Artículo técnico sobre el Cálculo de una Instalación de Energía Solar Térmica en una estación de autolavado en Tarragona.

1.
CÁLCULO DE UNA INSTALACIÓN DE
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA DE BAJA
TEMPERATURA
Pilar Comes
Responsable Departamento Energías Renovables
Ariston Thermo España
www.aristoncalefaccion.es

2.
A continuación presentamos un artículo técnico cuyo objetivo es expresar de una manera
sencilla los puntos a seguir para realizar el cálculo de una instalación de solar térmico de baja
temperatura. Para ello tomaremos como modelo una instalación Ariston en funcionamiento en
un túnel de lavado de Sant Carles de la Ràpita, Tarragona.
1. AMBITO REGLAMENTARIO
Para el cálculo de una instalación térmica en Catalunya hay que tener en cuenta tres normativas de
referencia: El apartado HE‐4 del Código técnico de la Edificación (CTE) de ámbito estatal, el Decret
de Ecoeficiència de ámbito autonómico y por último las diferentes ordenanzas solares propias de
cada municipio. El cálculo de la instalación concreta ha de cubrir las exigencias de todas las
normativas vigentes en esa localidad, por lo que se realizará la instalación según la normativa más
restrictiva dependiendo de las condiciones de diseño concretas de cada obra.
2. CONDICIONES DE DISEÑO
El primer lugar hay recoger los datos de la energía disponible, es decir, la cantidad de radiación solar
incidente en una zona concreta. En el caso de Catalunya hay que coger los datos publicados en el
“Atlas de Radiació solar a Catalunya”. Normalmente se utilizan los datos de radiación medidos sobre
una superficie horizontal y a continuación se corrigen en función de la orientación y la inclinación
real que van a tener los colectores en la cubierta. Además hay que tener en cuenta los obstáculos
arquitectónicos que puedan hacer sombra sobre los colectores.
En el CTE aparecen los límites permitidos en cuanto a pérdidas de radiación debidas a la mala
orientación y/o inclinación de los colectores y también por la presencia de sombras. El valor viene
expresado en % y depende de la localización del colector:
Caso General: El colector no respeta el perfil descrito por el edificio
Caso de Superposición: El colector está instalado paralelo al perfil descrito por el edificio.
Caso de Integración: El colector pasa a formar parte estructural del edificio.

3.
Pongamos como ejemplo que hay que calcular la energía disponible en la siguiente cubierta:
El porcentaje máximo de pérdidas permitido en este caso es del 10%, suponiendo que los colectores
están orientados al SUR y con inclinación óptima.
Para calcular este porcentaje se debe tomar las siguientes medidas y seguir los pasos detallados en
el correspondiente apartado del CTE:
A continuación se debe calcular la demanda de energía de Agua Caliente Sanitaria. Para ello hay que
seguir las exigencias de cálculo que plantean las normativas de referencia.
Por último, una vez elegido el esquema a aplicar y el producto adecuado, se utilizará la hoja de
cálculo para determinar:
• la cantidad de colectores solares
• el volumen de acumulación solar
Existen diferentes métodos de cálculo, el más extendido es el f‐chart que calcula la aportación solar
en función de la demanda total del edificio.

4. 3. CALCULO DEL TUNEL DE LAVADO
El ejemplo que vamos a calcular consiste en determinar el número de colectores solares necesarios
para aportar el 60% de la energía utilizada para calentar el agua de un túnel de lavado de Sant Carles
de la Rapita, en Tarragona.
A. Determinación del número de colectores:
El espacio destinado para la colocación de los colectores es la misma cubierta de chapa de las
instalaciones. En este caso se observa que el espacio disponible sin sombras es abundante y al ser
una cubierta plana se podrá orientar e inclinar los colectores buscando el óptimo, es decir,
orientación sur, inclinación 40º.
Para calcular la demanda de energía necesaria para calentar el agua se tendrá en cuenta los datos de
consumo que aporta el propietario, datos que son fruto de la experiencia de años en el sector. En
este caso el propietario estima un consumo de 24 litros/día∙coche a 60ºC y en total una media de 98
coches diarios.
El total de energía necesaria para calentar esta cantidad de agua , teniendo en cuenta DEmes = Q *
N * (Tacs ‐ Taf) * 1,16*10‐3, es de:
N Temp. agua fría Demanda
dias/mes ºC kWh
Enero 31 6 4.567
Febrero 28 7 4.049
Marzo 31 9 4.313
Abril 30 11 4.011
Mayo 31 12 4.060
Junio 30 13 3.847
Julio 31 14 3.891
Agosto 31 13 3.975
Septiembre 30 12 3.929
Octubre 31 11 4.144
Noviembre 30 9 4.174
Diciembre 31 6 4.567
ANUAL 365 49.527

