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Otros Componentes Energía Solar Térmica

Las instalaciones de energía solar térmica incorporan componentes que permiten el correcto funcionamiento y control de las mismas. Algunos son obligatorios (elementos de seguridad) y otros se incorporan para un mejor rendimiento y mantenimiento de la instalación.

El vaso de expansión es uno de los elementos de seguridad indispensables para que la instalación funcione correctamente, ya que su función es absorber la dilatación del fluido en el momento en el que se sobrecalienta.

Los Vasos de expansión cerrados son los que más se utilizan en instalaciones solares térmicas, ya que la totalidad de ellas se realizan en circuito cerrado.

En este caso se trata de un recipiente cerrado herméticamente dividido en dos cámaras, una de fluido (1) y otra de gas (2), separadas por una membrana (3) como se puede observar en el esquema de abajo.La membrana (caucho sintético de alta calidad) es flexible y permite que el volumen de las cámaras sea variable en función de las necesidades de cada momento.

Lo que se pretende es aportar una capacidad extra al circuito, que permita absorber la expansión del fluido, por lo que debe estar dimensionado para soportar dicha expansión en las condiciones más desfavorables.

Cuando la membrana se haya expandido al máximo y el vaso ya no pueda absorber más dilatación, la presión del circuito aumentará a medida que aumente la temperatura del fluido, hasta provocar la actuación de la válvula de seguridad (situación límite).

En principio, el vaso de expansión puede ir ubicado tanto a la ida como en el retorno de la instalación porque, al tratarse de un circuito cerrado, la expansión de fluido será la misma en un lado que en el otro. A pesar de ello, siempre es mejor ubicar todos los componentes, si es posible, en la parte fría de la instalación para una mayor durabilidad.

Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.

Otro componente importante es el manómetro. Este elemento se utiliza para conocer el valor de la presión en kg/cm2 en el interior de una tubería o depósito.

MANOMETRO I.S.R. M1/4" 6 bar - Industrial llobera

Las válvulas son componentes que cumplen distintas funciones dentro del sistema.
La elección de las válvulas se realizará de acuerdo con la función que desempeñarán y las condiciones extremas de funcionamiento (presión y temperatura).

En el cuerpo de la válvula irán troquelados la presión nominal PN, expresada en bar o kp/cm2, y el diámetro nominal DN, expresado en mm o pulgadas, al menos cuando el diámetro sea igual o superior a 25 mm.

La presión nominal mínima de todo tipo de válvulas y accesorios deberá ser igual o superior a 4 kp/cm2.
Los diámetros libres en los asientos de las válvulas tienen que ser correspondientes con los diámetros nominales de las mismas, y en ningún caso inferiores a 12 mm.

Las válvulas características de una instalación de energía solar térmica son:

1) Válvula de seguridad: por su importante función, deben ser capaces de derivar la potencia máxima del colector o grupo de colectores, incluso en forma de vapor. Se recomienda su colocación en todos los circuitos sometidos a presión y a variaciones de temperatura.
La presión a la cual la válvula actúa (tarado) dejando escapar el fluido, debe ser inferior a la presión que pueda soportar el elemento más delicado de la instalación, que suele ser el vaso de expansión o el colector.
Es conveniente colocar en la descarga un embudo de desagüe para saber cuando actúa una válvula de seguridad.

DUCO Válvula de seguridad Solar H-H

2) Válvulas anti-retorno: solo permiten el paso del fluido en un sentido. Las más usadas son:
– Las de clapeta: al circular el fluido empuja una compuerta que se cierra inmediatamente al cesar la circulación, impidiendo el paso en sentido contrario. Producen poca pérdida de carga por lo que son recomendables para circuitos primarios. No es aconsejable utilizarlas en diámetros mayores a 40 mm.
– Las de obús: al circular el fluido empuja un muelle, que mueve el obús obturador permitiendo su circulación. Al cesar la circulación, el obús vuelve a su posición inicial impidiendo el paso en sentido contrario.
Originan una mayor pérdida de carga que las de clapeta, por lo que solo se recomiendan para circuitos secundarios sometidos a presión de red.

Válvula antirretorno: ¿Qué función tiene y dónde colocarla? – STHexpert

3) Válvulas de paso: se encargan de interrumpir total o parcialmente el paso del fluido por las tuberías. Las de cierre total separan una parte de la instalación o la aíslan del servicio. Las de cierre parcial producen una pérdida de carga adicional en el circuito para regular el caudal o equilibrar la instalación.

Instalación solar: Componentes y válvulas para placas solares

4) Válvulas de 3 y 4 vías: se utilizan para la circulación del fluido por vías alternativas. Casi siempre se colocan con dispositivos automáticos para que una señal eléctrica, generalmente procedente de un termostato o sonda, active el mecanismo abriendo y cerrando las vías correspondientes.

OVENTROP: Válvulas de 3-vías de mezcla y distribución "Tri-CTR" PN16

5) Válvulas de vaciado: generalmente se colocan en la parte inferior de los circuitos para operaciones de mantenimiento o reposición de algún componente averiado de la instalación.

Válvulas de vaciado archivos - Potermic

Por diferentes motivos, (llenado, enfriamiento después de una gran dilatación del fluido caloportador, etc.) las instalaciones solares térmicas se ven afectadas en ocasiones por un problema que puede perjudicar su funcionamiento o reducir en gran medida su rendimiento: las burbujas de aire en el interior de las conducciones.

Para eliminar las burbujas del fluido caloportador existen unos dispositivos llamados purgadores, que están diseñados para captar estas burbujas y expulsarlas al exterior.

Su funcionamiento es automático, debido a que las burbujas tienden a subir y situarse por encima del fluido, el purgador se coloca en el punto más alto de la instalación.

En ocasiones se monta sobre un desaireador, aparato que tiene gran capacidad de atrapar las burbujas existentes en el fluido, siendo el purgador el encargado de evacuar el aire.

Purgador Solar 3/4" FERCO PS3

El termómetro nos permitirá medir la temperatura del fluido en distintos lugares de la instalación.

Los más usados son:

De contacto: se colocan sujetándolos sobre las tuberías mediante una abrazadera.

