LECCIÓN 12: DISEÑO DE LA INSTALACIÓN DE SST
TIEMPO ESTIMADO: 15 MINUTOS
La instalación de los Sistemas Solares Térmicos es crucial para el correcto funcionamiento del equipo en particular, así como del adecuado desarrollo de la tecnología en general. Resulta necesario respetar las normas técnicas de instalación y realizar una apropiada implementación de las protecciones hidráulicas y del tendido sanitario en cada instalación.
12.1 Generalidades
El diseño de la instalación de un SST tiene requerimientos similares al de un sistema hidráulico de ACS convencional. Requiere de algunos métodos de control adicionales pero los mismos no revisten mucha complejidad, como podrá verse a continuación.
Con respecto a la orientación, inclinación, integración arquitectónica, e influencia de sombras, se deberá considerar todo lo detallado en profundidad en el manual de Introducción a la Energía Solar Térmica. Modulo 1 de la presente capacitación.
A modo de resumen, es necesario tener en cuenta los valores de inclinación, orientación y sombras de tal manera que cumplan contemplen las pérdidas máximas anuales establecidas en la tabla 7.
12.2 Instalación de equipos compactos o prefabricados
Cada equipo compacto es comercializado en un formato definido cuya provisión incluye todos los accesorios y estructuras listas para su funcionamiento.
La tarea esencial del instalador consiste en armar las partes del equipo compacto según lo especifica el fabricante, conectar la entrada de agua fría, la salida de agua caliente, las protecciones de seguridad y finalmente conectar la salida de agua caliente al sistema de apoyo a gas o electricidad.
Es posible que el SST esté compuesto por uno o más equipos compactos dependiendo de la demanda de consumo y del tipo de tecnología seleccionada. Debido a que hay diversas tecnologías de apoyo auxiliar, habrá diferentes formas de conexionado.
Interesa informar y asesorar al usuario de las diversas opciones que pueda disponer y sus correspondientes eficiencias, tanto individuales del equipo en si, como la eficiencia integral de todo el sistema de calentamiento de agua sanitaria (Solar + Apoyo Auxiliar).
12.3 TIPOS DE INSTALACIÓN Y PROTECCIONES DE SEGURIDAD
En función a los usos, aplicaciones y lugar de emplazamiento, existen diferentes tipos de instalaciones y configuraciones, dentro de las cuales las más comunes son:
- Uno o más equipos compactos: típicamente en viviendas unifamiliares.
- Dos o más equipos compactos: típicamente en viviendas multifamiliares.
- Varios equipos compactos: típicamente en comercios o industrias.
La instalación de un equipo compacto a los fines de una vivienda unifamiliar se describe esquemáticamente en las figuras 4 y 5, dependiendo de cómo sea su alimentación de agua fría.
Si la alimentación de agua fría es por gravedad desde un tanque de alimentación ubicado a mayor altura que el SST, es necesario seguir el esquema que se muestra en la figura 4.
Si la alimentación de agua fría es por red o bomba con agua presurizada, es necesario seguir el esquema que se muestra en la figura 5.
En este último caso es necesario contemplar las presiones de trabajo de cada situación particular.
En esencia, la presión de red o bomba debe ser suficiente como para alimentar el SST compacto en el techo y que desde allí, se obtenga agua caliente a una presión de uso razonable.
Tanto en el caso del sistema alimentado por gravedad como el alimentado por red o bomba, es posible ubicar al equipo compacto en un lugar diferente al techo. El mismo puede estar ubicado en el piso, o en otra zona que reciba radiación solar directa, siempre y cuando las presiones de trabajo lo permitan.
Nótese que en los diagramas de conexión de la figura 4 y figura 5, el apoyo auxiliar corresponde a un equipo APTO SOLAR, que cumple con las condiciones que requiere un equipo cuando recibe agua precalentada en su conexión de ingreso al equipo.
