Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica LIBRO ENERGAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGTICA BLOQUE II:

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    12-Mar-2015

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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica LIBRO ENERGAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGTICA BLOQUE II: ENERGAS RENOVABLES
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica BLOQUE II: ENERGAS RENOVABLES LA ENERGA SOLAR
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica El Sol, de forma directa o indirecta, es el origen de todas las energas renovables, exceptuando la energa maremotriz y la geotrmica. SABAS QUE? La cantidad de energa del Sol que recibe la Tierra en 30 minutos es equivalente a toda la energa elctrica consumida por la humanidad en un ao.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica El Sol puede aprovecharse energticamente de 2 formas diferentes: - Como fuente de calor: Energa Solar Trmica de baja y media temperatura - Como fuente de electricidad: Energa Solar Fotovoltaica y Solar Trmica de alta temperatura
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica La potencia generada por todas las plantas industriales del mundo trabajando juntas sera unos 200 billones de veces ms pequea que la que genera el Sol. CUNTA ENERGA EMITE EL SOL? SABAS QUE? La energa procedente de la radiacin solar, absorbida por la Tierra en un ao, equivale a 15 veces la energa almacenada en todas las reservas de combustibles fsiles del mundo. > 200 billones de veces
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica RADIACIN TOTAL: Difusa + Directa
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica RADIACIN DIFUSA RADIACIN DIRECTA RADIACIN GLOBAL PIRANMETRO CON DISCO DE SOMBRA PIRHELIOMETRO PIRANMETRO (clulas fotovoltaicas calibradas) Aparatos de medida
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica BLOQUE II: ENERGAS RENOVABLES Captulo 3 LA ENERGA SOLAR TRMICA
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica El principio bsico de funcionamiento de los sistemas solares trmicos es sencillo: la radiacin solar se capta y el calor se transfiere a un fluido (generalmente agua). Para aprovechar la energa solar trmica se usa el captador solar (colector solar ). CMO FUNCIONA LA ENERGA SOLAR TRMICA I?
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica CMO FUNCIONA LA ENERGA SOLAR TRMICA II? Elementos del colector solar: - cubierta frontal transparente: suele ser de vidrio. - superficie absorbente: por donde circula el fluido (normalmente agua). -aislamiento trmico: evita las prdidas de calor. - carcasa externa: para su proteccin.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica CMO FUNCIONA LA ENERGA SOLAR TRMICA III? El colector solar basa su funcionamiento en el efecto invernadero: - La radiacin solar (onda corta) incide y atraviesa el vidrio y es absorbida por una superficie que se calienta. - Esta superficie emite, a su vez, calor o radiacin trmica (onda larga); pero este tipo de onda no puede atravesar el vidrio, por lo que se queda atrapada dentro del colector. 4% 8% 66% 12% 100% 10% 58% TUBO Prdidas por conduccin PLACA ABSORBEDORA CUBIERTA TRANSPARENTE Prdidas por radiacin Radiacin reflejada y absorbida Prdidas por conveccin Radiacin total AISLAMIENTO 8% R. calorficos 4 a 70 Rayos solares 0,25 y 2,5
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica La EST se utiliza para calentar fluidos. Dependiendo de la temperatura final alcanzada por el fluido a la salida, las instalaciones se dividen en: - Baja temperatura: Las ms extendidas. Se destinan a aplicaciones que no exigen T > 90 C. Ej.: produccin de agua caliente sanitaria (ACS) para viviendas y polideportivos, apoyo a la calefaccin de viviendas, calentamiento de agua de piscinas, etc. - Media temperatura: Aplicaciones que exigen T del agua entre los 80 C y los 250 C. Ej.: calentamiento de fluidos para procesos industriales y la desalinizacin de agua de mar. - Alta temperatura: Aplicaciones que requieran T del agua superiores a los 250 C. Ej.: generacin de vapor para la produccin de electricidad. APROVECHAMIENTOS DE LA ENERGA SOLAR TRMICA