De inmersión: se introducen en el interior de la tubería, acumulador o intercambiador dentro de una vaina y están provistos de un bulbo de diferentes longitudes. Su fiabilidad es mayor porque están en contacto directo con el fluido.

Termómetro y Termostato - Eficiencia Energética

Los termostatos son los encargados de transformar una lectura de temperatura predeterminada en su escala, en una señal eléctrica que acciona un determinado mecanismo (lo pone en marcha o lo detiene) según la función que se le haya encomendado.

El termostato diferencial y las sondas de temperatura con las que cuenta deben asegurar que la bomba de circulación solamente actúe cuando los colectores puedan aportar una ganancia útil y detenerse cuando no haya captación o ésta no sea suficiente.

Una de las sondas se coloca a la salida de los colectores y la otra en la parte inferior del acumulador. El termostato diferencial estará conectado a la bomba de circulación. Las conexiones deben hacerse con soldadura de estaño y los cables no deben tener empalmes.

La misión del termostato diferencial es comparar las temperaturas registradas por las sondas, de manera que cuando exista una diferencia predeterminada de temperatura entre ellas favorable a los colectores, la bomba de circulación se ponga en marcha.

Termostato Varilla Termo Electrico Ø6 x 270 mm. | eBay

La resistencia eléctrica de inmersión es un elemento muy empleado como sistema auxiliar en sistemas de energía solar para producción de ACS. Como se trata de un punto caliente sumergido en el circuito, tiende a acumular deposiciones calcáreas. Para evitar esto, algunos fabricantes la incorporan en el circuito primario. Esto es un grave error porque puede darse prioridad a esta fuente de energía en detrimento de la energía proveniente de los colectores.

Resistencia eléctrica 3000w OW-R3

Las medianas y grandes instalaciones cuentan con un sistema eléctrico y de control.
Las variables analógicas que deben ser medidas por el sistema de monitorización serán 6 como mínimo, y entre las cuales deberán estar las 4 siguientes:
Temperatura de entrada de agua fría.
Temperatura de suministro de agua caliente solar.
Temperatura de suministro de agua caliente a consumo.
Caudal de agua de consumo.

Con los datos registrados se procederá al análisis de resultados y evaluación de las prestaciones diarias de la instalación. Estos datos quedarán archivados en un registro histórico de prestaciones.

Energía Solar Térmica para ACS en un Colegio de Barcelona - ATEGA Instal·lacions S.L.L. Expertos en Energía Solar

Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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Aislamiento Solar Termico

Los aislantes térmicos se caracterizan esencialmente por su resistencia térmica y su inercia térmica.

La resistencia térmica se define como la dificultad que presenta un producto de un espesor dado para dejar pasar el calor en condiciones unitarias de superficie, diferencia de temperatura y tiempo. Por definición, es el cociente entre el espesor y la conductividad térmica.

La inercia térmica es la capacidad física de un material para conservar su temperatura.

Los mejores aislantes son el aire, espuma de poliuretano, fibra de vidrio, corcho (expandido), espuma de vidrios, láminas de fibra de madera, goma esponjosa, PVC, vermiculita expandida, aserrín, vermiculita suelta y linóleo.

Un aislamiento térmico representa primeramente economía, porque al evitar la transmisión de calor, se evita el paso de energía de un cuerpo a otro. Además, un aislamiento térmico representa una inversión que se verá recuperada en un tiempo relativamente corto, con el ahorro energético que se obtendrá, y con la mejor eficiencia y funcionamiento de los equipos y maquinaria.

Si el sistema solar térmico no está aislado térmicamente se tendrá una pérdida de calor y para contrarrestar este fenómeno el sistema tendrá que recurrir a la energía auxiliar para poder mantener la temperatura que se requiere. Por lo tanto si se aísla térmicamente el sistema, se evitará la pérdida de calor y se aprovechará la energía solar evitando que se accione el equipo de energía auxiliar.

El aislamiento térmico también va a representar una protección para el personal que pudiera estar en contacto accidentalmente con las superficies calientes.

Resultado de imagen de aislamiento solar térmico

Características de un buen aislante:

1. Baja conductividad calorífica.
2. Ligero (no recargar el peso de las instalaciones)
3. Incombustible y resistente a la putrefacción
4. Que no sea atacado por roedores o insectos y que no crie insectos
5. Inerte
6. Fácil de colocar.

Los lugares en donde el aislamiento es más relevante son: la parte posterior de los colectores, las tuberías y el acumulador.

Como referencia, el grosor mínimo del aislamiento de las tuberías interiores está fijado en España por el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas de Edificios), según se indica en la tabla siguiente:

Resultado de imagen de grosor mínimo del aislamiento de las tuberías interiores está fijado en España por el RITE

Para materiales con una conductividad térmica distinta a 0,04 W/m ºC, el espesor se determinará multiplicando el valor de la tabla por λ y dividiendo entre 0,04.

Para los tramos de tuberías instaladas en el exterior, se ha de aumentar el grosor mínimo indicado en la tabla anterior en 10 mm.

El material aislante se sujetará con medios adecuados, de forma que no pueda desprenderse de las tuberías o accesorios.

El aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes.

Para la protección del material aislante situado en intemperie se podrá utilizar una cubierta o revestimiento de escayola protegido con pinturas asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o chapa de aluminio. En el caso de depósitos o intercambiadores de calor situados en intemperie, podrán utilizarse forros de telas plásticas.

Se ha de tener especial cuidado en garantizar la durabilidad del aislamiento de las tuberías, especialmente en los tramos exteriores expuestos al sol, los cuales tendrán que poseer las siguientes características del aislamiento:

• Inalterabilidad a causa de los agentes atmosféricos y resistencia a la formación de hongos.
• Resistencia a la radiación solar; caso contrario, deberá cubrirse adecuadamente con fundas o pinturas protectoras.
• Sellado de los pasos al exterior y eliminación de los puentes térmicos.

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Sistemas de Bombeo Solar Térmico

Existen tres grandes tipos de sistemas de bombeo o electrocirculadores:

1. Alternativos
2. Rotativos
3. Centrífugos

Usualmente los empleados en sistemas de energía solar térmica son los centrífugos.

