jueves, 23 de diciembre de 2010

Ascensores de bajo consumo eléctrico

Los ascensores son uno de los consumos eléctricos presentes en los edificios. Su consumo depende fundamentalmente de los siguientes factores:
  • Uso principal del edificio: residencial, hospitalario, administrativo...
  • Características del edificio: altura, número de unidades de uso...
  • Tipo de tecnología de los ascensores.

El uso del edificio afecta en de acuerdo a la frecuencia de utilización de los ascensores por parte de los usuarios. Así por ejemplo en un hospital en el que haya pacientes ingresados se producirá un mayor trasiego de usuarios que en edificios de otros usos.

Es importante que se realice una estimación de la frecuencia de uso de los ascensores del edificio a la hora de realizar una correcta estimación de su consumo energético.

Por otro lado las características del edifcio afectan también de manera importante a su consumo, así en edificios de gran altura su consumo será más significativo ya que un menor número de usuarios emplearán las escaleras y el consumo por trayecto será mayor.

En cuanto a su tecnología se distinguen los siguientes tipos de ascensores:
  • Ascensores hidráulicos.
  • Ascensores eléctricos de dos velocidades.
  • Ascensores eléctricos con frecuencia y tensión variables.
  • Ascensores eléctricos con frecuencia y tensión variables, sin engranajescon motor de imanes permanentes y cintas planas de alta resistencia, esto es, ascensores de última generación y alta eficiencia energética.
Este último tipo de ascensores suponen un importante cambio tecnológico en lo que se refiere a bajo consumo eléctrico y eficiencia energética:
  • Consumen entre un 25% y un 40% menos que los ascensores eléctricos convencionales.
  • Consumen un 60% menos que los ascensores hidráulicos.
  • Son muy silenciosos.

En la siguiente tabla se realiza un comprativa del consumo de un ascensor de última generación y un ascensor eléctrico convencional de dos velocidades en función de la capacidad del mismo:


Cabe plantearse todos estos factores a la hora de realizar una correcta elección del tipo de ascensor a emplear en un edificio.

lunes, 20 de diciembre de 2010

Calefacción de distrito (district heating)

Los sistemas de calefacción de distrito se basan en el principio de que la producción centralizada de calor (o frío) es más eficiente que la producción ditribuida en los puntos de consumo.

Así la generación térmica se realiza en centrales térmicas que dan servicio a comunidades enteras, cuyo tamaño puede variar desde un grupo de edificio a barrios y pueblos enteros.

El rendimiento de estos sistemas se estim que es un 10% superior al de los sistemas centralizados por edificio y un 30-40% superior al de los sistemas individuales.



Estas centrales térmicas pueden emplear muy diversas tecnologías como son:
  • Calderas convencionales basadas en la combustión de combustibles fósiles o biomasa.
  • Centrales de cogeneración que generan conjuntamente electricidad y energía térmica aprovechando la energía excedente del proceso de generación de electricidad.
  • Centrales solares térmicas que aprovechan la energía solar.
  • Centrales geotérmicas que aprovechan la energía del terreno.
El calor (o frío) generado se distribuye a los puntos de consumo por medio de una red de tuberías de distribución, generalmente enterradas y aisladas térmicamente para evitar las pérdidas de calor, existiendo también sistemas con tubos abiertos. Existe un circuito de ida y otro de retorno.

Tuberías de distribución

El material de las tuberías suele ser el cobre, acero inoxidable o acero al carbono, mientras que el fluido caloportador suele ser agua en estado líquido o de vapor.

En los edificios demandantes de energía térmica deben disponerse una serie de subestaciones térmicas en las que se realiza el intercabio de calor entre el fluido caloportador o primario y el fluido de transferencia hasta los puntos terminales de consumo. Estas subestaciones se encargan también de la contabilización de la energía consumida.

Uno de los casos más conocidos es el del sistema de vapor de la Ciudad de Nueva York, operado actualmente por Consolidated Edison y que lleva vapor para calentar o enfriar ambientes a más de 1 millón de clientes.
En España hay varios ejemplos de calefacciones de barriada; concretamente en Madrid, Colonia de la Esperanza (aprox. 3200 pisos de unos 110 m² de media), Barrio Altamira o Meseta de Orcasitas. También destaca la central térmica de la ciudad universitaria, obra del arquitecto Manuel Sánchez Arcas y del ingeniero Eduardo Torroja, que fue Premio Nacional de Arquitectura en 1932. Esta central da servicio a muchas facultades de la Universidad Complutense de Madrid.



 






sábado, 18 de diciembre de 2010

Aislamiento térmico de cerramientos exteriores mediante poliuretano proyectado

El adecuado aislamiento térmico de los cerramientos exteriores de los edificios es uno de los factores que afectan de manera más importante a la demanda energética de los mismos.

Entre los materiales aislantes empleados habitualmente en la construcción de edificios destacan las espumas rígidas de poliuretano proyectado.

Este tipo de material se fabrica in situ en la obra como resultado de la combinación de dos componentes líquidos a temperatura ambiente, el poliol y el isocianato. La unión de ambos componentes genera una reacción química exotérmica como consecuencia de la formación de enlaces entre ambos componentes. El producto obtenido tiene una estructura celular y consistencia rígida. Es la denominada espuma rígida de poliuretano o PUR.

Vista microscópica PUR de celda cerrada

Entre sus características destacan:
  • Baja densidad del orden de 35 kg/m3, debido a su estructura reticulada con una elevada cantidad de aire en su interior.
  • Baja conductividad térmica, del orden de 0.028 W/(m K).
  • Impermeable al agua.
  • Permite la difusión del vapor de agua.
Debido a estas características es un material empleado en aplicaciones en las que quiere reducirse el flujo de calor a través de cerramientos, ya sean exteriores o interiores.

