Diseño de una instalación domiciliaria tipo hoy en Uruguay

Análisis de Factibilidad Técnico-Económico de colectores solares planos en viviendas tipo

Fundamentos de Energía Solar Térmica Maestría en Ingeniería de la Energía

Universidad de la República

Juan Pablo Saltre

Noviembre, 2010 Revisión 1

Índice Índice .................................................................................................................................................. 2 1. Resumen .................................................................................................................................... 6 2. Objetivos ................................................................................................................................... 6 3. Introducción ............................................................................................................................. 7 4. Datos asumidos ........................................................................................................................ 7

A. De la vivienda ............................................................................................................... 7 B. De la demanda (consumo de ACS) ........................................................................... 7 C. Datos del recurso ......................................................................................................... 9 Aspectos técnicos ................................................................................................................... 21

5. Elección de la configuración ................................................................................................ 22 6. Modelo para el cálculo energético ....................................................................................... 23 7. Resultados de los modelos.................................................................................................... 24

A. Colector Plano – marca Termicol (origen España) ............................................... 24 B. Heat Pipe – H2SOL ................................................................................................... 37

8. Análisis Económico ............................................................................................................... 48 A. Colector Plano – marca TERMICOL (origen España) ........................................ 48 B. Heat Pipe – H2SOL ................................................................................................... 49

9. Conclusiones ........................................................................................................................... 50

Índice de Tablas Tabla 1 – Consumo de ACS para diferentes aplicaciones según CTE. .................................... 8

Tabla 2 - Resumen valore de consumo de ACS por persona ..................................................... 9

Tabla 3 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PH ............................ 10

Tabla 4 – Factores de conversión mensual de PH a PI en Montevideo para distintos ángulos β .......................................................................................................................................... 11

Tabla 5 - Promedios de conversión de PH a PI ......................................................................... 12

Tabla 6 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PI (β = 45º) ............. 13

Tabla 7 - Demanda de ACS por mes ........................................................................................... 15

Tabla 8 - Relación entre Hora Civil y Hora Solar mensual ....................................................... 16

Tabla 9 - Radiación horaria promedio en W/m2 ........................................................................ 17

Tabla 10 - Distribución horaria de temperatura ambiente ........................................................ 19

Tabla 11 - Resumen 1 colector plano .......................................................................................... 25

Tabla 12 - Resultados colector plano Ap = 2,4m2 ...................................................................... 26

Tabla 13 - Resumen 2 colectores planos ..................................................................................... 27

Tabla 14 – Resultados colector plano Ap = 4,8m2 ..................................................................... 28


Tabla 16 – Resultados colector plano Ap = 7,2m2 ..................................................................... 30


Tabla 18 - Resultados colector plano Ap = 9,6m2 ...................................................................... 32

Tabla 19 - Resumen % de cobertura solar con colectores planos ........................................... 34

Tabla 20 – Resumen de eficiencias para colectores planos ....................................................... 36

Tabla 21 - Resumen 1 heat pipe.................................................................................................... 38

Tabla 22 - Resultados heat pipe Ap = 1,92m2 ............................................................................. 39

Tabla 23 - Resumen 2 heat pipes .................................................................................................. 40


Tabla 25 - Resumen 3 heat pipes .................................................................................................. 42


Tabla 27 - Resumen de % de cobertura solar para heat pipes ................................................. 45

Tabla 28 - Resumen de eficiencias para heat pipes .................................................................... 47

Tabla 29 - Resultados económicos para colectores planos ....................................................... 48

Tabla 30 - Resultados económicos para heat pipes ................................................................... 49

Tabla 31 - Energía generada mensual por m2 de colector planos y heat pipe ....................... 50

Tabla 32 - Comparativo de eficiencias ......................................................................................... 50

Índice de Gráficos Gráfico 1 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PH ......................... 10

Gráfico 2 – Factores de conversión de irradiación PH / PI mensuales en Montevideo ..... 11

Gráfico 3 - Promedios de conversión de PH a PI según ángulo de inclinación, β ............... 12

Gráfico 4 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PI (β = 45º) ......... 13

Gráfico 5 – Curvas de irradiación promedio PH y PI ............................................................... 14

Gráfico 6 – Consumo vs irradiación PH vs irradiación PI ....................................................... 15

Gráfico 7 - Distribución diaria de temperatura ambiente y radiación para el mes de enero 20

Gráfico 8 - Curva de eficiencia de colector plano Termicol T25SR ....................................... 24

Gráfico 9 - Energía generada mensual, 1 colector plano .......................................................... 26

Gráfico 10 - Energía generada mensual, 2 colectores planos ................................................... 28

Gráfico 11 - Energía generada mensual, 3 colectores planos ................................................... 30

Gráfico 12 - Energía generada mensual, 4 colectores ............................................................... 32

Gráfico 13 - Energía generada mensual para colectores planos .............................................. 33

Gráfico 14 - % de cobertura solar mensuales para colectores planos ..................................... 34

Gráfico 15 - % de cobertura solar para colectores planos ........................................................ 35

Gráfico 16 - Eficiencia mensual para colectores planos ........................................................... 35

Gráfico 17 - Eficiencia para colectores planos ........................................................................... 36

Gráfico 18 - Curva de Eficiencia para heat pipes presurizados ............................................... 37

Gráfico 19 - Energía generada mensual, 1 heat pipe ................................................................. 39

Gráfico 20 - Energía generada mensual, 2 heat pipes ............................................................... 41

Gráfico 21 - Energía generada mensual, 3 heat pipes ............................................................... 43

Gráfico 22 - Energía generada mensual para heat pipes ........................................................... 44

Gráfico 23 - % de cobertura solar mensual para heat pipes ..................................................... 45

Gráfico 24 - % de cobertura solar para heat pipes .................................................................... 46

Gráfico 25 - Eficiencia mensual para heat pipes ........................................................................ 46

Gráfico 26 - Eficiencia para heat pipes ........................................................................................ 47

Gráfico 27 - VAN y TIR para colectores planos ....................................................................... 48

Gráfico 28 - VAN y TIR para heat pipes .................................................................................... 49

Gráfico 29 - Comparativo eficiencias heat pipes y colectores planos ..................................... 51

6

1. Resumen En este informe se presentan los resultados obtenidos de un estudio genérico de factibilidad técnico-económico para la instalación de colectores solares para generación de agua caliente sanitaria (ACS) en viviendas unifamiliares tipo, situadas en el departamento de Montevideo. En la primera sección se describen las características del consumo a satisfacer, un estudio detallado del recurso solar disponible y aspectos técnicos generales. En la segunda sección se analizan las posibles configuraciones del sistema y se describe la seleccionada para su estudio posterior. En la tercera sección se presentan los resultados energéticos de cada sistema utilizando como base el recurso solar disponible en Montevideo. Finalmente, se realiza una evaluación económica y estudio de sensibilidad del proyecto y se analizan los resultados.

2. Objetivos

• Dimensionar una instalación solar térmica de agua caliente sanitaria estándar para una vivienda tipo.

• Diseñar una instalación solar térmica de agua caliente sanitaria estándar para una vivienda tipo.

• Realizar un estudio económico de la instalación y análisis de sensibilidad del mismo.

7

3. Introducción La energía solar, proveniente de una fuente inagotable y renovable como el Sol, puede ayudarnos a rebajar la factura energética doméstica, en particular en el caso de Uruguay la factura de energía eléctrica. Se debe tener en cuenta que, al tratarse de una energía que no emite gases de efecto invernadero, contribuye a mitigar el cambio climático. Tampoco emite gases nocivos (NOx) ni genera residuos que pudieran ser dañinos para la naturaleza o los seres humanos. Se busca estudiar el diseño de la instalación solar térmica para ACS, incluyendo el cálculo técnico de los principales elementos del circuito primario, una estimación de la inversión inicial y del ahorro tanto energético como económico que supone la utilización de colectores solares. Para poder realizar este estudio asumimos las siguientes suposiciones como datos de partida:

• Ciudad: Montevideo • Vivienda unifamiliar (cuatro personas) con consumos de ACS típicos. • Colectores a instalar: se estudiarán dos tipos de captadores: planos y heat pipes. • Inclinación seleccionada para los colectores: 45º • Orientación de los colectores: Norte • Temperatura de acumulación solar: 50º. • Información del recurso: Mapa Solar del Uruguay, serie de medidas de: Melilla

(10/2005 – 09/2009) y Archi (1980 – 1984).

4. Datos asumidos

A. De la vivienda La vivienda para este estudio se considera situada en la ciudad de Montevideo (34º53’ S, 56º10’ O), con una ocupación de cuatro personas en régimen continuo durante los doce meses del año. No se consideran posibles sombreamientos de los colectores solares debido a obstáculos.

