CAPTURA Y ALMACENAMIENTO SOLAR PARA USOS · PDF fileel calentamiento del agua fueron sustituidos durante la revolución industrial por el carbón,

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUTRIAL

CAPTURA Y ALMACENAMIENTO SOLAR PARA USOS DOMESTICOS DE ALTA

TEMPERATURA

Autor: Mª de las Mercedes Belinchón Muñoz Director: Domingo Guinea Díaz

Madrid Junio 2011

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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

Índice

Capítulo 1 Introducción .............................................................................. 4

1.1 Situación general: de la energía de los fósiles a las renovables .................... 4

1.2 El sol como fuente de energía renovable. Utilización de baja entalpia. ...... 14

1.3 Necesidades energéticas de la vivienda en España ................................... 23

Capítulo 2 El consumo domestico de alta temperatura .............................. 28

2.1 Planteamiento......................................................................................... 28

2.2 Esquema ................................................................................................. 30

2.3 Captación ................................................................................................ 36

2.4 Transporte .............................................................................................. 40

2.5 Acumulación ........................................................................................... 42

2.6 Aplicaciones ............................................................................................ 48

2.6.1 Plancha ......................................................................................................................... 49

2.6.2 Horno ........................................................................................................................... 49

2.6.3 Cocina vitrocerámica .................................................................................................... 49

Capítulo 3 Estudio previo .......................................................................... 51

3.1 Conocimientos previos ............................................................................ 53

3.2 Pérdidas .................................................................................................. 57

Capítulo 4 Modelado y Simulación ............................................................ 65

4.1 Modelado ............................................................................................... 65

4.2 Simulación .............................................................................................. 72

Capítulo 5 Conclusiones ............................................................................ 93

Capítulo 6 Futuros Desarrollos .................................................................. 96

Capítulo 7 Referencias .............................................................................. 97

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Índice de figuras

Fig. 1: Molino de agua para producir movimiento (Fuente: Deutsche Museum) ............................. 4

Fig. 2: Datos sobre los diferentes sistemas de captación solares ..................................................... 9

Fig. 3: Gráfica de comparación de tamaños de los captadores solares ............................................ 9

Fig. 4: Gráfica de comparación de temperaturas de trabajo y eficiencias ..................................... 10

Fig. 5: Gráfica de comparación de costes ($/m2) y ($/W) ............................................................... 11

Fig. 6: Intensidad energética de los hogares (Fuente: IDAE) .......................................................... 13

Fig. 7: Imagen del sol (Fuente: Portalciencia.net) ........................................................................... 15

Fig. 8: Ondas electromagnéticas (Fuente: EUP).............................................................................. 15

Fig. 9: Diferentes valores de radiación solar en función de la situación geográfica española

(Fuente: IDAE) ................................................................................................................................. 18

Fig. 10: Posición solar con respecto a la superficie terrestre (Fuente: Apuntes de ICAI) ................ 19

Fig. 11: Ejemplo de uso directo de la energía solar para calentar una olla (Cocina solar) ............. 20

Fig. 12: Imagen ilustrativa de sistema ACS de una empresa instaladora (Fuente: terso systems) . 23

Fig. 13: Distribución de consumo de energía en la vivienda en 2005, (Fuente: IDAE) .................... 24

Fig. 14 : Estimación de consumos de electrodomésticos (Fuente: Repsol.com) ............................. 25

Fig. 15: Datos del uso de energía para cocinar en toneladas equivalentes al año ......................... 26

Fig. 16: Planteamiento de la instalación en el hogar ...................................................................... 30

Fig. 17: Esquema de la instalación .................................................................................................. 31

Fig. 18: Flujo de aceite que no está suficientemente caliente ........................................................ 33

Fig. 19: Flujo de aceite que está suficientemente caliente ............................................................. 34

Fig. 20: Flujo de aceite caliente para su uso ................................................................................... 35

Fig. 21: Comparación de rendimientos de CCP y captador plano ................................................... 37

Fig. 22: Imagen comercial del tubo de vacío SCHOTT Solar ............................................................ 38

Fig. 23: Imagen comercial del tubo de vacío SCHOTT ..................................................................... 39

Fig. 24: Tabla de pérdidas lineales para una temperatura de 350º C (Fuente: Dytaisa) ................ 41

Fig. 25: Imagen de micro bomba de engranajes (Fuente: Axflow) ................................................. 42

Fig. 26: Características del caudal de la bomba seleccionada ........................................................ 42

Fig. 27: Imagen del almacén de calor en forma de espiral de la patente española nº 201100273. 44

Fig. 28: Imagen perpendicular al eje del depósito la patente española nº 201100273. ................. 45

Fig. 29: Valores de la conductividad térmica de las láminas de acero (Fuente: Sandmayer S. Co.) 46

Fig. 30: Imagen final del modelado del conjunto de captación solar ............................................. 52

Fig. 31: Detalle trasero de las costillas que estabilizan la estructura parabólica ........................... 52

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Fig. 32: Detalle de la planta y el perfil de la estructura parabólica ................................................ 53

Fig. 33: Algunos datos meteorológicos de latitud 40,5 y longitud -3.5 (Fuente: NASA) ................. 54

Fig. 34: Grado de libertad del CCP con respecto al movimiento solar ............................................ 56

Fig. 35: Pérdidas que se producen en el tubo de vacío ................................................................... 58

Fig. 36: Ejemplo de pérdida geométrica ......................................................................................... 59

Fig. 37: Capa limite térmica en el tubo de vacío ............................................................................. 61

Fig. 38: Desarrollo capa térmica y pérdidas ................................................................................... 62

Fig. 39: Imagen del ángulo de captación ........................................................................................ 64

Fig. 40: Icono de la bomba (Fuente: TrnSys). .................................................................................. 68

Fig. 41: Icono de salida de datos (Fuente: TrnSys) .......................................................................... 68

Fig. 42: Selección de parámetros a representar gráficamente (Fuente: TrnSys) ............................ 69

Fig. 43: Icono de depósito térmico (Fuente: TrnSys) ....................................................................... 70

Fig. 44: Icono de captador solar cilindro parabólico (Fuente: TrnSys) ............................................ 70

Fig. 45: Sistema empleado para la simulación. .............................................................................. 71

Fig. 46: Valores del caudal de la bomba en las unidades pedidas por TrnSys ................................ 73

Fig. 47: Simulación caudal mínimo ................................................................................................. 74

Fig. 48: Simulación del caudal máximo........................................................................................... 76

Fig. 49: Resultado de la simulación con variación del área colectora (8 m2 y 20 m

2). .................... 77

Fig. 50: Imagen que muestra el área colectora de la parábola ...................................................... 78

Fig. 51: Simulación para variación del volumen del depósito de sales ........................................... 79

Fig. 52: Dibujo del depósito de sales con diferentes áreas de intercambio. ................................... 80

Fig. 53: Distancia entre espirales .................................................................................................... 81

Fig. 54: Simulación para diferentes relaciones entre área de intercambio .................................... 82

Fig. 55: Radiación solar por horas y por meses (KWh) (Fuente: Censolar) ..................................... 84

Fig. 56: Valores radiación media anual en un día claro (KWh) (Fuente: Censolar) ......................... 85

Fig. 57: Temperaturas de salida y de entrada. ............................................................................... 87

Fig. 58: La variación del la temperatura a la salida del CCP ........................................................... 88

Fig. 59: Temperaturas del depósito. .............................................................................................. 90

Fig. 60: Diferentes temperaturas del depósito de sales .................................................................. 91

Fig. 61: Diferentes ángulos de captación en función de la apertura de la parábola ...................... 94

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Capítulo 1 INTRODUCCIÓN

1.1 Situación general: de la energía de los fósiles a las renovables

La energía es necesaria en todas las actividades realizadas por los seres vivos, y

más concretamente en las llevadas a cabo por el ser humano, lo que supone un

papel fundamental en el desarrollo tecnológico e industrial.

En un principio, el único medio de producción de energía que conocía el hombre

era el suministrado con el trabajo del propio ser humano o en su defecto, el

realizado por los animales. Posteriormente el ser humano descubrió en la

naturaleza una fuente de energía inagotable.

Mucho antes de la revolución industrial, las fuentes de energías renovables fueron

utilizadas como fuente de energía por el hombre durante miles de años, hasta hace

relativamente poco tiempo, cuando fueron desterradas por su baja eficiencia y

rendimiento.

Fig. 1: Molino de agua para producir movimiento (Fuente: Deutsche Museum)

5



El uso de energía eólica para mover los molinos o el uso de la energía solar para

el calentamiento del agua fueron sustituidos durante la revolución industrial por el

carbón, materia producida durante millones de años en el interior de la tierra que

más tarde se produciría de manera artificial.

El carbón fue durante la revolución industrial del siglo XVIII y XIX, una fuente

de energía mucho más importante y rentable que cualquier otro tipo de energía (y

mucho más que las renovables), ya que era fácil de almacenar y tenía una

disponibilidad y una capacidad energética que las energías renovables no tenían.

Las denominadas energías renovables fueron desplazadas a un segundo lugar, y en

muchos casos olvidadas completamente.

Durante mucho tiempo el carbón fue punto fundamental que permitió el desarrollo

de la industria, hasta que a lo largo del siglo XX el petróleo fue sustituyendo al

carbón entre otras razones, por su mayor limpieza, mayor poder calorífico y su

carácter fluido.

El petróleo es un líquido oleoso de origen natural compuesto por diferentes

sustancias orgánicas. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie

terrestre y se emplea como combustible para numerosos usos. El petróleo y sus

derivados se emplean para fabricar fertilizantes, productos alimenticios, objetos

de plástico, materiales de construcción, pinturas o textiles y para generar

electricidad. Las aplicaciones del petróleo son tantas, que hoy en día no se

concibe la idea de vivir sin él.

El petróleo se formó, al igual que el carbón, bajo la superficie terrestre por la

descomposición de materia orgánica durante miles de años. El proceso de

formación comenzó hace millones de años, y continúa hasta el presente. Con el

tiempo la materia orgánica depositada en el fondo durante años se fue haciendo

más espesa y se hundió en el suelo marino bajo su propio peso. A medida que

fueron acumulándose depósitos adicionales, la presión sobre los situados más

abajo se multiplicó, y la temperatura aumentó. El petróleo y el gas natural

formado por procesos de formación natural ascienden a través de los poros

microscópicos de los sedimentos situados por encima. Con frecuencia se

6



encuentran una capa de roca densa; entonces el petróleo queda atrapado y no

puede ascender mas, formando un depósito hasta que el yacimiento es

descubierto.

Es necesario mencionar que, ni todos los yacimientos son iguales (tanto en

composición como en cantidad o calidad del petróleo y gas natural) ni se conoce

la situación de todos ellos.

Los depósitos de petróleo se van descubriendo y explotando en función de la

tecnología existente en el momento, lo que supone una incógnita en cuanto a qué

cantidad de petróleo queda por consumir y explotar en el mundo.

En torno al petróleo se ha desarrollado, y se desarrolla actualmente, toda la

industria.

El crecimiento de la industria y el transporte, entre otros, ha producido que su

consumo aumente y se produzca a una velocidad mayor que la velocidad de

producción natural (regeneración de la fuente de energía), por lo que no se sabe si

se podrá garantizar la existencia de más reservas de este tipo de energías.

El hecho de que este tipo de energía fósil se terminase provocaría no solo crisis

energéticas sino crisis económicas derivadas de la falta de combustibles fósiles y

otro tipo de energías que los sustituyan.

Actualmente existe un debate en torno a cuáles son las reservas actuales

mundiales de petróleo y la estimación de tiempo hasta su completo consumo, lo

que genera dudas en torno al futuro de este tipo de energía, la aparición de nuevos

yacimientos y el avance de la tecnología impiden dar con exactitud el tiempo

estimado de combustible que queda.

En el siglo XX, apareció un recurso nuevo, más limpio que los dos anteriores; el

gas natural.

El gas natural está formado por una mezcla de gases ligeros que puede

encontrarse en yacimientos de petróleo, en depósitos de carbón o en yacimientos

únicamente de gas.

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Su composición, al igual que la del petróleo, puede variar en función de sus

componentes o el yacimiento en el que se encuentra; está compuesto

principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó

95%.

No obstante, y puesto que su uso se ha ido incrementando deprisa es de suponer

que tarde o temprano se producirá una crisis como con las dos fuentes de energía

anteriores, ya sea por su contaminación como fuente de energía o por la falta de

yacimientos explotables.

Durante este siglo se desarrolló otro tipo de energía, que a pesar de que había sido

estudiado durante mucho tiempo antes, no había sido utilizado hasta el momento:

la energía nuclear.

La energía nuclear o atómica es la energía que se desprende de manera artificial o

natural de las reacciones nucleares.

Este tipo de energía tuvo multitud de aplicaciones tanto energéticas como bélicas

(producción de energía eléctrica, energía térmica etc.) lo que supuso un gran

avance en la producción de energía barata.

No obstante este tipo de energía siempre ha tenido un fondo oscuro (ya sea por

sus aplicaciones bélicas, por los accidentes ocurridos en centrales nucleares y los

residuos radiactivos que deja) que la hacen ver como un tipo de energía

supuestamente barata pero altamente contaminante y peligrosa.

Desde hace algunos años, algunos gobiernos se plantean el cierre de sus centrales

nucleares, a sabiendas que estas son la principal fuente de energía barata y

considerada nacional que se tiene.

Durante los últimos años, y no solo preocupados por el futuro agotamiento de los

recursos energéticos fósiles sino también por el medio ambiente y el impacto del

ser humano sobre él, se han estado desarrollando sistemas de producción

energética a partir de energías renovables que fueron anteriormente utilizadas.

Hoy en día, el término y la definición de energía renovable es conocido por todo

el mundo, sin embargo se define como aquella energía que se produce de manera

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continua y que, o es inagotable a escala humana, o se produce al mismo ritmo que

se consume (lo que evita que se agote).

Los métodos de producción de energía conocidos desde hace miles de años se han

ido recuperando y mejorando sobre todo desde los últimos años, aplicando en

ellos las nuevas tecnologías descubiertas y mejorando el rendimiento y la

eficiencia de las maquinas utilizadas.

Muchos gobiernos del mundo que, considerando que las energías renovables son

la única manera de independencia energética externa y único futuro posible en

cuanto a la producción de energía, han favorecido el desarrollo y el uso en

multitud de países que poseen optimas cualidades para el aprovechamiento de un

tipo determinado de energía renovable.

El uso de este tipo de energías se ha estado desarrollando durante algunos años,

complementando los diferentes tipos de producción de energía entre sí para

permitir un suministro continuo de energía.

Sin embargo, estas energías presentan algunos problemas que de momento son

difíciles de solucionar, como su flujo no continuo (no siempre sopla el aire o es de

día y hay sol) o la dificultad de su almacenamiento (impide el uso de esta energía

cuando no disponemos de ella en la naturaleza). Esto dificulta a la sociedad actual

la total independencia de otros medios de producción como las centrales

hidroeléctricas o las centrales térmicas que utilizan de combustible el carbón o el

gas natural.

Actualmente se está investigando y buscando soluciones a estos problemas de las

energías renovables, ya que aunque en multitud de ocasiones el uso de estas

tecnologías puede ser más caro que el resto por su desarrollo, son más respetuosas

con el medio ambiente y ocasionan menos efectos negativos sobre el medio

ambiente y el ser humano.

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Fig. 2: Datos sobre los diferentes sistemas de captación solares

Los valores de la Fig. 2 quedan mucho más claros si se representan en gráficas

donde se puedan comparar los valores de los tres tipos de sistemas de captación.