Se distinguen dos modos de fabricación/aplicación en obra:
  • Aplicación por proyección, pulverizando los dos componentes de manera simultánea sobre la superficie que les sirve de sutrato.
  • Aplicación por inyección o colada, ambos componentes se mezclan por batido y se introducen en una cavidad donde se produce su expansión.

Estas técnicas de aplicación unidas a sus excelentes propiedades de adherencia sobre casi cualquier sustrato hacen que su aplicación resulte cómoda y rápida, favoreciendo la continuidad y ausencia de juntas que pudieran disminuir su eficacia.

Es un material resistente al envejecimiento debido a su estructura microscópica que impide la entrada en su interior de agua o suciedad que pudieran degradarlo.

El siguiente vídeo editado por Atepa (Asociación Técnica del poliuretano aplicado) ilustra lo indicado:

Existen múltiples soluciones constructivas en cubiertas, fachadas y cerramientos interiores que aplican el PUR, ya sea en fase de construcción como en la rehabilitación de edificios.

En próximos posts desarrollaremos algunas de estas soluciones que permiten reducir la demanda energética de los edificios y las emisiones de CO2 a la atmósfera.

martes, 2 de noviembre de 2010

Luminarias de alta eficiencia: tecnología LED

En los últimos tiempos el empleo de luminarias con tecnología LED está adquiriendo una amplia difusión debido a la creciente inquietud por el ahorro y la eficiencia energética de las instalaciones de iluminación.

Este tipo de luminarias se emplean ya en un amplio número de aplicaciones como son:

-          Paneles informativos.
-          Semáforos.
-          Luminarias de bajo consumo.

Su funcionamiento se basa en el empleo de un tipo especial de diodo semiconductor denominado LED (acrónimo en inglés de diodo emisor de luz).

Este tipo de diodos emiten luz de espectro reducido al ser polarizados mediante una tensión de alimentación y circular una corriente eléctrica a través de ellos. A este efecto se le conoce con el nombre de fotoluminiscencia.

Entre las principales ventajas de las luminarias tipo LED destacan:

-     Elevada eficiencia lumínica, esto es, el número de lúmenes aportados por cada W de energía eléctrica consumida. Así su eficiencia lumínica es del orden de 80 lúmenes/W frente a los 55 lúmenes/W de las denominadas bombillas de bajo consumo y los 10 lúmenes/W de las bombillas convencionales.
-     Baja temperatura: el reducido consumo de los LED la producción de calor de los mismos es baja.
-     Rápida respuesta, del orden de microsegundos. Este tiempo de respuesta es mucho más rápido que la de halógenos y fluorescentes.
-     Elevada duración y fiabilidad, mucho más larga que la de cualquier otro sistema de iluminación (del orden de 50.000 horas).
-     Bajo impacto ambiental, no contienen gases ni metales peligrosos para el medioambiente.
-     La luz emitida no presenta parpadeos.

Entre los inconvenientes destacan:

      -     Elevado coste de adqusición.
      -     Baja calidad de la luz generada, frialdad.
      -     No permiten el control de la intensidad de la luz generada mediante dimmers.

Debido a estas características en la actualidad este tipo de luminarias son ideales para aplicaciones en las que se requiere elevada fiabilidad debido al número de horas de funcionamiento necesarias y no resulta importante la calidad de la luz generada. 

Algunas de estas aplicaciones para las que pueden resultar interesantes las luminarias tipo LED son:

      -    Iluminación de aparcamientos de vehículos.
      -    Iluminación permanente en pasillos y zonas de circulación en edifcios de pública concurrencia.
      -    Iluminación de exteriores.
      -    Iluminación de caminos y escaleras mediante balizas
      

Cabe esperar que en el futuro este tipo de luminarias sean una alternativa a las luminarias de bajo consumo, un vez se superen los inconvenientes citados con anterioridad.



sábado, 28 de agosto de 2010

Arquitectura bioclimática: protecciones solares

Las fachadas de los edificios se diseñan con sus correspondientes huecos cuya finalidad es la de aportar al edificio ventilación natural, iluminación procedente de la luz exterior y permitir a sus usuarios la observación del entorno del mismo.

En contrapartida la entrada de los rayos solares produce un aumento de la temperatura en los espacios interiores del edificio y el consecuente aumento del uso de equipos de aire acondicionado y ventiladores, incrementando el consumo de energía eléctrica.

Un correcto diseño del edificio debe considerar como factores su emplazamiento, su clima y geografía. Estos factores permiten la adopción de estrategias bioclimáticas para conseguir un mayor confort termico y lumínico de manera natural.

Entre las múltiple estrategias de la arquitectura bioclimática para reducir la ganancia solar en verano se encuentra el empleo de protecciones solares tanto interiores como exteriores. La elección del tipos más adecuado de protección depende del emplazamiento del edificio y de la orientación de cada una de las fachadas.
Para la orientación Sur se recomienda el empleo de protecciones fijas o semifijas como pueden ser los aleros de techo, vuelos horizontales

Para las orientaciones Oeste y Noreste se recomienda el empleo de protecciones solares móviles con lamas verticales u horizontales móviles.

Para las orientaciones EsteOeste se recomienda el empleo de protecciones solares móviles, resultando agradable en épocas frías o templadas la entrada de luz solar al amanecer o al atardecer.

En la siguiente tabla se muestran distintos tipos de protecciones solares y los ahorros energéticos que se pueden conseguir con cada una de ellas:

Protección solarAhorro energético
Persiana color oscuro
25 %
Persiana color medio
25-29 %
Persiana color claro
29-44 %
Recubrimiento de plástico
40-50 %
Vidrio oscuro (5 mm)
40 %
Persiana más vidrio absorbente
47 %
Árbol no muy tupido
40-50 %
Árbol tupido
75-80 %
Cortina color oscuro
42 %
Cortina color medio
53 %
Cortina color claro
60 %
Plástico translúcido
35 %
Toldo de lona
85 %
Persiana blanca
85-90 %
Celosía
85-90 %
Vidrio polarizado
48 %



jueves, 26 de agosto de 2010

Calderas para calefacción y ACS

Las calderas son elementos en los que se transfiere el calor procedente de la combustión de un fluido combustible a otro fluido caloportador encargado de la transferencia de energía térmica a la instalación.

