Guía de Especificaciones de Sistemas de Calentamiento de

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA
FORMULACION DE UN PROGRAMA BASICO DE
NORMALIZACIÓN PARA APLICACIONES DE
ENERGIAS ALTERNATIVAS Y DIFUSION
Documento ANC-0603-13-01
GUÍA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMAS
DE CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO
DOMESTICO CON ENERGIA SOLAR EN
COLOMBIA
Versión 01
Unión Temporal ICONTEC - AENE
Bogotá, D.C., Marzo de 2003
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA - UPME
Guía de Especificaciones de Sistemas de Calentamiento de Agua
Documento No. ANC-603-13
Rev. 01
Fecha: 05/03/03
TABLA DE CONTENIDO
ESTRUCTURA DE UNA GUÍA TÉCNICA (PRACTICA RECOMENDADA) PARA
SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA SOLAR
PARA USO DOMESTICO (ESTÁNDAR MINIMO)....................................... 4
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 4
PRIMERA PARTE: ASPECTOS TECNICOS ............................................................ 6
1.
OBJETO:..................................................................................................... 6
2.
REFERENCIAS NORMATIVAS: ................................................................. 6
3.
DEFINICIONES:.......................................................................................... 6
4.
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.2.
4.3.
4.3.1.
4.3.2.
ASPECTOS TÉCNICOS: ............................................................................ 9
CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES ............................... 9
Componentes del sistema (explicación con diagrama) ................................ 9
Descripción general de los componentes .................................................. 11
Requisitos de fabricación .......................................................................... 13
CONDICIONES DE OPERACIÓN ............................................................. 17
MARCADO................................................................................................ 20
Colector Solar ........................................................................................... 20
Tanque de Almacenamiento...................................................................... 21
5.
5.1.
5.5.
SERVICIOS E INFORMACIÓN REQUERIDOS......................................... 22
INFORMACIÓN QUE DEBERÍA ENTREGAR EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA CON SU OFERTA PARA FACILITAR LA SELECCIÓN DE
EQUIPOS.................................................................................................. 22
Datos técnicos........................................................................................... 22
DOCUMENTOS Y/O MANUALES QUE EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA DEBERÍA ENTREGAR CON LOS EQUIPOS. ................. 24
SERVICIOS QUE DEBERÍA PRESTAR EL PROVEEDOR O
DISTRIBUIDOR......................................................................................... 25
BASES BAJO LAS CUALES EL DISTRIBUIDOR O PROVEEDOR
DEBERÍA CAPACITAR A PERSONAL TECNICO Y/O AL USUARIO FINAL.25
SEGUIMIENTO PERIODICO DE LOS SISTEMAS EN OPERACIÓN........ 26
6.
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN........................................................ 26
COLECTOR SOLAR PLANO .................................................................... 26
Tanque de Almacenamiento...................................................................... 28
Accesorios................................................................................................. 29
5.1.1.
5.2.
5.3.
5.4.
SEGUNDA PARTE: GUÍA PARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS SOLARES
TERMICOS PARA CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO DOMESTICO30
1.
DE LA UBICACIÓN Y SOPORTE.............................................................. 30
2.
COLECTOR SOLAR ................................................................................. 32
3.
DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO ................................................... 32
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4.
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DE LOS ACCESORIOS ............................................................................ 33
TERCERA PARTE : RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO
PREVENTIVO DE SISTEMAS SOLARES TERMICOS PARA
CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO DOMESTICO ......................... 35
1.
COLECTOR SOLAR ................................................................................. 35
2.
PARA EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO ........................................... 36
CUARTA PARTE : RECOMENDACIONES BASICAS PARA LOS USUARIOS DE
LOS SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGÍA SOLAR
PARA USO DOMÉSTICO ......................................................................... 38
QUINTA PARTE : EJEMPLO DE SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UN SISTEMA
DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGÍA SOLAR PARA USO
DOMÉSTICO ............................................................................................ 40
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 característica óptica de una superficie selectiva solar ideal. Tiene gran
absortancia solar y baja emitancia térmica. ............................................. 9
Figura 2 Esquema de un SST para calentamiento de agua para uso doméstico..... 10
Figura 3 Parte del corte transversal de un colector solar plano ............................... 11
Figura 4 Diagrama de la instalación del SST para calentamiento de agua. Vista
lateral arriba, vista semilateral abajo...................................................... 42
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ESTRUCTURA DE UNA GUÍA TÉCNICA (PRACTICA RECOMENDADA)
PARA SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGIA
SOLAR PARA USO DOMESTICO (ESTÁNDAR MINIMO)
INTRODUCCIÓN
El empleo de los sistemas solares térmicos (SST) para calentamiento de agua para
uso doméstico, han tenido en Colombia un lento desarrollo, debido especialmente a
que su demanda es muy baja. Varios factores han confluido para determinar esa
baja demanda, entre los cuales se pueden mencionar, los altos costos de
adquisición e instalación por parte del usuario, los costos de operación
relativamente bajos de las fuentes convencionales, que además han gozado de
subsidios estatales, la inexistencia de incentivos para el uso de la energía solar y,
finalmente, desconfianza y desconocimiento de los usuarios.
Durante la época de la crisis energética (años 70 del siglo XX) en Colombia sus
fuentes convencionales de energía (hidro y termoelectricidad, ACPM, gasolina, gas
propano) gozaron de importantes subsidios, algunos de los cuales se mantienen hoy
en día, en particular con el gas natural. Esta situación pone en desventaja
competitiva las fuentes alternas como la solar térmica, que en cualquiera de sus
aplicaciones tienen unos costos elevados de adquisición e instalación.
Los SST que se han instalado en Colombia han generado un grado de satisfacción
aceptable entre sus usuarios (1), pero con algunas reservas ocasionadas en errores
técnicos de las empresas que los han fabricado y comercializado. Errores técnicos,
unidos a desconocimiento, generan desconfianza entre los potenciales usuarios.
Entre las principales dificultades que se observan en el desarrollo de la energía
solar térmica para calentamiento de agua para uso doméstico están:
a)
Las empresas fabricantes son en su mayoría pequeñas, con baja capacidad
técnica e infraestructura de tipo artesanal que no permite una fabricación en
serie de buena calidad y con alta reproducibilidad.
b)
Como consecuencia de lo anterior, los SST resultan costosos y técnicamente
deficientes.
c)
Se observan fallas protuberantes en las instalaciones, que ocasionan daños y
fallas frecuentes.
d)
Las empresas no han respondido adecuadamente a las garantías ni al
mantenimiento.
e)
Inexistencia de un ente autorizado para la verificación de este tipo de
instalaciones.
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f)
Hay una carencia completa de información, de anuncios y de divulgación de la
forma como se debe utilizar la energía solar térmica.
g)
Gran parte de la información disponible en los centros de venta da a entender
al usuario que la energía solar térmica es fácilmente instalable, modificable y
mantenida por personal no experimentado.
h)
Muchos comercializadores, en su ánimo de ¨hacer ventas¨ comercializan
dispositivos baratos sin ningún tipo de reconocimiento y/o de homologación.
Las tres parte implicadas (proveedores, consumidores y gobierno) en el buen
desempeño de los SST deberían estar unidos para lograr unos propósitos que a
todos convengan. Estos propósitos son: SST confiables, seguros y duraderos.
Confiables significa que prestarán el servicio para el cual han sido diseñados,
fabricados y dimensionados; seguros, significa que no pondrán en ningún riesgo ni
a usuarios ni a viviendas; duraderos, que tendrán el desempeño esperado por los
fabricantes y los usuarios durante todo el período de vida para el cual fueron
fabricados.
Para lograr los propósitos de SST confiables, seguros y duraderos se requiere que:
a)
Tanto fabricantes, como distribuidores e instaladores se familiaricen con las
normas y recomendaciones técnicas.
b)
Es imperativo que haya autoridad (sea local, regional o nacional) que
inspeccione las instalaciones de SST.
c)
Que se comercialicen dispositivos homologados y/o reconocidos.
d)
Que se establezcan agremiaciones de fabricantes y comercializadores que se
propongan informar y educar a sus clientes, modificar la publicidad facilista y
que anime a todos a realizar instalaciones técnicamente adecuadas.
A continuación se presenta una serie de especificaciones y recomendaciones que
se deberían tener en cuenta al seleccionar y comprar SST para calentamiento de
agua para uso doméstico. Estas especificaciones se refieren especialmente a un
estándar mínimo de SST cuyos potenciales usuarios masivos podrían ser los
mismos usuarios de la vivienda de interés social.
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PRIMERA PARTE: ASPECTOS TECNICOS
GUÍA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA
CON ENERGÍA SOLAR PARA USO DOMÉSTICO EN COLOMBIA (ESTÁNDAR
MÍNIMO).
1. OBJETO:
Establecer las especificaciones y características técnicas que se deben tener en
cuenta en el proceso de selección de SST que se emplean en el calentamiento de
agua para uso doméstico en Colombia y los servicios que deben proporcionar las
empresas proveedoras para garantizar la confiabilidad, seguridad y larga vida de los
sistemas a instalar.
Cubre los diseños básicos para calentamiento de agua para uso doméstico en
casas y apartamentos (de no más de 5 pisos), con colector solar plano y por
convección natural. No cubre sistemas comunales.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS:
Las siguientes publicaciones referenciadas son indispensables para la aplicación de
este documento. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada.
Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento
referenciado.
NTC 2774: 1990, Máquinas y equipos. Energía solar. Evaluación de materiales
aislantes térmicos empleados en colectores solares.
NTC 2960: 1991, Energía solar. Evaluación de materiales para cubiertas de
colectores solares de placa plana.
NTC 3322: 1992, Energía solar. Sellos de caucho usados en colectores solares de
placa plana.
NTC 4368: 1997, Eficiencia energética. Sistemas de calentamiento de agua con
energía solar y componentes.
