Diseño del plan de estudios para la formación de energías renovables con la UNICAM Suri
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PROYECTO FINAL DE GRADO Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. Alumno: Sergi Mangas Solé Tutor: Xavier Álvarez del Castillo 21/05/2016
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 1 “He fracasado una vez y otra vez y otra vez en mi vida y por eso he tenido éxito” Michael J. Jordan
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 2 Índice 1. Introducción. ______________________________________________________ 5 2. Alcance del Proyecto. _______________________________________________ 6 3. Objetivos. ________________________________________________________ 6 4. Santiago del Estero. ________________________________________________ 7 3.1. Historia de Santiago del Estero. ____________________________________________ 8 5. Movimiento Campesino de Santiago del Estero – MOCASE. ________________ 9 6. La Energía _______________________________________________________ 11 5.1. Introducción a la energía. _____________________________________________ 11 5.2. Unidad de medida de la Energía ________________________________________ 11 5.3. Energías No Renovables. ______________________________________________ 12 5.4. Energías Renovables. _________________________________________________ 14 6. Energía Solar Térmica. _____________________________________________ 15 6.1. Fuente de Energía: El Sol. _____________________________________________ 15 6.2. Radiación Solar. _____________________________________________________ 16 6.3. Radiación Solar: la Luz Solar y el Color. __________________________________ 18 6.3.1. La Luz Solar. ____________________________________________________________ 18 6.3.2. El Color. _______________________________________________________________ 19 6.4. Radiación Solar: el Calor. ______________________________________________ 20 6.4.1. Transmisión del Calor por Convección. ______________________________________ 21 6.4.2. Transmisión del Calor por Conducción. ______________________________________ 23 6.4.3. Transmisión del Calor por Radiación. ________________________________________ 24 6.5. Aislamiento. ________________________________________________________ 25 6.6. Efecto Invernadero. __________________________________________________ 26 6.7. Posición respeto al Sol: Inclinación, Orientación y Situación: _________________ 27 6.7.1. Inclinación. ____________________________________________________________ 27 6.7.2. Orientación. ____________________________________________________________ 28 6.7.3. Situación. ______________________________________________________________ 29 6.8. La tecnología actual. _________________________________________________ 30 6.9. Práctica 1: Construcción de un Horno Solar 30-60. _________________________ 31 6.9.1. Material para un Horno Solar 30-60. ________________________________________ 32 6.9.2. Herramientas. __________________________________________________________ 32 6.9.3 Coste del material para la construcción del Horno Solar 30-60. _____________________ 33 6.9.4. El Horno Solar 30-60, paso a paso. __________________________________________ 34
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 3 6.10. Práctica 2: INSTALACIÓN SOLAR TERMICA, AGUA CALIENTE SANITARIA. ______ 48 6.10.1. Elementos de una instalación de Agua Solar Sanitaria. __________________________ 48 6.10.2 Coste del material para la instalación de Agua Caliente Sanitaria Solar. ____________ 52 7. Energía de la Biomasa: El origen. ____________________________________ 53 7.1. Energía de la Biomasa: Fuente de Energía. ________________________________ 55 7.1.1. Biomasa Natural. ________________________________________________________ 55 7.1.2. Residuos. ______________________________________________________________ 55 7.1.3. Excedentes. ____________________________________________________________ 56 7.1.4. Agroenergía. ___________________________________________________________ 56 7.2. Energía de la Biomasa: Biocombustible o Biocarburante. ____________________ 57 7.3. Energía de la Biomasa: Poder Calorífico. _________________________________ 57 7.4. Energía de la Biomasa: Aplicaciones. ____________________________________ 59 7.4.1. Generación de Energía Térmica: ___________________________________________ 59 7.4.2. Generación de Energía Eléctrica. ___________________________________________ 60 7.4.3. Generación de Energía Mecánica. __________________________________________ 61 7.4.4. Generación de Energía Cogeneración. _______________________________________ 61 7.5. Energía de la Biomasa: Tecnología Actual. ________________________________ 62 7.6. Práctica 3: Cálculo de la potencia de una