• Económicamente, estos sistemas presentan en general una buena rentabilidad

económica con periodos de retorno de la inversión relativamente cortos.

Las principales aplicaciones de la energía solar térmica de baja temperatura se dan en el sector

doméstico y en el sector servicios y tiene como objetivo principal conseguir el máximo ahorro en

energía convencional.

1.3. Método de cálculo

La principal herramienta para el desarrollo del proyecto ha sido el software CHEQ4. Es una

herramienta gratuita desarrollada por el Instituto de la Diversificación y ahorro de la Energía

(IDEA) y la ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica) con el objetivo de ayudar a todos

los agentes del sector de la energía térmica de baja temperatura a validar el cumplimiento de la

contribución solar mínima exigida en la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación

(CTE), siempre que las características de la instalación se encuentren dentro de su rango de

aplicación.

El programa CHEQ4 utiliza la metodología MetaSol, la cual combina métodos de simulación

dinámicos con métodos estáticos. El método para el cálculo de la demanda cubierta se basa en el

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método de cálculo F-Chart, del cual difiere a parte de su simplicidad, en que tiene en cuenta las

pérdidas en los equipos (acumuladores, tuberías, paneles…) que no se tienen en cuenta en los

métodos estáticos aparte de ser válida para configuraciones y tamaños para los que otros

métodos no están diseñados.

Con el objetivo de que el programa lleve a cabo los diferentes cálculos, tenemos que

proporcionarle una serie de datos referidos a la localización, la configuración, el modelo de

panel o incluso el volumen de acumulación a elegir. Estos parámetros van a quedar detallados a

continuación:

1. Localización: En este primer apartado simplemente hay que introducir la localidad

donde se va a llevar a cabo el proyecto, y el programa nos devuelve la altura de la

localidad, la irradiación solar global referida a una superficie horizontal, la temperatura

ambiente media y la temperatura media de red, estas tres últimas referida a cada uno de

los meses del año, también se proporciona la zona climática a la que pertenece la

localidad, dato en el cual se incidirá posteriormente más en profundidad. En la Figura 1

observamos lo explicado anteriormente:

Figura 1. Localización en CHEQ4.

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2. Configuración: En este apartado debemos elegir de entre ocho configuraciones posible

la que mejor se adapte a nuestro proyecto:

Figura 2. Distintas configuraciones CHEQ4.

Podemos dividir las distintas configuraciones entre las de consumo único y las de

consumo múltiple:

Figura 3.Instalación de consumo único con sistema prefabricado.

20

Figura 4. Instalación de consumo único con interacumulador.

Figura 5. Instalación de consumo único con intercambiador independiente.

Figura 6. Instalación de consumo único con intercambiador independiente para una piscina cubierta.

21

Figura 7. Instalación de consumo múltiple con todo centralizado.

Figura 8. Instalación de consumo múltiple con acumulación centralizada y apoyo distribuido.

Figura 9. Instalación de consumo múltiple con acumulación distribuida.

22

Figura 10. Instalación de consumo múltiple con intercambio distribuido.

3. Demanda: Eligiendo una configuración de consumo único, el programa requiere saber

el tipo de edificio, el número de personas que lo ocupan, la ocupación estacional y el

consumo extra, devolviendo la demanda total (𝐿

𝑑í𝑎) a 60 ºC.

Eligiendo una configuración de consumo múltiple se elige el número de dormitorios y

viviendas para hallar con ello la demanda total. En la figura 11 se puede observar lo

explicado en este apartado.

Figura 11. Elección de parámetros en la demanda de CHEQ4.

23

4. Solar/Apoyo: En este apartado de detallan parámetros generales del sistema como

pueden serlo:

• Marca y modelo de los captadores que van a utilizarse para la instalación.

• Características acerca del posicionamiento de los captadores (orientación e

inclinación).

• Distribución del campo de paneles solares, indicando el número de captadores

que formarán el campo y el número de ellos que irán colocados en serie.

• Características del circuito primario/secundario, donde se especifica el tamaño

de tubería, el porcentaje de anticongelante del fluido caloportador y el

espesor de aislamiento.

• El tipo de sistema de apoyo auxiliar que se utilizará cuando la instalación no

pueda cubrir la demanda y el combustible que esta utilizará.

A continuación, se refleja lo explicado anteriormente:

Figura 12. Elección de parámetros solar/apoyo en CHEQ4

24

5. Otros parámetros: Como se puede observar en la siguiente figura, en este apartado se

requiere definir parámetros como el volumen de acumulación, la longitud del circuito

de distribución y el espesor y el aislante para evaluar las pérdidas.

Figura 13. Definición de otros parámetros en CHEQ4

6. Resultados: Finalmente el programa comprueba si el proyecto cumple o no las

exigencias determinadas por la norma HE4, ofreciendo la opción de obtener un

certificado de cumplimiento del Código Técnico..

También se proporcionan datos referidos a:

• La demanda, dividida entre demanda bruta y neta para con ello tener en cuenta

las pérdidas del circuito de distribución y del depósito de acumulación.

• La cantidad de la demanda bruta que se cubrirá con el aporte solar y qué

cantidad con el equipo auxiliar de la instalación.

• La fracción solar y la reducción de las emisiones de CO2 que no se emitirán al

ambiente gracias a la instalación.

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Figura 14. Resultados CHEQ4

1.4. Descripción del edificio

La instalación se situará en el Hotel*** Albanta, ubicado en Avenida de Juan Cárdenas García

58, en el municipio de Lantejuela, provincia de Sevilla.

El edificio se compone de 3 plantas incluyendo la planta sótano, donde se sitúa la cafetería

totalmente ajena al hotel, debido a que se alquila a otro particular que le saca su propio

beneficio. Entre las plantas primera y segunda habrá 21 habitaciones, siendo la ocupación

máxima del hotel de 47 personas. En la segunda planta a parte de los baños, se distribuyen una

serie de cocinas a compartir entre los clientes del hotel, las cuales se han incluido a la hora de

dimensionar la instalación por el uso de la lavadora y el fregadero de ACS. A su vez se prevé

una ocupación semanal elevada debido a que es el único hotel de todo el municipio y es

ocupado mayoritariamente por profesores y personas dedicadas al campo.

Actualmente la instalación cuenta con un sistema subdimensionado y en mal estado, por lo

que se sustituirá por completo, cuenta con dos parejas de paneles solares con termosifón de

200 L cada uno, no tiene sistema auxiliar y directamente circula el agua del termosifón a una

caldera convencional de gas de 14.2 kW de 300 L de volumen de acumulación. Hasta ahora la

instalación era adecuada pero debido al aumento de demanda del hotel se ha quedado

pequeña.

En la tercera planta se sitúa la azotea, en el centro de esta se encuentra la sala de máquinas

donde se colocará la caldera.

26

Figura 15. Situación del Hotel Albanta en Lantejuela.

Figura 16. Vista superior del Hotel Albanta de Lantejuela.

Se puede apreciar en la Figura 16 que la azotea del Hotel Albanta es totalmente plana, por lo

que será necesario colocar los paneles sobre una serie de estructuras con las que se les dará la

orientación Sur y una inclinación óptima correspondiente a Andalucía de unos 32º.

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1.5. Descripción de la instalación

1.5.1. Principio de funcionamiento

El funcionamiento de una instalación solar térmica de baja temperatura basa su

funcionamiento en la captación de la radiación solar mediante una serie de captadores solares

para su posterior conversión en energía térmica, aportándole calor a un fluido de trabajo. Este

fluido de trabajo generalmente transmitirá esta energía térmica al agua para así almacenarla

en un depósito de acumulación a 60ºC. El ACS producida será utilizada cuando así lo requiera

el hotel.