B. De la demanda (consumo de ACS) Para realizar un buen proyecto de producción de ACS con energía solar térmica es imprescindible que se ajuste a la realidad el consumo de ACS con la demanda estimada a la hora de dimensionar la instalación. Para ello es conveniente disponer de datos reales de consumo de ACS de la edificación en la que se va a realizar la instalación. Como es difícil disponer de datos reales de consumo (tanto para viviendas a construir como retrofits de existentes) se utilizarán datos generales típicos

8

Debido a que las curvas de demanda y de disponibilidad de recurso van contrapuestas, un sobredimensionamiento puede llevar (además de a invertir más de lo necesario) a problemas de sobrecalentamiento y sobrepresiones, mientras que una baja estimación de la demanda hará que no se aproveche al máximo el recurso solar, disminuyendo el retorno a la inversión. A continuación se presentan valores típicos de consumo:

Criterio de la demanda Litros de ACS/día (60ºC) Viviendas unifamiliares 30 Por persona Viviendas multifamiliares 22 Por persona Hospitales y clínicas 55 Por cama Hoteles **** 70 Por cama Hoteles *** 55 Por cama Hoteles/Hostales ** 40 Por cama Camping 40 Por emplazamiento Hostales/Pensiones * 35 Por cama Residencias 55 Por cama Vestuarios/Duchas colectivas 15 Por servicio Escuelas 3 Por alumno Cuarteles 20 Por persona Fábricas y talleres 15 Por persona Administrativos 3 Por persona Gimnasios 20‐25 Por usuario Lavanderías 3‐5 Por kg de ropa Restaurantes 5‐10 Por comida Cafeterías 1 Por almuerzo

Tabla 1 – Consumo de ACS para diferentes aplicaciones según CTE1.

De otra bibliografía surge que un valor de 50 l/día por persona a 50ºC ha dado buenos resultados en la práctica.2

1 Códigos Técnicos para le Edificación, Ministerio de Vivienda, España. 2 “Energía Solar” de Nestor Pedro Quadri

9

Para poder comparar los distintos valores de volúmenes diarios encontrados debemos compararlos a la misma temperatura de almacenamiento, en este caso 50ºC. Para esto utilizaremos la fórmula siguiente:

Donde:

demanda de ACS a temperatura T. demanda de ACS a ºC.

temperatura del agua de la red. Con lo que obtenemos:

litros/día

Litros/día @ 50ºC

D1 (@ 60ºC) 30 37,5

D2 (@ 50ºC) 50 50

Tabla 2 - Resumen valore de consumo de ACS por persona De la información disponible utilizamos el valor más conservador, que resulta en 50 litros por día por persona a 50ºC.

C. Datos del recurso Como se indicó anteriormente para este estudio se tomarán en cuenta los siguientes datos disponibles:

1. Mapa Solar del Uruguay3 2. Serie de datos de estación Melilla4 5 3. Serie de datos Archi6 7

3 http://www.fing.edu.uy/if/solar/index.html 4 http://www.mesasolar.org/recursos/melilla.xls 5 Se utilizaron los datos desde el 01/08/97 al 31/12/98. 6 http://www.mesasolar.org/recursos/archi.xls 7 Se utilizaron los datos desde el 01/01/80 al 31/12/84.

10

kWh/m2.día

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Promedio

Mapa Solar 6,4 5,6 4,4 3,3 2,4 1,9 2,2 2,7 3,7 4,8 6,0 6,3 4,1 Melilla 5,6 4,3 3,9 2,4 2,0 1,7 1,9 2,5 3,5 4,7 4,9 5,2 3,6

Archi 6,6 5,6 4,7 3,2 2,2 1,6 2,0 2,8 4,0 5,0 5,6 6,8 4,2

Tabla 3 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PH

Gráfico 1 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PH

Las tres series muestran una buena correlación, destacándose la serie Archi con los resultados del Mapa Solar. Teniendo en cuenta la metodología utilizada para la elaboración del Mapa Solar y que se utilizaron múltiples series para su cálculo optamos por tomar estos valores mensuales como válidos. Para cálculos horarios usaremos los resultados promedio de la serie Archi por no poseer datos diarios del Mapa Solar. Como se puede observar en la gráfica, la curva de disponibilidad del recurso es más alta en los meses de verano, coincidiendo con los meses que, en teoría, habría menos demanda. La inclinación seleccionada para los colectores (45ºC orientado al Norte) se adoptó para maximizar la radiación en los meses de invierno, cuando el recurso es más escaso.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/m

2 .día

Mapa Solar

Serie Melilla

Serie Archi

11

Plano inclinado Se debe tener en cuenta que estos datos son de irradiancia sobre una superficie horizontal. Considerando que nuestros colectores van a estar inclinados presentamos a continuación los coeficientes de conversión de PH a PI para distintos ángulos β:8

Inclinación Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

90º 0,420 0,508 0,649 0,842 1,024 1,032 1,090 0,947 0,720 0,550 0,470 0,40375º 0,564 0,658 0,803 0,981 1,152 1,151 1,216 1,084 0,866 0,698 0,608 0,54365º 0,659 0,749 0,889 1,051 1,210 1,205 1,270 1,149 0,946 0,787 0,697 0,63855º 0,747 0,830 0,960 1,103 1,244 1,237 1,298 1,192 1,009 0,865 0,779 0,72745º 0,826 0,899 1,013 1,133 1,254 1,244 1,301 1,211 1,053 0,928 0,852 0,80735º 0,892 0,952 1,046 1,142 1,238 1,229 1,276 1,205 1,078 0,976 0,911 0,87625º 0,943 0,988 1,059 1,128 1,198 1,190 1,226 1,175 1,081 1,006 0,956 0,93115º 0,979 1,007 1,051 1,092 1,135 1,129 1,152 1,121 1,064 1,017 0,986 0,971

0º 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Tabla 4 – Factores de conversión mensual de PH a PI en Montevideo para distintos ángulos β

Gráfico 2 – Factores de conversión de irradiación PH / PI mensuales en Montevideo

8 Para el cálculo de la fracción difusa se utilizó el modelo de Erbs et al.

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

HT/ H

90º

75º

65º

55º

45º

35º

25º

15º

0º

12

Si bien el ángulo de inclinación que maximiza la radiación durante todo el año es igual a la latitud (en nuestro caso 35º), buscamos maximizar la radiación durante los meses de invierno para llegar a una curva de recurso más suavizada y compatibilizada con la curva de demanda, que en los meses más fríos es mayor. A continuación se muestra este fenómeno:

Inclinación (º)

Anual Dic ‐ Ene ‐

Feb Mar ‐ Abr ‐

May Jun ‐ Jul ‐

Ago Set ‐ Oct ‐

Nov

90 0,721 0,444 0,839 1,023 0,553 75 0,860 0,588 0,978 1,150 0,699 65 0,938 0,682 1,050 1,208 0,788 55 0,999 0,768 1,102 1,242 0,865 45 1,043 0,844 1,133 1,252 0,928 35 1,068 0,907 1,142 1,237 0,976 25 1,073 0,954 1,128 1,197 1,006 15 1,059 0,985 1,092 1,134 1,017

0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Tabla 5 - Promedios de conversión de PH a PI

Gráfico 3 - Promedios de conversión de PH a PI según ángulo de inclinación, β

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

0 15 30 45 60 75 90

HT/ H

Ángulo de inclinación, b

Anual

Dic‐Ene‐Feb

Mar‐Abr‐May

Jun‐Jul‐Ago

Set‐Oct‐Nov

13

Al inclinar los paneles 10 grados sobre la latitud del lugar (para hemisferio sur), se consigue optimizar la captación para los meses de invierno, y por lo tanto, hacer que la curva del recurso sea más plana, acercándose así más a la de demanda. A continuación se presenta los valores de radiación mensual en PI con β = 45º. Si bien se presentan los valores de las tres series de datos tratadas hasta el momento de aquí en más manejaremos los promedios mensuales resultantes del Mapa Solar

kWh/m2

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Promedio

Mapa Solar 5,3 4,6 3,6 2,7 2,0 1,6 1,8 2,2 3,1 4,0 5,0 5,2 3,4

Melilla 4,6 3,6 3,2 2,0 1,7 1,4 1,6 2,1 2,9 3,9 4,0 4,3 2,9

Archi 5,4 4,6 3,9 2,6 1,8 1,3 1,6 2,3 3,3 4,1 4,6 5,6 3,4

R 0,826 0,899 1,013 1,133 1,254 1,244 1,301 1,211 1,053 0,928 0,852 0,807 1,0

Nmax 14,1 13,3 12,2 11,1 10,2 9,7 9,9 10,7 11,8 12,9 13,9 14,3 12,0

Iprom (W/m2) 330 271 263 178 165 146 157 193 241 301 292 302 236,6

Tabla 6 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PI (β = 45º) En la tabla anterior también se indica la cantidad de horas máximas por día promedio de cada mes (Nmax) y a partir de estas se calcula la radiación promedio. Como es sabe la radiación varía con la altura solar, por lo que este valor solo tiene un sentido indicativo. Más adelante se presenta la distribución de la radiación horaria.

