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1. INTRODUCCIÓN
El presente artículo ha sido extraído del estudio realizado por Elektrosol SL para las nuevas instalaciones de Bodegas Clua ubicadas en la provincia de Tarragona. En las instalaciones para el proceso de fermentación del vino y para su almacenamiento se requieren condiciones de temperaturas bajas y estables en casi todo el año, las bodegas se encuentran en construcción y su ubicación será en Tarragona. En el proyecto se propone la instalación de un sistema de refrigeración por absorción que trabajara con colectores solares de tubos de vacío con un concentrador tipo CPC (concentrador parabólico compuesto) para cubrir las demandas de frío permanentes de las bodegas y también en la época de fermentación cuando se requiere una mayor potencia de frío. El campo de captadores únicamente cubre la potencia base, para cubrir los picos se dispone de una caldera de biomasa.
Realizaremos los cálculos de la carga de refrigeración, calefacción y ACS necesarias en la instalación para mantener las temperaturas demandadas en las diferentes zonas a lo largo del año, determinaremos las prestaciones energéticas de nuestro sistema solar. La estimación de las cargas la haremos a través de una simulación de las instalaciones realizada en el programa TSBI3 (Building Energy software) considerando su ubicación y la interacción de todos los elementos internos y externos.
Calcularemos la potencia frigorífica necesaria para escoger la maquina de absorción adecuada a nuestras necesidades y dimensionaremos todos los componentes necesarios para la instalación solar térmica y de calefacción.
Para el cálculo de los componentes del sistema solar determinaremos sus dimensiones óptimas y cobertura máxima a través de una simulación realizada en el programa FCHART.
2. DESARROLLO
2.1 Datos relativos a la demanda
Para la instalación de ACS se han considerado los datos de consumo dados por el pliego de condiciones técnicas para instalaciones solares térmicas publicado por el IDAE del cual en nuestro caso tenemos un promedio de 10 personas trabajado en oficinas los cuales tendrán un consumo de 5 l/día por persona, en
las bodegas tenemos un promedio de 12 personas trabajando con un consumo según la tabla anterior de 20 l/día por persona con estos datos tenemos un total de consumo de 290 l/día de ACS.
Las necesidades de calefacción para los meses de invierno las determinaremos a través del área a acondicionar la cual es de 992 m² considerando una temperatura media de diseño de 20 °C.
Las necesidades de refrigeración se estimaran haciendo un estudio de las zonas según las temperaturas necesarias en cada una de ellas determinando la curva de energía necesaria mensualmente.
Una vez calculadas las necesidades de energía para ACS y Calefacción, éstas se sumaran a la demanda determinada para el consumo de refrigeración calculado por la simulación del TSBI3, esta curva es representativa y de ella solo consideramos el comportamiento, la carga de refrigeración según esta aplicación es aproximadamente de 125 frigorías/m2 de superficie a climatizar, por tanto con el área considerada de 992 m2 y la demanda adicional de refrigeración de las 10 cubas que se deben alimentar se obtiene una potencia total de refrigeración de 200 kW.
Con esta potencia de 200 kW y la curva de la simulación, sumando también las demandas de ACS y calefacción obtendremos la siguiente curva d energía a suministrar de la “Figura 1”.
Figura 1. Curva de demanda de energía de la instalación
2.2 Cálculos de la instalación
Considerando la curva de demanda de energía estos datos se han introducido en el programa FCHART para simular las prestaciones de nuestro sistema solar, se han considerado un volumen de acumulación de 20.000 litros, unas temperatura de demanda de 85 °C la cual es la temperatura nominal de la maquina de absorción, se ha considerado el optimo (considerando el espacio disponible en las cubiertas bien orientadas) en 108 captadores CPC con un área de apertura de 3 m2 (IBERSOLAR CPC18) los cuales estarán orientados hacia el sur a una inclinación de 30 ° con esta disposición obtenemos una cobertura del sistema de un 61% como se muestra en la “figura 2”
Figura 2. Cobertura mensual del sistema solar
La acumulación total se dividirá en un acumulador de 500 litros con serpentín fijo para alimentar la demanda de ACS, dos acumuladores de 10.000 litros los cuales estarán conectados en serie y alimentaran el circuito de calefacción y a la maquina de absorción y se conectara al evaporador de la maquina de absorción un acumulador en frío de 2.500 litros de capacidad esto nos permitirá que el sistema solar y de absorción trabajen independientes de la demanda de energía, acumulando los excedentes en los depósitos y dándole cierta inercia al sistema. Se utilizará depósitos especiales que permitan mantener un alto nivel de estratificación en los mimos y se utilizarán módulos de estratificación, este dispositivo permite según la temperatura del campo de captadores cargar los depósitos a determinadas alturas, favoreciendo estratificación y aumentando el aporte energético.
La maquina de absorción considerada es una maquina de una potencia de frigorífica nominal de 200 kW (modelo maquina LWM-W007),
esta maquina requiere de un suministro de agua caliente a la entrada del generador 85 °C en su operación y el agua sale a 75 °C del generador retornando a los acumuladores , para asegurar el suministro de agua a esta temperatura se ha considerado un apoyo con una caldera de biomasa de hueso de oliva la cual debe de ser capas de brindar la potencia térmica necesaria para la maquina de absorción, si consideramos que la maquina de absorción tiene un COP de 0,6 podemos ver que la necesidad de agua caliente para lograr los 200 kW será de 200/0,6 = 334 kW. Por tanto para asegurar el suministro consideraremos una caldera de 400 kW.
Los colectores se conectaran en baterías de 6 en serie, estos captadores disponen 18 tubos, y un retorno invertido interior que reparte el fluido entrante en 6 circuitos de 3 tubos cada uno. De esta manera el fluido caloportador únicamente circulara por 18 tubos, pese a estar captadores conectados en serie, evitándonos problemas se sobrecalentamiento y reduciendo costes de equilibrado. Utilizaremos low-flow para alimentar los captadores, de esta manera mejoramos la estratificación y reducimos costes en tuberías. Debido a la disposición del campo de captación en varias cubiertas, para realizar el equilibrado hidráulico invertido se usarán válvulas de equilibrado autorregulables.
Jose Rodrigo.
Director Técnico Elektrosol SL
jose@elektrosol.net
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