Una instalación solar térmica se baja temperatura estará formada por los siguientes sistemas:

• Sistema de captación: Está formado por el conjunto de captadores y el circuito primario,

su objetivo es captar la radiación solar y convertirla en energía térmica.

• Sistema de intercambio: El sistema esta formado por un intercambiador de calor que

sirve para transferir energía térmica del circuito primario al secundario, el cual suele ser

agua.

• Sistema de acumulación: Almacenará agua a 60ºC que se utilizará como ACS cuando el

hotel lo precise. El depósito deberá estar aislado para así mantener la temperatura del

agua lo más alta posible.

• Sistema auxiliar: Cuando el sistema de acumulación no logre cubrir toda la demanda

requerida, se utilizará un equipo convencional como apoyo para aportar la energía

necesaria.

• Sistema de control: Es el encargado de asegurar el buen funcionamiento de la

instalación.

• Sistema hidráulico: El sistema hidráulico transporta el fluido por los circuitos primario

y secundario.

Figura 17. Esquema de principio genérica

28

1.5.2. Esquema de principio de la instalación

En el siguiente esquema se detallan los diferentes sistemas de la instalación, así como

accesorios y elementos auxiliares:

Figura 18. Esquema de principio

Se puede explicar con facilidad el funcionamiento de la instalación con el esquema de principio

de esta por delante:

• El fluido caloportador capta la energía térmica en el campo de captadores y mediante

la bomba es llevado al intercambiador de calor.

• En el intercambiador de calor el agua de red recibe la energía térmica del flido

caloportador, y es llevada al depósito de acumulación. Se observa que hay un by-pass

por si se da el caso en el que no funcione la instalación ACS.

• Cuando se requiera el ACS será llevada para el consumo, pasando antes por el

depósito interacumulador.

• El depósito interacumulador es un depósito con un serpentín en su interior, su función

es calentar el ACS mediante la energía térmica aportada por la caldera cuando la

proveniente del acumulador no está a suficiente temperatura.

• El sistema de control se encarga de activar las bombas automáticamente cuando la

diferencia de temperaturas entre el termómetro situado tras el campo de captadores y

el situado tras el depósito de acumulación superen los 7ºC y detenerlas cuando bajen

de los 3ºC y así sucesivamente. Otra función es activar la caldera auxiliar cuando se

detecte mediante el termómetro del depósito interacumulador auxiliar que el agua de

este se encuentra por debajo de los 60ºC requeridos por la instalación.

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1.5.3. Elementos principales de la instalación

• Captadores solares planos: Un captador solar plano es un intercambiador de calor que

transforma en energía térmica la radiación solar. Los captadores solares funcionan

usando el efecto invernadero, la radiación incide sobre el vidrio colector que deja

pasar la longitud de onda corta, esta calienta la placa colectora, y al ser reflejadas, el

vidrio no deja pasar la longitud de onda corta por lo que acaba produciéndose una

ganancia de energía de la que sale y la temperatura aumenta. El captador tiene en su

interior una serie de conductos por los que circula un fluido calorportador al que se le

transfiere la energía térmica de la placa.

El rendimiento de un captador solar dependerá en gran medida tanto de la orientación

de este que influye en como incide sobre é la radiación, como de la temperatura,

aumentando el rendimiento al disminuir la temperatura de trabajo, ya que al disminuir

la diferencia de temperatura con el exterior.

Figura 19. Esquema de un captador solar plano

• Sistema de acumulación: Se aprovechan las horas del día en las cuales incide mayor

radiación solar sobre los captadores solares para acumular esta energía térmica y

posteriormente cubrir la demanda en las horas en las que sea requerido. Deberá estar

bien aislado para así disminuir las pérdidas de calor y poder retener la energía térmica

durante el máximo tiempo posible.

El depósito de acumulación se suele colocar de forma vertical para así favorecer la

diferencia de densidades entre el agua caliente y el agua fría, situándose en la parte

superior el agua caliente y aportándose esta a la red, esto se conoce como fenómeno

de estratificación.

Los depósitos siempre van acompañados de un intercambiador que transfiere la

energía térmica al agua, y en ocasiones, en su lugar, se introduce un serpentín en el

interior de dicho depósito y con ello sustituimos el circuito secundario, aunque se

reduce el rendimiento.

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• Sistema auxiliar: El sistema auxiliar se encarga de proporcionar la energía térmica

necesaria para calentar el agua del depósito de acumulación cuando la energía

captada de la radiación solar no es suficiente para satisfacer la demanda neta del

hotel. Se puede diferenciar entre sistemas auxiliares de gas o eléctricos.

• Sistema hidráulico: Incluye a todos los elementos involucrados en el transporte y

regulación tanto del fluido caloportador como del agua, algunos de sus componentes

más importantes son las tuberías, las válvulas de expansión y las bombas de

circulación.

-Tuberías: Son las encargadas de conducir al fluido por los circuitos primario y

secundario. Podrán ser de cobre o de acero inoxidable y tendrán distintos diámetros

en función de el caudal que transcurra por ellas. Se podrá diferenciar entre las de los

circuitos primario y secundario debido a que las del circuito primario se sitúan en su

mayoría en el exterior.

-Vasos de expansión: Son elementos de seguridad esenciales en los circuitos cerrados.

Una instalación de ACS necesita de vasos de expansión en los circuitos primario y

secundario que absorban los aumentos puntuales de volumen del fluido producidos

por un aumento de la temperatura.

Figura 20. Esquema de un vaso de expansión

-Bombas de circulación: Son las encargadas de mover el fluido en los circuitos primario

y secundario. Los dos circuitos tendrán diferentes especificaciones técnicas debido a

que uno es abierto y otro cerrado y a que el secundario, al recibir continuamente agua

nueva desde el exterior de la instalación, que es mucho más agresiva que la que circula

por el secundario.

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Figura 21. Esquema de una bomba de circulación

• Sistema de control: El sistema de control tiene como objetivo asegurar el correcto

funcionamiento de la instalación. El sistema recoge mediante una serie de dispositivos

una serie de datos que posteriormente analiza y actúa en función de los datos

recogidos.

El sistema de control mantiene el fluido de trabajo en un rango de temperatura,

impidiendo que la temperatura de este baje de 3ºC por encima de su temperatura de

congelación y no sobrepasando en ningún caso la temperatura máxima de los

materiales y elementos de la instalación.

Tendrá un sensor de temperatura a la salida de los captadores y otro a la salida del

depósito de acumulación, cuando la diferencia de temperatura entre estos supere los

6ºC se pondrá en marcha las bombas de circulación y cuando esta diferencia de

temperatura sea inferior de 3ºC las bombas se detendrán. Es una manera de ahorrar

electricidad y aumentar la esperanza de vida de las bombas y de la instalación en

general, no haciendo circular el fluido calorportador innecesariamente por las tuberías

del sistema.

Otra función del sistema de control es activar y desactivar el funcionamiento de la

caldera, para ello utiliza el sensor de temperatura colocado a la salida del sistema de

acumulación y activa la caldera cuando la energía térmica almacenada no es suficiente

para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria.

1.6. Características de los equipos

1.6.1. Características de los captadores

Se ha utilizado un campo formado por 9 captadores colocados en paralelo (marca

CHROMAGEN ESPAÑA, S.L.U. modelo PA-F o similar). Dichos captadores tienen las siguientes

características:

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• Área efectiva: 2,58 m2

• Área total: 2,8 m2

• Largo:2,19 m2

• Ancho: 1,275 m2

• Presión máxima de trabajo: 10 bar

• Caudal de ensayo: 45 𝑙

ℎ∗𝑚2

• Capacidad de fluido: 1.5 l

• Fluido caloportador: Agua o agua glicolada.

