INFORMACIÓN DEL BLOG DEL PROYECTO: CALENTAMIENTO

DEL AGUA DE PISCINAS CON ENERGÍA SOLAR

PROYECTO PISCINA SOLAR

Calentamiento del agua de piscinas con energía solar térmica

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el problema que se suscita en los diversos ecosistemas debido a los residuos

contaminantes de las fuentes de energía que más se utilizan (como la quema de combustibles

fósiles, gas, carbón, etc..) están orillando a la utilización de energías más limpias y renovables para

evitar un problema mayor en el equilibrio ecológico. Una de estas energías es la solar, la cual

actualmente se encuentra todavía en desarrollo debido a que no se ha alcanzado una eficiencia

que pueda servir para sustituir a los sistemas actuales de generación de energía. Pero aún así,

existen diversas aplicaciones en las cuales el uso de la energía solar térmica y fotovoltaica puede

ser aplicada con éxito para sustituir otras fuentes de energía. Algunas de las aplicaciones para la

energía solar térmica son:

- Sistema de producción de agua caliente sanitaria (ACS).

- Sistemas de calefacción.

- Refrigeración solar.

- Climatización de piscinas.

- Desaladoras solares de agua marina.

- Secaderos de productos agrícolas.

- Centrales solares termoeléctricas, etc.

La única desventaja, que tiene el sistema de energía solar térmica, es que muchas veces se

necesita más energía de la que proporciona el sol, y se hace preciso la instalación un sistema de

energía de apoyo. Existen dos grupos de sistemas que utilizan la energía solar térmica, estos son:

Los de temperatura alta o media, utilizados para calentar agua, aceite o aire utilizados

térmicamente o para la producción de electricidad, y los de baja temperatura, utilizados para

obtener agua caliente para usos sanitarios.

Como se puede apreciar el calentamiento del agua es una de las aplicaciones que más se está

utilizando actualmente con la energía solar térmica debido a que contribuye al ahorro energético y

es rentable económicamente. En este tipo de sistemas es posible elevar la temperatura del agua

hasta temperaturas superiores al punto de ebullición, o a temperaturas más bajas como de

aproximadamente 27 a 80°C para aplicaciones donde se requieran temperaturas más bajas.

En este trabajo se estudiara la aplicación de la energía solar térmica para el calentamiento del

agua de piscinas, esto permitirá sustituir el sistema tradicional de calentamiento de piscinas

utilizando gas, y cuyo objetivo es extender los meses de uso de estas , ya sea durante meses

posteriores y anteriores a los meses más cálidos (junio, julio, agosto) o todo el año.

Afortunadamente en México el clima es tropical, y hace calor la mayor parte del año en algunos

estados, lo cual hace más eficiente este sistema durante más meses en comparación con países

con clima más templado o frío.

Una instalación de este tipo que utiliza la energía solar térmica se compone de un sistema de

colectores, por los cuales la energía solar es captada y luego se transforma en térmica, al pasar

por una serie de calderas, válvulas y bombas, que se encargan del transporte del agua caliente

partiendo del sistema colector, hasta llegar al de acumulación y finalmente a los puntos de

consumo.

CALENTAMIENTO DE PISCINAS

Por lo regular una piscina requiere que el sistema de calentamiento mantenga el agua a una

temperatura de entre 22° y 27° C. Se cuenta con 2 formas de realizar este sistema, la forma

directa, donde el circuito es abierto (utilizado para climatizar piscinas descubiertas), y la forma

indirecta, donde se utiliza un intercambiador (utilizado para piscinas cubiertas). En estos dos casos

es necesaria la circulación forzada, debido a que los colectores se hallan más elevados que la

piscina, por lo que se hace necesario el uso de bombas.

Normalmente para este tipo de instalaciones los materiales más usados son el polietileno y el

polipropileno, quienes dan buen rendimiento a bajas temperaturas de trabajo, costo accesible, no

reaccionan con el cloro, sal, cal, etc., de las piscinas, son resistentes a la corrosión, y agregando

que los colectores solares empleados para esta aplicación con estos materiales permiten también

que sean resistentes a los rayos UV del Sol, y se instalan sin recubrimiento generalmente encima

del techo.

