1. UNIVERSIDAD DE EXTREMADURAESCUELA DE INGENIERAS INDUSTRIALESManual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.PROYECTO PRESENTADO PARA OPTAR AL TITULO DEL MSTER UNIVERSITARIO EN INVESTIGACIN EN ARQUITECTURA E INGENIERA INDUSTRIAL PORAXEL COTN GUTIRREZBADAJOZ, SEPTIEMBRE DE 2013

2. PROYECTO FIN DE MSTER Autor: AXEL COTN GUTIRREZ Director o Directores: ANTONIO RUIZ CELMA Y FERNANDO LPEZ RODRGUEZ Tribunal de evaluacin: FRANCISCO CUADROS BLQUEZ AWF AL-KASSIR ABDULLA ALFONSO MARCOS HERNNDEZ 3. Dedico el presenta manual a todos aquellos compaeros ingenieros y arquitectos que me han ayudado tanto en mi etapa profesional como en la realizacin de este manual. En especial a: Mara Beln Trenado Nez Alicia Jimnez Garca Laura Fernndez Ruz Francisco Javier Hernndez Plaza 4. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndiceNDICE: BLOQUE I RADIACIN SOLAR. .................................................................... 18 1.INTRODUCCIN Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES. ...................... 191.1.INTRODUCCIN..................................................................................... 191.2.EL SOL Y LA ENERGA SOLAR. ............................................................ 201.3.MAGNITUDES Y UNIDADES FSICAS. ................................................. 211.3.1. Conceptos fundamentales de las magnitudes ms importantes. ............ 23 1.3.2. Sistema Internacional de Unidades y conversin de unidades............... 25 1.3.3. Magnitudes relacionadas con la energa solar. ....................................... 27 2.MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL. .................................................. 292.1.MOVIMIENTO DE TRASLACIN. .......................................................... 292.2.MOVIMIENTO DE ROTACIN. .............................................................. 312.3.SOLSTICIOS Y EQUINOCCIOS. ............................................................ 322.4.CONCEPTOS BSICOS. ........................................................................ 362.5.SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRFICAS. ................................. 422.6.ECUACIN DEL TIEMPO. TIEMPO SOLAR VERDADERO. ................. 443.ENERGTICA SOLAR. .......................................................................... 473.1.CONSTANTE SOLAR. ............................................................................ 473.2.DISTRIBUCIN DE LA RADIACIN. ..................................................... 483.3.MASA DE AIRE. ...................................................................................... 503.4.RECURSOS DISPONIBLES. .................................................................. 523.5.DISPERSIN E INTERMITENCIA. ......................................................... 554.ENERGA SOLAR TRMICA. ................................................................ 574.1.CONCEPTO Y TIPOS DE ENERGA SOLAR TRMICA. ...................... 574.2.APROVECHAMIENTO TRMICO EN BAJA TEMPERATURA. ............. 584.3.CAPTACIN TRMICA Y PRDIDAS. .................................................. 594.3.1. Irradiacin incidente sobre una superficie inclinada. .............................. 60 4.3.2. Prdidas por orientacin e inclinacin..................................................... 61 4.3.3. Prdidas por sombras. ............................................................................ 67 5.INSTALACIONES SOLARES TRMICAS EN BAJA TEMPERATURA..................................................................................... 755.1.FUNDAMENTOS DE LA INSTALACIN. ............................................... 75Axel Cotn Gutirrez Pgina 4 5. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice5.2.SISTEMA DE CAPTACIN SOLAR. ...................................................... 775.3.CLASIFICACIN DE INSTALACIONES SOLARES TRMICAS PARA A.C.S. ........................................................................................... 785.3.1. Segn el principio de circulacin. ............................................................ 78 5.3.2. Segn el sistema de intercambio de calor. ............................................. 81 5.3.3. Segn el sistema de expansin. ............................................................. 85 5.3.4. Segn el sistema de almacenamiento. ................................................... 85 5.3.5. Segn el sistema auxiliar. ....................................................................... 85 5.3.6. Segn el sistema de control. ................................................................... 86 BLOQUE II CIRCUITO PRIMARIO. ................................................................. 87 6.COLECTORES SOLARES. .................................................................... 896.1.EFECTO INVERNADERO. ..................................................................... 896.2.CAPTADOR SOLAR. CLASIFICACIN.................................................. 916.2.1. Captador solar sin cubierta. .................................................................... 91 6.2.2. Captador solar plano. .............................................................................. 92 6.2.3. Captador de tubo de vaco. ..................................................................... 93 6.3.COMPONENTES DE UN CAPTADOR SOLAR. ..................................... 946.3.1. Cubiertas transparentes. Tipos y propiedades........................................ 94 6.3.2. Absorbedor: materiales, tipos, caractersticas y revestimientos. .......... 100 6.3.3. Aislamiento posterior. ............................................................................ 113 6.3.4. Juntas de estanqueidad. ....................................................................... 115 6.3.5. Carcasa. ................................................................................................ 115 6.4.TIPOS DE TUBOS DE VACO. ............................................................. 1176.4.1. Tubos de vaco de flujo directo. ............................................................ 117 6.4.2. Tubos de vaco tipo Heat-Pipe. ............................................................. 118 6.4.3. Tubos de vaco tipo Sydney. ................................................................. 120 6.5.CARACTERSTICAS DE LOS COLECTORES..................................... 1216.5.1. Temperatura de estancamiento. ........................................................... 121 6.5.2. reas de un captador. ........................................................................... 122 6.6.CURVA DE RENDIMIENTO DE UN CAPTADOR SOLAR. .................. 1256.7.LEGISLACIN SOBRE COLECTORES SOLARES. ............................ 1307.FLUIDO CALOPORTADOR. ................................................................ 1337.1.LEGISLACIN....................................................................................... 1337.2.CARACTERSTICAS GENERALES...................................................... 134Axel Cotn Gutirrez Pgina 5 6. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice7.3.TIPOS DE FLUIDO CALOPORTADOR. ............................................... 1347.3.1. Agua natural. ......................................................................................... 134 7.3.2. Agua con adicin de anticongelante. .................................................... 135 7.3.3. Fluidos orgnicos. ................................................................................. 136 7.3.4. Aceites siliconas. ................................................................................... 137 7.4.CLCULO DE LA MEZCLA. ................................................................. 1378.ACUMULADORES-INTERCAMBIADORES DE CALOR. ................... 1498.1.LEGISLACIN DE ACUMULADORES. ................................................ 1498.2.LEGISLACIN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR....................... 1538.3.FUNCIONES Y REQUISITOS DE LOS ACUMULADORES SOLARES. ............................................................................................ 1548.4.TIPOS DE ACUMULADORES DE A.C.S. ............................................. 1558.4.1. Acumuladores de acero vitrificado. ....................................................... 155 8.4.2. Acumuladores de acero revestido de plstico....................................... 155 8.4.3. Acumuladores de acero inoxidable. ...................................................... 156 8.5.ACUMULADORES DE INERCIA Y TIPOS. .......................................... 1568.5.1. Acumuladores de inercia a ligera sobrepresin. ................................... 156 8.5.2. Acumuladores de inercia abiertos. ........................................................ 157 8.5.3. Acumuladores combinados. .................................................................. 157 8.6.EL FENMENO DE LA ESTRATIFICACIN DE LA TEMPERATURA. .................................................................................. 1588.7.PROCESOS DE CARGA Y DESCARGA DE LOS ACUMULADORES. ............................................................................... 1598.7.1. Proceso de carga. ................................................................................. 159 8.7.2. Descarga. .............................................................................................. 163 8.8.INTERCONEXIN DE ACUMULADORES. .......................................... 1658.9.AISLAMIENTO DEL ACUMULADOR.................................................... 1678.10. FUNCIN Y REQUISITOS DE LOS INTERCAMBIADORES. .............. 168 8.11. CARACTERSTICA DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. ...... 169 8.12. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR. ................................... 173 8.12.1. Intercambiadores de calor de serpentn. ............................................... 173 8.12.2. Intercambiadores de doble envolvente. ................................................ 176 8.12.3. Intercambiadores de calor externos. ..................................................... 177 9.BOMBAS HIDRULICAS. ................................................................... 183Axel Cotn Gutirrez Pgina 6 7. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice9.1.LEGISLACIN SOBRE BOMBAS HIDRULICAS. .............................. 1839.2.FUNCIN Y REQUISITOS. .................................................................. 1849.3.TIPOS DE BOMBAS MS USADOS. ................................................... 1859.3.1. Rotor sumergido. ................................................................................... 187 9.3.2. Monobloc. .............................................................................................. 189 9.3.3. Motor-Electrocirculador. ........................................................................ 189 9.4.CURVAS CARACTERSTICAS. ............................................................ 