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA I Se distinguen varios tipos de instalaciones atendiendo a: -Tipo de circuito - Tipo de sistema Los colectores que se utilizan en estas aplicaciones son colectores planos. SABAS QUE? Los primeros colectores planos se desarrollaron en 1891 en EE UU. Se empezaron a vender en 1909, proporcionaban agua caliente las 24 horas y se comercializaron bajo la marca Da y Noche. Estos colectores representaron el nacimiento de la tecnologa que se usa en la actualidad para calentar agua en viviendas.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA II CIRCUITO CERRADOCIRCUITO ABIERTO -Instalaciones de circuito abierto: el agua que circula por el colector es la misma que se utiliza como agua caliente. El agua entra en el colector, se calienta, pasa al tanque y se usa directamente. - Instalaciones de circuito cerrado: por el colector circula un fluido (en circuito cerrado) que se calienta y cede su calor al agua de abasto a travs de un intercambiador de calor. Segn el tipo de circuito, las instalaciones pueden ser: 1.de circuito abierto 2.de circuito cerrado
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA III Segn el tipo de sistema, las instalaciones pueden ser: 1.Sistemas de circulacin forzada 2.Sistemas termosifn
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA IV SISTEMAS DE CIRCULACIN FORZADA El acumulador se sita dentro del edificio (ej. en stano). Para hacer circular el agua entre el colector y el acumulador, se utiliza una bomba (aporte externo de energa necesario). Circuito abierto Circuito cerrado CONSUMO
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA V SABAS QUE? Se utilizan en el centro y norte de Europa, en donde el clima es muy fro en invierno como para poder situar el acumulador en el exterior, dadas las prdidas de calor
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA VI SISTEMAS TERMOSIFN - Funcionan sin aporte externo de energa. - Efecto termosifn: el movimiento del agua se produce por la diferencia de temperatura entre el agua fra del tanque y la caliente del colector. - El agua del colector se calienta por el Sol, disminuye su densidad y su peso especfico: el agua ms caliente se sita en la parte superior del colector. - El mayor peso del agua fra del depsito hace que sta caiga por el conducto (que une la parte inferior del depsito con la parte inferior del colector). - Ambos efectos provocan que el agua caliente del colector ascienda hasta el tanque. - Se crea el movimiento del agua del colector al depsito, que se mantendr mientras haya suficiente diferencia de T entre el colector y el tanque. - Calentada el agua del depsito, las T se igualan y el movimiento cesa. T2T2 T1T1 Circuito cerrado Circuito abierto
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA VII En Canarias: - El sistema termosifn es el que se instala mayoritariamente en viviendas unifamiliares y se sita en los tejados o azoteas. - Para instalaciones grandes, como por ejemplo las de un hotel, se instalara un sistema con circulacin forzada.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica SISTEMAS DE EST DE BAJA TEMPERATURA VIII SABAS QUE? Entre los colectores y el acumulador circulan de 10 a 40 litros de agua/h y por m 2 de superficie de colector plano SABAS QUE? Las instalaciones de circuito cerrado son apropiadas para aquellas zonas donde el agua de abasto es de mala calidad; ya que si este agua circulara por el colector (caso del circuito abierto), ste se rompera antes y habra que cambiarlo. En el circuito cerrado, el nico elemento que est en contacto con el agua de abasto es el intercambiador de calor, elemento que es ms econmico y fcil de cambiar.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA I SABAS QUE? - En el sur de Europa, para suministrar ACS a una vivienda unifamiliar se suele utilizar un sistema de termosifn, con un colector de unos 2 a 5 m 2 y un depsito de 100 a 200 litros. - En el centro y norte de Europa se suele instalar un sistema de circulacin forzada, con un colector de 3 a 6 m 2 y un acumulador de 150 a 400 litros. Agua Caliente Sanitaria (ACS) domstica Es la aplicacin ms extendida de la EST de baja temperatura. Se emplean colectores solares planos. La temperatura necesaria suele ser de 45 C.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA II Climatizacin de piscinas En instalaciones en piscinas descubiertas se suelen emplear sistemas muy simples, en los que la propia piscina acta como acumulador. Sistema de captacin: suelen ser colectores de plstico negro (ms econmicos y resistentes al cloro) que se alimentan con la propia agua de la piscina (eliminando la necesidad del intercambiador). La temperatura necesaria suele ser de 25 C.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA III