Fig. 3: Gráfica de comparación de tamaños de los captadores solares

Como puede observarse en la Fig. 3, son los CCP los que mayor diferencia

presentan entre su tamaño máximo y mínimo y por lo tanto, los que más amplio

rango de aplicaciones pueden tener. Obviamente para la construcción sobre una

0

50

100

150

200

250

300

350

CCP Receptores

centrales

Discos

parabolicos

tam

añ

o (

MW

)

TIpo de captador

Tamaño (MW)

Tamaño máximo (MW)

Tamaño mínimo (MW)

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casa, el tamaño no será excesivo, pero es de utilidad conocer que esta misma

tecnología puede aplicarse a muchas otras escalas y que el presente proyecto

puede extrapolarse a otros totalmente distintos.

Fig. 4: Gráfica de comparación de temperaturas de trabajo y eficiencias

En la Fig. 4 se muestran sobre una misma gráfica (pero referida a ejes distintos

por tratarse de distintos datos) los valores de las temperaturas medias de trabajo y

los valores de la eficiencia de cada tipo de sistema de captación.

La temperatura de trabajo excede claramente los 500ºC en los casos de receptores

centrales y discos parabólicos por los que es imposible utilizar este tipo de

tecnología para el presente proyecto (los materiales que utilizamos no permiten

superar los 450ºC). Además la eficiencia que presenta el CCP es mucho mayor

(en torno al 11%) que la que tienen los captadores centrales, lo que lo hace mucho

más eficiente a pesar de trabajar a temperaturas inferiores.

6

7

8

9

10

11

12

13

350400450500550600650700750800

CCP Receptores

centrales

Discos

parabolicos

Efi

cie

nci

a (

%)

Te

mp

era

tura

(ºC

)

TIpo de captador

Temperatura (ºC) y eficiencia (%)

Tª de trabajo (ºC)

Eficiencia (%)

11



Fig. 5: Gráfica de comparación de costes ($/m2) y ($/W)

Es necesario considerar también el valor de los costes de la instalación, que

siempre serán un importante factor a tener en cuenta.

En la Fig. 5 se presentan en una misma gráfica los valores de los costes por metro

cuadrado y la potencia producida para los distintos tipos de instalaciones.

Los costes por metro cuadrado del CCP son mucho menores que los de los discos

parabólicos, independientemente de la superficie instalada.

Sobre el tejado de una casa no se dispone de una gran superficie para la

instalación por motivos de espacio, lo que reduce aún más los costes por metro

cuadrado de instalación. Los costes por vatio producido son también menores en

el CCP que en los otros dos tipos de colectores, lo que le hace candidato ideal

para ser utilizado en el presente proyecto.

Por último destacar que en la Fig. 2, existe un apartado en el que se menciona el

grado de desarrollo de cada uno de los tipos de colectores y el CCP es el único de

los tres que se encuentra disponible en el mercado.

Esto facilita en gran medida los materiales que componen el colector cilindro

parabólico, puesto que son elementos que ya se pueden encontrar en el mercado y

0

2

4

6

8

10

12

14

100

600

1100

1600

2100

2600

3100

3600

CCP Receptores

centrales

Discos

parabolicos

Co

ste

s ($

/W)

Co

ste

s ($

/m2

)

TIpo de captador

Costes

Costes ($/m2)

Costes ($/W)

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suponen un ahorro en cuanto a desarrollo y diseño de todas y cada una de las

partes.

A pesar de que la energía solar térmica no es el tipo de energía que más se ha

desarrollado desde un primer momento, está sufriendo un incremento en su uso

entre otras razones por el abaratamiento de los fabricantes de captadores solares,

las subvenciones ofrecidas y las nuevas leyes (como en el Código Técnico de la

Edificación, donde se incluye ya un apartado al agua caliente sanitaria en

viviendas a partir del uso solar térmico).

En España y otros países se han realizado instalaciones orientadas a la producción

energética partiendo de la energía solar.

Una de ellas es la central eléctrica termosolar Andasol, que utiliza como

captadores solares colectores cilindro parabólicos.

Tiene un campo mucho más extenso de lo que podría aplicarse a este proyecto, ya

que Andasol no está orientado para ser instalado en hogares (que normalmente no

disponen de grandes superficies para la instalación del parque solar) y utiliza sales

fundidas como sistema de intercambio y fluido caloportador, ya que la bombea en

estado liquido por el circuito.

Este tipo de instalación posee dos depósitos de sales (ambas fundidas pero

diferenciadas por “sales frías” y “sales calientes” pero los dos a temperaturas

elevadas) con los que se trabaja en la producción de energía eléctrica con un ciclo

de vapor acoplado.

Otro tipo de instalaciones que se están realizando actualmente con energía solar

térmica, como son las de espejos y torre, fueron descartadas de inmediato para la

aplicación a este proyecto por su tamaño y poca practicidad en el uso en el hogar.

Con el desarrollo de este proyecto se persigue dar un paso más en el mundo de las

energías renovables e intentar solventar esos problemas que aparecen en las

energías del mismo tipo, intentando de esta manera, llegar a crear un hogar lo más

independiente posible energéticamente hablando.

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Este proyecto se centrara más en la captura y almacenamiento de la energía solar,

pero existen otros orientados más a otras fuentes de energía o a utilización de esta

energía solar almacenada para los diferentes usos (proyecto titulado

“Almacenamiento y usos de energía solar de alta temperatura para fines

domésticos”).

Se aplican los conocimientos sobre la energía y transmisión de calor,

centrándonos en el hogar donde el consumo de energía ha ido creciendo durante

los últimos años debido a las nuevas necesidades y el alto nivel de vida.

Fig. 6: Intensidad energética de los hogares (Fuente: IDAE)

En la Fig. 6 aparece reflejado el consumo en los hogares en kWh, tanto el

consumo en usos eléctricos (gráfica azul) como en usos térmicos (gráfica verde).

Ambas gráficas están referenciadas al eje izquierdo (en kWh/hogar) y presentan

un crecimiento paulatino a lo largo del tiempo. El uso energético se dispara a

partir del años 2002, esto puede ser debido al cambio que se produce en las

cocinas donde se pasa de un consumo de gas a un consumo de electricidad (se

comienzan a instalar vitrocerámicas y hornos con resistencias eléctricas en

sustitución de los de gas por considerarse poco seguros).

La suma de estos dos se presenta como un consumo total en toneladas

equivalentes de petróleo (gráfica amarilla referenciada al eje derecho).

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De esta gráfica es necesario mencionar que se trata de una representación por

hogar y no por metro cuadrado habitado. Esto supone que existirán casas que

consuman menos y casas que consuman más que lo que en esta gráfica se

representa.

La caída del consumo eléctrico en los últimos años representados en la gráfica

puede deberse entre otras cosas a la instalación de sistemas de agua caliente

sanitario, que permite el ahorro en calentadores eléctricos de agua y en otros

sistemas de calefacción eléctricos.

Con este proyecto se buscarán soluciones viables para el almacenamiento de la

energía solar, se realizarán varias simulaciones y se estimarán algunos parámetros

preliminares de un prototipo, de manera que sea posible su posterior fabricación y

uso.

1.2 El sol como fuente de energía renovable. Utilización de baja

entalpia.

El sol es la estrella del sistema solar, y su mayor fuente de energía

electromagnética, que proporciona luz y calor y ejerce una atracción al resto de

planetas del sistema solar, que giran a su alrededor.

El sol está formado principalmente por hidrógeno, aunque tiene también una

pequeña parte de helio.

Se encuentra a una temperatura media de 5780º K y su energía proviene de las

reacciones nucleares que se producen en su interior donde el hidrógeno se

transforma en helio.

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Fig. 7: Imagen del sol (Fuente: Portalciencia.net)

La radiación que emite el sol se emite en todas las direcciones, de manera

esférica, y parte de esa radiación es la que llega a la tierra.

La energía llega a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas y

varían en función de la longitud de onda de las mismas, cuanto mayor frecuencia

de la onda mayor energía.

Fig. 8: Ondas electromagnéticas (Fuente: EUP)

Este tipo de radiación es de todo tipo, (visible, infrarroja, ultravioleta…) y al

llegar a la superficie de la tierra es la atmósfera la que filtra esta radiación,

evitando la entrada de radiación peligrosa para el ser humano en sus diferentes

capas).

La radiación solar que llega a la superficie de la tierra es totalmente diferente a la

que llega a la parte superior de la atmósfera debido a los procesos que se producen

en esta.

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En la atmósfera se producen tres fenómenos diferentes que varían las ondas que

llegan hasta la superficie terrestre:

• Absorción: Algunos de los gases que forman la atmósfera absorben la

radiación de una determinada longitud de onda, como los ultravioleta.

• Reflexión: Parte de la radiación que llega sobre la tierra es absorbida por

esta y parte es reflejada de nuevo hacia el espacio.

De la reflejada, una pequeña parte volverá a salir al espacio y otra parte

quedará atrapada entre la superficie terrestre y la atmosfera favoreciendo

el efecto invernadero.

• Difusión: Los gases de la atmósfera (además del vapor de agua y sólidos

en suspensión) favorecen el cambio de dirección que se produce en la

radiación que llega hasta la tierra.

Lo que conocemos como energía solar, es la energía que proviene del sol sin

transformar y que nos llega a la tierra a través de la capa de ozono calentándonos

e iluminándonos, favoreciendo entre otras cosas la aparición de vida en este

planeta. Ésta energía solar está libre de todas aquellas longitudes de onda

perjudiciales para el ser humano ya que ha sido filtrado por las diferentes capas de

la capa de ozono.

La radiación que llega a la superficie terrestre puede ser de tres tipos distintos:

• Radiación directa: Es la que llega a la superficie directamente del sol sin

sufrir cambios en su dirección.

Este tipo de radiación será la radiación que pueda utilizar el sistema de

captación cilindro parabólico para calentar el fluido.

• Radiación difusa: Al pasar la atmosfera, la radiación cambia de sentido

debido a las partículas en suspensión o a las nubes. Este tipo de radiación

17



es la que aparece en días nublados, donde existe luz procedente de la

bóveda celeste pero no se aprecia su dirección.

• Radiación reflejada: es la que refleja el suelo hacia la atmosfera de nuevo.

Este tipo de radiación no suele salir de nuevo al espacio, sino que queda

atrapada entre la superficie terrestre y la atmósfera, permitiendo el efecto

invernadero. Dependerá del tipo de suelo y de si existe nieve o no.

La tecnología que utiliza energía solar puede aprovechar alguno de los tipos de

radiaciones anteriormente mencionados.

Comúnmente se denomina constante solar a la cantidad de energía que emite el

sol y es interceptada por la superficie circular de la tierra donde llega.

El valor de la radiación solar dependerá, obviamente, de la situación geográfica

del colector solar con respecto al sol, ya que no será lo mismo situar el captador

en Finlandia o en Brasil.

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Fig. 9: Diferentes valores de radiación solar en función de la situación geográfica española

(Fuente: IDAE)

Para determinar la situación geográfica del captador se establecen algunos ángulos

básicos relativos a la posición entre el sol y la tierra.

• Latitud: Es la medida angular que va desde el ecuador hasta la posición

que se quiere determinar. Está medido sobre el meridiano y puede tener

valores desde +90º (si estamos en el hemisferio norte) a -90º si nos

encontramos en el hemisferio sur.

• Longitud: es la medida angular que va desde el meridiano de referencia

con respecto a la localización del punto que se quiere determinar. Este

ángulo esta medido sobre el ecuador.

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Con respecto a la posición del sol y la superficie terrestre

Fig. 10: Posición solar con respecto a la superficie terrestre (Fuente: Apuntes de ICAI)

• Altura solar (α): es el ángulo vertical que existe entre el sol y su

proyección vertical sobre la superficie horizontal terrestre. Esta posición

varía notablemente entre el invierno y el verano y de un lugar a otro. Será

un dato fundamental para determinar la inclinación del colector cilindro

parabólico, ya que el sol debe incidir lo más perpendicularmente posible a

la apertura de la parábola. Se necesitará un sistema de variación de este

ángulo del captador en función de la época del año.

• Azimut solar (ψ): es el ángulo sobre la superficie horizontal terrestre que

hay entre la dirección Sur y la proyección solar sobre la superficie

terrestre. Será también un dato a tener en cuenta a la hora de situar el

colector solar.

• Cenit: Punto vertical desde la superficie terrestre en cualquier posición

terrestre.

• Angulo cenital (θ): es el ángulo que existe entre el cenit y la situación

solar. Es un ángulo que se encuentra en el mismo plano que el ángulo

altura solar.

20



La situación del captador solar afecta a la cantidad de energía recibida y por lo

tanto a la cantidad máxima de energía que se puede obtener.

Para poder aprovechar la energía es necesario el uso de captadores solares y

sistemas de almacenamiento, que no solo sepan recoger de manera eficiente la

energía solar sino que puedan transportarla y utilizarla sin grandes pérdidas en el

camino.

Se puede utilizar la energía solar de forma directa, utilizando el sol para calentar

mediante la instalación de acristalamientos y otros elementos en la arquitectura

que permitan aprovechar la energía, como los utilizados en invernaderos; este tipo

de energía se conoce como energía térmica pasiva.

Fig. 11: Ejemplo de uso directo de la energía solar para calentar una olla (Cocina solar)

Se utiliza también la energía solar térmica pasiva, para calentar un fluido o el agua

que se necesite en la casa (agua caliente sanitaria, ACS) o para piscinas.

Existe otro tipo de energía que no se utiliza para calentar nada, sino para producir

directamente una diferencia de potencial aprovechable; es la denominada energía

solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltaica es la energía más utilizada a mayor escala, ya que

produce electricidad que puede almacenarse en baterías, y puede utilizarse

21



directamente como energía eléctrica o suministrarse a la red (después de una

transformación).

Las células fotovoltaicas son denominadas también, fotocélulas, células o celdas

fotoeléctricas, y son dispositivos electrónicos que permiten transformar la energía

solar luminosa en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico.

Están compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico, es decir,

absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son

capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como

electricidad.

La eficiencia media de transformación de energía solar a energía eléctrica de las

células fotovoltaicas esta en torno al 11-12%, aunque dependiendo de la

tecnología este valor puedes ascender hasta el 16%.

La vida útil media a máximo rendimiento de estas placas se sitúa en torno a los 25

años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye.

En función de la posición de estos paneles o placas fotovoltaicas se puede obtener

mayor tensión en la salida (se posicionan en serie) o mayor intensidad en la salida

(cuando se posicionan en paralelo).

El tipo de energía que se produce en estas instalaciones es energía de corriente

continua y de baja tensión, por lo que es necesario un inversor o un convertidor

para poder conectarlo a la red.

Además este tipo de captadores solares están muy bien vistos socialmente, y su

desarrollo se debe entre otras cosas al impulso recibido por parte de los gobiernos

mediante primas.

No obstante, se trata de un sistema de producción de energía eléctrica poco

eficiente, como mucho alcanza valores en torno al 16%, lo que supone un

desperdicio energético, frente a la energía térmica que tiene rendimientos en torno

al 80%.

22



Una de las formas más rentables de utilizar la energía solar es mediante el

aprovechamiento del sol para elevar la temperatura de un fluido un número

determinado, pero pequeño, de grados.

Es lo que se conoce como energía solar térmica de baja entalpia, ya que

normalmente no se requiere aumentar la temperatura del fluido mas allá de 50

grados sobre la temperatura ambiente.