vivienda. _________________________ 62 7.7. Práctica 4: Demostración de la viabilidad de una instalación de Agua Caliente Sanitaria con Biomasa utilizando un horno de leña. ______________________________ 72 8. Energía Eólica. ___________________________________________________ 79 8.1. Energía Eólica: ventajas y desventajas. __________________________________ 80 8.2. El Aerogenerador. ___________________________________________________ 81 8.2.1. Funcionamiento de un Aerogenerador ______________________________________ 81 8.2.2. Partes de un Aerogenerador. ______________________________________________ 81 8.3. Tipos de Aerogeneradores. ____________________________________________ 82 8.3.1. Aerogeneradores de Eje Horizontal. ________________________________________ 82 8.3.2. Aerogeneradores de Eje Vertical. ___________________________________________ 85 8.4. Energía Eólica: Potencia de un Aerogenerador. ____________________________ 89 8.4.1. Densidad del aire. _______________________________________________________ 89 8.4.2. Área de barrido. ________________________________________________________ 90 8.4.3. Velocidad del viento _____________________________________________________ 91 8.4.4. Coeficiente de Potencia y la Ley de Betz. _____________________________________ 92 8.5. Energía eólica: la tecnología actual. _____________________________________ 93 8.6. Práctica 5: Construcción de un Aerogenerador Savonius. ____________________ 94 8.6.1. Material para un Aerogenerador doméstico. _________________________________ 94 8.6.2. Coste Aerogenerador Savonius doméstico. ___________________________________ 95 8.6.3. Aerogenerador doméstico, paso a paso. _____________________________________ 96 8.6.4. Potencia Aerogenerador Savonius doméstico. _______________________________ 106 8.6.5. Dimensionado de la polea del generador. ___________________________________ 108 9. Conclusiones. ___________________________________________________ 110
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 4 10. Agradecimientos. ______________________________________________ 111 11. Referencias. ___________________________________________________ 112 12. Índice de ilustraciones. __________________________________________ 113 13. Índice de tablas. _______________________________________________ 114
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 5 1. Introducción. Santiago del Estero es una región del Noroeste de Argentina, históricamente está región ha estado maltratada por los diferentes gobiernos y dictaduras que han presidido tanto el país como la región. Varias décadas de gobiernos corruptos y dictadores que han facilitado la explotación de los habitantes de la región convirtiéndolos en esclavos del capitalismo más extremo, así como la explotación sin medida de sus recursos naturales hasta el punto de agotarlos por completo. Esto ha llevado a la región de Santiago del Estero a ser una de las provincias más pobres de América Latina y Caribe. Este proyecto nace con dos ideas principales, la primera es la de brindar una oportunidad a la población de esta región argentina y sobretodo tiene la difícil empresa de mostrar a la población más joven que hay otro estilo de vida que el mostrado hasta el momento. La segunda es la de mejorar el estilo de vida de la población de Santiago del Estero realizando pequeñas mejoras, como poder disponer de Agua Caliente Sanitaria, electricidad para uso doméstico, etc. El motivo de apostar por las energías renovables como vehículo para mostrar un futuro alternativo y mejor a la población de Santiago del Estero, viene promovido por facilidad de uso de las energías renovables, debido a que no se necesitan grandes conocimientos teóricos y prácticos para su uso, la versatilidad de este tipo de fuentes de energía y la no necesidad de tecnología puntera para la explotación de los recursos naturales como pueden ser el Sol, la biomasa y el viento y lo que es más importante para la población de la zona de Santiago del Estero, el respeto por sus ya sobreexplotados recursos naturales. Personalmente el motivo de apostar por este proyecto que me presento el profesor Xavier Álvarez del Castillo, es el de tener la posibilidad de que se lleve a cabo y sea una realidad el hecho de poder ayudar e intentar cambiar, si es posible hacía mejor, la vida de otras personas.