1909.5.DIMENSIONAMIENTO. ......................................................................... 19510.VASO DE EXPANSIN. ....................................................................... 20310.1. LEGISLACIN SOBRE VASOS DE EXPANSIN. .............................. 203 10.2. CARACTERSTICAS DE LOS VASOS DE EXPANSIN. .................... 204 10.2.1. Circuitos abiertos. .................................................................................. 205 10.2.2. Circuitos cerrados. ................................................................................ 205 10.3. DIMENSIONADO DE VASOS DE EXPANSIN. .................................. 208 10.3.1. Instalaciones medianas y grandes. ....................................................... 208 10.3.2. Instalaciones de pequeo tamao. ....................................................... 213 10.4. INSTALACIN DEL VASO DE EXPANSIN. ...................................... 213 10.5. VASO TAMPN. ................................................................................... 214 11.CIRCUITO HIDRULICO. .................................................................... 21711.1. TUBERAS............................................................................................. 217 11.1.1. Legislacin............................................................................................. 217 11.1.2. Requisitos. ............................................................................................. 218 11.1.3. Caractersticas y propiedades de las tuberas de cobre. ...................... 219 11.1.4. Caractersticas y propiedades de las tuberas del acero inoxidable. .... 226 11.2. VLVULAS Y ACCESORIOS. .............................................................. 228 11.2.1. Legislacin de vlvulas. ........................................................................ 228 11.2.2. Caractersticas y tipos de vlvulas. ....................................................... 229 11.2.3. Racores, manguitos, codos, reducciones y tapones. ............................ 240 11.3. PRDIDA DE CARGA. .......................................................................... 242 11.3.1. Generalidades. ...................................................................................... 242 11.3.2. Clculo de prdidas de carga lineales. ................................................. 242 11.3.3. Clculo de prdidas de carga singulares. ............................................. 257 11.3.4. Clculo de la prdida de carga total en el circuito primario. ................. 270 Axel Cotn Gutirrez Pgina 7 8. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice11.4. VOLUMEN DEL CIRCUITO PRIMARIO. .............................................. 271 11.5. AISLAMIENTO TRMICO. .................................................................... 274 11.5.1. Legislacin: I.T. 1.2.4.2 Redes de tuberas y conductos. ..................... 274 11.5.2. Procedimiento simplificado. ................................................................... 276 11.5.3. Procedimiento alternativo. ..................................................................... 280 12.CONDICIONES DE TRABAJO EN PRIMARIO. .................................. 28512.1. TEMPERATURAS DE TRABAJO. ........................................................ 285 12.2. PRESIONES DE TRABAJO. ................................................................. 287 12.3. PROCESO DE VAPORIZACIN. ......................................................... 289 12.4. COMPORTAMIENTO RESPECTO A LA EBULLICIN DE LOS SISTEMAS POR TERMOSIFN. ......................................................... 292 12.5. CONEXIONADO DE CAPTADORES.................................................... 294 12.5.1. Instalaciones pequeas de conexionado en paralelo. .......................... 294 12.5.2. Instalaciones en Paralelo con Retorno Invertido. .................................. 295 12.5.3. Alternativas al Retorno Invertido en un Conexionado en Paralelo. ....... 297 12.5.4. Instalaciones pequeas de conexionado en serie. ............................... 299 12.5.5. Conexionado en serie de captadores de gran tamao. ........................ 300 12.5.6. Conexionado en serie de los captadores pequeos. ............................ 301 12.5.7. Conexionado de campos solares grandes con retorno invertido. ......... 302 12.5.8. Alternativas al conexionado de campos solares grandes con retorno invertido. conexiones mixtas serie-paralelo. ......................................... 303 12.6. MODOS DE FLUJOS EN EL CIRCUITO PRIMARIO. .......................... 304 12.6.1. Flujo normal (High-Flow). ...................................................................... 304 12.6.2. Flujo bajo (Low-Flow). ........................................................................... 305 12.6.3. Flujo ajustado (Matched-Flow). ............................................................. 308 12.7. LEGISLACIN SOBRE CONDICIONES DE TRABAJO. ...................... 308 13.SISTEMA DE CONTROL. .................................................................... 31113.1. LEGISLACIN SOBRE EL SISTEMA DE CONTROL. ......................... 311 13.2. FUNCIONES Y CARACTERSTICAS. .................................................. 313 13.3. MTODOS DE CONTROL DE CARGA. ............................................... 314 13.3.1. Control de carga de un acumulador con intercambiador interno. ......... 315 13.3.2. Control de carga de un acumulador con intercambiador externo. ........ 320 13.3.3. Control de carga optimizado para alcanzar altas temperaturas o una temperatura objetivo en el acumulador................................................. 323 Axel Cotn Gutirrez Pgina 8 9. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice13.3.4. Control de carga del acumulador con conexiones a diferentes alturas. .................................................................................................. 324 13.4. MTODOS DE CONTROL DE DESCARGA. ....................................... 327 13.4.1. Control de descarga del acumulador de inercia mediante acumulador de A.C.S. de precalentamiento solar. ............................... 327 13.4.2. Control de descarga del acumulador de inercia mediante acumulador de A.C.S. bivalente. .......................................................... 332 13.4.3. Control de descarga del acumulador de inercia mediante calentamiento instantneo. ................................................................... 333 13.5. RECOMENDACIONES PARA LA PRCTICA. ..................................... 336 14.ELEMENTOS AUXILIARES. ................................................................ 34114.1. ELEMENTOS DE MEDIDA. .................................................................. 341 14.1.1. Legislacin del sistema de medida. ...................................................... 341 14.1.2. Manmetro e hidrmetro. ...................................................................... 341 14.1.3. Sondas/Sensores de temperatura......................................................... 342 14.1.4. Caudalmetro. ........................................................................................ 347 14.1.5. Contadores de energa trmica. ............................................................ 350 14.1.6. Contadores de agua. ............................................................................. 356 14.2. PURGADORES Y DESAIREADORES. ................................................ 358 14.2.1. Legislacin sobre purga de aire. ........................................................... 358 14.2.2. Caractersticas y funcionamiento. ......................................................... 359 14.2.3. Dimensionado........................................................................................ 367 14.3. SISTEMA DE LLENADO. ...................................................................... 368 14.3.1. Legislacin sobre el sistema de llenado................................................ 368 14.3.2. Sistemas de llenado automticos.......................................................... 368 14.4. DISIPADORES DE CALOR Y AEROTERMOS. ................................... 369 14.4.1. Disipadores de calor. ............................................................................. 370 14.4.2. Aerotermos. ........................................................................................... 371 14.5. SISTEMA ANTILEGIONELA. ................................................................ 373 14.5.1. Legislacin sobre prevencin y control de la Legionelosis. .................. 373 14.5.2. Sistemas empleados. ............................................................................ 376 14.6. FILTROS Y DESCALCIFICADORES. ................................................... 377 15.ESTRUCTURA SOPORTE. .................................................................. 37915.1. LEGISLACIN SOBRE LA ESTRUCTURA SOPORTE. ...................... 379 Axel Cotn Gutirrez Pgina 9 10. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice15.2. MONTAJE DE COLECTORES. ............................................................ 379 15.2.1. Montaje en el suelo o en prgolas. ....................................................... 383 15.2.2. Montaje en cubierta inclinada. ............................................................... 383 15.2.3. Integracin en cubierta inclinada........................................................... 385 15.2.4. Montaje en cubierta plana. .................................................................... 387 15.2.5. Montaje en fachada. .............................................................................. 389 15.2.6. Montaje de los sistemas por termosifn prefabricados. ........................ 390 15.3. CLCULO BSICO DE LA FUERZA DEL VIENTO.............................. 393 16.CONFIGURACIONES DEL CIRCUITO. ............................................... 39716.1. CONFIGURACIN POR TERMOSIFN. ............................................. 398 16.2. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. PEQUEAS DE CIRCULACIN FORZADA. ............................................................ 400 16.3. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. MEDIANAS Y GRANDES CON ACUMULADORES DE AGUA SANITARIA............... 404 16.4. CONFIGURACIN DE INSTALACIONES DE A.C.S. MEDIANAS Y GRANDES CON ACUMULADORES DE INERCIA. ............................. 407 16.5. CONFIGURACIONES PARA VIVIENDAS MULTIFAMILIARES. .......... 410 16.5.1. Configuracin con acumulador solar centralizado. ............................... 410 16.5.2. Configuracin con acumulador solar centralizado e intercambiadores de calor en cada vivienda. .................................................................... 412 16.5.3. Configuracin con acumuladores individuales en cada vivienda. ......... 414 16.6. CONFIGURACIONES PARA INTERCONEXIN DE ACUMULADORES. ............................................................................... 417 16.6.1. Interconexin de acumuladores en serie invertida. ............................... 