AGRADECIMIENTOS

A mis padres Guillermo y Marioly por darme siempre su apoyo incondicional.

A Paola e Isidora por ser parte fundamental de mi vida y por haber recibido siempre su cariño y comprensión.

A todas aquellas personas que de alguna forma me ayudaron y apoyaron durante este proceso que finaliza.

RESUMEN

La necesidad de sustituir las energías convencionales ha llevado que a nivel mundial se está fomentando la utilización de las energías renovables que provienen de recursos ilimitados y no son contaminantes. Un tipo de energía renovable es la solar que se utiliza mayormente para generar electricidad o para producir agua caliente sanitaria.

En este texto se estudio la factibilidad técnica y económica de realizar una instalación de energía solar mediante colectores solares para agua caliente sanitaria de un complejo turístico de la ciudad de Valdivia, la cual resulto ser viable lo que generará un menor gasto económico (mayormente en verano), menor consumo de gas y además evitara la emisión de CO2 al medio ambiente.

SUMMARY

The need to replace conventional energy, has led to worldwide is encouraging the use of renewable energy coming from unlimited resources and are environmentally friendly. A type of renewable energy is solar, which is mostly used to generate electricity or to produce hot water.

In this paper we studied the technical and economic feasibility of an installation of solar energy through solar collectors for hot water in a resort city of Valdivia, which proved to be feasible, which generate a lower economic cost (mostly in summer), lower gas consumption and further will be avoided the emission of CO2 into the environment.

INDICE

INDICE DE CONTENIDOS Contenido

Pagina

Índice Resumen Summary Introducción Objetivo

Capítulo I Introducción

1

1.1 Energía Solar en el Mundo

1

1.2 Energía Solar en Chile

3

Capítulo II Concepto sobre energía solar y algunas aplicaciones

5

2.1 El Sol

5

2.2 Radiación Solar

6

2.3 Energía Solar

8

2.3.1 Energía Solar Indirecta

10

2.3.1.1 Energía Eólica

10

2.3.1.2 Energía Hidráulica

11

2.3.2 Energía Solar Directa

12

2.3.2.1 Biomasa

12

2.3.2.2 Energía Solar Fotovoltaica

13

Capítulo III Concepto sobre energía solar térmica

15

3.1 Energía solar térmica Pasiva

15

3.2 Energía solar térmica Activa

16

3.2.1 Calor Alta Temperatura

16

3.2.1.1 Sistema Parabólico

16

3.2.1.2 Sistema de receptor central

17

3.2.2 Calor Media Temperatura

19

3.2.2.1 Concentradores Cilindro-Parabólicos

19

3.2.2.2 Concentradores Lineales Fresnel

20

3.2.3 Calor Baja Temperatura

20

Capítulo IV Presentación del proyecto

25

4.1 Ubicación del Hostal Paris

25

4.2 Situación climática de la región

25

4.3 Datos de partida

28

4.4 Configuración para sistema de agua caliente sanitaria

30

4.5 Características de los colectores a utilizar

32

4.5.1 Sistema por termosifón

32

4.5.2 Sistema por circulación forzada

33

Capitulo V Cálculos

36

5.1 Sistema por termosifón

36

5.1.1 Colector solar Solepanel modelo ALT C1800

36

5.1.1.1 Cálculo de la carga de consumo

36

5.1.1.2 Dimensionado de la superficie de captadores

38

5.1.2 Colector solar Ecopanel modelo ecopanel 2,8

42

5.1.2.1 Cálculo de la carga de consumo

42

5.1.2.2 Dimensionado de la superficie de captadores

43

5.2 Sistema por circulación forzada

45

5.2.1 Colector solar Solepanel modelo FPC 1200A

45

5.2.1.1 Cálculo de la carga de consumo

46

5.2.1.2 Dimensionado de la superficie de captadores

46

5.2.1.3 Dimensionado del volumen de captación

49

5.2.1.4 Selección de la configuración básica del proyecto

49

5.2.1.5 Selección del fluido caloportador

50

5.2.1.5.1 Cálculo del fluido caloportador

51

5.2.1.5.2 Viscosidad del fluido caloportador

53

5.2.1.5.3 Densidad del fluido caloportador

53

5.2.1.6 Circuito hidráulico

54

5.2.1.7 Sistema de regulación y control

54

5.2.1.8 Aislamiento térmico

55

5.2.2 Colector solar Riovalle ILHC-5830

56

5.2.2.1 Cálculo de la carga de consumo

56

5.2.2.2 Dimensionado de la superficie de captadores

56

5.2.2.3 Dimensionado del volumen de captación

59

5.2.2.4 Selección de la configuración básica del proyecto

60

5.2.1.5 Circuito hidráulico

60

Capítulo VI Análisis técnico económico

61

6.1 Presupuesto de Colectores

61

6.2 Cálculo financiero

63

6.2.1 Cotización de financiamiento

64

6.2.2 Cálculo de VAN y TIR para cada proyecto

65

6.2.2.1 Colector Solepanel ALT C1800

65

6.2.2.2 Colector Ecopanel 2.8

65

6.2.2.3 Colector Solepanel FPC 1200A

66

6.2.2.4 Colector Riovalle ILHC-5830

67

Conclusión

69

Bibliografía

70

Anexos

INDICE DE FIGURAS

Figuras

Pagina

Figura 1: Mapa de Radiación Solar en el Mundo

2

Figura 2: Radiación Solar en Chile

4

Figura 3: Estructura Interna del Sol

6

Figura 4: Balance Atmosférico de Radiación

8

Figura 5: Clasificación de las Energías Renovables

9

Figura 6: Esquema de Instalación Eólica Domestica

10

Figura 7: Central Hidroeléctrica

11

Figura 8: Esquema de Instalación de un Sistema de Biogás

12

Figura 9: Detalle celda fotovoltaica

13

Figura 10: Instalación Solar Fotovoltaica

14

Figura 11: Sistema Solar térmico pasivo

15

Figura 12: Sistema Parabólico con Motor Stirling

17

Figura 13: Sistema de receptor central

18

Figura 14: Concentrador Cilindro-Parabólico

19

Figura 15: Concentrador Lineal de Fresnel

20

Figura 16: Esquema Colector Solar

22

Figura 17: Colector de tubo de vacío

23

Figura 18: Sistema de Almacenamiento

24

Figura 19: Ubicación del Hostal Paris

25

Figura 20: Temperatura de Valdivia

26

Figura 21: Sistema por termosifón

30

Figura 22: Sistema circulación forzada

31

Figura 23: Sistema acumulador agua sanitaria

31

Figura 24: Colector solar solepanel ALT C1800

32

Figura 25: Colector solar Ecopanel 2,8

33

Figura 26: Colecor solar solepanel FPC 1200A

34

Figura 27: Colector solar Riovalle ILHC-5830

35

Figura 28: Concentración en % del glicol

52

Figura 29: Caudal especifico del fluido

52

Figura 30: Viscosidad del fluido

53

Figura 31: Densidad del fluido

53

Figura 32: Controlador digital

54

Figura 33: Espuma elastomérica

55

INDICE DE TABLAS

Tablas

Página

Tabla 1: Estadística mensual de días

27

Tabla 2: Altitud, Latitud, Longitud y T˚ mínima histórica

27

Tabla 3: Datos de Cabañas

28

Tabla 4: Radiación solar en Valdivia

29

Tabla 5: Factor de corrección para superficies inclinadas

29

Tabla 6: Datos de radiación solar

30

Tabla 7: Características colector Solepanel ALT C1800

32

Tabla 8: Características colector Ecopanel 2.8

33

Tabla 9: Características colector solar Solepanel FPC 1200A

34

Tabla 10: Características colector Riovalle ILHC-5830

35

Tabla 11: Hoja de carga de consumo

37

Tabla 12: Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores

38

Tabla 13: Cuadro del rendimiento del colector

39

Tabla 14: Calculo de colectores a utilizar

40

Tabla 15: Hoja de carga de consumo

43

Tabla 16: Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores

43

Tabla 17: Cuadro del rendimiento del colector

44

Tabla 18: Cálculo de colectores a utilizar

44

Tabla 19: Hoja de carga de consumo

46

Tabla 20: Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores

47

Tabla 21: Cuadro del rendimiento del colector

47

Tabla 22: Cálculo de colectores a utilizar

48

Tabla 23: Hoja de carga de consumo

56

Tabla 24: Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores

57

Tabla 25: Cuadro del rendimiento del colector

57

Tabla 26: Cálculo de colectores a utilizar

58

Tabla 27: Resumen de rendimiento colectores

61

Tabla 28: Cuadro resumen de presupuestos

62

Tabla 29: Cuadro resumen simulación de créditos

64

Tabla 30: Cálculo VAN y TIR Colector Solepanel ALT C1800

65

Tabla 31: Cálculo VAN y TIR Colector Ecopanel 2.8

66

Tabla 32: Cálculo VAN y TIR Colector Solepanel FPC 1200A

66

Tabla 33: Cálculo VAN y TIR Colector Riovalle ILHC-5830

67

Tabla 34: Cuadro resumen de VAN y TIR

67

INDICE DE GRAFICOS

Gráficos

Página

Gráfico 1: Aporte solar colector solepanel ALT C1800

42

Gráfico 2: Aporte solar colector Ecopanel 2.8

45

Gráfico 3: Aporte solar colector solepanel FPC 1200A

48

Gráfico 4: Aporte solar colector Riovalle ILHC-5830

58

Gráfico 5: Presupuesto colectores solares

62

Gráfico 6: Calculo de VAN

68

Gráfico 7: Calculo de TIR

68

INTRODUCCION

Las energías convencionales al provenir de recursos naturales limitados han hecho que el ser humano tenga que buscar una alternativa para su uso, es así como han comenzado a utilizar energías renovables las cuales son sustentables en el tiempo y no contaminan como las energías convencionales.

Producto de esta posible escasez en el tiempo de recursos naturales limitados es que se ha fomentado a nivel mundial el producir energías limpias, es así como gobiernos han impulsado leyes y subvenciones que fomentan este tipo de energía. De las energías renovables existentes, en este texto se considerara la energía solar, la cual es mayormente utilizada para producir electricidad o producir agua caliente sanitaria. En este caso se evaluara la instalación de colectores solares para a través de estos producir agua caliente sanitaria en el hostal Paris de la Ciudad de Valdivia. Este Hostal es una casa particular de dos pisos los cuales tienen una superficie total de 225 m2 aprox., esta fue modificada para dejarla en siete cabañas con una dotación de 15 camas. El sistema utilizado para el calentamiento de agua potable es a través de calefont el cual funciona a gas, con los colectores solares se espera disminuir el consumo de esta fuente de energía.

En la ciudad de Valdivia la instalación de colectores solares para agua caliente sanitaria no está masificada, hay instalaciones en sectores como la Isla Teja o Villa Europa pero estas son instalaciones para casas particulares, instalaciones para complejos turísticos no hay antecedentes. Tampoco se cuenta con empresas o instaladores especializados en esta ciudad, las instalaciones deben ser realizadas por personal de otras regiones.

Para el buen desarrollo de este proyecto es que se tomara como referencia el Manual de diseño para el calentamiento de agua desarrollado por la corporación de desarrollo tecnológico de la cámara chilena de la construcción.

OBJETIVOS

Objetivo General Estudiar y evaluar un sistema de energía renovable como es la energía solar térmica para agua caliente sanitaria (ACS) mediante colectores solares para un complejo turístico en la ciudad de Valdivia.

Objetivos Específicos  Analizar la factibilidad técnica de implementar colectores solares para agua caliente sanitaria en cabañas habitacionales.  Analizar la factibilidad económica mediante los parámetros VAN y TIR.  Dar a conocer el uso de energía alternativa no contaminante de agua caliente sanitaria.

1

CAPITULO I: INTRODUCCION

El planeta tierra tiene muchos recursos que son utilizados por el ser humano para poder sobrevivir, sin embargo muchos de estos que son proporcionados por el planeta son limitados y pueden agotarse. En algún momento esto producirá escasez (o la percepción de escasez) ocasionando que los precios por ellos puedan ser cada vez más altos, incluso llegar al extremo de que recursos como el agua más que un derecho sea un privilegio por el alto costo que pueda llegar a tener. Una de las formas para ayudar al planeta y producir un efecto menor a la ecología es con energías renovables (Ej: Energía Eólica, Energía Solar, Energía Geotérmica, etc.), estas se obtienen de fuentes naturales virtualmente inagotables (el sol, el aire, el agua, etc.) y que tienen la capacidad de regenerarse por medios naturales. Hoy en día en el mundo globalizado en el que vivimos hay un nuevo concepto de vivienda y es que estas en vez de gastar energía sean capaces de producirlas por sí misma. Este concepto viene muy ligado por la preocupación por el medio ambiente, al cual hoy en día se le da más importancia que antaño.

1.1 Energía Solar en el Mundo El uso de las energías en el mundo ha ido evolucionando tanto por un aspecto económico como ambiental, es así como el desarrollo de las energías renovables no convencionales (ERNC) ha ido tomando fuerza como resultado de la adopción de políticas a largo plazo, impulsadas por acuerdos sobre cambio climático y las perspectivas de lograr mayores reducciones en la emisión de gases de efecto invernadero. Con esto han ido logrando cambiar el uso de energías convencionales como el carbón, petróleo y gas por energías renovables como el agua, viento y el sol. Si bien el uso de estas energías renovables aun no es mayor al uso de las energías convencionales estas han ido creciendo con los años gracias a las políticas tomadas por los gobiernos de fomentar su utilización mediante leyes y en algunos casos subvenciones para quienes la utilicen. El instituto para la diversificación y ahorro de la energía (2006) nos menciona que la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo tienen como

2

finalidad la producción de agua caliente sanitaria, en segundo lugar se encuentra la energía solar en sistemas de calefacción (especialmente valorado en países como China, Australia, Nueva Zelanda o Europa), para finalmente encontrar la energía solar en climatización de piscinas (especialmente en países como estados Unidos, Canadá, Australia y Austria). Es así donde en países como China, Turquía, Alemania o Israel son naciones con gran utilización de energía solar térmica utilizándola principalmente para agua caliente sanitaria (ACS) o para el uso de calefacción de vivienda. También hay una gran utilización de energía eólica (con una fuerte inversión por países del G-20 desde el 2009) o de energía solar fotovoltaica (España, Italia o Alemania) tanto para vivienda como para producción de centrales. Actualmente más del 80% de la energía en el mundo proviene de las energías convencionales, sin embargo si se implementaran las políticas públicas necesarias en los países para el desarrollo de las energías renovables se podría lograr para el año 2050 que el 80% de la energía en el mundo sea a través de energías limpias. Figura 1. Mapa de Radiación Solar en el Mundo.

Fuente: Ayun energía sustentable

En la figura 1 se muestra un mapa con la radiación solar que llega al planeta en sus distintos lugares, siendo los que reciben la mayor cantidad de radiación los lugares que están los Paralelos 35 Norte y 35 Sur aproximadamente.

3

1.2 Energía Solar en Chile El desarrollo de las energías renovables no convencionales (ERNC) en el país ha tenido un crecimiento en los últimos años siguiendo la tendencia mundial. Cada día en el país se realizan más proyectos con energías renovables, comenzando a mediados del siglo XX en donde se utilizo esta tecnología para centrales hidráulicas, a fines del siglo XX (1992-1999) el gobierno implemento un programa de electrificación rural implementando aproximadamente 2500 sistemas de energía solar a casas aisladas, escuelas y centros médicos; hasta llegar a fines del año 2009 a implementar el primer barrio solar en el país el cual se realizo en la IV región beneficiando a 114 familias aproximadamente tanto con el consumo eléctrico como en el de agua caliente, lo cual ayuda desde el impacto ambiental hasta un impacto económico para quienes están utilizando este tipo de energías. Actualmente en el país ya se está implementando este tipo de tecnología a sus proyectos de energía, algunas leyes que obligan a las generadoras y distribuidoras a implementar que un % de su energía sea energía renovable no convencionales (ERNC), como también en proyectos habitacionales y realizando normas para su regulación y buen funcionamiento del sistema( como el manual de diseño para el calentamiento de agua) impulsada por la cámara chilena de la construcción para asegurar el buen funcionamiento del sistema. En Chile la zona norte y centro del país posee excelentes condiciones de radiación solar, lo cual la hace muy favorable para la utilización de energías renovables en esa zona tanto para su utilización domestica como industrial. La zona norte mantiene todo el año un buen nivel de radiación, la zona central ve reducido en casi un 50% su nivel de radiación en invierno y más al Sur (Hasta la X región aproximadamente) durante el verano esta llega a ser viable. En la figura 2 se muestra un mapa con la distribución solar en chile medido en KWh/m².

4

Figura 2. Radiación Solar en Chile

Fuente: Apli-Tec

La utilización de energías renovables tiene dos grandes beneficios, uno de ellos es el aporte ecológico que se realiza y el otro es el aspecto económico que conlleva su utilización. El rubro hotelero tiene grandes gastos tanto en electricidad como en gas, y en este proyecto se comprobara la factibilidad técnico-económico para su utilización y motivar a su masificación demostrando sus beneficios para aquellos que decidan implementarla.

5

CAPITULO

II:

CONCEPTO

SOBRE

ENERGIA

SOLAR

Y

ALGUNAS

APLICACIONES

En este capítulo se dará a conocer algunos conceptos básicos sobre energía que permitan comprender los factores que afectan la captación de energía solar de nuestro planeta, así como también comprender los tipos de energía que se pueden utilizar a partir de ella y de otros elementos, siendo la energía solar térmica la cual mas desarrollaremos en este y en los demás capítulos.

2.1 El Sol. En la página web de Planetario de Madrid en su artículo sobre el sol hace mención que este es una estrella que tiene unos 5.000 millones de años la cual la hace ser de una edad y tamaño mediano (tiene combustible para unos 5.000 millones de años mas), donde sus principales característica son ser el mayor elemento del sistema solar, la estrella más cercana a nuestro planeta y nuestra principal fuente de energía manifestándose en forma de luz y calor. Este está ubicado a una distancia media de 149.600.000 [km] de la tierra, tiene un radio ecuatorial de 696.000 [km] lo que significa aproximadamente 109 veces más que el radio ecuatorial de la tierra la cual es de 6.378 [km], tiene una masa aproximada de 1,9891 *10 30 [Kg] lo que significa aproximadamente 332.830 veces más que la tierra y tiene una temperatura media superficial de 6.000 [ºC] siendo la temperatura media superficial de la tierra de 15 [ºC]. Esta esfera está constituida por una mezcla de gases siendo mayoritariamente compuesta por un 73,5% de Hidrogeno y por un 25,5% de Helio (1% otros) los cuales interactúan bajo procesos a muy altas presiones y temperaturas que se dan a su interior.

6

Figura 3. Estructura Interna del Sol.

Fuente: Universidad Complutense de Madrid

2.2 Radiación Solar Para poder utilizar de forma eficiente los colectores solares se debe considerar la cantidad de energía que llegara al lugar donde realizaremos la instalación de estos colectores, eso significa que debemos saber la cantidad de irradiación que obtendremos en dicho lugar y para ello debemos saber que es y cómo se comporta la radiación solar. El instituto para la diversificación y ahorro de la energía (2006) nos menciona que la luz es una de las formas que adopta la energía para trasladarse de un lugar a otro y en el caso del sol son los rayos solares que se propagan a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas de energía en todas direcciones. Este fenómeno físico conocido como radiación solar es el causante de que nuestro planeta reciba una energía continua aproximadamente de 1.367 W/m², valor que recibe el nombre como constante solar (Este no es un valor fijo ya que sufre algunas variaciones durante el año). Sin embargo no toda la radiación que llega a la tierra sobrepasa la atmosfera debido a que los diferentes gases que la componen afectan los rayos solares permitiendo que una tercera parte de la energía solar interceptada por la tierra vuelva al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantes penetran hasta la superficie terrestre.

7

El centro de investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicas (2008) nos menciona que cuando dos terceras partes de la radiación solar alcanzan la superficie terrestre y atraviesan el obstáculo que significa la atmosfera experimentan una serie de fenómenos físicos los cuales son: I.

Reflexión: Una parte de la radiación se refleja en la parte superior de las nubes.

II.

Difusión: Los rayos solares chocan con las moléculas gaseosas y partículas de polvo difundiéndose en todas las direcciones, de forma que una parte vuelve al espacio.

III.

Absorción: Una parte de la radiación es absorbida por las moléculas presentes en la atmosfera. A causa de los fenómenos físicos mencionados recientemente, un objeto que

se encuentra situado en la superficie terrestre recibirá los siguientes tipos de radiación: I.

Radiación Directa: Es aquella donde los rayos alcanzan la superficie terrestre directamente sin que hayan experimentado cambios al atravesar la atmosfera. Esta radiación se da principalmente en los días soleados y en días nublados es muy pequeña y provoca sombras.

II.

Radiación Difusa: Es aquella que llega a la superficie terrestre después de haber cambiado varias veces de dirección al atravesar la atmosfera debido a su interacción con los componentes atmosféricos. A mayor nubosidad más importante es la radiación difusa.

III.

Radiación Reflejada: Es aquella en la que parte de la radiación reflejada por el terreno y otros elementos de la superficie terrestre puede ser reabsorbida por otros objetos. Al conjunto de estos tres tipos de radiación recibida se le denomina radiación

total.

8

Figura 4. Balance Atmosférico de Radiación.

Fuente: Rivas, L. (2010)

Algunos conceptos que nos sirven para definir la energía solar que llega a una superficie son: I.

Irradiancia (I): Potencia solar incidente por unidad de superficie sobre un plano dado. Su unidad de medida es W/m².

II.