El electrocirculador o bomba es el elemento de la instalación solar térmica encargado de mover el fluido del circuito primario, u otros circuitos cerrados de la instalación (circuito entre el acumulador y el intercambiador exterior, anillos de recirculación de agua caliente sanitaria, circuitos de calefacción, etc.).

En el caso particular del circuito primario solar, el objetivo de forzar esta circulación es transportar el calor desde los colectores solares hasta el intercambiador, compensando las pérdidas de carga (resistencia al movimiento del fluido) de los diferentes accesorios que forman el circuito: tuberías, válvulas, derivaciones, colectores e intercambiador.

En la mayoría de las instalaciones de producción de agua caliente sanitaria con energía solar, los caudales en circulación no son muy importantes. Las bombas más utilizadas son del tipo en línea, monofásicas y de pequeña potencia.

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Para la fabricación del cuerpo de las bombas se utilizan diferentes materiales dependiendo del circuito en que se integre:

Circuitos cerrados: el hierro fundido es el material más utilizado en la fabricación del cuerpo hidráulico de las bombas destinadas a estos circuitos, ya que resulta más económico que otros materiales. El líquido que circula es siempre el mismo, generalmente agua con aditivos anti-calcáreos y anticongelantes. Además, este fluido no es de consumo por lo que, no ha de mantener inalterables las características del agua.

Circuitos abiertos: el bronce y el acero inoxidable son los materiales más utilizados en circuitos abiertos. El líquido que circula es el agua de consumo y, por lo tanto, las sales que lleva disueltas producen problemas de calcificación y corrosión en ciertos materiales como, por ejemplo, el hierro fundido. Además, al tener que estar en contacto con el agua de consumo, el material de construcción del rodillo ha de mantener inalterables las características del agua.

El comportamiento del electrocirculador se representa:

P = C . p

Donde:

P es la potencia necesaria

C es el caudal (l/seg) entre dos puntos de una tubería con diferencia de presión p

Lo que quiere decir que la potencia de la bomba es función de la pérdida de carga y del caudal.

Con estos dos ejes el fabricante lo representará en su curva característica, teniendo cada bomba su propia curva característica.

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Con el paso del tiempo, las tuberías van adquiriendo corrosión, por lo que la pérdida de carga aumenta. Generalmente los cálculos se realizan como si en la instalación sólo hubiese agua, mientras que muchas veces se añade anticongelante, por esta razón en la práctica la bomba que se elige debe estar un poco sobredimensionada.

Las bombas suelen tener varias velocidades y el fabricante lo indica en sus gráficas. Lo aconsejable es que se trabaje en una velocidad intermedia para así poder subir o bajar la velocidad si nos hemos quedado cortos o hemos sobredimensionado la bomba respectivamente.

Al asociar dos electrobombas en serie se aumenta mucho la altura manométrica y poco el caudal, mientras que si se asocian en paralelo aumenta mucho el caudal y poco la presión.

La bomba tiene que contrarrestar la pérdida de carga solo en el circuito más desfavorable. Si el circuito está equilibrado, será elegido uno al azar.

El circuito va precedido de un filtro para evitar que entren impurezas de las soldaduras y del resto de la instalación en la bomba. También lleva una válvula antirretorno para evitar retrocesos del fluido caloportador desde el colector a la bomba. Las llaves de corte se utilizan en caso de avería de la bomba para ser sustituida o reparada.

Operando las llaves de corte obtenemos en el manómetro la presión de impulsión y la presión de aspiración. Si restamos los resultados se obtiene la pérdida de carga, que debe coincidir con la de la instalación.

En la parte trasera el electrocirculador debe tener una pequeña presión para que sea capaz de arrancar, la normativa indica que como mínimo debe ser de 2 bar ó 5 bar para temperaturas altas.

Funcionamiento de la energía solar térmica | Ekidom S.L. Energías ...

La experiencia indica que para una instalación con colectores planos el caudal mínimo necesario es de 50 litros por hora por m2 de superficie colectora si el fluido caloportador es agua. Si es una mezcla anticongelante, el caudal será mayor para compensar la menor capacidad de transportar calor. Para eso deberemos tener en cuenta la relación entre el Ce de la mezcla anticongelante y Ce del agua.

En general, el caudal térmico debe ser como mínimo igual a 50 kilocalorías por cada metro cuadrado de colector, por cada hora y por cada grado centígrado de salto térmico. Por ejemplo: si el fluido experimenta un salto térmico de 5º C en los colectores, el caudal térmico mínimo será = 50 x 5 = 250 kcal/h/m2.

Cuando se habla de determinado caudal nos estamos refiriendo al volumen que realmente atraviesa cada metro cuadrado de colector en la unidad de tiempo considerada.

Una vez hallado el caudal, habrá que calcular las pérdidas de carga que ese caudal provoca en la instalación, las que serán la suma de pérdidas de carga de cada uno de los componentes (tuberías, accesorios, intercambiador, etc.).

La mejor manera de realizar el cálculo siempre será acudir a las curvas características caudal-presión de la ficha técnica del electrocirculador.

Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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Solar Térmica Panamá

A pesar de los altos niveles de radiación solar y de su fuerte dependencia de los combustibles fósiles recién a partir del año 2018 Panamá comenzó a fomentar la incorporación de la tecnología solar térmica.

El punto de partida fue “Termosolar Panamá”.

Se trata de un proyecto ejecutado a través de una alianza interinstitucional entre la Oficina Regional de ONU Medio Ambiente para América Latina y el Caribe y la Secretaria Nacional de Energía (SNE), con el apoyo financiero del Fondo para el Medio Ambiente Mundial (GEF) y el respaldo de diversos aliados de los sectores público y privado.

El objetivo es instalar en todo el país 1 millón de metros cuadrados de aplicaciones de tecnología solar térmica para el calentamiento de agua para el 2050. Con esto, el país reducirá 6.4 millones de toneladas de CO2 y los panameños ahorraran más de US$ 3 millones anuales en combustibles fósiles.

Se invertirán unos 10 millones de dólares para la consecución de este objetivo.