3. DEFINICIONES:
3.1 área efectiva del colector solar plano: es el área de la cubierta transparente
por la cual realmente entra la radiación solar a la placa de absorción.
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3.2 Coeficiente global de pérdidas: Para referirse a la rapidez a la cual se pierde
calor por toda la superficie de un cuerpo a una determinada temperatura. Incluye las
pérdidas por conducción, convección y radiación. Sus unidades son de W/oCm2.
3.3 Corrosión: Destrucción gradual de una material por agentes químicos. Ocurre
con mayor frecuencia y velocidad en los metales y sus aleaciones.
3.4 Corrosión atmosférica: Corrosión provocada por los componentes del aire o
por sustancias químicas contaminantes presentes en el aire.
3.5 Corrosión biológica: Corrosión provocada por la actividad metabólica de
organismos vivos.
3.6 Corrosión galvánica: Ataque de tipo electroquímico que sufre un metal o un
conjunto de metales por la generación de corrientes eléctricas entre ellos, como
consecuencia de potenciales eléctricos ocasionados por sus propiedades químicas
y físicas.
3.7 Eficiencia óptica: Se refiere al producto de la transmitancia de la cubierta
transparente de un colector solar por la absortancia de la placa de absorción del
mismo, cuando la radiación solar incide normalmente.
3.8 Emitancia: de una superficie, es la característica que expresa la cantidad de
energía electromagnética que ella puede emitir a una determinada temperatura y
con determinada longitud de onda, comparada con la del cuerpo negro ideal en las
mismas condiciones; por ello, tiene un valor entre cero y uno. Es igual a la unidad
cuando emite igual que el cuerpo negro ideal.
3.9 Dureza del agua: se refiere al contenido de compuestos de calcio y magnesio
en el agua. Entre otras consecuencias estos causan incrustaciones en las tuberías.
3.10 Flujo de agua por convección natural: es el movimiento del agua dentro del
colector solar plano, originado en el calor que el agua recibe del colector y que
obliga al agua caliente a desplazarse a niveles superiores, mientras el agua fría se
ubica en los niveles más bajos. El agua caliente viaja por los ductos a la parte
superior del tanque y es reemplazada por agua fría en la parte inferior del colector.
Este proceso se denomina también circulación natural o termosifón.
3.11 Hongos: pequeñas plantas sin clorofila, sin raíz y sin hojas, algunas de las
cuales tienen un gran desarrollo en ausencia de luz.
3.12 Incrustaciones: depósitos formados por sales (principalmente, carbonatos de
calcio y magnesio) en tanques y tuberías metálicos.
3.13 Intercambiador de calor: Dispositivo de diseño apropiado para facilitar el
transporte de calor desde un material o sistema a otro.
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3.14 Pérdidas térmicas: se refiere a la rapidez a la cual sale calor de un cuerpo
hacia el ambiente que lo rodea. El calor puede perderse por conducción,
convección, radiación y evaporación. Al perderse calor ocurre disminución en la
temperatura del cuerpo.
3.15 Propiedades ópticas: Se refiere al comportamiento de los materiales con
relación a la radiación electromagnética y/o a la luz visible (son propiedades
espectrales). Entre ellas se mencionan:
α = absortancia del medio (tranparente o semitrasparente), definida como la
razón de la intensidad absorbida a la intensidad incidente, Iα / Ii.
ρ = reflectancia del mismo medio, definida como la razón de la intensidad
reflejada entre la intensidad incidente, Iρ / Ii.
τ =transmitancia entendida como la razón de la intensidad transmitida a la
incidente, Iτ /Ii
3.16 Recurso solar: cantidad de insolación que recibe un lugar o región. Se
expresa kWh/m2 por día. Su expresión es más completa cuando se hace referencia
a la calidad de esa insolación.
3.17 Sistema hidroneumático: También llamado sistema hidrofló, es el utilizado
para mantener la presión de suministro de agua en una edificación cuando el tanque
de abastecimiento se halla en el sótano o en general, en un nivel inferior.
3.18 Superficie selectiva: Se entiende por superficie selectiva solar aquella que
presenta una característica óptica como la de Figura 1. Esta característica es ideal
puesto que en la práctica ninguna superficie la cumple estrictamente; la superficie
selectiva debe tener la tendencia de presentar una absortancia solar que se acerque
a la unidad, mientras que su emitancia en el rango térmico debe tender a cero.
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Figura 1 característica óptica de una superficie selectiva solar ideal. Tiene gran absortancia
solar y baja emitancia térmica.
3.19 Temperatura de estancamiento: Es la temperatura que puede alcanzarr un
colector solar cuando no hay circulación de agua en su interior, a una determinada
temperatura ambiental y con una determinada radiación solar. Siempre en esas
condiciones la eficiencia del colector es cero.
3.20 Termosifón: Véase flujo de agua por convección natural.
3.21 Vida útil: es el tiempo transcurrido entre el momento de iniciar el desempeño
con la eficiencia nominal, hasta el momento en que la eficiencia ha descendido al
80% del valor inicial, criterio que generalmente se aplica a varios dispositivos de
generación y también a los de consumo de energía.
4. ASPECTOS TÉCNICOS:
4.1. CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES
4.1.1. Componentes del sistema (explicación con diagrama)
Un SST de convección natural para calentamiento de agua para uso doméstico está
conformado por los siguientes componentes principales: un colector solar plano, un
tanque de almacenamiento y acometidas hidráulicas. En la Figura 2 se muestra
esquemáticamente el sistema.
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Figura 2 Esquema de un SST para calentamiento de agua para uso doméstico
Descriptivamente, el sistema funciona así: el colector solar convierte en calor la
energía solar que recibe; el calor es transmitido al agua la cual fluye por termosifón
o convección natural llegando caliente a la parte superior del tanque donde se
almacena. El agua recircula durante el día entre el colector y el tanque, aumentando
su temperatura. Cuando hay consumo de agua caliente, es reemplazada por agua
fría que llega del acueducto. Para que el sistema opere automática y
adecuadamente, el tanque debería estar por encima de la parte más alta del
colector.
Las condiciones de diseño de un SST deberían involucrar aspectos tales como:
a)
Ser compatible con las características e intermitencia del recurso solar
disponible.
b)
Dimensionarse de acuerdo al consumo requerido de agua caliente.
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c)
Debería considerarse que todos los elementos que componen el sistema, así
como los ductos y accesorios entre ellos, deberían estar construidos para
asegurar un desempeño eficiente, confiable y seguro durante toda su vida útil.
d)
Se debería partir del supuesto que la integración de sus partes no requiera de
asistencia técnica por largos periodos.
e)
Debería diseñarse para soportar la acción del ambiente local.
f)
Si en el diseño del SST se incluye complemento auxiliar de energía, debería
tenerse en cuenta que tenga todas las funciones automáticas para que todo el
conjunto opere autónomamente.
4.1.2. Descripción general de los componentes
4.1.2.1. Colector Solar Plano
El colector solar plano está constituido por (véase la Figura 3): a) cubierta
transparente, (la cual puede estar compuesta por una, dos o más láminas de vidrio o
plástico plano), por la cual la radiación solar pasa, para llegar a, b) la superficie o
placa de absorción, en donde la radiación solar se convierte en calor y se transfiere
por conducción a c) los tubos por los que circula un fluido de trabajo (para efectos
de esta guía es agua); algunos colectores se fabrican incluyendo los tubos en la
lámina de absorción (llamado técnica rollbond);en otros, pueden estar soldados en
la parte inferior o en la parte superior de la placa de absorción. La parte inferior de la
lámina de absorción está protegida con d) un aislante, que bordea toda la parte
perimetral inferior del colector; todo el conjunto está contenido en e) una caja o
chasis que da soporte y estructura al colector solar plano.
Figura 3 Parte del corte transversal de un colector solar plano
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4.1.2.2. Tanque de Almacenamiento
El tanque de almacenamiento se encarga recibir y almacenar el agua que se ha
calentado en el colector. Normalmente, es un tanque metálico aislado térmicamente
del ambiente exterior para garantizar que sus pérdidas térmicas sean las mínimas
posibles. Del tanque de almacenamiento sale el agua caliente para el consumo
doméstico, que es repuesta por una entrada directa de la red de suministro. Entre
las funciones que desempeña el tanque de almacenamiento se destacan:
a) amortigua las fluctuaciones de corta duración en la energía solar que recibe el
colector solar,
b) prolonga el lapso de tiempo de suministro de agua caliente por encima de los
periodos de generación de calor,
c) da autonomía al SST en los eventuales intervalos en los que no ocurra
generación de calor,
d) determina en gran medida la temperatura del agua de consumo.
En los SST urbanos, el tanque debería soportar la presión de suministro hidráulico
(normalmente, la del acueducto o la de un sistema hidroneumático), por lo cual,
debería cumplir normas de fabricación. Su forma, generalmente, es cilíndrica
pudiendo operar en forma horizontal o vertical.
4.1.2.3. Tuberías y Accesorios
Básicamente, existen dos circuitos hidráulicos en un SST que son a) el de colectortanque de almacenamiento y b) el circuito de consumo de agua caliente en la
vivienda.
a)
El circuito hidráulico entre el colector solar y el tanque de almacenamiento se
encarga de facilitar la recirculación del agua para que ésta transporte el calor
desde el colector hasta el tanque. Este circuito debería diseñarse de tal
manera que no permita el reflujo del agua caliente en horas de no sol, desde
el tanque hacia el colector. Los tubos y accesorios de este circuito deben
cumplir con requisitos de calibre, longitud, accesorios y materiales adecuados.
Debería estar provista de aislamiento.
b)
El circuito hidráulico de consumo o red de agua caliente de la vivienda, es
idéntico al que normalmente se incluye en toda vivienda. Para el caso de agua
calentada con SST se hacen recomendaciones especiales.