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 6 2. Alcance del Proyecto. Mediante este Proyecto Final de Grado, se promueve la creación conjuntamente con el Movimiento Campesino de Santiago del Estero (MOCASE) y la Universidad Campesina (UNICAM Suri) de los Planes de Estudio de diferentes cursos para la formación de futuros técnicos de Energías Renovables tales como: Energía Solar Térmica (Agua Caliente Sanitaria). Biomasa (Agua Caliente Sanitaria). Energía Eólica. El objetivo principal de estos Planes de Estudio es dar un futuro alternativo y mejor a los habitantes de la región de Santiago del Estero, especialmente a la gente más joven. Los Planes de Estudio están organizados en dos grandes bloques, en el primer bloque se presenta de forma sencilla la parte teórica que se considera necesaria de cada fuente de energía. Por lo contrario, en el segundo bloque se opta por mostrar casos prácticos de aplicaciones de cada fuente de energía, cálculos necesarios o consejos para realizar una instalación. 3. Objetivos. El objetivo de este proyecto es la realización de un currículo teórico-práctico para la enseñanza de futuros técnicos en energías renovables vinculados a la UNICAM-Suri.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 7 4. Santiago del Estero. La provincia de Santiago del Estero (Santiago del Estero) está situada en la región del Noroeste de Argentina, con una superficie de 136.351 km2 y 896.461 habitantes (2013) 1 , tiene una densidad de población de 6,57 hab/km2. Santiago del Estero – La Banda es con 327.974 habitantes (36,58% de la población) es la capital de la provincia y su principal centro político-administrativo. La Banda es una ciudad (95.000 habitantes) a 8km de distancia de Santiago del Estero unidas entre sí por un puente por encima del río Dulce. Debido al crecimiento poblacional y físico ambas ciudades se fusionan y se forman lo que se conoce como aglomerado urbano. La provincia de Santiago del Estero es una de las regiones más pobres de toda Latino América y el Caribe. Ilustración 1. Mapa provincias de Argentina. 1 Fuente consultada: Wikipedia.org
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 8 3.1. Historia de Santiago del Estero. Históricamente durante la primera mitad del Siglo XIX, tanto la región como los habitantes de Santiago del Estero han sufrido la explotación por parte de las grandes multinacionales forestales de Europa. La relación laboral entre estas empresas multinacionales y los habitantes de la región era casi una relación amo-esclavo. Un claro ejemplo del sistema capitalista del Siglo XIX, donde los gobiernos están al servicio de las grandes empresas sin importarles la calidad de vida de las personas. Una vez la explotación forestal de las tierras de Santiago del Estero dejo de ser rentable para las multinacionales, estas abandonaron la región dejando la zona con todos sus recursos forestales ajotados y con la mayoría de las familias que vivían de la explotación forestal sin una fuente de ingresos para mantenerse. Fue entonces cuando los habitantes de la región de Santiago del Estero decidieron convertirse en campesinos agricultores para poder sobrevivir. Empezaron a construirse ranchos, abrir caminos y a trabajar la tierra, de esta manera se convirtieron por voluntad propia en productores de algodón, ganado caprino y/o bovino. Esta situación se ha repetido al largo de la historia de Santiago del Estero, en los últimos años se ha acentuado el monocultivo de soja transgénica por parte de las grandes multinacionales debido al gran incremento de la demanda y el aumento de precio de la soja en el mercado internacional. Durante las últimas décadas del Siglo XIX, el ecosistema de la región de Santiago del Estero ha sufrido una sobreexplotación de sus recursos llevándolo al colapso, esto es culpa del gran avance de la frontera agropecuaria debido a la expansión de las tierras de cultivo de soja transgénica entre otros alimentos también transgénicos como pueden ser el maíz, trigo o algodón. Estos cultivos transgénicos requieren una gran cantidad de productos químicos y crea una dependencia económica y tecnológica para los habitantes de la región que sólo las grandes multinacionales pueden cubrir. Además de esto el hecho de utilizar gran cantidad de productos químicos, para asegurar el correcto crecimiento de los cultivos transgénicos, hace que todo el ecosistema quede afectado negativamente, contaminado así grandes extensiones de tierra, dejando inservibles acuíferos naturales y alterando otras explotaciones agrícolas. Hoy en día Santiago del Estero aún sufre la herencia de las varias dictaduras que azotaron Argentina durante gran parte del siglo XIX. Esto se traduce en un sistema político con estructuras y comportamientos propios de épocas coloniales, un organigrama judicial clientelista de las grandes industrias del sector agropecuario y un cuerpo policial más de digno de una dictadura militar que da cobijo a torturadores y represores, que de una democracia.