La instalación de los paneles captadores debe estar cerca del lugar de uso, para

evitar en todo lo posible las pérdidas de calor en el transporte, y son utilizados

normalmente para calentar agua en hogares.

El agua caliente sanitaria (ACS) no excede normalmente los 45ºC, por lo que este

método para calentar el agua es muy aconsejable; se utiliza este mismo método

para la aclimatación (calefacción) y las piscinas que por lo general no requieren

un gran aumento de la temperatura.

Es un método muy utilizado ya que es posible almacenar el fluido calentado hasta

su uso en una caldera, de manera que se ahorra la energía necesaria para el

calentamiento del agua y solo se consume la necesaria para mantenerla a la misma

temperatura, o complementar este procedimiento de calentamiento con otros

convencionales (para cuando no pueda utilizarse como por ejemplo días de niebla

o por la noche) como las calderas de gas.

Actualmente este método está muy implantado, ya que su tecnología no es

excesivamente cara y puede ahorrarse mucho dinero en electricidad, ya que

proporciona hasta el 99% del agua caliente de un hogar convencional.

Además, debido a la normativa del código Técnico de la Edificación (CTE.), que

contribuye a la sostenibilidad energética, todos los nuevos edificios deben

incorporar estos sistemas de calentamiento de agua.

Se trata sin duda de un campo energético muy explotado e investigado ya, donde

multitud de empresas se encuentran orientadas únicamente a satisfacer este tipo de

demanda energética.

23



Fig. 12: Imagen ilustrativa de sistema ACS de una empresa instaladora (Fuente: terso systems)

Como puede verse en la Fig. 12, muchas de las instalaciones de ACS requieren

elementos auxiliares de calentamiento (caldera auxiliar) para mantener el agua

caliente durante el tiempo que no hay sol.

Se reduce de esta manera el consumo energético para elevar un enorme volumen

de agua a una temperatura superior a la ambiental pero sin embargo, y a pesar de

que seguramente los depósitos de agua están aislados, es necesaria energía extra

para mantener el agua a esa temperatura.

Esto demuestra que, aunque se ahorra energía en la elevación de la temperatura,

no se ahorra en su almacenamiento lo que implica que existen múltiples pérdidas

en el almacenamiento.

El almacenamiento de la energía térmica solar es un punto débil en las

instalaciones de ACS, que únicamente pueden utilizar el agua como fluido

caloportador.

1.3 Necesidades energéticas de la vivienda en España

España tiene una superficie cercana a los 506.019 km2 con climas diversos, lo que

obligatoriamente implica que el rendimiento de una instalación térmica solar será

muy diferente dependiendo el lugar donde ésta se encuentre.

24



El consumo energético en las viviendas, por las diferencias climáticas que se dan

en España, dependerá del tipo de aislante de la vivienda, de su situación

geográfica, de los metros cuadrados y su disposición, de su orientación y el

número de personas que vivan en ella por lo que es difícil determinarlo de manera

precisa.

Lo que se conoce con exactitud es que más del 50% del consumo de energía de

un hogar se consume en la aclimatación y el agua caliente sanitaria, lo que supone

un gran gasto en comparación a gastos por electricidad de alumbrado o el

consumido por los electrodomésticos.

Fig. 13: Distribución de consumo de energía en la vivienda en 2005, (Fuente: IDAE)

Como se muestra en la figura Fig. 13 , aproximadamente el 65% del consumo

total de energía es para la calefacción y el ACS (agua caliente sanitaria).

Estos gastos pueden cubrirse con la utilización de sistemas de calentamiento de

agua y almacenamiento en depósitos mencionados anteriormente.

Este proyecto está orientado a reducir el consumo energético en otros aspectos

aun no potenciados ya que el agua caliente sanitaria y la calefacción están de

sobra desarrolladas.

Después del ACS y de la calefacción, los siguientes factores que más consumo

energético conllevan son los electrodomésticos y la cocina, entendida esta como la

25



energía utilizada para cocinar (corresponden a valores de 17% y 11% de consumo

en la Fig. 13 respectivamente).

1. Eléctricas

Dentro de los electrodomésticos y el alumbrado, el consumo de energía dependerá

del tipo de electrodoméstico, su clasificación energética y el número de veces que

este se utilice al año.

A continuación se presenta una tabla con una estimación de los consumos en

toneladas equivalentes de petróleo al año y en kWh al año cuando hablamos de

consumo eléctrico, y de toneladas equivalentes de petróleo al año cuando

hablamos de gas consumido.

Fig. 14 : Estimación de consumos de electrodomésticos (Fuente: Repsol.com)

Tradicionalmente, el consumo energético de la cocina está relacionado con el

consumo de gas o electricidad (en función del tipo de cocina), pero la

transformación de energía eléctrica en energía térmica podría evitarse utilizando

directamente energía térmica (ahorrándonos las pérdidas también en la

transformación de un tipo de energía a otro).

A continuación se muestra una tabla de consumos en la cocina, donde solamente

se considera la energía necesaria para cocinar (Cocina y horno).

26



Fig. 15: Datos del uso de energía para cocinar en toneladas equivalentes al año

(Fuente: Repsol.com)

2. Térmicas

Quitando los electrodomésticos, que como su propio nombre indica necesitan

electricidad para funcionar, el resto del consumo energético de un hogar gira en

torno al consumo térmico, ya sea tanto para calefacción y ACS como para la

cocina en el caso de que sea vitrocerámica o el horno.

En cualquier caso, actualmente se consume energía eléctrica para transformarla

posteriormente en energía térmica (mediante unas resistencias), lo que supone un

problema en la calidad de la energía eléctrica que se degrada a térmica, que podría

evitarse utilizando directamente energía térmica. Los datos sobre consumos de

electricidad y toneladas equivalentes de petróleo para cocinar se presentan en la

Fig. 15.

Utilizando energía térmica cercana al punto de consumo, se ahorra además de las

pérdidas, los costes del transporte que en caso de electricidad y gas natural

implica tener una extensa red de tuberías o cables que deben encontrarse en

perfecto estado siempre para su correcta distribución. También se evitaría la

dependencia externa de una compañía y de los posibles problemas de cortes de

suministro o situaciones peligrosas para la salud (escapes de gas).

27



Climatización

En función de la situación geográfica de la casa, las necesidades de climatización

serán totalmente diferentes.

Para calentar la casa puede utilizarse ACS o sistemas similares pero sin embargo

esta opción supondría un gasto superior en instalaciones de este tipo, puesto que la

calefacción funciona 24h al día cuando es necesario (mientras que el ACS se

utiliza de manera puntual, dando tiempo al sistema a calentar agua de nuevo para

su posterior uso).

Con intención de disminuir instalaciones en la superficie de la casa puede

pensarse en otro tipo de sistema para la climatización del hogar como es la energía

geotérmica directa, que es aquella que obtiene el calor directamente del subsuelo.

Podría incluso realizarse una instalación de energía geotérmica de acumulación de

calor en el subsuelo, donde se guardaría el calor que se obtiene de paneles solares

para su posterior uso, pero no supondría un ahorro en instalaciones en la

superficie de la casa.

No es competencia de este proyecto explicar o desarrollar este tipo de tecnología,

pero se mencionarán algunas de sus cualidades como fuente de energía renovable.

Con una instalación de energía geotérmica directa podrían disminuirse las

necesidades de climatización del hogar, ya que a partir de la energía latente en

capas interiores terrestres, que tiende a mantenerse a una temperatura constante a

lo largo del año, podría aumentarse la temperatura del hogar hasta el límite de

confort humano.

Y de la misma manera que puede calentarse el hogar a partir de energía del

interior, podría realizarse el sistema inverso mediante una bomba de calor,

introduciendo energía térmica en el interior de la tierra (para su posterior uso en

épocas más frías por ejemplo).

28



Capítulo 2 EL CONSUMO DOMESTICO DE ALTA

TEMPERATURA

2.1 Planteamiento

El uso y la utilización de las energías renovables en baja y media entalpía es la

más utilizada y desarrollada actualmente, ya que como el salto entálpico no es

muy grande, ha sido fácil su desarrollo y optimización, y las pérdidas tampoco

suponen un problema en cuanto a que de sobra se llegan a los resultados

requeridos.

Sin embargo el uso de este tipo de energía no es suficiente para poder hacer una

casa totalmente independiente energéticamente, ya que solo cubre una parte de la

energía utilizada, dentro siempre de un área de utilización pequeña (como calentar

el agua para calefacción o de uso sanitario).

Por todos es conocido que un hogar no solo requiere de agua caliente sanitaria,

sino que necesita energía para otro tipo de aplicaciones como son la iluminación

mediante energía eléctrica, que normalmente se produce a cientos de kilómetros y

luego se transporta hasta los hogares, electricidad o combustibles fósiles (gas

natural) para cocinar y demás aplicaciones.

Con el presente proyecto se ha planteado la idea de dar un paso más en el uso de

la energía solar, aprovechando al máximo su capacidad calorífica para poder

utilizarlo como sustitutivo de combustibles fósiles en la cocina o sustitutivo de las

empresas eléctricas, que produciendo energía eléctrica a cientos de kilómetros

produce muchas pérdidas.

Además se plantea la idea de poder almacenar esa energía en algún lugar para su

posterior utilización, y evitar la dependencia de las horas solares para su uso.

29



La idea que se persigue con este proyecto no es la total independencia energética

dentro del hogar, pero si poder cubrir una pequeña parte de su consumo con

energías renovables de manera que se puede disminuir el uso de energías no

renovables (combustibles fósiles, tanto uso directo en el hogar como uso para la

producción de electricidad).

Existen algunas empresas, orientadas o no a la producción energética, que utilizan

la captura solar mediante un sistema de captación cilindro parabólico para su

posterior uso o venta; de esta manera obtienen beneficios de ahorro energético y

uso de superficies desaprovechadas (las fabricas poseen techos donde no se

producen sombras por ser una extensión muy amplia).

Observando este modelo utilizado, se consideró la posibilidad de utilizar el mismo

proceso para consumo orientado al hogar, donde es menor.

El planteamiento realizado en un primer momento es muy sencillo; partiendo de

una superficie libre de sombras, preferiblemente el tejado de la casa por no ocupar

espacio útil y estar protegido, se instalará un captador cilindro parabólico

orientado adecuadamente para optimizar la captura solar.

Este colector cilindro parabólico, localizara todo el calor sobre un tubo por el que

circule un aceite térmico.

Este aceite será transportado mediante una bomba hasta un contenedor de sales,

que en estado de cambio de fase puedan retener una mayor cantidad de energía

hasta su posterior uso.

La energía acumulada podrá utilizarse directamente para calentar, como el horno

o la vitrocerámica para cocinar, o para turbinar y producir electricidad para el

hogar.

30



Fig. 16: Planteamiento de la instalación en el hogar

2.2 Esquema

Para la realización del esquema de la instalación se tuvieron en cuenta las

siguientes consideraciones:

• Posibilidad de utilizar directamente la energía solar: si se necesita la

energía mientras hay sol, no tiene sentido que el fluido caloportador pase

por el depósito de sales para, a continuación, volver a salir después de

haber realizado el intercambio de calor.

Esto supone unas pérdidas innecesarias, por lo que se plantea la

posibilidad de establecer un flujo directo desde el captador solar hasta el

punto de uso.

• Esquema basado en el funcionamiento de un único elemento de bombeo:

podrían realizarse dos instalaciones paralelas, con dos bombas iguales en

posiciones diferentes, pero esto supondría un gasto innecesario ya que el

planteamiento puede realizarse también con una única bomba, lo que

31



supone un ahorro y disminuye los costes en la implantación de este

sistema.

El esquema planteado para la instalación es el siguiente

Fig. 17: Esquema de la instalación

El circuito de la Fig. 17 representa la instalación completa del sistema de

captación y los diferentes usos que pueden darse con el calor acumulado.

NOTA: no existen cruces de tuberías,

todas las uniones son reales.

32



El circuito está dividido en dos circuitos diferenciados, el de captación y

acumulación y el de acumulación y uso. Ambos circuitos están unidos para poder

permitir el uso directo de la energía solar en la cocina y funcionan con una sola

bomba, lo que ahorraría costes innecesarios.

Las válvulas estarían controladas por sensores de temperaturas programadas que

permitirían el paso del aceite térmico del primer circuito al segundo.

En la parte superior se encuentra el colector solar, que es el único sistema de

captación que existe en el circuito y por el que entra la energía solar.

Existen diferentes modos de funcionamiento del esquema de la Fig. 17 que se

explican a continuación.

• Si el flujo de aceite no está suficientemente caliente al salir del colector

cilindro parabólico, deberá retornar de nuevo hacia el captador sin pasar

por el depósito. Si pasase por el depósito y este estuviese a una

temperatura superior a la del aceite el efecto que se conseguiría seria el

contrario al que se busca; sacaríamos el calor del depósito. Si se da esta

situación el flujo iría por el camino que se indica a continuación.

33



Fig. 18: Flujo de aceite que no está suficientemente caliente

Como puede observarse en la Fig. 18 el aceite no pasa por el depósito y se

encuentra confinado en un circuito donde el único punto de intercambio de

energía es el CCP hasta que alcance la temperatura suficiente para pasar al

depósito. El control será responsable de que esta temperatura no sea nunca

menor a la que tiene el depósito en esos momentos o el flujo de energía

seria inverso (de adentro hacia afuera).

• Si se da el caso en el que el aceite está suficientemente caliente como para

poder entrar en el depósito el flujo sería el siguiente.

34



Fig. 19: Flujo de aceite que está suficientemente caliente

En el caso de la Fig. 19 el flujo está suficientemente caliente y comienza a

producirse el almacenamiento térmico en el depósito.

• Existe una tercera posibilidad dentro del sistema de captación. Se trata de

la situación en la que la temperatura pueda llegar a alcanzar los valores

limites de los materiales que conforman el depósito.

35



Fig. 20: Flujo de aceite caliente para su uso

Como puede observarse en la Fig. 20, puede darse el caso en el que no

exista sol y necesitemos utilizar la temperatura almacenada en el depósito.

En este caso la salida del flujo puede realizarse hacia los diferentes

utensilios (parte de la derecha de la imagen) o utilizar un calefactor para

utilizar ese calor para calentar agua o el hogar.

El captador cilindro parabólico se situará sobre una superficie donde el sol radie

durante el mayor tiempo posible y no sea tapado por sombras de otros edificios o

árboles.

El tubo de distribución hasta el hogar por lo tanto no será muy largo, ya que el

captador se encontrará sobre el tejado mientras que el uso de la energía se

36



realizará como muy lejos a 5 metros de la captación, lo que impide que las

pérdidas durante el transporte sean grandes.

2.3 Captación

El sistema de captación se seleccionó considerando los diferentes sistemas

utilizados por aquellas industrias que utilizan esta misma tecnología para producir

electricidad.

Se estudiaron diferentes sistemas de captación, partiendo del típico sistema

utilizado en el ACS (placa plana) hasta el final colector cilindro parabólico.

Es muy importante destacar que se han estudiando únicamente aquellos que

existen en el mercado, y por lo tanto accesibles al público y relativamente baratos.

Los captadores planos sin cubierta, formados únicamente por tubos sobre un

fondo oscuro, fueron rechazados de inmediato ya que únicamente llegan a una

temperatura de 40º y tienen muchas pérdidas debido a que están situados a la

intemperie.