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4.1.2.4. Accesorios (para la instalación)
El SST en especificación incluye los siguientes accesorios:
a) Registros
b)
Válvula-cheques
c) Tuberías
d) Aislamiento térmico de tubería
4.1.3. Requisitos de fabricación
4.1.3.1. Colector Solar Plano
Se recomienda que los colectores solares o sus materiales sean fabricados de
acuerdo con lo establecido en las NTC 2960, NTC 3322, NTC 2774, NTC 4368 u
otras normas aplicables.
Tanto para el usuario particular y/o minorista, como para cualquier entidad se le
hacen las siguientes recomendaciones, como parte del conjunto de principios
elementales de obligatoria observancia:
a)
El colector o colectores solares planos deberían ser nuevos y de reciente
fabricación (en el momento de la compra no debieran tener más de dos años
de fabricado y su ensamblaje debería estar completo). Sus especificaciones
físicas (tamaño, materiales, sellamientos etc.) deberían ajustarse a lo que
requiere la instalación proyectada.
b)
Para efectos de ésta especificación, si es colector unitario, su área efectiva
debería ser mayor o igual 2m2. Si es colector modular con área menor de 2m2,
el área efectiva del conjunto debería ser superior a 2m2. En todo caso, se
tomará como punto de referencia que por cada persona de la vivienda se
debería suministrar como mínimo 33 litros diarios (u 8,75 gl/día) de agua
caliente, y que por cada metro cuadrado de colector solar plano, el tanque
debería proveer capacidad para no más de 17,5 gl o 66,2 litros.
c)
Deberían inspeccionarse para verificar que no se aprecian daños en su
presencia física, como vidrios rotos o fisurados, empaques (y/o sellamientos)
despegados o ¨cristalizados¨,
marcos abollados, placa de absorción
defectuosa o deteriorada, aislamientos térmicos defectuosos, no deberían
presentar humedad interior (entre cubierta y placa de absorción o en el
aislante térmico), no deberían observarse corrosión u oxidación en sus
contactos y soldaduras interiores, ni contactos desoldados o defectuosos
entre los tubos y la placa de absorción, tubos de entrada y salida del colector
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deberían estar en perfecto estado y en general, no debería observarse
aspecto alguno que pueda conducir a la reducción de la vida útil.
d)
La cubierta transparente del colector solar puede estar constituida por uno o
dos vidrios planos. Si algún fabricante ofrece más de dos vidrios en la cubierta
puede ser aceptable, siempre y cuando la transmitancia global de radiación
solar (perpendicular a la cubierta) no sea menor de 87%.
e)
La cubierta transparente debería ser de material que resista los choques
térmicos severos (cambios abruptos de temperatura entre 130oC y 10oC)
acompañados de posibles golpes de granizo.
f)
Si el colector solar es del tamaño estándar nominal (1m x 2m) debería tener
entre 9 y 10 tubos de cobre soldados a la placa de absorción. Su calibre no
debería sobrepasar de ½¨ o 1,27cm. Si los tubos no están soldados
exteriormente a la placa de absorción, deberían mostrar una sujeción y un
contacto similar al del sistema soldado. Son aceptables los tubos integrados a
la placa de absorción, siempre y cuando garanticen baja corrosión y alta
durabilidad.
g)
Puesto que los SST deberían operar en condiciones de presión de acueducto
deberían soportar eventualmente presiones superiores a 125psi o 1047432Pa,
deberían haber sido ensayados a 200psi o 1,3782 MPa)
h)
Es ampliamente recomendable que la superficie negra de la placa de
absorción sea recubrimiento electroquímico, mejor aún si es selectivo, pero
que en todo caso su absortancia solar sea superior a 0,90). No debería
aceptarse pinturas de esmalte brillante, a menos que cumplan con el valor de
absortancia solar estipulado.
i)
La caja (marco o chasis) debería tener una estructura tal que reduzca
tensiones mecánicas y que amortigüe o resista posibles torsiones durante la
manipulación en el transporte e instalación del colector.
j)
La caja o chasis debería proveer las facilidades que permitan su fácil
instalación mecánica al soporte (agujeros, orejas tornillos etc.), para que el
usuario (o el instalador) no lo intervenga o altere mecánicamente.
k)
El aislamiento del colector, debería presentar características físicas, químicas
y termofísicas de tal forma que, tenga una muy baja conductividad térmica
(menor de 0,040W/moC en el rango de 20 a 120oC), una muy baja absorbencia
de agua, baja capilaridad y mínima retensión del agua, debería ser
químicamente estable (por más de 20 años), que evite formación de llama y
que soporte las temperaturas de estancamiento en condiciones de ensayo.
l)
El diseño del colector debería ser tal que facilite la generación de altas
temperaturas en su interior, minimizando las pérdidas térmicas; ello implica
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que durante la instalación y/u operación no se requiera adicionar elementos
que realicen externamente esas funciones.
m)
Los accesorios hidráulicos externos integrantes del colector deberían
presentar una sujeción tal que no haya posibilidad a que se aflojen, se giren,
se desuelden, se desprendan o se desajusten.
n)
El diseño de la interconexión del colector con otros colectores o con las
acometidas externas debería ser sencillo, roscable, o cualquier otro método
permitido en plomería, pero no se acepta diseño para soldar.
o)
La caja o chasis debería garantizar sellamiento a prueba de agua y humedad
ambientales.
El diseño, estructura y materiales deberían ser tales que sus características ópticas,
térmicas, mecánicas y termofísicas no se alteren apreciablemente durante un lapso
de tiempo no inferior a 20 años.
4.1.3.2. Tanque de Almacenamiento
Las especificaciones aquí recomendadas se orientan a tanques cerrados y
presurizados, para lo cual deberían tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
a) El tanque debería ser nuevo. No puede aceptarse un tanque que haya sido
sometido a reparaciones internas (del tanque propiamente dicho) o externas (en
sus aislamientos y/o accesorios).
b) Su capacidad debería ser la adecuada a estas especificaciones (como máximo,
35 galones o 132 litros, para dos metros cuadrados de colector solar plano; en
otra forma, no más de 66,2 litros (o 17,5 gl ) por cada metro cuadrado de
colector solar plano. Debería tenerse en cuenta que para cada usuario de la
vivienda el suministro de agua caliente no debería ser menor de 33 litros diarios.
c) Debería inspeccionarse para verificar que no tiene abolladuras en el
recubrimiento exterior (que de preferencia, deberían ser metálico a prueba de
intemperie).
d) Las entradas y salidas de sus conexiones hidráulicas no deberían mostrar
deterioro, abolladuras o deformaciones y deberían ser nuevas.
e) Su aislamiento debería tener el aspecto (en general, no podría observarse a
simple vista) de ser uniforme y de un espesor adecuado.
f)
En conjunto, el tanque debería evidenciar sellamiento, aislamiento y todas las
precauciones de intemperismo.
g) No deberían ocurrir fugas de agua ni de vapor de agua.
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h) El comportamiento global del tanque debería mostrar unas pérdidas térmicas
tales que con viento de hasta 2m/s, la rapidez de enfriamiento se mantenga por
debajo de los siguientes valores: a) 0,60oC/h en el rango de 37 ºC a 30oC,
cuando la temperatura ambiental está entre 10 y 17oC. b) 0,75oC/hora en el
rango de 43 ºC a 34oC, cuando la temperatura ambiental está entre 10 y 17oC. c)
1,1oC/hora en el rango entre 50 ºC y 37oC, cuando la temperatura ambiental
está entre 10 ºC y 17oC.
i)
Debería poder operar a presiones de red de distribución de acueducto (debería
haber sido ensayado a presiones de hasta 200 psi o 1378200 Pa durante 5
horas)
j)
Que disponga de los elementos que alivien al tanque y sus circuitos asociados,
de sobrepresiones originadas en golpes de presión de red hidráulica, adicionada
a la presión por dilatación térmica del agua.
k) Que su diseño sea tal que provea la permanencia interior de colchón de aire
para amortiguar los golpes de presión.
l)
Sus materiales y accesorios constructivos deberían minimizar la corrosión
galvánica (por presencia de otros metales) y la corrosión también galvánica por
contacto con agua caliente (ésta tiene mayor conductividad eléctrica por encima
de 60oC). Además, los carbonatos se descomponen en agua a 60oC, formando
dióxido de carbono, lo que dinamiza la velocidad de corrosión. Su interior
debería ser porcelanizado o presentar revestimiento permitido de anticorrosión.
m) Si es metálico, debería disponer de ánodo de sacrificio para prevenir la corrosión
galvánica.
n) Debería estar provisto de registro de drenaje para limpieza y mantenimiento.
o) Debería estar provisto de la base o apoyo que permita su fácil y seguro montaje
en el soporte de instalación, sin intervenir su estructura.
p) Si está provisto de elemento auxiliar de calefacción, como resistencia eléctrica,
debería cumplir con las normas referentes a este tipo de artefactos.
q) Si está dotado de intercambiador de calor en su interior, éste debería cumplir los
mismos requisitos de presión, anticorrosión, sellamientos y de los dispositivos
adecuados de interconexión con el circuito exterior.
r) Si está dotado de materiales para ofrecer almacenamiento por calor latente,
debería cumplir con los requisitos de seguridad y toxicidad internacionalmente
aceptados.
s) El diseño de la base o apoyo debería ser tal que no estimule pérdidas térmicas.
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t)
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Ofrecer una vida útil superior a 20 años.
u) Tener sello de calidad ICONTEC.