Se suelen utilizar en placas de polipropileno flexible, que son livianas, resistentes y duraderas

tendiéndose en zonas donde halla buena la exposición al Sol, y dentro de las cuales circula la

misma agua de la piscina. Estos colectores se utilizan por lo general en piscinas descubiertas y son

usados para cierto tiempo, es decir, no calientan la piscina todo el año (meses más fríos), debido a

que no disponen de una cubierta de cristal por lo cual sufren grandes pérdidas cuando baja de

forma considerable la temperatura ambiente.

A continuación se anexa una tabla que compara las propiedades de un colector de piscina y uno

para utilización de agua caliente sanitaria:

Cuando la piscina que se va a calentar, va ser durante todo el año, se utilizan colectores solares

planos con efecto invernadero, es decir, que captan la radiación solar en su interior, la transforma

en energía térmica y evitan la salida al exterior , y dentro de los cuales circula un fluido

caloportador anticongelante, para conseguir buenos rendimientos al trabajar a temperaturas de

ambiente frías.

CALENTAMIENTO CON SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DIRECTO (UTILIZADO PARA

PISCINAS EXTERIORES CON UN PERIODO DE USO DE 6 A 8 MESES AL AÑO)

En este sistema es la misma agua de la piscina la que circula por los colectores del sistema de

captación, donde el agua es impulsada por la bomba del sistema de filtración. Una vez que el agua

es filtrada se calienta y regresa a la piscina, que en este caso adquiere la función de acumulador y

también como vaso de expansión, por lo cual no habrá sobrepresiones por efecto de la dilatación

del agua. En el sistema se emplea un reloj temporizador para poner en marcha una depuradora, y

por lo tanto el circuito solar, a las horas de más radiación.

Una desventaja que se presenta en este sistema, es que, no se puede añadir anticongelante al

fluido de circulación, por lo que no podría utilizarse durante los meses más fríos del año.

Obviamente el uso de la piscina exterior está condicionada al día soleado o a la temperatura

agradable de baño.

-Dimensiones, ganancias e instalación

En este tipo de instalación los paneles se montan en paralelo, dependiendo de su tamaño y

acoplándose con tubos.

Como regla general el área de los paneles solares debe ser un 50% del área de la piscina.

Generalmente el agua de una piscina en el verano oscila entre los 18 y 22°C, y un panel solar

puede aumentar desde 8°C hasta 12°C manteniendo una relación de los paneles ocupando el 50%

del área de la piscina, logrando de esta manera llegar a tener la temperatura normal de una piscina

con calefacción por combustible convencional.

La instalación normalmente consta de:

→Paneles solares. →Uniones. →Tapones.

→Válvula motorizada de control de 3 vías (1.5 ó 2 ) opcional. →Reloj temporizador opcional. →Tubo de PVC.

→Uniones.

→Tés (generalmente de 1.5 ).

→Llaves de cierre.

→Purgador.

El panel se puede montar sobre el techo de la casa, en el suelo, etc., y con la parte plana orientada

en dirección hacia el sur o dentro de los 30° del sur y una inclinación entre los 25° y 40°, no menor

de 15° para poder vaciarlos en el mes más caliente cuando la temperatura del agua en la piscina

ha llegado a la deseada o en el caso de heladas. La instalación de los tubos debe inclinarse

levemente hacia arriba en la misma dirección del caudal de agua. Los paneles se sujetan al

armazón o al tejado con tornillos y es recomendable que estén protegidos contra vientos fuertes.

Los tubos que se utilicen deben permitir el paso aproximado de 3 a 6 litros de agua por minuto y

por metro cuadrado (180-360 litros por hora y por m2).

En este intervalo no hay mucha diferencia de efectividad y la mayoría de las piscinas tienen entre

30 y 40 m2 de área, por lo que la cantidad de agua no sobrepasa los 5000 litros/hora. Tomando

estas consideraciones, se emplea un tubo de 40mm que solamente tendrá una pérdida de presión

de 25mm por metro. Para piscinas más grandes es necesario dimensionar la tubería.

Si el tubo no está bien hermético, se verán burbujas en la entrada del panel solar, por tal motivo es

recomendable controlar la instalación de la tubería antes de conectar el panel solar.

La válvula de 3 vías se instala como recomiende el fabricante y si la válvula está montada por

debajo del nivel de agua de la piscina, es necesario vaciarla en invierno.