417 16.6.2. Interconexin de acumuladores en paralelo. ........................................ 418 BLOQUE III DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE A.C.S. ................. 421 17.LEGISLACIN ACERCA DEL DIMENSIONADO. .............................. 42317.1. CONDICIONES GENERALES DE DISEO. ........................................ 423 17.1.1. Definiciones. .......................................................................................... 423 17.1.2. Objetivo y condiciones generales.......................................................... 424 17.1.3. Proteccin contra heladas. .................................................................... 425 17.1.4. Proteccin contra sobrecalentamientos. ............................................... 425 17.1.5. Proteccin contra quemaduras. ............................................................ 426 17.1.6. Proteccin de materiales contra altas temperaturas. ............................ 426 17.1.7. Resistencia a presin. ........................................................................... 426 Axel Cotn Gutirrez Pgina 10 11. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice17.1.8. Prevencin de flujo inverso. .................................................................. 427 17.2. DIMENSIONAMIENTO BSICO. .......................................................... 427 17.2.1. Fundamentos......................................................................................... 427 17.2.2. Contribucin solar mnima. .................................................................... 428 17.2.3. Orientacin e inclinacin. ...................................................................... 430 17.2.4. Clculo de la demanda. ......................................................................... 431 17.2.5. Zonas climticas. ................................................................................... 438 18.PRECLCULO DE LA SUPERFICIE COLECTORA. .......................... 44318.1. AZIMUT. (C1) ......................................................................................... 446 18.2. CONSUMO TERICO DEL EDIFICIO (L/DA). (C2) ............................. 446 18.2.1. Viviendas unifamiliares. ......................................................................... 447 18.2.2. Viviendas multifamiliares. ...................................................................... 451 18.2.3. Hospitales y Clnicas. ............................................................................ 453 18.2.4. Hoteles y Hostales. ............................................................................... 456 18.2.5. Campings. ............................................................................................. 458 18.2.6. Residencias (ancianos, estudiantes, etc.). ............................................ 459 18.2.7. Vestuarios/Duchas Colectivas. .............................................................. 460 18.2.8. Escuelas. ............................................................................................... 463 18.2.9. Cuarteles. .............................................................................................. 464 18.2.10.Fbricas y Talleres. ......................................................................... 46418.2.11.Edificios administrativos. ................................................................. 46618.2.12.Gimnasios. ...................................................................................... 46718.2.13.Lavanderas..................................................................................... 47018.2.14.Restaurante y Cafeteras. ............................................................... 47118.3. CONSUMO REAL DEL EDIFICIO (M3/MES). (C3 C7) ........................ 473 18.3.1. Consumo terico del edificio (m3/da). (C3) ........................................... 473 18.3.2. Das del mes. (C4) ................................................................................. 473 18.3.3. Consumo terico del edificio (m3/mes). (C5) ......................................... 474 18.3.4. Porcentaje de ocupacin. (C6)............................................................... 474 18.3.5. Consumo real del edificio (m/mes). (C7) .............................................. 474 18.4. DEMANDA ENERGTICA DEL EDIFICIO (MJ/MES). (C8 C12) ......... 478 18.4.1. Temperatura de red o temperatura del agua fra (C). (C8) .................. 479 18.4.2. Temperatura de acumulacin (C). (C9) ................................................ 479 Axel Cotn Gutirrez Pgina 11 12. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice18.4.3. Incremento de temperaturas (C). (C10) ................................................ 479 18.4.4. Demanda energtica (MJ/mes). (C11) ................................................... 479 18.4.5. Demanda energtica diaria (MJ/da). (C12) ........................................... 482 18.5. INTENSIDAD TIL (W/M2). (C13 C19) ................................................. 482 18.5.1. Radiacin horizontal incidente (MJ/mda). (C13) .................................. 483 18.5.2. Radiacin horizontal incidente corregida (MJ/mda). (C14) .................. 483 18.5.3. Factor de correccin por inclinacin (K). (C15) ...................................... 485 18.5.4. Energa neta incidente (MJ/mda). (C16) .............................................. 486 18.5.5. Energa neta incidente corregida (MJ/mda). (C17) .............................. 487 18.5.6. Nmero de horas de sol til. (C18) ......................................................... 487 18.5.7. Intensidad til (W/m2). (C19) .................................................................. 487 18.6. ENERGA NETA DEL COLECTOR (MJ/MMES). (C20 C27) .............. 488 18.6.1. Temperatura ambiente media durante las horas de sol (C). (C20)....... 490 18.6.2. Rendimiento ptico del captador 0. (C21) ............................................. 491 18.6.3. Parmetro T* (Cm2/W). (C22) .............................................................. 492 18.6.4. Parmetro ec. (C23)............................................................................... 493 18.6.5. Rendimiento del colector elegido (%). (C24) ....................................... 494 18.6.6. Aportacin solar terica del colector por m (MJ/mda). (C25) .............. 495 18.6.7. Energa neta del colector por m (MJ/mda). (C26) ............................... 496 18.6.8. Energa neta del colector por m (MJ/mmes). (C27) ............................. 497 18.7. SUPERFICIE COLECTORA TERICA. ............................................... 500 18.7.1. Nmero mximo terico de colectores. ................................................. 500 18.7.2. Restricciones. ........................................................................................ 500 18.7.3. Superficie colectora terica de la instalacin. ....................................... 502 19.COBERTURA SOLAR ANUAL (F-CHART). ....................................... 50319.1. PARMETRO D1. (C28 C33) ................................................................ 505 19.1.1. Carga calorfica mensual (KJ/mes). (C28).............................................. 505 19.1.2. Radiacin diaria media mensual incidente sobre la superficie de captacin por unidad de rea (R1) (KJ/m2da). (C29) ............................ 506 19.1.3. Superficie colectora de clculo de la instalacin (Sc) (m2). (C30) .......... 506 19.1.4. Parmetro ()/()n. (C31).................................................................... 507 19.1.5. Parmetro F'r/Fr. (C32) .......................................................................... 507 19.1.6. Parmetro D1. (C33) .............................................................................. 507 19.2. PARMETRO D2. (C34 C38) ................................................................ 509 Axel Cotn Gutirrez Pgina 12 13. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice19.2.1. Factor F'rUL. (C34) .................................................................................. 509 19.2.2. Tiempo mensual (s). (C35) ..................................................................... 510 19.2.3. Factor de correccin por almacenamiento (k1). (C36) ............................ 510 19.2.4. Factor de correccin por temperaturas (k2). (C37) ................................. 511 19.2.5. Parmetro D2. (C38) ............................................................................... 512 19.3. COBERTURA SOLAR ANUAL. (C39 C40) ........................................... 513 19.3.1. Cobertura solar mensual, factor f. (C39) ................................................ 513 19.3.2. Energa solar aportada (kJ/mes). (C40) ................................................. 514 19.3.3. Cobertura solar anual. ........................................................................... 515 BLOQUE IV DIMENSIONADO DE PISCINAS CLIMATIZADAS. ................. 519 20.GENERALIDADES SOBRE PISCINAS CLIMATIZADAS. .................. 52120.1. NORMATIVA. ........................................................................................ 521 20.2. CONDICIONES GENERALES. ............................................................. 522 20.2.1. Fluido de trabajo. ................................................................................... 522 20.2.2. Prevencin de Legionelosis. ................................................................. 522 20.2.3. Configuracin bsica. ............................................................................ 522 20.2.4. Temperatura de los vasos de la piscina. ............................................... 524 20.2.5. Datos bsicos para el clculo. ............................................................... 526 21.DIMENSIONADO PARA PISCINAS CLIMATIZADAS. ....................... 53121.1. MTODO SIMPLIFICADO DE IDAE. .................................................... 531 21.1.1. Clculo en piscinas cubiertas. ............................................................... 531 21.1.2. Clculo en piscinas al aire libre. ............................................................ 532 21.2. MTODO EXHAUSTIVO. ..................................................................... 533 21.2.1. Generalidades. ...................................................................................... 533 21.2.2. Prdidas de calor. ................................................................................. 535 21.2.3. Balance energtico. ............................................................................... 536 21.2.4. Prdidas trmicas por evaporacin. ...................................................... 537 21.2.5. Prdidas trmicas por radiacin. ........................................................... 540 21.2.6. Prdidas trmicas por conveccin. ....................................................... 543 21.2.7. Prdidas trmicas por conduccin. ....................................................... 