4.1.3.3. Accesorios de Instalación
Para la instalación del SST se requieren los accesorios de intercomunicación entre
el colector solar y el tanque de almacenamiento, así como los correspondientes de
interconexión entre el tanque de almacenamiento y el circuito de consumo. Estos
deberían ser adecuados a las exigencias de cada instalación individual, pero
debería tenerse en cuenta que los tubos deberían ser coherentes en su material en
relación con el del resto del sistema, en longitud y calibre (3/4 de pulgada)
dependiendo de las circunstancias de cada instalación. En particular debería
disponerse de:
a) una válvula cheque de ½ pulgada o 1,27 cm, para colocar en la entrada o
alimentación de agua fría (en la entrada del tanque de almacenamiento), que
evita que el tanque se desocupe en caso de un corte en el suministro de agua del
acueducto.
b) Un registro de ½ pulgada (1,27 cm) para cortar la llegada de agua fría en caso de
realizar mantenimiento al tanque.
c) Un registro de ¾ de pulgada (1,90 cm) a la salida del tanque de almacenamiento
hacia el colector para cortar la entrada de agua al colector, en caso de requerirse
por mantenimiento.
d) Eventualmente, una válvula cheque (3/4 de pulgada o 1,90 cm) de alta
sensibilidad para evitar el reflujo de agua caliente entre el tanque y el colector.
e) Dos registros de drenaje (de ½ pulgada o 1,27 cm), uno para drenar el tanque y
otro para drenar el colector.
f) Una válvula de alivio de presión de ½ de pulgada (1,27cm) para colocar en el
tanque.
g) Las tuberías de ¾ de pulgada o 1,90 cm.
h) Los aislamientos para todas las tuberías aledañas al SST.
4.2. CONDICIONES DE OPERACIÓN
Sin perder de vista los propósitos de ésta guía, que son lograr confiabilidad,
seguridad y larga vida en los SST para calentamiento de agua para uso
doméstico, éstos deberían adecuarse técnicamente a las variadas condiciones
ambientales y geográficas de Colombia. La gran variedad climatológica de Colombia
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dificulta la posibilidad de dar guías sencillas y generales de diseño y
dimensionamiento de SST para todo su territorio.
Colombia está ubicada geográficamente así: en latitud, su extremo sur (Leticia) está
a 4º,09´ en latitud sur y su punto más norte (la isla Santa Catalina, en el caribe) está
a 13º, 23´ en latitud norte. Su extremo occidental está 81º,43´ con respecto al
meridiano de Greenwitch, correspondiente a la Isla de San Andrés en el mar Caribe,
mientras su extremo oriental se halla a 66º,50 con respecto al mismo meridiano.
a)
Desde el punto de vista de la disponibilidad del recurso solar(5), Colombia posee
los extremos establecidos por regiones como la Guajira en la que se tiene los
máximos valores promedio diario anual de aproximadamente 6 kWh/m2, con
escasos eventos de más de dos días seguidos de nubosidad (gran parte es
zona desértica), hasta los más bajos promedios diarios al año como los del
Chocó, con valores de aproximadamente 3 kWh/m2, con más de cinco días
continuos de alta nubosidad, pues es una de las regiones más lluviosas del
planeta. Además en los límites bajos se hallan las zonas de muy alta montaña
(más de 3000 msnm) en las que no es raro encontrar viviendas de campesinos;
en esas zonas se pueden presentar eventos de nubosidad superior a ocho días
consecutivos. El resto del territorio colombiano muestra promedios diarios
anuales entre los límites anteriores, centrándose hacia los 4,5 kWh/m2, con
número de días de nubosidad continua no mayor a tres.
Un aspecto importante a tener en cuenta en la disponibilidad del recurso solar
es el hecho de que más del 90% del territorio nacional (se exceptúan la Guajira
y las islas de San Andrés y Providencia) está afectado por la zona de
confluencia intertropical lo cual determina que la componente de radiación solar
directa sea relativamente baja y que se presenten variaciones abruptas en la
intensidad total.
La consecuencia de esta circunstancia es que no es posible utilizar dispositivos
captadores fototérmicos cuyo fundamento de operación sean los
concentradores solares; las opciones de captación de energía solar se reducen
a dispositivos planos y solo eventualmente a tener algún accesorio de mejora
con reflexión de la radiación global.
b)
Desde el punto de vista de temperatura(6), el 83% del territorio colombiano se
halla en zona cálida (entre 0 y 1000 msnm) con temperatura promedio anual de
23oC, con poca fluctuación.
•
El 9% del territorio colombiano se halla en zona templada (entre 1000 y
2000 msnm) con temperaturas promedias entre 17,5 y 23 oC.
•
El 6% del país se halla en la zona fría (entre 2000 y 3000 msnm) con
temperaturas promedias entre 12 y 17,5oC.
18
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•
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El 2% se halla en zona de páramo a más de 3000 msnm con temperaturas
inferiores a 12oC.
Se concluye entonces que en la casi totalidad del territorio nacional en el que se
pueden utilizar los SST (y en especial en las zonas urbanas), las temperaturas
ambientales nunca llegarían a ser tan bajas como para que se presente
congelamiento del agua en las tuberías de acueducto y distribución.
c)
Desde el punto de vista de la humedad relativa también se presentan algunas
diferencias entre regiones:
•
la zona pacífica (que involucra al Chocó), la hoya del río Orinoco, el Valle
del Río Magdalena y las riveras del Atrato, la humedad fluctúa entre el 75 y
el 90%.
•
Otras regiones como la sabana de Bogotá, el Valle del Cauca y el gran
Tolima mantienen una humedad del 65%.
•
La Guajira, a pesar de su régimen desértico tiene una humedad
relativamente alta (70%), por su cercanía al mar.
d)
Desde el punto de vista de la precipitación, también hay diferencias abruptas
como entre Uribia en la Guajira con 330 mm de lluvia al año, mientras algunos
sitios del Chocó superan los 10.000 mm al año. El resto del país presenta
valores normales de precipitación con régimen bimodal, entre invierno y verano.
e)
Desde el punto de vista de los vientos, igualmente hay contrastes destacables
pues en muchas regiones (la mayor parte del territorio colombiano) el recurso
eólico es más bien pobre con velocidad media anual inferior a 2m/s y con
potencia media anual menor de 10W/m2, (7), mientras que en otras regiones
como la Guajira se presentan situaciones con velocidad media anual mayor de
6m/s, con potencia media anual mayor de 250W/m2.
Debido a que el 75% de la población colombiana se halla en la zona Andina y a que
ésta cubre un muy variado rango del alturas sobre el nivel del mar (desde
aproximadamente 500 a 3000msnm), puede afirmarse que el mayor potencial de
usuarios de SST se halla en climas cuya altura sobre el nivel del mar sobrepasa los
900msnm (por debajo de los 24oC). Dentro de estos rangos (3) se hallan ciudades
como Cali (970msnm y 23,5oC de temperatura media anual), Bucaramanga
(1018msnm y 22,9oC tma), Medellín (1490msnm y 21,6oC tma), Manizales
(2150msnm y 16,4oC tma), Bogotá (2640msnm y 13,8oC tma), además de ciudades
como Tunja, Pasto, Pereira y otras; esto permite afirmar que el porcentaje de
población que estaría en eventual necesidad de utilizar la energía solar para
calentamiento de agua para uso doméstico puede superar el 65% de la población
total de Colombia.
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De hecho, en la mayor parte de las ciudades mencionadas existen instalaciones
domiciliarias de SST. También los hay en sus zonas rurales.
La población que habita las regiones cálidas como la Caribe, la Pacífica y los Llanos
Orientales no tienen una cultura de empleo de agua caliente en duchas. A pesar de
que buena parte de la población urbana en estas regiones suele ducharse más de
una vez al día, no parecen estar interesados en disponer de agua caliente para sus
duchas.
De diferentes estudios realizados en Colombia sobre los SST empleados en
calentamiento de agua para uso doméstico, se desprende que en la casi totalidad
de los sistemas, el dimensionamiento básico corresponde a tanque de
almacenamiento con capacidad de 35 galones (132 litros) y 2m2 de colector solar.
Las unidades familiares que emplean estos sistemas tienen un promedio de cuatro
personas y se hallan entre los estratos socioeconómicos medio bajo y medio alto.
Esos mismos estudios han demostrado que el grado de satisfacción entre los
usuarios es aceptable.
En conclusión, puede adoptarse como el estándar mínimo en la vivienda en
Colombia, sistemas de calentamiento de agua con capacidad de 33 litros de agua
caliente por persona al día (8,75 gl/día) y no más de 66litros (o 17,5 gl) por cada
metro cuadrado de colector solar.
En gran medida, la durabilidad y seguridad del SST dependerá de una adecuada
instalación.
De otro lado, las presiones de acueducto y/o de sistemas hidroneumáticos pueden
eventualmente generar presiones hidráulicas superiores a 100psi o 689100Pa., lo
que sumado a temperaturas de operación de hasta 70oC o más, puede convertirse
en una situación drástica para los SST.
Además, en algunas regiones del territorio nacional, las aguas de consumo
doméstico tienen un grado de dureza relativamente alto, lo que afecta seriamente la
durabilidad de tuberías metálicas, especialmente de aluminio y de hierro
galvanizado.
4.3. MARCADO
4.3.1. Colector Solar
En particular, el colector solar debería mostrar claramente en una marcación o
etiqueta indeleble la siguiente información:
a)
Aspectos corporativos:
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• nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
• el modelo,
• fecha de manufactura.
b)
Especificaciones de fabricación: área efectiva, material de la cubierta, material
de la placa de absorción y tipo de recubrimiento, número y material de los tubos
soldados a la placa de absorción, material del aislante, material de la caja o
chasis. Presión máxima de operación.
c)
Aspectos operativos: identificación de conexiones de entrada y salida de agua
en operación y el sitio del drenaje.