Gráfico 4 – Promedios mensuales de irradiación en Montevideo sobre PI (β = 45º)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/m

2 .día

Mapa Solar

Melilla

Archi

14

Gráfico 5 – Curvas de irradiación promedio PH y PI

Como se observa Gráfico 5 – Curvas de irradiación promedio PH y PI mediante la inclinación de los colectores se logra maximizar la radiación en los meses de invierno perdiendo energía en los meses de verano, suavizando así la curva del recurso. Haciendo esta corrección no solo se logra un menor tamaño de instalación para satisfacer la misma demanda en los meses de invierno, cuando la disponibilidad del recurso es menor. Además es una forma de evitar que se sobrecaliente en los meses veraniegos, en los que la energía que llega al colector es mucho mayor, y en los que la demanda de ACS puede ser menor. A continuación, en la Tabla 7 - Demanda de ACS por mes, se calcula la demanda de energía para el ACS mensual, teniendo en cuenta los día por mes, la temperatura de agua de la red9 y la demanda anteriormente indicada de 50 litros por día por persona a 50ºC. 9 De la información relevada se concluye que la temperatura del agua de red en Uruguay varía a lo largo del año entre los 10 y 15ºC. Se utilizo una curva de variación mensual entre esos valores que acompaña la curva de variación de la temperatura ambiente.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/m

2 .día

PH

PI

15

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

# días 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

Tamb (ºC)10 22,7 22,3 20,5 17,2 13,9 11 10,7 11,5 13,2 15,7 18,3 21,1

Tred (ºC) 15,0 14,9 14,2 12,8 11,4 10,2 10,1 10,4 11,1 12,2 13,2 14,4

Demanda (l @ 50ºC)

6200 5600 6200 6000 6200 6000 6200 6200 6000 6200 6000 6200

ΔT 35,0 35,1 35,8 37,2 38,6 39,8 39,9 39,6 38,9 37,8 36,8 35,6

Energía (MJ/mes) 907,9 821,6 929,0 933,6 1000,3 998,4 1034,9 1026,3 975,4 980,9 922,1 922,6

Energía (kWh/mes) 252,2 228,2 258,1 259,3 277,9 277,3 287,5 285,1 270,9 272,5 256,1 256,3

Energía (kWh/día) 8,1 8,2 8,3 8,6 9,0 9,2 9,3 9,2 9,0 8,8 8,5 8,3

Tabla 7 - Demanda de ACS por mes Finalmente, en el Gráfico 6 – Consumo vs irradiación PH vs irradiación PI se muestra como la inclinación de los captadores ayuda a compatibilizar la curva del recurso solar con la demanda, aunque el déficit en los meses de invierno se mantiene.

Gráfico 6 – Consumo vs irradiación PH vs irradiación PI

10 Dirección Nacional de Meteorología.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

kWh/m

2 .día

kWh/mes

Consumo

Mapa Solar ‐ PI

Mapa Solar ‐ PH

16

Fracción horaria mensual

En una primera instancia se calcula para el día promedio de cada mes la relación entre la hora civil y la hora solar ω. Se obtiene:

Hora Solar ω [rad] Hora Civil Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

0 ‐3,11 ‐3,14 ‐3,12 ‐3,08 ‐3,06 ‐3,07 ‐3,10 ‐3,10 ‐3,06 ‐3,01 ‐3,01 ‐3,041 ‐2,85 ‐2,88 ‐2,85 ‐2,81 ‐2,80 ‐2,81 ‐2,84 ‐2,83 ‐2,79 ‐2,75 ‐2,75 ‐2,782 ‐2,59 ‐2,61 ‐2,59 ‐2,55 ‐2,53 ‐2,55 ‐2,58 ‐2,57 ‐2,53 ‐2,49 ‐2,48 ‐2,523 ‐2,33 ‐2,35 ‐2,33 ‐2,29 ‐2,27 ‐2,29 ‐2,32 ‐2,31 ‐2,27 ‐2,23 ‐2,22 ‐2,264 ‐2,07 ‐2,09 ‐2,07 ‐2,03 ‐2,01 ‐2,02 ‐2,05 ‐2,05 ‐2,01 ‐1,97 ‐1,96 ‐2,005 ‐1,80 ‐1,83 ‐1,81 ‐1,77 ‐1,75 ‐1,76 ‐1,79 ‐1,79 ‐1,75 ‐1,70 ‐1,70 ‐1,746 ‐1,54 ‐1,57 ‐1,55 ‐1,51 ‐1,49 ‐1,50 ‐1,53 ‐1,52 ‐1,48 ‐1,44 ‐1,44 ‐1,477 ‐1,28 ‐1,30 ‐1,28 ‐1,24 ‐1,23 ‐1,24 ‐1,27 ‐1,26 ‐1,22 ‐1,18 ‐1,18 ‐1,218 ‐1,02 ‐1,04 ‐1,02 ‐0,98 ‐0,96 ‐0,98 ‐1,01 ‐1,00 ‐0,96 ‐0,92 ‐0,91 ‐0,959 ‐0,76 ‐0,78 ‐0,76 ‐0,72 ‐0,70 ‐0,72 ‐0,75 ‐0,74 ‐0,70 ‐0,66 ‐0,65 ‐0,6910 ‐0,50 ‐0,52 ‐0,50 ‐0,46 ‐0,44 ‐0,45 ‐0,48 ‐0,48 ‐0,44 ‐0,39 ‐0,39 ‐0,4311 ‐0,23 ‐0,26 ‐0,24 ‐0,20 ‐0,18 ‐0,19 ‐0,22 ‐0,22 ‐0,18 ‐0,13 ‐0,13 ‐0,1612 0,03 0,00 0,03 0,07 0,08 0,07 0,04 0,05 0,09 0,13 0,13 0,1013 0,29 0,27 0,29 0,33 0,35 0,33 0,30 0,31 0,35 0,39 0,39 0,3614 0,55 0,53 0,55 0,59 0,61 0,59 0,56 0,57 0,61 0,65 0,66 0,6215 0,81 0,79 0,81 0,85 0,87 0,86 0,83 0,83 0,87 0,91 0,92 0,8816 1,08 1,05 1,07 1,11 1,13 1,12 1,09 1,09 1,13 1,18 1,18 1,1417 1,34 1,31 1,33 1,37 1,39 1,38 1,35 1,35 1,40 1,44 1,44 1,4118 1,60 1,57 1,60 1,64 1,65 1,64 1,61 1,62 1,66 1,70 1,70 1,6719 1,86 1,84 1,86 1,90 1,92 1,90 1,87 1,88 1,92 1,96 1,97 1,9320 2,12 2,10 2,12 2,16 2,18 2,16 2,13 2,14 2,18 2,22 2,23 2,1921 2,38 2,36 2,38 2,42 2,44 2,43 2,40 2,40 2,44 2,49 2,49 2,4522 2,65 2,62 2,64 2,68 2,70 2,69 2,66 2,66 2,70 2,75 2,75 2,72

23 2,91 2,88 2,91 2,95 2,96 2,95 2,92 2,93 2,97 3,01 3,01 2,98

Tabla 8 - Relación entre Hora Civil y Hora Solar mensual

17

Calculando para cada mes el ωs y conocida la radiación media mensual obtenemos la radiación horaria mensual para las 24 horas del día promedio de cada mes:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Ene 0 0 0 0 0 12 112 233 362 487 589 655 674 644 569 461 334 205 89 0 0 0 0 0

Feb 0 0 0 0 0 0 62 180 312 442 553 627 652 625 550 438 308 176 59 0 0 0 0 0

Mar 0 0 0 0 0 0 22 148 292 438 561 642 667 630 540 410 264 121 2 0 0 0 0 0

Abr 0 0 0 0 0 0 0 89 217 348 458 527 541 499 407 284 152 32 0 0 0 0 0 0

May 0 0 0 0 0 0 0 39 153 271 370 431 441 398 310 196 79 0 0 0 0 0 0 0

Jun 0 0 0 0 0 0 0 8 98 193 276 328 339 305 235 143 48 0 0 0 0 0 0 0

Jul 0 0 0 0 0 0 0 10 119 237 341 410 429 394 312 201 83 0 0 0 0 0 0 0

Ago 0 0 0 0 0 0 0 59 187 322 437 512 532 492 401 276 141 19 0 0 0 0 0 0

Sep 0 0 0 0 0 0 23 143 279 412 521 587 596 549 453 326 188 61 0 0 0 0 0 0

Oct 0 0 0 0 0 0 95 217 346 467 560 611 611 561 468 348 218 97 0 0 0 0 0 0

Nov 0 0 0 0 0 35 133 246 363 470 551 595 594 550 468 361 244 131 34 0 0 0 0 0

Dic 0 0 0 0 0 46 152 274 401 519 610 663 669 628 545 433 307 182 71 0 0 0 0 0

Tabla 9 - Radiación horaria promedio en W/m2

18

Evolución diaria de la temperatura ambiente Dado que los cálculos de la estimación de la energía aprovechada por los captadores se hace hora a hora, y que solo disponemos de datos de temperatura ambiente media, media máxima y media mínima, es necesario estimar la temperatura ambiente para cada una de las horas del día, para cada uno de los meses. Un modelo sencillo, pero que se ajusta bien a observaciones experimentales, se logra considerando que la temperatura ambiente evoluciona de forma parecida a como lo hace la radiación solar, aunque con un retraso de dos horas. Un conjunto de ecuaciones acorde con estos supuestos, que permite calcular la temperatura ambiente Tamb para cualquier hora solar del día ω, en función de la Tmin y la Tmax es: para -π < ω <ωs