Otros tipos de captadores planos, como los cubiertos utilizados para el ACS,

fueron también descartados por llegar únicamente a unas temperaturas de 100ºC

(bajo salto térmico) y el sistema de captación torre y espejo fue directamente

rechazado por su falta de practicidad a la hora de la instalación en un hogar, ya

que no se dispone normalmente de espacio suficiente para realizar este tipo de

instalación (quizá si en una extensa finca, pero no en un chalet normal).

Finalmente se optó por el sistema de captación cilindro parabólico (denominado

también CCP), que actualmente está siendo utilizado en numerosas instalaciones

de grandes empresas para la producción de electricidad a partir de la energía del

sol, por ser el método de captación de calor más eficiente que existe en el mercado

frente a otros sistemas de captación solar y por ser el más adecuado para implantar

en un hogar, ya que la complejidad del sistema hay que tenerlo en cuenta.

37



En todos ellos se consideró y estudió el rendimiento de los captadores en función

de la variación de temperatura entre el fluido caloportardor y el ambiente.

Fig. 21: Comparación de rendimientos de CCP y captador plano

Como puede observarse en la Fig. 21 y para un mismo valor de radiación, el

rendimiento de un colector cilindro parabólico cuando la diferencia de las

temperaturas es muy alta no cae tanto como en un captador solar plano, que a una

diferencia de 60ºC solamente tiene pérdidas.

El conjunto cilindro parabólico debe ser obviamente, mucho más pequeño que los

utilizados en instalaciones industriales, y considerando que su fabricación no

requiere el uso de tecnologías específicas se optó por la fabricación del colector

cilindro parabólico en las instalaciones.

El tubo de captación, que es el elemento clave para la óptima captación solar, se

debe comprar o pedir, puesto que conlleva una tecnología muy avanzada como

para fabricarlo de manera artesanal.

La búsqueda de este elemento supone un punto clave para el avance del proyecto,

ya que no se trata de un elemento fácilmente sustituible; es necesario que tenga

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 50 100 150 200

Re

nd

imie

nto

Tfluido-Tambiente (ºC)

Captador solar plano vs. CCP

Solar Plano

CCP

38



unas características determinadas para garantizar el buen funcionamiento del

sistema.

Las características del tubo determinarán y limitarán físicamente la temperatura

máxima a la que se puede llegar además de limitar claramente las dimensiones de

la instalación, porque el tubo no puede cortarse a una medida concreta (ya que en

su interior está en vacío).

Finalmente se optó por el tubo de vacío SCHOTT por ser uno de los pocos

fabricantes encontrados que vendiesen este tipo de producto.

Fig. 22: Imagen comercial del tubo de vacío SCHOTT Solar

El tubo de vacío está formado por diferentes recubrimientos:

Una primer recubrimiento de cristal transparente, con una alta resistencia a la

abrasión, posee una transmitancia de hasta un 97%, lo que implica que la mayor

parte del sol traspasa esta capa (la transmitancia de un cuerpo transparente ideal es

igual a 100%) y casi nada rebota en su superficie volviendo otra vez a la

atmósfera.

Entre el tubo exterior de vidrio transparente y el tubo interior, existe un vacío de

10-3 mbar; es por este motivo por el que el tubo tiene la longitud que tiene y no

puede cortarse y adaptarse a otras medidas.

39



El tubo interior es de acero y posee un recubrimiento altamente selectivo; posee

una absortividad solar de un 95% y una emisividad cercana al 14% a 400ºC. Ello

implica que de la radiación que incide en su superficie, la mayor parte entra

dentro y llega hasta el fluido caloportador y una pequeña parte sale hacia el

exterior.

Fig. 23: Imagen comercial del tubo de vacío SCHOTT

Tiene buena resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas de trabajo, lo que

es fundamental para garantizar la durabilidad del prototipo a lo largo del tiempo.

La longitud total del tubo es de 4 m, y puesto que debe mantener el vacío en su

interior no es posible reducir esta dimensión. Esto obliga a construir un sistema de

captación como mínimo de 4 m de longitud sobre la superficie del tejado.

En caso de no ser suficiente la radiación recibida sobre la superficie terrestre,

podría darse el caso, en función del espacio disponible, de establecer dos

captadores en serie , es decir, de disponer de 8 metros más para calentar el fluido.

Esta situación se dará si la instalación se realiza en situaciones geográficas con

poca radiación por metro cuadrado.

Para realizar el perfil parabólico se optara por aluminio pulimentado, por ser un

material fácil de obtener en planchas para su fabricación. El modelado se mostrara

más adelante, no obstante, únicamente se comentará que tendrá una apertura

40



considerando el coeficiente de concentración (relación entre la apertura de la

parábola y la superficie del tubo) y el espacio disponible para su situación.

Se realizarán además unas costillas metálicas que se situarán en la parte posterior

del captador y le darán mayor resistencia frente a posibles deformaciones

posteriores debido al pequeño espesor de la chapa y su tamaño.

El sistema de orientación del sistema de captación ya está diseñado y programado,

por lo que queda fuera de este proyecto.

2.4 Transporte

El transporte se realizará a través de tuberías del mismo diámetro que el tubo

interior del colector del tubo de vacío del colector, para impedir en lo posible

pérdidas de carga por el cambio de secciones que pudieran dificultar el correcto

funcionamiento o corrosión en las tuberías.

No obstante, puesto que el flujo de aceite que pase a través del circuito va a ser

muy pequeño, no se va a considerar la posibilidad de que el flujo que exista sea

turbulento; será un flujo laminar.

Las tuberías serán las encargadas de transportar el aceite térmico hasta el

depósito, y de este hasta los diferentes usos que se quieran realizar con la menor

cantidad de pérdidas posibles.

En primer lugar se tendrá que considerar la posibilidad de que las tuberías del

transporte puedan soportar altas temperaturas. Para ellos se utilizaran tuberías de

acero inoxidable al cromo níquel 18/8.

Este acero tiene la peculiaridad de que es capaz de resistir bien el calor hasta los

400ºC y es muy utilizado en la industria para usos de alta temperatura; tiene

además una composición de 0.18% de carbono, un 18% de cromo y un 8% de

níquel aproximadamente lo que le otorga al acero una resistencia mecánica de 60

kg/mm2.

41



Con las tuberías de este material se garantiza que el transporte pueda realizarse de

manera segura sin que las tuberías sufran ningún tipo de daño, pero será necesario

utilizar recubrimientos aislantes en los tubos, tanto para evitar que el calor se

pierda durante el transporte como para garantizar seguridad a los habitantes de la

casa en el caso de que las tuberías estuviesen a su alcance.

Con este fin se utilizaran aislantes de la marca Dytaisa, que además de

proporcionar diferentes aislamientos en función del diámetro de la tubería y su

temperatura de uso proporciona una tabla de pérdidas lineales en función del

número de metros que tenga la tubería.

Fig. 24: Tabla de pérdidas lineales para una temperatura de 350º C (Fuente: Dytaisa)

No obstante sería muy recomendable que a la hora de realizar el circuito de

instalación se considerase la posibilidad de introducir estas tuberías en muros de

la casa (evitando pérdidas por climatología externa o accidentes por contacto

directo) y que la longitud de las mismas fuese lo más pequeña posible.

Para transportar el aceite térmico a través de los dos circuitos se utilizará una

micro bomba para usos de alta temperatura.

42



Fig. 25: Imagen de micro bomba de engranajes (Fuente: Axflow)

Se trata de un elemento fundamental en la fabricación del circuito, puesto que las

bombas de alta temperatura están orientadas más a un uso industrial y por lo tanto

con caudales mucho más grandes del que en este proyecto se necesita.

Finalmente se seleccionó una bomba (denominada micro bomba) de engranajes

externos y helicoidales que además de soportar altas temperaturas trabaja en un

rango de caudales lo suficientemente pequeño y puede soportar hasta 1000 bares

de presión.

Fig. 26: Características del caudal de la bomba seleccionada

2.5 Acumulación

Los diferentes tipos de sistemas de acumulación estudiados para el presente

proyecto presentan los siguientes problemas:

• Poca capacidad de almacenamiento de energía

• Altas pérdidas en el intercambio y durante el tiempo del almacenamiento.

m3/h

Q min 0,0000003

Qmax 2,20

BOMBA

43



Para intentar en la medida de lo posible evitar este tipo de pérdidas, se optó por

utilizar un depósito de sales en estado de cambio de fase, lo que permite el

almacenamiento de una mayor cantidad de energía.

Para el sistema de almacenamiento se tuvieron muy en cuenta la existencia de

pérdidas en el doble intercambio que se produce en el depósito. Por un lado,

existen pérdidas en la transferencia de calor desde el aceite térmico que viene del

colector solar hasta el depósito y por otro lado, existen pérdidas también al

intentar extraer el calor desde el depósito de sales hasta el ciclo de aceite térmico

que irá a las aplicaciones posteriores (horno etc.).

Es muy importante considerar que la superficie de intercambio debe ser lo mayor

posible, para evitar que el aceite vuelva a salir del depósito con calor que podía

haber cedido al depósito. Actualmente existen algunas empresas que ya disponen

de productos orientados al almacenamiento térmico, como por ejemplo IM&ST.

(Innovation Management & Sustainable Technologies).

Después de estudiar los típicos intercambiadores de calor (de flujos cruzados) se

optó por el diseño del intercambiador-acumulador de calor con material en

cambio de fase en láminas enrolladas en espiral.

El diseño en espiral presenta notables ventajas en comparación con otros diseños

en serpentín o placas paralelas ya que son más compactos, fáciles de construir y

además tienen un buen rendimiento de transferencia térmica.

44



Fig. 27: Imagen del almacén de calor en forma de espiral de la patente española nº 201100273.

En muchos casos, el diseño del depósito de calor y las espirales dependerá del

caudal, la viscosidad del fluido que va a circular en su interior y las temperaturas

de intercambio. En principio, como el aceite a altas temperaturas tiene una baja

densidad no se considera un problema su densidad.

La acumulación de calor en el punto de fusión de un material ofrece una gran

capacidad de intercambio a temperatura constante; sin embargo el límite de

absorción o aporte de calor dependerá tanto de la cantidad de material en cambio

de fase como su calor latente.

Esto significa que si la cantidad de material del depósito es insuficiente, subirá por

encima de la temperatura de cambio de fase pudiendo llegar a temperaturas

peligrosas de ebullición mientras que si hay demasiado material en su interior no

se alcanzarán nunca las temperaturas de cambio de fase, lo que supone que el

intercambiador actúa como un deposito de material solido (sin cambio de fase).

De la misma manera, la potencia de intercambio aumentara con la conductividad

del material y con el salto térmico que exista.

El intercambiador que en el proyecto se contempla como posible candidato para el

desarrollo del prototipo está constituido por cuatro láminas delgadas de material

flexible, ligero y buen conductor térmico que debe ser además capaz de soportar

altas temperaturas durante un largo periodo de tiempo.

45



Dichas láminas se enrollan en espiral definiendo tres cámaras totalmente aisladas

unas de otras; por dos de ellas circulara el aceite de los dos circuitos de aceite

térmico sin mezclarse entre sí (de entrada desde el colector y el de salida hacia las

aplicaciones) y en el tercero se introduce el material que actuara como

acumulador.

El circuito secundario de aceite tendrá un caudal variable, en función de las

necesidades térmicas requeridas mientras que el primario tendrá un caudal que

permita mantener el material interior en estado de redifusión.

En el interior del depósito de sales pueden introducirse otros materiales que

permitan y faciliten la transmisión térmica a través de las mismas, como una malla

de acero para repartir el calor por todo el depósito.

Todo el entramado de espirales se encontrará metido en el interior de una carcasa

metálica, que a su vez estará metida en otro tubo o deposito cilíndrico para evitar

pérdidas de calor.

En caso de ser necesario podrían realizarse varios depósitos en serie que

permitiesen, con diferentes materiales de cambio de fase, obtener la mayor parte

del calor del aceite térmico.

Fig. 28: Imagen perpendicular al eje del depósito la patente española nº 201100273.

46



La Fig. 28 muestra la sección perpendicular al eje de la cámara de flujo espiral y

muestra los sentidos opuestos de flujo entre el primario y secundario según un

patrón de intercambio en contracorriente.

La entrada del aceite a las cámaras del depósito se realiza a través de tuberías

circulares, que permiten al fluido entrar por una parte del depósito y salir por el

extremo opuesto habiendo recorrido las espirales, por lo que la superficie total de

intercambio de calor será la correspondiente a las superficies de las láminas

separadoras entre fluidos, es decir, dos veces el desarrollo de la espiral (ya que el

fluido se encuentra entre dos láminas y el intercambio se produce a través de las

dos) por la longitud de las láminas.

En función de la regularidad de radiación solar, el sistema de almacenamiento

térmico tendrá tamaños diferentes para poder abastecer las necesidades

requeridas.

Para la fabricación del depósito se considerarán láminas de acero inoxidable de

aleación 18/8, que es la más utilizada en la industria.

Seguramente existan multitud de proveedores de este tipo de material, pero se ha

seleccionado uno de todos ellos como posible candidato para proveer el material

necesario para la construcción del depósito.

Sandmayer Steel Company ofrece multitud de dimensiones en las láminas de este

tipo de acero, además de las características físicas y técnicas del material en

diferentes situaciones.

Fig. 29: Valores de la conductividad térmica de las láminas de acero (Fuente: Sandmayer S. Co.)

47



Este tipo de acero mantiene su superficie limpia para obtener el mayor coeficiente

de transmisión de calor posible frente a otros aceros, y aunque tiene otras

características interesantes como una buena resistencia mecánica o al impacto,

únicamente nos interesa esta ya que estas láminas se encontrarán confinadas en el

depósito y no sufrirán tracción, compresión o impacto.

El depósito se tendrá que aislar adecuadamente para evitar que en el almacén se

pierda la potencia calorífica almacenada durante todo el día.

Se consideró la posibilidad de aislar el depósito con fibra de vidrio, pero puesto

que la temperatura límite de este producto está cercana a los 400ºC se desechó por

la posibilidad de problemas a la hora de mantener el calor o su descomposición o

fundición.

Finalmente se optó por utilizar un tipo de cemento aislante con alta resistencia y

baja conductividad térmica para aislar el depósito como el que dispone Ratsa entre

sus productos. De esta manera evitamos posibles fugas por fundición del aislante

de fibra de vidrio y aseguramos que el depósito estará aislado aunque sobrepase

en algunos grados las temperaturas estimadas.

Otro punto de interés es determinar qué tipo de sales se introducirán en el depósito

de sales.

La composición de la mezcla y el porcentaje de la misma podrían darnos sales con

diferentes puntos de fusión, de esta manera, mientras que en la central Andasol se

han utilizado 60% de nitrato de sodio y un 40% de nitrato potásico (con una

temperatura de fusión de 223ºC) en la central solar Thémis (Francia) se utilizaron

sales con una composición del 53% de nitrato de potasio, un 40% de nitrito de

sodio y un 7% de nitrato de sodio, dando lugar a temperaturas de trabajo medias

de 300 º C.

Existen además en el mercado algunos compuestos desconocidos y desarrollados

por empresas privadas que pueden soportar hasta 600ºC, pero debido a las

48



limitaciones del material que poseemos y los precios, no se han considerado para

este proyecto.

No obstante, un estudio detallado sobre la proporción de sales en la mezcla podría

darnos un punto de fusión cercana a los 350ºC o a los 400ºC, ya que no existen

valores de las infinitas mezclas de sales que podrían realizarse.