4.3.2. Tanque de Almacenamiento
El etiquetado del tanque de almacenamiento debería indicar la siguiente
información:
a)
Aspectos corporativos:
•
nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
•
el modelo,
•
fecha de manufactura.
b)
Especificaciones de fabricación: Capacidad del tanque, material del tanque,
material del aislante, material del recubrimiento exterior. Presión máxima de
operación. Si posee soporte auxiliar eléctrico: potencia del elemento calefactor,
voltaje de operación.
c)
Facilidades operativas: Las entradas y salidas deberían estar debidamente
etiquetadas: entrada de agua fría o suministro, salida al colector solar, llegada
del colector solar, salida al consumo.
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5. SERVICIOS E INFORMACIÓN REQUERIDOS
5.1. INFORMACIÓN QUE DEBERÍA ENTREGAR EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA CON SU OFERTA PARA FACILITAR LA SELECCIÓN DE
EQUIPOS.
El distribuidor o contratista debería ofrecer SST completos y tener disponibilidad de
partes de repuesto y servicio de postventa. Debería ofrecerle al usuario la
posibilidad de capacitación para el buen uso, manejo y mantenimiento del sistema.
Sería deseable que en las localidades en las que hay un número adecuado de SST,
hubiese una persona bien entrenada para prestar servicios técnicos, mantenimiento
y asesoría o un representante del distribuidor con el propósito de facilitar tanto
asesoría como suministro de partes de repuesto.
5.1.1. Datos técnicos
El distribuidor, proveedor o contratista debería suministrar la información técnica de
cada uno de los componentes del SST como se indica a continuación:
5.1.1.1. Colector Solar
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
c)
Peso y dimensiones
d)
Área efectiva del colector
e)
Material de fabricación de: la cubierta, de la placa de absorción y tipo de
recubrimiento, de la tubería interna, también, número de tubos en la placa de
absorción, material del aislante y su espesor, y material de la caja o chasis
f)
Coeficiente global de pérdidas térmicas
g)
Eficiencia óptica (τα)
h)
Eficiencia nominal de operación en condiciones estipuladas por el fabricante o
en condiciones estándar de laboratorio homologado
i)
Temperatura de estancamiento en condiciones de ensayo.
j)
Calibre y tipo de conexión para el exterior, de que está provisto el colector
solar
k)
Presión de prueba y presión hidráulica máxima a la que puede estar sometido
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l)
Especificaciones constructivas del colector, que incluyan tipo y característica
de los materiales empleados y la forma como se previene el intemperismo.
m)
Requerimientos de una adecuada instalación (y accesorios que se suministran
para ello)
n)
Requerimientos de mantenimiento
o)
Tiempo de vida útil esperado
p)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.1.1.2. Tanque de Almacenamiento
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Capacidad del tanque
c)
Peso, forma y dimensiones
d)
Forma de trabajo (horizontal o vertical si es cilíndrico)
e)
Material y espesor de la pared del tanque.
f)
Tipo de tanque (abierto, cerrado)
g)
Recubrimiento interno
h)
Tipo de ánodo de sacrificio
i)
Presión a la cual se ensayo y presión hidráulica máxima que puede soportar
j)
Tipo de aislamiento y espesor
k)
Tipo de recubrimiento del aislamiento y su conductividad térmica
l)
Factor global de pérdidas térmicas en función de la temperatura.
m)
Presión de alivio y mecanismo que la garantiza
n)
Característica de reducción de temperatura contra el tiempo
o)
Tipo de complemento auxiliar de energía (si lo tiene)
p)
Si está dotado de intercambiador de calor interior (todo lo relacionado con su
fabricación, operación, mantenimiento y duración).
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q)
Si está dotado de elementos o materiales que provean almacenamiento por
calor latente, se debería especificar todo lo relacionado con seguridad y
toxicidad.
r)
Duración probable y factores de envejecimiento del tanque
s)
Requerimientos de instalación y accesorios que se suministran para ello.
t)
Si el tanque está provisto de elemento auxiliar de complemento energético,
especificar su potencia y programación de funcionamiento automático.
u)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.1.1.3. Accesorios y Tuberías
El proveedor debería informar sobre todas las especificaciones de los accesorios y
tuberías que entrega con los SST: material, calibre, presión y temperatura máximas
de operación.
De los aislamientos de la tubería: material, conductividad térmica, intemperismo y
vida útil esperada.
5.1.1.4. Certificado de Prueba del SST Completo
El proveedor debería mostrar al posible usuario la certificación de calidad y buen
desempeño del sistema total, emitida por la entidad autorizada para tal fin.
5.1.1.5. Garantías
Igualmente, el distribuidor o proveedor debería mostrar claramente sus garantías y
alcance, así:
a)
Certificados que respaldan al sistema y a cada una de sus partes en el sentido
de que cumplen especificaciones y normas; debería ser emitido por una
entidad autorizada para tal fin.
b)
Información sobre el tiempo de vida útil de cada uno de los elementos del
SST.
5.2. DOCUMENTOS Y/O MANUALES QUE EL PROVEEDOR O CONTRATISTA
DEBERÍA ENTREGAR CON LOS EQUIPOS.
a)
Manual de instrucciones ajustado a las normas vigentes para instalación,
conexión, pruebas y operación del sistema, dirigido a personal técnico.
Debería incluir también, aspectos relacionados con el mantenimiento,
diagnóstico en casos de falla y sus soluciones.
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b)
Manual sencillo para el usuario final en el que se le informa a cerca del
servicio que puede prestar el SST y los límites que se deberían tener en
cuenta. Debería incluir también, instrucciones de la adecuada operación del
sistema, de diagnóstico básico en caso de fallas, del reemplazo de partes.
c)
Documento de garantía firmado por el representante legal para el usuario final.
d)
Listado de distribuidores autorizados, representantes en otras localidades con
dirección y teléfono a los que se puede acudir en caso de requerir servicios
técnicos.
5.3. SERVICIOS QUE DEBERÍA PRESTAR EL PROVEEDOR O DISTRIBUIDOR
Para la entrega de los SST el proveedor o contratista debería realizar la instalación
y prueba en el sitio, fecha y término que el usuario indique. Deberían quedar en
óptimo estado de operación a juicio de la interventoría o del personal encargado de
aprobar las instalaciones hidráulicas y de suministro de agua caliente en las
viviendas.
El proveedor debería efectuar los servicios de mantenimiento que sean necesarios y
tener la disponibilidad de repuestos de tal forma que si se reporta un daño, el
problema se solucione a la mayor brevedad.
Además, el proveedor debería asegurar servicios de mantenimiento y suministro de
partes de repuesto por fuera de la garantía, de manera directa o por representantes
autorizados en la mayor cercanía posible a los sitios de instalación.
5.4. BASES BAJO LAS CUALES EL DISTRIBUIDOR O PROVEEDOR DEBERÍA
CAPACITAR A PERSONAL TECNICO Y/O AL USUARIO FINAL.
El proveedor, distribuidor o contratista debería suministrar capacitación y/o
adiestramiento a un equipo de ingenieros y personal técnico del organismo oficial
que realiza la compra sobre todos los aspectos relacionados con, funcionamiento,
instalación, operación y mantenimiento de los SST, dentro del mes siguiente a su
instalación.
Igualmente, al momento de la instalación, el proveedor o contratista debería
suministrar capacitación al usuario final sobre los aspectos relacionados con,
servicios que presta el sistema, forma normal de operación, limitaciones del sistema,
diagnóstico de problemas, reemplazo de partes y en general de los problemas que
el distribuidor conozca.
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5.5. SEGUIMIENTO PERIODICO DE LOS SISTEMAS EN OPERACIÓN
El personal técnico encargado de velar por la calidad y buen desempeño de los SST
debería realizar inspecciones de los sistemas instalados para observar:
a)
Cantidad y temperatura del agua caliente suministrada
b)
Estado general del SST
c)
Desempeño del colector solar y su estado
d)
Desempeño del tanque de almacenamiento y su estado
e)
Desempeño de la válvula de alivio
f)
Estado general de las tuberías y accesorios
g)
Operación correcta de los sistemas por los usuarios
h)
Cumplimiento de las garantías ofrecidas por el proveedor.
i)
Grado de satisfacción del usuario con el SST.
j)
Si a juicio del personal oficial, el proveedor o contratista no ha cumplido con
garantías o con durabilidad de las partes y con los demás servicios
estipulados en la contratación, podrá solicitar que se apliquen las
penalizaciones establecidas por la ley.
6. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
6.1. COLECTOR SOLAR PLANO
El colector solar está constituido por las partes indicadas en la sección 4.1.2.1 y
descrito en la Figura 3:
a)
Cubierta transparente: está constituida por la cubierta externa superior la cual
puede estar compuesta por uno, dos o más láminas de material transparente.
La cubierta transparente puede ser de vidrio o de plástico o una combinación
de ellos y preferiblemente rígidos. Deberían satisfacer requerimientos ópticos
(alta transmitancia , superior a 0,87 para incidencia normal y baja reflectancia
angular), térmicos, mecánicos, antiintemperie y de vida media larga. No es
indispensable que se integre a la estructura o que soporte carga. En general,
el vidrio resiste mejor aspectos como la radiación UV (es altamente estable), y
soporta más eficazmente el efecto abrasivo del polvo en vientos veloces (se
raya menos). Sería deseable que fuese antirreflectivo para mejorar la
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eficiencia óptica en ángulos diferentes al de incidencia normal. De otro lado, el
vidrio templado resiste mejor que el vidrio plano normal los choques y
tensiones térmicas. Estos choques pueden ser tan severos como estar
sometidos a temperaturas de 130oC y repentinamente recibir agua lluvia a
10oC o menos o lo que es peor, golpes de granizo.
