Agua caliente a temperatura 85ºC, para su aplicación a Procesos Industriales, Calefacción y Agua Caliente Sanitaria

Nominado en GENERA 2013 (Galería de Innovación)

Anexo 1 - Imagen

Título del proyecto

Agua caliente a temperatura de 85ºC, para su aplicación a Procesos Industriales y Calefacción

Estado del Proyecto

A enero de 2016 el proyecto "Agua caliente a temperatura de 85ºC, para su aplicación a Procesos Industriales y Calefacción, ha sido ejecutado en su totalidad con pruebas que se describen en este anexo.

(Situación: para fabricación seriada)

Objeto del proyecto

La mayor parte de la energía que consumimos, se utiliza para calentar agua, (Procesos industriales diversos, Calefacción y Agua caliente sanitaria), estas necesidades requieren de pequeñas variaciones de temperatura.

El sistema de captación solar amplificada “SCPA”, por sus características dispone de un notable contenido de innovación, al llenar el vacío existente entre la captación solar térmica “usual” efectuada por captadores solares térmicos de tipología plana y los captadores solares de concentración cilindro-parabólicos “CCP”, que mediante diseño estático, permite obtener temperaturas de fluido circulante próximas a 100ºC con elevado rendimiento.

En la actualidad los sectores terciario e industrial afrontan serios problemas, debido al continuo incremento y volatilidad de los precios de la energía, que reducen sustancialmente los beneficios, dando lugar a la pérdida de grandes cuotas de mercado.

El sector industrial de captadores solares térmicos estáticos, dispone en la actualidad de una tecnología muy experimentada y fiable.

Este nuevo sistema de captación (SCPA), ha sido posible mediante análisis desarrollo y experimentación, dirigido en especial al desarrollo de las actividades empresariales y sociales, para potenciar el ahorro energético, e incidir notablemente en la competitividad de las empresas, al reducir drásticamente la factura energética y el impacto ambiental.

Aspecto Económico

Se ha tenido un especial interés en el diseño, reduciendo notablemente los costes del sistema de captación solar y así permitir un correcto retorno de la inversión económica, para la obtención de agua caliente a 85ºC, temperatura usual en la mayoría de los procesos de calentamiento que en la actualidad se realizan con energía fósil

La descripción gráfica, refleja el comparativo entre la tipología de captadores existentes en el mercado actual con el tiempo de amortización, cálculo establecido en función de los costes derivados de la instalación termo-solar, producción térmica a la temperatura media de trabajo 85ºC y comparativo con energía fósil sustituida, se puede observar que el sistema de captación amplificada (SCPA) reduce sustancialmente el tiempo de retorno de la inversión efectuada a 4,8 años.

Parámetros

  • Ubicación del lugarMadrid
  • Irradiación solar anual5830 MJ/m2
  • Temperatura ambiente media12ºC
  • Temperatura de trabajo85ºC
Gráfico Anexo 1

Mercado potencial

En los Sectores Industrial Terciario y Social existe una gran demanda de energía para las necesidades de agua caliente entre 50 ºC y 90 ºC, esta gama de temperaturas es perfectamente asumible utilizando el sol, al disponer de un sistema de captación solar de última generación (SCPA).

Aplicaciones industriales

Minería, Fabricación de malta, Embotelladoras de bebidas, Sector cárnico, Conservas en general, Alimentación infantil, Lácteos, Granjas en general, Industria textil, Industria del automóvil, Industria del corcho, Papeleras etc…

Aplicaciones sociales

Hostelería, Grandes superficies, Comunidades de viviendas, Sector individual etc…

Características del sistema de captación solar amplificada (SCPA)

El sistema está constituido de dos componentes, un captador solar de tipología plana de alta gama y un amplificador de irradiación solar constituido por facetas especulares, cuya disposición permite la proyección en continuo de 1,5 a 2 soles sobre la superficie de captación.

El captador solar dispone de una sustancial mejora de la conductividad térmica, aumentando notablemente la transferencia térmica al fluido caloriportor, así como una notable reducción de las pérdidas térmicas, la cara activa de captación dispone de deposición electroquímica de óxidos metálicos.

El sistema de captación solar, está concebido para soportar una temperatura hasta 200 ºC en continúo, sin sufrir alteración alguna al paso el tiempo, debido a los materiales y a su específico diseño, especial para zonas desérticas y ambiente salino, cualidades derivadas de estudios, diseños y ensayos efectuados durante largo tiempo.