• Absorbedor de aleta de aluminio soldada por láser a parrilla de conductos de cobre

• Parrilla de tubos de cobre de 8mm de diámetro conectada a tuberías colectoras de 22mm.

• Recubrimiento selectivo de titanio de alta eficiencia.

• Aislamiento Capa de poliuretano rígido inyectado más capa adicional de lana mineral, ambas de 25mm de espesor.

• FR(UL): 3,195𝑊

𝑚2∗𝐾

• FR (τα): 0,801 𝑊

𝑚2∗𝐾

• Pérdida de carga(mm. c. a) = 2,24 ∗ qi2 + 3,72 ∗ qi = 26,6348 mm. c. a.

Este modelo de captador tiene una alta eficiencia y primeramente está diseñando para zonas

con una baja radiación solar, pero se ha realizado un estudio económico colocando el modelo

QA-F, el cual es más barato, y al disminuir el rendimiento había que aumentar el número de

captadores de tal forma que la inversión era bastante mayor.

1.6.2. Acumulador

Se escoge el acumulador IMVV 2000 RB de la empresa SALVADOR ESCODA S.A. de IDROGAS o

similar. Tiene las siguientes características técnicas:

Tabla 1. Características técnicas del acumulador

Estos acumuladores van aislados con 80mm de espesor de espuma rígida de poliuretano de

densidad optimizada y libre de CFC, inyectada en molde, lo que hace que una de las

características de la nueva serie sea su gran capacidad de acumulación. Con boca lateral DN

400. Todos los modelos disponen de conexiones para la incorporación de resistencias

eléctricas e incorporan de serie la protección catódica permanente CORREX UP.

33

1.6.3. Intercambiador de calor

Debido a que hemos diseñado la instalación de pequeñas dimensiones se selecciona el

intercambiador de calor TECNOIL-IPT-0600/1-2-7 de placas termo soldadas o similar, con las

siguientes características técnicas:

Tabla 2. Características técnicas del intercambiador de calor

Para su selección se ha realizado de manera sencilla mediante los caudales de los circuitos

primario y secundario, siendo la configuración de 14/1 la que más se ajusta a los 1044 𝑙

ℎ de

caudal en el primario.

A continuación, se observa una imagen del intercambiador de calor elegido:

Figura 22. Intercambiador de calor seleccionado

34

1.6.4. Vasos de expansión

Se ha elegido el vaso de expansión de INDUSTRIAS IBAIONDO modelo 2 SMF o similar con las

siguientes características técnicas:

• P máxima: 10 bar

• Peso: 0,8 kg

• Conexión: ¾’’

• Membrana especial no recambiable que soporta picos de temperatura de hasta 130º C

durante una hora

• Temperatura: -10º C +100º C

• Apto para uso de anticongelantes hasta el 50%

• Precarga de aire: 2,5 bar

• Certificado CE, conforme a la Directiva 97/23/CE

1.6.5. Bomba de circulación

Se ha elegido la bomba de circulación del circuito primario Wilo STRATOS Pico 25/1-4 o similar,

la bomba logra la máxima eficiencia energética gracias a la interacción con el motor EC y las

posibilidades de ajuste más precisas de 0,1 m. Su manejo y mantenimiento intuitivos, asistidos

por los símbolos en la pantalla LC, así como las funciones de protección automáticas ofrecen

una comodidad de manejo muy alta. Tiene además las siguientes características técnicas:

• La carcasa de la bomba está fabricada de fundición gris, el eje de acero inoxidable, el

rodete de plástico, el cojinete de carbón impregnado de metal y el aislamiento de

polipropileno.

• Temperatura de trabajo entre 2-110ºC

• Presión máxima de trabajo: 10 bar

• Alimentación eléctrica 1~230 V, 50 Hz

• Ajuste de la potencia de la bomba (altura de impulsión)

• Filtro de partículas integrado

• Reducción nocturna automática

• Caudal máximo para la presión manométrica: 3 𝑙

𝑚𝑖𝑛

• Potencia nominal del motor: 16 W

• Peso: 2,11 kg

• Protección IP X4D

• Velocidad n: 1200-3492 r.p.m.

• Índice de eficiencia energética ≤ 0.2

35

Figura 23. Bomba de circulación Wilo STRATOS

1.6.6. Interacumulador auxiliar

Se ha elegido el interacumulador auxiliar MXV-2000-SB de la marca LAPESA o similar, de la

página del fabricante se ha obtenido la siguiente tabla que contiene las características técnicas

más importantes de este:

Tabla 3. Características técnicas interacumulador auxiliar

36

1.6.7. Caldera auxiliar

Se elige una caldera de gas de Buderus del grupo BOSH o similar, se ha seleccionado el modelo

LOGANO SK655 120kW con las siguientes características técnicas, pudiéndose usar cualquier

otro con iguales caracteísticas:

Tabla 4. Características de la caldera auxiliar 1

Tabla 5. Características de la caldera auxiliar 2

37

1.7. Normativa

En España las instalaciones de energía solar de baja temperatura para producción de ACS

tienen tres normas a cumplir, son el RITE, el CTE y la UNE. Existen tres normas para este tipo

de instalaciones en España: CTE, UNE y RITE.

• Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE): El RITE cuenta con los

siguientes apartados a cumplir para instalaciones de producción de ACS:

-Aislamiento térmico (ITE 02.10): Se exige que todas las tuberías y equipos vayan

aislados térmicamente según la norma. En el caso de los equipos, es común de vengan

aislados por el fabricante, pero el proyectista ha de asegurarse.

-Control de instalaciones centralizadas de producción de agua caliente para usos

sanitarios (ITE 02.11.3): La instalación contará con un sistema de control que cumplirá

los requisitos del RITE.

• UNE:

-94002: Describe el cálculo de la demanda de consumo de agua caliente sanitaria

mediante valores de referencia de consumo y de la temperatura de ACS.

-94003: Este apartado proporciona datos sobre la irradiación global mensual y la

temperatura media de la localidad para el dimensionado de la instalación.

-100155: Este apartado dicta las normas para dimensionar el depósito de expansión.

• Código técnico de la edificación (CTE)

-Contribución solar mínima: Según la zona climática en la que se encuentre la

instalación, deberá cumplir una contribución solar mínima, en este caso es del 60%.

-Contribución solar máxima: La contribución solar máxima no debe ser superior al

110% en ningún mes del año ni superior al 100% durante más de tres meses seguidos.

-Superficie total: La relación de área total de captación y volumen de acumulación

deberá estar entre 50 y 180. Estando el área de captación en m2 y el volumen de

acumulación en litros.

-Pérdidas límite: Las pérdidas límite por superposición u orientación del campo de

captadores estará condicionado como sigue:

38

Tabla 6. Pérdidas límite para sistemas ACS

1.8. Bibliografía

• AENOR, Norma UNE 94002/2005, “Instalaciones solares térmicas para producción de

agua caliente sanitaria”, 2005.

• Buderus, Catálogos. (www.buderus.es/)

• Código Técnico de la Edificación, sección HE4 de “Contribución solar mínima”.

• Departamento de Ingeniería Energética, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de

Sevilla, Documentos de la asignatura de Energía Solar.

• Departamento de Ingeniería Energética, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de

Sevilla, Documentos de la asignatura de Instalaciones Térmicas de la Edificación.

• García de Veas Márquez, Álvaro. Instalación solar térmica para producción de ACS en

un hospital, 2018.

• Industrias Ibaiondo, Catálogos. (www.ibaiondo.es/)

• LAPESA, Catálogos. (www.lapesa.com/)

• Manual de usuario de la herramienta informática CHEQ4 (cheq4.idae.es).

• Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), 2013.

• Salvador Escoda S.A., Catálogos. (www.salvadorescoda.com/)

• Tecnoil Calor, Catálogos. (www.tecnoilcalor.com/)

http://www.buderus.es/http://www.ibaiondo.es/http://www.lapesa.com/http://www.salvadorescoda.com/http://www.tecnoilcalor.com/

39

2. MEMORIA DE CÁLCULO

2.1. Introducción

En este apartado se justificarán al detalle los cálculos hechos en el proyecto para la instalación

de un sistema para producción de ACS en el Hotel Albanta de Lantejuela. Se comprobará el

proceso de dimensionado de la instalación y la selección de los equipos cumpliendo la

normativa española vigente.

2.2. Datos de partida

2.2.1. Datos geográficos

Se han obtenido los siguientes datos climáticos y geográficos acerca del edificio:

Municipio Lantejuela

Provincia Sevilla

Altitud(m) 153

Latitud 37º 21’

Longitud 5º 22’

Número de camas 47

Zona climática V Tabla 7. Datos geográficos de Lantejuela obtenidos de CHEQ4

2.2.2. Datos climáticos

Según la norma UNE 94003/2007 se diferencia hasta 5 zonas climáticas en España según su

radiación solar media anual sobre una superficie horizontal en 𝑘𝑊ℎ

𝑚2, perteneciendo a la zona

climática V toda zona que reciba más de 5 𝑘𝑊ℎ

𝑚2.

Figura 24. Zonas climáticas de España.

40

El programa CHEQ4 nos elabora automáticamente una tabla con diferentes parámetros

característicos de Lantejuela a lo largo de los meses del año como son:

• Radiación global media mensual 𝑀𝐽

𝑚2 .

• Temperatura media del agua de red ( ºC).

• Temperatura media ambiental (ºC).

Estos datos quedan representados en la siguiente tabla y serán utilizados por el programa

CHEQ4 para realizar los cálculos necesarios para hallar los parámetros de demanda y demanda

cubierta:

RADIACIÓN (𝑴𝑱

𝒎𝟐) Tª AGUA DE RED(º𝑪) Tª AMBIENTE

ENERO 9,8 10,1 9,3

FEBRERO 13,2 10,1 10,5

MARZO 18,1 12,1 12,6

ABRIL 22,1 13,1 14,6

MAYO 25,2 15,1 18,2

JUNIO 28,4 18,1 22,0

JULIO 29,2 20,1 25,4

AGOSTO 25,9 20,1 25,4

SEPTIEMBRE 20,8 19,1 23,0

OCTUBRE 14,5 15,1 18,1

NOVIEMBRE 10,5 12,1 12,9

DICIEMBRE 8,4 10,1 9,7

PROMEDIO 18,8 14,6 16,8

Tabla 8. Datos Climatológicos Cheq4

2.3. Cálculo de la demanda

2.3.1. Cálculo del consumo de agua

En el CTE-HE4 de ‘Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria’ establece unos valores

de referencia estándar de la demanda de ACS en 𝑙

𝑑í𝑎 por persona y según el tipo de edificio

donde se lleva a cabo el proyecto, tomándose como referencia una temperatura genérica en el

acumulador de ACS de 60 ºC.

En la siguiente tabla obtenida del CTE, sección HE4, se puede observar como varía la cantidad

de demanda de agua caliente sanitaria por persona en 𝑙

𝑑í𝑎:

41

Tabla 9. Demanda de ACS según CTE con referencia a 60ºC

Sabiendo que el Hotel Albanta posee 3 estrellas, podemos tomar como referencia de consumo

41 𝑙

𝑑í𝑎∗𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎.

La ocupación máxima del hotel es de 47 personas, incluyendo a los dueños de este. La

instalación se diseñará para su ocupación máxima contando las camas supletorias, por lo que

la demanda total se calculará de la siguiente manera:

𝐷𝑇𝑂𝑇𝐴𝐶𝑆 = 𝐷𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑅𝐸𝐹 ∗ 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 1927𝑙

𝑑í𝑎

2.3.2. Cálculo de la demanda energética

La demanda energética del hotel variará según el mes del año en que nos encontremos,

debido a que la temperatura de agua de la red variará con la época del año. La demanda

energética se calculará de la siguiente manera:

42

𝐷𝑀𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑎

= 𝐷𝑇𝑂𝑇𝐴𝐶𝑆 ∗ 𝐶𝑝𝐴𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝜌 ∗ (𝑇𝐴𝑐 − 𝑇𝑅𝑒𝑑) ∗ 𝑁º𝐷í𝑎𝑠

Siendo:

𝐷𝑀𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑎

: 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙 (𝑘𝐽).

𝐷𝑇𝑂𝑇𝐴𝐶𝑆: 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑í𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑡𝑒𝑙 (

𝑙

𝑑í𝑎).

𝐶𝑝𝐴𝑔𝑢𝑎: 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∗ 𝐾).

𝜌: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑘𝑔

𝑙).

𝑇𝐴𝑐: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 (60º𝐶).

𝑇𝑅𝑒𝑑: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑠.

TRed (ºC) 𝑫𝑴𝒆𝒏𝒔𝒖𝒂𝒍𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈é𝒕𝒊𝒄𝒂

(kJ)

Enero 10,1 12.460.062,9

Febrero 10,1 11.254.250,4

Marzo 12,1 11.960.661,6

Abril 13,1 11.333.188

Mayo 15,1 11.211.559,6

Junio 18,1 10.124.959

Julio 20,1 9.963.056,33

Agosto 20,1 9.963.056,33

Septiembre 19,1 9.883.313,22

Octubre 15,1 11.211.559,6

Noviembre 12,1 11.574.833,8

Diciembre 10,1 12.460.062,9

PROMEDIO 14,6 11.116.713,7 Tabla 10. Demanda energética mensual

Figura 25. Demanda energética anual en MJ

43

2.4. Cálculo de la superficie de captación y volumen de acumulación

En este apartado trataremos de encontrar un equilibrio entre un volumen de acumulación

adecuado y un número de captadores dispuestos en serie o en paralelo.

El CTE, sección HE4 y apartado 2.2.5.2., referido a los sistemas de acumulación solar dice: ‘El

volumen de acumulación solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo

largo del día. Se debe prever una acumulación acorde con la demanda.’

Por otro lado, el sistema deberá cumplir la relación:

50 ≤𝑉

𝐴≤ 180

V: Volumen de acumulación en litros.

A: Área total de captación.

Sabiendo esto, se ha realizado un estudio relacionando diferentes volúmenes de acumulación

con el N.º de captadores de la instalación, para ello se han dispuesto en paralelo, con uno en

serio para así aumentar el rendimiento del sistema. Por tanto se comprueba en la siguiente

tabla como aquella disposición que no tiene su 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

Á𝑟𝑒𝑎 dentro del rango [50,180], siendo el

área de cada captador 2.58 m2, aparecerá sombreada.

N.º captadores

950 l 1500 l 2000 l 2500 l 3000 l

4 33 35

5 41 42 44

6 48 49 51 52

7 55 56 57 59 60

8

62 63 65 66

9

68 69 70 71

10

72 73 74 75

11

76 77 78 79

12

80 81 81

13

82 83 84

14

84 85 85

15

86 86 87

16

88 88

17

89 89

18

89 90

19

90 90

20

91 Tabla 11. Selección respecto al volumen de acumulación y el área de captación

44

Una vez cerrado el rango de selección, se pasa a contemplar la mínima fracción de demanda

cubierta. Refiriéndonos al CTE-HE4, nos dice que al encontrarnos en la zona climática V y

teniendo el hotel una demanda menor de 5000 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑑í𝑎, la fracción mínima de demanda cubierta

por la instalación solar de baja temperatura deberá ser al menos del 60%.