T TT T

2 1 cos aω b donde:

6 2

para ωs < ω < π/6

T TT T

2 1 cos aω b

donde:

6 6

para π/6 < ω < π

T TT T

2 1 cos aω b

donde:

2 6 6

19

De esta manera resulta:

Hora T [ºC]

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Tmax [ºC] 27,9 27 25 21,7 18,5 15 15 16 17,6 20,3 22,8 26,1

Tmin [ºC] 17,8 17,8 16,1 12,6 9,6 7,0 6,8 7,3 8,7 11,2 13,5 16,5

0 20,2 20,3 18,7 15,4 12,5 9,8 9,7 10,2 11,2 13,4 15,5 18,5 1 19,4 19,5 18,0 14,7 11,8 9,1 9,0 9,4 10,5 12,6 14,7 17,7 2 18,7 18,8 17,3 14,0 11,1 8,5 8,4 8,8 9,9 12,0 14,1 17,1 3 18,2 18,3 16,8 13,4 10,6 8,0 7,8 8,2 9,3 11,6 13,7 16,7 4 17,9 18,0 16,4 13,0 10,1 7,5 7,4 7,8 9,0 11,3 13,5 16,5 5 17,8 17,8 16,2 12,7 9,8 7,2 7,0 7,5 8,8 11,2 13,6 16,6 6 18,2 17,9 16,1 12,6 9,6 7,1 6,9 7,3 8,7 11,5 14,1 17,1 7 19,1 18,6 16,6 12,9 9,7 7,0 6,8 7,4 9,2 12,3 15,1 18,2 8 20,5 19,8 17,6 13,8 10,4 7,5 7,3 8,2 10,3 13,7 16,5 19,6 9 22,2 21,3 19,1 15,4 11,9 8,7 8,5 9,6 11,9 15,3 18,1 21,2 10 23,9 22,9 20,8 17,2 13,8 10,4 10,2 11,4 13,6 17,0 19,7 22,8 11 25,6 24,5 22,5 19,0 15,7 12,2 12,0 13,2 15,3 18,5 21,1 24,3 12 26,8 25,8 23,8 20,5 17,3 13,8 13,7 14,7 16,7 19,6 22,2 25,4 13 27,7 26,7 24,7 21,5 18,3 14,8 14,7 15,7 17,4 20,2 22,7 26,0 14 27,9 27,0 25,0 21,7 18,5 15,0 15,0 16,0 17,6 20,3 22,8 26,1 15 27,8 26,9 24,9 21,6 18,4 14,9 14,9 15,9 17,5 20,1 22,6 25,9 16 27,4 26,6 24,6 21,3 18,1 14,7 14,7 15,6 17,1 19,7 22,2 25,5 17 26,9 26,2 24,2 20,9 17,7 14,3 14,3 15,2 16,7 19,2 21,6 24,9 18 26,1 25,5 23,6 20,3 17,1 13,8 13,9 14,7 16,1 18,5 20,9 24,2 19 25,3 24,8 22,9 19,6 16,5 13,3 13,3 14,1 15,4 17,8 20,1 23,3 20 24,3 23,9 22,1 18,8 15,8 12,6 12,6 13,4 14,6 16,9 19,1 22,4 21 23,2 23,0 21,3 18,0 15,0 12,0 11,9 12,6 13,8 16,0 18,2 21,4 22 22,2 22,1 20,4 17,1 14,2 11,2 11,2 11,8 12,9 15,1 17,2 20,3

23 21,2 21,2 19,5 16,3 13,3 10,5 10,4 11,0 12,1 14,2 16,3 19,4

Tabla 10 - Distribución horaria de temperatura ambiente

20

Gráfico 7 - Distribución diaria de temperatura ambiente y radiación para el mes de enero

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

‐1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

W/m

2

ºC

Hora

Enero

T [ºC]

Radiación [W/m2]

21

Aspectos técnicos Se puede definir una instalación solar térmica como aquella constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transformarla directamente en energía térmica cediéndola a un fluido de trabajo y por último almacenar dicha energía térmica de forma eficiente, ya sea en el mismo fluido de trabajo de los captadores como en otro fluido para poder utilizarla en los puntos de consumo. Los sistemas que conforman una instalación solar térmica son los siguientes:

• Sistema de captación, formado por los colectores con la función de transformar la radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que circula por ellos.

• Sistema de acumulación, constituido por uno o varios depósitos donde se almacena el fluido caliente para su uso.

• Circuito hidráulico, formado por tuberías, bombas (no aplica a el caso de estudio), válvulas, etc.

• Sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía del fluido de los colectores al otro fluido (caso de instalación solar térmica cerrada – formada por un circuito primario asociado al conjunto de colectores y un circuito secundario por el cual circula el fluido, en este caso agua para satisfacer necesidades de ACS)

• Sistema de regulación y control, el cual busca maximizar el aporte solar y por otro lado actúa como protección frente a sobrecalentamientos.

• Sistema de apoyo o auxiliar, se trata de un equipo alimentado con una fuente de energía tradicional y con capacidad para suministrar energía para el 100% de las necesidades con la finalidad de complementar el aporte solar hasta alcanzar la demanda en momentos de poca disponibilidad

El objetivo básico de la instalación es optimizar el ahorro energético global teniendo en cuenta la inversión a realizar, garantizar durabilidad y calidad suficientes y seguridad en el uso.

22

5. Elección de la configuración Configuración 1: Sistema directo Consiste en que la misma agua que circula por el colector se utilice para el consumo. Es el sistema más sencillo y económico y se debería construir el colector y demás elementos con materiales adecuados para no afectar el agua de consumo. Configuración 2: Sistema indirecto. En estos sistemas el agua del colector circula separada del agua de consumo del sistema. El agua de consumo domiciliario se calienta en forma indirecta por transmisión de calor del agua que circula por el circuito del colector solar en un tanque intermedio, que al mismo tiempo actúa como almacenamiento. A esta agua se le pueden agregar soluciones para evitar el congelamiento (no sería el caso de Uruguay) y/o la corrosión. En estos sistemas debe tomarse previsiones para las altas temperaturas que puede alcanzar el fluido dentro del colector debido al poco volumen de agua que contienen, principalmente en verano. Para evitar esto se debe instalar un tanque de expansión que absorba la expansión del agua y una válvula de seguridad que alivie vapor eventualmente generado o presiones excesivas. Configuración seleccionada para el proyecto

Para este estudio se selecciona un sistema indirecto con un tanque intermedio acumulador. La salida del acumulador (será del tipo adosado a la parte superior del colector) se conectará a la entrada del calefón de la vivienda (que se asume existente). De esta manera se aportará la energía necesaria en los momentos deficitarios, asegurando la disponibilidad del sistema en todo momento. La circulación del fluido caloportador en el circuito cerrado será realizada por efecto termosifón, evitándose la instalación de una bomba. Se deberá instalar un tanque de expansión y una válvula de sobrepresión para proteger el sistema. En este estudio se analizarán colectores de las dos familias: colectores de placas planas y heat pipes comparando los retornos de la inversión de cada uno.

23

6. Modelo para el cálculo energético Debido a que las dos tecnologías estudiadas (colectores planos y heat pipe) presentan comportamientos físicos distintos fue necesario desarrollar dos modelos de cálculos distintos. Estos modelos fueron implementados en planillas Excel con la función de cálculo iterativo habilitado. Con estos modelos se simula el comportamiento del sistema hora a hora para los días promedio de cada mes del año. En ambos casos se realizan las siguientes suposiciones:

i. Consumo de ACS constante de 12,5 litros/ hora en un período de 16 horas (200litros / 16 horas).

ii. La temperatura del agua de red varía a lo largo del año con un mínimo de 10ºC y un máximo de 15ºC, copiando la curva de la temperatura ambiente promedio mensual.

iii. No se tienen en cuenta los transitorios debido al calentamiento de los componentes del sistema.

iv. Resistencia eléctrica en tanque acumulador de 2.0kW. v. Tanque acumulador cilíndrico de 200 litros con las siguientes dimensiones:

a. Diámetro: 660mm b. Largo: 1262mm

vi. Aislación del tanque acumulador: poliuretano inyectado de 80mm de espesor. vii. La energía complementaria es eléctrica, mediante resistencia.