Irradiación (E): Energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado, obtenida por integración de la irradiancia durante un intervalo de tiempo dado. Su unidad de medida es MJ/m² o kWh/m².

2.3 Energía Solar La energía solar es básicamente la radiación solar que llega a nuestro planeta producto de la fusión nuclear que se produce al interior del sol y que viaja por el espacio en forma de onda electromagnética como se menciono anteriormente. Esta energía solar cumple un papel fundamental en nuestro planeta y en nuestras vidas dado que la energía absorbida por la tierra permite una serie de procesos naturales como los ciclos del clima, del agua, del oxigeno y del carbono. Esto significa que la energía solar incide por ejemplo en el movimiento de masas de aire, movimiento del agua, las condiciones meteorológicas, fotosíntesis, en los alimentos de los seres vivos, etc.

9

Por otra parte la energía solar es una fuente de energía limpia, inagotable, renovable y que es sustentable a través del tiempo. Producto de la sobreexplotación de las energías no renovables y de los efectos producidos por su consumo, es que se ha ido tomando conciencia en los seres humanos y sobretodo en los Gobiernos a nivel mundial para sacar provecho de las energías renovables con el fin de bajar los índices de contaminación ambiental y sacar provecho a recursos sustentables en el tiempo los cuales son utilizados como sistema auxiliar y en algunos casos como sistema principal. Los fenómenos que produce la radiación solar han dado origen a los recursos en los que se basan el resto de las energías renovables que muestra la figura 5 y que posteriormente se realizara una breve explicación de ellas.

Figura 5. Clasificación de las Energías Renovables

Fuente: Agencia andaluza de la energía.

Las fuentes de energías renovables que se producen por medio de la radiación solar se pueden dividir en: -

Energía Solar Directa

-

Energía Solar Indirecta

10

2.3.1 Energía Solar Indirecta Dentro del grupo de energía solar indirecta se encuentran aquellas fuentes de energía que se transforman de manera natural producto de la acción de la radiación solar en la atmosfera y en la superficie terrestre. 2.3.1.1 Energía Eólica Es aquella energía renovable cuya fuente de energía proviene del movimiento de masas de aire, es decir de los vientos, las cuales se deben principalmente a la diferencia de presiones que existen en diversos lugares como por ejemplo las brisas marinas que se deben a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra. Este tipo de energía se viene utilizando desde antaño, por ejemplo para las embarcaciones o molinos de vientos que hoy en día se siguen utilizando para extraer agua o moler grano, sin embargo la mayor utilización que se le está dando a la energía eólica es a la generación de electricidad la cual se obtiene mediante aerogeneradores. El funcionamiento de estos aerogeneradores es aprovechar el potencial energético del viento provocando el movimiento de las aspas, las cuales accionan un generador eléctrico (Un alternador o un Dinamo) que transforma la energía mecánica en energía eléctrica, esta energía eléctrica puede ser almacenada en baterías o ser enviada directamente a la red. Existen dos tipos de aerogeneradores, están los que son de eje horizontal (los más utilizados) y también están los que son de eje vertical. Además estos aerogeneradores se pueden combinar con paneles fotovoltaicos a lo cual se le llama sistema hibrido. Figura 6. Esquema de Instalación Eólica Domestica.

Fuente: La casa sostenible

11

2.3.1.2 Energía Hidráulica La pagina web de soliclima nos menciona que este tipo de energía renovable es aquella cuya fuente de energía proviene del agua, la cual se base en aprovechar la energía potencial durante la caída de esta (desde una diferencia de altura) para transformarla en energía cinética. Luego de esto el agua pasa por los alabes de una turbinas a la cual le van generando una gran velocidad provocando un movimiento de rotación lo que permite finalmente la energía eléctrica por medio de unos generadores. Este tipo de energía se viene utilizando desde antaño, romanos y griegos ya utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo, sin embargo su mayor desarrollo fue en la época de la revolución industrial. Actualmente en chile este tipo de energía es una de las principales fuentes de abastecimiento energético en el país y su desarrollo requiere de la construcción de presas, canal de derivación y la instalación de turbinas y el equipamiento necesario para generar electricidad.

Figura 7. Central Hidroeléctrica.

Fuente: Blog del proyecto lemu.

12

2.3.2 Energía Solar Directa Dentro del grupo de energía solar directa se encuentran aquellas fuentes de energía que se transforman de manera natural producto de la acción de la radiación solar en la atmosfera y en la superficie terrestre, y estas son mediante efecto térmico y otra que es mediante efecto fotonico. 2.3.2.1 Biomasa La pagina web de textos científicos nos menciona que la biomasa es aquella energía renovable cuya fuente de energía proviene del proceso de conversión fotosintético de cualquier materia orgánica que sea derivado de origen animal o vegetal, como por ejemplo de residuos de los procesos agrícolas y forestales, la madera de los bosques la cual existe desde hace miles de años y de la basura industrial, humana o forestal. El valor energético de la biomasa de materia vegetal proviene originalmente de la energía solar a través del proceso conocido como fotosíntesis donde la energía química que se almacena en las plantas, los animales o en los desechos que producen se llama Bioenergía. Algunas aplicaciones donde se puede aprovechar la Biomasa es para la generación de Biocombustibles, producción eléctrica, gas y calor a través de la biodigestión la cual es un proceso donde la materia orgánica alcanza un grado de fermentación que le permite liberar energía y poder ser transformada.

Figura 8. Esquema de Instalación de un Sistema de Biogás.

Fuente: Fundación energizar

13

2.3.2.2 Energía Solar Fotovoltaica La pagina web de seacsa energía solar nos menciona que esta es aquella energía renovable cuya fuente de energía proviene directamente del sol (energía gratuita, inagotable y que no contamina) y se transforma en electricidad mediante un panel fotovoltaico. El fenómeno fotovoltaico fue descubierto en 1839 y las primeras celdas solares de Selenio fueron desarrolladas en 1880, sin embargo no fue hasta el año 1950 que se desarrollaron las celdas de Silicio monocristalino que son las que actualmente mas se utilizan para confeccionar las celdas fotovoltaicas. Si bien estas fueron desarrolladas para programas espaciales a fines de 1970 estas comenzaron a utilizarse para aplicaciones terrestre. Estas celdas fotovoltaicas son los dispositivos encargados de captar la luz solar y convertirlas en electricidad. Estas celdas están hechas de diferentes capas delgadas de material semiconductor que están unidas a contactos de metal para completar el circuito eléctrico y están encapsuladas en vidrio o plástico (Esto permite agua. Estas celdas en forma individual tienen una capacidad limitada de producción eléctrica por lo que para incrementar su capacidad de producción estas celdas individuales se unen eléctricamente en diferentes formas desde una docena hasta 100 celdas dependiendo de lo que se desee.

Figura 9. Detalle celda fotovoltaica.

Fuente: Saecsa

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El proceso de funcionamiento de este panel fotovoltaico consta primero de la captación de la luz solar en la superficie del panel en donde es transformada en energía eléctrica de corriente directa por las celdas solares, esta energía es captada y enviada a un regulador de corriente el cual tiene como función enviar esta corriente eléctrica a los elementos que funcionen con corriente continua y la otra parte es enviada hasta un banco de baterías para ser almacenadas y luego enviada a un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna y así pueda ser utilizada. La vida útil de un panel fotovoltaico es del orden de los 30 años o más teniendo la particularidad que al ser varias celdas unidas si una de estas falla esto no afecta al funcionamiento de las demás por lo cual la intensidad y voltaje producido puede ser fácilmente ajustado añadiendo o suprimiendo celdas dependiendo de lo que se requiera.

Figura 10. Instalación Solar Fotovoltaica.

Fuente: Solartronic

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CAPITULO III: CONCEPTO SOBRE ENERGIA SOLAR TERMICA

La energía solar térmica es una energía renovable que proviene del aprovechamiento de la energía del sol para generar calor mediante el uso de paneles solares térmicos. Esta energía solar se encarga de calentar el agua o algún tipo de fluido ya sea para consumo domestico o industrial. En la energía solar térmica existen dos formas de utilización:

3.1 Energía solar térmica Pasiva Este tipo de energía consiste en aprovechar el calor del sol de forma directa sin la necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos, lo que implica un diseño arquitectónico y materiales de construcción

especiales para maximizar el

aprovechamiento energético. Algunas de sus características son fachadas dobles, orientación hacia el norte (para el hemisferio sur) y superficies vidriadas con lo cual se puede obtener iluminación y calefacción de forma sostenible y generar un ahorro energético y económico.

Figura 11. Sistema Solar térmico pasivo.

Fuente: Perihelio

16

3.2 Energía solar térmica Activa Este tipo de energía consiste en aprovechar la energía del sol para generar calor mediante sistemas mecánicos los cuales transforman la energía solar en energía térmica la que es almacenada en un fluido y según la temperatura a la que se desea almacenar este fluido se diferencian 3 etapas, las cuales son:

3.2.1 Calor Alta Temperatura La energía solar térmica denominada de alta temperatura es aquella que va destinada a las aplicaciones que requieren temperaturas del agua o fluido superiores a los 400º C y su principal aplicación es la generación de vapor para la producción de electricidad a gran escala. El funcionamiento para producir electricidad mediante el calor de alta temperatura se basa en los mismos principios que se utilizan en una central eléctrica convencional la cual quema petróleo o carbón. Su funcionamiento se efectúa al conseguir que la radiación solar caliente a alta temperatura un fluido primario llamado fluido caloportador, el cual transmite el calor a un circuito secundario por el que circula un segundo fluido (este se transforma en vapor por la acción del calor) y coloca en funcionamiento una turbina acoplada a un alternador, en algunos casos solo hay un circuito y es el fluido primario el que se transforma en vapor y el que permite el movimiento de la turbina. Por lo general ahora estas instalaciones solares contemplan un dispositivo que permite almacenar una cantidad de energía térmica que permite suavizar las variaciones en producción debido a pérdida momentánea que puede presentar la radiación solar. Hay distintos tipos de centrales solares basadas en este principio, sin embargo los sistemas de concentración mediante la reflexión por espejos es el sistema de disco parabólico y el sistema de receptor central.

3.2.1.1 Sistema Parabólico La página web energiadoblecero nos menciona que los sistemas de discos parabólicos son colectores de focalización puntual de la radiación solar sobre una zona reducida (Concentrador), estos están formados generalmente por espejos parabólicos de revolución y su poder de concentración puede permitir calentar el fluido de la turbina a una temperatura mayor a los 600ºC.

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El receptor está ubicado en el área focal del disco parabólico donde llega la energía solar concentrada y se transforma en energía térmica, como estos discos parabólicos son unidades individuales entonces se utiliza un motor térmico de Stirling. El principio del funcionamiento de este motor es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (generalmente este gas es de helio, hidrogeno o aire) el cual debe realizar un ciclo de enfriamiento en un foco frio que es donde se contrae y luego un ciclo de calentamiento en un foco caliente que es donde se expande, luego esta energía mecánica que produce el motor se transforma en energía eléctrica mediante un alternador. Dada su geometría el soporte del colector necesita girar con 2 grados de libertad de manera que la radiación solar llegue siempre de forma paralela al eje del espejo y dependiendo del tamaño del disco este sistema posee una potencia que varía entre los 5 KW y los 25KW. Figura 12. Sistema Parabólico con Motor Stirling.

Fuente: Textos cientificos

3.2.1.2 Sistema de receptor central La página web energiadoblecero nos señala que los sistemas de receptor central basan su funcionamiento en tres elementos característicos, los cuales son: a) Heliostatos: El sistema colector está compuesto por un grupo de heliostatos los cuales tienen la función de captar la radiación solar y dirigirla hacia el receptor. Tiene una superficie reflectante que suele ser de vidrio la cual está montada sobre una superficie metálica, aunque también puede consistir en una membrana la que se encuentra estirada sobre la cual se coloca un espejo de lámina fina y además tiene una estructura que le sirve de soporte y mecanismos que le permiten orientarlos para ir siguiente la trayectoria del sol.

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La superficie de los heliostatos suele ir desde los 40 m² hasta los 150 m², además la distancia que debe existir entre ellos en el campo concentrador debe ser el suficiente de forma que minimice las sombras y los bloqueos entre ellos sin que esto signifique desperdiciar mucho espacio. b) Receptor: El receptor es el que transfiere el calor recibido a un fluido de trabajo (este fluido suele ser agua o sales fundidas), este fluido es el encargado de transmitir el calor a un depósito de agua donde se obtiene vapor a alta temperatura. Este vapor es llevado hasta una turbina la cual está conectada a un generador el cual transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Para poder realizar el ciclo nuevamente es necesario que el fluido pase por un condensador para que pueda ser calentado nuevamente. c) Torre: La torre es donde se encuentra instalado el receptor central, el cual debe situarse a una cierta altura sobre el nivel de los heliostatos, por lo que esta altura dependerá entre otros factores por la extensión del terreno donde estarán colocado los heliostatos con el fin de poder reducir las sombras y los bloqueos. Algunas torres llegan a sobrepasar los 100 metros y su estructura suele ser metálica o de hormigón.

Figura 13. Sistema de receptor central.

Fuente: Abengoa solar

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3.2.2 Calor Media Temperatura La energía solar térmica denominada de media temperatura es aquella que va destinada a las aplicaciones que requieren temperaturas del agua o fluido sobre los 90ºC y hasta los 400º C, donde sus principales aplicaciones son la generación de vapor para procesos industriales, uso del vapor en la desalinización del agua del mar, la producción de energía eléctrica a pequeña escala o refrigeración solar. Para la utilización térmica a media temperatura normalmente se emplean sistemas colectores con espejos reflectores los cuales concentran la radiación solar sobre un tubo receptor y con algún dispositivo de seguimiento solar. Los sistemas más utilizados en este tipo de proceso son: 3.2.2.1 Concentradores Cilindro-Parabólicos La página web energiadoblecero nos menciona que este es un sistema de reflexión que consiste en espejos con un perfil parabólico que concentra la luz en un tubo por el cual circula un líquido (generalmente es aceite) y poseen una estructura que puede girar en un eje mediante un motor controlado para seguir la trayectoria del sol durante el día y así optimizar la radiación solar. El funcionamiento de este sistema consiste en que el fluido térmico circula por un sistema de tuberías a lo largo del eje del cilindro, el cual suele ser metálico, hasta una caldera donde el agua que se almacena se produce en vapor debido al calor del líquido. Este vapor es enviado a una turbina donde se utiliza su presión para generar movimiento mecánico el cual luego es enviado a un generador que transforma esta energía mecánica en energía eléctrica. Para poder realizar el ciclo nuevamente es necesario que el fluido pase por un condensador para que pueda ser calentado nuevamente. Otro sistema que es utilizado tienen un funcionamiento similar con la diferencia que el liquido utilizado es agua. Figura 14. Concentrador Cilindro-Parabólico.

Fuente: Afinidad eléctrica

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3.2.2.2 Concentradores Lineales Fresnel La página web renovetec nos señala que este es un sistema de refracción lineal que consiste en espejos planos normales (reflectores primarios) y que simulan la curvatura de los espejos cilíndricos parabólicos. Los espejos se controlan por motores eléctricos que hacen un seguimiento de la posición del sol, los espejos paralelos enfocan la energía irradiada por el sol en una línea focal en la cual se ha instalado un receptor que consta de un reflector secundario y en un tubo absorbedor por el cual fluye agua que se calienta y que luego se evapora. Este vapor es llevado hasta una turbina y luego hasta un generador el cual transforma la energía térmica en energía eléctrica. La principal ventaja de este sistema es su sencilla instalación y su bajo costo a pesar que su rendimiento es menor a otros sistemas.

Figura 15. Concentrador Lineal de Fresnel.

Fuente: ADR Formación

3.2.3 Calor Baja Temperatura La energía solar térmica denominada de baja temperatura es aquella que va destinada a las aplicaciones que requieren temperaturas del agua o fluido inferiores a los 90º C. Estas instalaciones se caracterizan por emplear como elemento receptor de energía un captador fijo de placa plana y generalmente suelen instalarse en el techo de viviendas o edificios. Este tipo de energía es la más utilizada para el uso domestico y en este ámbito ofrece tres aplicaciones principales:

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a) Producción de Agua caliente sanitaria (ACS). b) Producción de calefacción domestica. c) Climatización de piscinas interiores y exteriores.

Las instalaciones térmicas de baja temperatura requieren la unión de cuatro sistemas para su buen funcionamiento, los cuales son: I. Colector Solar Térmico El colector solar es el objeto que tiene como función la de captar la energía en la radiación solar y transferirla al fluido caloportador. Existen dos tipos de colectores: A. Colectores Planos: Este tipo de colector es el más utilizado para el uso domestico debido a su eficiencia, bajo costo y sistema simple. Este colector de placa plana está compuesto por cuatro elementos básicos como nos señala la página web de procobre: i.

Cubierta Transparente: Su función es la de reducir las pérdidas por convección y asegurar la estanqueidad necesaria para evitar la entrada de agua y aire. Además es la encargada de producir el efecto invernadero la cual consiste en que parte de la radiación que atraviesa la cubierta y llega a la placa captadora es reflejada hacia la cubierta transparente con lo que se consigue retener la radiación en el interior. Los principales materiales utilizados para la cubierta son vidrio o plástico.

ii.

Placa captadora: Su función es la de absorber de forma eficiente la radiación solar y transformarla en energía térmica mediante su transferencia al fluido caloportador que se encuentra dentro de la serie de tuberías que están junto a la placa captadora. Esta placa suele ser metálica para ACS o calefacción, mientras que se utiliza placa de plástico para climatización de piscinas. Además, la cara de la placa captadora que se expone al sol se deben proteger ya sea con pintura de color negro o con superficies selectivas.

iii.

Aislamiento Térmico: Para reducir las pérdidas de calor hacia el exterior el colector debe considerar aislamiento térmico el cual debe ser ubicado por debajo y a los costados de la placa captadora. Los materiales más utilizados como aislante térmico son la fibra de vidrio, espuma rígida de poliuretano y el poliestireno expandido.

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Además como precaución se considera colocar una capa reflectante entre la placa captadora y el aislante térmico para evitar el deterioro de este ultimo y así pueda resistir altas temperaturas. iv.

Carcasa: Es la encargada de proteger y contener a todos los elementos del colector solar proporcionándole la rigidez y resistencia estructural, resistencia a la intemperie, durabilidad y a la estanqueidad del colector.

Figura 16. Esquema Colector Solar.

Fuente: Mundo Biodegradable

B. Colectores de tubo de vacío: Los sistemas de colectores de tubo de vacio están conformados por dos tubos concéntricos entre los cuales se les ha extraído el aire produciéndose un vacio, luego dentro de este tubo se agregan los distintos tipos de absorbedores que determinaran los distintos sistemas a utilizar, los cuales son: - Tubos evacuados simples - Tubo de vacio de flujo directo - Tubo de vacio Heat Pipe La tecnología de los tubos de vacio se puede utilizar para cualquier aplicación que requiera calentar agua caliente entre 40º C y 130ºC, siendo muy apropiados para clima frío y parcialmente nublado.

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Figura 17. Colector de tubo de vacío.

Fuente: Archiexpo

II. Sistema de Almacenamiento Este es el sistema formado por depósito(s) cuyo objetivo es almacenar el agua caliente que proviene del colector solar para su posterior uso. El diseño de estos depósitos debe contemplar aspectos como: -

Forma y disposición del depósito.

-

Resistencia a la máxima presión y temperatura.

-

Aislamiento y protección para evitar pérdidas de calor.

-

Tratamiento interno de materiales en contacto con agua sanitaria.

-

Conexiones de entrada y salida.

Algunos de los principales problemas encontrados en el funcionamiento de los depósitos acumuladores de agua son la disminución de rendimiento por las excesivas perdidas de calor, perdidas de rendimiento debido a un diseño defectuoso de las conexiones de entrada y salida o la corrosión que se produce por exceso de temperatura en instalaciones de termosifón.

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Figura 18. Sistema de Almacenamiento.

Fuente: Cleanergy solar III. Sistema de Distribución Este sistema está constituido por redes de tuberías, válvulas, bombas y accesorios que tienen por finalidad la de transportar el fluido desde el colector al sistema de almacenamiento y desde ahí hasta los puntos de consumos de la vivienda. a) Bomba: La bomba circuladora se utiliza en las instalaciones de circulación forzada para poder producir el movimiento del fluido entre el captador y el sistema de almacenamiento. b) Tuberías: Es el sistema de transporte del fluido y su conexión deben ser fácilmente desmontables para facilitar el acceso al equipo en caso de reparación o sustitución de algún elemento. c) Válvulas: Estas se identifican según sus características y su elección se realizara de acuerdo a la función que desempeñen y las condiciones de funcionamiento. IV. Sistema de medida y control Su finalidad es poner en funcionamiento los distintos circuitos y los instrumentos de medida y control. La incorporación de algunos elementos de medida proporciona información útil para que el usuario conozca el estado de su funcionamiento. Algunos de los elementos de medida más utilizados son el manómetro y el termómetro, siendo el primero el encargado de medir la presión del circuito cerrado y el segundo el encargado de medir la temperatura en el circuito y en el acumulador.

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CAPITULO IV: PRESENTACION DEL PROYECTO

El presente proyecto consiste en estudiar la factibilidad del uso de la energía solar térmica en un complejo turístico en la ciudad de Valdivia. Para ello se evaluaran dos sistemas de colectores (colector plano y colector de tubo de vacio) y dos sistemas de instalación (por termosifón y por circulación forzada), con lo cual se llegara a la conclusión de cual sistema y/o colector será el mejor a utilizar.