El material sellante utilizado para fijar la cubierta puede ser un polímero,
caucho, o material siliconado, que en todo caso debería tener un tiempo de
vida útil superior a 20 años.
b)
La superficie o placa de absorción: por ser el dispositivo en el cual la radiación
solar se convierte en calor, su superficie debería tener una alta absortancia
solar (superior a 0,90), ser tal que logre la mayor conversión fototérmica
posible, que además tenga una baja emitancia infrarroja (inferior a 0,35 para
temperaturas inferiores a 150oC) y que todo su material conduzca
eficientemente el calor obtenido hacia los tubos por donde circula el fluido de
trabajo. Su conductividad térmica debería estar por encima de 100,0W/moC.
Por lo anterior, es recomendable una placa de absorción metálica con
recubrimiento negro electrolítico, con comportamiento selectivo para aumentar
la absortancia solar y disminuir la emitancia térmica o infrarroja y que también
muestre una alta conductividad térmica.
Además de las propiedades ópticas y térmicas mencionadas, debería ser tal
que permita un contacto de tipo soldable con los ductos que conducen el fluido
de trabajo. La fabricación de algunos colectores se hace de tal forma que los
ductos quedan incluidos en la placa de absorción (técnica rollbond). Eso es un
avance para lograr mejores resultados en cuanto a conducción de calor, pero
no siempre lo mejor en durabilidad, especialmente cuando los ductos son de
aluminio; éste es atacado cuando opera con aguas duras. Su durabilidad es
aceptable cuando trabaja con fluidos diferentes al agua, como ocurre en los
SST en zonas de marcada estacionalidad, en donde no se puede utilizar agua
como fluido de trabajo.
Entre los materiales más usados en la placa de absorción está el cobre con
recubrimiento selectivo (llamado níquel negro), el aluminio con recubrimiento
de negro anodizado, el hierro galvanizado con recubrimiento autoadherente de
níquel-cromo negro y otros como el latón.
c)
Los tubos por los que circula un fluido de trabajo: puesto que deberían recibir el
calor generado en la placa de absorción deberían ofrecer una muy buena
conductividad térmica (mejor de 100,0W/moC). Para favorecer dicha
conductividad, deberían tener un excelente contacto con la placa de
absorción, por lo cual, como ya se mencionó, algunos fabricantes los hacen
por el método rollbond en ella. Deberían además, resistir los efectos de
corrosión del agua caliente y de las aguas duras. Desde el punto de vista
mecánico, deberían ser compatibles para soldadura con la lámina o placa de
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absorción. Por el lado electroquímico, no deberían generar corrosión galvánica
en el sistema.
El conjunto de tubos dentro del colector solar (y fuera de él) debería soportar
las presiones típicas de acueducto y/o de sistemas hidroneumáticos, por lo
cual no es extraño sobrepasar los 100psi o 689.100 kPa). Esta condición
sumada a tensiones térmicas y mecánicas sugiere que el material más
conveniente es el metal. Dentro de los metales que se suelen utilizar se puede
mencionar el cobre, el aluminio, el hierro galvanizado y otros.
d)
El aislamiento del colector, debería presentar características físicas, químicas
y termofísicas de tal forma que, tenga una muy baja conductividad térmica
(menor de 0,040W/moC en el rango de 20 ºC a 120oC), una muy baja
absorbencia de agua, baja capilaridad y mínima retensión del agua, debería
ser químicamente estable (por más de 20 años), que evite formación de llama
y que soporte las temperaturas de estancamiento en condiciones de ensayo.
e)
La caja o chasis que da soporte y estructura al colector solar plano: debería
ofrecer propiedades mecánicas tales que resista torsiones típicas de
transporte e instalación, sin poner en peligro la cubierta transparente, ni los
elementos de la placa de absorción, incluidos los ductos interiores.
Debería estar debidamente provista de los requerimientos de intemperismo
propios de las zonas en las que se van a instalar los SST.
Los requisitos anteriores dan la posibilidad a que se utilicen materiales como
hierro, aluminio o plásticos rígidos.
Debería estar dotada de los sellos pertinentes en todos los puntos en donde
entran o salen tubos, así como en los contactos con la cubierta transparente.
6.1.1. Tanque de Almacenamiento
Debido a que las condiciones de operación son relativamente exigentes, los tanques
deberían ser metálicos (hierro galvanizado, hierro con recubrimiento porcelanizado,
acero inoxidable etc.) o de cualquier otro material que demuestre soportar las
condiciones ya mencionadas, de presión, temperatura, corrosión, oxidación, dureza
de agua e intemperismo por más de 20 años. Estas condiciones definen el espesor
de la pared del tanque propiamente dicho.
Por las razones expuestas en 4.1.3.2., si el tanque es metálico, se hace
imprescindible que se utilice ánodo de sacrificio en su interior para minimizar el
proceso de corrosión en el material del tanque. Es usual que el fabricante de estos
tanques les incluya en su interior una barra o varilla de otro metal adecuado sobre el
cual recae la mayor parte de la corrosión galvánica, aumentando así la vida del
tanque. Dicha barra puede ser de aluminio o de magnesio si el tanque es de hierro.
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El aislamiento del colector debería presentar características físicas, químicas y
termofísicas de tal forma que, tenga una muy baja conductividad térmica (menor de
0,040W/moC en el rango de 20 ºC a 120oC), una muy baja absorbencia de agua,
baja capilaridad y mínima retensión del agua, debería ser químicamente estable (por
más de 20 años), que evite formación de llama.
En cuanto a acabado, el exterior del tanque debería estar recubierto de algún
material que proteja el aislamiento del ambiente exterior y que contribuya a un
acabado suficientemente estético y agradable, compatible con la construcción o
vivienda en la cual se instala. Así, por ejemplo, cuando se utiliza fibra de vidrio o
lana mineral como aislantes del tanque, se recubren con lámina de aluminio en un
acabado de tipo industrial que además provee sellamiento para que no ingrese agua
de lluvia al aislante.
Finalmente, si el tanque está provisto de elemento calefactor auxiliar, éste debería
cumplir las normas propias para ese tipo de tanques.
6.1.2. Accesorios.
Tuberías, válvulas, uniones, codos, cheques, válvulas de alivio etc, deberían cumplir
las normas establecidas para las acometidas hidráulicas de agua caliente, pero
además, debería tenerse sumo cuidado de que sus materiales sean amigables
(compatibles químicamente) desde el punto de vista de la corrosión galvánica con
los materiales del colector solar plano y del tanque de almacenamiento, al igual que
entre ellos mismos.
REFERENCIAS
1) INEA., Censo, Caracterización y Grado de Satisfacción de los Sistemas Solares
Térmicos Instalados en Colombia. Bogotá, 1996.
2) Fritz Herning, Transporte de fluidos por tuberías. Editorial Labor, Barcelona, 1975.
3) HIMAT. Calendario Meteorológico, Bogotá, 1986
4) Ing. José A. Manrique, Energía Solar, Fundamentos y Aplicaciones Fototérmicas.
Harla, Harper & Row Latinoamericana, 1984
5) INEA., Atlas de Radiación Solar de Colombia. Bogotá, 1993.
6) Victor Olgyay, Clima y Arquitectura en Colombia. Cali 1968.
7) Rodríguez J. M., coautor de Energía, sus Perspectivas y Utilizaciones en
Colombia, Universidad Nacional de Colombia, EEEB, 1996.
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Guía de Especificaciones de Sistemas de Calentamiento de Agua
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SEGUNDA PARTE: GUÍA PARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS
SOLARES TERMICOS PARA CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO
DOMESTICO
La mayor parte de las especificaciones contenidas en esta segunda parte se
fundamentan en las normas de acometidas hidráulicas y en las ....
Debido a que el SST para calentamiento de agua para uso doméstico se clasifica
como un electrodoméstico, la infraestructura para su instalación debe ser
suministrada casi en su totalidad por la vivienda misma (esto es, soportería,
acometidas hidráulicas de suministro de agua fría y acometidas hidráulicas para el
consumo de agua caliente). Cuando se trata de adaptar una vivienda no diseñada
para usar SST, es posible que el distribuidor de estos acepte realizar parte de la
anterior infraestructura, pero en principio esas adaptaciones son obras civiles que
en muchos casos escapan de la competencia de un distribuidor de SST.
En el caso de instalaciones en edificios de apartamentos (y aún en algunas casas)
sería conveniente que las tuberías de distribución de agua caliente, además de la
regata en pared, estén debidamente aisladas. Debería estudiarse la viabilidad de
dejar instalada la red de retorno apropiada, para garantizar el inmediato suministro
de agua caliente y evitar el desperdicio de agua fría, cuando dicha red no se instala.
1. DE LA UBICACIÓN Y SOPORTE
Es indispensable que el sitio en el que se ubicará el colector solar plano no reciba
sombras durante el día, en ninguna época del año.
Dadas las condiciones de operación y la ubicación geográfica de Colombia, el
colector solar debería orientarse de tal manera que las regiones de Colombia que
están en el hemisferio norte tengan una inclinación no mayor de 15º con respecto a
la horizontal y orientados hacia el sur. Para las regiones ubicadas en el hemisferio
sur la inclinación debería ser no mayor de 12º con respecto a la horizontal y
orientados hacia el norte. En todo caso, se recomienda que la inclinación no sea
menor de 10º.
Si el colector solar se pretende ubicar sobre el techo de la vivienda, se deben
observar los siguientes aspectos:
a.
Verificar que facilita el cumplimiento de orientación e inclinación descritas
anteriormente
b.
Que su estructura es adecuada para soportar el peso del colector solar más el
del tanque (cargado) más el de la persona o personas que los instalarán? No
se recomienda colocarlos sobre la cubierta de la casa cuando ésta es de paja,
de teja de asbesto-cemento con escaso soporte, y menos aún en el caso de
cartón asfaltado. Si es en la cubierta de un edificio, debería ser sobre una
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plancha de concreto; Si su cubierta es en teja de asbesto cemento debería
tenerse especial cuidado en que la soportería del tejado sea lo
suficientemente fuerte como para no poner en riesgo de accidente a los
instaladores y al personal de mantenimiento. Como dato estructural debería
tenerse en cuenta que para instalar el colector solar se requiere una estructura
que soporte al menos 200kg/m2; la estructura que soporta al tanque, de al
menos 600kg/m2.
c.