Esto puede contemplarse en la tabla 11, donde queda señalado en rojo el porcentaje de

demanda cubierta en nuestra instalación.

Tabla 12. Fracción solar mínima según la zona climática

Otra especificación del CTE, apartado 2.2.2.1., nos dice que en ningún caso el campo del

captadores podrá cubrir más del 110% de la demanda bruta del edificio. Tampoco se podrá

superar el 100% de la demanda cubierta del edificio durante un periodo superior a 3 meses. En

cualquiera de los dos casos se deberán tomar algunas de las medidas propuestas a

continuación:

• Dotar a la instalación de la posibilidad de disipar dichos excedentes (a través de

equipos específicos o mediante la circulación nocturna del circuito primario).

• Mediante el tapado parcial del campo de captadores: En este caso el captador está

aislado del calentamiento producido por la radiación solar y a su vez evacua los

posibles excedentes térmicos residuales a través del fluido del circuito primario (que

seguirá atravesando el captador).

• Vaciado parcial del campo de captadores: Esta solución permite evitar el

sobrecalentamiento, pero dada la pérdida de parte del fluido del circuito primario,

debe ser repuesto por un fluido de características similares debiendo incluirse este

trabajo en ese caso entre las labores del contrato de mantenimiento.

• Desvío de los excedentes energéticos a otras aplicaciones existentes.

En la tabla 6, se ha señalado en rojo aquellas disposiciones que incumplen la especificación de

cubrir el 60% de demanda cubierta del código técnico de la edificación y por tanto no es

posible que sean instaladas en el hotel. Por otro lado, se han señalado en amarillo aquellas

opciones de distribución, las cuales, debido a que pueden implementarse pero suponen un

sobrecoste innecesario en la instalación, se descartarán al considerarlas unas distribuciones

sobredimensionadas para las necesidades de demanda máxima que tendrá el Hotel Albanta.

45

N.º captadores

950 l 1500 l 2000 l 2500 l 3000 l

4 33 35

5 41 42 44

6 48 49 51 52

7 55 56 57 59 60

8

62 63 65 66

9

68 69 70 71

10

72 73 74 75

11

76 77 78 79

12

80 81 81

13

82 83 84

14

84 85 85

15

86 86 87

16

88 88

17

89 89

18

89 90

19

90 90

20

91

21

91

22

91

23

91

24

Tabla 13. Selección respecto a la fracción de demanda cubierta

Tomándose de referencia un volumen de acumulación de 2500 l, se ha comprobado como la

fracción de demanda cubierta aumenta de forma logarítmica al aumentar el número de

captadores en la instalación:

Figura 26. Fracción de demanda cubierta/N.º. de captadores

46

En un primero momento se planteó comprar el acumulador de 1500 l, debido a que el hotel se

sitúa en un pueblo de Sevilla y no se prevén picos de ocupación máxima. No obstante,

habiendo mirado el catálogo de acumuladores se observa una mínima diferencia de precio con

el de 2000 l, por tanto, terminamos eligiendo el IMVV 2000 RB de la marca SALVADOR ESCODA

S.A o similar.

Para la disposición de los captadores, se ha hecho un estudio para optimizar el n.º de

captadores que se colocarán en serie. Al colocar captadores en serie, el rendimiento del

segundo captador se ve reducido en torno al 8% debido a que aumenta la temperatura de

entrada a este. Así que interesa que la instalación tenga los captadores en paralelo, a no ser

que nuestro objetivo sea un calentamiento rápido. A continuación, se observa gráficamente

este descenso del rendimiento:

Figura 27. Fracción de demanda cubierta/N.º de captadores en serie

No obstante, hay que tener en cuenta que al disponer en paralelo los capadores aumentará el

número de tuberías a utilizar, por lo que aumentará el coste de la instalación. A pesar de ello,

tenemos una instalación pequeña y los captadores se ubicarán relativamente cerca de la sala

de máquinas del Hotel, por lo que este coste no aumentará demasiado.

Finalmente, se ha optado por colocar 9 captadores en paralelo, lo que supone un área de

captación de 23.22 m2 y un volumen específico de 86.13 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑚2. Se ha elegido este número de

captadores debido a que, por encima de 10, el porcentaje de demanda cubierta era superado

en alguno de los meses y no se tiene ninguna otra aplicación para el ACS sobrante,

considerándose un desperdicio de energía, suponiendo que es un Hotel que difícilmente

alcanzará su máxima ocupación. No se han elegido 8 captadores para aumentar el rendimiento

de la instalación, con la intención de que el coste de un captador adicional se termine

amortizando en un tiempo relativamente pequeño.

47

2.5. Cálculo de la red de tuberías en el circuito primario

Tras haber elegido el numero de captadores y su disposición, se procede a diseñar y

dimensionar la red de tuberías. Una vez calculada la pérdida de presión en las tuberías se

podrá elegir la bomba adecuada para mover el caudal del circuito primario.

Las especificaciones del captador CHROMAGEN PA-F o similar, nos dicen que el caudal

recomendado es 45 𝑙

ℎ∗𝑚2 para una superficie de captación de 2.58 𝑚2. Sabiendo que tenemos

9 captadores colocados en paralelo, el caudal del circuito primario nos queda:

�̇�𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 = 45 ∗ 2.58 ∗ 9 = 1,044.9 𝑙

ℎ

Se diseñará la instalación tratando de reducir lo máximo posible las pérdidas de presión para

optimizar el precio de la bomba y minimizar los gastos en electricidad. Se utilizará la técnica de

retorno invertido, haciendo que la pérdida de presión en cada tramo sea similar y no sea

necesario usar válvulas de equilibrado para regular el caudal que circula por cada captador

Figura 28. Distribución de los captadores en la azotea

Para el dimensionado de los diámetros de las tuberías se siguen una serie de recomendaciones

técnicas proporcionadas por el IDAE:

• La velocidad en las tuberías no deberá sobrepasar los 1.2 𝑚

𝑠 en el interior de edificio y

los 3 𝑚

𝑠 en las zonas exteriores.

• La pérdida de carga por metro en las tuberías deberá encontrarse entre los 200 y los

400 𝑃𝑎

𝑚.

48

Por medio de una función de Excel creada por el profesor de la Universidad de Sevilla,

Francisco Coronel Toro, la cual proporciona la pérdida de presión por metro de tubería de la

red de agua, solicitando como datos, temperatura del agua, material, diámetro de tubería y

caudal de agua, se ha ajustado la red a las recomendaciones anteriormente expuestas.

Es necesario añadir que, respecto a la pérdida de presión, ha sido imposible ajustarse a los

límites recomendados debido a la limitación de los diámetros comerciales que existen. No

obstante, se han dimensionado las tuberías con un gran criterio para que no se aleje

demasiado del intervalo [200,400] 𝑃𝑎

𝑚.