Termosolar - Calentamiento de agua con energía solar en Panamá ...

El proyecto se inició en junio de 2018 y ha contado con el respaldo de una amplia cartera de aliados de los sectores público y privado, como el Banco General, el Panamá Green Building Council, la Universidad Tecnológica de Panamá, el Municipio de Panamá, el Instituto Nacional de Formación Profesional y Capacitación para el Desarrollo Humano (Inadeh), entre otros.

Uno de los 4 objetivos directos del proyecto es la implementación de proyectos pilotos demostrativos con sistemas de calentamiento solar de agua a nivel nacional. Esto involucró la realización de auditorías energéticas en las residencias, comercios y hospitales que fueron seleccionados para participar; lo que conllevó la identificación de oportunidades de ahorro y el potencial de mercado que existe en el país.

El proyecto instaló hasta ahora un total de 100 calentadores piloto en edificaciones de salud y asistencia social, hoteles, empresas privadas y residencias particulares.

Algunos de los centros donde se contempló el uso de la tecnología son el Hospital San Miguel Arcángel de Panamá, el Hospital Luis “Chicho” Fábrega de la provincia de Veraguas, el Hospital Materno Infantil José Domingo de Obaldía de la provincia de Chiriquí, y comedores infantiles en la Ciudad de Panamá.

La Clínica Veterinaria de Vida Silvestre del Parque Municipal Summit de Panamá se convirtió en la primera beneficiaria del sector público.

De los 100 pilotos establecidos, 30 fueron asignados al sector residencial.

Panamá instalará 100 calentadores solares en edificios públicos y ...

El proyecto prevé el desarrollo de un paquete de medidas políticas y fiscales que permitan el crecimiento de la tecnología solar térmica en el país, así como la adopción de estándares de aseguramiento y control de la calidad, tanto del equipo a importar o fabricar, como de las técnicas para la instalación de los equipos.

Termosolar Panamá también contempla la creación de capacidades y la formación de profesionales para el manejo de sistemas de calentamiento solar de agua.

El Banco General diseñó un mecanismo financiero para otorgar líneas de créditos al sector residencial y comercial que deseé implementar este sistema. Los análisis de factibilidad y diseño del sistema de calentador solar de agua serán financiados por el proyecto.

Esta iniciativa gubernamental ha logrado estimular las reacciones de la empresa privada panameña. Los sectores con un potencial interesante y muy marcado son el hotelero, el alimentario y el sanitario.

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Intercambiador Solar

En las instalaciones de energía solar térmica el intercambiador de calor es el encargado de transmitir la energía calorífica recogida por los colectores solares hacia el medio que se necesite calentar.

Según el tipo de sistema de transferencia de calor utilizado, se pueden clasificar en:

Directas: El agua caliente sanitaria para consumo circula por el circuito primario y, por lo tanto, circulará por los colectores. Este sistema es apto para pequeñas instalaciones situadas en zonas donde no existe peligro de congelación. La tendencia es hacia la restricción de su uso, no siendo admitido en varios países.

Indirectas: El agua caliente sanitaria para el consumo final circula únicamente por el circuito secundario, lo que supone que el líquido caloportador fluye solamente por el circuito primario y nunca está en contacto con el agua caliente sanitaria. En este caso se necesita de un intercambiador para pasar al segundo circuito el calor recogido en el primero.

El intercambiador seleccionado resistirá la presión máxima de trabajo de la instalación.

De acuerdo a la sección HE-4 del CTE español:

– Para el caso de intercambiador independiente, la potencia mínima del intercambiador P, se determinará para las condiciones de trabajo en las horas centrales del día suponiendo una radiación solar de 1.000 W/m2 y un rendimiento de la conversión de energía solar a calor del 50 %, cumpliéndose la condición:

P = 500 . A

Siendo:
P = potencia mínima del intercambiador [W]
A = el área de captadores [m2].

– Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de captación no será inferior a 0,15.

En cada una de las tuberías de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguito correspondiente.

Los intercambiadores de calor utilizados en circuitos de agua sanitaria serán de acero inoxidable o cobre.

La pérdida de carga de diseño en el intercambiador de calor no será superior a 3 m/ca, tanto en el circuito primario como en el secundario.

Tipos de intercambiadores solares:

Intercambiador de placas: este tipo de intercambiador está formado por una serie de placas de metal corrugado, unidas en un bastidor mediante presión y selladas mediante una junta.
Las placas forman una serie de pasillos interconectados a través de los cuales circulan los fluidos de trabajo. Estos fluidos son impulsados mediante bombas.

Para la elección del intercambiador de placas adecuado para la instalación, es necesario consultar las directrices del fabricante. Sin embargo, se recomienda que la potencia térmica a transferir (en Kw) sea igual a los 2/3 de la superficie colectora (en m2).

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Intercambiador de doble envolvente: este sistema consta de un depósito en el que está acumulado el fluido secundario (agua caliente) y que dispone de una doble pared por la que circula el fluido caloportador cediendo calor al agua caliente sanitaria. Las condiciones de funcionamiento del intercambiador imponen la elección de su material, que suele ser acero al carbono o aceros aleados.

La superficie de intercambio mínima debe estar comprendida entre 1/4 y 1/3 de la superficie útil de los colectores. Sin embargo, existe un límite geométrico para su uso, que viene dado por las dimensiones de la carcasa. Para cierto rango de medidas, la superficie de intercambio puede llegar a ser menor que la cuarta parte de la superficie de los colectores. Para volúmenes mayores a 750 litros, la superficie de intercambio necesaria (que es la pared del acumulador) va aumentando y podría resultar en acumuladores muy altos para los que habría que contar con una sala de máquinas adecuada.

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Intercambiador de serpentín: está constituido por un tubo que está sumergido en un depósito donde se acumula el fluido secundario. Por el interior del tubo circula el fluido primario o caloportador cediendo el calor al fluido secundario.

Según la forma del tubo se distinguen:

Intercambiador de serpentín helicoidal. El tubo arrollado en espiral que transporta el fluido caloportador se encuentra sumergido en el interior del acumulador en la parte inferior.