Características fundamentales del sistema de captación

  1. Aumentar significativamente la irradiación solar proyectada sobre los captadores, hasta 2 soles.
  2. Reducción de hasta un 50% de la superficie captadora, para la obtención de agua caliente.
  3. Mayor temperatura de trabajo (89 ºC circuito primario)
  4. Producción termo-solar balanceada estacional, puede duplicar la captación en invierno y reducirla en verano.
  5. El rendimiento medio obtenido es del 76%
  6. Reducción de espacio y costes de la instalación solar
  7. Sustancial incremento del equivalente de CO2 evitado, por m2 de captador solar

Comparativo rendimiento térmico según tipología de los captadores

Comparativo rendimiento térmico según tipología de captadores

Comparativo energía solar neta transferida

A continuación, a través del gráfico comparativo de energía solar transferida, en el proceso de captación, se observa la energía térmica neta obtenida, entre las tres tipologías de captadores planos existentes.

En el estudio se han relacionado los siguientes parámetros: Irradiación solar incidente, rendimiento de los captadores solares a la temperatura de trabajo, temperatura media ambiente y pérdidas térmicas del circuito de tubería.

Comparativo Captadores - Energía Solar Transferida

Simulación producción de agua caliente de (12 ºC a 85 ºC)

Gráfico producción media anual de agua caliente industrial en m3/año, de acuerdo a la diversa tipología de captación solar del estudio, en función de superficie, factor superficie, irradiación solar, rendimiento a la temperatura de trabajo, pérdidas térmicas derivadas del circuito de tubería y temperatura media ambiente.

Simulación Producción de Agua Caliente (12º a 85ºC)

Gráfico mensual de energía solar obtenida, captación (CP) y (SCPA)

Gráfico producción media mensual de energía obtenida, comparativo con el sistema de captación directa (CP) y el sistema de captación solar amplificada (SCPA), irradiación solar incidente así como el equivalente de energía fósil en Kg de Gasóleo evitado.

Diagrama térmico Comparativo Captación Solar - Madrid

Características térmicas del captador solar plano Rf-09 (Transf. Agua)

Ri = Irradiación solar incidente,Ta = Temperatura ambiente,Te = Temp. entrada captador, Ts=Temp. salida captador,Tmd= Temp. media depósito acumulador de 60 litros, (Velocidad media del viento 0,5 m/sg), Caudal constante = 55 l./h/m2

Parámetros Sistema Térmico con Captación Solar
Fig - 1
Parámetros Sistema Térmico con Captación Solar Amplificada (fx=2)
Fig - 2

Partiendo de las mismas condiciones de ensayo, en los gráficos fig.-1 y fig.-2 se puede observar que la (Te) en una hora, ha acusado un incremento de temperatura de 14ºC, la (Ts) se ha incrementado 21ºC y la (Tmd) en 18ºC.

Estudio Energético (Sustitución Energía Fósil por Energía Renovable)

AGUA CALIENTE SANITARIA (Resumen)

Sector Terciario - Hosteleria

Ubicación - Málaga

Datos de consumo de combustible (Gasóleo)
Gráfico consumo de combustible
Datos de consumo medio de a.c.s. con (Gasóleo)

Temporada baja: 3.250 litros/día a 45ºC

Temporada media: 4.375 litros/día a 45ºC

Temporada alta: 5.660 litros/día a 45ºC

Temperatura agua de red 11 a 15ºC

DATOS DE IRRADIACIÓN SOLAR Y PRODUCCIÓN TÉRMICA
Datos de Irradiación Solar y Producción Térmica
DEMANDA

Al estar situada la instalación, en zona climática IV de elevada insolación, permite suplir casi el total de la demanda con fuente térmica renovable.

Captación Solar (Usual 1 Sol)

Temporada baja: Captación media.--------2.680 Kcal/día/m2

Temporada media: Captación media --------3.700 Kcal/día/m2

Temporada alta: Captación media.--------3.400 Kcal/día/m2

Captación Solar (Amplificada hasta 2 Soles)

Temporada baja: Captación media.--------4.725 Kcal/día/m2

Temporada media: Captación media --------5.900 Kcal/día/m2

Temporada alta: Captación media.--------5.675 Kcal/día/m2

DATOS DE SALIDA

Para la superficie de captadores, se ha considerado un 20% de demasía de la energía obtenida a efectos de acumulación, para su utilización en días de baja insolación.

SUPERFICIE DE CAPTACIÓN

A.-Captación Solar (Usual 1 Sol)

Aportación termo-solar próxima al 100% -------------------------- 54 m2

Aportación termo-solar próxima al 80% -------------------------- 44 m2

Aportación termo-solar próxima al 70% -------------------------- 38 m2

Temperatura normal circuito primario de transferencia 50º /60ºC

B.-Captación Solar (Amplificada hasta 2 Soles)

Aportación termo-solar próxima al 100% -------------------------- 30 m2

Aportación termo-solar próxima al 80% ---------------------------24m2

Aportación termo-solar próxima al 70% --------------------------- 20 m2

Temperatura normal circuito primario de transferencia 75º / 85ºC