D('') 0,375 0,5 0,75 1 1,25 1,5 2

D(mm) 9,525 12,7 19,05 25,4 31,75 38,1 50,8

V(l/h)

161,1 675,7 173,7 25,8 6,6 1,8 0,6 0,2

232,2 1272,5 325,4 48,0 12,4 4,4 1,8 0,3

348,3 2584,8 657,2 96,2 24,7 8,7 3,7 1,0

464,4 4290,9 1086,7 158,2 40,5 14,1 6,0 1,5

580,5 6372,0 1608,6 233,3 59,6 20,7 8,8 2,3

696,6 8815,1 2219,4 320,9 81,8 28,4 12,0 3,1

812,7 11610,5 2916,5 420,5 107,0 37,1 15,7 4,0

928,8 14750,8 3697,6 531,8 135,1 46,8 19,7 5,1

1044,9 18229,8 4561,0 654,5 166,1 57,5 24,2 6,2 Tabla 14. Pérdidas de presión según el diámetro de las tuberías

El cálculo de la velocidad del agua que pasa por la tubería se calcula en función del caudal y del

diámetro obtenido en la tabla anterior al calcular las pérdidas de presión de la forma:

𝑉 (𝑚

𝑠) =

(4 ∗ �̇�)

𝜋 ∗ 𝐷2

Al comprobar las velocidades de cada tubería se observa que ninguna nos dará problemas de

exceso de ruido al no superar siquiera la velocidad de 1,2 𝑚

𝑠.

D('') 0,375 0,5 0,75 1 1,25 1,5 2

D(mm) 9,525 12,7 19,05 25,4 31,75 38,1 50,8

V(l/h)

161,1 0,63 0,35 0,16 0,09 0,06 0,04 0,02

232,2 0,91 0,51 0,23 0,13 0,08 0,06 0,03

348,3 1,36 0,76 0,34 0,19 0,12 0,08 0,05

464,4 1,81 1,02 0,45 0,25 0,16 0,11 0,06

580,5 2,26 1,27 0,57 0,32 0,20 0,14 0,08

696,6 2,72 1,53 0,68 0,38 0,24 0,17 0,10

812,7 3,17 1,78 0,79 0,45 0,29 0,20 0,11

928,8 3,62 2,04 0,91 0,51 0,33 0,23 0,13

1044,9 4,07 2,29 1,02 0,57 0,37 0,25 0,14 Tabla 15. Velocidad del agua según el diámetro de la tubería

49

2.5.1. Pérdida de carga en la red de tuberías

Para posteriormente poder dimensionar la bomba de circulación del circuito primario, se ha

calculado la pérdida de carga total de la red de tuberías que posteriormente la bomba ha de

vencer, para calcular esta pérdida de carga se evalúan las pérdidas en tuberías, en los equipos

de la instalación y en los accesorios de esta.

Para este dimensionado se calcularán las pérdidas de carga por separado para más tarde

sumarlas y obtener la pérdida de carga total del circuito:

∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = ∆𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎𝑠 + ∆𝑃𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠 + ∆𝑃𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠

1. La pérdida de presión en 𝑃𝑎

𝑚 que observamos en la tabla 10, ha sido hallada en función

del caudal que circula por cada tramo y el diámetro interior de tubería de cada tramo.

La pérdida de presión en tuberías es el producto de la pérdida de presión por metro de

tubería y la longitud del tramo, debido a que anteriormente ya se ha hecho la

distribución y dimensionado de las tuberías, se sabe la longitud que tendrá cada tramo

de estas y se calcula como sigue:

∆𝑃𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎𝑠 = ∆𝑃 (𝑃𝑎

𝑚) ∗ 𝐿𝑇𝑟𝑎𝑚𝑜

2. La pérdida de presión en accesorios se calculará mediante la tabla 15 de equivalencias,

en esta tabla según el diámetro nominal de cada tramo de tuberías y los accesorios

que contenga, tendrá una longitud equivalente u otra.

En el caso de que la tubería tenga dos o más accesorios, estás longitudes equivalentes

serán adicionales. En el caso de las bifurcaciones en T en ramas derivadas o en ramas

alineadas, las pérdidas de carga se tendrán siempre en cuenta en el tramo que se

encuentre aguas arriba de dicho accesorio.

Las tuberías de este proyecto tienen diámetros nominales de ½”, ¾” y 1”.

Tabla 16. Tabla de equivalencias de accesorios

50

A continuación, se muestra en la tabla 16 los accesorios que tiene cada uno de los tramos:

T1 Codo 90º

T2 T en rama alineada




T6 T en rama derivada y codo 90º



T9 T en rama alineada y codo 90º

T10 T en rama derivada y codo 90º

T11 T en ramas alineada y derivada







T18 T en ramas alineada y derivada y 3 x codo 90º

T19 T en rama derivada







Se calcula una vez obtenida la longitud equivalente de cada tramo la pérdida de presión de

manera similar al apartado anterior:

∆𝑃𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 = ∆𝑃 (𝑃𝑎

𝑚) ∗ 𝐿𝑒𝑞

3. Los equipos del sistema como los captadores y el intercambiador siempre van a

aportar al fluido una cierta pérdida de carga al pasar por ellos.

La pérdida de carga del intercambiador se asocia al tramo 1 y se puede obtener

directamente de sus características técnicas de este, ya que no varía en función de los

parámetros de la instalación, siendo:

∆𝑃𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 = 1,99 𝑘𝑃𝑎

51

Por otro lado, la pérdida de presión en los captadores se calcula según el caudal que se

haga circular por cada uno de ellos. Esta relación la podemos encontrar en sus

características técnicas:

∆𝑃𝐶𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠(𝑚𝑚. 𝑐. 𝑎) = 2,24 ∗ 𝑞𝑖2 + 3,72 ∗ 𝑞𝑖 = 26,6348 𝑚𝑚. 𝑐. 𝑎. = 0,2612 𝑘𝑃𝑎

-qi: caudal que pasa por cada captador (𝑙

𝑚𝑖𝑛)

-mm.c.a.: milímetros de columna de agua

La pérdida de presión que aporta los captadores al circuito se asociará a los

tramos:9,10,19,20,21,22,23,24 y 25.

Para facilitar los cálculos, se ha elaborado una hoja Excel en la que se detalla el cálculo

de la pérdida de presión de tuberías por tramo. Posteriormente a esta tabla podemos

observar la pérdida de presión por cada circuito, siendo el mismo número de circuitos

que número de captadores.

Tabla 17. Pérdida de presión en cada tramo de tuberías

Se halla el desequilibrio que tiene cada circuito para evaluar si las pérdidas son

suficientemente pequeñas para que no sea necesario el uso de válvulas de equilibrado, cuya

función es hacer pasar el mismo caudal por cada circuito.

TRAMOS L(m) V(l/h) D(") Dp(Pa/m) DP_tub(kPa)L_eq(m) Dp_(kPa) Dp_equipos(Kpa)Dp_Tot(Kpa)

T1 2,75 1044,9 1 166,1 0,456775 0,4 0,06644 1,99 2,513215

T2 1,5 928,8 0,75 531,8 0,7977 0,29 0,154222 0 0,951922

T3 1,5 812,7 0,75 420,5 0,63075 0,29 0,121945 0 0,752695

T4 1,5 696,6 0,75 320,9 0,48135 0,29 0,093061 0 0,574411

T5 1,5 580,5 0,75 233,3 0,34995 0,29 0,067657 0 0,417607

T6 4 464,4 0,75 158,2 0,6328 0,95 0,15029 0 0,78309

T7 1,5 348,3 0,5 657,2 0,9858 0,11 0,072292 0 1,058092

T8 1,5 232,2 0,5 325,4 0,4881 0,11 0,035794 0 0,523894

T9 1,7 161,1 0,5 173,7 0,29529 0,28 0,048636 0,25613 0,600056

T10 1,8 161,1 0,5 173,7 0,31266 0,57 0,099009 0,25613 0,667799

T11 1,5 232,2 0,5 325,4 0,4881 0,11 0,035794 0 0,523894

T12 1,5 348,3 0,5 657,2 0,9858 0,11 0,072292 0 1,058092

T13 1,5 464,4 0,75 158,2 0,2373 0,17 0,026894 0 0,264194

T14 4 580,5 0,75 233,3 0,9332 1,12 0,261296 0 1,194496

T15 1,5 696,6 0,75 320,9 0,48135 0,17 0,054553 0 0,535903

T16 1,5 812,7 0,75 420,5 0,63075 0,17 0,071485 0 0,702235

T17 1,5 928,8 0,75 531,8 0,7977 0,17 0,090406 0 0,888106

T18 6,67 1044,9 1 166,1 1,107887 2,36 0,391996 0 1,499883

T19 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T20 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T21 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T22 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T23 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T24 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

T25 0,5 161,1 0,5 173,7 0,08685 0,4 0,06948 0,25613 0,41246

52

Para conseguir la pérdida de carga total de cada circuito y así el mayor desequilibrio presente

en el sistema se hace otra tabla Excel derivada de la anterior. De forma que para la pérdida de

carga de cada circuito solo se adicionarán las pérdidas de los tramos/tuberías por los que pase,

siendo lógicamente nulo si el circuito no pasa por ello.