4.1 Ubicación del Hostal Paris

El Hostal Paris se encuentra ubicado en el sur de nuestro país en la Ciudad de Valdivia, ubicada en la provincia de Valdivia perteneciente a la Región de los Ríos. Este se ubica en la arteria principal de la ciudad, cuya dirección es Avenida Ramón Picarte 1193.

Figura 19. Ubicación del Hostal Paris

Fuente: Google Maps

4.2 Situación climática de la región

La dirección meteorológica de chile (2008) nos señala que la ubicación geográfica de la Región de los Ríos es entre los 39º15´ y los 40º33´ de latitud sur, y desde el límite con la republica argentina (71º35´de longitud Oeste) hasta el océano pacifico.

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Su clima se clasifica como templado lluvioso con influencia mediterránea, las características de este clima son la abundante humedad relativa, las bajas temperaturas y el alto registro pluviométrico anual. La cantidad de precipitación anual llega a los 1871 (mm) siendo los meses entre Abril y Octubre donde se concentra la mayor cantidad de precipitaciones alcanzando su mayor valor en Julio con 312,3 (mm). La temperatura media solo alcanza los 11 ºC , teniendo en verano como promedio una máxima de 22,9 ºC y una mínima de 8,8 ºC, mientras que en invierno como promedio una máxima de 10,8 ºC y una mínima de 4,2 ºC como se muestra en la figura 20.

Figura 20. Temperatura de Valdivia

Fuente: Dirección Meteorológica de Chile

En los meses veraniegos predominan los días parcialmente nublados, con 8 días cálidos y 6 días con precipitaciones como promedio. En invierno la mayor parte de los días son nublados (21 días en promedio) y se registran 18 días con precipitaciones, además de presentarse 6 días con heladas como se detalla en la tabla 1.

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Tabla 1. Estadística mensual de días. Días Días con Días con Días Noches Días Días Días con precipitación precipitación Cálidos Calidad Húmedos Despejados Nublados Heladas intensa muy intensa Verano

0

8

0

6

2

1

9

8

Otoño

2

1

0

12

5

3

4

15

Invierno

6

0

0

18

9

5

2

21

0

11

4

1

5

13

Primavera

2 1 Días con Heladas

Días donde la temperatura mínima es ≤ a 0º C.

Días Cálidos

Días en que la temperatura máxima es ≥ a 25º C.

Noches Calidad

Noches en que la temperatura mínima es ≥ a 20º C.

Días Húmedos

Días en que la precipitación es ≥ a 0.1 (mm)

Días con precipitación intensa

Días en que la precipitación es ≥ a 10 (mm)

Días con precipitación muy intensa

Días en que la precipitación es ≥ a 20 (mm)

Días Despejados

Días en que la nubosidad cubre menos del 25% del cielo.

Días Nublados

Días en que la nubosidad cubre más del 75% del cielo.

Fuente: Dirección Meteorológica de Chile

La ciudad de Valdivia se ubica en los 39º63´ de latitud sur y 73º06´ de longitud Oeste a 16 metros de altitud, además de registrar una temperatura mínima histórica de -6˚C. Tabla 2. Altitud, Latitud, Longitud y T˚ mínima histórica. Ciudad

Latitud

Longitud

Altura

Arica Iquique Calama Antofagasta Isla de Pascua Copiapó Vallenar La Serena Sgto. (Pudahuel) Sgto. (Q. Normal) R. Crusoe Santo Domingo Curicó Chillan Concepción Temuco Valdivia Puerto Montt Coyhaique Punta Arenas

-18,35 -20,53 -22,50 -23,43 -27,16 -27,30 -28,60 -29,91

-70,33 -70,18 -68,90 -70,45 -109,43 -70,41 -70,76 -71,20

59 52 2320 120 47 291 538 146

Tº mínima histórica 7 9 -8 6 4 -1 -2 0

-33,38

-70,78

476

-6

-33,43

-70,78

520

-3

-33,61 -33,65 -34,96 -36,58 -36,76 -38,76 -39,63 -41,43 -45,91 -53,00

-78,81 -71,61 -71,21 -72,03 -73,06 -72,63 -73,06 -73,10 -71,70 -70,85

30 75 242 148 16 120 14 86 311 37

1 -2 -11 -4 -6 -6 -6 -6 -26 -14

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

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4.3 Datos de partida El Hostal parís cuenta con 7 cabañas de las cuales se quieren dotar con este sistema de agua caliente sanitaria a solo 5 de ellas. Las cabañas que serán utilizadas para implementar agua caliente sanitaria son de dos pisos y tienen las siguientes características: Tabla 3. Datos de Cabañas Cabaña Nº Nº de Camas 1 2 2 3 3 2 4 1 5 7 Total

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Fuente: Elaboración propia. El lugar donde están ubicadas las cabañas era en un inicio una casa particular la cual desde el año 2007 se fue modificando y dividiendo hasta llegar a las cincos cabañas que existen hoy en día, por lo cual no fue construida pensando en instalar un sistema de agua caliente sanitaria. Tiene cubierta inclinada de zinc, una de las cuales presenta una orientación hacia el norte en donde se instalaran los colectores. Los colectores solares se instalaran sobre la cubierta de zinc mediante una estructura metálica la cual permitirá al colector tener un ángulo de inclinación β de 45˚ y un ángulo de azimut α de 0˚. Las pérdidas por orientación e inclinación y las pérdidas por sombra cumplen con los límites exigidos en la tabla B.6 del Anexo B. Los valores de radiación que se deben utilizar para los cálculos son los valores que nos entrega el manual de diseño para el calentamiento de agua descritos en la tabla B.2 en el Anexo B. Sin embargo en esta tabla no aparecen los datos de radiación de la ciudad de Valdivia por lo cual se utilizaran los datos obtenidos por Hans Petersen en su tesis “Elementos para la creación de un manual de buenas prácticas para instalaciones solares térmicas domiciliarias” mediante el método de Angstrom.

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Tabla 4. Radiación solar en Valdivia Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Radiación Radiación (J/cm2 día) (MJ/m2 día) 2345 2162 1536 905 525 349 446 715 1135 1601 1926 2250

23,45 21,62 15,36 9,05 5,25 3,49 4,46 7,15 11,35 16,01 19,26 22,50

Fuente: Petersen, H. (2007)

Estos datos de radiación a utilizar deben ser corregidos por un factor K para superficies inclinadas. Dado que la ciudad de Valdivia tiene una latitud de 39,63 ˚ entonces se considerara la tabla de latitud 40˚.

Tabla 5. Factor de corrección para superficies inclinadas

Inclinación

Latitud 40° S 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Ene 1,00 1,01 1,01 1,01 1,00 0,99 0,97 0,95 0,92 0,89 0,85 0,81 0,76 0,71 0,65 0,59 0,53 0,47 0,40

Feb 1,00 1,03 1,05 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,04 1,02 0,99 0,96 0,92 0,87 0,82 0,76 0,70 0,64 0,57

Mar 1,00 1,05 1,10 1,14 1,17 1,20 1,22 1,23 1,24 1,23 1,23 1,21 1,19 1,15 1,12 1,07 1,02 0,95 0,89

Abr 1,00 1,09 1,17 1,24 1,31 1,37 1,42 1,46 1,50 1,53 1,55 1,56 1,56 1,55 1,53 1,50 1,46 1,41 1,35

May 1,00 1,12 1,23 1,34 1,44 1,54 1,63 1,71 1,78 1,84 1,89 1,93 1,96 1,97 1,98 1,97 1,95 1,92 1,87

Mes Jun Jul 1,00 1,00 1,14 1,13 1,27 1,25 1,40 1,37 1,52 1,48 1,63 1,58 1,74 1,68 1,84 1,77 1,92 1,84 2,00 1,91 2,07 1,97 2,13 2,02 2,17 2,06 2,21 2,08 2,23 2,09 2,23 2,09 2,23 2,08 2,20 2,05 2,16 2,00

Ago 1,00 1,10 1,19 1,27 1,35 1,42 1,49 1,54 1,59 1,63 1,66 1,68 1,69 1,69 1,68 1,65 1,62 1,58 1,52

Sep 1,00 1,06 1,11 1,16 1,21 1,24 1,27 1,29 1,31 1,31 1,31 1,30 1,28 1,26 1,22 1,18 1,13 1,07 1,01

Oct 1,00 1,03 1,06 1,08 1,09 1,10 1,10 1,10 1,08 1,07 1,04 1,01 0,98 0,93 0,88 0,83 0,77 0,70 0,63

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Nov 1,00 1,01 1,02 1,02 1,02 1,01 0,99 0,97 0,94 0,91 0,87 0,83 0,78 0,73 0,68 0,62 0,56 0,49 0,43

Dic 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 0,97 0,95 0,92 0,89 0,85 0,81 0,76 0,71 0,66 0,60 0,54 0,48 0,42 0,36

30

Para realizar los cálculos se utilizara para la ciudad de Valdivia la radiación de la siguiente tabla: Tabla 6. Datos de radiación solar.

 =45˚

Radiación Corregida (MJ/m2 día)

Radiación (kwh/m2 día)

0,89 1,02 1,23 1,53 1,84 2,00 1,91 1,63 1,31 1,07 0,91 0,85

20,871 22,052 18,893 13,847 9,660 6,980 8,519 11,655 14,869 17,131 17,527 19,125

5,797 6,126 5,248 3,846 2,683 1,939 2,366 3,237 4,130 4,759 4,869 5,313

Mes

Radiación (MJ/m2 día)

Factor K

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

23,45 21,62 15,36 9,05 5,25 3,49 4,46 7,15 11,35 16,01 19,26 22,50

Fuente: Elaboración propia.

4.4 Configuración para sistema de agua caliente sanitaria Ecozone renovable nos menciona que existen tres tipos de configuración básica para sistemas de agua caliente sanitaria, las cuales son: a) Sistemas por termosifón: En los sistemas por termosifón la circulación en el circuito primario solar se efectúa por convección natural, debido a las diferencias de densidad entre el fluido de trabajo caliente y frio. Este sistema funciona sin bombas o controles y sin la necesidad de energía eléctrica. Los sistemas por termosifón son los más económicos que existen y muy indicados para instalaciones pequeñas. Figura 21. Sistema por termosifón

Fuente: Ecozone renovable

31

b) Sistemas pequeños de circulación forzada: Las instalaciones pequeñas corresponden a sistemas solares térmicos para casas de una o dos viviendas con un área de captación de hasta aproximadamente 10 (m 2) y un acumulador de 500 litros. Estos sistemas ya no funcionan por termosifón, sino que la circulación del fluido será forzada por una bomba. Estas instalaciones constan de un sistema captador (básicamente los colectores), un sistema de acumulación con intercambiador de calor (depósito de agua caliente), una bomba de recirculación y un regulador que controla el circuito.

Figura 22. Sistema circulación forzada

Fuente: Ecozone renovable

c) Sistema con acumuladores de agua sanitaria: Las instalaciones provistas de un campo de colectores de más de 10 (m 2) y hasta 50 (m2) se definen como instalaciones medianas. En estas instalaciones se separa el acumulador solar del sistema de calentamiento convencional. Los sistemas de más de 50 (m 2) de área de captación se consideran ya instalaciones grandes. Figura 23. Sistema acumulador agua sanitaria

Fuente: Ecozone renovable En este proyecto se evaluara el sistema de termosifón y el sistema de circulación forzada.

32

4.5 Características de los colectores a utilizar Se consulta dos modelos de colectores por sistema de termosifón, y dos modelos de colectores por sistema de circulación forzada. Los cálculos de estos modelos se realizaran en el capítulo V. 4.5.1 Sistema por termosifón Se consulta un colector solar de la empresa Solepanel y otro colector solar de la empresa Ecopanel a los cuales se les detallaran algunas de sus características para posteriormente utilizar estos datos en el cálculo de la superficie de los captadores. En el caso del colector solar modelo ALT C1800 de la empresa Solepanel, algunas de sus características técnicas son: Tabla 7. Características colector Solepanel ALT C1800 Dimensión y Peso Largo total

2,46 m

Ancho total Área total Área apertura

2,20 m 3,73 m2 2,50 m2

Área Absorción

1,94 m2

Especificaciones técnicas Borosilicato doble al Tubos captación vacio Interior estanque Acero inoxidable Exterior estanque Acero Zincado Aislación 50 mm poliuretano

Rendimiento térmico K1= 2,81 (W/m2 K)

Intercambiador de calor

Serpentín de cobre 14x1.0 mm

Rendimiento óptico K2=

79,8% 0,038 (W/m2 K)

Fuente: Solepanel Figura 24. Colector solar solepanel ALT C1800

Fuente: Solepanel

33

En el caso del colector solar modelo Ecopanel 2,8 de la empresa Ecopanel, algunas de sus características técnicas son: Tabla 8. Características colector Ecopanel 2.8 Dimensión

Especificaciones técnicas Tubos de PP 16 mm e= 2,2 mm Polipropileno

Largo exterior

2,46 m

Ancho exterior

2,20 m

Cubierta

Policarbonato alveolar e= 4 mm

Área exterior

3,73 m2

Presión máxima de trabajo

6 bar

Área interior

2,50 m2

Aislación

Rendimiento térmico K1=

3,678 (W/m2 K)

Lana de vidrio en plancha e= 25 mm

Rendimiento nominal

63,7%

K2=

0,028 (W/m2 K)

Fuente: Ecopanel

Figura 25. Colector solar Ecopanel 2,8

Fuente: Ecopanel 4.5.2 Sistema por circulación forzada Se consulta colector solar de la empresa Solepanel de placa plana y otro de la empresa Riovalle de tubo de vacio a los cuales se les detallaran algunas de sus características para posteriormente utilizar estos datos en el cálculo de la superficie de los captadores.

34

En el caso del colector solar Solepanel modelo FPC 1200A, algunas de sus características técnicas son:

Tabla 9. Características colector solar Solepanel FPC 1200A Dimensión y Peso Largo total 2,005 m Ancho total 1,003 m Área total 2,01 m2 Área apertura

1,86 m2

Área Absorción

1,745 m2

Especificaciones técnicas Tubos captación Cobre y aluminio Material de tubos Cobre y aluminio Espesor del vidrio 3 mm Lana de vidrio Aislación comprimida

Rendimiento térmico K1=

0,505 (W/m2 K)

Presión de trabajo

6 bar

Rendimiento óptico

71,8%

K2=

0,019 (W/m2 K)

Fuente: Solepanel

Figura 26. Colecor solar solepanel FPC 1200A

Fuente: Solepanel

En el caso del colector solar Riovalle modelo ILHC-5830, algunas de sus características técnicas son:

35

Tabla 10. Características colector Riovalle ILHC-5830 Dimensión y Peso

Especificaciones técnicas

Largo total

1,894 m

Presión de trabajo

Ancho total Espesor Peso Área Absorción

2,310 m 0,135 m 92,6 Kg 2,405 m2

Transmisor de calor Tubos heat pipe Rendimiento térmico Rendimiento óptico 72,5% K1= 2,46 (W/m2 K) K2=

6 bar

0,0067 (W/m2 K)

Fuente: Riovalle

Figura 27. Colector solar Riovalle ILHC-5830

Fuente: Riovalle

36

CAPITULO V: CALCULOS

En el presente capitulo se llevara a cabo los cálculos que se realizaran para dotar con un sistema de agua caliente sanitaria a través de colectores solares para la captación de energía solar térmica al Hostal Paris ubicado en la ciudad de Valdivia en la decimo cuarta Región de los Ríos. Estos datos nos serán útiles para realizar posteriormente el análisis técnico económico y ver su factibilidad. Se evaluaran dos sistemas para su posible instalación, estos serán el sistema por termosifón y el sistema por circulación forzada para posteriormente ver cuál de los dos sistema es más factible de instalar.

5.1 Sistema por termosifón El sistema por termosifón es un sistema muy simple de instalar y dentro de sus grandes ventajas es que no requiere de corriente eléctrica por lo cual si existiera algún corte de luz el sistema podrá seguir generando agua caliente sanitaria. Estos sistemas se instalan generalmente para proyectos pequeños. 5.1.1 Colector solar Solepanel modelo ALT C1800 A continuación se realizaran los cálculos para ver cuántos colectores solares de este modelo se requieren para satisfacer la demanda energética de agua caliente sanitaria del hostal. 5.1.1.1 Calculo de la carga de consumo Como no se disponen de los valores de consumo diario tomaremos el valor medio de 60 litros por cama y día, tal como se hace referencia en el Anexo B en la tabla B.1, además en ese mismo capítulo en la tabla B.4 obtendremos los valores de la temperatura media de agua fría de la red. Para efectos del consumo el número total de camas que se consideraran será de 15 como se muestra en la tabla 3 del capítulo IV. Dado lo anterior como se utilizara el valor de consumo de agua caliente de 60 litros por cama y día nos queda 60 litros = 0,06 m3 por cama y día. Por lo tanto el consumo total diario será de 0,06 * 15 = 0,9 m3 por día. Se tomara como temperatura de consumo 45 °C.

37

Estos datos serán utilizados para el cálculo de la carga de consumo de los otros tres modelos de colectores que se calcularan más adelante en este mismo capítulo. Tabla 11. Hoja de carga de consumo.

Mes

Ocupación

Consumo (m3)

Temperatura de la Red (°C)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

27,90 25,20 27,90 27,00 27,90 27,00 27,90 27,90 27,00 27,90 27,00 27,90

17,2 18,3 17,7 15,6 12,9 10,4 8,9 8,4 9,1 10,8 12,8 15,2

Total Año

Salto Térmico (°C) 27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

328,50

Demanda Energética (Termias) 775,62 672,84 761,67 793,80 895,59 934,20 1007,19 1021,14 969,30 954,18 869,40 831,42

Demanda Energética (Kcal) 775620 672840 761670 793800 895590 934200 1007190 1021140 969300 954180 869400 831420

10486,35

10486350

Fuente: Elaboración propia. En la hoja de carga de consumo se pueden diferenciar seis columnas, como ejemplo se realizaran los cálculos correspondientes al mes de Enero. Ocupación: Hace referencia al porcentaje de ocupación de la vivienda en el mes. Consumo: Consumo  Consumo total diario * número de días Consumo  0,9 * 31

 

Consumo  27,90 m 3

T° de la red: Este valor hace referencia a la temperatura media del agua de la red en la ciudad de Valdivia (Ver Anexo B tabla B.4). Salto térmico: Salto térmico  T  del agua de consumo  T  del agua de la red Salto térmico  45 C 17,2 C Salto térmico  27,8 C 

Demanda energética (Termias): Se calcula aplicando la formula

Q  22,32 *1* 27,8 Q  775,62 (termias )

Q  M * Ce * t

38

Demanda energética (Kcal): Se transforma la demanda energética de termias a Kcal. Q  775,62 (termias ) *1000 Q  775620 ( Kcal )

5.1.1.2 Dimensionado de la superficie de captadores Para poder realizar el cálculo de la dimensión de la superficie de captadores serán necesarios ciertos datos los cuales estarán especificados en la tabla 12 y tabla 13, las cuales se detallan a continuación. Tabla 12. Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores.

Mes

Horas diarias

Radiación (kwh/m2 día)

Radiación (Kcal/m2 día)

I (w/m2)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

9,97 9,76 6,53 5,83 5,31 2,46 3,48 3,93 5,82 6,00 7,98 8,78

5,797 6,126 5,248 3,846 2,683 1,939 2,366 3,237 4,130 4,759 4,869 5,313

4984,55 5266,58 4512,49 3306,98 2306,98 1667,25 2034,41 2783,33 3551,18 4092,03 4186,61 4568,38

581,44 627,56 803,68 659,69 505,27 788,21 679,89 823,66 709,62 793,17 610,15 605,13

Diferencia Diferencia de T° de T2 27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

772,84 712,89 745,29 864,36 1030,41 1197,16 1303,21 1339,56 1288,81 1169,64 1036,84 888,04

Fuente: Elaboración propia. Para la realización de la tabla 12 como ejemplo se realizaran los cálculos correspondientes al mes de Enero. Horas diarias: Es el número de horas de sol útiles. Radiación (kwh/m2 día): Es la radiación mensual obtenida de la tabla 6 del capítulo IV. Radiación (Kcal/m2 día): Q  Q ( Kwh

) * 859,85 m2 Q  5,797 ( Kwh 2 ) * 859,85 m Q  4984,55 ( Kcal 2 ) m

39

I (W/m2):  Radiación   * 1000 I    horas diarias   5,797  I   *1000  9,97  I  581,44 (W

m2

)

Diferencia de T°: T  T  acs  T  de la red T  45 C 17,2 C T  27,8 C 

Diferencia de T2:

(T ) 2  27,8

2

 

(T ) 2  772,84 C 2

Tabla 13. Cuadro del rendimiento del colector.

Mes

0

K1

K2



Aporte del Colector (Kcal/m2 día)

Aporte del Colector (Kwh/m2 día)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798 0,798

2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81 2,81

0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038

0,613 0,635 0,667 0,623 0,542 0,617 0,576 0,611 0,587 0,621 0,585 0,604

3055,53 3344,28 3009,83 2060,25 1250,38 1028,69 1171,82 1700,62 2084,54 2541,15 2449,17 2759,30

3,554 3,890 3,500 2,396 1,454 1,196 1,363 1,978 2,424 2,955 2,848 3,209

Fuente: Elaboración propia.

Para la realización de la tabla 13 como ejemplo se realizaran los cálculos correspondientes al mes de Enero.