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA IV Sistemas combinados de ACS y calefaccin Se utilizan en el centro y norte de Europa y se dimensionan para que cubran las necesidades de agua caliente y calefaccin. La temperatura necesaria suele ser de 50 C. Utilizacin en sistemas de calefaccin basados en suelo radiante.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA V Secado solar Se utiliza en pases en desarrollo donde no se dispone de neveras para la conservacin de alimentos. Durante siglos, se ha utilizado el secado solar de las cosechas, simplemente esparciendo el grano para exponerlo al sol y al aire. En la actualidad, se disean sistemas sencillos con los mismos fines.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA VI Cocinas solares Se utilizan sobre todo en pases en desarrollo y sustituye el uso de la lea para cocinar. Estos sistemas posibilitan la pasteurizacin del agua (muy importante en estos pases para reducir el riesgo de enfermedades ocasionadas por la ingesta de agua contaminada) y la coccin de los alimentos en pocas horas. Una cocina solar puede ahorrar 2250 kgrs. de lea al ao y cuesta unos 120. Aplicaciones en industrias Estas aplicaciones suelen darse en casos en los que se trabaja a temperaturas similares a las del agua caliente sanitaria, como pueden ser el lavado de botellas, separacin de fibras, tratamiento de alimentos, etc.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE EST DE BAJA TEMPERATURA VII Destilacin solar La destilacin solar ha sido utilizada tradicionalmente en lugares con escasez de agua y alto ndice de radiacin solar, como en desiertos. Recientemente, se han desarrollado en Canarias varios sistemas de desalacin de agua de mar con energa solar trmica de baja temperatura. Estos sistemas, todava en fase de I+D (investigacin y desarrollo), pretenden mejorar el ratio de produccin de agua frente a los sistemas clsicos de destilacin. SABAS QUE? El primer destilador solar de la historia fue construido en el desierto de Atacama (Chile) y funcion desde 1874 a 1914, y tena una superficie de 4757 m 2.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica PUEDO CUBRIR TODAS MIS NECESIDADES DE AGUA CALIENTE CON ENERGA SOLAR TRMICA? Los sistemas solares se disean normalmente para cubrir el 100% de la demanda de agua caliente en verano, y del 50 al 80% del total a lo largo del ao; el resto de la demanda se cubre con un calentador convencional de apoyo, bien de gas o elctrico. Tericamente, los sistemas solares podran cubrir la demanda de agua caliente durante todo el ao, pero en este caso habra que dimensionarlos para cubrir las necesidades de agua caliente durante el invierno (periodo con menor radiacin solar); los sistemas tendran que ser mayores y, por tanto, ms costosos, y habra una sobreproduccin de agua caliente en verano.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica ORIENTACIN DE LOS COLECTORES SOLARES Para optimizar las instalaciones es muy importante la orientacin de las mismas (para poder obtener la mayor produccin de ACS con la menor superficie de colectores y, consecuentemente, al menor precio). Los colectores han de orientarse al sur, y la inclinacin, en el caso de Canarias, es de unos 40.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica LOS NMEROS DE LA ENERGA SOLAR TRMICA Superficie instalada en la UE (fin de 2006): 20 millones de m 2. Clasificacin por pases - Alemania: 42,5% - Grecia: 15% - Austria: 14% - - Espaa: 3,4% con 682 000 m 2 (con un nivel de radiacin solar mucho mayor que el de Alemania o Austria) Objetivo de la UE para el 2010: 100 millones de m 2. Objetivo de Espaa para el 2010: 5 millones de m 2.