En la siguiente tabla se representa explicado, donde se puede observar que el máximo

desequilibrio es de 1,1 kPa del circuito 9 respecto al 3:

Tabla 18. Desequilibrio de cada circuito

2.6. Dimensionado de la bomba de circulación

La bomba de circulación del circuito primario se selecciona en función de la altura

manométrica, que se calcula mediante la pérdida de presión más desfavorable de entre la de

cada uno de los circuitos, y el caudal volumétrico que se hace pasar por el circuito primario.

Se sabe que la altura manométrica es la máxima caída de presión de entre todos los tramos

(T3):

𝐻 = 10,8 𝑘𝑃𝑎 = 1,102 𝑚. 𝑐. 𝑎.

CIRCUITO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

T1 2,513 2,51 2,51 2,5 2,5 2,51 2,5 2,5 2,51

T2 0 0,95 0,95 1 1 0,95 1 1 0,95

T3 0 0 0,75 0,8 0,8 0,75 0,8 0,8 0,75

T4 0 0 0 0,6 0,6 0,57 0,6 0,6 0,57

T5 0 0 0 0 0,4 0,42 0,4 0,4 0,42

T6 0 0 0 0 0 0,78 0,8 0,8 0,78

T7 0 0 0 0 0 0 1,1 1,1 1,06

T8 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0,52

T9 0 0 0 0 0 0 0 0 0,6

T10 0,668 0 0 0 0 0 0 0 0

T11 0,524 0,52 0 0 0 0 0 0 0

T12 1,058 1,06 1,06 0 0 0 0 0 0

T13 0,264 0,26 0,26 0,3 0 0 0 0 0

T14 1,194 1,19 1,19 1,2 1,2 0 0 0 0

T15 0,536 0,54 0,54 0,5 0,5 0,54 0 0 0

T16 0,702 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0 0

T17 0,888 0,89 0,89 0,9 0,9 0,89 0,9 0,9 0

T18 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

T19 0 0,41 0 0 0 0 0 0 0

T20 0 0 0,41 0 0 0 0 0 0

T21 0 0 0 0,4 0 0 0 0 0

T22 0 0 0 0 0,4 0 0 0 0

T23 0 0 0 0 0 0,41 0 0 0

T24 0 0 0 0 0 0 0,4 0 0

T25 0 0 0 0 0 0 0 0,4 0

∆P(kpa) 9,848 10,5 10,8 10 10 10 11 10 9,67

DESEQUILIBRIO 0,925 0,23 0 0,5 0,3 0,74 0,2 0,4 1,1

53

𝑄𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 = 1,0449𝑚3

ℎ

Por lo que es fácil comprobar que la bomba de circulación WILO Stratos PICO 25/1-4 o similar

se adapta a nuestro sistema, siendo ‘25’ el diámetro nominal de conexión y [1-4] el margen de

la altura manométrica. Esto se puede comprobar en la tabla mostrada a continuación:

Figura 29. Curva característica Wilo STRATOS o similar

Para el dimensionado de la bomba de circulación del secundario se hace de manera similar

pero más sencillo debido a la longitud de este circuito, la bomba tendrá que vencer 1.99 kPa

de pérdida de carga del intercambiador y 0.32 kPa de la pérdida de carga en los 2 metros de

tuberías del circuito, con lo que queda:

𝐻 = 0.24 𝑚. 𝑐. 𝑎.

Esta bomba moverá un caudal del orden del caudal del circuito primario, finalmente se elige

una bomba de circulación HALM BUPA 25-4.0 N180 o similar, que puede vencer 2.5 kPa de

pérdida de carga.

A continuación, se adjunta una gráfica con las curvas características de la bomba seleccionada

en cuestión:

54

Figura 30. Bomba del circuito secundario

2.7. Dimensionado del vaso de expansión

Con la finalidad de proteger la instalación, es necesario seleccionar un vaso de expansión

adecuado. Un vaso de expansión sirve como elemento protector ante un cambio del volumen

específico del agua al aumentar la temperatura.

Para ellos se aplica la norma UNE 100155: Diseño y cálculos de sistemas de expansión. Para

comenzar se ha calcula mediante el volumen total del fluido en el circuito primario, como la

suma del volumen del fluido caloportador en tuberías, sistema de captación e intercambiador

de forma que:

𝑉𝑇 = 𝑉𝑇𝑢𝑏 + 𝑉𝐶𝑎𝑝𝑡 + 𝑉𝐼𝑛𝑡

• 𝑉𝑇: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

• 𝑉𝑇𝑢𝑏: 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎𝑠

• 𝑉𝐶𝑎𝑝𝑡: 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

• 𝑉𝐼𝑛𝑡: 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟

El volumen de fluido de cada tramo se ha hallado mediante el volumen interior del conjunto

de las tuberías, es decir, de su capacidad total de almacenamiento de fluido. Por otro lado, el

volumen interior del campo de captadores es el producto del número de captadores y el

volumen interior del serpentín de circula por cada uno de ellos, según las características

técnicas de la web del fabricante.

55

En la siguiente tabla se puede observar el procedimiento seguido para calcularlo, así como se

muestra que se ha sobredimensionado con un coeficiente de seguridad del 10% del volumen

total para asegurarnos el buen funcionamiento de la red en casos extremos:

Tabla 19. Cálculo del volumen del circuito primario

El volumen del vaso de expansión se halla usando:

𝑉𝑉𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 = 𝑉𝑡 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 𝐶𝑝

• Ce: Coeficiente de expansión del fluido caloportador.

• Cp: Coeficiente de presión.

Para calcular el coeficiente de expansión del fluido se utiliza la siguiente expresión:

𝐶𝑒 = (−1,75 + 0,064 𝑇 + 0,0036 𝑇2) ∗ 0,001 ∗ 𝑓𝑐

TRAMOS D(mm) Caudal(l/h) L(m) V(l)

T1 25,4 1044,9 2,75 1,3934456

T2 19,05 928,8 1,5 0,4275344

T3 19,05 812,7 1,5 0,4275344

T4 19,05 696,6 1,5 0,4275344

T5 19,05 580,5 1,5 0,4275344

T6 19,05 464,4 4 1,1400918

T7 12,7 348,3 1,5 0,1900153

T8 12,7 232,2 1,5 0,1900153

T9 12,7 161,1 1,7 0,2153507

T10 12,7 161,1 1,8 0,2280184

T11 12,7 232,2 1,5 0,1900153

T12 12,7 348,3 1,5 0,1900153

T13 19,05 464,4 1,5 0,4275344

T14 19,05 580,5 4 1,1400918

T15 19,05 696,6 1,5 0,4275344

T16 19,05 812,7 1,5 0,4275344

T17 19,05 928,8 1,5 0,4275344

T18 25,4 1044,9 6,67 3,3797389

T19 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T20 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T21 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T22 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T23 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T24 12,7 161,1 0,5 0,0633384

T25 12,7 161,1 0,5 0,0633384

Captadores 13,5

Intercambiador

Total 25,620443

Total +10% 28,182487

56

Siendo:

• T: Temperatura de la sección donde se sitúa el vaso de expansión, se supone 54 ºC.