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Intercambiador de serpentín de haz tubular. Son los comúnmente utilizados para obtención de ACS. El fluido primario circula por varios tubos, no por uno como en el helicoidal. El líquido fluye por el interior del serpentín por circulación forzada, mientras que en el exterior la renovación del fluido en contacto con el serpentín se hace por circulación natural.

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Para saber si un intercambiador de serpentín es adecuado para el uso en aplicaciones solares, su superficie de intercambio mínima debe estar comprendida entre 1/4 y 1/3 de la superficie útil de los colectores.

La superficie de intercambio de un serpentín helicoidal o de haz tubular será la superficie lateral de un cilindro que tiene por base la sección exterior del tubo empleado y por altura la longitud total del mismo. Con dicho criterio será fácil dimensionar un intercambiador tubular.

Algunas recomendaciones:
– El serpentín deberá ir colocado en la parte más baja del acumulador.
– Si es helicoidal, la distancia entre espiras deber ser igual a 2 veces el diámetro exterior del tubo.
– Si utilizamos anticongelante en una proporción de hasta un 30%, se debe aumentar la superficie de intercambio en un 10%.

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Tanques Acumuladores Solares

El acumulador se encarga de almacenar la energía térmica generada por los colectores solares.

Es imprescindible en las instalaciones puesto que los períodos de radiación solar y transferencia de energía no suelen corresponder con los períodos en los que tiene lugar el consumo de agua caliente.

Almacenar energía mediante agua caliente es barato, fácil de manejar, tiene una alta capacidad calorífica y es al mismo tiempo el elemento de consumo para el caso de ACS (agua caliente sanitaria).

El tipo de acumulador depende de la aplicación: agua caliente sanitaria, climatización, calefacción o uso industrial.

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Los más comunes son:

Acumuladores de agua caliente sanitaria: deben ser capaces de soportar los altos niveles de presión y temperaturas de trabajo previstas, no sufrir deterioros por fenómenos de corrosión y cumplir obligatoriamente con los requisitos exigidos al almacenamiento de agua potable.
Generalmente se ofrecen con capacidades de 100 a 5.000 litros de acumulación.

Acumuladores de inercia: se utilizan como acumulador de calor para sistemas de calefacción o para grandes instalaciones de ACS. Cumplen la función de tampón para almacenamiento de calor o frío. Actúan como memoria hidráulica entre la producción de calor y la liberación.
Generalmente se ofrecen con capacidades de 500 a 5.000 litros de acumulación.

Acumuladores combinados: combinan acumulación de ACS y acumulación de calefacción.
En un mismo acumulador se combinan, por ejemplo, 175 litros de acumulación para ACS y 600 litros de acumulación para calefacción.
Generalmente se ofrecen con capacidades de 175 a 250 litros para acumulación de ACS y de 500 a 2.000 litros de acumulación para calefacción.

Los materiales más usados en la construcción de acumuladores son:

Acero: necesita tratamientos internos a base de epoxi o vitrificados para evitar corrosión.

Acero inoxidable: es sin duda el mejor material.

Acero galvanizado: la temperatura de acumulación no debe superar los 65º C.

Fibra de vidrio reforzada: resiste la corrosión, pesa poco y es fácil su manutención, pero soportan bajas temperaturas (60º C máximo).

Plásticos: tiene cualidades similares a la fibra de vidrio.

Aluminio: no es aconsejable por problemas de corrosión.

Además de los tratamientos interiores, los acumuladores incorporan dispositivos de protección contra la corrosión.

Uno de los problemas originados por la corrosión es que el óxido y los sedimentos favorecen el desarrollo de la legionella. Es esencial evitarla mediante la construcción de acumuladores con materiales nobles como algún tipo de acero inoxidable y/o la combinación de algún revestimiento interior y un sistema de protección catódica.

Los acumuladores suelen ser de forma cilíndrica y de dimensión vertical mayor que la horizontal para favorecer la estratificación térmica del agua en su interior.
El agua más caliente de la parte superior se ubicará en la zona de extracción hacia el consumo o hacia el sistema convencional de soporte. El agua más fría se encuentra en la parte inferior del tanque, que será desde donde se impulsará hacia los colectores solares. De esta manera hacemos funcionar los colectores a la mínima temperatura posible, aumentando su rendimiento.

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El dimensionado del volumen de acumulación depende, principalmente, de tres factores:

1• Superficie de colectores instalados

Como criterio general para ACS, se recomienda un volumen de acumulación comprendido entre 50-100 litros por cada m2 de colector solar.
Valores mayores no conducen a un incremento significativo en cuanto al aprovechamiento de energía solar, y el coste del acumulador aumenta.
Contrariamente, menores tamaños aumentan la temperatura, disminuyendo, por lo tanto, el rendimiento de los colectores.
Para pequeñas instalaciones domésticas de producción de agua caliente sanitaria, la capacidad del depósito solar debería ser igual al consumo diario de agua caliente.

2• La temperatura de utilización

Ésta nos determinará el tipo de dispositivo de estratificación, así como el grosor del aislante a utilizar, en función de las pérdidas máximas que se consideran admisibles.

3• Desfase entra captación–almacenamiento y consumo

El volumen de acumulación será función del desfase entre el período de captación–almacenamiento y el consumo, que puede ser:

* Coincidencia entre período de captación y período de consumo (caso de precalentamiento de una caldera en un proceso continuo).
En este caso, el volumen especifico del acumulador será de 35-40 litros/m2.

* Desfases entre captación y consumo no superiores a 24 hs (calentamiento de agua sanitaria en viviendas plurifamiliares, hoteles, etc.).
En este caso, el volumen será de 60-90 litros/m2.

* Desfase entre captación y consumo habituales o periódicos superiores a 24 hs e inferiores a 72 hs (calentamiento de agua caliente sanitaria en procesos industriales, etc.).
En este caso, el volumen será de 75-100 litros/m2.

* Desfases entre captación y consumo superiores a 72 hs (calentamiento de agua sanitaria en segunda vivienda, en fin de semana.).
En este caso, el volumen se determinará haciendo un balance de pérdidas y ganancias energéticas y optimizando el aislamiento.

Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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Solar Térmica Nicaragua

Sin lugar a dudas el proyecto emblemático, en lo que a energía solar térmica se refiere es el sistema inaugurado el 9 de octubre de 2018 en el Hospital Militar Escuela Doctor Alejandro Dávila Bolaños de Managua.

Con una inversión de U$D 4,3 millones financiados a través de un préstamo blando de Oesterreichische Kontrollbank y Raiffeisen Bank International y con el apoyo de la Agencia de Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (UNIDO), y el Centro Nacional de Producción más Limpia de Nicaragua; esta instalación proporciona el 30% de la demanda requerida para la climatización y el 100% de la demanda de agua caliente (ésta última a utilizarse en diversas funciones operativas del hospital, tales como: higiene personal de pacientes y médicos, para aseo y preparación de alimentos en la cocina, para área de lavandería, entre otros).

El sistema solar fue instalado en un área de 4.450 metros cuadrados, está compuesto de 338 paneles solares térmicos y tendrá un impacto positivo en el medioambiente eliminando la emisión de más de 1.100 toneladas de dióxido de carbono cada año.

Es el segundo sistema más grande del mundo, el más grande en hospitales y único en Latinoamérica.

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A pesar del incremento en el número de instalaciones, la energía solar solo representa un 1% de la matriz energética de Nicaragua.

Existe la sensación de que la toma de decisiones está más enfocada en el mercado y no como una cuestión de desarrollo.

La clave está en asociar el desarrollo de la tecnología solar con actividades económicas, establecer una relación entre recurso hídrico, energías renovables y seguridad alimentaria y basar en las energías renovables la adaptación al cambio climático.

Actualmente la energía solar aporta seguridad energética en contraposición, por ejemplo, al suministro de energía vía presas hidroeléctricas que depende de lluvias que están variando cada vez más en toda la región debido al cambio climático.

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La diversificación de fuentes energéticas se vuelve indispensable y ha originado un crecimiento de inversiones en energía solar.

Esto ha sido posible por la contribución de los recursos públicos para apoyar el desarrollo de esta tecnología, por el compromiso político y por el papel llevado a cabo por la iniciativa privada.

En este sentido, es de destacar el trabajo que está realizando el BID en la región.

A pesar de los avances, la asignatura pendiente sigue siendo la integración energética en la región.

Una ampliación de las redes a nivel regional ayudaría a bajar los costos y una diversificación del suministro energético garantizaría mayor seguridad energética.

Todo lo que necesitas es Sol. Todo lo que necesitas es Sopelia.

Tubería Solar Térmica

La conexión de los diferentes componentes de la instalación solar se realiza con tuberías, hasta formar los circuitos hidráulicos necesarios.

Normalmente, los materiales utilizados para las tuberías del circuito primario son cobre, acero negro y materiales plásticos

Se pueden usar sin problemas las tuberías de polietileno reticulado, siempre que el fabricante garantice su uso por encima de los 120º C.

El acero galvanizado no debe usarse en circuitos primarios (de los colectores al almacenamiento) debido al fuerte deterioro que la protección de zinc sufre con temperaturas superiores a 65º C.

En general, la velocidad del fluido no ha de ser superior a 1,5 ó 2 m/s en el circuito primario.

Puede seleccionarse un diámetro de las tuberías de forma que la velocidad de circulación del fluido sea inferior a 2 m/s cuando la tubería discurra por locales habitados y a 3 m/s cuando el trazado sea al exterior o por locales no habitados.

Cuando se utilice acero en tuberías o accesorios, el pH del fluido de trabajo deberá estar comprendido entre 5 y 9.

El dimensionado de las tuberías se realizará de forma que la pérdida de carga unitaria en tuberías nunca sea superior a 40 mm de columna de agua por metro lineal.

La pérdida de carga total del circuito no debe superar los 7 m de columna de agua.

La pérdida de carga máxima es aplicable al circuito primario y al secundario. Si fuese mayor, estaríamos obligados a elegir el diámetro inmediatamente superior de tubería.

Para el calentamiento de piscinas se utilizan tuberías de PVC, que pueden tener grandes diámetros sin un sobrecoste importante.

Todas las redes de tuberías deben diseñarse de tal manera que puedan vaciarse de forma parcial y total, a través de un elemento que tenga un diámetro nominal mínimo de 20 mm.

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Para la selección de una tubería se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

1º Compatibilidad con el fluido:

Los materiales a emplear para circuitos de ACS podrán ser:

• Metálicos:

– Acero galvanizado, UNE-EN 10.255 serie M (solo en agua fría).
– Acero inoxidable, UNE-EN 10.312, series 1 y 2.
– Cobre, UNE-EN 1.057.

• Termoplásticos:

– Policloruro de vinilo no plastificado (PVC), UNE-EN 1.452.
– Policloruro de vinilo clorado (PVC-C), UNEEN ISO 15.877.
– Polietileno (PE), UNE-EN 12.201.
– Polietileno reticulado (PE-X), UNE-EN ISO 15.875.
– Polibutileno (PB), UNE-EN ISO 15.876.
– Polipropileno (PP) UNE-EN ISO 15.874.
– Multicapa polímero/aluminio/polietileno (PE-RT), UNE 53.960 EX.
– Multicapa polímero/aluminio/polietileno (PE-X), UNE 53.961 EX.

Quedan prohibidos expresamente los tubos de aluminio y aquellos cuya composición contenga plomo.

2º Presión de trabajo:

Se debe garantizar en todos los puntos de consumo una presión mínima de 1 bar y una máxima de 5 bares; por lo que se puede tomar 5 bares como presión para la selección de la serie.

Si bien las válvulas de seguridad de los depósitos suelen estar taradas a 8 bares ésta es una presión de diseño más adecuada.

3º Temperatura de trabajo:

Las tuberías para ACS y calefacción deben mantenerse estables con las temperaturas de trabajo de la instalación, esporádicamente ser capaces de alcanzar temperaturas cercanas a los 95 °C y seguir resistiendo con una esperanza de vida de al menos 50 años.

4º Pérdida de carga:

Cuando un líquido circula por el interior de un tubo recto su presión disminuye linealmente a lo largo del mismo, aunque esté en posición horizontal. Esa caída de presión se llama pérdida de carga.