40

 0 : Valor obtenido de la tabla 7 del capítulo IV. K1: Valor obtenido de la tabla 7 del capítulo IV. K2: Valor obtenido de la tabla 7 del capítulo IV. η: Se calcula aplicando la formula

T   T 2        0   K1 *   K2 * I   I  



  0,798   2,81 *

27,8   27,8 2      0,038 * 581,44   581,44 

   0,798  0,134  0,051

  0,613 Aporte del colector (Kcal/m2 día): Aporte del colector  Radiación *

 m *0,613  Aporte del colector  3055,53 Kcal m Aporte del colector  4984,55 Kcal

2

2

Aporte del colector (Kwh/m2 día): Aporte del colector  Radiación *   Aporte del colector  5,797  Kwh 2  * 0,613 m dia     Aporte del colector  3,554  Kwh 2  m dia  

Tabla 14. Calculo de colectores a utilizar.

Mes

Demanda Energética Diaria (Kcal)

Sup. Necesaria Captación

Sup. Útil colector

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

25020 24030 24570 26460 28890 31140 32490 32940 32310 30780 28980 26820

8,19 7,19 8,16 12,84 23,10 30,27 27,73 19,37 15,50 12,11 11,83 9,72

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

N˚ N˚ Colectores Colectores Solares Solares elegidos 3,28 2,87 3,27 5,14 9,24 12,11 11,09 7,75 6,20 4,85 4,73 3,89

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Porcentaje de Aporte Solar

Porcentaje de Aporte Solar

91,46 % 104,53 % 91,74 % 58,37 % 32,47 % 24,77 % 27,05 % 38,71 % 48,39% 61,86 % 63,43 % 77,12 %

91,46 % 100,00 % 91,74 % 58,37 % 32,47 % 24,77 % 27,05 % 38,71 % 48,39% 61,86 % 63,43 % 77,12 %

Aporte Solar

Fuente: Elaboración propia.

59,61 %

41

Para la realización de la tabla 14 como ejemplo se realizaran los cálculos correspondientes al mes de Enero.

Demanda energética diaria: Demanda energética diaria 

Demanda energética 775620 ( Kcal )  N º de días del mes 31

Demanda energética diaria  25020 ( Kcal )

Superficie necesaria de captación: Aporte solar 25020 ( Kcal )  Aporte del colector 3055,53 ( Kcal 2 ) m 2 Superficie necesaria de captación  8,19 (m ) Superficie necesaria de captación 

Superficie útil del colector: Valor obtenido de la tabla 7 capítulo IV (Área apertura).

Numero de colectores solares: Numero de colectores solares 

Superficie necesaria de captación 8,19  Superficie Util colector 2,50

Numero de colectores solares  3,28

Porcentaje de aporte solar:

 Aporte colector * N  colectores elegidos * Sup. util Porcentaje de aporte solar   Demanda energetica diaria   3055,72 * 3* 2,50  Porcentaje de aporte solar    *100 25020   Porcentaje de aporte solar  91,60%

  *100 

42

Grafico 1. Aporte solar colector solepanel ALT C1800

Fuente: Elaboración propia Para implementar este sistema por termosifón dado el cálculo realizado se utilizaran tres colectores solares para cubrir las necesidades energéticas. El aporte solar se estima en 59,61 %.

5.1.2 Colector solar Ecopanel modelo ecopanel 2,8 A continuación se realizaran los cálculos para ver cuántos colectores solares de este modelo se requieren para satisfacer la demanda energética de agua caliente sanitaria del hostal.

5.1.2.1 Cálculo de la carga de consumo Los datos utilizados para el cálculo de la hoja de carga de consumo son los mismos utilizados en el punto 5.1.1.1.

43

Tabla 15. Hoja de carga de consumo.

Mes

Ocupación

Consumo (m3)

Temperatura de la Red (°C)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

27,90 25,20 27,90 27,00 27,90 27,00 27,90 27,90 27,00 27,90 27,00 27,90

17,2 18,3 17,7 15,6 12,9 10,4 8,9 8,4 9,1 10,8 12,8 15,2

Salto Térmico (°C) 27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

328,50

Total Año

Demanda Energética (Termias) 775,62 672,84 761,67 793,80 895,59 934,20 1007,19 1021,14 969,30 954,18 869,40 831,42

Demanda Energética (Kcal) 775620 672840 761670 793800 895590 934200 1007190 1021140 969300 954180 869400 831420

10486,35

10486350

Fuente: Elaboración propia. El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la hoja de carga de consumo es el mismo procedimiento utilizado en el punto 5.1.1.1.

5.1.2.2 Dimensionado de la superficie de captadores Para poder realizar el cálculo de la dimensión de la superficie de captadores serán necesarios ciertos datos los cuales estarán especificados en la tabla 16 y tabla 17, las cuales se detallan a continuación. Tabla 16. Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores.

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Horas Radiación Radiación 2 diarias (kwh/m día) (Kcal/m2 día) 9,97 9,76 6,53 5,83 5,31 2,46 3,48 3,93 5,82 6,00 7,98 8,78

5,797 6,126 5,248 3,846 2,683 1,939 2,366 3,237 4,130 4,759 4,869 5,313

4984,86 5473,81 4512,49 3307,20 2307,26 1667,15 2034,64 2783,64 3551,30 4091,62 4186,18 4567,95

I (w/m2) 581,48 652,25 803,68 659,73 505,34 788,17 679,96 823,76 709,65 793,09 610,09 605,07

Fuente: Elaboración propia.

Diferencia Diferencia de T° de T2 27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

772,84 712,89 745,29 864,36 1030,41 1197,16 1303,21 1339,56 1288,81 1169,64 1036,84 888,04

44

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 16 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 12 en el punto 5.1.1.2. Tabla 17. Cuadro del rendimiento del colector.

Mes

0

K1

K2



Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637 0,637

3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678 3,678

0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028

0,424 0,449 0,486 0,436 0,346 0,433 0,388 0,428 0,400 0,437 0,395 0,415

Aporte del Aporte del Colector Colector (Kcal/m2 día) (Kwh/m2 día) 2113,29 2363,52 2193,49 1443,29 798,94 721,89 789,57 1191,54 1420,81 1788,44 1654,75 1894,60

2,458 2,749 2,551 1,679 0,929 0,840 0,918 1,386 1,652 2,080 1,924 2,203

Fuente: Elaboración propia. El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 17 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 13 en el punto 5.1.1.2., con la salvedad que los valores de  0 , K1 y K2 son valores obtenidos de la tabla 8 del capítulo IV. Tabla 18. Cálculo de colectores a utilizar.

Mes

Demanda Energética Diaria (Kcal)

Sup. Necesaria Captación

Sup. Útil colector

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

25020 24030 24570 26460 28890 31140 32490 32940 32310 30780 28980 26820

11,84 10,17 11,20 18,33 36,16 43,14 41,15 27,64 22,74 17,21 17,51 14,16

2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70

N˚ N˚ Colectores Colectores Solares Solares elegidos 4,38 3,77 4,15 6,79 13,39 15,98 15,24 10,24 8,42 6,37 6,49 5,24

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

Porcentaje de Aporte Solar

Porcentaje de Aporte Solar

91,22 % 106,23 % 96,42 % 58,91 % 29,87 % 25,04 % 26,25 % 39,07 % 47,49 % 62,75 % 61,67 % 76,29 %

91,22 % 100,00 % 96,42 % 58,91 % 29,87 % 25,04 % 26,25 % 39,07 % 47,49 % 62,75 % 61,67 % 76,29 %

Aporte Solar

Fuente: Elaboración propia.

59,58 %

45

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 18 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 14 en el punto 5.1.1.2. Grafico 2. Aporte solar colector Ecopanel 2.8

Fuente: Elaboración propia

Para implementar este sistema por termosifón dado el cálculo realizado se utilizaran cuatro colectores solares para cubrir las necesidades energéticas. El aporte solar se estima en 59,58 %.

5.2 Sistema por circulación forzada El sistema de circulación forzada es para instalaciones pequeñas y requiere de más elementos para su composición, esto mismo hace que para viviendas unifamiliares puede hacer que el sistema sea más costoso en comparación al sistema por termosifón, en este caso que es para una mayor demanda puede resultar ser mejor sistema.

5.2.1 Colector solar Solepanel modelo FPC 1200A A continuación se realizaran los cálculos para ver cuántos colectores solares de este modelo se requieren para satisfacer la demanda energética de agua caliente sanitaria del hostal.

46

5.2.1.1 Calculo de la carga de consumo Los datos utilizados para el cálculo de la hoja de carga de consumo son los mismos utilizados en el punto 5.1.1.1.

Tabla 19. Hoja de carga de consumo.

Mes

Ocupación

Consumo (m3)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

22,32 20,16 22,32 21,60 22,32 21,60 22,32 22,32 21,60 22,32 21,60 22,32

Total Año

Temperatura Salto Demanda Demanda de la Red Térmico Energética Energética (˚C) (˚C) (Termias) (Kcal) 17,2 18,3 17,7 15,6 12,9 10,4 8,9 8,4 9,1 10,8 12,8 15,2

27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

262,80

620,496 538,272 609,336 635,040 716,472 747,360 805,752 816,912 775,440 763,344 695,520 665,136

620496 538272 609336 635040 716472 747360 805752 816912 775440 763344 695520 665136

8389,08

8389080

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la hoja de carga de consumo es el mismo procedimiento utilizado en el punto 5.1.1.1.

5.2.1.2 Dimensionado de la superficie de captadores Para poder realizar el cálculo de la dimensión de la superficie de captadores serán necesarios ciertos datos los cuales estarán especificados en la tabla 20 y tabla 21, las cuales se detallan a continuación.

47

Tabla 20. Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores. Horas Radiación Radiación 2 diarias (kwh/m día) (Kcal/m2 día)

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

9,97 9,76 6,53 5,83 5,31 2,46 3,48 3,93 5,82 6,00 7,98 8,78

5,797 6,126 5,248 3,846 2,683 1,939 2,219 3,237 4,130 4,759 4,869 5,313

4984,86 5267,15 4512,49 3307,20 2307,26 1667,15 1907,88 2783,64 3551,30 4091,62 4186,18 4567,95

I (w/m2)

Diferencia de T°

Diferencia de T2

581,48 627,63 803,68 659,73 505,34 788,17 637,60 823,76 709,65 793,09 610,09 605,07

27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

772,84 712,89 745,29 864,36 1030,41 1197,16 1303,21 1339,56 1288,81 1169,64 1036,84 888,04

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 20 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 12 en el punto 5.1.1.2. Tabla 21. Cuadro del rendimiento del colector.

Mes

n0

α0

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718 0,718

0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505 0,505

α1

n

Aporte del Colector (Kcal/m2 día)

Aporte del Colector (Kwh/m2 día)

0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019 0,019

0,668 0,674 0,683 0,671 0,647 0,667 0,651 0,665 0,658 0,668 0,659 0,665

3331,54 3550,04 3083,04 2217,80 1493,21 1111,94 1241,21 1850,18 2336,55 2734,01 2758,91 3038,78

3,875 4,129 3,586 2,579 1,737 1,293 1,444 2,152 2,717 3,180 3,209 3,534

Fuente: Elaboración propia. El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 21 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 13 en el punto 5.1.1.2., con la salvedad que los valores de  0 , K1 y K2 son valores obtenidos de la tabla 9 del capítulo IV.

48

Tabla 22. Cálculo de colectores a utilizar.

Mes

Demanda Energética Diaria (Kcal)

Sup. Necesaria Captación

Sup. Útil colector

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

25020 24030 24570 26460 28890 31140 32490 32940 32310 30780 28980 26820

7,51 6,77 7,97 11,93 19,35 28,01 26,18 17,80 13,83 11,26 10,50 8,83

1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86

N˚ N˚ Colectores Colectores Solares Solares elegidos 4,04 3,64 4,28 6,41 10,40 15,06 14,07 9,57 7,43 6,05 5,65 4,75

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

Porcentaje de Aporte Solar

Porcentaje de Aporte Solar

99,07% 109,91% 93,36% 62,36% 38,45% 26,57% 28,42% 41,79% 53,80% 66,09% 70,83% 84,30%

99,07% 100,00% 93,36% 62,36% 38,45% 26,57% 28,42% 41,79% 53,80% 66,09% 70,83% 84,30%

Aporte Solar

63,75 %

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 22 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 14 en el punto 5.1.1.2.

Grafico 3. Aporte solar colector solepanel FPC 1200A

Fuente: Elaboración propia

49

Para implementar este sistema por circulación forzada dado el cálculo realizado se utilizaran cuatro colectores solares para cubrir las necesidades energéticas. El aporte solar se estima en 63,75 %.

5.2.1.3 Dimensionado del volumen de captación En este caso de agua caliente sanitaria, el sistema solar se debe diseñar y calcular en función de la energía que aporta a lo largo del día y no en función de la potencia de los captadores solares. Para el dimensionado del acumulador usaremos un volumen de captación de 60 (l/m2) lo que nos da un volumen total de: Volumen acumulador  Vol. de captación * N º colectores * Sup. útil captación

 m * 4*1,86 m 

Volumen acumulador  60 l

2

2

Volumen acumulador  446,4 l 

Por lo tanto utilizaremos un acumulador de 500 litros.

Debemos comprobar si cumple la relación especificada en el Anexo B en el punto B.1.2: V  180 , donde A  7,44 y V  500 A 500 50   180 7,44 50  67,2  180 50 

Por lo tanto cumple con la condición y se utilizara un interacumulador 500 (l).

5.2.1.4 Selección de la configuración básica del proyecto La instalación del sistema cuenta con las siguientes características: a. Se utilizara un circuito de circulación forzada el cual contempla una bomba de circulación para el sistema. b. Se utilizara un sistema con intercambiador de calor en el acumulador solar.

50

c. Sistema de energía auxiliar a utilizar será el calefont. d. Circuito primario cerrado. e. Los colectores solares a utilizar se instalaran en circuito paralelo. f. La estructura de soporte de los colectores solares será de acero galvanizado.

5.2.1.5 Selección del fluido caloportador Cleanergysolar (2012) nos menciona que los fluidos más utilizados son cuatro: agua sin aditivos, líquidos orgánicos sintéticos(o derivados del petróleo), aceites de silicona y agua con anticongelante. Los que podríamos utilizar en este proyecto serian: 1. Agua sin aditivos: El agua es un fluido caloportador que se utiliza en los dos circuitos de una instalación primaria: el abierto y el cerrado. En el circuito abierto, el agua se recoge directamente de la red, capta energía y sale caliente apta para su consumo. En el circuito cerrado, el agua en constante movimiento, capta la energía del colector y la cede al circuito abierto a través de un intercambiador de calor. 2. Agua con anticongelante: Los anticongelantes son sustancias que rebajan notablemente la temperatura de congelación del líquido con el que se mezclan. Están compuestos generalmente por glicoles, que son desde un punto de vista químico alcoholes que tienen la ventaja de que no se evaporan, como el alcohol común, al mezclarlos con agua. Tradicionalmente, los productos que mezclados con agua se utilizan como anticongelantes son dos: el etilenglicol y el propilenglicol. La cantidad de anticongelante necesaria se calcula a través de las gráficas de congelación de las mezclas de estos productos. Los anticongelantes son necesarios para que el agua circule a bajas temperaturas, por lo que hay que tener en cuenta las siguientes características de la mezcla para su utilización:

51

a) Toxicidad: En general los anticongelantes son tóxicos por lo que hay que asegurar la imposibilidad de mezcla del glicol y el agua de consumo. Se utilizará un intercambiador para la completa separación entre el circuito primario y el agua de consumo. b) Viscosidad: La mezcla de anticongelantes con agua tiene mayor viscosidad que el agua sola, lo que habrá que tener en cuenta para el cálculo de la pérdida de carga y de la potencia de la bomba impulsora. c) Dilatación: La mezcla de anticongelante con agua tiene mayor dilatación térmica que el agua, lo que se tendrá que valorar a la hora de dimensionar el vaso de expansión. d) Estabilidad: La mayor parte de los anticongelantes se degradan a temperaturas superiores a los 120 grados Centígrados y pueden derivar en productos corrosivos que alteren el funcionamiento del sistema. e) Calor Específico: La mezcla de anticongelante con agua tiene un calor específico inferior al del agua. Hay que tenerlo en cuenta en el cálculo del caudal y, por tanto, en el dimensionado de las tuberías y de la bomba. En todo caso el calor específico no debe ser inferior a 0.7 kcal/kg °C. En nuestro proyecto dado que la temperatura mínima histórica es de -6˚ C se puede producir congelamiento del agua por lo tanto no se puede utilizar agua sin aditivo. En este caso utilizaremos agua con anticongelante como fluido caloportador.

5.2.1.5.1 Cálculo del fluido caloportador Para saber cuál es la cantidad de anticongelante que hay que utilizar en una instalación, primero debemos saber cuál es la temperatura mínima histórica registrada en la ciudad y para ello obtendremos el valor de la tabla 2 del capítulo IV. Una vez que tengamos este valor la mezcla que utilizaremos en nuestra instalación debe estar preparada para soportar 5º C inferior al valor obtenido de la tabla 2 del capítulo IV. La temperatura mínima histórica en Valdivia es de -6 º C, por lo tanto nuestra instalación deberá estar preparada para soportar temperaturas hasta -11 ºC. Para soportar esta temperatura de -11 ºC la concentración en peso del propilengicol será como mínimo del 28% como lo muestra la figura 28.

52

Figura 28. Concentración en % del glicol

Fuente: Elaboración propia Con el dato obtenido anteriormente más la temperatura de trabajo que es de 45 ºC podemos conocer el caudal específico del fluido como se muestra en la figura 29. Figura 29. Caudal especifico del fluido

Fuente: Elaboración propia Por lo tanto y de acuerdo a la figura 29 el calor especifico de la mezcla será aproximadamente de 0.95 (Kcal/kg ºC) a 45º C.

53

5.2.1.5.2 Viscosidad del fluido caloportador Figura 30. Viscosidad del fluido

Fuente: Elaboración propia La viscosidad de la mezcla será igual a 1.4 centipoises a una temperatura de 45 ºC.

5.2.1.5.3 Densidad del fluido caloportador Figura 31. Densidad del fluido

Fuente: Elaboración propia

54

La densidad de la mezcla será aproximadamente igual a 1.008 (gr/cm3) a una temperatura de 45 ºC. 5.2.1.6 Circuito hidráulico El circuito hidráulico para esta instalación consta de los siguientes elementos:  Tuberías de cobre.  Bomba de recirculación.  Válvulas (De seguridad, anti retorno, etc.)  Vaso de expansión.  Purgadores 5.2.1.7 Sistema de regulación y control El sistema de regulación y control debe cumplir con lo especificado en el Anexo B (B.8 Diseño del sistema eléctrico y de control), donde deberá cumplir con las especificaciones de la NCh Elec. 4/2003 y con las recomendaciones de la comisión electrotécnica internacional (CEI). El sistema de control a utilizar en este proyecto será el control digital de la empresa Esol, el cual consta con las siguientes características:  Controlador Digital Diferencial Solar.  Tres sondas de temperatura.  Conexiones eléctricas Calentador y alimentación.  Conectores bomba de recirculación circuito consumo. Figura 32. Controlador digital

Fuente: Esol

55

5.2.1.8 Aislamiento térmico El aislamiento térmico de todas las tuberías se llevara a cabo con espuma elastomérica. La espuma elastomérica es un aislante térmico a base de caucho sintético y con estructura celular cerrada, tiene una excelente flexibilidad y características técnicas que aseguran un eficaz aislamiento térmico y el control de la condensación. Si la tubería no está instalada esta se puede embutir sin problemas, en caso de encontrarse la tubería instalada la espuma elastomérica se puede cortar y luego pegar con un adhesivo. Figura 33. Espuma elastomérica.

Fuente: Isoplast

Características del material aislante seleccionado:  Coeficiente de conductividad térmica: 0,031 (W/mK) a 20 ºC.  Rango de temperatura de trabajo: -60 ºC y +105 ºC.  Alta resistencia mecánica.  Resistencia al fuego auto extinguible.  Anti vibración.  Anti corrosión.  Anti condensación.

56

5.2.2 Colector solar Riovalle ILHC-5830 A continuación se realizaran los cálculos para ver cuántos colectores solares de este modelo se requieren para satisfacer la demanda energética de agua caliente sanitaria del hostal.

5.2.2.1 Calculo de la carga de consumo Los datos utilizados para el cálculo de la hoja de carga de consumo son los mismos utilizados en el punto 5.1.1.1. Tabla 23. Hoja de carga de consumo.

Mes

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total Año

Consumo Ocupación (m3) 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

22,32 20,16 22,32 21,60 22,32 21,60 22,32 22,32 21,60 22,32 21,60 22,32

Temperatura Salto Demanda Demanda de la Red Térmico Energética Energética (˚C) (˚C) (Termias) (Kcal) 17,2 18,3 17,7 15,6 12,9 10,4 8,9 8,4 9,1 10,8 12,8 15,2

27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

262,80

620,496 538,272 609,336 635,040 716,472 747,360 805,752 816,912 775,440 763,344 695,520 665,136

620496 538272 609336 635040 716472 747360 805752 816912 775440 763344 695520 665136

8389,08

8389080

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la hoja de carga de consumo es el mismo procedimiento utilizado en el punto 5.1.1.1.

5.2.2.2 Dimensionado de la superficie de captadores Para poder realizar el cálculo de la dimensión de la superficie de captadores serán necesarios ciertos datos los cuales estarán especificados en la tabla 24 y tabla 25, las cuales se detallan a continuación.