La estructura de soporte del tanque debería tener una altura tal que, garantice
que la parte inferior de éste quede descansando al menos 0,60 m por encima
de la parte más alta del colector solar.
d.
La estructura del tanque debería diseñarse teniendo en cuenta situaciones de
riesgosa inestabilidad como temblores de tierra y fuertes corrientes de viento.
e.
El soporte del tanque debería ubicarse de tal manera que éste no proyecte
sombras durante el día en ninguna época del año sobre el colector solar
plano.
f.
Si los anteriores aspectos son favorables, debería tenerse en cuenta que al
instalarlos, tengan de ser posible, una adecuada eliminación de corrientes de
viento, especialmente en la noche. Si es posible, de alguna manera
arquitectónicamente válida (o aceptable estéticamente), que el tanque quede
resguardado de la intemperie, ello ayudará a un mejor desempeño del SST.
Si definitivamente se desecha la cubierta de la vivienda como soporte del SST, es
necesario montarlos en otro soporte que al menos cumpla con los siguientes
aspectos:
a.
Sea una estructura de madera, de metal o de concreto de geometría
adecuada para dar al colector solar la orientación e inclinación propicios a la
máxima captación de radiación solar durante el año.
b.
Anclaje y rigidez suficientemente fuertes como para soportar cargas eólicas
generadas con vientos de hasta 80 km/h y movimientos sísmicos,
especialmente el soporte del tanque de almacenamiento, el cual queda
expuesto a mayor altura que el colector solar.
c.
Si se usa madera debería haber sido curada contra corrosión biológica. Si la
estructura es metálica, debería estar provista de elementos y/o tratamientos
que prevengan la corrosión general.
d.
Proporcionar todas las facilidades de montaje del colector solar y del tanque,
de tal forma que no sea necesario intervenirlos mecánicamente.
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2. COLECTOR SOLAR
a)
El colector solar no debería fijarse de forma permanente, es decir, no debería
soldarse al soporte. Cada fabricante debería dar sus propias facilidades de
anclaje mecánico seguro, firme y duradero.
b)
Debería verificarse que el colector solar no quede sometido a tensiones
mecánicas ni a torques que puedan agravarse por efecto de las temperaturas
de operación.
c)
Debería tenerse especial cuidado en que de ninguna manera haya posibilidad
a que existan empozamientos de agua en los que en algún momento quede
inmerso el colector solar. Toda su inmediata vecindad debe estar exenta de
humedad crónica o permanente.
d)
Debería instalarse cuidadosamente la válvula de drenaje y tener cuidado de
que al operarla, no forme apozamientos, genere corrosión o manchas en la
caja o en la cubierta transparente del colector solar.
e)
Una vez instalado el SST, debería observarse que la cubierta transparente del
colector esté rigurosamente limpia.
3. DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
a)
Al colocar el tanque en su soporte, debería fijarse o anclarse de forma tal que al
instalar las tuberías, no se generen tensiones mecánicas o torsiones entre el
colector y el tanque.
b)
El anclaje no debería ser permanente, es decir soldado, sino atornillado o
mediante cualquier otro método que facilite su eventual desmonte.
c)
Debería observarse que al montarlo en su base, su fondo quede al menos 0,6m
por encima de la parte más alta del colector solar y que no proyecte sombras
sobre éste.
d)
Debería tenerse cuidado en que nunca se formen apozamientos de agua en la
base del tanque, para evitar la corrosión.
e)
Deberían instalarse las válvulas de alivio y de purga y de drenaje de tal manera
que no generen empozamiento, corrosión, oxidación o manchas en el cuerpo
exterior del tanque. Si es necesario colocarles extensiones, debería hacerse.
f)
Al conectar el tanque a la acometida de suministro de agua fría, debería
observarse la adecuada instalación de la válvula cheque y de la válvula o
registro de corte de suministro.
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g)
Debería conectarse el tanque al circuito de suministro de agua caliente y aislar
térmicamente la tubería de conexión, luego de ensayar el adecuado
funcionamiento hidráulico.
h)
Finalmente, si el tanque está dotado de mecanismo auxiliar de calentamiento,
resistencia eléctrica por ejemplo, debería conectarse a la red de energía
eléctrica y colocar la programación del sistema de acuerdo a como el usuario lo
solicite. El control de temperatura puede programarse para que encienda
automáticamente cuando el agua del tanque esté a 27oC y se apague tan
pronto llega a 30oC. El sistema temporizador puede programarse para que
permita la acción de la resistencia a las 5:30A.M. si fuere necesario, o antes si
el usuario así lo solicita.
i)
Debería tenerse especial cuidado en relación a que el cableado del sistema
auxiliar no quede expuesto a la intemperie.
4. DE LOS ACCESORIOS
a)
El circuito hidráulico colector-tanque debería realizarse según las
especificaciones y requerimientos del fabricante (que deberían señirse a las
normas establecidas), pero cuidando de que las longitudes de las tuberías sean
las más cortas posibles para minimizar las pérdidas térmicas por este concepto.
Además, debería tenerse cuidado en que las tuberías no queden expuestas a
choques y tensiones por transito de personas en su vecindad.
b)
La fijación de las tuberías debería realizarse de manera que no generen
tensiones mecánicas o torsiones entre ellas y entre ellas y el colector solar o el
tanque de almacenamiento.
c)
Antes de colocar los aislamientos térmicos a estas tuberías y accesorios es
conveniente cargar el SST con agua a la presión de operación.
d)
En este proceso debería observarse que no queden burbujas de aire en
ninguna parte del circuito, solo en la parte superior del tanque, la cual se regula
con la válvula de purga. En conclusión, el sistema debería quedar debidamente
purgado.
e)
Una vez realizado el proceso de purga, debería observarse cuidadosamente
que no haya fugas ni goteo de agua en ningún elemento del circuito.
f)
Se debería aprovechar esta situación para observar el adecuado
funcionamiento del colector solar. En su parte superior debería estar saliendo
agua caliente y en su parte inferior debería estar ingresando agua fría procedente
del tanque de almacenamiento.
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g)
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Una vez se ha verificado que no hay fugas de agua, se procede a realizar el
adecuado aislamiento térmico de las tuberías.
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TERCERA PARTE : RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO
PREVENTIVO DE SISTEMAS SOLARES TERMICOS PARA
CALENTAMIENTO DE AGUA PARA USO DOMESTICO
Las condiciones de operación de los SST en Colombia exigen que se haga
mantenimiento preventivo y seguimiento a las partes que lo componen para cumplir
con los propósitos fijados: confiabilidad, seguridad y larga vida.
Dependiendo de la condición climática de la zona o lugar donde se halla ubicado el
SST, se debería hacer un procedimiento de observación y de prevención de fallas,
procedimiento que no es posible generalizar especialmente en cuanto a la
frecuencia con la cual se debería realizar, por la variedad de climas y condiciones
que posee el territorio nacional. Sin embargo, se recomienda que al menos cuatro
veces por año, o en el peor de los casos (costos y dificultad de acceso), se revise
preventivamente el SST dos veces por año, a menos, claro está, que se presente
alguna falla o emergencia en el sistema. Seguramente, en algunas localidades se
requiere de una mayor frecuencia preventiva, debido por ejemplo, a demasiado
material particulado en el aire, que ocasiona deposición de suciedad en colector
solar o efectos adversos por exceso de humedad y/o salinidad en diferentes partes
del sistema.
El mantenimiento preventivo debe ser realizado por personal calificado.
1. COLECTOR SOLAR
Rutinariamente, lo que se debería hacer con el colector es limpiar su superficie
transparente con la frecuencia que demande la condición climática y la pureza del
aire de cada localidad. Al hacer esto, se debería tener mucho cuidado en no
propiciar choques térmicos en la cubierta del colector. Es claro que si ésta actividad
se realiza al medio día, cuando el colector presumiblemente está más caliente, es
muy probable que se le ocasione daño en su cubierta. Por ello es recomendable
hacerlo temprano en la mañana (antes de las 9 A.M.) o hacia el final del día.
Además de lo anterior,
a)
Observar que no haya factores de sombra sobre el colector, originadas en
árboles, construcciones o cualquier otra circunstancia. Si es por plantas,
eliminar el problema. Si es por construcciones, evaluar qué tanto es el efecto
sobre el SST.
b)
Observar que no estén creciendo plantas por debajo del colector o que haya
colonias de moho por alguno de sus costados. Si las hay, efectuar limpieza.
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c)
Revisar los aislamientos térmicos cercanos al colector. Deberían estar fijos, no
presentar desajuste. Si alguno de estos síntomas se observa, corregirlo.
d)
Observar los puntos de sujeción del colector. No deberían mostrar desajuste.
Si lo hay corregir la falla.
e)
Observar al interior del colector que no haya fugas de agua. Si las hay,
informar a las instancias pertinentes para realizar la reparación o el cambio del
colector. Debería tenerse cuidado en no confundir fugas de agua con
condensación generada entre la placa de absorción y la cubierta transparente
por cambios de temperatura en el aire residual.
f)
Observar el estado del recubrimiento negro de la placa de absorción. Si se
nota defectuoso (descolorido, corrosiones o sulfataciones) informar al
distribuidor o a la instancia pertinente encargada de velar por el adecuado
funcionamiento de los SST.
g)
Observar en las conexiones del colector con las tuberías que no se presente
goteo o fugas de agua.
h)
El colector se debería drenar por lo menos una vez al año, a menos que las
condiciones del agua de suministro impliquen una mayor frecuencia en la
limpieza de tanques y dispositivos en los que se almacena el agua. En este
caso debería drenarse siempre que se drene el tanque de almacenamiento.