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 15 6. Energía Solar Térmica. La Energía Solar, es el término que usamos cuando nos referimos a aquella energía que es generada aprovechando los rayos solares que inciden sobre la faz de la Tierra y que mediante diferentes procesos tecnológicos de generación obtenemos energía eléctrica o calor. Los procesos para obtener Energía Eléctrica o Calor no tienen nada que ver entre sí. Mediante Módulos Fotovoltaicos podemos obtener Energía Eléctrica, y el Calor, mediante Captadores Térmicos. En esta unidad se van a explicar conocimientos fundamentales sobre la Energía Solar Térmica para la obtención de Agua Caliente Sanitaria (para su uso doméstico en lavabos y cocinas) y para la obtención de calor para realizar la calefacción de una vivienda o estancia. 6.1. Fuente de Energía: El Sol. La Tierra se encuentra dentro del Sistema Solar y el Sol es la única estrella que hay dentro del Sistema Solar. Se estima que el Sol tiene una edad de unos 4.650 millones de años y que se extinguirá aproximadamente dentro de unos 5.000 millones de años, es decir el Sol se encuentre más o menos en la mitad de su vida que es de unos 10.000 millones de años. Cuando el Sol llegue al final de su vida, la vida en la Tierra tal y como la conocemos también se extinguirá. La temperatura en la superficie del Sol es de unos 6000 C y en su interior de 15 millones C, mientras que la temperatura exterior de la Tierra ronda entre los 10C y los 20C y la interior los 5000C. El Sol tiene un diámetro aproximado de 1.390.000 kilómetros y la Tierra de 12.756 kilómetros. La distancia entre el Sol y la Tierra es de unos 149 millones de kilómetros. Para poder hacernos una idea más exacta podemos disminuir la escala a un tamaño más adecuado para nosotros, para ello nos podemos imaginar que el Sol es una esfera aproximadamente de unos 1,49 metros de diámetro y que la Tierra es otra esfera de 1,2 centímetros de diámetro. Utilizando esta misma escala de proporciones la distancia entre el Sol y la Tierra es 149 metros o lo que es lo mismo un campo de futbol entero más la mitad de otro.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 16 6.2. Radiación Solar. El Sol es una fuente continua de Radiación Solar, esta radiación produce luz y calor que llegan a la Tierra en forma de Ondas Electromagnéticas o lo que es lo mismo “Rayos Solares”, que es como se les llama comúnmente. La Radiación Solar se mide en W/m2, Wattios/metros2. Los “Rayos Solares” emitidos por el Sol llegan a la Tierra propagándose a través del espacio sin casi alterarse. Las ondas de los “Rayos Solares” son más enérgicas cerca del Sol y van perdiendo energía conforme va alejándose de la fuente de emisión, es decir, el Sol. Para poder entender mejor el fenómeno de los “Rayos Solares”, nos podemos imaginar que lanzamos una piedra a un lago. Cuando la piedra cae al agua crea unas ondas en el agua que se van extendiendo a lo largo del lago, estas ondas nacen del mismo punto donde la piedra ha entrado al agua y son más pequeñas y energéticas cerca de ese punto y conforme se alejan van agrandándose y van perdiendo energía. Ilustración 3. Ejemplo fuerza ondas solares. Ilustración 2. Comparativa a escala entre la Tierra y el Sol.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 17 La vida en la Tierra es posible gracias a la Atmósfera Terrestre. La Atmósfera Terrestre absorbe gran parte de la Radiación Solar que no es beneficiosa para la vida en la Tierra. La Radiación Solar que llega a la Atmósfera Terrestre es llamada Radiación Solar Global y una vez la Radiación Solar atraviesa la Atmósfera Terrestre podemos diferenciar tres tipos de Radiación Solar que llega a la Tierra: Radiación Solar Directa: es toda la Radiación Solar que llega al colector y proviene directamente del Sol sin apenas sufrir cambios cuando atraviesas la atmósfera terrestre. La Radiación Solar Directa es la que más nos interesa para la generación de Energía Solar ya que es la que más energía contiene. Radiación Solar Difusa: es la Radiación Solar que llega al colector a través de la atmósfera terrestre y es desviada al chocar con las partículas flotantes de la atmósfera terrestre. En los días soleados la Radiación solar Difusa es más baja que en los días más nublados. Radiación Solar Reflejada: es la Radiación Solar que tras llegar a la Tierra rebota en cualquier superficie y entonces llega al colector. Este tipo de Radiación Solar es el que menos energía tiene. Como podemos deducir la Radiación Solar Global es la suma de las Radiaciones Solares directa, Difusa y Reflejada. Se estima que la Radiación Solar Global que llega a la Tierra es de 1340 W/m2 y una vez atraviesa la Atmósfera Solar puede variar entre 900 W/m2 en un día claro y 300 W/m2 en un día nublado Ilustración 4. Radiación Solar.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 18 6.3. Radiación Solar: la Luz Solar y el Color. 