Válvulas, estrechamientos, codos, cambios de dirección, derivaciones, etc. ocasionan pérdidas de carga locales o singulares que también se deben tener en cuenta.

Hay que determinar la pérdida de carga total, que es la suma de la pérdida de carga lineal y de las pérdidas de carga singulares.

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5º Tamaño de la tubería:

Para calcular el tamaño de la tubería partimos del dato del caudal.

Debemos determinar el diámetro mínimo de la tubería (es decir el más económico) sin que la pérdida de carga supere un límite razonable, para no vernos obligados a usar un grupo de bombeo de mayor potencia con el consiguiente derroche de energía.

Sabemos por experiencia que la velocidad máxima recomendada para la circulación del fluido es de aproximadamente 1,5 m/s si lo hace en forma continua (circuitos primarios) y de 2,5 m/s si lo hace a intervalos (circuitos secundarios de consumo).

También se recomienda (o se exige) que la pérdida de carga por cada metro lineal de tubo no supere los 40 mm ca.

Estas 2 condiciones imponen un límite inferior al diámetro de la tubería.

Es habitual partir de un diámetro estimado en base a la experiencia en instalaciones análogas y verificar que la elección implica valores de pérdida de carga y velocidad inferiores a los máximos recomendados.

De no ser así, habría que repetir la verificación para un diámetro inmediatamente superior.

Si por el contrario, podemos seleccionar un diámetro inferior al inicial, ahorraremos en material; sobre todo si el circuito tiene una longitud considerable.

Como primera aproximación, podemos recurrir a la siguiente fórmula:

D = j C 0,35

Siendo:

D diámetro en cm
C caudal en m3/h
j 2,2 para tuberías metálicas y 2,4 para tuberías plásticas.

La estimación inicial, cualquiera sea el método empleado, debe ser verificada haciendo uso de tablas o ábacos de pérdida de carga.

Hay tablas y ábacos específicos para cada tipo de material (cobre, acero, plásticos) que permiten determinar la pérdida de carga por rozamiento y la velocidad del fluido en los tubos.

Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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Protección Del Sistema Solar Térmico

El correcto diseño de una instalación solar térmica pasa por prever todas las circunstancias que puedan dañarla y aplicar estrategias que puedan evitar que se produzcan averías que acorten su vida útil.

Hay básicamente 5 aspectos a tener en cuenta:

I-Protección contra heladas:

El método de protección dependerá del fluido caloportador utilizado y de las condiciones meteorológicas propias del lugar de la instalación.

No basta con proteger solamente a los colectores. También deben protegerse las tuberías exteriores.
Como sistemas de protección anti-heladas podrían utilizarse:

1. Mezclas anticongelantes: es la solución más usada para proteger a la instalación del peligro de congelación.

2. Recirculación de agua de los circuitos: este sistema es adecuado para zonas climáticas en las que los períodos de baja temperatura sean de corta duración.

3. Drenaje automático con recuperación de fluido: este sistema requiere utilizar un intercambiador de calor entre los captadores y el acumulador para mantener en éste la presión de suministro de agua caliente. No se aconseja esta solución en caso de que el absorbedor del colector sea de aluminio.

4. Drenaje al exterior (sólo para sistemas solares prefabricados): este sistema no está permitido en los sistemas solares a medida.

5. Paro total de la instalación durante el invierno: esta solución es aconsejable para instalaciones que solo se utilizan en verano y habrá que tener en cuenta que los circuitos vacíos están sometidos a mayores riesgos de corrosión.

6. Calentamiento de los colectores por medio de una resistencia eléctrica.

7. Colectores capaces de soportar la congelación: hay en el mercado colectores que tienen una elasticidad suficiente para soportar el aumento de volumen debido a la congelación.

8. Introducción en el circuito del absorbedor de cápsulas elásticas y estancas que contienen aire o nitrógeno. Al aumentar la presión debido a la congelación, éstas se comprimen evitando las averías por rotura.

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II-Protección contra sobrecalentamientos:

Un exceso de calor en los sistemas solares térmicos se produce cuando existe demasiada captación solar en relación al consumo que se hace de la energía obtenida. Cuando esto ocurre, los colectores retienen el calor que no se ha evacuado y elevan su temperatura hasta niveles que pueden ser peligrosos para la instalación.

Se estima que una temperatura del fluido caloportador superior a los 90 ºC empieza a ser peligrosa para la instalación.

El problema surge cuando, por las causas ya comentadas, la temperatura sube demasiado en los colectores y el fluido caloportador que circula en el interior del circuito primario comienza a hervir, a dilatarse y a emitir vapor.

Tanto la dilatación como sobretodo la vaporización elevan la presión dentro del circuito primario.

Por otro lado, cuando el fluido caloportador empieza a hervir en el circuito primario, se producen incrustaciones de cal en las superficies de los distintos componentes que van deteriorando el equipo.

En el sobrecalentamiento de los colectores pueden presentarse 3 casos:

1. Circuito cerrado con vaso de expansión al aire libre: el vapor producido va al exterior. Esto puede originar incrustación y riesgo de vaciado de parte del circuito, obligando a su rellenado antes de su puesta en servicio.

2. Circuito abierto (el agua de consumo pasa por los colectores): si la presión de ebullición supera a la de red, el vapor producido descargará en la red contaminando el agua.

3. Circuito cerrado y vaso de expansión cerrado: al elevarse la temperatura, la presión sube y la válvula de seguridad se abrirá al llegar a un cierto valor predeterminado.

El riesgo de sobrecalentamiento en el almacenamiento es menor y puede decirse que solamente podría producirse si la instalación cuenta con colectores de elevado rendimiento (p.e.: colectores de tubo de vacío) y carece de mecanismo de disipación.

Cuando las aguas sean duras (contenido en sales de calcio entre 100 y 200 mg/l) se tomarán las precauciones necesarias para que la temperatura de trabajo de cualquier punto del circuito de consumo no sea superior a 60 °C, sin perjuicio de la aplicación de los requerimientos necesarios contra la legionella.