57

Tabla 24. Datos necesarios para el cálculo de la superficie de captadores. Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Horas Radiación Radiación Diferencia Diferencia I (w/m2) 2 2 diarias (kwh/m día) (Kcal/m día) de T° de T2 9,97 9,76 6,53 5,83 5,31 2,46 3,48 3,93 5,82 6,00 7,98 8,78

5,797 6,126 5,248 3,846 2,683 1,939 2,366 3,237 4,130 4,759 4,869 5,313

4984,86 5267,15 4512,49 3307,20 2307,26 1667,15 2034,64 2783,64 3551,30 4091,62 4186,18 4567,95

581,48 627,63 803,68 659,73 505,34 788,17 679,96 823,76 709,65 793,09 610,09 605,07

27,8 26,7 27,3 29,4 32,1 34,6 36,1 36,6 35,9 34,2 32,2 29,8

772,84 712,89 745,29 864,36 1030,41 1197,16 1303,21 1339,56 1288,81 1169,64 1036,84 888,04

Fuente: Elaboración propia. El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 24 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 12 en el punto 5.1.1.2. Tabla 25. Cuadro del rendimiento del colector.

Mes

n0

α0

α1

n

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725 0,725

2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46

0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067 0,0067

0,598 0,613 0,635 0,607 0,555 0,607 0,582 0,605 0,588 0,609 0,584 0,594

Aporte del Aporte del Colector Colector (Kcal/m2 día) (Kwh/m2 día) 2983,36 3227,39 2866,44 2006,13 1280,70 1011,68 1183,26 1683,56 2089,53 2491,95 2443,79 2713,41

3,4696 3,7534 3,3337 2,3331 1,4894 1,1766 1,3761 1,9580 2,4301 2,8981 2,8421 3,1557

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 25 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 13 en el punto 5.1.1.2., con la salvedad que los valores de  0 , K1 y K2 son valores obtenidos de la tabla 10 del capítulo IV.

58

Tabla 26. Cálculo de colectores a utilizar.

Mes

Demanda Energética Diaria (Kcal)

Sup. Necesaria Captación

Sup. Útil colector

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

25020 24030 24570 26460 28890 31140 32490 32940 32310 30780 28980 26820

8,39 7,45 8,57 13,19 22,56 30,78 27,46 19,57 15,46 12,35 11,86 9,88

2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405 2,405

N˚ N˚ Colectores Colectores Solares Solares elegidos 3,49 3,10 3,56 5,48 9,38 12,80 11,42 8,14 6,43 5,14 4,93 4,11

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Porcentaje de Aporte Solar

Porcentaje de Aporte Solar

86,03% 96,90% 84,17% 54,70% 31,98% 23,44% 26,28% 36,88% 46,66% 58,41% 60,84% 72,99%

86,03% 96,90% 84,17% 54,70% 31,98% 23,44% 26,28% 36,88% 46,66% 58,41% 60,84% 72,99%

Aporte Solar

56,61%

Fuente: Elaboración propia.

El procedimiento para el cálculo u obtención de cada columna de la tabla 26 es el mismo procedimiento utilizado para el cálculo de la tabla 14 en el punto 5.1.1.2.

Grafico 4. Aporte solar colector Riovalle ILHC-5830

Fuente: Elaboración propia.

59

Para implementar este sistema por circulación forzada dado el cálculo realizado se utilizaran cuatro colectores solares para cubrir las necesidades energéticas. El aporte solar se estima en 56,61 %. Los demás datos a utilizar son los mismo que se calcularon para el colector solar Solepanel modelo FPC 1200A, es decir se utilizara los datos de los puntos 5.2.1.3 hasta el punto 5.2.1.9.

5.2.2.3 Dimensionado del volumen de captación En este caso de agua caliente sanitaria, el sistema solar se debe diseñar y calcular en función de la energía que aporta a lo largo del día y no en función de la potencia de los captadores solares. Para el dimensionado del acumulador usaremos un volumen de captación de 60 (l/m2) lo que nos da un volumen total de: Volumen acumulador  Vol. de captación * N º colectores * Sup. útil captación

 m * 4*1,86 m 

Volumen acumulador  60 l

2

2

Volumen acumulador  446,4 l 

Por lo tanto utilizaremos un acumulador de 500 litros.

Debemos comprobar si cumple la relación especificada en el Anexo B en el punto B.1.2: V  180 , donde A  7,44 y V  500 A 500 50   180 7,44 50  67,2  180 50 

Por lo tanto cumple con la condición y se utilizara un acumulador 500 (l) ya que este no requiere que lleve serpentín en su interior dado que la transferencia de calor se produce en el colector.

60

5.2.2.4 Selección de la configuración básica del proyecto La instalación del sistema cuenta con las siguientes características: a. Se utilizara un circuito de circulación forzada el cual contempla una bomba de circulación para el sistema. b. Se utilizara un sistema con acumulador solar. c. Sistema de energía auxiliar a utilizar será el calefont. d. Circuito primario cerrado. e. Los colectores solares a utilizar se instalaran en circuito paralelo. f. La estructura de soporte de los colectores solares será de acero galvanizado.

5.2.1.5 Circuito hidráulico El circuito hidráulico para esta instalación consta de los siguientes elementos:  Tuberías de cobre.  Bomba de recirculación.  Válvulas (De seguridad, anti retorno, etc.)  Vaso de expansión.

El sistema de regulación y control y el aislamiento térmico son los mismos que se mencionan en el punto 5.2.1.7 y 5.2.1.8.

61

CAPITULO VI: ANALISIS TECNICO ECONOMICO.

En este capítulo se analizaran los costos de una instalación de agua caliente sanitaria para un hostal de la ciudad de Valdivia. En el capítulo V se realizaron los cálculos de cuatro colectores los cuales se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 27. Resumen de rendimiento colectores

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Promedio

Solepanel ALT C1800

Ecopanel 2.8

Solepanel FPC 1200A

Riovalle ILHC-5830

91,46% 100,00% 91,74% 58,37% 32,47% 24,77% 27,05% 38,71% 48,39% 61,86% 63,43% 77,12% 59,61%

91,22% 100,00% 96,42% 58,91% 29,87% 25,04% 26,25% 39,07% 47,49% 62,75% 61,67% 76,29% 59,58%

99,07% 100,00% 93,36% 62,36% 38,45% 26,57% 28,42% 41,79% 53,80% 66,09% 70,83% 84,30% 63,75%

86,03% 96,90% 84,17% 54,70% 31,98% 23,44% 26,28% 36,88% 46,66% 58,41% 60,84% 72,99% 56,61%

Fuente: Elaboración propia

En este cuadro se puede observar que los cuatro colectores tienen un aporte solar promedio muy similares, siendo el colector Solepanel FPC 1200A quien tiene un mayor porcentaje, por lo cual será importante analizar los costos de implementación de cada uno de ellos.

6.1 Presupuesto de Colectores Se analizaron anteriormente cuatro colectores solares, dos por sistema termosifón y dos por sistema de circulación forzada. Para ello se cotizo en tres empresas nacionales las cuales son Riovalle ubicada en la ciudad de Concepción, Ecopanel y Solepanel ubicadas en la ciudad de Santiago. A continuación se presenta tabla resumen de los presupuestos, los cuales se encuentran en detalle en el Anexo C.

62

Tabla 28. Cuadro resumen de presupuestos Empresa

Solepanel ALT C1800

Presupuesto

$ 2.968.593

$ 6.397.361 $ 2.428.748 $ 3.388.013

Transporte Instalación Total

$ 671.200 $ 450.000 $ 4.089.793

$ 671.200 $ 671.200 $ 345.000 $ 450.000 $ 450.000 $ 100.000 $ 7.518.561 $ 3.549.948 $ 3.833.013

Ecopanel

Solepanel FPC 1200A

Riovalle ILHC-5830

Fuente: Elaboración propia *La empresa Riovalle incluyo en su presupuesto el valor de instalación en Concepción.

El presupuesto entregado por las empresas tienen valores con los equipos entregados en sus ciudades (Santiago y concepción) por lo tanto para su traslado a Valdivia se considero un valor de $800 por kilometro.  Distancia Concepción - Valdivia = 432(km) * $800 = $345.000  Distancia Santiago – Valdivia : 839(km) * $800 = $671.000

Grafico 5. Presupuesto colectores solares

Fuente: Elaboración propia

63

6.2 Cálculo financiero

Como nos menciona Nieto, A. (2009)

en un proyecto que se desea

implementar es muy importante analizar la posible rentabilidad de este y sobretodo saber si este será viable o no. Dos parámetros muy usados a la hora de calcular la viabilidad de un proyecto son el VAN (Valor Actual Neto) y el TIR (Tasa Interna de Retorno). Ambos conceptos se basan en lo mismo, y es la estimación de los flujos de caja que tenga la empresa. Valor Actual Neto: El VAN es un parámetro financiero que nos permite calcular un determinado número de flujos de caja futuros que mediante una tasa de descuento

permite

actualizar estos flujos de caja a la actualidad. Si a este valor obtenido se le descuenta la inversión inicial se obtiene el valor neto actual, la cual se calcula con la siguiente fórmula: N

VAN   I   n 1

Qn

1  r n

Donde: I = Inversión inicial Qn = Flujo de caja del año n r = Tasa de interés n = número de años de vida útil del proyecto El resultado del VAN nos da tres posibles escenarios los cuales son: 

VAN > 0 implica que el proyecto es rentable.



VAN = 0 el proyecto es rentable dado que incorpora las ganancias de la tasa de descuento, pero menos rentable que el caso anterior.



VAN < 0 implica que el proyecto no es rentable.

64

Tasa Interna de Retorno: El TIR es un indicador de rentabilidad de un proyecto, este valor es la tasa de interés a la cual recuperaremos nuestra inversión en determinados años, es decir donde el VAN se hace cero. A medida que el TIR sea mayor, significa que mayor rentable será nuestro proyecto, si la TIR es muy baja el proyecto puede ser vulnerable y seria más recomendable realizar inversiones a bajo riesgos como los fondos mutuos o depósitos a plazos.

N

Qn n n 1 1  r 

VAN  0   I  

6.2.1 Cotización de financiamiento El proyecto de instalación de agua caliente sanitaria será financiado a través de crédito, en este caso se realizó una simulación con un crédito de consumo del banco estado. A continuación se presenta tabla resumen de los créditos simulados, los cuales se encuentran en detalle en el Anexo D.

Tabla 29. Cuadro resumen simulación de créditos Empresa

Solepanel ALT C1800

Ecopanel 2.8

Solepanel FPC 1200A

Riovalle ILHC5830

Monto del crédito

$ 4.089.793

$ 7.518.561

$ 3.549.948

$ 3.833.013

N˚ de Cuotas

48

48

48

48

Valor cuota mensual

$ 149.331

$ 253.687

$ 129.623

$ 141.782

Tasa interés mensual

2,29%

1,92%

2,29%

2,29%

Tasa interés anual

31,22%

25,64%

31,22%

31,22%

Costo total del crédito

$ 7.167.891

$ 12.176.985

$ 6.221.902

$ 6.805.555

Fuente: Banco estado

65

6.2.2 Cálculo de VAN y TIR para cada proyecto Se va a calcular el VAN y TIR a cada uno de los cuatro proyectos que se ha estado estudiando para así poder concluir cuál de ellos es la mejor alternativa que se debe implementar en el hostal.

6.2.2.1 Colector Solepanel ALT C1800 A continuación se detalla cuadro de flujo de caja para cada periodo, un colector solar tiene una vida útil promedio de veinte años por lo tanto se utiliza este periodo para los cálculos de flujo de caja del colector Solepanel modelo ALT C1800 y finalmente para el cálculo de la VAN y TIR.

Tabla 30. Cálculo VAN y TIR Colector Solepanel ALT C1800 Periodo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo de Caja -$ 4.089.793 -$ 389.454 -$ 426.182 -$ 478.852 -$ 503.008 $ 1.236.108 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568

Periodo

Flujo de Caja

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

$ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568 $ 1.334.568

TIR VAN

12,90% $ 15.092.521

Fuente: Elaboración propia VAN > 0 implica que el proyecto es rentable.

6.2.2.2. Colector Ecopanel 2.8 A continuación se detalla cuadro de flujo de caja para cada periodo, un colector solar tiene una vida útil promedio de veinte años por lo tanto se utiliza este periodo para los cálculos de flujo de caja del colector Ecopanel modelo 2.8 y finalmente para el cálculo de la VAN y TIR.

66

Tabla 31. Cálculo VAN y TIR Colector Ecopanel 2.8 Periodo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo de Caja -$ 7.518.561 -$ 1.484.954 -$ 1.550.870 -$ 1.637.364 -$ 1.750.861 $ 1.192.021 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758

Periodo

Flujo de Caja

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

$ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758 $ 1.231.758

TIR VAN

3,20% $ 5.492.465

Fuente: Elaboración propia VAN > 0 implica que el proyecto es rentable.

6.2.2.3 Colector Solepanel FPC 1200A A continuación se detalla cuadro de flujo de caja para cada periodo, un colector solar tiene una vida útil promedio de veinte años por lo tanto se utiliza este periodo para los cálculos de flujo de caja del colector Solepanel modelo FPC 1200A y finalmente para el cálculo de la VAN y TIR.

Tabla 32. Cálculo VAN y TIR Colector Solepanel FPC 1200A Periodo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo de Caja -$ 3.549.948 -$ 364.077 -$ 403.160 -$ 454.443 $ 137.258 $ 1.108.816 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812

Periodo

Flujo de Caja

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

$ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.311.812 $ 1.411.569 $ 1.411.569 $ 1.411.569 $ 1.411.569 $ 1.411.569

Fuente: Elaboración propia VAN > 0 implica que el proyecto es rentable.

TIR VAN

15,00% $ 16.367.764

67

6.2.2.4 Colector Riovalle ILHC-5830 A continuación se detalla cuadro de flujo de caja para cada periodo, un colector solar tiene una vida útil promedio de veinte años por lo tanto se utiliza este periodo para los cálculos de flujo de caja del colector Riovalle modelo ILHC-5830 y finalmente para el cálculo de la VAN y TIR.

Tabla 33. Cálculo VAN y TIR Colector Riovalle ILHC-5830 Periodo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo de Caja -$ 3.833.013 -$ 487.115 -$ 529.862 -$ 585.954 $ 126.639 $ 1.189.550 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155

Periodo

Flujo de Caja

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

$ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.238.155 $ 1.272.991 $ 1.272.991 $ 1.272.991 $ 1.272.991 $ 1.272.991

TIR VAN

13,00% $ 14.309.667

Fuente: Elaboración propia VAN > 0 implica que el proyecto es rentable. A continuación se detalla cuadro resumen de los cuatro proyectos calculado la VAN y la TIR. Tabla 34. Cuadro resumen de VAN y TIR Solepanel ALT Ecopanel 2.8 C1800 TIR

12,90%

3,20%

VAN

$ 15.092.521

$ 5.492.465

Solepanel FPC 1200A

Riovalle ILHC-5830

15,00%

13,00%

$ 16.367.764 $ 14.309.667

Fuente: Elaboración propia

68

Grafico 6. Calculo de VAN

Fuente: Elaboración propia

Grafico 7. Calculo de TIR

Fuente: Elaboración propia

Dado el calculo realizado a los cuatro proyectos y obteniendo el VAN y el TIR de cada uno de ellos podemos afirmar que todos los proyectos son rentables, siendo el colector Ecopanel 2.8 el menos favorable mientras que los otros tres tienen un valor mas similar, sin embargo se puede concluir que el mejor proyecto para la instalacion de agua caliente sanitaria que se quiere implementar en el hostal paris es el proyecto de la empresa Solepanel modelo FPC 1200A.

69

CONCLUSION

Una vez desarrollado los cálculos y análisis de este proyecto, se pueden realizar las siguientes conclusiones:

La utilización de las energías renovables con el paso de los años se van haciendo cada vez más desarrolladas a nivel mundial y en cuanto al aprovechamiento de

la energía solar esta se ha ido

masificando para generar

electricidad o agua caliente sanitaria.

Nuestro país tiene una radiación solar suficiente para poder implementar instalaciones de energía solar, ya sea a nivel industrial como a nivel domestico y a ello apunta el Gobierno de Chile al implementar algunas leyes como la ley Nº 20.257 la cual obliga a las empresas generadoras de electricidad a abastecer de forma gradual con energía eléctrica mediante energías renovable o como la ley Nº 20.365 la cual permite una subvención para las empresas constructoras para implementar sistemas solares térmicos a viviendas nuevas construidas por ellos.

La utilización de la energía solar mediante una instalación de colectores solares para producir agua caliente sanitaria a un complejo turístico, en este caso el Hostal París, resulta viable según los criterios económicos evaluados (VAN y TIR) por lo cual realizar una instalación de este tipo significa reducir los costos de energía convencional (en este caso gas), obtener agua caliente sanitaria de manera gratuita y evitar la emisión de CO2 al medio ambiente. La ciudad de Valdivia no es la mayor ciudad con radiación solar en nuestro país (está catalogada como zona V con una radiación anual entre 1000 y 1300 Kwh/m2) , sin embargo la radiación obtenida es suficiente para poder hacer viable la realización de proyectos solares para agua caliente sanitaria con una inversión inicial alta pero rentable en el tiempo dado que la vida útil promedio de un colector solar es de 20 años y su mantención anual es de bajo costo.

Los cuatro colectores solares analizados resultaron viable según el criterio económico evaluado, siendo el colector solar de la empresa Ecopanel 2.8 el menos viable al obtener una TIR muy baja, por el contrario el colector solar de la empresa Solepanel FPC 1200ª resulto ser el más viable al obtener una TIR de un 15% y un aporte solar del 63,75 %.

70

BIBLIOGRAFIA

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Energía doble cero. Sistemas de discos parabólicos. (Disponible en: http://energiadoblecero.com/energias-renovables/energia-solartermoelectrica/sistemas-de-discos-parabolicos Consultado el: 22 de septiembre de 2011). Energía doble cero. Centrales termoeléctricas de torre. (Disponible en: http://energiadoblecero.com/energias-renovables/energia-solartermoelectrica/centrales-termoelectricas-de-torre Consultado el: 23 de septiembre de 2011). Energía doble cero. Sistemas cilindroparabólicos. (Disponible en: http://energiadoblecero.com/energias-renovables/energia-solartermoelectrica/sistemas-cilindroparabolicos Consultado el: 26 de septiembre de 2011). López, A. Renovotec. Plantas termosolares Fresnel. (Disponible en: http://www.termosolar.renovetec.com/avanzadoplantafresnel.html Consultado el: 26 de septiembre de 2011). Procobre. Energía solar. (Disponible en: http://www.procobre.org/procobre/aplicaciones_del_cobre/energia_solar_detalle2.htm l Consultado el: 28 de septiembre de 2011).

ANEXO A

A.1 Planta de arquitectura primer piso.

A.2 Planta arquitectura segundo piso.

ANEXO B

A continuación se abordara la parte teórica para realizar una correcta instalación de un sistema de colector solar para agua caliente sanitaria, la cual está descrita en el Manual de diseño para el calentamiento de agua desarrollado por la corporación de desarrollo tecnológico de la cámara chilena de la construcción. Este manual contiene recomendaciones y normativas que permiten obtener el máximo rendimiento y calidad para realizar instalaciones solares térmicas en nuestro país, además de información anexa como datos climáticos y datos solares para distintas localidades de Chile.

B.1 Dimensionado y cálculo. Para el dimensionamiento y calculo de un proyecto de agua caliente sanitaria, este debe cumplir con ciertos criterios generales los cuales se detallan de acuerdo a como se especifica en el Manual de diseño para el calentamiento de agua.

B.1.1 Datos de partida. Los datos de partida necesarios para el dimensionado y cálculo de la instalación están constituidos por dos grupos de parámetros que definen las condiciones de uso y las condiciones climáticas. Las condiciones de uso vienen dadas por la demanda energética asociada a la instalación según el tipo de consumo, en este caso para la aplicación de agua caliente sanitaria la demanda energética viene dada por el volumen de consumo diario, las temperaturas de preparación y de agua fría. En instalaciones nuevas o existentes para las que se disponga de datos de consumo medidos en años anteriores o datos de consumo de instalaciones similares, se utilizarán esos datos previa justificación de los mismos. En caso de no disponer de datos, el Manual de diseño para el calentamiento de agua especifica que se utilice para el diseño los consumos unitarios máximos expresados en la tabla B.1.