No se emplea un equipo de control diferencial de temperatura dado que la diferencia de

temperatura de la piscina y del colector es mínima, pero se puede utilizar un reloj temporizador.

•Cálculo de paneles necesarios para piscinas de profundidad media de aprox. 1.5 a 2.5 metros:

Para una piscina con un área de 50 m2, se necesita cubrir la mitad del área de la piscina con

paneles solares, es decir: 50m2 / 2 / 3.6m2 por panel (valor estándar) = 6.9 ≈ 7 paneles solares.

-Método de funcionamiento

La bomba de circulación (3) hace circular el agua desde el fondo de la piscina (1) y desde los

skimers (2) a través de la depuradora (4). Cuando el control (8) decide que es posible calentar el

agua, activa la válvula motorizada (6) que está conectada a la red eléctrica de 220 volts (9) y el

agua de la piscina entra a los paneles solares (7). Los paneles están conectados a un purgador de

aire (13) y una llave de fondo (12) que puede montarse opcionalmente. La salida del panel solar

(10) lleva el agua nuevamente al tubo original de PVC que va a la piscina, inclusive puede pasar

por un intercambiador (11), si lo hubiera. Todos los tubos están normalmente sin aislar y solamente

si la tubería es larga y va por el suelo se recomienda aislarla.

Método de funcionamiento

Otra opción en la instalación es colocar los paneles solares separados totalmente del mismo

sistema de depuración, así se ahorra la válvula motorizada de 3 vías y el control activaría

solamente una bomba de circulación en la entrada del panel solar. Si esta bomba se monta por

debajo del nivel del agua de la piscina, se asegurará que siempre trabaje con agua.

Las temperaturas alcanzadas en la piscina con paneles solares son entre 8-12°C mayores que una

piscina similar sin paneles solares. Por consiguiente, el agua normalmente llega a más de 25°C ya

en los meses de primavera y otoño, durante los meses de verano y sin utilización de una manta

térmica, la temperatura del agua puede llegar hasta los 30°C dependiendo la ubicación de la

piscina con respecto al viento.

Si la temperatura es muy alta, se puede activar manualmente una llave o válvula para que el

caudal no pase por los paneles solares.

-Arranque del circuito

La prueba de funcionamiento del sistema se realiza en un día soleado en el que sea posible

calentar el agua de la piscina. Los puntos que deben considerarse son:

• Verificar que la bomba trabaja al volumen requerido.

•Controlar que la temperatura del agua sea mayor en la entrada que en la salida de la piscina.

•Verificar que el flujo de agua que circula en los paneles solares sea casi igual o suficiente.

•Observar que no se produzcan burbujas en la entrada al panel solar después de 2 minutos de

funcionamiento.

Si la instalación es correcta, todos los paneles solares alcanzaran la misma temperatura y no

estarán más calientes al contacto que la temperatura ambiente, dado que el calor absorbido estará

siendo enviado directamente a la piscina. Si los paneles están calientes al contacto, el calor

absorbido no estará siendo enviado a la piscina tal como debería ser.

-Mantenimiento

Dentro de las recomendaciones para el buen funcionamiento del equipo se debe asegurarse una

vez al año que los paneles sigan bien montados, y si es necesario ajustar los tornillos de sujeción

del soporte. Cuando va utilizarse la piscina después de que paso el invierno hay que repasar las

uniones y si es necesario ajustarlas.

Debe leerse el manual de mantenimiento de la válvula de tres vías para ser controlado antes de

comenzar la utilización de la piscina. Se recomienda activar la válvula manualmente unas veces

antes que el motor la active cuando ha estado parada todo el invierno.

Cuando finaliza la época de utilización de la piscina se deben vaciar los paneles solares y hay que

asegurarse que la tubería relacionada esté vacía hasta donde hay posibilidad de congelamiento.

En los meses más fríos se recomienda instalar una manta isotérmica flotante sobre el agua de la

piscina para evitar un enfriamiento nocturno.

Ejemplo de manta térmica

La manta térmica flota sobre el agua de la piscina y permite incrementar algunos grados la

temperatura del agua ya que evita que los grados ganados durante el día se pierdan por la noche.