Segun el tipo de combustible pueden ser:

  • Calderas de combustibles sólidos: carbón, leña...
  • Calderas de combustibles líquidos: gasoil
  • Calderas de combustibles gaseosos: gas natural, butano, propano...
  • Calderas de policombustible.
Las calderas empleadas en el sector residencial y terciario emplean agua calentada a temperaturas inferiores a 110 ºC como fluido caloportador.

En cada caso debe analizarse el tipo de caldera a emplear según la aplicación y necesidades.

Uno de los parámetros fundamentales a la hora de seleccionar el tipo de caldera a emplear es su rendimiento útil, el cual se define como la relación en la potencia útil transmitida al fluido caloportador y la potencia térmica disponible obtenida de quemar el combustible en condiciones nominales de funcionamiento:

Rendimiento útil (%) = 100 * Pu/Pc

La potencia útil viene dada por la cantidad de calor en kW transmitido al fluido caloportador, viene dada por la siguiente expresión:

Pu=Q*(Ts-Te)*Ce*Pe

Donde:

Q: es el caudal del fluido caloportador en l/h.
Ts: es la temperatura del fluido caloportador a la salida de la caldera.
Te: es la temperatura del fluido caloportador a la entrada de la caldera.
Ce: es el calor específico del fluido caloportador.
Pe: es el peso específico del fluido caloportador.

La  potencia térmica útil viene dada por el tipo de combustible que emplea la caldera y el consumo de la misma, de acuerdo a la siguiente expresión:

Pc=PCI*C

Donde:

PCI: es el poder calorífico inferior del combustible empleado.
C: es la cantidad de combustible consumido por la caldera.

En las calderas estándar este rendimiento útil nominal se ve reducido cuando funcionan a cargas parciales distintas de la potencia nominal de la misma. Esta bajada en el rendimiento se debe a que a pesar de verse reducida la potencia térmica transmitida al fluido caloportador las pérdidas a través de la envolvente permanecen constantes, debido a que se debe mantener la tempeatura interior de la caldera aun cuando no hay demanda.

Las calderas de baja temperatura consiguen mejorar el rendimiento a carga parcial de las calderas de gasóleo. Esta mejora se consigue debido a que su tecnología permite una adaptación de la temperatura de producción del agua según la demanda, sin necesidad de mantener una temperatura mínima en su interior. De esta manera se disminuye el número de arranque y paradas de los quemadores y se disminuye considerablemente el consumo de gasóleo.

Las calderas de condensación son las que presentan un mejor rendimiento. Su principal diferencia con los otros tipos de calderas reside en el aprovechamiento de la energía contenida en los gases productos de la combustión, en concreto utiliza la energía de condensación del vapor de agua. La temperatura de los gases de combustión en las calderas estándar es de unos 150 ºC, las calderas de condensación reducen esta temperatura hasta los 65 ºC por el aprovechamiento del calor latente contenido en los gases de combustión.

El rendimiento de las calderas de combustión puede ser superior al 100 % ya que, como hemos indicado con anterioridad, el rendimiento útil está referido al PCI (Poder Calorífico Inferior). El PCI se define como la energía total contenida en los productos de combustión de un combustible.

En el siguiente diagrama se compara la distribución de las pérdidas de energía en una caldera de baja temperatura y una caldera de condensación en relación al PCI.


A la hora de realizar una óptima elección desde el punto de vista de la eficiencia energética se deben considerar tanto el rendimiento útil como un correcto dimensionado de la potencia nominal de funcionamiento con el objeto de optimizar el rendimiento a cargas parciales mejorando así el rendimiento medio estacional.

En instalaciones centralizadas resulta también de vital importancia realizar una correcta programación del sistema de control de la instalación.

El IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía) proporciona una herramienta para el acceso a una base de datos con distintos tipos de calderas presentes en el mercado: http://www.idae.es/Calderas/Consulta.aspx

lunes, 9 de agosto de 2010

Fachadas vegetales

Una interesante alternativa para reducir la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera por el uso de los edificios es la de emplear las denominadas fachadas vegetales o fachadas verdes.



El diseño de este tipo de fachadas integran el empleo de plantas a modo de una piel exterior de los edificios.

La vegetación tiene una serie de caacterísticas que permiten mejorar el comportamiento de los edificios y mejoran las condiciones ambientales a su alrededor debido a las siguientes razones:

  • Refrescan el ambiente a su alrededor, las plantas pierden agua hacia el medio mediante evapotranspiración empleando en este proceso el calor del aire del entorno, consiguiendo así refrescar y humidificar el ambiente.

  • Mejora en la calidad del aire, debido al efecto de la fotosíntesis absorbiendo CO2 y generando nuevo oxígeno.
  • Reducción de la contaminación por el efecto de la fijación de metales pesados como el plomo, el cadmio u otros cuyas partículas se encuentran en suspensión en el aire. Estas partículas se fijan al sustrato o suelo que mantiene esta vegetación siendo metabolizadas por los hongos y bacterias presentes.
  • Ventilación natural, como consecuencia de la variación de temperaturas en su entorno que genera corrientes de aire naturales.
  • Protección frente al viento.
  • Proteción solar y aislamiento térmico, la vegetación obstruye, filtra y refleja la radiación solar.
Entre los múltiples tipos de fachadas vegetales se encuentran las parras y enredaderas sobre las paredes que disminuyen la transmisión de calor tanto por conducción como por radiación, al evitar el impacto de la radiación solar directa y al disminuir la temperatura del aire adyacente al muro.