545 21.2.8. Prdidas trmicas por renovacin de agua. .......................................... 546 21.2.9. Prdidas trmicas totales. ..................................................................... 548 21.2.10.Deshumectacin de la piscina......................................................... 549Axel Cotn Gutirrez Pgina 13 14. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice21.3. DEMANDA ENERGTICA. ................................................................... 551 BLOQUE V CONOCIMIENTOS COMPLEMENTARIOS. .............................. 553 22.UNIN Y SOLDADURA DE TUBERAS.............................................. 55522.1. SOLDADURA HETEROGNEA Y AUTGENA. .................................. 555 22.2. MATERIALES A USAR EN TUBERAS EN A.C.S. ............................... 557 22.3. COBRE. ................................................................................................. 558 22.3.1. Introduccin. .......................................................................................... 558 22.3.2. Accesorios. ............................................................................................ 559 22.3.3. Uniones sin Accesorio. .......................................................................... 575 22.3.4. Decapantes. .......................................................................................... 579 22.3.5. Material de aporte. ................................................................................ 579 22.3.6. Clculo de la longitud del material de aporte necesario. ...................... 586 22.4. PLSTICO. ............................................................................................ 588 22.5. HERRAMIENTAS DE APRETADO Y DE CORTE. ............................... 592 22.5.1. Herramientas de apretado. .................................................................... 592 22.5.2. Herramientas de corte. .......................................................................... 594 22.6. HERRAMIENTAS PARA SOLDAR. ...................................................... 595 22.7. PROCESO DE SOLDADURA. .............................................................. 601 22.7.1. Fenmeno de capilaridad. ..................................................................... 601 22.7.2. Soldadura blanda. ................................................................................. 607 22.7.3. Soldadura heterognea fuerte............................................................... 615 22.7.4. Soldadura fuerte. ................................................................................... 619 22.7.5. Soldadura por arco. ............................................................................... 621 22.7.6. La Soldadura M.I.G. .............................................................................. 629 22.7.7. La Soldadura autgena: Oxiacetilnica................................................. 631 22.7.8. La Seguridad en la soldadura con arco................................................. 636 22.8. CURVADO, DILATACIONES Y SOPORTES DE COBRE. ................... 643 22.8.1. Curvado del tubo de cobre. ................................................................... 643 22.8.2. Dilataciones. .......................................................................................... 647 22.8.3. Soportes. ............................................................................................... 657 23.CIRCUITO DE CONSUMO DE A.C.S. (HS 4). ..................................... 66123.1. GENERALIDADES. ............................................................................... 661 23.2. CALCULO DE LA DEMANDA EN EL CIRCUITO DE CONSUMO. ...... 661 Axel Cotn Gutirrez Pgina 14 15. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice23.2.1. Caudal instantneo mnimo segn HS 4. .............................................. 661 23.2.2. Caudal total terico. .............................................................................. 662 23.2.3. Caudal punta medio segn frmula francesa........................................ 664 23.2.4. Caudal de red segn frmula francesa. ................................................ 665 23.2.5. Caudal de red segn norma DIN 1988 (UNE 149201) ......................... 667 23.3. DIMETROS DE TUBERAS EN EL CIRCUITO DE CONSUMO. ....... 670 23.4. CONSIDERACIONES LEGISLATIVAS DE LA INSTALACIN DE A.C.S. EN EL CIRCUITO DE CONSUMO ............................................ 671 23.4.1. Temperatura de utilizacin. ................................................................... 671 23.4.2. Redes de tuberas del circuito de consumo. ......................................... 678 23.4.3. Red de retorno. ..................................................................................... 679 23.4.4. Bombas de circulacin. ......................................................................... 681 23.4.5. Dilatacin de las conducciones. ............................................................ 681 23.4.6. Aislamiento trmico. .............................................................................. 682 23.4.7. Regulacin y control. ............................................................................. 682 23.4.8. Pruebas particulares de las instalaciones de A.C.S.............................. 682 24.CONEXIONADO AL CIRCUITO DE CONSUMO. ................................ 68524.1. CALENTADORES ELCTRICOS. ........................................................ 685 24.1.1. Calentador elctrico de acumulacin. ................................................... 685 24.1.2. Calentador elctrico instantneo. .......................................................... 686 24.2. TIPOS DE CALDERAS. ........................................................................ 686 24.2.1. Clasificacin por el tipo de combustible. ............................................... 687 24.2.2. Clasificacin segn la Directiva Europea 92/42/CEE. .......................... 687 24.2.3. Clasificacin segn la forma de combustin. ........................................ 689 24.2.4. Clasificacin por la toma de aire de combustin. .................................. 690 24.2.5. Clasificacin por la forma de evacuacin de humos. ............................ 690 24.2.6. Clasificacin por los servicios cubiertos. ............................................... 691 24.2.7. Clasificacin UNE-CEN/TR 1749 IN. .................................................... 693 24.2.8. Clasificacin de los aparatos de gas en el mercado actual. ................. 703 24.3. CONEXIONADO DE CALDERAS. ........................................................ 705 24.3.1. Calderas que soportan altas temperaturas. .......................................... 705 24.3.2. Calderas que no soportan altas temperaturas. ..................................... 705 24.3.3. Calderas puenteadas. ........................................................................... 706 24.4. CONFIGURACIONES DE CONEXIN. ................................................ 707 Axel Cotn Gutirrez Pgina 15 16. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice24.4.1. Configuracin con acumulacin solar centralizada. .............................. 707 24.4.2. Configuracin con acumulacin solar individual. .................................. 708 24.4.3. Instalaciones forzadas de viviendas unifamiliares. ............................... 709 24.4.4. Instalaciones por termosifn de viviendas unifamiliares. ...................... 709 25.MEMORIA TCNICA O PROYECTO TCNICO. ................................ 71125.1. LEGISLACIN....................................................................................... 711 25.2. GENERALIDADES. ............................................................................... 713 25.3. MEMORIA DESCRIPTIVA. ................................................................... 714 25.3.1. Contenido de la Memoria Descriptiva. .................................................. 714 25.3.2. Especificaciones referentes a los colectores. ....................................... 715 25.3.3. Especificaciones referentes a los acumuladores. ................................. 716 25.3.4. Especificaciones referentes a las bombas de circulacin. .................... 716 25.3.5. Especificaciones referentes a otros equipos. ........................................ 717 25.4. MEMORIA JUSTIFICATIVA (CLCULOS). .......................................... 717 25.5. PLANOS. ............................................................................................... 719 25.5.1. Generalidades. ...................................................................................... 719 25.5.2. Plegado de Planos. ............................................................................... 719 25.5.3. Escalas normalizadas. .......................................................................... 732 25.5.4. Lneas normalizadas. ............................................................................ 733 25.5.5. Rotulacin.............................................................................................. 735 25.5.6. Contenido. ............................................................................................. 736 25.5.7. Simbologa............................................................................................. 736 25.6. MEDICIONES Y PRESUPUESTO. ....................................................... 738 25.6.1. Introduccin y definiciones. ................................................................... 738 25.6.2. Unidades de obra. ................................................................................. 740 25.6.3. Estado de las mediciones. .................................................................... 742 25.6.4. Organizacin del presupuesto............................................................... 743 25.6.5. Documentos que influyen en el presupuesto de una pequea instalacin. ............................................................................................ 744 25.7. PLIEGO DE CONDICIONES. ................................................................ 747 25.7.1. Definicin y objeto del pliego de condiciones. ...................................... 747 25.7.2. Partes del pliego de condiciones y contenido. ...................................... 747 25.8. ESTUDIO BSICO DE SEGURIDAD Y SALUD. .................................. 767 26.MANTENIMIENTO. ............................................................................... 771Axel Cotn Gutirrez Pgina 16 17. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.ndice26.1. INTRODUCCIN................................................................................... 771 26.2. LEGISLACIN CTE DB HE 4. .............................................................. 772 26.2.1. Plan de vigilancia. ................................................................................. 772 26.2.2. Plan de mantenimiento. ......................................................................... 