De los resultados se observa que al segundo día de operación el sistema entra en régimen y que la energía generada de fuente solar para los distintos equipos analizados es la siguiente: Nota modelo colectores planos:

En el caso del modelo para colectores planos se debió realizar una suposición adicional consistente en el caudal de circulación del fluido caloportador (circuito primario). Una vez implementado el modelo se verifico que diferencias importantes en este valor no afectan el resultado del estudio, por lo que concluimos que es una variable muy poco sensible y por ende el error que la misma pueda tener no compromete los resultados obtenidos. Sin importar esto, se podría realizar una mejora al modelo incorporando la ecuación de variación de densidad debido a los cambios de temperatura (efecto termosifón). Como es imposible conocer en detalle los circuitos hidráulicos primarios se debiera obtener un valor de referencia para un punto de trabajo mediante un ensayo al colector.

24

7. Resultados de los modelos A continuación se presentan los resultados de las simulaciones de los dos tipos de colectores estudiados.

A. Colector Plano – marca Termicol (origen España) El colector seleccionado para el estudio (marca Termicol, modelo T25SR, superficie ultraselectiva) presenta la siguiente curva de eficiencia:

0,769 3,946 0,017

Gráfico 8 - Curva de eficiencia de colector plano Termicol T25SR El sistema incluye: captadores (desde 1 hasta 4), tanque acumulador, tanque de expansión, válvula de sobrepresión, estructura soporte y otros accesorios. Cada colector tiene un área de apertura de 2,4m2 y se estudian sistemas con 1, 2, 3 y 4 colectores manteniendo el resto de la instalación igual.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

η

Curvas de Eficiencia

Colector Plano

Heat Pipe

25

Se obtienen los siguientes resultados: 1 Colector

Captadores: 1 Tsetpoint [ºC] 50

Vacum [l]: 200 Aapertura [m2] 2,4

TOTAL [kWh]

1299

Colectores Día 1 [kWh]Día 2 [kWh]

Día 3 [kWh] Días Ahorro [kWh]

Enero Con 9,24 2,87 2,87

31 167 Sin 14,63 8,26 8,26

Febrero Con 9,71 3,36 3,36

28 138 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 10,54 3,83 3,83

31 144 Sin 15,19 8,49 8,49

Abril Con 13,20 5,77 5,77

30 93 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 15,49 7,41 7,41

31 56 Sin 17,30 9,23 9,23

Junio Con 17,48 8,80 8,80

30 23 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 16,88 8,18 8,18

31 44 Sin 18,29 9,59 9,59

Agosto Con 15,57 6,97 6,97

31 78 Sin 18,10 9,50 9,50

Septiembre Con 14,20 5,83 5,83

30 104 Sin 17,68 9,31 9,31

Octubre Con 11,92 4,02 4,02

31 155 Sin 16,92 9,03 9,03

Noviembre Con 11,79 4,36 4,36

30 131 Sin 16,17 8,74 8,74

Diciembre Con 9,85 3,09 3,09

31 165 Sin 15,17 8,41 8,41

Tabla 11 - Resumen 1 colector plano

26

1 colector, Aapertura = 2,4 m2

Mes # días Radiación [kWh/m2]

Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]

% cobertura solar

Energía solar disponible [kWh]

Eficiencia

Enero 31 163,8 5,4 167,1 252,2 66% 393,2 42% Febrero 28 140,9 4,9 137,9 228,2 60% 338,2 41% Marzo 31 138,1 4,7 144,3 258,1 56% 331,5 44% Abril 30 112,2 3,1 92,8 259,3 36% 269,3 34% Mayo 31 93,3 1,8 56,3 277,9 20% 223,9 25% Junio 30 70,9 0,8 22,8 277,3 8% 170,2 13% Julio 31 88,7 1,4 43,7 287,5 15% 212,9 21% Agosto 31 101,4 2,5 78,4 285,1 27% 243,3 32% Septiembre 30 116,9 3,5 104,4 270,9 39% 280,6 37% Octubre 31 138,1 5,0 155,1 272,5 57% 331,5 47% Noviembre 30 153,3 4,4 131,5 256,1 51% 367,9 36%

Diciembre 31 157,7 5,3 165,0 256,3 64% 378,4 44%

Tabla 12 - Resultados colector plano Ap = 2,4m2

Gráfico 9 - Energía generada mensual, 1 colector plano

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

1 Colector

27

2 Colectores



TOTAL [kWh]

1953



Enero Con 7,29 0,80 0,80

31 231 Sin 14,63 8,26 8,26

Febrero Con 7,65 1,24 1,24

28 197 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 8,41 1,69 1,69

31 211 Sin 15,19 8,49 8,49

Abril Con 11,34 3,91 3,91

30 149 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 14,04 5,97 5,97

31 101 Sin 17,30 9,23 9,23

Junio Con 16,83 8,14 8,14

30 42 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 15,68 6,98 6,98

31 81 Sin 18,29 9,59 9,59

Agosto Con 13,83 5,23 5,23

31 132 Sin 18,10 9,50 9,50


30 164 Sin 17,68 9,31 9,31

Octubre Con 9,70 1,75 1,75

31 226 Sin 16,92 9,03 9,03


30 192 Sin 16,17 8,74 8,74


31 227 Sin 15,17 8,41 8,41

Tabla 13 - Resumen 2 colectores planos

28

2 colectores, Aapertura = 4,8 m2


Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]

% cobertura Energía solar disponible [kWh]

Eficiencia


Diciembre 31 157,7 7,3 226,9 256,3 89% 756,8 30%

Tabla 14 – Resultados colector plano Ap = 4,8m2

Gráfico 10 - Energía generada mensual, 2 colectores planos

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

2 Colectores

29

3 Colectores



TOTAL [kWh]

2307



Enero Con 7,04 0,00 0,00

31 256 Sin 14,63 8,26 8,26

Febrero Con 7,06 0,15 0,15

28 228 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 7,51 0,58 0,58

31 245 Sin 15,19 8,49 8,49

Abril Con 10,32 2,88 2,88

30 179 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 13,17 5,10 5,10

31 128 Sin 17,30 9,23 9,23

Junio Con 16,26 7,57 7,57

30 60 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 14,85 6,15 6,15

31 107 Sin 18,29 9,59 9,59

Agosto Con 12,79 4,19 4,19

31 165 Sin 18,10 9,50 9,50


30 198 Sin 17,68 9,31 9,31

Octubre Con 9,00 0,58 0,58

31 262 Sin 16,92 9,03 9,03


30 222 Sin 16,17 8,74 8,74


31 259 Sin 15,17 8,41 8,41


30



Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]


Eficiencia


Diciembre 31 157,7 8,4 258,9 256,3 100% 1135,2 23%

Tabla 16 – Resultados colector plano Ap = 7,2m2

Gráfico 11 - Energía generada mensual, 3 colectores planos

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

3 Colectores

31

4 Colectores



TOTAL [kWh]

2481



Enero Con 7,04 0,00 0,00

31 256 Sin 14,63 8,26 8,26

Febrero Con 7,06 0,00 0,00

28 232 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 7,43 0,00 0,00

31 263 Sin 15,19 8,49 8,49

Abril Con 9,66 2,22 2,22

30 199 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 12,51 4,43 4,43

31 149 Sin 17,30 9,23 9,23

Junio Con 15,79 7,10 7,10

30 74 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 14,28 5,57 5,57

31 125 Sin 18,29 9,59 9,59

Agosto Con 12,18 3,57 3,57

31 184 Sin 18,10 9,50 9,50


30 218 Sin 17,68 9,31 9,31

Octubre Con 8,91 0,00 0,00

31 280 Sin 16,92 9,03 9,03


30 241 Sin 16,17 8,74 8,74


31 261 Sin 15,17 8,41 8,41


32



Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]


Eficiencia


Diciembre 31 157,7 8,4 260,9 256,3 100% 1513,5 17%

Tabla 18 - Resultados colector plano Ap = 9,6m2

Gráfico 12 - Energía generada mensual, 4 colectores

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

4 Colectores

33

Resumen Energía Generada A continuación presentamos un resumen de los resultados obtenidos a partir de los cuatro escenarios estudiados:

Gráfico 13 - Energía generada mensual para colectores planos

Se observa en el ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. un aumento interesante de la energía generada mensualmente al pasar de 1 solo captador a 2 captadores en el sistema. Como es de suponer sucesivos captadores adicionales provocan efectos cada vez menores. Este efecto es más notorio en los meses de verano, donde por ejemplo al pasar de 3 a 4 captadores no hay cambio alguno, ya que con 3 captadores ya se generaba el 100% de lo requerido.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

1 Colector

2 Colectores

3 Colectores

4 Colectores

34

Porcentaje de cobertura solar Si definimos la el porcentaje de cobertura solar del sistema como:

í

í

obtenemos los siguientes resultados:

Gráfico 14 - % de cobertura solar mensuales para colectores planos

Los resultados son similares a los observados en la página anterior obtenidos del gráfico de energía generada. Como era de esperar, en los meses donde pasar de 3 a 4 captadores no aumentaba la energía generada el porcentaje de cobertura solar es 100%.