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica NORMATIVA DE SISTEMAS SOLARES TRMICOS EN CANARIAS El Cdigo Tcnico de la Edificacin, que entr en vigor en septiembre de 2006, exige la instalacin de sistemas solares trmicos en los edificios de nueva construccin o en los que se rehabiliten en todo el territorio espaol. En Canarias, se exige que, como mnimo, el 70% de la demanda de ACS sea cubierta por sistemas solares; esto se aplicar para viviendas cuyos consumos de agua caliente vayan de 50 l/d a 5.000 l/d. SABAS QUE? La instalacin de un sistema solar trmico en las promociones de nueva construccin apenas supone entre un 0,5% y un 0,8% adicional sobre el coste total del proyecto
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica POR QU NO SE INSTALA MS ENERGA SOLAR TRMICA EN CANARIAS I? IMPACTO VISUAL La integracin de los paneles solares trmicos de forma armoniosa con la edificacin puede paliar el eventual efecto visual negativo. La energa solar trmica en sectores como el hotelero tiene otro inters, adems del energtico, ya que proporciona una imagen de respeto con el medio ambiente, cuidado del entorno y calidad de vida (imagen indispensable si se quiere atraer a un turismo sostenible).
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica POR QU NO SE INSTALA MS ENERGA SOLAR TRMICA EN CANARIAS II? COSTE Las placas solares trmicos resultan, a la larga y considerando una vida til de 20 aos, ms econmicas que el convencional termo elctrico. La principal diferencia estriba en la inversin inicial. Pero con un termo elctrico habra que pagar el consumo de electricidad mensual o bimestral a la compaa elctrica; mientras que en un sistema solar trmico slo habra que hacer una inversin inicial y pagar por eventuales consumos de apoyo en pocas de radiacin solar insuficiente. SABAS QUE? Si calentamos el agua de una vivienda de Canarias con un colector solar, en lugar de con un termo elctrico, se podra ahorrar casi un tercio de la factura elctrica.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE ALTA TEMPERATURA I Las 3 tecnologas solares que se utilizan para la generacin de electricidad son: 1.- Sistema solar con torre central receptor con helistatos 2.- Colectores cilindro-parablicos 3.- Discos parablicos (Stirling) Para producir electricidad con energa solar trmica hay que recurrir a un sistema de concentracin de los rayos solares. Estos sistemas requieren de un dispositivo de seguimiento solar, de tal forma que siguen al Sol en su recorrido diario, consiguiendo as una mayor captacin de la radiacin solar.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE ALTA TEMPERATURA II Sistema solar con torre central receptor con helistatos Suelen estar constituidas por una serie de espejos (denominados helistatos) que reflejan los rayos solares hacia una torre central, concentrando la radiacin solar en un solo punto, donde se alcanzan temperaturas que pueden llegar a los 1000 C. Estas centrales han sido construidas en diversos tamaos, desde 0,5 a 10 MW.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica APLICACIONES DE ALTA TEMPERATURA III Colectores cilindro-parablicos El colector consiste en un espejo cilindro-parablico que refleja la radiacin solar sobre un tubo de vidrio dispuesto a lo largo de la lnea focal del espejo. El fluido caloportador pasa por una tubera situada en el foco de los colectores, donde puede alcanzar temperaturas de 400 C, y se utiliza para producir vapor sobrecalentado, lo que alimenta una turbina convencional, y genera as energa elctrica.
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  • Energas renovables y eficiencia energtica: 2 Energas Renovables y Eficiencia Energtica Discos parablicos (Stirling) APLICACIONES DE ALTA TEMPERATURA IV Estn constituidos por espejos parablicos en cuyo foco se sita el receptor solar. Esta tecnologa es adecuada para una produccin descentralizada, cercana al lugar de consumo, con los ahorros en infraestructuras de distribucin que ello supone. Un disco de 8,5 m de dimetro es capaz de producir 10 kW. En la actualidad, es capaz de competir con pequeos motores disel.

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