A las sales anteriormente mencionadas (utilizadas en plantas como Andasol) se

les da un uso diferente, ya que mientras que en las plantas de Andasol esas sales

líquidas se bombean por el circuito, en el presente proyecto únicamente se

considera la posibilidad de mantenerlas en el depósito como intercambiador de

calor sin que estas sean bombeadas. La proporción de sales utilizadas en estas

plantas podría utilizarse sin problemas, ya que aunque superamos el valor de

fusión, a 400ºC aún se está muy por debajo del valor de evaporación (600ºC).

El valor de la densidad de las sales en esta proporción es de 1899kg/m3 y el calor

especifico es de 1.45 KJ/Kg k, aunque los valores de la densidad y calores

específicos varían con el cambio de temperatura. Para el desarrollo de este

proyecto, es más importante el calor latente de fusión de las sales que el calor

especifico, puesto que el cambio de fase de las sales permite almacenar mucha

más energía en menos volumen.

La única manera de conocer cómo varían estos valores es de manera experimental

o siendo proporcionados por el proveedor de sales.

2.6 Aplicaciones

Las aplicaciones del calor almacenado en el depósito de sales fundidas pueden ser

múltiples en el hogar, desde utilizarlo para cocinar como utilizarlo para un ciclo

de producción de electricidad.

Las diferentes aplicaciones que se han desarrollado para el uso de esta energía

térmica almacenada se han desarrollado en un proyecto aparte, titulado

49



“almacenamiento y usos de energía solar de alta temperatura para fines

domésticos”.

Se mencionarán brevemente cada uno de ellos, no obstante, para más información

será necesario buscar en el proyecto anteriormente mencionado, donde se

desarrollan completamente las aplicaciones.

2.6.1 Plancha

Se ha considerado la posibilidad de ahorrar electricidad para calentar la resistencia

de una plancha manual de planchar ropa utilizando el calor del aceite térmico.

De esta manera la plancha podría conectarse a través de una salida del aceite para

permitir que este pasase a través de la plancha y calentarla, donde el caudal o el

tiempo durante el cual fluye el aceite determinaría la temperatura obtenida.

El cable de transmisión seria de acero y estaría adecuadamente aislado para evitar

daños al usuario por contactos indirectos.

2.6.2 Horno

El calor del depósito podría trasladarse hasta el horno, o situar el horno de manera

cercana al depósito para evitar pérdidas en el transporte del aceite.

Al igual que en la plancha el caudal de aceite y el tiempo durante el cual fluye, en

el caso que el horno estuviese lejos del depósito, o la aproximación o lejanía al

depósito, en el caso en el que el horno estuviese junto al depósito, determinarían

la temperatura de uso, que en cualquier caso siempre es mayor que el uso de la

plancha.

2.6.3 Cocina vitrocerámica

El diseño se realizó con las mismas consideraciones que el horno, pero además

añadiendo las pérdidas que existen hacia el ambiente al cocinar.

50



Se han diseñado diferentes tipos de cocina, con huecos para situar las cacerolas o

tapas que impidan salir el calor, para evitar este tipo de pérdidas y que todo el

calor pase directamente a los alimentos.

51



Capítulo 3 ESTUDIO PREVIO

El modelado del conjunto de captación, formado por la parábola, el tubo de vacío

y las sujeciones, se realizó partiendo del tamaño real del tubo de vacío, que es el

elemento que no se puede variar en sus medidas.

El resto de componentes del colector cilindro parabólico serán realizados en las

instalaciones, adaptando sus características a las del tubo, ya que son totalmente

adaptables a las necesidades requeridas.

Para el modelado se utilizó el programa de diseño CAD CATIA, que facilitaba en

gran medida la realización del perfil parabólico y la unión de las piezas realizadas

por separado mediante relaciones de posición.

El tubo de vacío se encuentra situado en el foco de la parábola, de manera que

todos los rayos de sol que incidan sobre esta lleguen al tubo por su parte posterior,

además de los que llegan directamente por su parte anterior.

La unión entre el tubo de vacío y la parábola se realizara a través de unos tirantes

metálicos, que evitaran en lo posible la desviación del tubo con respecto a su

posición en el foco de la parábola y evitaran realizar sombras tanto en el tubo

como en la parábola.

Una vez los tubos salen de la parábola, serán cubiertos por un aislante para reducir

al mínimo las pérdidas de calor hasta llegar al depósito de sales.

La disposición y diseño de las tuberías dependerán de su situación a lo largo de la

casa, por lo que no es posible realizar un modelado de las tuberías sin conocer la

estructura de la casa.

La parábola metálica dispondrá en su parte trasera de unas ballenas o costillas

metálicas que impidan la deformación de la misma debido a la meteorología y que

le den cierta rigidez (ya que se trata de una chapa metálica muy delgada y de

grandes dimensiones).

52



A continuación se muestran algunas imágenes del modelo final realizado, que se

ha situado sobre una superficie de referencia.

Fig. 30: Imagen final del modelado del conjunto de captación solar

Fig. 31: Detalle trasero de las costillas que estabilizan la estructura parabólica

53



Fig. 32: Detalle de la planta y el perfil de la estructura parabólica

Cabe mencionar que el modelo realizado se ha situado sobre un sistema

basculante que le permite variar su posición respecto a un eje.

Este sistema basculante según patente española denominada “Seguidor solar para

cubiertas” con nº P201000219 será controlado por un motor o sistema electrónico

que permita realizar la variación de forma precisa sin necesidad de intervención

humana en un único eje vertical.

Este programa y el sistema electrónico ya se encuentran diseñados, por lo que no

es competencia de este proyecto hablar de él o desarrollar uno nuevo.

El resto del sistema (circuito hidráulico y depósito de sales) se realizarán de

acuerdo al modelo del circuito realizado anteriormente, sin que esto pueda

suponer un problema debido a la falta de modelado.

3.1 Conocimientos previos

Para el posterior cálculo de la transmisión de calor se considerarán conocimientos

de transmisión de calor previos, como son los que se producen en el tubo y en el

intercambiador de calor.

En primer lugar se necesitan conocimientos previos de la meteorología del lugar

geográfico donde se va a situar el sistema de captación.

54



Posteriormente veremos que, aunque en el programa de simulación los datos

meteorológicos nos son dados por la base de datos, algunos de ellos serán

necesarios para introducir en los parámetros de los distintos elementos que

conforman el sistema de simulación.

Estos datos meteorológicos pueden obtenerse de la base de datos de la NASA, que

es una base de datos de acceso libre, donde se pueden obtener los valores medios

mensuales de todos los datos de una longitud y una latitud determinada.

Fig. 33: Algunos datos meteorológicos de latitud 40,5 y longitud -3.5 (Fuente: NASA)

55



Como puede verse en Fig. 33, pueden obtenerse los valores de la meteorología

dada en Arganda con valores medios mensuales en los últimos 22 años.

A continuación se considerará el factor de concentración del captador.

Este coeficiente, χ, se utiliza para realizar el cálculo teórico de la potencia ideal

que entra en el captador, considerando el área del tubo captador y de la abertura

de la parábola

Ecuación 1 � =��

��

Donde el valor de la potencia teórica de entrada en el captador es

Ecuación 2 �� = �� ∙ � ∙ !��"

Siendo el valor de �� el valor del área total de la chapa estirada que forma

la parábola de captación y !��" la potencia que llega hasta su superficie.

En todo caso se va a considerar el flujo de aceite laminar, puesto que se trata de

un caudal muy pequeño a velocidades muy pequeñas, por lo que se descartan de

inmediato turbulencias y cavitación en el interior del circuito que puedan poner en

peligro tanto la bomba como tuberías.

La posición del captador no solamente dependerá de su posicionamiento en lo alto

de la casa (que dependerá de si la casa tiene un tejado inclinado, la inclinación y

orientación del mismo, o de si se encuentra en una superficie plana como en una

azotea), sino también de la situación geográfica de la casa.

Dependerá de la longitud y latitud (que en un primer momento y para realizar el

prototipo se considerara en Arganda del Rey, donde se encuentran las

instalaciones) sino también de ángulos solares como el ángulo de incidencia, el

azimut y el cenit que ya se mencionaron en el apartado 1.2 y que serán diferentes

en diferentes sitios.

56



En este tipo de captador cilindro parabólico únicamente se dispone de un grado de

libertad que podrá situar el captador en función de la altura solar, y no podrá

moverlo con respecto a la posición que va tomando a lo largo del día.

Para intentar que la energía que entra en el colector sea la máxima posible es muy

importante el ángulo de orientación con respecto a la posición solar, por eso los

rayos solares deben ser perpendiculares al plano de apertura del captador todo el

tiempo posible.

En la mayor parte del tiempo de funcionamiento los rayos solares llegarán al

colector de forma inclinada y solamente llegarán de manera perpendicular en un

pequeño momento del día, como puede observarse en la Fig. 34.

Fig. 34: Grado de libertad del CCP con respecto al movimiento solar

Además de influir la posición del CCP, se producirán algunas pérdidas en la

absorción del captador que serán necesarias tenerlas en cuenta a la hora de

calcular el rendimiento y la eficiencia del colector.

57



3.2 Pérdidas

Estas pérdidas se deben sobre todo a la imperfección del modelo o prototipo

realizado, que en ningún caso es tan perfecto como el modelo realizado para su

fabricación.

En primer lugar existen pérdidas en la superficie metálica del colector, que en

principio debe tener una reflectividad elevada para evitar que los rayos solares se

dispersen y lleguen al tubo correctamente.

Por motivos como el acabado superficial, suciedad de la superficie y

imperfecciones superficiales que en muchos casos son inapreciables a simple

vista, en muchos casos los rayos son reflejados en otras direcciones que no son las

adecuadas produciéndose dichas pérdidas.

Por ellos es importante la fabricación adecuada del colector, así como la posición

del tubo de vacío en el foco de la parábola que es donde se localizaran la mayor

parte de los rayos solares.

El tubo de vacío, según el fabricante tiene una transmitancia de la capa exterior

cercana al 96% lo que implica que se producen pérdidas también en la capa más

externa del tubo de vacío.

Desde que los rayos solares entran en el captador (considerando las pérdidas antes

mencionadas producidas por la posición y el acabado de la parábola) existen

múltiples pérdidas en el tubo de vacío hasta que llega al aceite térmico.

58



Fig. 35: Pérdidas que se producen en el tubo de vacío

No obstante y a pesar de que se producen pérdidas son pocas en comparación con

otros fabricantes de tubos de vacío.

El valor del rendimiento por pérdidas ópticas será la multiplicación de todas estas

pérdidas parciales que se van produciendo.

Ecuación 3 # = $ ∙ % ∙ & ∙ '

Donde $ es el valor de la reflectividad de la parábola, que dependerá del material,

del acabado superficial y de su forma geométrica, % es el factor de interceptación

que indica si la posición del tubo de vacío con respecto a la parábola (si el tubo

esta fuera del foco las pérdidas son enormes) y no supera nunca el 95% en los

colectores más cuidadosamente realizados. Se trata de un valor difícil de

determinar.

El valor de & hace referencia a la transmitancia de la capa exterior del tubo de

vacío y ' hace referencia al valor de la absortancia del tubo oscuro que hay en el

interior del tubo de vacío, y que será el que por su interior pase el aceite térmico.

Estos dos últimos parámetros han sido obtenidos por el fabricante y se les

proporciona a los usuarios (considerando siempre condiciones óptimas).

De la ecuación del rendimiento óptico (Ecuación 3) se puede observar que no

depende su valor de la radiación solar sino de las características de los

59



componentes que conforman el captador solar. Todos los parámetros que

determinan esta ecuación variaran con la suciedad, la humedad y el tiempo

meteorológico.

Como se ha comentado antes y se ha mostrado en la Fig. 34, el CCP solamente

puede moverse con respecto a un eje. Esto implica necesariamente que existen

pérdidas geométricas debido a la posición del captador con respecto al sol.

Cuanto más perpendiculares sean los rayos solares a la apertura de la parábola,

mayor rendimiento tendrá esta pero esa situación ideal solamente se da unos

pocos minutos al día; el resto del día los rayos entran inclinados en la parábola y

se producen pérdidas.

Fig. 36: Ejemplo de pérdida geométrica

Cuanto mayor sea el ángulo de inclinación de los rayos solares mayores serán las

pérdidas puesto que menor superficie del tubo será usada.

Además será necesario considerar aquellas partes del tubo cubiertas por elementos

necesarios para su posicionamiento como los tirantes o los puntos de unión a los

tubos de distribución.

El valor de estas pérdidas debe determinarse de manera experimental.

Para evitar pérdidas geométricas será necesario también evitar cualquier tipo de

sombra que pueda producirse sobre el captador.

60



Esta idea parece totalmente lógica, ya que utilizamos la energía solar y es

necesario que le dé el sol, pero en muchas ocasiones construcciones posteriores

cercanas o crecimiento excesivo de los árboles que rodean la casa podrían obligar

a cambiar la instalación parcial o completamente para situar el CCP en un lugar

más adecuado. Para evitar gastos innecesarios en la instalación se deberán tener

en cuenta futuras construcciones cercanas y la evolución del entorno.

No se consideran las sombras producidas por otros captadores ya que en un

principio este proyecto está orientado a un único captador, por lo que no se

estudia esa posibilidad.

También es muy importante considerar las pérdidas térmicas que se producen. En

este punto se aplicarán conocimientos de transmisión de calor para plantear el

valor de las pérdidas producidas por la transmisión de calor.

Existen pérdidas térmicas en las tres grandes partes que conforman este proyecto;

el colector, el medio de transporte, y el depósito.

En las tuberías de transporte no se podrá realizar ningún tipo de estimación, ya

que al ser desconocida la longitud de la instalación es imposible realizar una

estimación de las pérdidas térmicas producidas, ya que se calculan por metro de

tubería instalada.

En el depósito, donde se produce el intercambio de calor del aceite térmico a las

sales, las pérdidas térmicas que más podrían influir son las que se producen al

ambiente.

En este punto donde la conductividad térmica del cemento aislante está muy

relacionada con la superficie del depósito, las pérdidas estarán directamente

relacionadas con la superficie del depósito y la temperatura a la que este se

encuentre.

El principal punto donde las pérdidas térmicas serán mayores será en el tubo de

captación, puesto que es la única parte de todo el circuito que no se encontrará

aislada del exterior.

61



Las pérdidas térmicas sobre el tubo de vacío dependerán no solamente de la

radicación solar incidente sobre el colector; dependerá de otros factores como el

caudal de aceite que pase por su interior o la temperatura del mismo.

Obviamente, como el sol cambia su posición a lo largo del día y por la noche no

está, las pérdidas no serán constantes y variaran en función de múltiples factores.

Sin embargo, puede analizarse puntualmente el tubo de vacío como un sistema

estable, con flujo laminar y el aceite como un líquido incompresible para poder

realizar una aproximación adecuada.

En cualquier caso, el valor de la potencia que llega a cualquier punto del colector

es siempre la misma (el sol no radia más sobre una parte del colector que sobre

otra) de manera que a la capa superficial transparente del tubo siempre llega el

mismo valor de q’ (W/m2).

Puesto que el tubo tiene, según su fabricante, valores de τ ≈ 96 significa que de

toda la radiación que llega hasta la superficie del tubo de cristal, un 96% de esta lo

atraviesa y llega hasta el tubo recubierto por una capa absorbedora.

La transferencia total de calor al tubo seguirá la siguiente expresión:

Ecuación 4 �(�� = )* ∙ +, ∙ (./0(�� 12� − .0(0�0�� 12�)

Donde el valor del calor transmitido al aceite depende únicamente del caudal de

aceite y de su calor especifico.