En algunos casos resulta interesante el empleo de plantas de hoja caduca que garantizan protección frente a la radiación solar en verano permitiendo el paso de la radiación solar en invierno.

Existen diferentes tipologías de sistemas constructivos para las fachadas vegetales. Los más destacados son:
  • Sistemas en base a paneles modulares, ya sean de aluminio, acero inoxidable u otros materiales, sirven de sustrato para la vegetación. Pueden incorporar sistemas de riego.
  • Hormigón vegetal, los poros del hormigón sirven de sustrato a la vegetación. Se humedece con un sistema de tuberías y aspersores vistos.


  • Sistemas a base de plantas trepadoras, en los que pueden emplearse enrejados para favorecer el crecimiento y fijación de las plantas. 

En la actualidad existen diferentes proyectos de investigación que tienen como objetivo la obtención de modelos teóricos y la cuantificación de las mejoras proporcionadas por este tipo de fachadas.
 
Durante los próximos años veremos un creciente empleo de fachadas vegetales ya que constituyen una excelente alternativa para una arquitectura más ecológica y sostenible.

viernes, 6 de agosto de 2010

Aislamiento térmico: materiales reflectivos

La mayor parte de la demanda energética de los edificios proviene de la calefacción y refrigeración de los mismos. Esta demanda está condicionada por el aislamiento térmico de los cerramientos que constituyen su envolvente térmica.

Entre las múltiples tecnologías disponibles en el mercado para reducir la demanda energética en los edificios destaca el empleo de aislantes térmicos reflectivos.

El flujo de calor a través de los cerramientos de la envolvente térmica de los edificios se produce por métodos de transferencia de calor:

  • Transmisión por conducción.
  • Transmisión por convección.
  • Transmisión por radiación.
Los materiales tradicionales (lanas de roca, poliuretano proyectado...) son poco efectivos para reducir las pérdidas/ganancias de calor por radiación.

Durante el invierno entre un 50-75% de las pérdidas de calor a través de las cubiertas y entre un 65-80% de las pérdidas por muros se deben a la radiación térmica. Mientras que en verano hasta un 93% de las ganancias de calor son debidas a la radiación térmica.

El empleo de materiales aislantes reflectivos en la construcción de edificios proviene de la experiencia acumulada en la industria aeroespacial.

La estructura de estos materiales combina el empleo de láminas delgadas de aluminio, con alta capacidad de reflexión de la radiación térmica, con una matriz de burbujas de polietileno.


Mediante el empleo de este tipo de materiales se puede reducir la demanda energética de climatización hasta en un 30%.

Presentan además las siguientes características:
  • Buen aislamiento acústico.
  • Fácil colocación.
  • Impermeable al agua.
  • Duración.
  • Resistencia al fuego.
Su empleo es adecuado en múltiples soluciones constructivas como son:

Cubiertas


Fachadas ventiladas


Fachadas


Suelos


Suelos radiantes


Cámaras de aire


jueves, 5 de agosto de 2010

Microcogeneración doméstica: turbinas de gas

Se entiende por cogeneración el proceso mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil.

Su principal ventaja es la eficiencia energética ya que aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso.

Este proceso es ampliamente aplicado en procesos industriales y en grandes edificios en los que el calor excedente se aprovecha para la calefacción, refrigeración (máquinas de absorción) o para la producción de agua caliente sanitaria.

En la actualidad existe una tendencia incipiente a la utilización de la cogeneración por parte de los consumiores finales, es los que se conoce como microcogeneración.

Entre las principales ventajas de la microcogeneración destacan:

  • La producción de la energía se realiza en el lugar donde se consumo evitando las pérdidas en el transporte.
  • Independencia del suministro eléctrico externo.
  • Independiente de los factores meteorológicos.
La microcogeneración emplea microturbinas de gas o pequeños motores de combustión para la generación de energí eléctrica, mientras que el calor residual se emplea para calefacción, refrigeración o para la producción de agua caliente sanitaria.

Existen microcogeneradores de reducido tamaño, similar al de cualquier electrodoméstico. en la siguiente figura se muestra la estructura interna de un micocogenerador con turbina de gas para la producción de energía eléctrica y un intercambiador de calor para la recuperación del calor de los gases de combustión.


La estrutura interna de la turbina es la que se muestra a continuación. Se produce una reacción de combustión del gas en el quemador de la turbina. Los gases generados se expansionan en la turbina produciendo el giro del eje del alternador generándose energía eléctrica.




Los gases una vez expansionados contienen una energía térmica residual que puede ser aprovechada para calentar agua que se puede emplear para distintos usos. Este calentamiento se realiza en un intercambiador de calor que es atravesado por los gases residuales y el agua a calentar.



En los próximos años veremos una creciente implantación de estos sistemas. Muchos fabricantes están desarrollando microcogeneradores que lanzarán al mercado durante el año 2011.

Estos sistemas están especialmente indicados para aplicaciones en las que se necesite un suministro continuo de agua caliente como pueden ser saunas, gimnasios, hoteles, piscinas...

En bloques de viviendas se recomienda su empleo en comunidades de más de 30 viviendas.

Fuente imágenes: Consumer Eroski Infografías http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/01/31/190411.php

lunes, 2 de agosto de 2010

Energía solar térmica: tipos de captadores

El aprovechamiento de la energía solar térmica o energía termosolar constituye una de las principales fuentes de energía renovable que emplen la energía procedente del sol.

Este tipo de tecnologías basan su funcionamiento en el calentamiento de un fluido térmico mediante captadores solares para su posterior aprovechamiento.