Tabla B.1. Criterios de consumo. Criterios de Consumo Viviendas Unifamiliares Viviendas Multifamiliares Hospitales y Clínicas Hoteles (4 estrellas) Hoteles (3 estrellas) Hoteles/Hostales (2 estrellas) Campings Hostales/Pensiones (1 estrella) Residencias (ancianos, estudiantes, etc.) Vestuarios/Duchas Colectivas Escuelas Cuarteles Fabricas y Talleres Oficinas Gimnasios Lavanderías Restaurantes Cafeterías

Lts/día. 40 30 80 100 80 60 60 50 80 20 5 30 20 5 30 a 40 5a7 8 a 15 2

por persona por persona por cama por cama por cama por cama por emplazamiento por cama por cama por servicio por alumno por persona por persona por persona por usuario por kilo de ropa por comida por almuerzo

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Las condiciones climáticas vienen dadas por la radiación global total en el campo de captación y estos valores se pueden obtener de la tabla B.2, la temperatura ambiente diaria se puede obtener de la tabla B.3 y para la temperatura del agua de la red se usarán los datos tabulados en la tabla B.4. Tabla B.2. Radiación global diaria media para cada mes [MJ/(m2 día)]. Ciudad

Ene Arica 18° 20' S 23,3 Calama 22° 29' S 29,1 Antofagasta 23° 26' S 24,1 Isla de Pascua 27° 10' S 24,2 Copiapó 27° 18' S 26,4 Vallenar 28° 36' S 25,3 Pudahuel 33° 23' S 28,0 Curicó 34° 58' S 22,7 Concepción 36° 46' S 25,4 Temuco 38° 45' S 24,8 Puerto Montt 41° 25' S 20,1 Coyhaique 45° 35' S 21,4 Punta Arenas 53° 00' S 19,4

Feb 22,7 26,1 22,8 22,4 24,1 23,4 24,8 22,5 21,6 21,7 19,1 18,8 14,3

Mar 20,8 23,9 20,1 18,3 20,3 19,8 19,3 17,5 16,6 15,9 12,6 13,3 10,6

Abr 16,3 21,0 15,8 14,3 15,1 14,9 13,1 11,4 10,6 9,7 8,5 8,4 5,7

May 14,0 17,3 12,6 10,9 11,8 11,0 8,9 6,6 6,6 5,8 5,0 4,4 3,0

Jun 11,3 12,0 11,2 9,6 11,0 9,7 6,6 4,6 5,0 4,4 3,6 3,4 2,0

Jul 11,0 16,8 12,0 10,2 12,0 11,0 7,8 6,0 6,3 5,1 4,3 4,2 2,5

Ago 12,2 19,2 14,1 12,7 14,7 14,1 10,4 8,4 9,0 8,0 6,8 6,9 4,9

Sep 16,1 23,3 17,7 16,3 19,1 17,6 14,8 12,9 12,8 12,0 10,1 11,4 9,3

Oct 19,2 27,5 21,4 20,0 23,2 22,6 20,3 17,6 17,7 17,9 13,6 16,2 15,7

Nov 22,6 30,0 23,8 22,6 25,8 25,2 26,3 22,4 21,9 20,9 16,9 20,2 19,2

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Dic 22,0 30,6 24,7 23,8 25,8 26,0 28,3 24,3 24,4 25,0 19,0 22,4 20,7

Tabla B.3. Temperatura ambiente media diaria para cada mes, en ˚C8. Ciudad

Ene 22,3 Arica 21,7 Iquique 20,1 Calama 20,0 Antofagasta 24,1 Isla de Pascua 22,1 Copiapó 20,6 Vallenar 17,1 La Serena Sgto. (Pudahuel) 21,0 Sgto. (Q. Normal) 21,0 18,9 R. Crusoe Santo Domingo 17,8 23,5 Curicó 23,1 Chillan 16,8 Concepción 16,2 Temuco 18,6 Valdivia 14,0 Puerto Montt 15,3 Coyhaique 10,5 Punta Arenas

Feb 22,4 21,8 20,1 20,0 24,5 22,1 20,6 17,2 20,2 20,0 18,8 17,9 22,8 22,2 16,3 16,1

Mar 21,7 20,9 19,1 19,1 23,9 20,7 20,1 16,4 18,4 19,1 18,4 16,6 18,9 19,2 15,0 14,1

Abr 19,9 19,0 17,2 17,1 22,5 17,7 17,4 14,4 14,7 16,0 16,9 14,5 14,0 15,2 12,8 11,5

May 18,0 17,3 15,1 15,8 20,7 15,5 15,3 12,8 11,0 13,3 15,5 12,4 10,6 11,5 11,2 9,6

Jun 16,7 16,2 13,9 14,6 19,7 14,1 14,4 11,8 9,2 10,8 14,3 11,8 9,2 9,1 10,1 8,3

Jul 16,1 15,7 13,3 14,1 18,8 13,9 14,2 11,2 8,4 10,5 13,1 11,4 7,5 7,7 9,3 7,4

Ago 16,2 15,7 15,6 14,3 18,8 15,1 13,7 11,7 9,8 11,1 12,8 12,1 9,4 10,6 10,0 8,3

Sep 16,8 16,2 16,4 14,9 19,2 16,2 16,7 12,4 11,9 13,0 13,0 12,8 12,2 12,3 10,9 9,4

Oct 17,9 17,3 18,8 15,9 19,5 17,9 18,1 13,5 14,5 16,8 13,8 14,1 15,2 15,4 12,4 11,3

Nov 19,3 18,6 19,9 17,2 21,0 19,4 18,7 14,8 17,4 21,3 15,4 15,6 18,5 17,9 14,3 13,0

Dic ANUAL 21,2 19,1 20,4 18,4 20,5 17,5 18,9 16,8 22,5 21,3 20,9 18,0 20,6 17,5 16,2 14,1 19,8 14,7 19,8 16,1 17,5 15,7 17,2 14,5 21,8 15,3 21,2 15,5 16,0 12,9 15,0 11,7

18,4 13,9 16,0 10,4

16,0 12,5 12,2 8,6

12,3 10,3 9,4 6,8

10,5 8,9 5,8 4,2

8,4 7,2 2,7 1,7

7,7 6,7 2,5 1,6

9,0 10,5 12,9 15,0 17,8 7,3 8,2 9,9 11,4 13,3 5,2 7,3 10,3 11,5 13,9 2,7 4,4 6,3 8,4 9,8

13,1 10,3 9,3 6,3

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua. Tabla B.4. Temperatura media mensual del agua de la red (˚C). Ciudad

Ene 20,9 Arica 20,3 Iquique 20,2 Calama 18,7 Antofagasta 22,5 Isla de Pascua 20,8 Copiapó 19,9 Vallenar 16,0 La Serena Sgto. (Pudahuel) 19,4 Sgto. (Q. Normal) 20,7 17,3 R. Crusoe 16,9 Santo Domingo 21,3 Curicó 20,7 Chillan 15,7 Concepción 14,8 Temuco 17,2 Valdivia 12,9 Puerto Montt 13,6 Coyhaique 9,6 Punta Arenas

Feb 21,9 21,3 20,2 19,6 23,7 21,7 20,6 16,9 20,3 20,3 18,4 17,6 22,7 22,2 16,4 15,8

Mar 22,1 21,5 19,8 19,7 24,2 21,6 20,4 16,9 19,8 20,0 18,7 17,4 21,7 21,5 16,0 15,5

Abr 21,4 20,6 18,8 18,7 23,6 20,2 19,4 16,0 17,7 18,4 18,1 16,3 18,5 18,9 14,7 13,9

May 19,9 19,1 17,1 17,3 22,3 18,0 17,6 14,5 14,7 16,1 16,9 14,5 14,5 15,3 13,0 11,7

Jun 18,2 17,5 15,4 15,8 21,0 15,8 15,7 13,0 11,6 13,4 15,6 12,9 11,2 12,0 11,4 9,8

Jul 17,0 16,4 14,1 14,8 19,7 14,5 14,7 12,0 9,5 11,6 14,3 11,9 9,1 9,4 10,2 8,5

Ago 16,4 15,9 14,3 14,3 19,1 14,3 14,1 11,6 9,2 10,8 13,4 11,8 8,7 9,1 9,8 8,0

Sep 16,4 15,9 15,1 14,4 18,9 15,1 14,9 11,8 10,0 11,5 13,0 12,1 9,7 10,2 10,1 8,4

Oct 17,0 16,4 16,9 15,0 19,2 16,4 16,2 12,6 12,0 13,6 13,2 13,0 12,2 12,8 11,1 9,7

Nov 18,0 17,4 18,4 16,0 19,9 17,8 17,8 13,6 14,6 17,0 14,1 14,2 15,3 15,2 12,5 11,2

18,3 13,7 15,0 10,2

17,7 13,5 14,5 9,8

15,6 12,2 12,5 8,6

12,9 10,6 9,2 6,5

10,4 8,8 6,0 4,3

8,9 7,6 3,7 2,5

8,4 7,1 3,5 2,0

9,1 10,8 12,8 15,2 7,4 8,5 9,8 11,5 5,0 7,6 9,7 11,9 2,9 4,5 6,4 8,2

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Dic ANUAL 19,5 19,1 18,8 18,4 19,8 17,5 17,3 16,8 21,0 21,3 19,4 18,0 19,1 17,5 14,8 14,1 17,2 14,7 19,3 16,1 15,6 15,7 15,6 14,5 18,5 15,3 18,2 15,5 14,2 12,9 13,1 11,7 13,1 10,3 9,3 6,3

B.1.2 Dimensionado básico.

El dimensionado básico de las instalaciones o sistemas a medida se refiere a la selección de la superficie de captadores solares y, en caso de que exista, al volumen de acumulación solar para la aplicación a la que está destinada la instalación. El dimensionado básico de los sistemas solares compactos se refiere a la selección del sistema solar prefabricado para la aplicación de agua caliente sanitaria a la que está destinado. El dimensionado básico de una instalación, cualquiera sea su aplicación, deberá realizarse de forma que en ningún mes del año la energía producida supere el 110% de la demanda de consumo y no más de tres meses seguidos el 100%. A estos efectos, y para instalaciones de un marcado carácter estacional, no se tomarán en consideración aquellos períodos de tiempo en los cuales la demanda se sitúe un 50 % debajo de la media correspondiente al resto del año. En caso de no aplicarse esta restricción, se debe indicar el sistema utilizado para la disipación del exceso de energía producida. El rendimiento de la instalación se refiere sólo a la parte solar de la misma, es por esto que se definen los conceptos de fracción solar y rendimiento medio estacional o anual de la siguiente forma:

Tabla B.5. Fracción solar y rendimiento medio estacional. Fracción Solar Mes “x” =

E SX * 100 DX

Fracción Solar Año “y” =

E SY * 100 DY

Rendimiento Medio Año “y” =

E SY * 100 IY

Irradiación Incidente Año “y” =

I

X

Irradiación Incidente Mes “x” = I X * S Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Donde: Esi: Es la energía solar aportada en el período "i". Di: Es la demanda energética en el período "i". Ii: Es la irradiación solar en el período "i". S: Es la superficie captadora.

El concepto de energía solar aportada el año "y" se refiere a la energía demandada que realmente es satisfecha por la instalación de energía solar. Esto significa que para su cálculo nunca podrá considerarse más de un 100% de aporte solar en un determinado mes. Para el cálculo del dimensionado básico de instalaciones a medida podrá utilizarse cualquiera de los métodos de cálculo comerciales de uso aceptado por proyectistas, fabricantes e instaladores. El método de cálculo especificará, al menos sobre base mensual, los valores medios diarios de la demanda de energía y del aporte solar. Asimismo, el método de cálculo incluirá las prestaciones globales anuales definidas por:  La demanda de energía térmica.  La energía solar térmica aportada.  La fracción solar media anual.  El rendimiento medio anual.

La selección del sistema solar prefabricado se realizará a partir de los resultados de ensayo del sistema, teniendo en cuenta que tendrá también que cumplir lo especificado en RITCH ITE 3.13. Independientemente de lo especificado en los párrafos anteriores, en caso de agua caliente sanitaria, se debe tener en cuenta que el sistema solar se debe diseñar y calcular en función de la energía que aporta a lo largo del día y no en función de la potencia de los captadores solares, por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda y el aporte, al no ser ésta simultánea con la generación. Para esta aplicación el área total de los captadores tendrá un valor tal que cumpla la condición:

50 

V  180 A

Donde: A: Área total de los captadores (m2). V: El volumen del depósito de acumulación solar (lts).

Donde el valor recomendado es aproximadamente la carga de consumo diaria M:

V M

Además, para instalaciones con fracciones solares bajas se deberá considerar el uso de relaciones V/A pequeñas y para instalaciones con fracciones solares elevadas se deberá aumentar dicha relación.

B.2 Diseño del sistema de captación.

El captador seleccionado deberá poseer la certificación emitida por un organismo competente en la materia o por un laboratorio de ensayos reconocido. Además será necesaria la presentación de la homologación del captador por el organismo de la administración competente en la materia y la certificación del mismo por un laboratorio acreditado. Se recomienda que los captadores que integren la instalación sean del mismo modelo, tanto por criterios energéticos como por criterios constructivos.

B.2.1 Orientación, inclinación, sombras e integración arquitectónica.

La orientación e inclinación del sistema de captación y las posibles sombras sobre el mismo serán tales que las pérdidas respecto al óptimo, sean inferiores a los límites de la tabla B.6.

Tabla B.6. Perdidas por orientación, inclinación y sombra. General Superposición Integración Arquitectónica

Orientación e Inclinación (OI) 10% 20% 40%

Sombra (S) 10% 15%

Total (OI + S) 15% 30%

20%

50%

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Se considerarán tres casos: general, superposición de captadores e integración arquitectónica. En todos los casos se han de cumplir tres condiciones las cuales son pérdidas por orientación e inclinación, pérdidas por sombreado y pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores óptimos.

Se considera la dirección Norte como orientación óptima y para la inclinación óptima ⌷ opt se elige uno de los valores siguientes dependiendo del período de utilización:

 Consumo constante anual: ⌷ opt = Latitud Geográfica.  Consumo preferente en invierno: ⌷ opt = Latitud Geográfica + 10º  Consumo preferente en verano: ⌷ opt = Latitud Geográfica – 10º

Se debe evaluar la disminución de prestaciones que se origina al modificar la orientación e inclinación de la superficie de captación. Se considera que existe integración arquitectónica cuando los captadores cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales. Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este concepto la disposición horizontal del absorbedor. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de lo posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

B.2.1.1 Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación.

Determinar los límites en la orientación e inclinación de los captadores de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles. Las pérdidas por este concepto se calcularán en función de:

I.

Ángulo de inclinación β: Definido como el ángulo que forma la superficie de los captadores con el plano horizontal como se muestra en la figura Nº 1. Su valor es 0° para captadores horizontales y 90° para verticales.

II.

Ángulo de azimut α: Definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del captador y el meridiano del lugar como se muestra en la figura Nº 2. Valores típicos son 0° para captadores orientados al Norte, -90° para captadores orientados al Este y +90° para captadores orientados al Oeste.

Figura Nº 1.

Figura Nº 2.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua. Habiendo determinado el ángulo de azimut del captador, se calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecida. Para ello se utilizarán las figuras mostradas en el anexo V del manual de diseño para el calentamiento de agua, válidas para el territorio nacional chileno de latitudes entre 18° S y 53° S. En ellas se muestra la proporción de insolación total anual recibida sobre una superficie con cierta orientación e inclinación con respecto al máximo posible (representado por el área de color blanco con valor 1). La orientación se representa como el ángulo con respecto al norte siempre tomando en cuenta la convención de que al Este es negativo y al Oeste es positivo. El ángulo de inclinación se representa como la distancia desde el centro del círculo y va desde 0° a 90° con los círculos concéntricos denotando las distintas inclinaciones. El procedimiento es el siguiente:

I.

Conocido el azimut, determinamos en la figura correspondiente a la latitud más cercana a la analizada los límites para la inclinación. Para el caso general, las pérdidas máximas por este concepto son del 10%, para superposición, del 20% y para integración arquitectónica, del 40%. Los puntos de intersección del límite de pérdidas con la recta de azimut nos proporcionan los valores de inclinación máxima y mínima.

II.

Si no hay intersección entre ambas, las pérdidas son superiores a las permitidas y la instalación estará fuera de los límites. Si ambas curvas se interceptan, se obtienen los valores de inclinación límites para la latitud en cuestión.

B.2.1.2 Cálculo de pérdidas de radiación solar por sombras.

Se describe un método de cálculo de las pérdidas de radiación solar que experimenta una superficie debido a sombras circundantes. Tales pérdidas se expresan como porcentaje de la radiación solar global que incidiría sobre la mencionada superficie, de no existir sombra alguna. El procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a la superficie de estudio con el diagrama de trayectorias aparentes del Sol. Los pasos a seguir son los siguientes:

I.

Obtención del perfil de obstáculos: Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición azimut (ángulo de desviación con respecto a la dirección Norte, siendo las desviaciones hacia el Este negativas y al Oeste positivas) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal). Para ello puede utilizarse un teodolito.

II.

Representación del perfil de obstáculos: Representación del perfil de obstáculos en los diagramas que se muestran en el anexo VI del manual de diseño para el calentamiento de agua, en los que se muestra la banda de trayectorias del Sol a lo largo de todo el año, válido para localidades chilenas entre las latitudes 18° S y 53° S. Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) e identificadas por una letra y un número (A1, A2,... D14).

III.

Selección de la tabla de referencia para los cálculos: Cada una de las porciones de las figuras anteriores representan el recorrido del Sol en un cierto período de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquella que resulte interceptada por el obstáculo.

IV.

Cálculo final: La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del Sol adecuado permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar global que incide sobre la superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores: 0,25; 0,50; 0,75 ó 1.

La distancia mínima que debe existir entre filas de captadores, la distancia d medida sobre la horizontal, entre una fila de captadores y un obstáculo, de altura h, que pueda producir sombras sobre la instalación deberá garantizar un mínimo de 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. Se trata entonces de un problema geométrico como el que se muestra en la figura Nº 3 y en la figura Nº 4.

Figura Nº 3. Problema geométrico en perspectiva.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Figura Nº 4. Problema geométrico en planta.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Esta distancia d será superior al valor obtenido por la expresión:

d  h*k

donde k es un coeficiente adimensional que se obtiene de la tabla B.7.

La separación entre la parte posterior de una fila y el comienzo de la siguiente no será inferior a la obtenida por la expresión anterior, aplicando h a la diferencia de alturas entre la parte alta de una fila y la parte baja de la siguiente, efectuando todas las medidas de acuerdo con el plano que contiene a las bases de los captadores.

Tabla B.7. Valores del factor adimensional k para latitudes chilenas. Latitud (˚S) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

0 0,99 1,02 1,06 1,10 1,13 1,18 1,22 1,26 1,31 1,36 1,41 1,46 1,52 1,58 1,64 1,70 1,78 1,85 1,93 2,01 2,11 2,21 2,31 2,43 2,55 2,69 2,84 3,01 3,19 3,40 3,63 3,90 4,20 4,55 4,96 5,45

Azimuth 5/-5 10/-10 15/-15 20/-20 25/-25 30/-30 35/-35 40/-40 45/-45 1,05 1,10 1,14 1,17 1,20 1,22 1,22 1,22 1,21 1,08 1,13 1,18 1,21 1,24 1,25 1,26 1,26 1,24 1,12 1,17 1,22 1,25 1,28 1,29 1,30 1,29 1,28 1,16 1,21 1,26 1,29 1,32 1,33 1,34 1,33 1,32 1,20 1,25 1,30 1,33 1,36 1,37 1,38 1,37 1,35 1,24 1,30 1,34 1,38 1,40 1,42 1,42 1,41 1,39 1,28 1,34 1,39 1,42 1,45 1,46 1,46 1,46 1,44 1,33 1,39 1,43 1,47 1,49 1,51 1,51 1,50 1,48 1,38 1,44 1,48 1,52 1,54 1,56 1,56 1,55 1,53 1,43 1,49 1,54 1,57 1,60 1,61 1,61 1,60 1,57 1,48 1,54 1,59 1,63 1,65 1,66 1,66 1,65 1,63 1,53 1,60 1,65 1,69 1,71 1,72 1,72 1,71 1,68 1,59 1,66 1,71 1,75 1,77 1,78 1,78 1,76 1,74 1,65 1,72 1,77 1,81 1,84 1,85 1,84 1,83 1,80 1,72 1,79 1,84 1,88 1,90 1,91 1,91 1,89 1,86 1,79 1,86 1,91 1,95 1,98 1,99 1,98 1,96 1,93 1,86 1,93 1,99 2,03 2,05 2,06 2,06 2,04 2,00 1,94 2,01 2,07 2,11 2,14 2,14 2,14 2,11 2,08 2,02 2,10 2,15 2,20 2,22 2,23 2,22 2,20 2,16 2,11 2,19 2,25 2,29 2,32 2,33 2,32 2,29 2,25 2,20 2,28 2,35 2,39 2,42 2,43 2,42 2,39 2,34 2,31 2,39 2,45 2,50 2,53 2,53 2,52 2,49 2,44 2,42 2,50 2,57 2,62 2,64 2,65 2,64 2,61 2,55 2,54 2,63 2,69 2,74 2,77 2,78 2,77 2,73 2,67 2,67 2,76 2,83 2,88 2,91 2,92 2,90 2,86 2,81 2,81 2,91 2,98 3,03 3,06 3,07 3,05 3,01 2,95 2,97 3,07 3,15 3,20 3,23 3,24 3,22 3,18 3,11 3,14 3,25 3,33 3,39 3,42 3,42 3,40 3,36 3,28 3,33 3,44 3,53 3,59 3,62 3,63 3,61 3,56 3,48 3,55 3,66 3,76 3,82 3,85 3,86 3,83 3,78 3,70 3,79 3,91 4,01 4,08 4,11 4,12 4,09 4,03 3,94 4,06 4,20 4,30 4,37 4,41 4,41 4,38 4,32 4,22 4,38 4,52 4,63 4,71 4,75 4,75 4,72 4,65 4,54 4,74 4,90 5,02 5,10 5,14 5,14 5,11 5,03 4,92 5,17 5,34 5,47 5,56 5,60 5,60 5,56 5,48 5,36 5,68 5,87 6,01 6,10 6,15 6,15 6,11 6,01 5,88

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

Tabla B.7. Valores del factor adimensional k para latitudes chilenas. Latitud (˚S) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Azimuth 50/-50 55/-55 60/-60 65/-65 70/-70 1,19 1,16 1,12 1,07 1,02 1,22 1,19 1,15 1,10 1,04 1,26 1,22 1,18 1,13 1,07 1,29 1,26 1,21 1,16 1,09 1,33 1,29 1,24 1,19 1,12 1,37 1,33 1,28 1,22 1,15 1,41 1,36 1,31 1,25 1,18 1,45 1,40 1,35 1,29 1,21 1,49 1,45 1,39 1,32 1,25 1,54 1,49 1,43 1,36 1,28 1,59 1,54 1,48 1,40 1,32 1,64 1,59 1,52 1,45 1,36 1,69 1,64 1,57 1,49 1,40 1,75 1,69 1,62 1,54 1,44 1,81 1,75 1,68 1,59 1,49 1,88 1,81 1,74 1,65 1,54 1,95 1,88 1,80 1,70 1,60 2,02 1,95 1,87 1,77 1,65 2,10 2,03 1,94 1,83 1,71 2,18 2,11 2,01 1,90 1,78 2,28 2,19 2,10 1,98 1,85 2,37 2,29 2,18 2,06 1,93 2,48 2,39 2,28 2,16 2,01 2,60 2,50 2,39 2,25 2,10 2,72 2,62 2,50 2,36 2,20 2,86 2,76 2,63 2,48 2,31 3,02 2,90 2,77 2,61 2,43 3,19 3,06 2,92 2,75 2,57 3,37 3,25 3,09 2,91 2,71 3,59 3,45 3,28 3,09 2,88 3,82 3,68 3,50 3,30 3,07 4,10 3,94 3,75 3,53 3,28 4,41 4,23 4,03 3,79 3,53 4,77 4,58 4,36 4,10 3,82 5,19 4,99 4,74 4,46 4,15 5,70 5,47 5,20 4,90 4,55

75/-75 80/-80 85/-85 90/-90 0,96 0,89 0,81 0,73 0,98 0,90 0,82 0,74 1,00 0,92 0,84 0,75 1,02 0,94 0,86 0,77 1,05 0,97 0,88 0,78 1,07 0,99 0,90 0,80 1,10 1,01 0,92 0,81 1,13 1,04 0,94 0,83 1,16 1,06 0,96 0,85 1,19 1,09 0,98 0,87 1,23 1,12 1,01 0,89 1,26 1,15 1,04 0,91 1,30 1,19 1,07 0,94 1,34 1,22 1,10 0,96 1,38 1,26 1,13 0,99 1,43 1,30 1,16 1,02 1,48 1,34 1,20 1,05 1,53 1,39 1,24 1,09 1,58 1,44 1,29 1,12 1,64 1,49 1,33 1,16 1,71 1,55 1,38 1,20 1,78 1,61 1,44 1,25 1,85 1,68 1,50 1,30 1,94 1,76 1,56 1,35 2,03 1,84 1,63 1,42 2,13 1,93 1,71 1,48 2,24 2,02 1,80 1,55 2,36 2,13 1,89 1,64 2,49 2,25 2,00 1,73 2,65 2,39 2,12 1,83 2,82 2,55 2,25 1,94 3,01 2,72 2,41 2,08 3,24 2,92 2,59 2,23 3,50 3,16 2,79 2,40 3,81 3,43 3,04 2,61 4,17 3,76 3,33 2,86

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

B.2.2 Conexionado.