Porcentaje de cobertura solar1 colector 41,73% 2 colectores 62,50%

3 colectores 73,50%

4 colectores 78,28%

Tabla 19 - Resumen % de cobertura solar con colectores planos

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

% cobertura

1 Colector

2 Colectores

3 Colectores

4 Colectores

35

Gráfico 15 - % de cobertura solar para colectores planos

Eficiencia del Sistema

Gráfico 16 - Eficiencia mensual para colectores planos

Al estudiar la eficiencia mensual para distintas cantidades de captadores se obtienen resultados interesantes. Como se aprecia en el Gráfico 16 - Eficiencia mensual para colectores planos existe una amplia dispersión en las eficiencias de las distintas configuraciones en los meses de verano y muy poca en los meses de invierno, siendo prácticamente constante en el mes de junio. Esto se produce debido a las temperaturas medias en los captadores que se obtiene. Por ejemplo, en enero la temperatura máxima de

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

1 colector 2 colectores 3 colectores 4 colectores

% cobertura

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

1 colector

2 colectores

3 colectores

4 colectores

36

salida de los captadores llega a 59,5ºC con un captador y a 92,6ºC con 4 captadores, mientras que en junio para un captador se logra una temperatura máxima de salida del mismo de 49,8ºC y para cuatro captadores de 54,6ºC.

Eficiencia del sistema 1 colector 34,66% 2 colectores 26,54% 3 colectores 21,14%

4 colectores 17,24%

Tabla 20 – Resumen de eficiencias para colectores planos

Gráfico 17 - Eficiencia para colectores planos

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

1 colector 2 colectores 3 colectores 4 colectores

Eficiencia

37

B. Heat Pipe – H2SOL El heat pipe seleccionado para el estudio (ofrecido por H2SOL, tipo presurizado) presenta la siguiente curva de eficiencia:

0,533 1,3 0,0125

Gráfico 18 - Curva de Eficiencia para heat pipes presurizados El sistema incluye: heat pipes, tanque acumulador, tanque de expansión, válvula de sobrepresión, estructura soporte y otros accesorios. Cada captador tiene un área de apertura de 1,92m2 y se estudian sistemas con 1, 2 y 3 captadores manteniendo el resto de la instalación igual.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

η

Curvas de Eficiencia

Colector Plano

Heat Pipe

38

Se obtienen los siguientes resultados: 1 Heat Pipe



TOTAL [kWh]

1036

Heat Pipe Día 1 [kWh]Día 2 [kWh]


Enero Con 10,41 4,04 4,04

31 131 Sin 14,63 8,25 8,25

Febrero Con 10,80 4,44 4,44

28 108 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 11,56 4,85 4,85

31 112 Sin 15,18 8,48 8,48

Abril Con 13,81 6,38 6,38

30 74 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 15,66 7,59 7,59

31 51 Sin 17,31 9,23 9,23

Junio Con 17,28 8,59 8,59

30 29 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 16,85 8,14 8,14

31 45 Sin 18,29 9,58 9,58

Agosto Con 15,94 7,34 7,34

31 67 Sin 18,10 9,50 9,50


30 84 Sin 17,68 9,32 9,32

Octubre Con 13,65 5,76 5,76

31 101 Sin 16,92 9,02 9,02


30 103 Sin 16,18 8,75 8,75


31 130 Sin 15,18 8,42 8,42

Tabla 21 - Resumen 1 heat pipe

39

1 heat pipe, Aapertura = 1,92 m2


Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]


Eficiencia


Diciembre 31 157,7 4,2 131,3 256,3 51% 302,7 43%

Tabla 22 - Resultados heat pipe Ap = 1,92m2

Gráfico 19 - Energía generada mensual, 1 heat pipe

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

1 Colector

40

2 Heat Pipes



TOTAL [kWh]

1802



Enero Con 7,93 1,55 1,55

31 208 Sin 14,63 8,25 8,25

Febrero Con 8,27 1,92 1,92

28 178 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 9,09 2,38 2,38

31 189 Sin 15,18 8,48 8,48

Abril Con 11,70 4,27 4,27

30 138 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 14,08 6,00 6,00

31 100 Sin 17,31 9,23 9,23

Junio Con 16,34 7,65 7,65

30 57 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 15,44 6,74 6,74

31 88 Sin 18,29 9,58 9,58

Agosto Con 13,97 5,37 5,37

31 128 Sin 18,10 9,50 9,50


30 154 Sin 17,68 9,32 9,32

Octubre Con 11,16 3,29 3,29

31 178 Sin 16,92 9,02 9,02


30 177 Sin 16,18 8,75 8,75


31 207 Sin 15,18 8,42 8,42

Tabla 23 - Resumen 2 heat pipes

41



Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]


Eficiencia


Diciembre 31 157,7 7,0 216,0 256,3 84% 605,4 36%


Gráfico 20 - Energía generada mensual, 2 heat pipes

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

2 Colectores

42

3 Heat Pipes



TOTAL [kWh]

2305



Enero Con 7,03 0,00 0,00

31 256 Sin 14,63 8,25 8,25

Febrero Con 7,02 0,43 0,43

28 220 Sin 14,64 8,28 8,28

Marzo Con 7,66 0,85 0,85

31 236 Sin 15,18 8,48 8,48

Abril Con 10,29 2,86 2,86

30 180 Sin 16,29 8,86 8,86

Mayo Con 12,86 4,79 4,79

31 138 Sin 17,31 9,23 9,23

Junio Con 15,43 6,74 6,74

30 85 Sin 18,24 9,56 9,56

Julio Con 14,27 5,57 5,57

31 124 Sin 18,29 9,58 9,58

Agosto Con 12,60 4,00 4,00

31 171 Sin 18,10 9,50 9,50


30 199 Sin 17,68 9,32 9,32

Octubre Con 9,72 1,83 1,83

31 223 Sin 16,92 9,02 9,02


30 219 Sin 16,18 8,75 8,75


31 254 Sin 15,18 8,42 8,42

Tabla 25 - Resumen 3 heat pipes

43



Ahorro [kWh/día]

Ahorro [kWh]

Consumo [kWh]


Eficiencia


Diciembre 31 157,7 8,4 260,9 256,3 100% 908,1 29%


Gráfico 21 - Energía generada mensual, 3 heat pipes

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

3 Colectores

44

Resumen Energía Generada A continuación presentamos un resumen de los resultados obtenidos a partir de los tres escenarios estudiados:

Gráfico 22 - Energía generada mensual para heat pipes

Del Gráfico 22 - Energía generada mensual para heat pipes se observa para la energía generada mensual en kWh un comportamiento y tendencias muy similares a los obtenidos para colectores planos (Gráfico 13 - Energía generada mensual para colectores planos).

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

kWh/mes

1 Colector

2 Colectores

3 Colectores

45

Porcentaje de cobertura solar Si definimos la el porcentaje de cobertura solar del sistema como:

í

í

obtenemos los siguientes resultados:

Gráfico 23 - % de cobertura solar mensual para heat pipes

Porcentaje de cobertura solar1 heat pipe 33,57% 2 heat pipes 58,87%

3 heat pipes 74,95%

Tabla 27 - Resumen de % de cobertura solar para heat pipes

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

% cobertura solar

1 Colector

2 Colectores

3 Colectores

46

Gráfico 24 - % de cobertura solar para heat pipes

Eficiencia del Sistema

Gráfico 25 - Eficiencia mensual para heat pipes

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

1 heat pipe 2 heat pipes 3 heat pipes

% cobertura solar

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octub

re

Noviembre

Diciembre

Eficiencia

1 heat pipe

2 heat pipe

3 heat pipe

47

Eficiencia del sistema

1 heat pipe 35,64% 2 heat pipes 31,77%

3 heat pipes 27,44%

Tabla 28 - Resumen de eficiencias para heat pipes

Gráfico 26 - Eficiencia para heat pipes

20,00%

22,00%

24,00%

26,00%

28,00%

30,00%

32,00%

34,00%

36,00%

38,00%

1 heat pipe 2 heat pipes 3 heat pipes

Eficiencia

48

8. Análisis Económico En esta sección se analizan los costos de cada sistema instalado, y junto con los ahorros anuales generados obtenidos en la sección anterior se calculan la VAN y la TIR de la inversión en cada caso.

A. Colector Plano – marca TERMICOL (origen España) A partir del cálculo de los ahorros anuales obtenidos con las distintas configuraciones y con los costos asociados se calculan los siguientes índices económicos:

1 Colector 2 Colectores 3 Colectores 4 Colectores

Inversión [U$S] 1780 2630 3480 4330 Ingreso [U$S/año] 250 376 445 478 PRS [años] 7,1 7,0 7,8 9,1 TIR 10 años [%] 6,7% 7,1% 4,7% 1,9%

VAN [U$S] $U 724,86 $U 1.134,66 $U 968,56 $U 453,00

Tabla 29 - Resultados económicos para colectores planos

Gráfico 27 - VAN y TIR para colectores planos

Lo primero que se observa es que para ningún caso se obtienen tasas de retorno negativas. Al mismo tiempo para la configuración óptima se obtiene una tasa de retorno relativamente interesante de 7,1%. Como los ingresos anuales no son muy grandes (del orden de los 200 – 500 U$S) sería interesante realizar un análisis de sensibilidad de los resultados con respecto a la inversión inicial, lo cual no se desarrolla en este estudio.