Entre las distintas aplicaciones de la energía solar térmica destacan:

  • Producción de agua caliente sanitaria.
  • Calefacción.
  • Frío solar.
  • Acondicionamiento del agua de piscinas. 
Cada aplicación requiere de distintas temperaturas de trabajo del fluido térmico y, por otro lado, se dispone de un espacio limitado para la instalación de los captadores solares. Por esta razón conviene plantearse el tipo de captador más adecuado en cada caso.

Entre los tipos de captadores solares disponibles en el mercado se encuentran los siguientes:
  • Captadores planos sin protección, formados por una caja en cuya base hay una plancha metálica de color negro. Estas planchas están unidas en su cara posterior a un serpertín por el que circula el fluido caloportador (generalmente agua con anticongelante). Estos captadores presentan bajo rendimiento y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).
  • Captadores planos con protección, idénticos a los planos si protección pero añaden un vidrio protector transparente en su parte superior. Este vidrio provoca una especie de efecto invernadero al no ser opaco a la radiación infrarroja que emite la plancha metálica de color negro. Mejoran el rendimiento de los captadores planos sin protección y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).
  • Panel de tubos de vacío, la superficie captadora está aislada del exterior por medio de un doble tubo de vidrio que crea una cámara de vacío. Presentan u rendimiento superior a los captadores planos y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).

  • Colectores parabólicos: poseen el mismo funcionamiento que los captadores planos con la diferencia de que la sección de la placa solar tiene forma de parábola concentrando toda la radiación solar hacia un tubo por el que circula el fluido a calentar. Presentan un elevado rendimiento y son adecuados para altas temperturas (a partir de 125 ºC).

El rendimiento de los captadores solares térmicos debe ser considerado a la hora de diseñar una instalación. Los fabricantes proporcionan coeficientes correspondientes a las curvas de rendimiento de los captadores, estas curvas son de la forma:

R=R0 - K (Tm-Ta)/I

Donde:

R es el rendimiento del captador.
R0 es el factor óptico o rendimiento máximo posible del captador.
K es el factor de pérdidas
Tm es la temperatura media del fluido en el colector (ºC)
Ta es la temperatura ambiente (ºC)
I es la radiación solar incidente en (W/m2)

Así cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura media del fluido en el captador (Tm) y la temperatura ambiente (Ta) menor es el rendimiento al aumentar las pérdidas por aumentar la emisión de calor del captador al ambiente circundante.

A la hora de realizar un correcto diseño de una instalación solar térmica se debe calcular el rendimiento medio estacional a lo largo del año, el cual es función de:
  • Localización geográfica.
  • Orientación de los captadores.
  • Inclinación de los captadores.


jueves, 29 de julio de 2010

Factor solar de un vidrio a incidencia normal

A la hora de poder determinar la transmitancia térmica de una fachada uno de los parámetros a ser considerados es el factor solar a incidencia normal de las partes semitransparentes de la misma (generalmente cristales de ventanas y lucernarios).

Este parámetro se define como el cociente entre la energía total que entra al local a través del acristalamiento y la energía total incidente en su superficie exterior de forma perpendicular.

La energía total entrante al local a través del acristalamiento es la suma de la energía transmitida y la energía absorbida por el cristal y transmitida posteriormente al interior del local por convección.


Se representa con la letra g y su valor está comprendido entre 0 y 1. Su método de cálculo viene descrito en la norma ISO 15099: 20003.

Cuanto menor es el factor solar una mayor fracción de la energía solar incidente es reflejada al exterior por el acristalamiento favoreciendo una disminución de la demanda energética de refrigeración.Los cristales que presentan valores más bajos del factor solar son los denominados bajo emisivos.

También es posible modificar el factor solar mediante el empleo de lámina solares adheridas a los mismos, están compuestas por un substrato de poliéster al que se aplica una capa acrílica resistente al rayado y la abrasión en un lado, mientras que por el otro se aplica una capa adhesiva y un protector que debe retirarse en el momento de su aplicarse sobre el cristal.

El adhesivo utilizado es una sustancia transparente, ópticamente neutra, que se activa en contacto con el agua, formando una unión perfecta entre el cristal y la lámina durante la instalación. Este adhesivo establece un vínculo fuerte entre cristal y lámina al tiempo que proporciona transparencia y longevidad a la instalación.




domingo, 27 de junio de 2010

Integración de la energía solar fotovoltaica en los edificios

La energía solar fotovoltaica es una forma renovable de obtención de energía eléctrica a partir de la energía aportada por la luz solar a partir de paneles fotovoltaicos.

Los paneles, módulos o paneles fotovoltaicos están formados por pequeños diodos semiconductores que se excitan al recibir la radiación solar produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. El acoplamiento en serie de muchos de estos diodos permite generar difrencias de potencial eléctrico mayores que pueden ser aprovechadas para la alimentación de diferentes consumos.

El material más utilizado en su fabricación es el silicio, el cual se encuentra en proporciones muy abundantes en la tierra. La siguente figura ilustra su proceso de fabricación:


Esta tecnología se puede integrar en el diseño de los edificios para conseguir la producción de parte de la energía eléctrica que estos consumen.

El objetivo planteado por la Unión Europea de conseguir que todos los edificios de nueva construcción sean autosuficientes a partir del año 2020 convierte a esta tecnología en uno de los pilares básicos para conseguir este ambicioso objetivo.