Los captadores se dispondrán en filas constituidas preferentemente por el mismo número de elementos. Las filas de captadores se pueden conectar entre sí en paralelo, en serie o en serie-paralelo, debiéndose instalar válvulas de cierre en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc. Dentro de cada fila los captadores se conectarán en serie o en paralelo. El número de captadores que se pueden conectar en paralelo tendrá en cuenta las limitaciones del fabricante. El número de captadores conexionados en serie no será superior a tres para evitar bajos rendimientos. En el caso de que la aplicación sea de agua caliente sanitaria no deben conectarse más de dos captadores en serie. Se dispondrá de un sistema para asegurar igual recorrido hidráulico en todas las baterías de captadores. En general se debe alcanzar un flujo equilibrado mediante el sistema de retorno invertido. Si esto no es posible, se puede controlar el flujo mediante mecanismos adecuados, como válvulas de equilibrado. Se deberá prestar especial atención en la estanquidad y durabilidad de las conexiones del captador. En la figura Nº 23 se pueden ver las conexiones mencionadas anteriormente.

Figura Nº 5. Conexión de captadores: a) En serie. b) En paralelo. C) En serieparalelo.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

B.2.3 Estructura de soporte. Si el sistema posee una estructura soporte que es montada normalmente en el exterior, el fabricante deberá especificar los valores máximos de Sk (carga de nieve) y Vm (velocidad media de viento) de acuerdo con ENV 199 1-2-3 y ENV 199 1-2-4. Esto deberá verificarse durante el diseño calculando los esfuerzos de la estructura soporte de acuerdo con estas normas. El sistema sólo podrá ser instalado en localizaciones donde los valores de Sk y Vm determinados de acuerdo con ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4 sean menores que los valores máximos especificados por el fabricante. El diseño y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de captadores, permitirá las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores o al circuito hidráulico. Los puntos de sujeción del captador serán suficientes en número, teniendo el área de apoyo y posición relativa adecuada, de forma que no se produzcan flexiones en el captador superiores a las permitidas por el fabricante. Los topes de sujeción de los captadores y la propia estructura no darán sombra sobre estos últimos.

B.3 Diseño del sistema de acumulación solar.

Los acumuladores para agua caliente sanitaria y las partes de acumuladores combinados que estén en contacto con agua potable, deberán cumplir los requisitos de UNE EN 12897. Preferentemente, los acumuladores serán de configuración vertical y se ubicarán en zonas interiores. En caso de que el acumulador esté directamente conectado con la red de distribución de agua caliente sanitaria, deberá ubicarse un termómetro en un sitio claramente visible por el usuario. El sistema deberá ser capaz de elevar la temperatura del acumulador a 60ºC y hasta 70°C con objeto de prevenir la legionelosis. En caso de aplicaciones para agua sanitaria y sistema de energía auxiliar no incorporado en el acumulador solar, es necesario realizar una conexión entre el sistema auxiliar y el solar de forma que se pueda calentar este último con el auxiliar, para poder cumplir con las medidas de prevención de legionella. Se podrán proponer otros métodos de tratamiento anti-legionella.

Aun cuando los acumuladores solares tengan el intercambiador de calor incorporado, se cumplirán los requisitos establecidos para el diseño del sistema de intercambio. Dadas las características bactericidas del cobre, se sugiere su aplicación en circuitos de agua sanitaria. Los acumuladores de los sistemas grandes a medida con un volumen mayor de 20 m3 deberán llevar válvulas de corte u otros sistemas adecuados para cortar flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de daños del sistema.

B.3.1 Situación de las conexiones.

Con objeto de aprovechar al máximo la energía captada y evitar la pérdida de la estratificación por temperatura en los depósitos, la situación de las tomas para las diferentes conexiones serán las establecidas en los puntos siguientes: a) La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de los captadores al acumulador se realizará, preferentemente, a una altura comprendida entre el 50% y el 75% de la altura total del mismo. b) La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o los captadores se realizará por la parte inferior de éste. c) En caso de una sola aplicación, la alimentación de agua de retorno de consumo al depósito se realizará por la parte inferior. En caso de sistemas abiertos en el consumo, como por ejemplo agua caliente sanitaria, esto se refiere al agua fría de red. La extracción de agua caliente del depósito se realizará por la parte superior. d) En caso de varias aplicaciones dentro del mismo depósito habrá que tener en cuenta los niveles térmicos de éstas, de forma que tanto las salidas como los retornos para aplicaciones que requieran un mayor nivel térmico en temperaturas estén por encima de las que requieran un nivel menor.

Se recomienda que la(s) entrada(s) de agua de retorno de consumo esté equipada con una placa deflectora en la parte interior o el empleo de otros métodos contrastados, a fin de que la velocidad residual no destruya la estratificación en el acumulador. Las conexiones de entrada y salida se situarán de forma que se eviten caminos preferentes de circulación del fluido.

B.3.2 Varios acumuladores.

Cuando sea necesario que el sistema de acumulación solar esté formado por más de un depósito, éstos se conectarán en serie invertida en el circuito de consumo o en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados, tal como se puede ver en la figura Nº 6 y figura Nº 7. La conexión de los acumuladores permitirá la desconexión individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.

Figura Nº 6. Conexión en serie invertida con el circuito de consumo.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua. Figura Nº 7. Conexión en paralelo con el circuito secundario equilibrado.

Fuente: Manual de diseño para el calentamiento de agua.

B.3.3 Sistema auxiliar en el acumulador solar.

No se permite la conexión de un sistema auxiliar en el acumulador solar, ya que esto puede suponer una disminución de las posibilidades de la instalación solar para proporcionar las prestaciones energéticas que se pretenden obtener con este tipo de instalaciones. No obstante, y cuando existan circunstancias específicas en la instalación que lo demanden, se podrá considerar la incorporación de energía

convencional en el acumulador solar, para lo cual será necesaria la presentación de una descripción detallada de todos los sistemas y equipos empleados, que justifique suficientemente que se produce el proceso de estratificación y que además permita la verificación del cumplimiento, como mínimo, de todas y cada una de las siguientes condiciones en el acumulador solar:

a) Deberá tratarse de un sistema indirecto: acumulación solar en el secundario. b) Volumen total máximo de 2000 litros. c) Configuración vertical con relación entre la altura y el diámetro del acumulador no inferior a 2. d) Calentamiento solar en la parte inferior y calentamiento convencional en la parte superior considerándose el acumulador dividido en dos partes separadas por una de transición de, al menos, 10 centímetros de altura. La parte solar inferior deberá cumplir con los criterios de dimensionado de estas prescripciones y la parte convencional superior deberá cumplir con los criterios y normativas habituales de aplicación. e) La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador solar al acumulador se realizará, preferentemente, a una altura comprendida entre el 50% y el 75 % de la altura total del mismo, y siempre por debajo de la zona de transición. La conexión de salida de agua fría hacia el intercambiador se realizará por la parte inferior del acumulador. f) Las entradas de agua estarán equipadas con una placa deflectora o equivalente, a fin de que la velocidad residual no destruya la estratificación en el acumulador. g) No existirá recirculación del circuito de distribución de consumo de agua caliente sanitaria.

Para los equipos compactos que no cumpliendo lo indicado anteriormente en este apartado, vengan preparados de fábrica para albergar un sistema auxiliar eléctrico, se deberá anular esta posibilidad de forma permanente, mediante sellado irreversible u otro medio.

B.4 Diseño del sistema de intercambio térmico.

La potencia mínima de diseño del intercambiador independiente P, en W, en función del área de captadores A, en m2, cumplirá la condición:

P  500  A El intercambiador independiente será de placas de acero inoxidable o cobre y deberá soportar las temperaturas y presiones máximas de trabajo de la instalación. Se deberá tener especial cuidado en aquellos sistemas en donde se pueda generar corrosión por corrientes galvánicas. El intercambiador del circuito de captadores incorporado al acumulador solar estará situado en la parte inferior de este último y podrá ser de tipo sumergido o de doble envolvente. El intercambiador sumergido podrá ser de serpentín o de haz tubular. La relación entre la superficie útil de intercambio del intercambiador incorporado y la superficie total de captación no será inferior a 0,15. En caso de aplicación para agua caliente sanitaria se puede utilizar el circuito de consumo con un intercambiador, teniendo en cuenta que con el sistema de energía auxiliar de producción instantánea en línea o en acumulador secundario hay que elevar la temperatura hasta 60ºC y siempre en el punto de consumo más alejado hay que asegurar 50°C.

B.5 Diseño del sistema hidráulico. Se debe concebirse en fase de diseño un circuito hidráulico de por sí equilibrado. Si no fuera posible, el flujo debe ser controlado por válvulas de equilibrado. En caso de aplicación para agua caliente sanitaria, el circuito hidráulico del sistema de consumo deberá cumplir los requisitos especificados en UNE-EN 8061. En cualquier caso los materiales del circuito deberán cumplir lo especificado en ISO/TR 10217. En particular, Chile es un país que posee una gran diversidad de calidad de aguas, las que no se encuentran totalmente normalizadas. Por esta razón, se debe tomar especial precaución al momento de especificar los materiales y condiciones de operación del circuito secundario.

B.5.1 Cañerías.

Con objeto de evitar pérdidas térmicas, la longitud de cañerías del sistema deberá ser tan corta como sea posible, evitando al máximo los codos y pérdidas de carga en general. En caso de cañerías al descubierto, deben contar con una aislación suficiente como para que la superficie exterior del aislante no tenga una temperatura sustancialmente mayor a la ambiente en ningún momento. El diseño y los materiales deberán ser tales que no exista posibilidad de formación de obturaciones o depósitos de cal en sus circuitos que influyan drásticamente en el rendimiento del sistema.

B.5.2 Bombas.

Si el circuito de captadores está dotado con una bomba de circulación, la caída de presión se debería mantener aceptablemente baja en todo el circuito. Siempre que sea posible, las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal. En instalaciones con superficies de captación superiores a 50 m2 se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se establecerá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática. Las cañerías conectadas a las bombas se soportarán en las inmediaciones de éstas, de forma que no provoquen esfuerzos recíprocos de torsión o flexión. El diámetro de las cañerías de acoplamiento no podrá ser nunca inferior al diámetro de la boca de aspiración de la bomba. B.5.3 Estanque de expansión.

Los estanques de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba. Cuando no se cumpla el punto anterior, la altura en la que se situarán los vasos de expansión abiertos será tal que asegure el no desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circuito primario. Es absolutamente necesaria la incorporación de al menos un estanque de expansión en el circuito primario y otro en el circuito secundario.

B.5.4 Purga de aire.

En los puntos altos de la salida de baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la instalación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de purga constituidos por botellines de desaireación y purgador manual o automático. El volumen útil del botellín será superior a 100 cm3. Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito solar y antes del intercambiador un desaireador con purgador automático.

B.5.5 Drenaje.

Los conductos de drenaje de las baterías de captadores se diseñarán en lo posible de forma que no puedan congelarse.

B.6 Recomendaciones específicas adicionales para sistemas por circulación natural.

Es muy importante en instalaciones que funcionen por circulación natural, el correcto diseño de los distintos componentes y circuitos que integran el sistema, de forma que no se introduzcan grandes pérdidas de carga y se desfavorezca la circulación del fluido por termosifón. Para esto se recomienda prestar atención a:

a) El diseño del captador y su conexionado: Preferentemente se instalarán captadores con conductos distribuidores horizontales y sin cambios complejos de dirección de los conductos internos. b) El trazado de cañerías: Deberá ser de la menor longitud posible, situando el acumulador cercano a los captadores. En ningún caso el diámetro de las cañerías será inferior a DN15. En general, dicho diámetro se calculará de forma que corresponda al diámetro normalizado inmediatamente superior al necesario en una instalación equivalente con circulación forzada. c) El sistema de acumulación: Depósitos situados por encima de la batería de captadores favorecen la circulación natural. En caso de que la acumulación esté situada por debajo de la batería de captadores, es muy importante utilizar algún tipo de dispositivo que, sin introducir pérdidas de carga adicionales de consideración, evite el flujo inverso no intencionado. d) Válvulas de Seguridad: Es imprescindible la incorporación de válvulas de seguridad tanto de presión como de temperatura en los circuitos.

B.7 Diseño del sistema de energía auxiliar.

Para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía auxiliar. Por razones de eficiencia energética, entre otras, se desaconseja la utilización de energía eléctrica efecto Joule como fuente auxiliar, especialmente en los casos de altos consumos y fracciones solares anuales bajas. Queda prohibido el uso de sistemas de energía auxiliar en el circuito primario de captadores. El diseño del sistema de energía auxiliar se realizará en función de la aplicación (o aplicaciones) de la instalación, de forma que sólo entre en funcionamiento cuando sea estrictamente necesario y que se aproveche lo máximo posible la energía extraída del campo de captación solar. Para ello se seguirán los siguientes criterios:

a) Para pequeñas cargas de consumo se recomienda usar un sistema de energía auxiliar en línea, siendo para estos casos los sistemas de gas modulantes en temperatura los más idóneos. b) En caso de aceptarse, de acuerdo con el punto 4.3.3, la instalación de una resistencia eléctrica como sistema de energía auxiliar dentro del acumulador solar, su conexión, salvo que se apruebe expresamente otro procedimiento, sólo se podrá hacer mediante un pulsador manual y la desconexión será automática a la temperatura de referencia. Adicionalmente, se instalará un termómetro en la parte baja de la zona de calentamiento con energía convencional (ver 4.3.3) cuya lectura sea fácilmente visible para el usuario. La documentación a entregar al usuario deberá contener instrucciones claras de operación del sistema auxiliar. c) No se recomienda la conexión de un retomo desde el acumulador de energía auxiliar al acumulador solar, salvo que existan períodos de bajo consumo estacionales, en los que se prevea elevadas temperaturas en el acumulador solar. La instalación térmica deberá efectuarse de manera que en ningún caso se introduzca en el acumulador solar energía procedente de la fuente auxiliar. d) Para la preparación de agua caliente sanitaria, se permitirá la conexión del sistema de energía auxiliar en paralelo con la instalación solar cuando se cumplan

los

siguientes

requisitos:

- Exista previamente un sistema de energía auxiliar constituido por uno o varios calentadores instantáneos no modulantes y sin que sea posible regular la temperatura de salida del agua. - Exista una preinstalación solar que impida o dificulte el conexionado en serie.

e) Para sistemas con energía auxiliar en paralelo y especialmente en aplicaciones de climatización, usos industriales y otras aplicaciones en ese rango de temperaturas, es necesario un sistema de regulación del agua calentada por el sistema solar y auxiliar de forma que se aproveche al máximo la energía solar.

Para agua caliente sanitaria, el sistema de aporte de energía auxiliar con acumulación o en línea siempre dispondrá de un termostato de control sobre la temperatura de preparación que en condiciones normales de funcionamiento permitirá cumplir con el RD 909/2001. Este punto no será de aplicación en los calentadores instantáneos de gas no modulantes. Cuando el sistema de energía auxiliar sea eléctrico, la potencia correspondiente será inferior a 300 W por cada metro cuadrado de superficie captadora. Para instalaciones de tamaño inferior a 5 m2, la potencia podrá ser de 1500 W. En el caso de resistencias sumergidas, los valores de potencia disminuirán hasta 150 W por metro cuadrado y hasta 750 W para instalaciones de tamaño inferior a 5 m2. En el caso de sistemas preexistentes, no habrá ningún límite.

B.8 Diseño del sistema eléctrico y de control.

El diseño del sistema de control asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar. El sistema de regulación y control comprende los siguientes sistemas:

I.

Control de funcionamiento del circuito primario y secundario (si existe).

II.

Sistemas

de

protección

y

seguridad

de

las

instalaciones

contra

sobrecalentamientos, heladas, etc.

El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos. Con independencia de que realice otras funciones, el sistema de control se realizará por control diferencial de temperaturas, mediante un dispositivo electrónico (módulo de control diferencial, en los esquemas representado por MCD) que compare la temperatura de captadores con la temperatura de acumulación o retorno, como por ejemplo ocurre en la acumulación distribuida. El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2°C y no estén

paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 °C. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no será menor de 2°C. De esta forma el funcionamiento de la parte solar de una instalación se optimiza. Para optimizar el aprovechamiento solar de la instalación y, cuando exista intercambiador exterior, se podrán instalar también dos controles diferenciales. El sistema de control asegurará que en ningún punto la temperatura del fluido de trabajo descienda por debajo de una temperatura tres grados superior a la de congelación del fluido. Las instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementado con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación, o por combinación de varios mecanismos. Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte superior de los captadores, de forma que representen la máxima temperatura del circuito de captación. Cuando exista, el sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la parte inferior, en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado.

B.9 Diseño del sistema de monitorización. Para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá disponer al menos de un sistema analógico de medida local que indique como mínimo las siguientes variables:

Opción 1: -

Temperatura de entrada de agua fría de red.

-

Temperatura de salida del acumulador solar.

-

Caudal de agua fría de red.

Opción 2: -

Temperatura inferior del acumulador solar.

-

Temperatura de captadores.

-

Caudal por el circuito primario.

El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica acumulada a lo largo del tiempo. En el Anexo VII del manual de diseño para el calentamiento de agua se describe un sistema de monitorización más completo.

ANEXO C

A continuación se adjuntan los presupuestos de los cuatro proyectos que fueron consultados.

C. 1 Solepanel ALT C1800

C.2 Ecopanel 2.8

El colector a utilizar en el presupuesto de la tabla 28 del capítulo VI se considero colector Ecopanel 2.8 con un valor de 62 UF.

C.3 Solepanel FPC 1200A

El colector a utilizar en el presupuesto de la tabla 28 del capítulo VI se considero colector Solepanel FPC 1200A con un precio unitario de $ 298.036.

C.4 Riovalle ILHC-5830

ANEXO D

D.1 Simulación crédito colector Solepanel ALT C1800

D.2 Simulación crédito colector Ecopanel 2.8

D.3 Simulación crédito colector Solepanel FPC 1200A

D.4 Simulación crédito colector Riovalle ILHC-5830

ANEXO E

A continuación se adjunta la ley Nº 20.365 que establece la franquicia tributaria respecto de sistemas solares térmicos para empresas constructoras.