2. PARA EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
Para el mantenimiento del tanque de almacenamiento se recomienda tener en
cuenta los siguientes aspectos:
a)
Revisar cuidadosamente para observar que no haya fugas de agua o de vapor
por ningún lado del tanque o de sus interconexiones. En cada una de éstas,
revisar si hay síntoma de fugas, por ejemplo, corrosión o sulfatación u
oxidación, o simplemente humedad o goteo; si hay algún síntoma de estos
debería procederse a reemplazar el accesorio o a ajustarlo adecuadamente.
b)
Revisar que no haya defectos (óxido, manchas, corrosión o daños mecánicos)
en el recubrimiento del aislante térmico. Observar que no se estén formando
colonias de moho o crecimiento de plantas en su inmediata vecindad. Si se
nota o percibe alguno de estos inconveniente, solucionarlo.
c)
Revisar la soportería del tanque. Si el soporte es en madera, observar que no
haya corrosión biológica o efectos de intemperie. Si los hay, corregirlos. Igual
si la estructura es metálica o de concreto.
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d)
Observar las válvulas de alivio y de purga al igual que la de drenaje. Las
primeras no debería haber generado manchas u oxidación en la vecindad
donde descarga. Si eso ha ocurrido, tomar las previsiones para que no
continúe esa situación.
e)
Si el sistema tiene soporte auxiliar eléctrico, revisar las conexiones eléctricas y
el sistema de programación y control de temperatura. Es conveniente revisar
que estos dispositivos estén operando adecuadamente. Si se encuentran
fallas se deberían reportar al distribuidor.
f)
Antes de drenar el tanque se debería desconectar el sistema de soporte o
auxiliar.
g)
Es conveniente drenar el tanque por lo menos una vez al año. Existen ciertas
localidades que demandan una mayor frecuencia, debido al comportamiento
de aguas duras y/o por altos contenidos de óxidos. Para drenar con rapidez es
conveniente abrir la válvula de purga. Una vez drenado, dejar entrar agua
tanto al tanque como al colector y permitir que salga agua de enjuague
durante unos tres minutos. Cerrar las válvulas de drenaje tanto del colector
como del tanque, y permitir que el sistema se llene, manteniendo la válvula de
purga abierta hasta cuando el tanque quede lleno. Una vez quede lleno,
observe el funcionamiento de todo el sistema.
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CUARTA PARTE : RECOMENDACIONES BASICAS PARA LOS
USUARIOS DE LOS SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON
ENERGÍA SOLAR PARA USO DOMÉSTICO
Si bien, no es recomendable que el usuario intervenga las partes y componentes
del SST que le suministra el agua caliente, en particular, para no afectar las
garantías que comprometen al proveedor o realizar cualquier otra acción que pueda
poner en peligro el desempeño adecuado o la durabilidad de las partes del sistema,
o aún su propia seguridad personal, la de otras personas y/o la de la vivienda, sí es
conveniente y necesario que tenga presente algunas acciones básicas y
fundamentales en caso de falla del sistema.
En caso de presentarse una falla en el suministro de agua caliente, deberían
tenerse en cuenta los siguiente aspectos:
a)
Si el agua no sale suficientemente caliente:
•
Por estudios previos realizados en Colombia sobre el desempeño de los SST, no
es raro que en algunos días de los meses de abril y noviembre (meses típicos de
invierno en la zona Andina), la temperatura del agua en horas de la mañana
pueda encontrarse en valores tan bajos como 27oC, nivel no tolerable por
algunos usuarios. Lo normal durante la casi totalidad de días del año es que la
temperatura esté por encima de 30oC. Así pues, si la temperatura con frecuencia
es menor de 30oC, puede estarse presentando una falla. En este caso, conviene
revisar los siguientes aspectos:
•
El estado de limpieza del colector solar. Si está sucia la cubierta transparente,
debería limpiarse.
•
Podría ocurrir que haya fuga de agua en el colector o en alguna de sus
interconexiones. Si se observaría, debería solicitar servicio técnico.
•
La temperatura del sistema puede bajarse durante la noche si el tanque
presenta fugas de agua o de vapor, por lo tanto, debe revisarse
cuidadosamente. Si hay fugas debe solicitar servicio técnico.
•
Además conviene revisar el estado de purga del SST. Basta con abrir la válvula
de purga y dejar salir el aire o vapor de agua, si lo hay.
•
Si además el sistema tiene soporte eléctrico, revisar porqué no está operando.
Para ello, revisar las conexiones eléctricas y/o el testigo de operación de la
resistencia. Si se sospecha que es el sistema de programación se debería
solicitar servicio técnico.
Cuando el SST tiene soporte eléctrico puede ocurrir que el agua esté saliendo
demasiado caliente. Eso tampoco es correcto ni normal. Con seguridad está
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fallando el sistema de programación de la resistencia eléctrica. En ese caso, por
seguridad, se debería desconectar el sistema auxiliar y solicitar servicio técnico.
De todas formas, cuando haya avería en alguno de los elementos de suministro de
agua caliente del SST, debería averiguar por el alcance de los derechos que le
otorga la garantía.
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QUINTA PARTE : EJEMPLO DE SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UN
SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE AGUA CON ENERGÍA SOLAR PARA
USO DOMÉSTICO
Este ejemplo se refiere a algún lugar urbano de la zona andina colombiana, zona
que alberga a más del 65% de la población de Colombia y en la cual los niveles de
radiación solar en promedio diario anual están entre 4,0 y 4,5 kWh/m2día. Se
supondrá que el sistema se ha de instalar en una vivienda de estrato
socioeconómico medio-bajo (estrato 2).
Se debería anotar que en este estrato no es económicamente rentable para un
usuario comprar por su cuenta y riesgo un SST, pues el usuario dispone de
opciones de fuentes convencionales de energía subsidiadas como el gas natural y la
energía eléctrica, que aún a largo plazo le resultan más económicas. El uso de SST
en este estrato es factible solo si el sistema está instalado en la vivienda cuando el
usuario la adquiere, o cuando se realizan planes de vivienda con energía solar
incluída. En este caso el beneficio llega por partida triple, ya que el país ahorra
energías que puede desviar al sector productivo, por el otro, es ecológicamente
recomendable y finalmente, muy económico en su operación para el usuario.
1) Necesidad de consumo de agua caliente: Se asume que la vivienda va a ser
ocupada por 5 personas.
2) Capacidad del tanque: según la especificación adoptada, por cada persona se
debería suministrar al menos 33 litros diarios de agua caliente; entonces su
capacidad debería ser de 165 litros (o 43,7 gl).
3) Área efectiva de colector solar: por cada metro cuadrado de colector solar se
recomienda como máximo 66 litros de capacidad. Como la capacidad total es de
165 litros, entonces se requiere un área de colector solar plano de al menos 2,5
m2.
4) Opciones a elegir: a) buscar fabricante de colectores solares que ofrezcan
exactamente esa superficie en un solo colector solar plano y tanque de 165 litros
de capacidad, b) buscar proveedores que ofrezcan dos colectores solares, cada
uno con área efectiva no menor de 1,3 m2 y tanque de 165 litros, c) El colector
solar plano de fabricación común es de 2 m2, por lo cual se puede optar por uno
de estos con un tanque de 165 litros de capacidad, pero con apoyo eléctrico
programable.
La opción a) es llamativa por la simplicidad del sistema, sin embargo, no es
evidente que un fabricante use esas dimensiones en colector solar plano, debido
a limitaciones en el proceso de fabricación, la incomodidad de transporte (por
peso y por dimensiones) y a los riesgos de daño mecánico. Si el proveedor o
fabricante se compromete a fabricarlo, sería la opción más equilibrada
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termodinámicamente, pero no necesariamente, la más cómoda de transportar e
instalar. De otro lado, reparar un daño (en la cubierta transparente, por ejemplo)
resulta más costoso. La inversión inicial podría ser la más adecuada a estas
necesidades.
Con la opción b) también puede ocurrir que los fabricantes no dispongan de
módulos como los requeridos, pero si lo hay en el mercado, tendría las ventajas
de ser cómodo en transporte, instalación y mantenimiento. Su costo inicial debe
ser similar al anterior.
La opción c) es la más fácil de encontrar, la más económica en inversión inicial
(aunque no en operación), la más confiable en cuanto a suministro de agua
caliente en punto mínimo de temperatura, pero obviamente es la menos
ecológica.
Si la decisión recae sobre el usuario particular (de estrato 2), le resulta muy
llamativa la opción c) por economía inicial y por confiabilidad. Un usuario de
estratos 5 o 6 tendría una opción de sobredimensionamiento con dos colectores
de 2m2 cada uno y un tanque de 70 galones o 265 litros con soporte eléctrico,
además.
Si la decisión es de un funcionario oficial para un plan de vivienda de interés
social, la opción debería ser la b). Se asume que ésta es la opción elegida y que
todos los elementos y accesorios cumplen las especificaciones de la guía. El
fabricante suministrará 2 colectores solares de 0,9m de ancho y 1,5m de largo
con un tanque de 165 litros sin soporte auxiliar de energía.
5) Esquema de instalación: la vivienda fue diseñada para colocar en su cubierta los
colectores solares y el tanque, por lo cual, también la orientación de la
urbanización con respecto a los criterios de insolación y de captación de
radiación solar fue tenida en cuenta. Obsérvese el diagrama.
Por las dimensiones y requerimientos de temperatura, los colectores solares
deberían ser idénticos y se deberían conectar en paralelo. Se asume que tanto
los colectores como el tanque y sus accesorios están dentro de las
especificaciones de fabricación de esta guía.
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Figura 4 Diagrama de la instalación del SST para calentamiento de agua. Vista lateral arriba,
vista semilateral abajo.
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