Fig. 37: Capa limite térmica en el tubo de vacío

62



A medida que el aceite pase a través del tubo de vacío irá aumentado su

temperatura a pesar de que la radiación que llega se mantiene constante a lo largo

del tubo.

Sin embargo, y puesto que la temperatura del aceite que fluye a través del tubo de

vacío aumenta, las pérdidas hacia el exterior también aumentan siguiendo la

siguiente ley

Ecuación 5 !�� = ℎ ∙ (.!1,��/0�0� − .6�70�)

Donde h es el coeficiente de convección del tubo y el valor de la temperatura

media corresponde al valor medio de la temperatura que fluye por el tubo (que

como puede verse en la Fig. 37, no es constante a lo largo de la sección del tubo).

De esta manera, y a pesar de que existen pérdidas, la transmisión neta de calor

siempre va desde el exterior hacia el interior (si fuese del interior al exterior

enfriaríamos el aceite).

Fig. 38: Desarrollo capa térmica y pérdidas

Todo este tipo de consideraciones anteriormente descritas serán utilizadas durante

la simulación del sistema y el análisis de los resultados obtenidos que se realizará

en el siguiente capítulo, a pesar de que ya se encuentran implementadas en el

programa.

63



El valor de la superficie del colector cilindro parabólico ha sido estimado de

acuerdo a los datos que ya tenemos y las necesidades requeridas.

Todos los valores asociados al tubo absorbedor (tanto su longitud como su área)

se encuentran definidos y no pueden variarse, de manera que el cálculo y la

fabricación de la parábola se harán de acuerdo a estos valores.

De las Ecuación 1 y Ecuación 2 se puede obtener la siguiente ecuación.

Ecuación 6 �� = �!1,��/0�0� �� ∙��

�� ∙ !��

"

Donde A superficie colector se refiere al área de la chapa que conformará la parábola y

A Abertura captador hace referencia al área del plano que contiene la apertura de la

parábola. Los valores de la radiación del sol y el área del tubo absorbedor no son

variables ni dependen del diseño.

De la Ecuación 6 puede observarse claramente que cuando mayor sea la chapa

que conforma la parábola (solamente de ancho, puesto que de largo está

determinado por la longitud del tubo de vacío) y mayor sea su apertura mayor

potencia entrará en el captador.

Sin embargo la parábola no puede realizarse todo lo grande que se quiera por dos

razones.

La primera de ella es obvia, y es la falta de espacio. Es imposible situar en el

tejado de una casa una parábola con una abertura de 10 metros por cuestiones de

espacio; en este caso sería mejor situar dos parábolas menores (de

aproximadamente 2 metros de apertura) en serie, de manera que también se

aumentaría la potencia absorbida.

Otro problema menos obvio es la situación del tubo de vacío en el foco de la

parábola.

64



Fig. 39: Imagen del ángulo de captación

El ángulo de captación es el ángulo dentro del cual, todos los rayos solares que

llegan a la parábola van al tubo de vacío. Es también este ángulo el que forma el

diámetro del tubo de vacío con la superficie de la parábola. Por lo tanto si se hace

una parábola muy grande y abierta, la distancia del tubo a la superficie de la

parábola será mayor y el ángulo de aceptación disminuirá en los puntos más

alejados del tubo de vacío. Esto implica que al posicionar el tubo en el foco con

cierto error se producirán más pérdidas en la captación si la parábola es muy

grande.

65



Capítulo 4 MODELADO Y SIMULACIÓN

La instalación solar térmica diseñada se compone principalmente de los siguientes

componentes:

• Colector (o colectores) cilindro parabólicos

• Un fluido caloportador, que permita transportar el calor captado hasta el

sistema de almacenamiento a través de un circuito hidráulico hasta llegar

al depósito de sales.

• Un sistema de almacenamiento formado fundamentalmente por sales en

estado de cambio de fase.

• Diferentes elementos de unión y distribución como son válvulas, etc.

4.1 Modelado

Se realizara una simulación del modelo planteado con el programa TrnSys y un

modelado posterior para comprobar con datos reales los resultados.

Con TrnSys se tratará de evaluar de manera más real posible las características del

sistema como si estuviese en funcionamiento, introduciendo los parámetros y

valores característicos de los elementos reales que se van a utilizar.

Únicamente se evaluará la parte que va desde el colector solar hasta el depósito de

sales, tomando además el caso más desfavorable según el cual no existe

realimentación desde la salida del colector hasta de nuevo el colector.

En el caso de realimentación, siempre se llega a obtener un aceite de alta

temperatura a la salida del CCP, ya que recirculará a través del captador las veces

66



que sean necesarias hasta que llegue a la temperatura deseada. Entonces llegará

hasta el depósito a la temperatura establecida.

La finalidad de esta simulación es poder obtener de manera más o menos

aproximada (dependerá de los valores tomados para la simulación) el incremento

de temperatura que se producirá en el CCP y en el depósito de sales dado el caso

en el que la radiación fuese directa.

En ningún caso se establecerá salida del calor del depósito, puesto que el uso del

mismo no compete a este proyecto; lo más importante es garantizar el que esa

temperatura de uso pueda establecerse.

En algunos casos, se desconocen parámetros y valores de entrada necesarios para

modelar la simulación, en ese caso se supondrán unos valores razonables y a la

hora de realizar el prototipo (cuando esos valores puedan ser medidos y

establecidos) se introducirán los valores reales en la simulación para que esta sea

lo más parecido a lo real.

No se considerarán las pérdidas por estar relacionadas con el metro de tubería

instalada de manera que se realizara una simulación con valores y parámetros

reales pero en un entorno ideal, donde la radiación que llega es directa y no

existen factores que distorsionen los resultados (niebla, lluvia etc.)

Con las siguientes simulaciones lo que se persigue es establecer y conocer los

parámetros adecuados para que, con un mismo valor de radiación, el incremento

de la temperatura sea máximo. Posteriormente se conocerá que el valor de la

radiación utilizado por TrnSys no es correcto (se observará desde la primera

simulación), pero se utilizará para guiar el modelado de las variables (caudal,

superficies etc.) que posteriormente se utilizarán para el modelado con radiación

real.

De esta manera, sabiendo que los parámetros externos (atmosféricos) son

constantes permiten ver que parámetros internos (caudal, abertura, etc.) influyen

67



en la simulación positivamente para considerarlos posteriormente en la simulación

real.

Los elementos que componen el circuito establecido son los siguientes:

• Base de datos atmosféricos: El programa incluye bases de datos de

diferentes puntos del mundo, sobre todo de las capitales mundiales.

La base de datos es mucho más extensa para zonas de Estados Unidos,

donde se disponen de datos de multitud de ciudades, ya que el programa

ha sido diseñado en Estados Unidos. Para la simulación se utilizaron los

datos dados para Europa�Madrid-Barajas que es el punto más cercano al

lugar geográfico donde se realizará el prototipo y que vienen en unos

archivos de datos adjuntos al programa.

Algunos de los parámetros que incluye son la reflectancia del suelo (con y

sin nieve), los datos de radiación solar y los ángulos solares. Estos datos

no serán cambiados por nosotros y serán incluidos directamente en la

simulación, puesto que no tenemos ni medios para obtener algunos

parámetros que en estos datos se proporcionan ni existe gran diferencia a

la meteorología que se desarrolla en el punto donde se realizará el

prototipo.

• Bomba: TrnSys incluye varios modelos de bombas, y se ha seleccionado

uno que puede presentar velocidad variable.

Como se desconoce el valor de la potencia consumida por la bomba se ha

dado un valor más que suficiente para que la simulación no plantee

problemas de falta de potencia, ya que se sabe de sobra que la bomba no

consumirá una potencia excesiva.

68



Fig. 40: Icono de la bomba (Fuente: TrnSys).

Algunos de los parámetros que se han tenido que introducir en el icono de

la bomba para poder definirla son el caudal máximo y el mínimo que

puede bombear, el calor específico del fluido a bombear y su densidad y

las pérdidas de calor con el exterior. Además se plantearon unos valores de

eficiencia y de temperatura de entrada y salida del fluido.

El valor de la temperatura del fluido a la entrada es un valor inicial a partir

del cual se empieza a realizar el cálculo a medida que pasan las horas, por

lo que con cada vuelta que dé al circuito el fluido no entrará con esta

temperatura determinada.

Es importante destacar que el caudal posible se establecerá entre el

máximo y el mínimo de la bomba real suministrada por el proveedor,

considerando un valor de densidad del aceite cercano a 0.87 kg/l, que es un

valor medio de densidad (que también varía con el cambio de

temperatura).

Algunos valores como el rendimiento de la bomba o eficiencia se han

establecido en valores de 0,8 ya determinados por el propio programa, lo

que se aproxima a la realidad.

• Salida de datos: Este icono permite obtener de manera gráfica los

resultados obtenidos después de la simulación

Fig. 41: Icono de salida de datos (Fuente: TrnSys)

69



Se trata de un icono totalmente necesario para obtener una salida de datos

de todos aquellos parámetros que nos interesen, que están unidos a ella

mediante flechas o uniones donde se definen los parámetros que se quieren

obtener gráficamente.

Fig. 42: Selección de parámetros a representar gráficamente (Fuente: TrnSys)

Los valores de salida pueden representarse en las unidades que dispone el

programa y el tiempo de simulación puede variarse de acuerdo a las

necesidades del usuario.

• Depósito de calor: El depósito utilizado para este proyecto se trata de un

modelo muy determinado de depósito, con espirales internas como sistema

de intercambiador de calor con las sales.

Puesto que en el programa no existe tal modelo de intercambiador de

calor, y realizar un modelo en TrnSys de un depósito que no se ha

fabricado aún es imposible por la cantidad de parámetros desconocidos, se

optó como depósito térmico el dado por el propio programa.

Se optó por un depósito denominado de piedra, que podría ser

perfectamente sales. Este tipo de depósito es el adecuado si se desea

realizar el almacenamiento de energía como calor sensible, ya que el

programa no considera que funda el material. Este modelo únicamente es

70



válido hasta el punto de fusión de las sales y no para simular las sales

fundidas.

Fig. 43: Icono de depósito térmico (Fuente: TrnSys)

Se introdujeron los parámetros conocidos de las sales, como son el calor

específico y el punto de fusión, pero otros parámetros como las

dimensiones, el volumen o la superficie de intercambiador se establecieron

con valores aproximados. El valor del calor específico es únicamente

necesario y utilizado para trabajar hasta el punto de fusión del material; el

material trabajará normalmente cercano al punto de fusión de las sales.

Hay que considerar que el sistema se implantará en un hogar, de manera

que el volumen ocupado no puede ser muy grande pero tampoco pequeño,

y la superficie de intercambio será fundamental para obtener una buena

simulación.

Se considerará el volumen del depósito y la superficie de intercambio

como una de las variables con las que se simulará el sistema.

• Colector cilindro parabólico: Se trata sin duda de uno de los elementos

más complicados de definir de todo el sistema.

Fig. 44: Icono de captador solar cilindro parabólico (Fuente: TrnSys)

El colector solar se ha tenido que definir con más de quince parámetros

distintos, algunos de ellos desconocidos para nosotros, bien porque los

71



datos no nos los han proporcionado los fabricantes (como el ángulo de

refracción de la primera capa de cristal del tubo) o bien porque son datos

que deberán medirse experimentalmente una vez construido y montado.

Otros parámetros son de posición con respecto al sol, lo que nos ha

obligado a suponer una posición óptima con respecto al sol para poder

realizar una simulación adecuada aunque no podamos garantizar esa

posición en el prototipo.

Todos los elementos anteriormente mencionados y modelados con valores reales

de los materiales que se quieren utilizar, son unidos por flechas por las que fluye

información de un elemento a otro. Esta información que fluye en algunos casos

es lógica (como la temperatura del aceite térmico a la salida de un elemento, que

tendrá la misma temperatura a la entrada del siguiente elemento) y otros no tanto,

como es por ejemplo el valor del ángulo cenit o azimut (que va desde los valores

meteorológicos a los valores del captador solar). Las flechas o líneas de unión,

aparecen de color azul si aun no ha sido establecida la relación de información

entre los elementos ( ) y se vuelve de color negro cuando la relación ya

ha sido establecida ( ).

Finalmente el sistema unido, montado y relacionado presenta la siguiente

configuración.

Fig. 45: Sistema empleado para la simulación.

72



La Fig. 45 muestra el esquema de la instalación utilizado para la simulación. En él

aparecen los elementos mencionados anteriormente y unidos mediante flujos de

información o flechas. Cada uno de los elementos que conforman el circuito ya

tienen introducidos sus parámetros y valores de entrada.

Los valores atmosféricos provienen de la base de datos “Tiempo atmosférico” y se

transmiten directamente al colector CCP, que es el elemento que los utiliza para

elevar la temperatura del aceite que fluye por él.

Del CCP, el flujo (y toda la información que contiene) pasa al depósito de rocas, o

en este caso de sales, donde se produce un almacenamiento de energía con el

consiguiente incremento de temperatura. Como no se ha establecido una salida

para esa energía almacenada la temperatura del depósito aumentara

continuamente. Una vez sale del depósito de sales, el flujo pasa a la bomba, que es

la encargada de impulsar de nuevo el fluido hasta el CCP para volver a calentarse.

Además, desde el CCP y el depósito de sales salen dos flechas hacia “salida” que

permite obtener gráficamente los resultados de la simulación realizada.

Para obtener los resultados y hacer correr la simulación, se debe pulsar el botón

run ( ):

Por último, mencionar que aunque puede parecer un sistema sencillo de crear

supone conocer múltiples parámetros y variables de todos y cada uno de los

elementos reales que conformarán en el futuro el sistema real y las relaciones

entre ellos. En muchos casos esos parámetros o datos han sido supuestos o

estimados, acercándonos lo más posible a valores reales para intentar que sea lo

más real posible.

4.2 Simulación

Para la simulación tomaremos el valor de la radiación directa continua, es decir

cuando el sol incide directamente sobre el colector y este se orienta en la dirección

adecuada. De esta manera se verá cuanta temperatura puede absorber el captador y

73



el depósito de sales. No se va a considerar la radiación difusa, pues este tipo de

colector no funciona con la radiación difusa y tampoco se va a estudiar las

pérdidas que se producen durante la noche, ya que al no tener las dimensiones

reales no se pueden calcular las pérdidas por unidad de superficie. Además es de

suponer que durante la noche el sistema se detendría puesto que si circula durante

noches frías, lo que haríamos seria sacar el calor del depósito.

Existen múltiples parámetros que podemos modificar para estudiar los valores que

se obtendrían en la simulación, desde la variación del caudal hasta la variación del

tamaño del depósito.

A continuación se estudiaran algunos casos en los que se varían valores de

parámetros que desconocemos o que serán establecidos por nosotros en su

fabricación.

Empezaremos considerando un caudal mínimo, puesto que es lo más lógico

pensar que cuando el caudal de aceite es mínimo se calentará más en el colector.

Fig. 46: Valores del caudal de la bomba en las unidades pedidas por TrnSys

En esta primera parte de la simulación se considerará la puesta en funcionamiento

de todo el sistema, es decir, que partimos del sistema recién montado a

temperatura ambiente (tanto el aceite térmico como los distintos elementos) para

poder observar como aumenta su temperatura en un intervalo de tiempo

determinado.

Se estudiará este estado por ser el más desfavorable de todos los que pueden

darse, ya que si el sistema ha sido utilizado anteriormente sus elementos (o el

aceite o el depósito) no se encontrarán a temperatura ambiente.

m3/h kg/hr

Q min 0,0000003 0,0002613

Qmax 2,20 1916,2

BOMBA

74



Hay que mencionar que puesto que no existe un límite de temperatura en la

simulación y no existen usos (salidas de calor desde el depósito), puede que se

den valores superiores a los que pueden soportar físicamente los materiales.