773 26.3. LEGIONELA (RD 865/2003). ................................................................ 775 26.3.1. Legionela. .............................................................................................. 775 26.3.2. mbito de aplicacin del RD 865/2003. ................................................ 776 26.3.3. Registro de operaciones de mantenimiento. ......................................... 777 26.3.4. Medidas preventivas. ............................................................................ 779 26.3.5. Programas de mantenimiento en las instalaciones. .............................. 782 26.3.6. Actuaciones y mtodos de tratamiento en las instalaciones. ................ 783 26.3.7. Mantenimiento de instalaciones interiores de agua caliente sanitaria y agua fra de consumo humano. ......................................................... 785 26.3.8. Mantenimiento de baeras y piscinas de hidromasaje de uso colectivo. ............................................................................................... 790 26.4. OPERACIONES A REALIZAR POR EL USUARIO. ............................. 790 26.5. MANTENIMIENTO A REALIZAR POR PERSONAL ESPECIALIZADO.................................................................................. 791 26.5.1. Operaciones imprescindibles de mantenimiento................................... 791 26.5.2. Operaciones de limpieza o mantenimiento no regulares. ..................... 794 26.5.3. La Corrosin y su prevencin. ............................................................... 795 26.5.4. Incrustaciones calcreas. ...................................................................... 802 26.6. LOCALIZACIN Y REPARACIN DE AVERAS. ................................ 803 26.6.1. Mantenimiento correctivo. ..................................................................... 803 26.6.2. Averas ms frecuentes en los sistemas solares de baja temperatura. .......................................................................................... 803 26.6.3. Operaciones de revisin de componentes del circuito. ......................... 809 26.7. GARANTA. ........................................................................................... 811 BIBLIOGRAFA. ................................................................................................ 813 ANEXO I TABLAS DE RADIACIN Y TEMPERATURA. ............................. 823 ANEXO II PLANOS EJEMPLOS DEL CAPTULO 11................................... 835 ANEXO III TABLAS NORMA UNE 149201. .................................................. 838 Axel Cotn Gutirrez Pgina 17 18. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.BLOQUE I.BLOQUE I RADIACIN SOLAR. Axel Cotn Gutirrez Pgina 18 19. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.1.INTRODUCCIN Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES.1.1.INTRODUCCIN.Las instalaciones solares trmicas en baja temperatura, son sin duda unas de las ms difciles de disear, y de instalar. Es por ello que la mayora de las instalaciones existente o estn mal diseadas, o mal instaladas. Esto se debe a que la fuente de energa no es constante, ya que la radiacin solar depender no solo del ngulo de nuestros colectores, sino adems de otros factores como la Latitud o la altura respecto del mar. Es por ello que a diferencia de una instalacin de A.C.S. normal, una instalacin solar trmica puede ser vlida para Madrid, pero la misma no ser vlida para lava o Badajoz, para el mismo consumo familiar. Es por ello que dedicaremos parte del proyecto a todo lo relativo a la radiacin solar y a cmo aprovecharla. Dentro de los sistemas domsticos nos centraremos en los dedicados a las instalaciones de A.C.S. (Agua Caliente Sanitaria), y concretamente en las forzadas (con uso de un electrocirculador, y por consiguiente de energa elctrica). Este tipo de instalaciones se comenzaron a introducir en nuestro pas en los aos 70, si bien no fue hasta los 90, con los programas de ayuda PROSOL (Andaluca) e IDAE (a nivel nacional), cuando se produjo un crecimiento exponencial en el uso de estas instalaciones. Finalmente y a partir de una normativa europea, en el 2006 se aprob en Cdigo Tcnico de la Edificacin (C.T.E.) y en concreto el Documento Bsico de Ahorro de Energa Parte 4: Energa Solar Trmica. La cual es una normativa de obligado cumplimiento a nivel nacional, para toda edificacin de nueva construccin, o para aquellos que cambian de uso, o sufren una reforma superior al 25%. Por lo que el uso de estas instalaciones se generaliz. En la situacin de crisis actual, prcticamente todas las ayudas a las energa renovables han sido suprimidas o reducidas a la mnima expresin. No obstante, las instalaciones solares trmicas en baja temperatura para A.C.S.; si bien ya no reciben subvenciones, son obligatorias, por lo que se seguirn instalando en los edificios de nueva construccin. A pesar de que tambin ha bajado el ritmo de construccin, podemos decir que estas instalaciones son las nicas (actualmente de las renovables) en las que se prev un futuro alentador. Estas instalaciones tienen innumerables componentes que hay que dimensionar de forma adecuada, nos centraremos en los ms importantes, y fundamentalmente en el Circuito Primario (C.P.), dedicando una parte importante al final para los Sistemas de Control, pues son el corazn de la instalacin, sin los cuales la mayora de las grandes instalaciones para edificios no funcionaran. De hecho en la mayora de las instalaciones la parte elctrica y electrnica es sin duda una de las ms importantes. Comenzaremos la primera parte Axel Cotn Gutirrez Pgina 19 20. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.explicando los conceptos fundamentales, y todo lo relativo al Sol y a la radiacin solar.1.2.EL SOL Y LA ENERGA SOLAR.Cada segundo el Sol irradia en todas direcciones una energa de 41026 julios, que equivale a 10.000 veces el consumo mundial de energa. Es una de las innumerables estrellas de nuestra galaxia, formada por diferentes elementos en estado gaseoso, principalmente Hidrgeno. Su radio es de 700.000 km. Su masa es 300.000 veces la del planeta Tierra. El origen de la energa que produce e irradia est en las reacciones nucleares que se producen en su interior. Debido a ellas el Sol emite luz y calor. Este astro (el Sol) es como una gran estrella corriente, capaz de hacer llegar hasta nosotros grandes cantidades de energa radiante. Se encuentra a una distancia de unos 150 millones de kilmetros de la Tierra y la radiacin que emite tarda algo ms de ocho minutos en alcanzar nuestro planeta, a una velocidad de 300.000 km/s. Desde el punto de vista cuantitativo se puede decir que solo la mitad de la radiacin solar, llega a la superficie de la Tierra. La restante se pierde por reflexin y absorcin en las capas de la atmsfera. Por lo tanto debemos intentar aprovechar toda esta energa. El Sol, fuente de vida y origen de las dems formas de energa que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cmo aprovechar de forma racional la radiacin que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de aos, y se calcula que todava no ha llegado ni a la mitad de su existencia. A lo largo de la historia, el ser humano ha usado la energa del sol para hacer sus hogares ms luminosos y calientes. Hoy, un equipamiento especial aplicado a las viviendas y diseados especficamente, puede hacer ms efectiva la captacin de la energa solar para dar luz y calor. Usando la energa solar podemos hacer que nuestras viviendas sean ms confortables. Adems hemos de tener en cuenta las muchas ventajas que tiene el uso de la energa del Sol, tales como: Disminuir la dependencia de combustibles fsiles.Mejorar la calidad del medio ambiente.Disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero.El aprovechamiento activo de la energa solar se puede regir bajo dos puntos de vista bien diferenciados: Axel Cotn Gutirrez Pgina 20 21. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.La conversin trmica o aprovechamiento del calor contenido en la radiacin solar.La conversin elctrica o aprovechamiento de la energa luminosa (fotones), para generar directamente energa elctrica (efecto fotovoltaico).Las dos tecnologas ms populares para usar la energa solar son los Captadores Solares Trmicos y los Mdulos Solares Fotovoltaicos. La produccin y el mantenimiento de los sistemas de energa solar tanto trmica, como fotovoltaica, estimula nuevos sectores de trabajo y el desarrollo de empresas.1.3.MAGNITUDES Y UNIDADES FSICAS.Para el correcto entendimiento de los Sistemas Solares Trmicos en baja temperatura, ser necesario en muchas ocasiones, efectuar mediciones o clculos de diversas magnitudes, tales como longitudes, superficies, temperaturas, presiones, etc. Por ello tendremos que conocer con precisin las unidades en que expresaremos estas magnitudes y su significado fsico. En fsica existen muchas magnitudes diferentes, es decir, se refieren a fenmenos de distinta naturaleza. No obstante la mayora de ellas se pueden expresar en funcin de unas pocas a las que llamamos Magnitudes Fundamentales. Se necesitan muy pocas magnitudes fundamentales para poder definir todas las dems magnitudes como combinacin de ellas. Por convenio se eligen como magnitudes fundamentales las siguientes: Tabla 1.1. Magnitudes Fundamentales en el Sistema Internacional.MAGNITUDUNIDADSMBOLOLongitudMetromMasaKilogramokgTiempoSegundosIntensidad de corriente elctricaAmperioATemperatura termodinmicaKelvinKIntensidad luminosaCandelacdCantidad de SustanciaMolmolCualquier otra magnitud es simplemente el resultado de combinar, multiplicando y dividiendo entre s, estas magnitudes fundamentales. Axel Cotn Gutirrez Pgina 21 22. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.As por ejemplo la velocidad de un automvil es igual al espacio que recorre dividido por el tiempo que tarda en recorrer ese espacio; por tanto decimos que la velocidad no es una magnitud fundamental sino una Magnitud Derivada. Existen infinitud de magnitudes derivadas, para nuestro caso las ms importantes sern: Tabla 1.2. Magnitudes Derivadas en el Sistema Internacional.MAGNITUDUNIDADSMBOLOngulo planoRadinradngulo slidoEstereorradinkgSuperficieMetro cuadradom2VolumenMetro cbicom3FrecuenciaHertzHzDensidadKilogramo por metro cbicokg/m3VelocidadMetro por segundom/sVelocidad angularRadin por segundorad/sAceleracinMetro por segundo cuadradom/s2Aceleracin angularRadin por segundo cuadradorad/s2FuerzaNewtonNPresinPascalPaViscosidad cinemticaMetro cuadrado por segundom2/sViscosidad dinmicaPascal por segundoPasTrabajo/EnergaJulioJPotenciaVatioWCantidad ElectricidadCulombioCTensin ElctricaVoltioVResistencia ElctricaOhmioCalorCaloracalPara poder comparar los fenmenos fsicos observables de una misma magnitud, elegimos uno en concreto, al que llamamos Unidad, y lo comparamos Axel Cotn Gutirrez Pgina 22 23. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.con todos los dems. Podemos ver las distintas unidades de las magnitudes en las tablas anteriores. En el Sistema Internacional de Unidades, las unidades derivadas se obtienen formando combinaciones de las unidades fundamentales en la relacin 1 a 1. Ello simplifica notablemente los clculos, pero a veces conduce a unidades muy grandes o muy pequeas. En estos casos de debe anteponer un prefijo. Los prefijos normalizados aumentan o disminuyen generalmente de 3 en 3 rdenes de magnitud, siendo los ms usuales los siguientes: Tabla 1.3. Mltiplos y submltiplos en el Sistema Internacional.MLTIPLO 101210 10 10 10 109 6 3 2 1-110-210-310-610-910-1210PREFIJOSMBOLOTeraTGigaGMegaMkilokhectohdecadadecidcenticmilimmicronanonpicopUsaremos los prefijos cuando el valor de la unidad de medida sea excesivamente grande o pequeo, procurando elegir siempre los prefijos normalizados, de forma que el valor numrico tenga el menor nmero posible de dgitos. 1.3.1.Conceptos fundamentales de las magnitudes ms importantes.Vamos a ver a continuacin las magnitudes ms usadas en el mundo de la Energa Solar Trmica: Longitud: expresa la distancia entre dos puntos. Se mide en m = L.Masa: mide la cantidad de materia de un cuerpo. Se mide en kg = M.Axel Cotn Gutirrez Pgina 23 24. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.Tiempo: mide la duracin o separacin de acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observacin. Su unidad es el s = T.Temperatura: referida a las nociones comunes de calor o fro. Su unidad es K.Velocidad: expresa la variacin de posicin de un objeto en funcin del tiempo, o la distancia recorrida por el objeto por unidad de tiempo. Su unidad es el m/s = L/T = LT1.Aceleracin: el ritmo o tasa con que aumenta o disminuye la velocidad de un mvil en funcin del tiempo. Su unidad es el m/s2 = L/T2 = LT-2.Fuerza: magnitud capaz de deformar los cuerpos, modificar su velocidad y ponerlos en movimiento si estaban inmviles. Es el producto de una masa por una aceleracin. Su unidad es el Newton = kgm/s2 = MLT-2.Peso: A la fuerza con que la Tierra atrae gravitatoriamente a los objetos que tienen masa. Por lo tanto es una Fuerza: P = mg. Su unidad es tambin el Newton. g = aceleracin de la gravedad 9,8 m/s2.Llamamos Kilopondio a aquella fuerza que imparte una aceleracin gravitatoria normal/estndar a la masa de un kilogramo. 1 kP = kilopondio = 9,8 N.Energa/Trabajo: La Energa es la capacidad de un cuerpo o de un sistema para producir trabajo mecnico. El trabajo mecnico realizado por una fuerza que acta sobre un cuerpo se define como el producto de dicha fuerza por la distancia recorrida por el cuerpo en la direccin de la fuerza. T = Fe. Su unidad es el Julio J = Nm = kgm2/s2 = ML2T2.Potencia: Cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. P = T/t. Su unidad es el Vatio = W = J/s = kgm2/s3 = ML2T-3.Presin: Mide la fuerza por unidad de superficie. P = F/A. Su unidad es el Pascal = Pa = N/m2 = kg/ms2 = ML-1T-2. A = rea o Superficie en m2.Calor Especfico: Cantidad de energa necesaria para elevar en 1 K la temperatura de 1 kg de masa del cuerpo o elemento. Se mide en J/kg K. Segn del material del que se trate, tendremos un calor especfico distinto: Tabla 1.4. Calor especfico del agua, cobre y acero.CALOR ESPECFICO (caloras/gramoC) Agua1,000Cobre0,217Acero Inoxidable0,109 Axel Cotn Gutirrez Pgina 24 25. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.1.3.2.Sistema Internacional de Unidades y conversin de unidades.El Sistema Internacional de Unidades (SI), tambin llamado Sistema Internacional de Medidas, es el sistema de unidades que se usa en la mayora de los pases. El SI tambin es conocido como Sistema Mtrico. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas. Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medida y a las que estn referidas a travs de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones. Esto permite alcanzar la equivalencia de las medidas realizadas por instrumentos similares, utilizados y calibrados en lugares apartados y asegurar, sin la necesidad de ensayos y mediciones, el cumplimiento de las caractersticas de los objetos que circulan en el comercio internacional y su intercambiabilidad. Es imprescindible saber pasar correctamente del valor de una magnitud expresada en unas determinadas unidades a su valor en otras unidades diferentes, ya que estos cambios se emplean con frecuencia en la prctica. Por ejemplo: La velocidad de un automvil se suele expresar en kilmetros por hora (km/h) y no en metros por segundo (m/s).Las tuberas se miden en pulgadas o en milmetros en lugar de en metros. Para la correcta conversin se suelen usar tablas de conversin: Tabla 1.5. Tabla de conversin de temperatura.TEMPERATURA Temperatura (C) = 5/9 (Temperatura (F) 32) Temperatura (F) = 9/5 Temperatura (C) + 32 Temperatura (K) = Temperatura (C) + 273,15 Temperatura (C) = Temperatura en grados Celsius Temperatura (F) = Temperatura en grados Fahrenheit Temperatura (K) = Temperatura en KelvinAxel Cotn Gutirrez Pgina 25 26. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales. Tabla 1.6. Tabla de conversin de longitud.LONGITUD 1 metro = 30,7 pulgadas 1 pulgada = 1 = 0,0254 mTabla 1.7. Tabla de conversin de presin.PRESIN 2 2Pascal = N/m2Pascal = N/m 12kp/cmatm-5mm c.d.a. -61,02109,87100,10210,968101103304kp/cm9,810atm1,01101,033mm c.d.a.9,8105-454-519,6781021 bar = 10 Pascales = 1,0197 kg/cm = 0,9869 atm atm = atmsfera = equivale a la presin de la atmsfera terrestre sobre el nivel del mar. Es utilizada para medir presiones elevadas como la de los gases comprimido. mm c.d.a. = milmetro de columna de agua = equivale a la presin ejercida por una columna de agua pura de un milmetro de altura.Tabla 1.8. Tabla de conversin de energa.ENERGA JuliokgmkcalkWh -4-7Julio10,1022,3910kgm9,812,34102,72410kcal419042711,163106-32,77810 -6 -35kWh 860 1 3,610 3,6710 kcal = kilocalora Calora como la cantidad de energa calorfica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada de 14,5C a 15,5C a una presin estndar de una atmsfera. kWh = Kilovatio-hora = energa desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora.Axel Cotn Gutirrez Pgina 26 27. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales. Tabla 1.9. Tabla de conversin de potencia.POTENCIA kW kWkgm/s 1021 -3CVkcal/h1,36860 -2kgm/s9,811011,33108,4337CV0,736751632,52-3-3kcal/h 0,1186 1,5810 1 1,1610 CV = Caballo de Vapor = Potencia necesaria para elevar verticalmente un peso de 75 kg-fuerza (kilopondios) a la velocidad de 1 m/s. Esta unidad se llama as porque se supona que era la potencia que desarrolla un caballo. En ingls HP 1.3.3.Magnitudes relacionadas con la energa solar.Existen una serie de conceptos y magnitudes muy relacionas con el tema que estamos tratando en este manual, que conviene tener claros antes de continuar. Estos conceptos son: Radiacin Solar: es el flujo de energa que recibimos del Sol en forma de ondas electromagnticas (luz visible, infrarroja y ultravioleta). La radiacin solar se mide en varias unidades fsicas concretas.Irradiancia: Potencia de la radiacin solar por unidad de rea. Su unidad es el vatio dividido por metro cuadrado (W/m2).Irradiacin: Energa por unidad de rea. Su unidad en el SI es el Julio, J, dividido por metro cuadrado (J/m2) o sus mltiplos (normalmente el Megajulios, MJ). 1 kWh = 3,6 MJ.Axel Cotn Gutirrez Pgina 27 28. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.1. Introduccin y Conceptos Fundamentales.Axel Cotn Gutirrez Pgina 28 29. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.2. Movimiento Aparente del Sol.2.MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL. 2.1.MOVIMIENTO DE TRASLACIN.El movimiento de traslacin de la Tierra es el movimiento de este planeta alrededor del Sol, estrella central del Sistema Solar. Es un movimiento anual. La Tierra describe a su alrededor una rbita elptica. El perodo orbital de la Tierra o intervalo de tiempo que transcurre entre dos pasos consecutivos por el mismo punto de la rbita, define el denominado Ao Sidreo y tiene una duracin de 365 das, 6 horas, 9 minutos y 9,54 segundos. Tomando como referencia el lapso transcurrido entre un inicio de la primavera y otro, el llamado Ao Trpico dura 365 das 5 horas 48 minutos y 46 segundos. Este es el ao utilizado para realizar los calendarios. El movimiento orbital de la Tierra viene determinado por la Segunda Ley de Kepler o ley de las reas, segn la cual el radio vector que une el sol con un planeta, barre reas iguales en tiempos iguales. Resulta por tanto que la distancia Tierra-Sol es variable en un margen de variacin de 1,7% sobre la distancia media de 150 106 km. Esta distancia para un da cualquiera del ao puede determinarse a partir de la ecuacin de Duffie y Beckman (2.1): .(2.1)Donde: d: distancia Tierra-Sol el da n del ao a partir del 1 de Enero. d0: distancia media Tierra-Sol (150 106 km). = (d0/d)2: Factor de correccin de la distancia Tierra Sol. n (da Juliano): nmero de orden del da en el ao a partir del 1 de Enero, su valor vara entre 1 y 365, no tenindose en cuenta los aos bisiestos.El ngulo diario, relativo a la posicin de la Tierra en el plano de la eclptica, expresado en radianes viene determinado por la ecuacin (2.2): Axel Cotn Gutirrez (2.2)Pgina 29 30. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .A Aunque generalm mente, se suelen usar aproximac e a ciones pr romedias. Podem decir que la r mos rbita tiene un perm e metro de 930 millo ones de ki ilmetros, , 8 con un distancia prome na edio al S ol de 149 9610 km distanc que se conoce m, cia e Tierra se desplaza como Unidad A Astronmic (U.A.). De esto se deduce que la T ca a en el e espacio a una veloc cidad de 1 107.000 km o 29,5 km/s. m/h 5 o conceptos importan s ntes: Por ltimo vamos a ver dos c Afelio: e el punto ms ale es o ejado de la rbita de un pla d aneta alrededor del l Sol.o: unto ms cercano de la rb de un planeta alrededor bita n r Perihelio es el pu del Sol.Figur 2.1. Posic ra cin de la Ti ierra sobre su rbita. s Fuente : Wikimedia Commons.La inclina acin del eje de rota e acin terre estre tambin prop picia la suc cesin de e las estaciones. Los cam mbios esta acionales son ms acusado en las latitudes s os s medias Siempr son complement s. re tarios (op puestos) en los dos hemisferios de la e s a Chile es verano, y Tierra. As, por ejemplo, cuando e Espa es invie en a erno, en C viceversa. E Estos con ntrastes no se deb en a que la Tierra est ms o meno alejada s os a del So sino a que a lo largo del ao la tr ol, raslacin de nuestr planeta provoca ro a aAxel Co otn Gutirr rez Pgina 30 0 31. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .que los rayos s solares lleguen a ca ada hemis sferio con distinta inclinacin axial (u n u oblicuidad de la eclptica) segn ell momento del ao. ) o2.2.MOV VIMIENTO DE ROT O TACIN.El movimiento de rotacin e un mov r es vimiento que efect la Tierr girando a ra o sobre s misma a lo largo de un eje ideal denominado Eje Terre s o e o restre que pasa por r sus po olos. T Todos sa abemos que el mov vimiento aparente del Sol e motivado por la es a rotaci de la Tierra, la cual g n gira sobre su eje en dire e e eccin Oe este-Este, , provoc cando que parezca que es el Sol el que se mueve p e a precisamente en la a direcci contra in aria, de Es a Oest ste te. T Tambin sabemos que la T Tierra gira alrededo del Sol en un pe a or erodo de e tiempo de 365 d o das, aproximadame ente, y qu gira sobre su eje de rotac ue e cin en 24 4 horas. ad o ctamente as, ya qu la Tierra gira sob su eje a ue ra bre e En realida esto no es exac en un perodo d tiempo de 23 hor 56 min de ras nutos y 4,099 segu ndos. Tra anscurrido o este la apso temp poral, un punto cua lquiera de la Tierra vuelve a estar en la misma p e a a posici del esp n pacio. A ste pe erodo de tiempo se le denomina Da Sidreo. Si tomam como e mos o referen ncia al So el mis ol, smo merid diano pas frente a nuestra estrella cada 24 sa a 4 horas, llamado D Solar. Da El eje terr restre form un ng ma gulo de 23 3,5 = 23 27 respe ecto a la normal de n e la eclptica, fen nmeno denominad Oblicuidad de la Eclptic Produce largos do ca. s meses de luz y oscuridad en los p s d polos geo ogrficos, adems d ser la causa de de e las est taciones d ao, causadas por el ca del c ambio del ngulo d inciden de ncia de la a radiaci solar. inFigura 2.2. Oblicuidad de la eclptica. Fuente Wikimedia Commons. e:Axel Co otn Gutirr rez Pgina 31 32. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .2.3.SOLS STICIOS Y EQUIN NOCCIOS S.Debido a la Traslac cin de la Tierra alr rededor del Sol y a la oblicui idad de la a eclptic la tier est expuesta a la radia ca, rra e acin sola de form variable, dando ar ma o lugar a das m largos o ms co s ortos en fu uncin de la estaci n del a en que o e nos en ncontremo y al ngulo en el que los rayos solares inciden sobre la os n s a superf ficie terres stre. Hay 4 posicion claves de la Tie en es proces que se nes s erra ste so, e subdiv viden en dos momentos. E primero de estos moment es el Equinocci momen del a en que El o s tos E io: nto o e los da tienen una durac as cin igual a la de la noches en todo los luga as s os ares de la a Tierra. Ocurre d dos veces por ao una el 2021 de Marzo y otra el 2223 de s o, e e Septiembre. cio arzo: El P Polo Norte pasa de una noc e, e che de 6 meses de m e Equinocc de Ma duracin a un da de 6 me n a eses. En el Polo Sur pasa lo contrario. En el S l hemisfer norte, paso del iinvierno a la primav rio vera; se lllama el Equinoccio o Veranieg En el hemisfer sur, pa del verano al otoo; se llama el go. rio aso e l Equinocc Otoa cio al.Equinocc de Se cio eptiembre: El Polo Norte, pas de un d de 6 meses de : N sa da m e duracin a una no n oche de 6 meses. En el Polo Sur pasa lo contra E o a ario. En el l hemisfer norte, paso de verano al otoo; se lla rio el o ama el Equinoccio o Autumna En el hemisferio sur, paso del invie al. h o erno a la p primavera; se llama a el Equino occio Vernal.Figura 2. Equinocc ilumina .3. cio: acin de la Tierra por el Sol da del Equinoccio T o. Fuente : Wikimedia Commons.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 32 2 33. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.2. Movimiento Aparente del Sol.El segundo momento es el Solsticio, que el momento del ao en los que el Sol alcanza su mxima posicin meridional o boreal. En el solsticio de verano del hemisferio Norte el Sol alcanza el cenit al medioda sobre el Trpico de Cncer. En el Solsticio de invierno alcanza el cenit al medioda sobre el Trpico de Capricornio. Los solsticios son los dos puntos de la esfera celeste en la que el Sol alcanza su mxima Declinacin Norte (+23 27') y su mxima Declinacin Sur ( 23 27') con respecto al ecuador celeste. La existencia de los solsticios est provocada, como ya hemos comentado por la Inclinacin Axial del eje de la Tierra. En los das de solsticio, la longitud del da y la altura del Sol al medioda son mximas (en el solsticio de verano) y mnimas (en el solsticio de invierno) comparadas con cualquier otro da del ao. Las fechas del solsticio de invierno y del solsticio de verano estn cambiadas para ambos hemisferios. Solsticio de Junio: Ocurre regularmente alrededor del 21 de junio y es llamado de verano en el Hemisferio Norte o de invierno en el Hemisferio Sur. El da del solsticio de Junio es el da ms largo del ao en el hemisferio norte, y el ms corto en el hemisferio sur. En el Polo Norte el sol circula el cielo a una altitud constante de 23. En el Crculo Polar rtico el centro del Sol solamente toca el horizonte del Norte sin ponerse. El sol culmina al Sur, donde alcanza su altitud mxima de 47. Es el nico da en que el sol se mantiene sobre el horizonte durante 24 horas. En el Trpico de Cncer el sol sale 27 Norte del Este. Culmina al cenit, y se pone 27 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 13,4 horas. En el Ecuador el sol sale 23 Norte del Este. Culmina al Norte, donde alcanza su altitud mxima de 67. Se pone 23 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 12 horas. En el Trpico de Capricornio el sol sale 27 Norte del Este. Culmina al Norte, donde alcanza su altitud mxima de 43,12. Se pone 27 Norte del Oeste. El sol est sobre el horizonte durante 10,6 horas. En el Crculo Polar Antrtico el centro del Sol solamente toca el horizonte del Norte sin salir. Es el nico da en que el sol se mantiene abajo del horizonte durante 24 horas. En el Polo Sur el sol nunca sale, siempre se mantiene 23 abajo del horizonte.Axel Cotn Gutirrez Pgina 33 34. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Figu 2.4. Ilum ura minacin de l Tierra por el sol en el solsticio d junio. la r e de Fuente : Wikimedia Commons.Solsticio de Diciembre: O o Ocurre alr rededor del 21 d e diciembre y es d s llamado de invierno en el hemisferio norte o de veran en el hemisferio o no h o sur. El d del So da olsticio De Diciemb es el da ms la e bre d argo del ao en el a l hemisfer sur, y el ms co rio orto en el hemisferi norte. E el Polo Norte el io En o l se sol nunc sale, siempre s mantie ca ene 23 abajo de horizonte. En el el l Crculo P Polar rtic el cent del So solamen toca e horizont del Sur co tro ol nte el te r sin salir Es el nico da en que el sol se mantien por de r. e ne ebajo del l horizonte durante 24 horas En el Trpico de Cncer e sol sale 27 Sur e s. T e el e r del Este. Culmina al Sur, d a donde alca anza su altitud mx a xima de 43,12. Se 4 e pone 27 Sur de Oeste. El sol es sobre el horiz 7 el st e zonte dura ante 10,6 6 horas. E el Ecua En ador el so sale 23 Sur del Este. Culm ol E mina al Sur, donde e alcanza su altitud mxima d 67. Se pone 23 Sur dell Oeste. El sol est de 3 E sobre el horizonte durante 12 horas En el Trpico de Capricor e s. e rnio el sol l sale 27 Sur del Este. Culm E mina al ce enit, y se pone 27 Sur del Oeste. El l sol est sobre el horizon durante 13,4 horas. En el Crculo Polar e nte h n r Antrtico el cent del S solamente toca el horiz o tro Sol a zonte del Sur sin n ponerse. El sol cu ulmina al N Norte, don alcanz su altit mxim de 47. nde za tud ma Es el n nico da en que el s se ma n sol antiene so obre el ho orizonte du urante 24 4 horas. E el Polo Sur el soll circula el cielo a una altitud constante de 23. En eAxel Co otn Gutirr rez Pgina 34 4 35. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Figura 2.5. Ilumina a acin de la Tierra por el sol en el solsticio de diciembre. e s e: Fuente Wikimedia Commons.Figura 2.6. Solsticios y Equinocci ios. Fuente: Zen ndoto. Junta de Andaluc a ca.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 35 5 36. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .2.4.CONC CEPTOS BSICO S OS.D Durante lo puntos anteriore hemos utilizado algunos concepto que no os s es s o os o haban sido de n efinidos previame nte. Para poder aclarar c a cualquier duda al l respec cto y po la imp or portancia de algu unos de ellos, lo definiremos a os continu uacin: Cenit/Ze enit: Inters seccin e entre la vertical del observ v d vador y la esfera a celeste. Es decir: si se im agina una recta qu pasa p el cen a ue por ntro de la a Tierra y por nues stra ubica acin en su super rficie, el c cenit se encuentra e a sobre es recta, por encim de nue sa ma estras cab bezas. Es el punto ms alto s o del cielo.nterseccin entre la vertical del observ a d vador y la esfera ce a eleste. Es s Nadir: In decir: si imaginam una r mos recta que pasa por el centro de la Tie o erra y por r nuestra ubicacin en su su perficie, el nadir se encuentr sobre esa recta, e e ra e por deba de nue ajo estros pies En direccin contraria se e s. encuentra el Cenit. aFigur 2.7. Zenit y Nadir. ra t Fuente : Wikimedia Commons.Hemisferio Norte/ /Boreal: u una de la division geod as nes sicas cl sicas en n que se d divide la Tierra. C Comprende a Europ Norte amrica, el rtico, e pa, casi toda Asia, gra parte d frica, la parte septentrio nal de Su a an de s udamrica a y alguna islas menores de Oceana Las est as e a. taciones d ao oc del curren en n forma inversa al hemisferio sur. As, el veran boreal se extien entre o no nde e junio y s septiembre mientra el invie e, as erno lo hac entre d ce diciembre y marzo. . Debido a que el perihelio o p ocurre en enero, el verano b oreal es ms largo m o que el austral y ms clido a la inv m o; versa, el in nvierno bo oreal es ms corto m o que el au ustral y menos seve m ero.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 36 6 37. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Figura 2. Hemisfer Norte vis desde el Polo Norte .8. rio sto l e. Fuente : Wikimedia Commons.Hemisferio Sur/Au ustral es una de la division geod sicas cl as nes sicas en n que se divide el planeta Tierra. Corresponde a la mitad del globo a d o terrque ubicado al sur de la ln eo o nea del Ecuador, q E que lo se epara del l hemisfer norte. La mayor parte de hemisfe corres rio r el erio sponde a ocanos, que incluye la mayor par del Pa m rte acfico y del ndic la tota co, alidad del l Ocano Glacial Antrtico y la mitad meridion del Atllntico. La masas A d nal as s terrestre se con es ncentran p principalm mente en el contin nente ant rtico, en n Sudam rica, la pa arte austr de frica, alguna islas d Asia, Australia y ral as de A la mayor de las islas de O ra Oceana.Figura 2.9. Hemisf a ferio Sur vis desde el Polo Sur. sto l Fuente : Wikimedia Commons.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 37 7 38. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Trpico de Cnc es el trpico del hemis cer d sferio nor rte. Es el paralelo l o situado actualmente a una latitud aproximad de 23 26 al norte del a da 3 l Ecuador r.Figura 2 2.10. Trpico de Cncer o r. Fuente : Wikimedia Commons.Trpico de Capricornio es el trpic del hem s co misferio s sur. Es el paralelo o situado actualmente a un latitud aproxima na ada de 2 23 26 al sur del a l Ecuador r.Figura 2.1 1. Trpico de Capricorn d nio. Fuente Wikimedia Commons. e:Axel Co otn Gutirr rez Pgina 38 8 39. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Crculo P Polar rtico es uno de los cinco para o c alelos prin ncipales terrestres. . Se trata del parale de latit 66 33 38" Nor elo tud 3' rte.Figura 2. 