Problemas selectos Transferencia de calor

DESCRIPCION

ASPECTOS IMPORTANTES A CONSIDERAR

Dimensionamiento de instalaciones solares térmicas (pequeñas y de gran tamaño)

El dimensionado de las instalaciones solares térmica depende principalmente de:

• De las condiciones climáticas locales, es especial de la irradiación solar y la temperatura ambiente.
• La demanda de calor.
• La fricción solar deseada.
• El rendimiento de la instalación.

Principios básicos para evitar sobredimensionami-

entos.

• Para evitar sobredimensionado en una instalación solar se debe medir el consumo de agua caliente en el edificio o lugar en donde se va a emplear este.
• El sistema debe diseñarse teniendo en cuanta la medición del consumo si se pretende alcanzar un rendimiento medio anual elevado, disminuyendo con esto en gran medida el consumo de los combustible convencionales.
• Para edificios en donde no se puede medir el consumo de agua (edificios en proceso de construcción) se deben tener en cuenta los siguientes principios para realizar una instalación solar.

• Diseñar el sistema para un valor del consumo tirando a la baja, a partir de datos obtenidos en edificios parecidos.
• Tener en cuenta los periodos de baja demanda  durante el verano para efectuar el dimensionado, y considerar las variaciones de la radiación como del agua fría.
• Preferir factores de minoración en vez de factores de seguridad, ya que así se evitara en gran medida el estancamiento en periodos de baja demanda.
• Tener en cuenta el aumento o reducción de consumo en el futuro.
• Tener en cuenta las fases de precalentamiento u otros cambios en el nivel de temperaturas del agua fría y caliente

Consumos significativos de agua caliente.

El consumo de agua caliente durante el verano es de suma importancia, ya que en esta estación del año se corre mayor peligro de sobrecalentamiento.

Es importante considerar los siguientes aspectos, referidos a la conversión de los valores de consumo en valores adaptados al periodo de baja demanda durante el verano.

• Se debe considerar que la temperatura del agua fría durante el invierno es mucho menor que durante el verano, así que se debe analizar el cambio de dichas temperaturas a lo largo del año antes de la instalación del sistema térmico.
• También debe considerarse que durante el invierno se suelen tomar baños con temperaturas del agua caliente superiores a como se toman durante el verano, ya que esto puede significar un aumento adicional de consumo de un 5% a un 10%.

En general con lo mencionado anteriormente se puede decir que el consumo de energía para el calentamiento de agua durante el invierno aumenta de un 20% a un 30%.

En caso de no poder realizar los cálculos anteriormente mencionados, se deberá realizar la conversión de los datos de medición provenientes de cualquier otro periodo.

Debido a que estos datos de consumo de agua varían de acuerdo al país y la zona climática, es imposible hacer normas de aplicación general.

Medición de consumos significativos

Al determinar el consumo debería considerarse la medición de los siguientes parámetros:

• El caudal que circula a través del calentador de agua.
• La temperatura a la salida del calentador.
• La temperatura del agua que entra en el calentador
• A ser posible, el número de residentes
• Perdidas térmicas de recirculación (en ciertos sistemas).

Como la instalación solar se suele integrar en serie delante del sistema convencional, sólo podrá calentar el agua que circula hasta ese punto de unión. Por esta razón, es importante medir únicamente el caudal que circula a través del calentador de agua convencional, ya que con este valor se determina el consumo de diseño para el dimensionado de la instalación solar.

Se puede observar que con un aumento de la temperatura del acumulador se reduce el caudal a través del mismo, y que el caudal del acumulador aumenta al disminuir la temperatura del agua fría.

A fin de disminuir las pérdidas térmicas en el sistema de agua caliente, sería razonable conservar la temperatura del acumulador en un nivel lo más bajo posible.

No obstante, es recomendable mantener una temperatura de salida de 60 ºC por razones de prevención o higiene.

El consumo de agua caliente se estima con frecuencia a partir de otros valores de medición indirecta, por ejemplo, de la energía medida para todo el sistema de agua caliente, o del consumo total de agua (fría y caliente) en un edificio.

La instalación correcta tanto de los caudalímetros como de los sensores de temperatura, desempeña un papel de importancia para la exactitud de la medición.

La ubicación correcta para el contador de agua caliente es en la entrada del agua fría que conduce al acumulador de A.C.S. del sistema convencional. Entre el caudalímetro y la entrada de la tubería de agua fría en el acumulador no debería haber ninguna bifurcación y, por supuesto, tampoco ninguna afluencia, salvo en el caso siguiente: si el retorno de la tubería de recirculación no está conectado directamente al acumulador, sino que se une con la tubería de agua fría por delante del mismo, se deberá establecer el punto de medición de tal manera que el caudal de recirculación no quede incluido en la medición.

No se recomienda la instalación del caudalímetro en la salida de agua caliente del acumulador, ya que en este punto se mediría también el caudal de recirculación. Sólo se permitirá esta posición si el caudal de recirculación se mide por separado, con ayuda de un segundo caudalímetro en la tubería de recirculación. Un caudalímetro instalado correctamente se podrá utilizar también posteriormente para efectuar mediciones en la instalación solar.

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Es de importancia que se sigan con exactitud las indicaciones del fabricante al instalar el caudalímetro.

Igualmente, cabe prestar especial atención al elegir el caudal nominal necesario del caudalímetro. Debido a que los diámetros de las tuberías en la mayoría de los casos son excesivamente

grandes, basta a menudo elegir para el caudalímetro el diámetro nominal inmediatamente inferior. Si el caudalímetro se elige demasiado grande, se corre el peligro de que no se registren los caudales pequeños y, por lo tanto, la medición resulte inexacta.

Para determinar el consumo medio diario de agua caliente en el período de medida, se divide la cantidad total durante dicho período entre el número de días de medición.

Para la medición de la temperatura en el acumulador de agua caliente, por lo general basta con tomar varias muestras de agua en la salida del acumulador (toma de agua sin mezcla de agua fría), medir la temperatura y hallar el promedio a partir de los valores de medición. 

Esta medición resulta suficientemente exacta si la temperatura del

Acumulador se mantiene durante el día en un valor casi constante. La temperatura del agua fría también podrá determinarse tomando varias muestras de agua en el transcurso del día. El agua se ha de extraer a diferentes horas del día, en un punto cercano a la entrada del acumulador, a fin de poder reconocer la variación de las temperaturas del agua fría partiendo de estas mediciones. Esta variación brinda además información sobre el precalentamiento de agua fría debido a la exposición al ambiente.