Esto en la vida real no sucede, puesto que existen sensores de temperatura,

pérdidas en el almacén y en transporte y además se hace uso del calor acumulado.

Para unos valores determinados en primer lugar se realizara una simulación para

el caudal mínimo posible (Fig. 46) durante 12 h.

Fig. 47: Simulación caudal mínimo

Como puede observarse en la Fig. 47, existe un periodo corto de tiempo donde el

caudal se establece y la temperatura del captador alcanza una temperatura inicial.

Esto es debido a que al igual que la bomba se enciende y pasa de 0 al caudal

establecido, la simulación también considera que la radiación pasa de 0 al valor

normal establecido y no que la radiación solar sea establecida antes del comenzar

la simulación. También puede observarse que la temperatura aumenta poco a poco

debido a que la radiación es continua y no se han considerado pérdidas.

La radiación directa considerada es totalmente imposible, puesto que el CCP no

sigue el movimiento del sol en los dos ejes (como los girasoles) sino solamente en

75



uno de los ejes (vertical) y durante el día la radiación que llega a un mismo punto

no es la misma.

TrnSys no considera que el CCP se mantenga quieto en una posición y obtiene el

resultado considerando que la radiación es perpendicular siempre al plano de la

apertura de la parábola. Aunque esto no nos ayuda para ver la evolución real de

temperaturas puede ayudarnos para ver cómo influyen diferentes características

sobre el aumento de esa temperatura considerando la misma radiación. Tampoco

considera que el material del depósito en algún momento funda y cambie de

estado, por lo que el modelo de depósito de sales en TrnSys no es válido para el

simular el depósito del proyecto. La simulación únicamente será válida para

temperaturas inferiores al punto de fusión del material del depósito.

Como puede verse también, las temperaturas comienzan a aumentar en la misma

proporción en el CCP como en el depósito (El depósito aumentará su temperatura

siempre y cuando se encuentre por encima del punto de fusión de las sales o por

debajo, durante la fusión de las sales la temperatura se mantiene constante pero

esta gráfica no lo refleja porque no lo considera). La temperatura aumenta en la

misma medida en los dos sitios puesto que no se consideran las pérdidas

intermedias en las tuberías; en la realidad se producirán pequeñas caídas de

temperatura entre el captador y el depósito en función del aislamiento.

Es necesario destacar que en la temperatura del depósito, no se da un valor de la

temperatura absoluto (en un principio no se encuentra a 0ºC), sino que se da un

valor de el incremento de temperatura media dado en el depósito, es decir, que si

la temperatura inicial del depósito era de 20ºC al final de la simulación no se

encuentra a 64ºC, sino a 44ºC.

Realizaremos ahora la misma simulación, cambiando únicamente el valor del

caudal (que será máximo) para comparar como afecta a los distintos elementos.

76



Fig. 48: Simulación del caudal máximo

Como puede observarse en la Fig. 48, para el caudal máximo de 1916.2 kg/h (que

es la línea rosa que se sale de la gráfica al principio) los valore de las temperaturas

suben muchísimo menos (pasan de llegar a 250ºC con el caudal mínimo en el

captador a 180ºC con el caudal máximo).

Esto es totalmente lógico en un acumulador de piedra (en un depósito de cambio

de fase no) puesto que si el fluido pasa más rápido, le da menos tiempo a

calentarse en el captador y por lo tanto tarda más tiempo en establecer la

temperatura buscada.

Es destacable la caída de temperatura que se produce en el CCP al principio de la

simulación, ya que pasa de estar en una temperatura inicial de 20ºC a caer por

debajo de esta temperatura, es decir, existe un corto periodo de tiempo en el que el

aceite es el que transfiere calor al ambiente y no al contrario (hasta que se

establece el valor de la radiación directa).

La diferencia de temperaturas para un mismo tamaño del depósito de sales no es

tan grande, y puesto que la temperatura a la que llega el colector podría resultar

problemática con el caudal mínimo, lo mejor sería establecerse entre valores

intermedios a estos dos.

77



Por lo tanto y aunque se han visto las diferencias entre ambas simulaciones, se

considerara a partir de ahora un valor medio del caudal de la bomba de 958 kg/h.

para las siguientes simulaciones donde se variaran otros parámetros.

A continuación se evaluaran diferentes valores del captador y del depósito de

sales, puesto que de la bomba el caudal ya no va a variarse.

En el captador son pocos los valores que se pueden variar puesto que muchos de

ellos relacionados con la posición están directamente anclados a los valores

meteorológicos que se han establecido al principio.

Sobre el captador se estudiará la variación de los parámetros relacionados con la

parábola (que es el elemento que podemos modificar en la realidad).

Se variará el valor del área colectora para observar cómo influye en la captación

solar un área mayor o menor.

Fig. 49: Resultado de la simulación con variación del área colectora (8 m2 y 20 m2).

78



Como puede observarse entre ambas gráficas (Fig. 49), para un mismo valor del

caudal se obtienen temperaturas diferentes en la salida del CCP, lo que demuestra

que el área colectora de colector solar influye notablemente en el resultado

obtenido.

Como se comentó en el apartado de Pérdidas, la apertura influye notablemente en

el ángulo de aceptación de los rayos solares y por lo tanto en las pérdidas que se

producen.

El tubo de vacío mide aproximadamente 4 m lo que significa que

obligatoriamente, el área colectora tendrá un valor de 4 por el ancho de la abertura

de la parábola.

Fig. 50: Imagen que muestra el área colectora de la parábola

Una mayor apertura de la parábola implica que al menor movimiento del tubo con

respecto al foco de la parábola hará dispararse las pérdidas, sin contar claro que el

tamaño de la parábola es imposible situarla en un tejado.

Puesto que el valor mínimo del área de captación es de 4 (4 m de largo y uno de

apertura) no podremos poner un valor menor a este.

Finalmente se optó por un diseño de 4 metros de largo y 2 metros de apertura de

la parábola, como la idea que se tenía del captador en un principio; esto nos da un

valor del área colectora de 8 m2 que es el valor que se considerara a partir de

ahora.

No existen más parámetros variables en el captador, por lo que pasaremos ahora a

modificar el depósito de sales para ver cómo influyen en los resultados.

79



En este punto ya tenemos dos de las variables definidas, una de ellas es el caudal

y la otra es la apertura de la parábola.

Variaremos ahora el valor del perímetro del depósito y su longitud para ver si el

tamaño del depósito influye en el valor de temperatura alcanzado.

Fig. 51: Simulación para variación del volumen del depósito de sales

Como puede observarse, en la Fig. 51, para un volumen pequeño en el depósito de

sales la temperatura sube rápidamente mientras que si el volumen es menor la

temperatura aumenta más despacio. El hecho de que aumente poco a poco supone

un problema puesto que podría no llegar a alcanzarse el punto de fusión de las

sales, que es lo que buscamos para el almacenamiento de calor.

80



Como puede observarse, si existe mucha cantidad de material se necesitará mucha

más energía para elevar ese material hasta el punto de fusión, por lo tanto se

deduce que un gran tamaño del depósito no implica que el sistema sea mucho

mejor, porque será mucho más difícil alcanzar las temperaturas de fusión de las

sales.

En el programa se define otro parámetro fundamental en el depósito denominado

cross-sectional área y que será un parámetro importante para alcanzar mayores

temperaturas en el depósito.

Como se comenta en Acumulación, el sistema de almacenamiento que se utilizara

será un modelo de depósito con espirales en su interior que funcionan como

superficie de intercambio.

El modelo seleccionado no tiene espirales, es de flujo continuo (entra por un lado

y sale por el otro) de manera que es muy importante el valor tanto de la longitud

del depósito (valor de la longitud durante la que se produce el intercambio de

calor con las sales) como el valor del área de sales que tiene que calentar.

Cross-sectional área hace referencia a la relación de áreas entre el tubo por donde

fluye el aceite y la superficie a calentar.

Fig. 52: Dibujo del depósito de sales con diferentes áreas de intercambio.

81



A medida que pasa el fluido, por cada una de las secciones transversales al flujo

del depósito, el fluido debe transmitir el calor que porta al material que conforma

el depósito.

Si el área del depósito es muy grande, las capas cercanas al tubo por donde pasa el

fluido se calentaran rápidamente y las más lejanas se irán calentando poco a poco

a medida que el calor fluya a través de las sales. Tardará más tiempo por lo tanto

en estar a una temperatura media elevada (tendrá partes más frías que otras) y por

lo tanto tardará más en llegar al punto de fusión.

En cambio si el área es pequeña, no existirán capas de sales tan lejanas y se

llegará relativamente pronto a una temperatura media más elevada que en el caso

anterior (En las simulaciones lo que se representa es el valor medio de la

temperatura del depósito).

Estas explicaciones se ilustran en la Fig. 52, donde puede verse que el calor tendrá

que recorrer mas distancia para calentar la superficie A que la superficie B.

Se tendrá en cuenta a la hora de fabricar el depósito en espirales a la hora de

considerar la distancia entre estas, ya que si son muy grandes las distancias se

tardará mucho en alcanzar la temperatura necesaria.

Fig. 53: Distancia entre espirales

82



Será por lo tanto preferible hacer más vueltas a la espiral que hacer menos vueltas

con mayor distancia entre ellas si lo que se desea es que rápidamente se alcance la

temperatura de fusión.

Realizaremos a continuación una simulación con unos mismos valores de longitud

y perímetros y se cambiaran los diferentes valores de secciones de intercambio.

Fig. 54: Simulación para diferentes relaciones entre área de intercambio

Como puede observarse en la anterior figura (Fig. 54) cuando la relación de áreas

es menor se alcanzan rápidamente valores mayores de la temperatura media del

depósito, que en cierto modo es lo que interesa.

Esto implica que en nuestro deposito en espiral, la separación entre espiras no

puede ser muy grande porque ralentizaría el intercambio de calor (la relación entre

83



el área que ocupan las espiras y el área que ocupan las sales debe ser el menor

posible).

Para finalizar esta parte de la simulación podemos afirmar que durante el uso de

TrnSys para las diferentes simulaciones se han detectado algunos problemas

importantes:

• Su uso es excesivamente complejo y no considera movimientos del CCP

ni efectos temporales como el amanecer y el anochecer. Se trata por lo

tanto una simulación bajo una radiación continua y constante que no nos

vale para observar el comportamiento de los elementos pero sí para

observar cómo influye en el resultado los parámetros de los elementos.

Únicamente nos sirve para estudiar el comportamiento de los diferentes

elementos bajo un mismo valor de radiación.

• El depósito de sales que utiliza TrnSys no considera en ningún momento

su cambio de fase y por lo tanto, nos puede dar una idea en cuanto a su

tamaño y su sección de intercambio pero no en cuanto a qué sucede con el

cambio de fase. Este modelo, por lo tanto, solamente será válido si

consideramos el depósito por un punto inferior al de cambio de fase (sales

sólidas).

Sin embargo, utilizando Trnsys hemos podido determinar algunos de los

parámetros que mejoraran el funcionamiento del sistema.

• Una mayor apertura de la parábola no garantiza mayor temperatura en el

fluido caloportador.

• Un mayor volumen del depósito de sales impide llegar en un corto espacio

de tiempo al punto de fusión, por lo que deberá existir un equilibrio entre

la cantidad de energía que se quiere almacenar y el tamaño del depósito

para que el almacenamiento en cambio de fase pueda darse. Volvemos a

84



mencionar que en Trnsys no se considera el cambio de fase, pero sí se

tendrá en cuenta en la posterior simulación, donde el tamaño del depósito

también influye.

• Una relación de superficies grande impide que se realice el intercambio

con una mayor rapidez posible, ya que el intercambio siempre se realiza

desde una temperatura superior (aceite) a una temperatura inferior (sales

del depósito), y si las partes más cercanas al tubo por el que pasa el aceite

se calientan excesivamente el aceite no podrá transmitir todo el calor que

podría transmitir. Lo más adecuado será aumentar la superficie de

intercambio para favorecer el máximo intercambio posible.

Simulación con radiación real

Para la simulación con radiación real se podrían haber considerado los valores

medios de los datos obtenidos en de la NASA (Fig. 33), sin embargo estos datos

son valores medios mensuales. Como lo que quiere realizarse es una simulación

con valores medios diarios se ha considerado los valores obtenidos por Censolar

(centros de estudio de energía solar) para las diferentes zonas de radiación

definidas en el CTE. en un día claro.

Para la simulación que se realizará se supondrá que la instalación se encuentra en

Arganda (zona IV) donde los valores de radiación son:

Fig. 55: Radiación solar por horas y por meses (KWh) (Fuente: Censolar)

85



Para realizar la simulación se tomarán los valores medios mensuales de cada una

de las horas del día (hora solares), donde el valor de 12 h es siempre el punto

medio entre el que el sol sale y se pone.

La hora solar está relacionada con la hora real (UTC o GMT) según la siguiente

ecuación:

Ecuación 7 8�9: ;.< = 8= + <?

Donde el valor de Hs es la hora solar y CM es la corrección que se realiza para la

hora civil (en España es de +1 en invierno y +2 en verano).

Fig. 56: Valores radiación media anual en un día claro (KWh) (Fuente: Censolar)

De la Fig. 56 es necesario destacar que, aunque los valores representados parecen

pequeños, existen meses durante el año en los que la radiación media directa es

muy pequeña por nubes o por otros motivos (como por ejemplo los meses de

Diciembre, donde las horas de luz son menos y menos intensas) y por eso los

valores se reducen notablemente.

Los valores introducidos para calcular la potencia de entrada en la parábola son

los determinados a partir de la simulación en TrnSys, es decir, que se considerará

una parábola de apertura 2m y longitud de la chapa de 2, 5 m.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36

Radiacion media dia claro (KWh/m2)

Radiacion

media dia

claro

86



De esta manera se puede estimar el valor de la potencia que llega hasta la parábola

(valores ideales) según la Ecuación 6 �� = �!1,��/0�0� �� ∙

��

�� ∙ !��

"

Además se considerarán las pérdidas en el captador, tanto producidas por el tubo

como por la propia parábola según los valores de Ecuación 3

# = $ ∙ % ∙ & ∙ '

Donde el valor de $ tiene un valor aproximado de 96% (en el caso de que la

reflectividad sea muy buena), el valor de % tiene un valor del 95% normalmente,

aunque este valor podría variar en función de la habilidad con la que se coloque el

tubo en el foco exacto de la parábola. Los otros dos valores (& y ') son valores

correspondientes a las características del tubo de vacío en óptimas condiciones de

limpieza. El rendimiento del sistema de captación da aproximadamente un valor

de # = 0.61.

El valor de estas pérdidas influirá sobre el valor final de la radiación que llegue al

aceite térmico que pasa a través del tubo de vacío.

Como no se conocen el valor de la longitud de las tuberías, se desprecian las

pérdidas en estas (que podrían ser a lo sumo de 2ºC). Por lo tanto se considera que

la temperatura de salida del captador es la temperatura de entrada del depósito y

que la de salida del depósito será la de entrada en el captador.

Esto queda reflejado en el siguiente esquema:

87



Fig. 57: Temperaturas de salida y de entrada.