-Curva de efectividad

La siguiente gráfica muestra la curva de efectividad relacionada a la entrada angular solar con

variación entre la temperatura media de la placa solar y la temperatura del aire en el exterior. Dado

que en el panel solar circulan grandes cantidades de agua de la piscina, la placa solar absorbedora

estará como máximo 2°C por encima de la temperatura de la piscina, por tal motivo se calcula la

temperatura de la piscina más la temperatura exterior.

Por ejemplo:

Con una temperatura del agua de la piscina de 24°C y una exterior de 20°C se tiene:

Tm – T1 = 24 – 20 = › 4°C

Con 4°C el efecto del sol es del 71%. Como se aprecia en el gráfico, el límite inferior del efecto con

el agua de la piscina en 24°C es:

24 – 18 = › 6°C de temperatura exterior

Cuando la temperatura exterior sobrepasa la temperatura del agua con más de 2.5°C, el efecto

sobrepasa el 100%. La razón es la entrega de calor exterior al agua, este efecto está contenido en

la parte superior del diagrama.

CALENTAMIENTO CON SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN INDIRECTO

En esta instalación se produce la transferencia de calor desde el sistema captador hasta un

sistema separado de acumulación de agua potable, utilizando dos circuitos independientes el

circuito primario (circuito captador) y el circuito secundario (circuito de la piscina), lo cual permite

utilizar líquidos diferentes en ambos sistemas, así es posible utilizar en el primario anticongelantes

y otras sustancias que permitan proteger contra la corrosión y mantengan en buen estado la

instalación. Este sistema es empleado para piscinas que se utilizarán todo el año.

En este sistema el agua de la piscina es impulsada por la bomba del sistema de filtrado desde las

tomas de fondo. Una vez filtrada, el agua de la piscina pasa por un intercambiador de calor para

absorber el calor generado de los captadores de vidrio. Una variante de este sistema consiste en

utilizar en el primario un intercambiador integrado en forma de suelo radiante, el cual permite un

mejor rendimiento térmico, ya que aprovecha la estratificación del agua por temperatura y calienta

siempre la parte más fría.

El sistema integrado tiene la ventaja de funcionar independientemente de los horarios de

depuración, pero añade más costo a la instalación. El intercambiador independiente es más fácil de

mantener y es una opción más barata. Aquí el agua de la piscina es impulsada por la bomba del

equipo de filtración; una vez filtrada, el agua de la piscina pasa por el intercambiador de calor para

absorber el calor generado en el sistema de captación. Cada sistema tiene su propia bomba. Si el

intercambiador es independiente la regulación será como en el caso directo, con la diferencia que

el mando de la bomba impulsora del circuito de depuración, también debe accionar la bomba del

circuito primario. Generalmente la elección en el circuito con intercambiador integrado es la del uso

de un termostato diferencial que acciona la bomba del primario en función de la diferencia entre la

temperatura de la piscina y la de los captadores. Se necesitará un termostato de seguridad para

cerrar el sistema de caldeo cuando la temperatura del vaso supere en 10°C la temperatura de uso.

Por lo regular este tipo de piscinas techadas son usadas en lugares donde existe un fuerte

contraste de temperaturas, en las que puede helar por las noches durante el periodo de utilización

de la piscina, como ejemplo las zonas montañosas o piscinas utilizadas todo el año. Al igual que en

las piscinas utilizadas en el sistema directo, se recomienda la utilización de mantas térmicas para

evitar la pérdida de calor durante la noche.

Otro equipo que debe disponerse en un sistema de climatización de una piscina interior es el de

deshumidificación, el hecho de tener una piscina, grande o pequeña, en un local cerrado hace que

el ambiente interior sea muy húmedo y que la humedad penetre por las paredes y mobiliario.

Para crear una atmósfera más confortable para los usuarios y evitar que se degrade la pintura de

la pared, haya infiltraciones o se degrade el mobiliario es necesario deshumidificar el aire.

Un sencillo equipo de deshumidificación consigue mantener caliente el ambiente mientras elimina

la humedad excesiva del aire.

BIBLIOGRAFIA

•Energía solar térmica

Miguel Ángel Sánchez Maza

Editorial Limusa

•Energía solar térmica manual de instalación

R. Lemuigh – Müller

Editorial Era Solar