Esta tecnología tienen múltiples ventajas, pero también existen problemas que salvar antes de conseguir que sea una energia rentable sin necesidad de ayudas administrativas. Pasaremos a analizar ambas:

Entre sus múltiples ventajas destacan:
  • Es inagotable y gratuita depende exclusivamente de la radiación solar.
  • No produce emisiones de ruido ni de gases contaminantes.
  • Sistemas segurosfiables que requieren de poco mantenimiento.
  • Permite una integración estética con los cerramientos del edificio.
Entre sus desventajas:
  • Bajo rendimiento, sólo el 15% de la energía solar incidente se convierte en electricidad.
  • Requiere de una alta ocupación en superficie (genera unos 75 Wp/m2 de panel).
  • Su capacidad de generación varía según la intensidad de irradiación.
  • Dificultades para el almacenamiento de energía.
  • Su rentabilidad depende de las subvenciones administrativas.
Por tanto se debe ir en el sentido de mejorar la capacidad de generación de energía y las técnicas de almacenamiento de la energía para poder conseguir el objetivo de edificaciones autosuficientes planteados por la UE. Según la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA) en el año 2015 se conseguirá que esta tecnología sea rentable aun sin ayudas externas.

Los fabricantes de paneles fotovoltaicos están trabajando en soluciones que permitan su integración total con los cerramientos que constituyen la envolvente del edificio. Como veremos a continuación su uso no está limitado a disponer una serie de paneles en la cubierta del edificio. Las alternativas son las siguientes:
  • Integración en muros cortina y cristales de ventanas: 




  • Integración en cerramientos ciegos de fachada:


  • Cubiertas:


La perspectiva para los próximos años será la de un avance tecnológico importante de esta tecnología y un amplio aumento en su utilización, tanto en edificios de nueva construción como en edificios ya construidos.







viernes, 25 de junio de 2010

Frío solar mediante máquinas de absorción

La alternativa más ecológica a la hora de climatizar un edificio es el empleo de fuentes de energía renovables o el aprovechamiento de excedentes de energía de otros procesos.

Para este tipo de aplicaciones se emplean las máquinas de absorción. Estas máquinas se diferencian de las máquinas de climatización por compresión de vapor convencionales en que la fuente exterior de energía necesaria para su funcionamiento es de origen térmico y no eléctrico.

En particular una excelente fuente de energía es la energía solar térmica, en muchas instalaciones se emplea únicamente para la generación de agua caliente sanitaria, presentando importantes excedentes que en muchos casos se disipan directamente al ambiente exterior, especialmente en los meses de verano en los que la demanda de refrigeración es más elevada.




Entre los distintos tipos de máquina de absorción destacan::
  • Máquinas de efecto simple amoníaco/agua.
  • Máquinas de doble efecto agua/bromuro de litrio.
MÁQUINAS DE SIMPLE EFECTO

Explicaremos en primer lugar el modo de funcionamiento de las máquinas de efecto simple a partir de cada uno de los elementos que la constituyen y que se muestran en el siguiente esquema:

  • Generador: contiene una solución de amoníaco disuelto en agua a elevada presión (unos 20 bar). Por efecto de la energía térmica exterior aportada al sistema el amoníaco disuelto se vaporiza, separándose del agua. Este vapor generado se dirige hacia el condensador.
  • Condensador: en este intercambiador el amoníaco se condensa cediendo calor a otro fluido, que puede ser agua o aire.
  • Válvula de expansión: el amoníaco en estado líquido a presión elevada se expansiona bajando bruscamente su presión, de manera que pasa a estado bifásico (liquido + vapor).
  • Evaporador: el amoníaco se evapora absorbiendo energía del circuito de utilización, generalmente agua que alimenta a un conjunto de fan coil que se encargan de climatizar las diferentes estancias.
  • Absorbedor: el vapor a baja presión pasa a éste disolviéndose de nuevo en el agua procedente del generador.
  • Bomba: se encarga de circular la mezcla el amoníaco disuelto en agua hacia el generador.
Estas máquinas presentan un COP entre 0.6 y 0.8.

Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra entre 70-90 ºC. En caso de emplear energía solar térmica son adecuados los captadores de vacío.

MÁQUINAS DE DOBLE EFECTO

En cuanto a las máquinas de doble efecto su funcionamiento es similar con la salvedad de que el fluido refrigentante en este caso es el agua y el absorbente es una sal (bromuro de litio).

Presenta los mismos elementos que una máquina de simple efecto añadiendo un generador de baja temperatura.

La generación de fluido refrigerante (agua) y la regeneración del absorbente se realiza en 2 etapas distintas, de ahí la denominación de doble efecto.

El siguiente esquema ilustra su funcionamiento:



La solución concentrada de LiBr es aspirada desde el absorbedor y transportada hacia el generador de baja temperatura. Una vez allí hierve gracias al calor transferido por el refrigerante (vapor de agua) producido por el generador de alta temperatura, liberando vapor de agua y produciendo una solución de LiBr aún más concentrada, parte de la cual es aspirada por una bomba y transportada hasta el generador de alta temperatura y la otra parte vuelve de nuevo al absorbedor pasando antes por un recuperador de baja temperatura donde es enfriada.

En el generador de alta temperatura esta solución concentrada hierve por el efecto de la fuente de calor externa, generando refrigerante a alta temperatura. Como hemos indicado anteriormente este vapor a alta temperatura pierde calor en el generador de baja temperatura, produciéndose una condensación parcial del mismo. Por tanto el generador de baja temperatura actúa también como condensador.

El vapor generado en el generador de baja temperatura fluye hacia el condensador donde cede calor latente al circuito agua de refrigeración cambiando de estado (de vapor a líquido).

El refrigerante producido en los dos generadores, ya en estado líquido, es rociado mediante unos sprays sobre un intercambiador de tubos, por el interior de los cuales circula agua que es enfriada en este proceso. El agua rociada se evapora en este intercambio de calor, pasando de nuevo al absorbedor donde se encuentra con parte de la solución saturada procedente de los generadores siendo absorbido por ésta.

Este proceso un tanto complejo consigue aumentar el COP de la máquina hasta 1 - 1.2.

Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra superior a 150 ºC. En caso de emplear energía solar térmica se requiere el empleo de captadores parabólicos orientables.
Esta tecnología ofrece una excelente oportunidad para una climatización ecológica aprovechando de la mejor manera la energía solar que tan accesible tenemos en los países mediterráneos.

miércoles, 23 de junio de 2010

Indice de eficiencia energética (EER)

Se define el Indice de Eficiencia Energética (EER) de un equipo de refrigeración como la relación entre la energía térmica útil proporcionada por el equipo y la energía consumida por el mismo, generalmente eléctrica.

Según el modo de funcionamiento del equipo se distinguen los índices de eficiencia energética de refrigeración y de calefaccción.

Cuanto mayor es su valor más eficiente es el equipo al producir una mayor cantidad de energía térmica útil por cada unidad de energía consumida.

También se le denomina (COP) o coeficiente de operación en planta.

martes, 22 de junio de 2010

Bombas de calor geotérmicas

En este post desarrollaremos el principio de funcionamiento de las bombas de calor geotérmicas y analizaremos sus principales ventajas e inconvenientes.

Este tipo de bombas aprovechan el subsuelo como fuente de calor, en modo de calefacción, o como disipador de calor, en modo de refrigeración.

Su principio de funcionmiento es el mismo que el de una bomba de calor convencional, basado en el ciclo simple de compresión de vapor o ciclo de Carnot.

Según el principio de Carnot es posible extraer calor de un foco frío para cederlo a un foco caliente y viceversa. Pero como casi todo en esta vida esto no es gratuito para ello hay que aportar una determinada cantidad de energía mecánica exterior.

Así una bomba de calor convencional emplea los siguientes elementos:
  • Fluido refrigerante o primario: es la clave del sistema, ya que es el encargado de realizar el transporte de la energía que se extrae del foco frío y se lleva hasta el foco caliente. Esto es posible gracias al comportamiento que estos fluidos presentan al variar su presión.Utilizando una analogía con el cuerpo humano es la sangre del sistema.
  • Compresor mecánico: se encarga de comprimir el fluido refrigerante en estado gaseoso a baja presión aumentando en este proceso su presión y temperatura. en este proceso es necesario el aporte de energía mecánica exterior. Es el corazón del sistema.
  • Intercambiadores de calor: se encargan de realizar el intercambio de calor entre el fluido refrigerante y otro fluido, que bien puede ser el aire exterior o agua. Se les conoce como evaporador y condensador por los procesos que en ellos tienen lugar. El calor es extraído del foco frío mediante un proceso de evaporación del fluido refrigerante y cedido al foco caliente por un proceso de condensación del mismo.

En las bombas de calor geotérmicas se suele emplear un fluido secundario, generalmente agua, para realizar la transferencia de calor desde el intercambiador al subsuelo, aunque también se puede realizar directamente el intercambio de calor entre el fluido primario (refrigerante) y el terreno.

En modo refrigeración es necesario enfriar este fluido secundario empleando para ello un intercambiador enterrado en el subsuelo.

En modo calefacción es necesario calentar este fluido secundario empleando para ello el mismo intercambiador enterrado en el subsuelo.

Este intercambio con el terreno es posible gracias a la estabilidad de temperaturas del terreno a partir de los 10-15 metros de profundidad. En el siguiente gráfico se pueden observar los perfiles de temperatura en distintas épocas del año:


Como se puede observar a partir de los 15 metros de profundidad las temperaturas permanecen prácticamente constantes todo el año.

Según la configuración del intercambiador enterrado se distinguen dos tipos de sistemas:

SISTEMAS DE CAPTACIÓN HORIZONTAL

Los tubos enterrados se entierran alrededor de la vivienda a una profundidad de 1 metro. Requieren una superficie aproximada de 1.5 veces la ocupada por la vivienda.

SISTEMAS DE CAPTACIÓN VERTICAL

El sistema de captación consta de sondas verticales de hasta 100 m de profundidad. Requiere una superficie muy inferior a los sistemas horizontales.

Las principales ventajas de las bombas de calor geotérmicas son:
  • Presentan un índice de eficiencia energética un 30-40 % mayor que el de los equipos convencionales.
  • Son consideradas como una fuente de energía renovable por lo que pueden ser subencionadas.
  • Requieren de menor mantenimiento.
  • No hay riesgo de infecciones por legionela.
  • Menor consumo de energía primaria con la consiguiente disminución de emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Seguridad.
  • Larga vida útil.
  • Fácil mantenimiento.
Sus principales inconvenientes son:
  • Mayor coste de inversión inicial.
  • Mayor dificultad en la ejecución de las obras.
  • Interferencia con otras instalaciones.

sábado, 19 de junio de 2010

Como identificar consumos excesivos de electricidad en el hogar

Cuando nos planteamos reducir el consumo eléctrico de nuestra vivienda uno de los interrogantes que surgen es el de identificar dónde estamos consumiendo más energía.

Las causas de un consumo excesivo pueden ser tanto como por un uso inadecuado de la instalación como por fallos en los equipos cosumidores.

Una manera sencilla y económica para conocer el consumo es la de instalar un medidor de kilovatios hora en la línea eléctrica de alimentación de cada consumo.

Los fabricantes de aparamenta eléctrica suminisran productos sencillos de instalar y fiables en la medida.


Estos equipos se instalan de manera provisional en serie con la línea en la que se desea realizar la medida, manteniéndolos instalados durante el periodo en el que se quiera registrar el consumo. El diagrama de instalación sería el siguiente:

Como se puede observar el medidor se instala aguas abajo del interruptor magnetotérmico y en serie con la línea en la que se pretende identificar el consumo.

Su pequeño tamaño y modo de conexión por la parte inferior permite integrarlos en cuadros eléctricos comerciales.

Su uso puede ser tanto aislado, con lectura en el mismo medidor, o coordinado por medio de automátas que toman lecturas automáticas de distintos medidores.