$U 0,00

$U 200,00

$U 400,00

$U 600,00

$U 800,00

$U 1.000,00

$U 1.200,00

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

6,0%

7,0%

8,0%

1 Colector 2 Colectores 3 Colectores 4 Colectores

TIR

VAN

49

B. Heat Pipe – H2SOL

A partir del cálculo de los ahorros anuales obtenidos con las distintas configuraciones y con los costos asociados se calculan los siguientes índices económicos:

1 Heat Pipe 2 Heat Pipes 3 Heat Pipes

Inversión [U$S] 1593 2486 3379 Ingreso [U$S/año] 200 347 444 PRS [años] 8,0 7,2 7,6 TIR 10 años [%] 4,3% 6,6% 5,3%

VAN [U$S] $U 404,37 $U 987,50 $U 1.064,74

Tabla 30 - Resultados económicos para heat pipes

Gráfico 28 - VAN y TIR para heat pipes

$U 0,00

$U 200,00

$U 400,00

$U 600,00

$U 800,00

$U 1.000,00

$U 1.200,00

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

6,0%

7,0%

8,0%

1 Heat Pipe 2 Heat Pipes 3 Heat Pipes

TIR

VAN

50

9. Conclusiones El estudio realizado de viabilidad económica para instalaciones de colectores de placas planas o heat pipes en viviendas ubicadas en Montevideo permite concluir que es de esperar tasas de retorno, que si bien no son muy atractivas, puede considerarse de nivel aceptable, y que es poco probable encontrar tasas negativas. Las tasa obtenidas entre colectores planos y heat pipes son similares, siendo ligeramente mayores la de los colectores planos, que a pesar de ser algo menos eficiente son más económicos.

Colectores Planos Heat Pipes 1 2 3 4 1 2 3

Enero 69,6 48,2 35,6 26,7 68,5 55,9 44,4 Febrero 57,5 41,1 31,6 24,2 56,4 47,2 39,5

Marzo 60,1 43,9 34,0 27,4 59,0 49,7 41,9 Abril 38,7 31,0 24,9 20,8 39,2 36,3 31,6

Mayo 23,5 21,1 17,8 15,5 27,1 26,6 24,4 Junio 9,5 8,8 8,3 7,7 15,5 15,3 15,1

Julio 18,2 16,9 14,8 13,0 23,7 23,4 21,9 Agosto 32,7 27,6 22,9 19,1 35,5 33,8 30,0

Septiembre 43,5 34,2 27,5 22,8 44,5 40,7 35,2 Octubre 64,6 47,0 36,4 29,2 53,2 47,1 40,1

Noviembre 54,8 39,9 30,8 25,1 54,3 47,5 40,0 Diciembre 68,8 47,3 36,0 27,2 68,4 56,3 45,3

Tabla 31 - Energía generada mensual por m2 de colector planos y heat pipe

Como se observa en la tabla anterior, y más claramente en la siguiente tabla y gráfico, las eficiencias de los colectores de placas planas y heat pipes son muy similares cuando las temperaturas del fluido que circula por ellos es bajo. Esto cambia cuando la temperatura aumenta (se produce este fenómeno al instalar mayor número de captadores) obteniéndose eficiencias cada vez mayores para los heat pipes, lo cual es consistente con lo declarado por los fabricantes.

Colectores Planos Heat Pipes

1 2 3 4 1 2 3

Eficiencia 34,66% 26,54% 21,14% 17,24% 35,64% 31,77% 27,44%

Tabla 32 - Comparativo de eficiencias

51

Gráfico 29 - Comparativo eficiencias heat pipes y colectores planos

Como conclusión final destacamos que el modelo implementado en planillas Excel resultante de este estudio permite evaluar de manera rápida y precisa el comportamiento de un sistema de heat pipes o colectores de placas planas, permitiendo el cambio de varias variables, a saber:

i. Curvas de eficiencia ii. Temperatura ambiente iii. Volumen del acumulador iv. Propiedades del aislante del tanque v. Temperatura de acumulación

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

35,00%

40,00%

0 1 2 3 4 5

Colectores Planos

Heat Pipes

Resultado tipo del modelo para 1 Colector de Placas Planas. Mes: ENERO

Aapertura [m2] 2,4 eaisla [mm] 80 TERMICOL a1 [W/m2K] ‐3,946 Día 1 Día 2 Día 3

Macum [kg] 200 kaisla [W/mK] 0,023 Si η0 0,769 a2 [W/m2K2] ‐0,017 9,24 2,87 2,87

Sacum [m2] 3,30 Potcomp [W] 2000 14,63 8,26 8,26

Colector Servicio Complemento Acumulador Caudal Colector

HoraTamb

[ºC]Tacum, 0

[ºC]G

[W/m2]Tsetpoint [ºC]

Qperd [W] Qperd [kcal/h]Tin [ºC]

Tout,s [ºC]

Tm [ºC](Tm‐Ta)/G [K.m2/W]

ηQcol

[W]Qcol [kcal/h]

Min

[kg/h]Tred [ºC]

Mout

[kg/h]Tservicio [ºC]

Eservicio, in [kcal/h]

Eservicio, out [kcal/h]