En todos los casos se deberá colocar:
- Válvula mezcladora de 3 vías a la salida del equipo compacto. La misma limita la temperatura de salida del agua caliente del SST a 60°C. Esta primera medida protege al equipo auxiliar permitiendo que no ingrese agua a altas temperaturas que pueden disminuir su vida útil. Asimismo, evita situaciones de quemaduras de los usuarios por agua con temperatura cercanas a los 90°C (típicamente en verano). Es necesario revisar la pérdida de carga que genera la válvula de mezcla y verificar que la altura del tanque de alimentación de agua fría sea tal que pueda vencer dicha pérdida de carga. Alternativamente, este problema puede ser solucionado mediante una bomba presurizadora inmediatamente debajo del tanque de acumulación o bien ubicando la válvula de mezcla antes de la entrada al equipo auxiliar dentro de la vivienda, siempre que las presiones de agua lo permitan. En los sistemas de circulación forzada, la válvula de mezcla deberá estar ubicada a la salida del tanque de acumulación dentro de la vivienda.
- Bypass a la entrada del equipo auxiliar. Este bypass permite realizar trabajos sobre el SST o bien sobre el equipo auxiliar sin perjudicar el suministro de ACS. También puede ser utilizado para usar solo el SST en verano. Este bypass aplica únicamente para SST compactos.
- Sistema de seguridad de sobrepresión y temperatura. La mayoría de los SST son comercializados con sistemas de protección por sobre presión y temperatura. Los SST que soportan presión son provistos con válvulas de alivio de presión y temperatura que liberan la presión y el exceso de temperatura a límites preestablecidos según el fabricante. Los SST no presurizados, abiertos o atmosféricos, poseen un venteo por el cual se libera el exceso de presión y temperatura a la atmósfera. En ambos casos es necesario prever un sistema de drenaje que permita al agua / vapor liberado seguir un camino predeterminado. Si el venteo o drenaje se realiza a la atmósfera sin cuidado, puede resultar en daños graves al usuario o al técnico al trabajar cercar del SST. Si el SST no es provisto con un sistema de seguridad, será necesario y obligatorio agregarle alguno de los mencionados. Un ejemplo de la válvula mencionada puede verse en la Figura 6.
Cuando el equipo compacto esté expuesto varios días al sol, sin haber consumo de agua caliente, el agua en su interior alcanzará los 100°C. No todo el volumen interior se encuentra a esa temperatura pero si la zona desde donde sale el agua caliente.
Por este motivo, toda cañería de conexión que exista entre el SST y la válvula mezcladora termostática, deberá soportar temperaturas de operación de hasta 100°C. Muchas cañerías de uso convencional en instalaciones sanitarias soportan esas condiciones de operación, tales como PB, PVC-C, PE-X, PP, PERT, cobre y acero inoxidable. No se pueden utilizar caños de hierro o plomo. Se recomiendan los caños de termofusión PN25 para agua caliente.
En sistemas de circulación forzada, toda cañería de conexión que exista entre los colectores y el tanque de acumulación deberá ser de cobre o acero inoxidable, dada la temperatura y presión que se puede generar dentro del circuito primario.
La entrada de agua fría al SST, puede ser realizada con las mismas cañerías que cualquier instalación sanitaria. Con el objetivo de evitar pérdidas térmicas, la longitud de cañerías del sistema deberá ser tan corta como sea posible, disminuyendo al máximo los codos y pérdidas de carga en general.
Todas las cañerías por las que circule agua caliente deben estar aisladas térmicamente con aislante de coquilla elastomérica (Ver figura 8) y de estar éstas expuestas a la intemperie debe poseer protección de la radiación UV mediante cinta de aluminio o algún método alternativo (ver figura 7). Los espesores de aislamiento (expresados en mm) de tuberías y accesorios situados al interior no serán inferiores a 10 mm para interiores y 15 mm para exteriores, protegidos por alguna cinta plástica o de aluminio.
Los diámetros de cañerías de conexión del SST deben ser ajustados a cada caso ya que:
- Si están sobredimensionados producen, en primer lugar, un mayor consumo de agua y energía en su utilización y, en segundo lugar, mayores pérdidas térmicas al aumentar la superficie exterior de la cañería.