5.
El colector utilizado en la instalación es el colector ARISTON modelo TOP 2.5 con el siguiente
rendimiento:
Características de los captadores
Modelo de captador TOP 2.5
Superficie captador m2/captador 2,3
Fr Tau (factor óptico) 0,768
FrU (pérdidas térmicas) W/(m2∙K) 3,6
Altura captador m 2,3
Utilizando el método de cálculo f‐chart obtenemos que, para obtener el 60% de cobertura solar, son
necesarios 15 colectores de este modelo y almenos 3.000 litros de acumulación.
La aportación solar resulta ser de una media del 60,8% anual, tal y como indica la siguiente tabla:
Radiación solar Fracción solar Energía útil
incidente superf. mensual f aportada por
inclinada EImes captadores EUmes
kWh/m2 kWh
Enero 87,56 35% 1.591
Febrero 107,64 48% 1.962
Marzo 150,64 62% 2.670
Abril 153,22 66% 2.660
Mayo 164,41 70% 2.840
Junio 173,50 77% 2.952
Julio 195,76 84% 3.263
Agosto 186,18 80% 3.180
Septiembre 165,89 74% 2.893
Octubre 147,54 63% 2.628
Noviembre 110,90 48% 2.005
Diciembre 80,96 32% 1.472
ANUAL 60,8% 30.116
Y por último el balance energético obtenido es:
balance energético
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
kWh
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Demanda EUmes Exigencia mínima

6.
Los 15 colectores van colocados en la cubierta en baterías de 5 colectores cada una, tal como se ve
en la siguiente imagen.
Se realizan baterías lo más homogeneas posible en número de colectores y con un número menor o
igual a 6 colectores en paralelo. De esta forma conseguimos equilibrar los caudales con mayor
facilidad y reducimos las pérdidas de carga de la instalación.
La conexión de los colectores se realiza con el retorno invertido tal y como indica el siguiente
esquema y se aprecia en la instalación:

7.
(Imagen del retorno invertivo de la instalación)
B. Elección del esquema que se debe utilizar
El esquema elegido es una instalación centralizada compuesta de un acumulador y un único campo
colector.

8.
C. Elección del acumulador
Para la elección del acumulador hay que decidir el tipo de intercambio, es decir, si el intercambio se
realizará en el interior del acumulador, con un serpentín o en el exterior con un intercambiador de
placas.
Para ello se ha de comprobar la siguiente expresión:
SINT
≥ 0,15
SCAP
En nuestro caso SCAP, superficie de captación es:
SCAP = 15 colectores x 2,3 m2/colector
despejando en la ecuación resulta SINT, superficie de intercambio minima ha de ser:
SINT = 5,175 m2
Para el esquema elegido habrá que buscar un acumulador con el serpentín de mínimo esa superficie.

9.
D. Determinación del caudal y diámetro de la instalación
Para calcular el caudal de la instalación se ha de buscar el caudal de trabajo del colector solar. Este
valor viene detallado en las características específicas marcadas por el fabricante de los colectores,
en este caso el caudal recomendado es de 70l/h.
El caudal total de la instalación será 1.050 l/h. Con este caudal obtenemos un diámetro de tubería de
cobre de 28 mm (ver ábaco de las tuberías de cobre).
E. Determinación del volumen del vaso de expansión
El cálculo del vaso de expansión se calcula con la siguiente fórmula:
Vn=Vu * (Pf+1)/(Pf‐Pi)
donde,
Vn = volumen del vaso de expansión
Vu = (Vc * e + Vp) * k ; e (Coeficiente de dilatación del fluido) =0,07; k (Constante de seguridad) = 1,1
Pi, Presión absoluta inicial del vaso de expansión (Presión de llenado de la instalación)
Pf, Presión absoluta final del vaso de expansión (Presión apertura válvula de seguridad)
En el caso concreto resulta un vaso de expansión de mínimo 57 litros, con lo que se ha instalado un
vaso de expansión de 65 litros en la instalación.
F. Elección de la bomba de circulación
Para la elección de la bomba se ha de estimar las pérdidas de carga presentes en la instalación y con
el caudal de diseño, que en este caso es de 1.050l/h podemos elegir la bomba adecuada.
En la instalación de referencia se ha instalado una bomba Grundfos solar de 15x60.