12. Crculo Polar rtico o. Fuente : Wikimedia Commons.Crculo Polar Ant trtico Es uno de los cinco paralelo princip s o os pales que e sealan los mapa de la Tierra. Es el paralelo de latitud 66 33' 38" al sur as e o d r del ecua ador.Figura 2.13 Crculo Polar Antrtic 3. co. Fuente : Wikimedia Commons.Polo Norte Geogr rfico es uno de lo dos lug os gares de lla superficie de un n planeta c coincident con el e de rota te eje acin; es opuesto a Polo Su al ur.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 39 9 40. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Polo Sur Geogrfico uno de los dos puntos do r e onde el ejje de rotac cin de la a Tierra intersecta con su sup c perficie; es el opues al Polo Norte. e sto or ndicular al eje de rotacin de un planeta y que a e Ecuador es el plano perpen e pasa po su cent or tro. El Ec cuador div vide la su uperficie d planet en dos del ta s partes, e hemisfe norte y el hemisferio sur. La latitu del Ecuador es, el erio ud por defin nicin, de 0. El pla del Ecuador co la sup ano orta perficie de planeta el a en una l nea imag ginaria situ uada a la mitad exa acta de los polos. El ecuador s E r de la Tie mide 40.075,00 km. erra 4 04Altura de Sol arco de vertic contad desde el horizon hasta el Sol. Su el o cal do nte e u valor absoluto es siempre menor o igual que 90 y, po conven es un e or nio, n valor positivo si el Sol es visible (e decir si est sob el horizonte) y e es bre negativo si no es visible (es decir si est bajo el horizon nte). Es una de las o s u s ales, siendo la otra el Azimu o Azimu dos Coo ordenadas Horizonta s ut ut.Figur 2.14. Altu Solar. ra ura Fuente : Wikimedia Commons.Azimut/A Azimut el ngulo m medido sobre el hor rizonte qu forman el punto ue n o cardinal sur y la proyeccin vertical del astro sobre el h p n horizonte. Se mide e ados de esde el sur en sentid do: Sur rOesteNo orteEste, , en gra correspo ondindole los vallores (en grados) de: Sur 0 Oeste 90, Norte es d , 9 e 180, Es 270. Por proy ste yeccin vertical en v ntendemo el cort con el os te l horizonte que tien el crcu mxim que pasa por el cenit y el astro. La e ne ulo mo a altura y el azimu son coo ut ordenada que de as ependen d la pos de sicin del l observad dor. Es decir un m mismo astr en un mismo m ro momento son vistos s s bajo dife erentes coordenad c das horizo ontales por diferen ntes obse ervadores sAxel Co otn Gutirr rez Pgina 40 0 41. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .situados en punt s tos difere entes de la Tierra. Esto sig gnifica qu dichas ue s coordena adas son locales. Declinac cin ngulo que for rma el So con el ecuador c ol e celeste. Es una de E e las dos coordena adas del s sistema de coorde d enadas ec cuatoriales, la otra a coordena ada es la ascensi n recta. La declinacin es compar a s rable a la a latitud geogrfica, la difere encia es que sta se mide sobre el ecuador e l r terrestre Se mide en grad e. e dos y es positiva si est al norte del ecuador s r celeste y negativa si est al sur. Un objeto en el ecu a uador cele este tiene e una dec clinacin de 0. Un objeto so d obre el Polo Norte celeste tiene una e a declinacin de +90. Un objeto so obre el Polo Sur celeste tiene una P t a declinacin de 9 90. Un as stro que est en el cenit, tien una de e ne eclinacin n igual a la latitud del observa a ador.Ascensi Recta: Es una de las coordena n a adas astr ronmicas que se s e utilizan p para localizar los a astros sob la esfe celeste equivalente a la bre era te, a longitud terrestre (coordena geogrfica). La ascensi recta se mide a ada a n s partir de punto ve el ernal en h horas (una hora igual a 15 g grados), minutos y m segundo hacia el Este a lo largo del ecuad celeste El pun Vernal os e d dor te. nto l est en la posici del So en el eq n ol quinoccio de prima avera o equinoccio o vernal. S smbolo es . Su oFig gura 2.15. De eclinacin y Ascensin Recta. Fuente : Wikimedia Commons.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 41 42. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.2. Movimiento Aparente del Sol.2.5.SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRFICAS.Otra consecuencia de los movimientos de rotacin y traslacin de la Tierra alrededor del Sol es la distinta posicin que ocupa el Sol respecto de un observador situado en la Tierra. La posicin del Sol en el cielo, para un lugar y tiempo dados, puede ser representada por distintos sistemas de coordenadas, dependiendo de cul sea el sistema de referencia elegido. Cualquier sistema de captacin de la energa solar puede ocupar cualquier posicin sobre la superficie de la Tierra y, por ello, el ngulo de incidencia puede variar notablemente. Un sistema de captacin solar puede captar energa un da determinado del ao (por lo que le corresponder un ngulo de declinacin) y estar situado en un punto cualquiera de la Tierra (que tendr una cierta latitud). Este sistema de captacin estar inclinado un cierto ngulo con respecto a la horizontal del terreno (ngulo de inclinacin) y orientado respecto a la direccin de la meridiana (ngulo de orientacin). Debido a que el Sol se desplaza aparentemente sobre la eclptica, el ngulo de incidencia sobre el sistema de captacin variar a lo largo del da, y esto viene reflejado por el ngulo horario. El Sistema de Coordenadas Geogrficas determina todas las posiciones de la superficie terrestre utilizando las dos coordenadas angulares de un sistema de coordenadas esfricas que est alineado con el eje de rotacin de la Tierra. Este define dos ngulos medidos desde el centro de la Tierra: Latitud y Longitud. La latitud mide el ngulo entre cualquier punto y el ecuador. Las lneas de latitud se llaman Paralelos y son crculos paralelos al ecuador en la superficie de la Tierra. La insolacin terrestre depende de la latitud. Dada la distancia que nos separa del Sol, los rayos luminosos que llegan hasta nosotros son prcticamente paralelos. La inclinacin con que estos rayos inciden sobre la superficie de la Tierra es variable segn la latitud. En la zona intertropical, a medioda, caen casi verticales, mientras que inciden tanto ms inclinados cuanto ms nos acercamos a los Polos. As se explica el contraste entre las regiones polares muy fras y las tropicales muy clidas polares, tropicales, clidas. La longitud mide el ngulo a lo largo del ecuador desde cualquier punto de la Tierra. Se acepta que Greenwich en Londres es la longitud 0. Las lneas de longitud son crculos mximos que pasan por los polos y se llaman Meridianos. Combinando estos dos ngulos (Latitud y Longitud), se puede expresar la posicin de cualquier punto de la superficie de la Tierra. El Ecuador es un Axel Cotn Gutirrez Pgina 42 43. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .elemen impor nto rtante de este sistema de co e oordenada represe as; enta el ce de los ero s ngulo de latitu y el pu os ud unto medio entre lo polos. Es el plan fundam os E no mental del l sistem de Coordenadas Geogrfi cas. maFigura 2 2.16. Latitud y Longitud d d. Fuente: Rec cursos TIC. Intef. Ministe de Educa erio acin y Cultu ura.Axel Co otn Gutirr rez Pgina 43 3 44. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.2. Movimiento Aparente del Sol.2.6.ECUACIN DEL TIEMPO. TIEMPO SOLAR VERDADERO.El Tiempo Solar Verdadero, TSV (ecuacin 2.3), en un lugar dado, es el ngulo horario del centro del Sol expresado en horas. Cada hora equivale a 360/24=15, por tanto el da solar verdadero est dividido en 24 horas de tiempo solar verdadero, que empiezan a contarse a partir del medioda, ya que a las 0:00 hora solar verdadera, el Sol atraviesa el meridiano del observador y alcanza la mxima altura sobre el horizonte. (2.3)La Hora del Orto o momento del amanecer, que concuerda con una h=0 por el Este, viene dada por la ecuacin 2.4: (2.4)La Hora del Ocaso o momento del anochecer, que concuerda con una h=0 por el Oeste, viene dada por la ecuacin 2.5: (2.5)El nmero de Horas Tericas de Sol o duracin del da, lo podemos calcular partiendo con la siguiente ecuacin 2.6: (2.6)El Da Solar Verdadero, TSV, tiene una duracin desigual a lo largo del ao, debido a la excentricidad de la rbita terrestre y a la velocidad areolar. Es por ello por lo que se define el Da Solar Medio como el da solar verdadero corregido de todas sus irregularidades. La Ecuacin del Tiempo, Et, en minutos, expresa la diferencia que existe entre el Da Solar Medio y el Da Solar Verdadero, y puede calcularse con la aproximacin de la ecuacin del tiempo de Spencer (1971) (2.7) con un error mximo de 2,333 minutos. ,,,Axel Cotn Gutirrez , ,,(2.7)Pgina 44 45. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .Figura 2 2.17. Trayec ctoria Solar. Fuente: Unive F ersidad de Ja an. Grupo IDEA.Figura 2.1 Ecuacin del Tiempo. 18. n Fuente Wikimedia Commons e:Axel Co otn Gutirr rez Pgina 45 5 46. Manual de Diseo y Clculo de Instalacio d ones Solares Trmicas s s segn DB HE 4 del C.T H T.E.2. Movimie iento Aparente del Sol. .U Utilizando las expresiones de la ec o cuacin del tiempo y del ngulo de o e declina acin pod demos obtener el A Analema. Si todos los das, a la mis , sma hora, , hacem una fo mos otografa del Sol, s cambia su posicin a iz d ste ar zquierda o derecha a segn la ecuaci del tie in empo y ha acia arriba o abajo dependie a endo del ngulo de e declina acin. A e esta curva se le llam Analem ma ma.Fig ura 2.19. An nalema. Fuente Wikimedia Commons e:A la hora de dimen nsionar in nstalacione solares trmicas no es necesario es s s, n o tener e cuenta el analem Sin em en a ma. mbargo s hay que tener en cuenta la duracin a n del da el azimu z, y la altura sola h. a, ut a arAxel Co otn Gutirr rez Pgina 46 6 47. Manual de Diseo y Clculo de Instalaciones Solares Trmicas segn DB HE 4 del C.T.E.3. Energtica Solar.3.ENERGTICA SOLAR. 3.1.CONSTANTE SOLAR.El Sol genera su energa mediante reacciones nucleares de fusin -por ejemplo dos tomos de hidrgeno que producen helio, o uno de helio y uno de hidrgeno que producen litio, etc.- que se llevan a cabo en su ncleo. La generacin de energa proviene, por tanto, de la prdida de masa del Sol, que se convierte en energa, de acuerdo con la famosa ecuacin de Einstein (3.1): (3.1)Donde E es la cantidad de energa liberada cuando desaparece la masa en reposo m y c es la velocidad de la luz en el vaco. El Sol pierde cada segundo 4,2 millones de toneladas de materia que se transforman en energa, y de acuerdo con la ecuacin de Einstein esto representa una energa de (3.2): , //,/,(3.2)Esta cantidad de energa es irradiada por el espacio, con simetra esfrica en todas direcciones. La Tierra orbita al Sol a una distancia de 1,496108 km. Si calculamos ahora la potencia que recibe una superficie de 1 m2 situada en la Tierra y que se halle perpendicular al Sol, tendramos que dividir la potencia producida por el Sol, por los m2 de superficie de una hipottica esfera que envolviera al Sol y tuviera como radio la distancia que lo separe de la Tierra al Sol. (ecuacin