- Si están subdimensionados, pueden reducir significativamente el caudal disponible o aumentar la pérdida de carga y esto producirá diferencia de presiones entre los circuitos de agua fría y caliente en el punto de consumo.
Se recomienda como mínimo un diámetro nominal de ¾”.
Todas las redes de tuberías deben diseñarse de tal manera que puedan vaciarse de forma parcial y total de ser necesario. Esto puede lograrse ubicando válvulas esféricas en puntos estratégicos del sistema, de forma de permitir el vaciado.
12.4 CONEXIONADO CON EL SISTEMA DE APOYO O AUXILIAR.
Dependiendo del tipo de sistema auxiliar, el circuito hidráulico puede variar un poco. Lo ideal es que el equipo compacto o SST sea acoplado a un sistema de apoyo etiquetado como “APTO SOLAR”. En este caso, el conexionado es el indicado en las figuras 4 y 5 según la alimentación a utilizar.
Como instalador, y si el usuario posee un sistema de apoyo “NO APTO SOLAR”, que puede ser un calefón o un termotanque convencional, es conveniente recomendar un cambio hacia un sistema de apoyo APTO SOLAR. Ese cambio puede resultar en un costo adicional que el usuario no quiera invertir, quedando como alternativa conectar el SST al equipo de apoyo existente.
Para estos casos, es necesario informar al usuario que el ahorro total se verá afectado por esa elección, y que consecuentemente aumentará el tiempo de retorno de la inversión.
No obstante, muchas veces será necesario conectar el SST sobre un sistema de apoyo existente. Los sistemas NO APTOS SOLARES que requieren una modificación en su conexionado con el SST son
esencialmente los siguientes:
- Calefón/Caldera modulante, sin medición de temperatura de entrada. El piloto está siempre apagado y prende cuando circula agua en su interior, independientemente de la temperatura a la que entre el agua.
- Calefón/Caldera convencional. El piloto está siempre prendido y prende el quemador cuando circula agua en su interior.
- Termotanque convencional. El piloto está siempre prendido y prende el quemador cuando el termostato detecta que bajó la temperatura por debajo del umbral configurado.
La mayoría de los equipos de apoyo no admite temperatura de entrada de agua a más de 60°C. Por estos motivos es necesario colocar una válvula derivadora que realice un bypass impidiendo que el agua proveniente a 60°C del SST ingrese al equipo que realizará un salto térmico de 30°C. En estos casos, como el apoyo auxiliar no regula por temperatura, será necesario colocar también una válvula mezcladora termostática para evitar que llegue agua a más de 60°C a los puntos de consumo. Esta situación se esquematiza en las figuras 9 y 10.
Las válvulas derivadoras o desviadores son en apariencia muy similares a las termostáticas pero no cumplen la misma función. La derivadora abre o cierra el flujo para una u otra salida en función de la temperatura de salida deseada. Una imagen de la válvula puede verse en la figura 11.
Adicionalmente a ello, los equipos compactos serán preferentemente conectados en paralelo entre sí, previo a su entrada al sistema de apoyo o auxiliar. En este caso particular es necesario prever que el diámetro de la cañería colectora de las salidas de agua caliente solar sea lo suficientemente grande
como para no generar una pérdida de carga y consecuentemente de energía.
Como alternativa de conexión, si el SST se compone de varios equipos compactos y el agua caliente solar atiende a varios usuarios, como en el caso de un edificio o un vestuario, es posible instalar un solo sistema de apoyo central o bien sistemas de apoyo auxiliares en el lugar de uso de los usuarios directamente. Es decir, hay un sistema central formado por varios equipos compactos que aportan a una línea de agua caliente solar. Esa línea, alimenta varios usuarios y cada uno de ellos tiene un sistema de apoyo a la medida de sus necesidades. En otras palabras seria agua caliente solar central y sistema de apoyo individual. La figura 12 muestra algunos ejemplos explicados.
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