• 𝑓𝑐: Factor corrector mezcla agua-glicol.

𝑓𝑐 = 𝑎 ∗ (1,83 ∗ 𝑇 + 32)𝑏

𝑎 = −0,0134 ∗ (𝐺2 − 143,8 ∗ 𝐺 + 1918,2) = 7,4745

𝑏 = 3,5 ∗ (𝐺2 − 94,57 ∗ 𝐺 + 500) ∗ 10−4 = −0,347

Siendo:

• G: Porcentaje de glicol en el agua, 20%.

• T: Temperatura de la sección donde se sitúa el vaso de expansión, se supone 54 ºC.

Por lo que se obtiene que:

𝐶𝑒 = 0,0168

Posteriormente, para conocer el coeficiente de presión de un vaso de expansión tenemos

que:

𝐶𝑝 =𝑃𝑀á𝑥

𝑃𝑀á𝑥 − 𝑃𝑀𝑖𝑛

• PMáx: Viene determinada por la presión máxima soportada por los equipos de la

instalación y presión de la válvula de seguridad, por lo que será 8 bar.

• PMin: La presión mín. está fijada por la diferencia de altura entre el punto más alto de la

instalación y la situación del vaso de expansión. Esta diferencia es cero pues nuestra

instalación se encuentra en una sola planta. No obstante, se le aplica un coeficiente de

seguridad de 0,5. Siendo:

𝐶𝑝 = 1,066

Por lo que siendo conocidos el coeficiente de expansión del fluido y el coeficiente de

presión, es sencillo hallar el volumen del vaso de expansión que es:

𝑉𝑉𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 = 0,5 𝑙

Estando dimensionado el vaso de expansión se ha procedido a su selección, se ha

elegido el vaso de expansión de INDUSTRIAS IBAIONDO S.A. modelo 2 SMF o similar,

con capacidad de 2 litros.

57

Tabla 20. Selección del vaso de expansión

2.8. Dimensionado intercambiador de calor

Es crucial el diseño de un intercambiador de calor adecuado debido a que es el encargado de

transmitir la energía térmica del primario al secundario. Para ello el CTE impone:

�̇�(𝑊) ≥ 500 ∗ 𝐴_𝑐𝑎𝑝𝑡

Lo que nos lleva a que �̇� ≥ 11,61 𝑘𝑊

Una vez obtenido el calor mínimo intercambiado se puede pasar a calcular el salto mínimo de

temperatura:

�̇� = 𝑄𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 ∗ 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇

• Cp: Calor específico del fluido primario

Por lo que una vez tenemos el Cp del fluido podemos hallar:

11,61 ≥1044,9 ∗ 1

3600∗ 3,98 ∗ ∆𝑇

∆𝑇 ≥ 10,05 º𝐶

Por lo que el intercambiador elegido ha sido el MODELO: TECNOIL-IPT-0600/1-2-7 de la marca

Tecnoilcalor o similar, el cual es capaz de transferir hasta 30 kW de energía térmica entre el

primario y el secundario.

N.º de Placas

Potencia máxima kW

Caudal en el primario l/h

Caudal en el secundario l/h

Pérdida de carga primario kPa

Pérdida de carga secundario kPa

14/1 30 1.338 648 1,99 0,72 Tabla 21. Selección del intercambiador de calor

58

2.9. Diseño del equipo auxiliar

Se diseñará un equipo auxiliar para cubrir la demanda de ACS sanitaria cuando la demanda

energética sobrepase la energía neta captada mediante los captadores solares.

Es importante puntuar que esta instalación solo se pondrá en funcionamiento solo se usará

cuando sea necesario, es decir, la energía captada de la radiación solar siempre tendrá

preferencia a utilizarse ante la producida con la caldera auxiliar.

2.9.1. Diseño interacumulador auxiliar

Este apartado se centrará en calcular el caudal máximo simultaneo del hotel, este es el caudal

máximo suponiendo todos los elementos en uso. Para ello primero se calcula el caudal

instantáneo máximo de todos los elementos de la instalación mediante una tabla

proporcionada por el CTE.

Se tendrán en cuenta lavabos, duchas, lavadoras, urinarios y todo tipo de instalación que

requiera de ACS:

Tabla 22. Consumo instantáneo ACS del CTE

En la siguiente tabla se calcula sumando todos los elementos del hotel:

Tabla 23. Consumo máximo ACS

Bañeras Lavabo Inodoro Bidé Lavadora Lavadero Fregadero Lavavajillas

Caudal ACS (L/s) 0,15 0,065 0 0,15 0,4 0,1 0,2 0,2

Habitaciones 14 14 13 13

Cocinas 2 4 3 2

Otros 2

Total 14 14 15 13 2 4 3 2

7,16 2,1 0,91 0 1,95 0,8 0,4 0,6 0,4

59

Con la siguiente tabla y habiendo hallado anteriormente el máximo consumo instalado de ACS

le aplicamos el coeficiente de simultaneidad:

Tabla 24. Coeficientes de simultaneidad

Siendo Qt, el máximo consumo instalado calculado anteriormente y Qc el caudal simultáneo.

Observando la tabla y debido a que la Qt del hotel es mayor que 1 l/s pero menor de 20 l/s, se

aplica el siguiente coeficiente:

𝑄𝑐 = 1.7 ∗ 𝑄𝑡0.21 − 0.7

Siendo 𝑄𝑡 = 7.16𝑙

𝑠 el caudal de cálculo queda:

𝑄𝑐 = 1.87𝑙

𝑠

Para el cálculo del volumen del acumulador se calcula sobre un tiempo aproximado a 15

minutos como se comprueba a continuación:

𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 1.87𝑙

𝑠∗

60 𝑠

1 𝑚𝑖𝑛∗ 15 𝑚𝑖𝑛 = 1683.25 𝐿

Se ha elegido un interacumulador de calor MXV-2000-SB de la marca LAPESA o similar para

nuestra instalación.

2.9.2. Dimensionado de la caldera auxiliar

La caldera auxiliar debe tener la potencia suficiente como para cubrir la demanda máxima neta

de energía que no puede ser obtenida directamente de la radiación solar. Se dimensiona

mediante la potencia útil en función de:

𝑃ú𝑡𝑖𝑙 = 𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 ∗ 𝐶𝑝 ∗𝑇𝐴𝐶𝑆 − 𝑇𝐴𝑓

𝑡𝑝𝑟𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

60

• 𝑃ú𝑡𝑖𝑙(𝑘𝑊): Potencia que tiene que proporcionar la caldera auxiliar.

• 𝑉𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟: El volumen del interacumulador elegido anteriormente.

• 𝐶𝑝(𝑘𝐽

𝑘𝑔∗º𝐶): Calor específico del agua = 4.19

𝑘𝐽

𝑘𝑔∗º𝐶.

• 𝑇𝐴𝐶𝑆(º𝐶):Temperatura del agua caliente que circula por la red = 60 º𝐶.

• 𝑇𝐴𝑓(º𝐶): Temperatura de agua fría más desfavorable del municipio = 10.1 º𝐶.

• 𝑡𝑝𝑟𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛(𝑠):El tiempo de preparación se estima en 1 hora.

Finalmente hacemos los cálculos y nos queda:

𝑃ú𝑡𝑖𝑙 = 116.16 𝑘𝑊

Se ha elegido una caldera de gas de Buderus del grup

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