En esta segunda simulación, a diferencia de lo realizado en la simulación en

TrnSys, se considerarán dos segmentos de temperatura. La primera de ellas va

desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión de las sales solidas y desde

que las sales son liquidas y aumentan su temperatura. En estas partes de la

simulación se tomará el valor del calor específico de las sales. La segunda parte

considerará el cambio de fase de las sales (cambio de fase a una misma

temperatura), por lo que se utilizará el valor del calor latente del material.

Para la simulación se parte de una temperatura inicial .E = TG = 20ºC , ya que

suponemos que la instalación empieza a funcionar desde su instalación.

De esta manera la temperatura alcanzada por el aceite cuando sale del CCP queda

como

88



Fig. 58: La variación del la temperatura a la salida del CCP

La Fig. 58 muestra la variación de temperatura del aceite a la salida del tubo de

vacío cuando el aceite pasa por el tubo durante el primer día de funcionamiento.

La caída inicial se debe a la suposición de que la temperatura a la que se encuentra

todo antes de comenzar a funcionar es de 20ºC. En ese momento la radiación no

es suficientemente grande como para producir un aumento en la temperatura del

aceite, que en cada paso por el depósito sale con menor temperatura porque va

cediéndole energía.

Existe un momento (cercano a las 8h hora solar) en la que la radiación empieza a

aumentar la temperatura del fluido por lo que la temperatura del aceite dependerá

directamente de la radiación recibida.

Llama la atención que no se alcancen mayores temperaturas en el CCP, esto es

debido a que se ha diseñado la simulación como una única dirección de flujo de

energía, es decir, la energía pasa del aceite al depósito aunque este se encuentre a

temperatura superior. Esta simulación también demuestra que el aceite deberá

pasar varias veces por el colector solar para alcanzar la temperatura necesaria para

transmitir el calor al depósito.

Para el funcionamiento del depósito se ha supuesto que el gradiente de

temperatura que se produce en su interior es la mitad de la temperatura de entrada;

0

5

10

15

20

25

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36

Temperatura salida del aceite (ºC)

Temperatura

salida del aceite

89



es decir, que la temperatura a la que sales es la mitad que la temperatura que entra

(lo que obliga siempre a que el flujo de energía se realice en ese sentido). Esto nos

ayudará a determinar el valor de la energía almacenada en función de la masa de

las sales del depósito y la temperatura media que alcanza el depósito. En el

modelo real, existirá un sistema de control de temperatura del aceite que no le

permitirá acceder al depósito al menos que su temperatura sea mayor.

Para simular la transferencia de calor desde el aceite hasta el depósito de sales se

consideró como un intercambiador de calor donde no se tuvieron en cuenta

espirales, únicamente la transferencia de la energía de un lugar a otro.

Para hablar sobre el depósito hablaremos de dos tipos distintos de calor:

• Calor sensible: es aquel que hace a los materiales o sustancias elevar tu

temperatura pero que los mantiene dentro de un mismo estado. Este tipo

de calor se ha utilizado hasta ahora pero es poco rentable en comparación

con el tamaño del depósito.

• Calor latente o calor específico: Es aquel que no hace cambiar al material

de temperatura pero sí de fase. Esto permite almacenar mucha más energía

que el calor sensible y es el que se utilizará para la simulación de las sales

del depósito.

Obviamente, la cantidad de energía almacenada dependerá directamente

de la masa de sales que existan en el depósito.

Para poder realizar la simulación se han tomado valores de 1.45 KJ/kg como calor

específico (o sensible), valor que solamente se considerará por debajo del punto

de fusión y después de la fusión completa de las sales del depósito, y de 209.3

KJ/kg para el calor latente. Este último valor se ha supuesto inferior al del agua y

aproximado al de la sal común por desconocerse el valor exacto de las sales que

se van a utilizar.

90



El cambio de fase se produce a una temperatura determinada por la propia sal, en

este caso cercano a los 223ºC, en este punto la temperatura de la sal no varía pero

sí varía la cantidad de energía almacenada.

Para realizar la simulación se ha establecido una igualdad de energías (lo que

entra por el aceite es lo que se queda en el depósito menos lo que se va por el

aceite a cierta temperatura). Siendo las ecuaciones utilizadas en el depósito

distintas en función de si se ha llegado o no al punto de fusión.

Cuando se ha llegado a la temperatura de fusión la ecuación utilizada en el

depósito de sales es la del calor latente:

Ecuación 8 K = ) ∙ L

Donde el valor de m es la masa del depósito de sales y L el valor del calor latente

de las sales. En el punto en el que la energía cedida por el aceite supere el valor

máximo que pueden absorber las sales en estado de cambio de fase, las sales, ya

en estado líquido seguirán aumentando su temperatura.

Fig. 59: Temperaturas del depósito.

Como puede observase en la Fig. 59, el valor de la temperatura del depósito es

siempre creciente, esto es debido a que no se considera el flujo de energía inverso

0

50

100

150

200

250

300

350

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36

Temperatura sales (ºC)

10 kg

91



ni se saca energía almacenada del depósito (en este proyecto no se considera

como se usa la energía almacenada).

Con lo mencionado acerca de la caída de temperatura en el aceite al comienzo de

la gráfica en la Fig. 58, puede observase en la Fig. 59 que la temperatura del

depósito siempre asciende.

Variaremos ahora el tamaño del depósito (los kg de sales que contiene) para

observar cómo evoluciona la curva de temperaturas del depósito.

Fig. 60: Diferentes temperaturas del depósito de sales

Como puede observarse en la Fig. 60, si el depósito tiene un tamaño mayor el

valor del calor absorbido durante el cambio de fase será también mayor (según

Ecuación 8) lo que en cierto modo nos conviene para hacer un deposito mejor.

En la Fig. 60 puede observarse también, que para una masa de 50 kg de sal el

punto de fusión llega mucho después que para un pequeño depósito de 10 kg. Para

una masa de 50 kg no se puede garantizar que la totalidad de la masa de sal haya

cambiado completamente de fase al finalizar la simulación (lo que implica que

aún podría almacenar más energía en su cambio de fase). La pequeña meseta roja

de la gráfica de la Fig. 60 representa el comienzo de ese cambio de fase pero no se

0

50

100

150

200

250

300

350

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36

Temperatura sales (ºC)

10 kg

50 kg

92



conoce si el cambio de fase se ha producido en la totalidad del depósito o si podría

haber continuado fundiéndose.

Una mayor masa tarda más en alcanzar una temperatura media adecuada, por lo

que podría darse el caso en que no llegase a fundir del todo (o no llegaría a fundir

nunca en el caso de que exista demasiada masa de sal) por lo que no serviría de

nada y se comportaría como el depósito simulado en TrnSys. Como se ha

comentado anteriormente, el modelo de TrnSys solamente podría utilizarse en el

caso de encontrarnos por debajo de su temperatura de fusión.

En todas las gráficas de la temperatura de las sales de la segunda simulación, el

cambio de estado se produce en una línea horizontal, sin embargo y debido a la

representación de las gráficas (que no hace esquinas y suaviza la curva) podría

parecer que no sigue esta tendencia y que oscila.

Como conclusión puede decirse que se debe vigilar cuidadosamente el tamaño del

depósito para que funcione adecuadamente y pueda a llegar a fundir

completamente.

A todos los valores de las temperaturas anteriormente representadas habría que

reducirlas debido a las pérdidas en tubos y en el propio depósito, por lo que un

valor de 50 kg de sal seguramente sería excesivo para su completo cambio de fase

si el proyecto se hiciese en la realidad.

93



Capítulo 5 CONCLUSIONES

Como conclusiones de las dos simulaciones realizadas obtendremos parámetros

básicos que facilitarán la posterior construcción del sistema de captación y

almacenamiento.

TrnSys

La simulación en TrnSys ha permitido conocer cómo afectan los parámetros de

los diferentes elementos a su comportamiento bajo un mismo valor de radiación.

En la realidad la radiación nunca será continua, pero la invariabilidad de la

radiación externa ha permitido conocer la influencia de los diferentes parámetros

en el funcionamiento final (al ser los parámetros de los elementos los únicos que

han variado durante la simulación, son los que han afectado a los resultados

obtenidos).

• En primer lugar se ha demostrado que la velocidad del fluido a través del

tubo de vacío afecta claramente a la temperatura de salida del tubo del

aceite. Si este pasa muy rápido no le dará tiempo a calentarse lo

suficiente y si va demasiado lento podría llegar a temperaturas no

toleradas por el material que forma del tubo. Es necesario por lo tanto

controlar el flujo del aceite que llevará la temperatura desde el CCP hasta

el depósito.

• En segundo lugar se ha comprobado que un mayor tamaño de la parábola

no favorece la captación puesto que, aunque según la Ecuación 6 la

potencia de entrada será mayor cuanto más grande sea la parábola,

existen pérdidas relacionadas con el ángulo de captación de los rayos

solares que influirá en la temperatura de salida del aceite.

94



Ecuación 6 �� = �!1,��/0�0� �� ∙��

�� ∙ !��

"

Según la Ecuación 6, cuanto más grande sea la parábola (mayor área de

apertura del captador y mayor superficie de la chapa que forma el

captador), más será la potencia que entrará en el captador

Fig. 61: Diferentes ángulos de captación en función de la apertura de la parábola

Sin embargo, cuanto más grande sea la parábola, menor será el ángulo de

incidencia a medida que aumenta la distancia entre la superficie de la

parábola y el tubo de vacío, y menor será el ángulo por el cual los rayos

incidirán en el tubo.

Como puede verse en la Fig. 61, el tubo es el mismo para los dos

esquemas (por el tamaño de la representación de la parábola esto no se

refleja en la imagen) y cuanto más grande es la parábola menor es el

ángulo de captación.

• Lo relacionado con el depósito y considerando que se trabaja siempre por

debajo del punto de fusión (en Trnsys es lo único que puede considerarse)

se puede comprobar que el tamaño influye en la cantidad de energía

acumulada. Si no funde el material (el caso de la simulación con TrnSys)

95



solamente puede almacenarse el calor sin cambio de fase, lo que implica

poco almacenamiento de energía.

Del depósito se ha comprobado también, que no solamente el tamaño

importa para el adecuado almacenamiento de energía. También importa la

superficie de intercambio.

Si la superficie es insuficiente, se limitará la temperatura de intercambio

puesto que las sales cercanas a la pared del tubo por donde circula el

aceite estarán a una temperatura muy cercana a la del aceite. Esto podría

suponer que el aceite saliese del depósito a altas temperaturas volviendo

hacia el CCP con mucha energía no cedida al depósito.

Simulación con datos reales

De la simulación con los datos reales se ha obtenido el verdadero comportamiento

del depósito con el cambio de fase.

• La masa de sales del depósito determinará claramente la cantidad de

energía almacenada, puesto que si es pequeña en el cambio de fase

almacenará poca energía (pudiendo sobrecalentarse en exceso después del

punto de fusión).

También se ha comprobado que la temperatura de una masa de sales

superior podría llegar a impedir el cambio de fase por no poder llegar a la

temperatura de fusión.

Es por lo tanto muy importante considerar una adecuada masa de sales

para intentar no desperdiciar energía (se guarda mayor cantidad de

energía en estado de cambio de fase que mediante la variación de

temperatura del depósito) pero que permitan además llegar al punto de

fusión. Según el resultado obtenido de la simulación, la masa de sales del

depósito sería inferior a 50 kg siempre que se quisiera llegar al punto de

fusión después del primer día de funcionamiento.

96



Capítulo 6 FUTUROS DESARROLLOS

Para futuros estudios sería adecuada la comprobación física de los resultados

obtenidos mediante la creación del prototipo que en este proyecto se muestra. La

fabricación física del depósito de sales, tanto como la fabricación del captador

facilitarían algunos valores que en la simulación se han tenido que suponer, lo que

la haría mucho más cercana a los resultados reales.

Sería conveniente también un estudio químico detallado acerca de las sales

utilizadas, ya que las empleadas en este proyecto no son las óptimas para este tipo

de uso puesto que en las centrales ya construidas estas son bombeadas y no

únicamente utilizadas como deposito térmico.

La infinidad de proporciones en sales y sus características hace imposible el

estudio de todas ella para optimizar la mezcla más apropiada para el proyecto,

pero una mezcla con mayor punto de fusión sería sin duda más adecuada y

mejoraría la captación de calor en el depósito.

97



Capítulo 7 REFERENCIAS

� Libros

Fundamentos de transferencia de calor, Ed. Pearson, F. P. Incropera y D.P. De

Witt.

Energía solar térmica, FC editorial, J.M.Méndez Muñiz y R.Cuervo García.

� Páginas Web informativas

http://www.xtec.es/~rmolins1/solar/es/sol.htm

http://www.mma.es/secciones/calidad_contaminacion/indicadores_ambientales/ba

nco_publico_ia/pdf/HOGEnergiaPorHogar.pdf

http://www.marm.es/es/

http://www.repsol.com/es_es/

www.wikipedia.es

http://imandst.com/

NASA

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/

Comparativa de distintas tecnologías de captación

http://www.idae.es/index.php/mod.pags/mem.detalle/relcategoria.1026/id.159/rel

menu.46

Necesidades energéticas

98



http://www.repsol.com/pe_es/productos_y_servicios/productos/glp_butano_y_pro

pano/guia_de_los_glps/una_solucion_para_cada_sector/sector_domestico/necesid

ades_energeticas_en_la_vivienda/

http://www.tersosystems.com/es/inicio.html

� Páginas Web de fabricantes y proveedores

• Tubo de vacío

http://www.schottsolar.com/es/productos/centrales-termosolares/tubo-receptor-schott-ptr-70/

Animación del tubo de vacío y su tecnología

http://www.schottsolar.com/es/productos/por-que-schott-solar/tecnologias/

• Aislantes térmicos

http://www.cubiertastermicas.com.mx/page3.html

http://www.foamglas.com/industry/es/products_product_information/propiedades

_del_producto/

http://www.dytaisa.com/

http://www.isover.net/productos/index.htm

• Aceite térmico

http://www.repsol.com/es_es/productos_y_servicios/productos/lubricantes/inform

acion_de_productos/marca_repsol/industria2/transmision_calor.aspx

• Bomba

99



http://www.axflow.com/es/Group-Site-Management/Products--Services/Product-

Categories/Bombas/Bombas-de-Engranajes/Micropump-Bombas-de-

Engranajes1/?ref=554#specification

• Láminas de acero para las espirales del deposito

http://www.sandmeyersteel.com/Spanish/304H.html

• Cemento aislante térmico para el deposito

http://www.ratsa.com/ver.php?modelo=36

� Patentes relacionadas con la captura y el almacenamiento térmico

• Captadores solares

U.S solar power supply (parabola circular de captación)

http://www.google.com/patents/about?id=9ccnAAAAEBAJ

Solar panels for concentrating, capturing and transmitting solar energy

http://www.google.com/patents/about?id=X93LAAAAEBAJ

Sun tracking solar energy collector

http://www.google.com/patents/about?id=EVI4AAAAEBAJ

Colector solar parabólico (patente española)

http://www.f-seneca.org/html/patentes/patentes/peoepm/2164026_a1.pdf

• Depósitos de almacenamiento de energía térmica

High temperatura thermal storage system using solar energy units

100



http://www.google.com/patents?id=-

RY0AAAAEBAJ&printsec=drawing&zoom=4#v=onepage&q&f=false

Solar heat storage systems

http://www.google.com/patents?id=4IMyAAAAEBAJ&printsec=drawing&zoom

=4#v=onepage&q&f=false

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CAPTURA Y ALMACENAMIENTO SOLAR PARA USOS · PDF fileel calentamiento del agua fueron sustituidos durante la revolución industrial por el carbón,