En cualquier caso, se dispondrán los medios necesarios para facilitar la limpieza de los circuitos.

Además de los elementos de seguridad hay otros mecanismos para evitar los peligros de sobrecalentamiento:

• Usar un fluido orgánico con punto de ebullición alto.

• Ángulo de inclinación de los colectores superior al óptimo para captar la radiación solar preferentemente en invierno. Con ello se consigue que los rayos más perpendiculares del verano caigan con mayor inclinación sobre el colector y se aprovechen menos.

• Exceso de calor vertido en la piscina.

• Aleros. Mediante la disposición de aleros estratégicamente dispuestos es posible reducir la radiación solar que soportan los colectores solares en verano.

• Cubrir los colectores con fundas.

• Disipadores de calor. Estos dispositivos hacen circular el líquido sobrecalentado por unos conductos para que se disipe su calor en el aire.
Algunos dirigen todo el flujo sobrecalentado del circuito primario a una unidad donde el calor es disipado con ayuda de ventiladores (aerotermos).
Otros en cambio son estructuras que se colocan en cada colector o batería de colectores y que disipan solo el calor generado por la unidad sobre la que están. Este tipo de disipador funciona por gravedad, sin componentes electrónicos y se activa por medio de válvulas termostáticas. Tiene la ventaja de que sigue funcionando ante un corte en el suministro eléctrico.

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III-Resistencia a presión:

En el caso de sistemas cerrados, se tendrá en cuenta la máxima presión de trabajo de todos los componentes. El componente que tenga la menor presión máxima de trabajo es el que fijará la pauta para toda la instalación.

En caso de sistemas de consumo abiertos con conexión a la red, se tendrá en cuenta la máxima presión de la misma para verificar que todos los componentes del circuito de consumo soportan dicha presión.

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IV-Prevención de flujo inverso:

La instalación del sistema deberá asegurar que no se produzcan pérdidas energéticas relevantes debidas a flujos inversos no intencionados en ningún circuito hidráulico del sistema.

La circulación natural que produce el flujo inverso se puede favorecer cuando el acumulador se encuentra por debajo del colector, por lo que habrá que tomar, en esos casos, las precauciones oportunas para evitarlo.

En sistemas con circulación forzada se aconseja utilizar una válvula anti-retorno para evitar flujos inversos.

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V-Prevención de la legionelosis:

Se deberá cumplir que la temperatura del agua en el circuito de distribución de agua caliente no sea inferior a 50 °C en el punto más alejado y previo a la mezcla necesaria para la protección contra quemaduras o en la tubería de retorno al acumulador. La instalación permitirá que el agua alcance una temperatura de 70°C. En consecuencia, no se admite la presencia de componentes de acero galvanizado.

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Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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Fluido Caloportador

El fluido caloportador pasa a través del absorbedor y transfiere al sistema de aprovechamiento térmico (acumulador, interacumulador o intercambiador) la energía.

Los tipos más usados son:

* Agua natural: puede utilizarse en circuito abierto, cuando el agua sanitaria pasa directamente por los colectores, o en circuito cerrado (circuito independiente del consumo).

En el primer caso, el circuito solo puede estar constituido por materiales permitidos para la conducción de agua potable. En algunos países no se permite este sistema.

Habrá que considerar las características del agua, especialmente su dureza (cantidad de calcio y magnesio), que al calentarse produce una costra dura o sarro.

Esta costra acelera la corrosión, restringe el flujo y reduce la transferencia térmica. Los valores comienzan a ser problemáticos a partir de los 60 mg/l. Las aguas muy blandas también pueden ocasionar problemas debido a su corrosividad.

* Agua con anticongelante: para evitar los inconvenientes de congelación y ebullición del fluido caloportador el uso de los anticongelantes denominados “glicoles” es lo más generalizado.

Mezclados con el agua en determinadas proporciones impiden la congelación hasta un límite de temperaturas por debajo de 0º C según su concentración.

Por otro lado el punto de ebullición se eleva haciendo que el caloportador quede protegido contra temperaturas demasiado altas.

La elección de la concentración dependerá de las temperaturas históricas de la zona de ubicación de la instalación y de las características que aporte el fabricante.

Los glicoles más usados son el etilenglicol y el propilenglicol.

Resultado de imagen de tabla anticongelante solar

Características fundamentales de los anticongelantes:

• Son tóxicos: se debe impedir su mezcla con el agua de consumo haciendo la presión del circuito secundario mayor que la del primario, por prevención ante una posible rotura del intercambiador.

• Son muy viscosos: factor a tener en cuenta a la hora de elegir la electrobomba que suele ser de mayor potencia.

• Dilata más que el agua cuando se calienta: como norma de seguridad, cuando usamos anticongelante en proporciones de hasta un 30%, al dimensionar el vaso de expansión, aplicaremos un coeficiente de 1,1 y de 1,2 si la proporción es mayor.

• Es inestable a más de 120ºC: pierde sus propiedades por lo que deja de evitar la congelación. Hay algunos que soportan temperaturas mayores, pero son caros.

• La temperatura de ebullición es superior a la del agua sola, pero no demasiado.

• El calor específico es menor al del agua sola, por lo que habrá de tenerse en cuenta en el cálculo del caudal, condicionando el dimensionado de la tubería y del circulador.

Para calcular la cantidad de anticongelante que hay que añadir a una instalación, primeramente hay que consultar en la tabla de temperaturas históricas cuál es la mínima temperatura registrada en esa ciudad o localización.

Una vez que se conoce se va a la gráfica de los glicoles que suministra el fabricante y se traslada el valor para indicarnos cuál es el porcentaje.

* Líquidos orgánicos: existen dos tipos, sintéticos y derivados del petróleo.

Las precauciones mencionadas en el caso de los anticongelantes respecto de la toxicidad, viscosidad y dilatación son aplicables a los fluidos orgánicos. Debe mencionarse el riesgo adicional de incendio, pero también que son químicamente estables a temperaturas elevadas.

* Aceites de silicona: son productos estables y de buena calidad. Presentan las ventajas de que no son tóxicos y de que no son inflamables, pero los elevados precios actuales hacen que no sean muy utilizados.

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