Ecomp, req

[kcal]Ecomp, aport

[kcal]Tacum, 1

[ºC]mcol

[kg/h]0 20,2 20,2 0 50 4,1 3,5 24,5 24,5 24,5 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 24,5 0 0 5101 1720 28,8 1801 19,4 28,8 0 50 13,0 11,2 33,1 33,1 33,1 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 33,1 0 0 3388 1720 37,3 1802 18,7 37,3 0 50 21,7 18,6 41,5 41,5 41,5 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 41,5 0 0 1695 1695 45,7 1803 18,2 45,7 0 50 27,5 23,6 47,1 47,1 47,1 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 47,1 0 0 579 579 48,5 1804 17,9 48,5 0 50 29,5 25,4 49,0 49,0 49,0 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,0 0 0 209 209 49,4 1805 17,8 49,4 12 50 30,1 25,9 49,6 49,6 49,6 2,583 ‐10,818 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,6 0 0 87 87 49,7 1806 18,2 49,7 112 50 30,0 25,8 49,8 49,8 49,8 0,281 ‐0,491 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,8 0 0 46 46 49,8 1807 19,1 49,8 233 50 29,3 25,2 50,0 50,5 50,2 0,134 0,171 95 82,0 0,0 15,0 0,0 50,0 0 0 5 5 50,1 1808 20,5 50,1 362 50 27,8 23,9 49,8 51,7 50,8 0,083 0,397 345 296,7 12,5 15,0 12,5 49,8 187 623 37 37 49,5 1809 22,2 49,5 487 50 26,1 22,5 49,7 53,0 51,4 0,060 0,503 587 504,8 12,5 15,0 12,5 49,7 187 622 51 51 50,0 18010 23,9 50,0 589 50 25,2 21,7 50,5 54,8 52,7 0,049 0,553 781 671,8 12,5 15,0 12,5 50,5 187 631 0 0 51,0 18011 25,6 51,0 655 50 24,9 21,4 51,8 56,8 54,3 0,044 0,575 903 776,5 12,5 15,0 12,5 51,8 187 647 0 0 52,5 18012 26,8 52,5 674 50 25,1 21,6 53,3 58,5 55,9 0,043 0,578 935 804,2 12,5 15,0 12,5 53,3 187 666 0 0 54,0 18013 27,7 54,0 644 50 25,6 22,0 54,6 59,5 57,0 0,046 0,566 875 752,8 12,5 15,0 12,5 54,6 187 683 0 0 55,2 18014 27,9 55,2 569 50 26,2 22,5 55,5 59,5 57,5 0,052 0,538 735 631,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 693 0 0 55,7 18015 27,8 55,7 461 50 26,4 22,7 55,5 58,5 57,0 0,064 0,487 538 462,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 694 0 0 55,4 18016 27,4 55,4 334 50 26,0 22,3 54,8 56,5 55,6 0,085 0,395 316 272,2 12,5 15,0 12,5 54,8 187 685 0 0 54,1 18017 26,9 54,1 205 50 24,9 21,4 53,1 53,7 53,4 0,129 0,201 99 84,9 12,5 15,0 12,5 53,1 187 664 0 0 52,1 18018 26,1 52,1 89 50 23,5 20,2 50,9 50,9 50,9 0,280 ‐0,453 0 0,0 12,5 15,0 12,5 50,9 187 636 0 0 49,7 18019 25,3 49,7 0 50 22,6 19,4 49,1 49,1 49,1 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 49,1 187 613 185 185 48,4 18020 24,3 48,4 0 50 22,7 19,5 48,2 48,2 48,2 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,2 187 603 355 355 48,0 18021 23,2 48,0 0 50 23,5 20,2 48,0 48,0 48,0 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,0 187 600 408 408 47,9 18022 22,2 47,9 0 50 24,4 21,0 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 424 424 47,9 18023 21,2 47,9 0 50 25,3 21,8 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 430 430 47,8 1800 20,2 47,8 0 50 26,9 23,1 48,5 48,5 48,5 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 48,5 0 0 295 295 49,2 1801 19,4 49,2 0 50 28,5 24,5 49,4 49,4 49,4 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,4 0 0 114 114 49,7 1802 18,7 49,7 0 50 29,5 25,3 49,7 49,7 49,7 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,7 0 0 55 55 49,8 1803 18,2 49,8 0 50 30,0 25,8 49,8 49,8 49,8 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,8 0 0 35 35 49,8 1804 17,9 49,8 0 50 30,3 26,1 49,9 49,9 49,9 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 29 29 49,9 1805 17,8 49,9 12 50 30,4 26,2 49,9 49,9 49,9 2,607 ‐10,940 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 27 27 49,9 1806 18,2 49,9 112 50 30,1 25,9 49,9 49,9 49,9 0,282 ‐0,495 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 26 26 49,9 1807 19,1 49,9 233 50 29,3 25,2 50,0 50,5 50,3 0,134 0,170 95 81,7 0,0 15,0 0,0 50,0 0 0 0 0 50,2 1808 20,5 50,2 362 50 27,8 23,9 49,8 51,7 50,8 0,084 0,397 345 296,5 12,5 15,0 12,5 49,8 187 623 34 34 49,5 1809 22,2 49,5 487 50 26,2 22,5 49,8 53,0 51,4 0,060 0,503 587 504,7 12,5 15,0 12,5 49,8 187 622 50 50 50,0 18010 23,9 50,0 589 50 25,2 21,7 50,5 54,8 52,7 0,049 0,553 781 671,8 12,5 15,0 12,5 50,5 187 631 0 0 51,0 18011 25,6 51,0 655 50 24,9 21,4 51,8 56,8 54,3 0,044 0,575 903 776,5 12,5 15,0 12,5 51,8 187 647 0 0 52,5 18012 26,8 52,5 674 50 25,1 21,6 53,3 58,5 55,9 0,043 0,578 935 804,2 12,5 15,0 12,5 53,3 187 666 0 0 54,0 18013 27,7 54,0 644 50 25,6 22,0 54,6 59,5 57,0 0,046 0,566 875 752,8 12,5 15,0 12,5 54,6 187 683 0 0 55,2 18014 27,9 55,2 569 50 26,2 22,5 55,5 59,5 57,5 0,052 0,538 735 631,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 693 0 0 55,7 18015 27,8 55,7 461 50 26,4 22,7 55,5 58,5 57,0 0,064 0,487 538 462,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 694 0 0 55,4 18016 27,4 55,4 334 50 26,0 22,3 54,8 56,5 55,6 0,085 0,395 316 272,2 12,5 15,0 12,5 54,8 187 685 0 0 54,1 18017 26,9 54,1 205 50 24,9 21,4 53,1 53,7 53,4 0,129 0,200 99 84,9 12,5 15,0 12,5 53,1 187 664 0 0 52,1 18018 26,1 52,1 89 50 23,5 20,2 50,9 50,9 50,9 0,280 ‐0,453 0 0,0 12,5 15,0 12,5 50,9 187 636 0 0 49,7 18019 25,3 49,7 0 50 22,6 19,4 49,1 49,1 49,1 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 49,1 187 613 184 184 48,4 18020 24,3 48,4 0 50 22,7 19,5 48,2 48,2 48,2 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,2 187 603 355 355 48,0 18021 23,2 48,0 0 50 23,5 20,2 48,0 48,0 48,0 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,0 187 600 408 408 47,9 18022 22,2 47,9 0 50 24,4 21,0 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 424 424 47,9 18023 21,2 47,9 0 50 25,3 21,8 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 430 430 47,8 1800 20,2 47,8 0 50 26,9 23,1 48,5 48,5 48,5 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 48,5 0 0 295 295 49,2 1801 19,4 49,2 0 50 28,5 24,5 49,4 49,4 49,4 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,4 0 0 114 114 49,7 1802 18,7 49,7 0 50 29,5 25,3 49,7 49,7 49,7 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,7 0 0 55 55 49,8 1803 18,2 49,8 0 50 30,0 25,8 49,8 49,8 49,8 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,8 0 0 35 35 49,8 1804 17,9 49,8 0 50 30,3 26,1 49,9 49,9 49,9 0,000 0,769 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 29 29 49,9 1805 17,8 49,9 12 50 30,4 26,2 49,9 49,9 49,9 2,607 ‐10,940 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 27 27 49,9 1806 18,2 49,9 112 50 30,1 25,9 49,9 49,9 49,9 0,282 ‐0,495 0 0,0 0,0 15,0 0,0 49,9 0 0 26 26 49,9 1807 19,1 49,9 233 50 29,3 25,2 50,0 50,5 50,3 0,134 0,170 95 81,7 0,0 15,0 0,0 50,0 0 0 0 0 50,2 1808 20,5 50,2 362 50 27,8 23,9 49,8 51,7 50,8 0,084 0,397 345 296,5 12,5 15,0 12,5 49,8 187 623 34 34 49,5 1809 22,2 49,5 487 50 26,2 22,5 49,8 53,0 51,4 0,060 0,503 587 504,7 12,5 15,0 12,5 49,8 187 622 50 50 50,0 18010 23,9 50,0 589 50 25,2 21,7 50,5 54,8 52,7 0,049 0,553 781 671,8 12,5 15,0 12,5 50,5 187 631 0 0 51,0 18011 25,6 51,0 655 50 24,9 21,4 51,8 56,8 54,3 0,044 0,575 903 776,5 12,5 15,0 12,5 51,8 187 647 0 0 52,5 18012 26,8 52,5 674 50 25,1 21,6 53,3 58,5 55,9 0,043 0,578 935 804,2 12,5 15,0 12,5 53,3 187 666 0 0 54,0 18013 27,7 54,0 644 50 25,6 22,0 54,6 59,5 57,0 0,046 0,566 875 752,8 12,5 15,0 12,5 54,6 187 683 0 0 55,2 18014 27,9 55,2 569 50 26,2 22,5 55,5 59,5 57,5 0,052 0,538 735 631,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 693 0 0 55,7 18015 27,8 55,7 461 50 26,4 22,7 55,5 58,5 57,0 0,064 0,487 538 462,8 12,5 15,0 12,5 55,5 187 694 0 0 55,4 18016 27,4 55,4 334 50 26,0 22,3 54,8 56,5 55,6 0,085 0,395 316 272,2 12,5 15,0 12,5 54,8 187 685 0 0 54,1 18017 26,9 54,1 205 50 24,9 21,4 53,1 53,7 53,4 0,129 0,200 99 84,9 12,5 15,0 12,5 53,1 187 664 0 0 52,1 18018 26,1 52,1 89 50 23,5 20,2 50,9 50,9 50,9 0,280 ‐0,453 0 0,0 12,5 15,0 12,5 50,9 187 636 0 0 49,7 18019 25,3 49,7 0 50 22,6 19,4 49,1 49,1 49,1 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 49,1 187 613 184 184 48,4 18020 24,3 48,4 0 50 22,7 19,5 48,2 48,2 48,2 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,2 187 603 355 355 48,0 18021 23,2 48,0 0 50 23,5 20,2 48,0 48,0 48,0 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 48,0 187 600 408 408 47,9 18022 22,2 47,9 0 50 24,4 21,0 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 424 424 47,9 18023 21,2 47,9 0 50 25,3 21,8 47,9 47,9 47,9 0,000 0,769 0 0,0 12,5 15,0 12,5 47,9 187 598 430 430 47,8 180

Colector disponible:

Curva de Eficiencia

D I A 1

D I A 2

D I A 3

Ecomp aportada

Con colector

Sin Colector

Resultado tipo del modelo para 1 Heat Pipe. Mes: ENERO

Aapertura [m2] 1,92 eaisla [mm] 80 H2SOL Heat Pipe a1 [W/m2K] ‐1,3 Día 1 Día 2 Día 3

Macum [kg] 200 kaisla [W/mK] 0,023 Si η0 0,533 a2 [W/m2K2] ‐0,0125 10,41 4,04 4,04

Sacum [m2] 3,30 Potcomp [W] 2000 14,63 8,25 8,25

Heat Pipe Servicio Complemento Acumulador

HoraTamb

[ºC]Tacum, 0

[ºC]G

[W/m2]Tsetpoint [ºC] Qperd [W] Qperd [kcal/h]

Tm

[ºC]

(Tm‐Tamb)/G

[K.m2/W]η

Qcol

[W]Qcol

[kcal/h]Min

[kg/h]Tred [ºC]

Mout

[kg/h]Tservicio [ºC]

Eservicio, in [kcal/h]

Eservicio, out [kcal/h]

Ecomp, req

[kcal]Ecomp, aport

[kcal]Tacum, 1

[ºC]

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Colector disponible:

Curva de Eficiencia

D I A 1

D I A 2

D I A 3

Ecomp aportada

Con colector

Sin Colector

Diseño de una instalación domiciliaria tipo hoy en Uruguay

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