Se trata de una solución que nos ayudará a la toma de decisiones a la hora de optimizar el consumo eléctrico de nuestro hogar.

viernes, 18 de junio de 2010

Control de iluminación: reguladores electrónicos

Una de las principales fuentes de consumo eléctrico de un hogar es la iluminación. Por tanto cabe plantearse técnicas enfocadas a la reducción del mismo.

Una manera sencilla, económica y efectiva de conseguirlo es mediante el empleo de reguladores electrónicos que permitan regular a voluntad el nivel de luminosidad en la sala.

Las necesidades de iluminación dependen de la tarea a realizar y de la aportación de la luz natural exterior, así mediante estos elementos ajustaremos el nivel de iluminación en función de estos factores.

Las principales ventajas del empleo de estos reguladores son:
  • Fácil instalación sin necesidad de cambiar el cableado.
  • Permiten crear distintos ambientes en la sala.
  • Ahorro energético, la reducción de un 25% del nivel de luminosidad permite reducir un 20% el consumo.
El diagrama típico de instalación es el siguiente:


A la hora de seleccionar el tipo de regulador hay que tener en cuenta la potencia eléctrica de las cargas a las que dará servicio.

En cuanto a los tipo de reguladores se distinguen según el tipo de accionamiento:

  • De pulsador. Una pulsación de corta duración enciende o apaga la luz, una pulsación prolongada ajusta la intensidad.


  • Giratorios. El ajuste se realiza mediante el giro de una rueda.

domingo, 6 de junio de 2010

Iluminación eficiente: tipos de luminarias


En las fases de diseño y explotación de un edificio cabe plantearse la correcta selección de las luminarias a emplear en el mismo.

En este post presentamos los distintos tipos de luminarias existentes en el mercado indicando sus ventajas e inconvenientes y los valores de los parámetros fundamentales para su selección.

Los parámetros fundamentales a la hora de elegir un tipo de luminaria o otro son los siguientes:
  • Potencia eléctrica consumida (W).
  • Eficacia luminosa: relación entre el flujo luminoso aportado por la luminaria (lúmenes) y la potencia eléctrica consumida (W).
  • Vida útil en horas de uso.
Los tipo de luminarias existentes en el mercado son los siguientes:

LÁMPARAS INCANDESCENTES
Incandescentes no halógenas: las más empleadas por su bajo precio y facilidad de instalación. Su funcionamento está basado en el flujo luminoso emitido por un filamento de wolframio al ser recorrido por una corriente eléctrica. Presentan un bajo rendimiento.


Incandescentes halógenas: incorporan un gas halógeno para evitar la evaporación del filamento y se deposite en la ampolla. Presentan un mayor coste que las no halógena, un mayor rendimiento y vida útil que éstas.

LÁMPARAS DE DESCARGA

La iluminación se consigue por excitación de un gas sometido a descargas entre dos electródos. Requieren de un equipo auxiliar (balasto, cebador) para su funcionamiento. Son más eficientes que las lámparas de incandescencia. Se clasifican según el tipo de gas empleado y su presión:

Lámparas fluorescentes tubulares: son lámparas de vapor de mercurio a baja presión. Sus cualidades de color y de baja iluminancia las hace adecuadas para su empleo en salas de reducida altura. Son las más empleadas tras las incandescentes.



Lámparas fluorescentes compactas: presentan el mismo funcionamiento que las tubulares. Están formadas por uno o más tubos fluorescentes doblados. Son la alternativa de mayor eficacia y vida útil a las lámparas incandescentes.


Lámparas fluorescentes sin electrodos: emiten luz en presencia de un campo magnético junto con una descarga en gas. Presentan una elevada vida útil (60000 horas) sólo limitada por los componentes electrónicos. Se les denomina también lámparas de inducción.


Lámparas de vapor de mercurio de alta presión: luminarias de mayor potencia que las de fluorescencia, emiten un mayor flujo luminoso aunque presentan una eficacia algo menor. Se suelen emplear en la iluminación de grandes áreas como calles, naves industriales...

Lámparas de luz mezcla: son una mezcla entre las luminarias de vapor de mercurio a alta presión y las de incandescencia. No requieren de balasto ya que el filamento actúa como estabilizador de corriente. No son muy eficientes, encontrándose en desuso.

Lámparas de halogenuros metálicos: presentan halogenuros metálicos junto al relleno de mercurio mejorando su capacidad para reproducir el color y su eficacia. Su uso está muy extendido en aplicaciones de alumbrado público, fachadas, monumentos...


Lámparas de halogenuros metálicos cerámicos: nueva familia de luminarias que combinan la tecnología de las luminarias de halogenuros metálicos con las de sodio a alta presión. El tubo de descarga es de material cerámico lo que les permite operar a temperaturas más altas aumentando du vida útil (del orden de 15000 horas). Son muy adecuadas para su uso en el sector terciario (comercios, oficinas,...).

Lámparas de vapor de sodio a baja presión: se origina la descarga en un tubo de vapor de sodio a baja presión produciéndose una radiación prácticamente monocromática. Son las más eficaces del mercado, pero el color de su luz (amarillento) las hace adecuadas para usos como autopistas, túneles...


Lámparas de vapor de sodio a alta presión: presentan una mejor reproducción cromática que las de baja presión aunque su eficacia disminuye respecto a éstas. En la actualidad está creciendo su uso como sustitutas de las lámparas de vapor de mercurio.

TECNOLOGÍA LED

Los diodos emisores de luz (LED) están basados en semiconductores que convierten la corriente eléctrica en luz si necesidad de filamento. Su vida útil es elevada (del orden de 50000 horas) siendo un 80% más eficientes que las lámparas incandescentes. Se emplean en un gran número de aplicaciones como escaparates, señalización luminosa, iluminación decorativa...



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