Ministerio de Hacienda LEY NÚM. 20.365 (Publicada en el D.O. de 19 de agosto de 2009) ESTABLECE FRANQUICIA TRIBUTARIA RESPECTO DE SISTEMAS SOLARES TÉRMICOS Teniendo presente que el H. Congreso Nacional ha dado su aprobación al siguiente Proyecto de ley:

“Artículo 1°.- Las empresas constructoras tendrán derecho a deducir, del monto de sus pagos provisionales obligatorios de la Ley sobre Impuesto a la Renta, un crédito equivalente a todo o parte del valor de los Sistemas Solares Térmicos y de su instalación que monten en bienes corporales inmuebles destinados a la habitación construidos por ellas, según las normas y bajo los límites y condiciones que se establecen en esta ley, así como de las normas complementarias que se establezcan en el reglamento que dictarán conjuntamente al efecto los Ministerios de Hacienda y de Economía, Fomento y Reconstrucción, en adelante “el reglamento”. Artículo 2º.- Definiciones. Para efectos de esta ley, se entenderá por: a) Sistema Solar Térmico para Agua Caliente de uso Sanitario o Sistema Solar Térmico: Sistema que integra un Colector Solar Térmico, un Depósito Acumulador y un conjunto de otros componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transformarla directamente en energía térmica, la que se transmite a un fluido de trabajo y, por último, almacenar dicha energía térmica, bien en el mismo fluido de trabajo o en otro, para ser utilizada en los puntos de consumo de agua caliente sanitaria. Dicho sistema podrá ser complementado con algún sistema convencional de calentamiento de agua, sin embargo, éste no se considerará parte del Sistema Solar Térmico. El reglamento indicará los componentes que integran el Sistema Solar Térmico.

b) Colector Solar Térmico: Dispositivo que forma parte de un Sistema Solar Térmico, diseñado para captar la radiación solar incidente, transformarla en energía térmica y transmitir la energía térmica producida a un fluido de trabajo que circula por su interior. c) Depósito Acumulador: Depósito que forma parte de un Sistema Solar Térmico, donde se acumula la energía térmica producida por los Colectores Solares Térmicos. d) Vivienda: Los bienes corporales inmuebles destinados a la habitación y las dependencias directas, tales como estacionamientos y bodegas amparadas por un mismo permiso de edificación o un mismo proyecto de construcción, siempre que el inmueble destinado a la habitación propiamente tal constituya la obra principal. Artículo 3º.- Sólo darán derecho al crédito establecido en esta ley los Sistemas Solares Térmicos que aporten al menos un 30 por ciento del promedio anual de demanda de agua caliente sanitaria estimada para la respectiva vivienda y cumplan con los demás requisitos y características técnicas que establezca el reglamento. El reglamento señalará, entre otras materias, los porcentajes mínimos de demanda promedio anual de agua caliente sanitaria exigidos, de acuerdo a la radiación solar correspondiente a cada área geográfica que se determine. Los componentes utilizados en los Sistemas Solares Térmicos deberán corresponder a equipos o bienes nuevos que no hayan sido instalados previamente en otros inmuebles. A efectos de acreditar tanto la instalación como los componentes de los sistemas solares térmicos, la empresa constructora deberá presentar al Municipio, al momento de la recepción municipal definitiva de la obra, los siguientes documentos, los que deberán expedirse por la empresa de acuerdo al formato y procedimiento que determine el reglamento: a) Declaración jurada en la que conste la marca, modelo y número de serie del o los colectores y depósitos acumuladores que compongan el Sistema Solar Térmico, los que deberán constar en un registro que al efecto llevará la Superintendencia de Electricidad y Combustibles de conformidad con lo dispuesto en el artículo 9° de esta ley. Asimismo, en la declaración deberá constar la persona natural o jurídica que haya efectuado la instalación del Sistema Solar Térmico.

b) Declaración jurada donde conste que el Sistema Solar Térmico cumple con el porcentaje mínimo de demanda promedio anual de agua caliente sanitaria estimada para la respectiva vivienda establecido en el reglamento, adjuntando al efecto la respectiva memoria de cálculo. Artículo 4º.- El crédito por cada Sistema Solar Térmico incorporado en la construcción de una vivienda se determinará en relación al valor de los componentes que integran el Sistema Solar Térmico y su instalación, según las siguientes reglas: a) El valor de dichos sistemas y su instalación se acreditará con las facturas de compra o instalación, cuando sea obligatoria la emisión de tales documentos. En los demás casos, dichos valores podrán ser acreditados con los demás documentos que den cuenta de la adquisición, importación o instalación, según corresponda. Para efectos de los cálculos a que se refiere esta letra, el valor de los Sistemas Solares Térmicos y su instalación deberá ser convertido a unidades de fomento a la fecha de adquisición o instalación, respectivamente. Lo anterior es sin perjuicio de lo dispuesto en el artículo 64 del Código Tributario. b) El monto potencial máximo del crédito por vivienda se determinará de acuerdo a la siguiente escala, considerando los valores de las viviendas respectivas que incluyen el valor del terreno y de la construcción: i) Respecto de los inmuebles cuyo valor no exceda de 2.000 unidades de fomento, el beneficio potencial máximo será equivalente a la totalidad del valor del respectivo Sistema Solar Térmico y su instalación. En todo caso, el beneficio señalado no podrá exceder los valores indicados en las letras c) y d) siguientes. ii) Respecto de los inmuebles cuyo valor sea superior a 2.000 unidades de fomento y no exceda de 3.000 unidades de fomento, el beneficio potencial máximo será equivalente al 40% del valor del respectivo Sistema Solar Térmico y su instalación. En todo caso, el beneficio no podrá exceder del 40% de los valores señalados en las letras c) y d) siguientes. iii) Respecto de los inmuebles cuyo valor sea superior a 3.000 unidades de fomento y no exceda de 4.500 unidades de fomento, el beneficio potencial máximo será equivalente al 20% del valor del respectivo Sistema Solar Térmico y su instalación. En todo caso, el beneficio no podrá exceder del 20% de los valores señalados en las letras c) y d) siguientes. Las viviendas con un valor superior al indicado no darán derecho al beneficio.

c) En el caso en que el Sistema Solar Térmico sea utilizado sólo por una vivienda, el beneficio que establece esta ley por cada vivienda no podrá exceder, en el respectivo año, del equivalente a las unidades de fomento que se señalan en la siguiente tabla:

El crédito por vivienda se establecerá en los términos indicados en el literal b) anterior. d) En el caso en que el Sistema Solar Térmico sea utilizado por más de una vivienda, para el cálculo del crédito se prorrateará el valor de dicho sistema y su instalación en el número de unidades de vivienda en proporción a la demanda anual de agua caliente sanitaria de cada una de ellas, conforme al método de cálculo que establezca el reglamento, sin considerar las unidades de vivienda que no tengan acceso al uso del señalado sistema. El crédito por vivienda se establecerá en los términos establecidos en el literal b) anterior. Con todo, si la superficie instalada de Colectores Solares Térmicos utilizados por más de una vivienda es menor a 80 metros cuadrados, el beneficio que establece esta ley por cada vivienda no podrá exceder, en el respectivo año, del equivalente a las unidades de fomento que se señalan en la siguiente tabla:

Si la superficie instalada de Colectores Solares Térmicos utilizados por más de una vivienda es igual o mayor a 120 metros cuadrados, el beneficio que establece esta ley por cada vivienda no podrá exceder, en el respectivo año, del equivalente a las unidades de fomento que se señalan en la siguiente tabla:

Si la superficie instalada de Colectores Solares Térmicos utilizados por más de una vivienda es igual o mayor a 80 metros cuadrados pero inferior a 120 metros cuadrados, el beneficio que establece esta ley no podrá exceder del valor que se obtiene del cálculo de la siguiente operación aritmética:

B = (1-(S-80)/40)*(a-b)+b Donde “B” es el máximo beneficio antes señalado por cada unidad de vivienda, el que se expresa en unidades de fomento por vivienda, “S” es la superficie instalada de Colectores Solares Térmicos, expresada en metros cuadrados, “a” corresponde a los valores señalados para cada año en la primera tabla contenida en esta letra, y “b” corresponde a los valores señalados para cada año en la segunda tabla. El reglamento establecerá la forma de cálculo de la superficie instalada de Colectores Solares Térmicos. e) Para que proceda el crédito a que se refiere la presente ley, el valor de construcción de los bienes corporales inmuebles destinados a la habitación deberá ser declarado por la empresa constructora en el respectivo contrato de construcción. Cuando no exista un contrato de construcción, el valor de construcción deberá ser declarado al Servicio de Impuestos Internos en la oportunidad y forma que éste establezca mediante resolución. En el caso de la construcción de más de una vivienda unifamiliar o en el de unidades de viviendas acogidas al régimen de copropiedad inmobiliaria, para acceder al beneficio, el contrato o la declaración jurada respectiva, según corresponda, deberá indicar el valor de construcción unitario de las unidades de vivienda, incluyéndose en éste el valor de construcción de los bienes comunes, estacionamientos y bodegas, a prorrata de las superficies a construir respectivas. En el caso de un contrato general de construcción destinado a completar la construcción de inmuebles para habitación que no cuenten con recepción municipal, también se aplicarán las normas precedentes, pero, para establecer el crédito, en el cálculo del crédito individual de las viviendas, deberá considerarse como valor de

construcción la suma del valor individual de construcción del contrato más el valor de las obras preexistentes, el cual deberá ser declarado en el contrato. f) El valor del terreno, para efectos de los cálculos establecidos en este artículo, será el valor de adquisición que acredite el contribuyente, reajustado de la forma prevista en el número 2° del artículo 41 de la Ley sobre Impuesto a la Renta o el que se haya utilizado para los efectos de su avalúo fiscal correspondiente a la fecha de la recepción municipal final del inmueble, a falta de tal acreditación, el que será prorrateado por el número de viviendas en proporción a las superficies construidas respectivas, todo ello de la forma que establezca el reglamento. Para estos efectos, el valor de adquisición reajustado del terreno o el que se haya utilizado para efectos del avalúo fiscal correspondiente, deberán convertirse a su equivalente en unidades de fomento a la fecha de la recepción municipal final del inmueble. Artículo 5º.- El beneficio determinado en el artículo anterior se imputará según las siguientes normas: a) El derecho al crédito por cada vivienda, determinado según las normas precedentes, se devengará en el mes en que se obtenga la recepción municipal final de cada inmueble destinado a la habitación en cuya construcción se haya incorporado el respectivo Sistema Solar Térmico. b) La suma de todos los créditos devengados en el mes se imputará a los pagos provisionales obligatorios del impuesto a la renta correspondientes a dicho mes. El remanente que resultare, por ser inferior el pago provisional obligatorio o por no existir la obligación de efectuarlo en dicho período, podrá imputarse a cualquier otro impuesto de retención o recargo que deba pagarse en la misma fecha, y el saldo que aún quedare podrá imputarse a los mismos impuestos en los meses siguientes, reajustado en la forma que prescribe el artículo 27 del decreto ley N° 825, de 1974. El saldo que quedare una vez efectuadas las deducciones por el mes de diciembre de cada año, o el último mes en el caso de término de giro, tendrá el carácter de pago provisional de aquellos a que se refiere el artículo 88 de la Ley sobre Impuesto a la Renta. Artículo 6º.- La imputación indebida del crédito a que se refiere esta ley en virtud de una declaración falsa, se sancionará en la forma prevista en el inciso primero, del número 4°, del artículo 97 del Código Tributario. La misma sanción se aplicará a quien otorgue certificados u otros antecedentes falsos que determinen la imputación indebida del crédito a que se refiere esta ley. En la misma forma, se sancionará también la imputación indebida del crédito a que se refiere esta ley

cuando para tales efectos se utilicen Sistemas Solares Térmicos o cualquiera de sus componentes que hayan servido con anterioridad al mismo u otro contribuyente para imputar dicho crédito. Igualmente, se sancionará en la forma a que se refiere este artículo a quien habiendo imputado el crédito a que se refiere la presente ley, facilite de cualquier modo los Sistemas Solares Térmicos o cualquiera de sus componentes que haya utilizado para esos efectos a un tercero que impute dicho crédito en virtud de tales Sistemas o componentes. Lo dispuesto en el inciso precedente es sin perjuicio de la obligación del contribuyente de enterar los impuestos que hubiesen dejado de pagarse o de restituir las sumas devueltas por la imputación indebida del crédito, ello más los reajustes, intereses y multas respectivas, los que en estos casos podrán ser girados por el Servicio de Impuestos Internos de inmediato y sin trámite previo. En los casos a que se refieren los incisos anteriores y cuando el contribuyente deba enterar los impuestos que hubiesen dejado de pagarse o restituir las sumas devueltas por la imputación indebida del crédito a que se refiere esta ley, para los efectos de su determinación, restitución y aplicación de sanciones, el crédito o los impuestos respectivos se considerarán como un impuesto sujeto a retención o recargo y les serán aplicables las disposiciones que al efecto rigen en el Código Tributario. La reclamación que se deduzca en contra de la tasación, liquidación o giro que practique el Servicio de Impuestos Internos respecto del valor de los bienes corporales inmuebles, del valor o costo de los Sistemas Solares Térmicos y su instalación, del crédito o de los impuestos, reajustes, intereses y multas a que se refiere esta ley, según corresponda, se sujetará al procedimiento general establecido en el Título II del Libro III del Código Tributario. Las empresas constructoras deberán informar al Servicio de Impuestos Internos, en la oportunidad y forma que éste determine mediante resolución, el valor de construcción y el valor del terreno de los inmuebles respectivos, las modificaciones o el término anticipado de la construcción, la marca, modelo y número de serie del o los Colectores Solares Térmicos y Depósitos Acumuladores que compongan el Sistema Solar Térmico, la fecha de instalación de los señalados sistemas, el valor o costo de dichos sistemas y de su instalación, la suma del valor individual de acuerdo al contrato más el valor preexistente, cuando corresponda, u otros antecedentes que sirvan de base para el cálculo del crédito a que se refiere esta ley, acompañando los documentos que dicho organismo determine en la

referida resolución. La infracción a lo dispuesto en este inciso se sancionará con la multa que se establece en el número 6°, del artículo 97, del Código Tributario, por cada infracción, aplicándose al efecto el procedimiento del artículo 165 del mismo Código. Artículo 7º.- El beneficio establecido en esta ley regirá después de noventa días contados desde la fecha de publicación del reglamento, sólo respecto de las viviendas cuyos permisos de construcción o las respectivas modificaciones de tales permisos se hayan otorgado a partir del 1 de enero de 2008 y que hayan obtenido su recepción municipal final a partir de dicha publicación y antes del 31 de diciembre de 2013. No obstante lo anterior, también accederán al beneficio señalado las viviendas cuya recepción municipal se obtenga después del 31 de diciembre del año 2013, cuando ésta se hubiere solicitado con anterioridad al 30 de noviembre del año 2013. Artículo 8º.- El propietario primer vendedor de una vivienda deberá responder por los daños y perjuicios que provengan de las fallas o defectos del Sistema Solar Térmico, de sus componentes y de su correcto funcionamiento, de conformidad a lo establecido en los artículos 18 y siguientes del decreto con fuerza de ley Nº 458, de 1975, del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, Ley General de Urbanismo y Construcciones, entendiéndose que

este tipo de

sistemas se

encuentran

comprendidos en el número 2 del inciso séptimo del señalado artículo. En caso que la vivienda fuese de aquellas acogidas al beneficio establecido en esta ley, si se determina la responsabilidad civil del propietario primer vendedor a que se refiere el inciso anterior, adicionalmente se impondrá una multa a beneficio fiscal equivalente al monto reajustado del beneficio que se hubiere impetrado por dicha vivienda conforme a lo dispuesto por el artículo 4° de esta ley, la que se aplicará conforme al procedimiento establecido en el artículo 165 del Código Tributario. Asimismo, el propietario primer vendedor de una vivienda acogida al beneficio aludido en el inciso precedente, deberá solventar la realización de una inspección respecto del Sistema Solar Térmico a solicitud del actual propietario de la vivienda, quien podrá requerirlo dentro del primer año contado desde la recepción municipal definitiva de la misma. Esta revisión sólo podrá ser realizada por los organismos y entidades a que se refiere el número 3 del artículo 9º de esta ley. El reglamento establecerá la forma y condiciones de esta solicitud y los demás procedimientos necesarios para la realización de la inspección, entre ellos la forma en que se

solicitará y efectuará la revisión de Sistemas Solares Térmicos utilizados por más de una vivienda. Artículo 9º.- La Superintendencia de Electricidad y Combustibles, en adelante “la Superintendencia”, tendrá las siguientes atribuciones: 1. Establecer y administrar un registro de Colectores Solares Térmicos y Depósitos Acumuladores que permitan acceder al beneficio tributario establecido en el artículo 1° de esta ley. 2. Autorizar a organismos de certificación, organismos de inspección, laboratorios de ensayos u otras entidades de control para que realicen o hagan realizar bajo su exclusiva responsabilidad las pruebas y ensayos, o la revisión documental, en su caso, que la Superintendencia estime necesarias para incluir componentes en el registro mencionado en el número anterior. Esta autorización se otorgará mediante resolución. 3. Autorizar a organismos de inspección u otras entidades de control para que inspeccionen los Sistemas Solares Térmicos y realicen o hagan realizar, bajo su exclusiva responsabilidad, las pruebas y ensayos que la Superintendencia estime necesarias para constatar que cumplen con las especificaciones establecidas en el reglamento, de acuerdo a lo señalado en el inciso tercero del artículo precedente y a lo declarado en la memoria de cálculo señalada en el artículo 3° de esta ley. 4. Sancionar, conforme a lo establecido en el Título IV de la ley Nº 18.410, a las empresas constructoras que hubieren utilizado el beneficio tributario establecido en esta ley en caso que se compruebe que los respectivos Sistemas Solares Térmicos no cumplen con las especificaciones establecidas en el reglamento o con lo declarado en la respectiva memoria de cálculo. Para la fiscalización del cumplimiento de lo señalado en el inciso anterior, la Superintendencia podrá utilizar las revisiones realizadas por los organismos de inspección u otras entidades de control autorizadas de acuerdo al número 3. Asimismo, podrá autorizar la instalación de dispositivos de medición o de captura de información o bien, realizar inspecciones directas a las instalaciones. Los procedimientos para la autorización y control de las entidades señaladas en los números 2, 3 y 4 del inciso primero serán establecidos por la Superintendencia mediante resolución fundada de carácter general.

Las entidades así autorizadas quedarán sujetas a la permanente fiscalización y supervigilancia de la Superintendencia y estarán sometidas a las sanciones establecidas en el Título IV de la ley N° 18.410. Las facultades de la Superintendencia establecidas en los números 1 y 2 precedentes regirán por el periodo de vigencia del beneficio tributario señalado en el artículo 1° de esta ley. La facultad establecida en el número 3 regirá por el término que resulte de la aplicación del artículo precedente. Artículo 10.- Prohíbese la comercialización de Sistemas Solares Térmicos o cualquiera de sus componentes que hayan servido con anterioridad para imputar el crédito a que se refiere el artículo 1° de esta ley. Esta prohibición regirá por cinco años, contados desde la recepción municipal definitiva de la obra donde se hubiesen instalado primeramente, y su incumplimiento se sancionará en la forma prevista en el inciso primero, del número 4°, del artículo 97 del Código Tributario. Artículo 11.- Durante el primer semestre del tercer año a contar desde el año de publicación del reglamento, la Comisión Nacional de Energía informará a la Comisión de Hacienda de la Cámara de Diputados el número de viviendas donde se hubieren instalado los Sistemas Solares Térmicos a que se refiere esta ley en los dos años precedentes, el origen de los colectores solares instalados, el monto total de los créditos tributarios otorgados, los resultados de las acciones de fiscalización efectuadas y toda otra información que estime relevante. El año subsiguiente, la Comisión Nacional de Energía encargará a un organismo internacional la realización de una evaluación del impacto de la presente ley en la reducción en el consumo de combustibles derivados del petróleo, el efecto demostrativo generado a través de la instalación de Sistemas Solares Térmicos en el país y el ahorro neto producido. Esta evaluación deberá contener, además, lo indicado en el inciso precedente, respecto de los cuatro primeros años de operación de la franquicia. Esta evaluación será de público conocimiento debiendo ser publicada, en forma electrónica o digital, por la referida Comisión en el mes de diciembre del año de su elaboración. Artículo 12.- El mayor gasto fiscal que represente la aplicación de esta ley durante el año 2009 se financiará con cargo a la partida presupuestaria 50-01-0324.03.104.

Artículo 13.- El Ministerio de la Vivienda y Urbanismo podrá establecer, en el Programa Fondo Solidario de Vivienda, mecanismos destinados a la utilización del beneficio tributario que establece esta ley. Asimismo, el señalado Ministerio podrá establecer, en el Programa de Protección del Patrimonio Familiar, mecanismos destinados a incentivar la utilización de Sistemas Solares Térmicos en las viviendas objeto de dicho programa. Artículo 14.- Facúltase al Presidente de la República para que, mediante uno o más decretos con fuerza de ley expedidos por intermedio del Ministerio de Hacienda, los que deberán llevar también la firma del Ministro de la Vivienda y Urbanismo y del Ministro Presidente de la Comisión Nacional de Energía, establezca un mecanismo destinado al financiamiento de Sistemas Solares Térmicos y su instalación, en viviendas sociales usadas. En uso de esta facultad, el Presidente de la República establecerá las disposiciones necesarias para el funcionamiento, administración, supervisión y control del señalado mecanismo. El monto de los recursos deberá ser suficiente para financiar, al menos, Sistemas Solares Térmicos y su instalación, en cien viviendas en cada una de las regiones del país durante el período en que se encuentre vigente el beneficio establecido en el artículo 4° de esta ley. Artículo 15.- Para efectos de la tasación de las viviendas sociales a que se refiere la Ley General de Urbanismo y Construcciones, aprobada por el decreto con fuerza de ley N° 458, de 1975, del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, así como de las viviendas que postulen a programas del señalado Ministerio, no se incluirá el valor de los Sistemas Solares Térmicos a que se refiere esta ley.”. Y por cuanto he tenido a bien aprobarlo y sancionarlo; por tanto promúlguese y llévese a efecto como Ley de la República. Santiago, 11 de agosto de 2009.- MICHELLE BACHELET JERIA, Presidenta de la República.- Andrés Velasco Brañes, Ministro de Hacienda.- Hugo Lavados Montes, Ministro de Economía, Fomento y Reconstrucción.- Marcelo Tokman Ramos, Ministro Presidente Comisión Nacional de Energía.

ANEXO F