6.3.1. La Luz Solar. No toda la Radiación Solar que recibe la Tierra es visible para los ojos humanos. Este tipo de Radiación Solar visible es llamada Luz Solar Blanca Visible. La Luz Blanca Solar Visible es la suma del Rojo, Amarillo, Verde, Azul y Violetas. La Luz Solar formada por los Rayos Infra-rojos no es visible para el ojo humano al igual que la Luz Solar formada por los Rayos Ultra-Violetas que tampoco es visible para el ojo humano ya que nos dañaría la vista. Ilustración 5. Descomposición de la Luz solar Blanca. Cuando la Luz Blanca Solar impacta sobre un objeto se pueden dar tres fenómenos distintos según las características de los materiales que compongan el objeto. Según el material la Luz Blanca Solar pueden darse tres fenómenos distintos Absorción, Reflexión o Transmisión. Absorción: esto ocurre cuando la Luz Solar Blanca incide sobre materiales que absorben los Rayos de la Luz, como por ejemplo materiales opacos. Reflexión: este fenómeno ocurre cuando los Rayos Solares impactan sobre un material brillante o pulido. Dependiendo del grado de pulidez del material podemos distinguir tres tipos diferentes de reflexión, como son: Reflexión Directa: superficies muy pulidas. Reflexión Semi-difusa: superficies muy finas pero que no han sido pulidas. Reflexión Difusa: superficies totalmente rugosas.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 19 Transmisión: este fenómeno ocurre cuando los Rayos Solares impactan sobre un material transparente o translúcido, este tipo de materiales dejan pasar casi toda la Luz Solar que incide sobre ellos. Estos tres fenómenos no se dan nunca por separado en un mismo material, sino que ocurre una combinación de los tres para una misma superficie, y son de gran importancia para el aprovechamiento de la Radiación Solar para la generación de la Energía Solar Térmica. 6.3.2. El Color. El color de un material es la característica de ese material para reflejar la Luz Blanca Visible que impacta sobre él, es decir, el color de los materiales no es más que el rango de Radiación Solar que el material es capaz de reflejar. Como ya hemos visto, la Luz Blanca Visible está compuesta por diferentes rangos de colores, desde el rojo al violeta pasando por el amarillo, verde y azul. Vemos que un material es de color azul porque absorbe todos los rangos de colores y refleja el azul. Al igual pasa con el resto de rangos de colores que forman la Luz Blanca Visible. No ocurre lo mismo con los materiales negros o blancos. Los materiales blancos tienen la capacidad de reflejar todos los rangos de colores que forman la Luz Blanca Visible y no absorber ninguno, por lo contrario los materiales negros actúan completamente al revés, son capaces de absorber todos los rangos de colores que forman la Luz Blanca Visible y no reflejar ninguno, podemos decir que el color negro no es un color en sí, sino que es la ausencia de color. Ilustración 6. Luz solar impactando en objeto negro y blanco.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 20 Ilustración 7. Luz solar impactando en objeto rojo y verde. Los materiales negros son de gran utilidad para la generación de Energía Solar Térmica, ya que absorben la mayoría de los Rayos Solares que inciden sobre ellos, esto provoca que acumulen una gran cantidad de la energía proveniente de los rayos, aumentando así su calor y por lo tanto también su temperatura. 6.4. Radiación Solar: el Calor. Una de las causas de que la Radiación Solar impacte sobre la Tierra o cualquier otro cuerpo, es que, cuando los Rayos Solares impactan sobre ellos transmiten parte de la Energía que transportan en forma de Calor y esto provoca un aumento de la temperatura del cuerpo que recibe el impacto de los Rayos Solares. No debemos confundir Calor y Temperatura. El Calor es la energía que intercambian entre si dos cuerpos que se encuentran a Temperaturas diferentes. El cuerpo que se encuentra a más temperatura cede calor al cuerpo de menos temperatura. Si un cuerpo aumenta su temperatura es por que recibe calor de otro cuerpo a más temperatura, por lo contrario, si un cuerpo disminuye su temperatura es porque cede calor a otro cuerpo que se encuentra a menos temperatura.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 21 Podes saber la temperatura que cede el cuerpo caliente al cuerpo frio utilizando la Ley de Fourier para la Transmisión de Calor entre dos cuerpos a diferente temperatura. 𝐋𝐞𝐲 𝐝𝐞 𝐅𝐨𝐮𝐫𝐢𝐞𝐫→ 𝐇=𝐊 · Á𝐫𝐞𝐚 (𝐓𝐜𝐚𝐥𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 −𝐓𝐟𝐫𝐢𝐚 𝐋𝐨𝐧𝐠𝐢𝐭𝐮𝐝 ) o K: es una constante que depende del material que este transmitiendo el calor entre los cuerpos. o Área: es el área de contacto entre los materiales. o 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐜𝐚𝐥𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 (𝐓𝐜𝐚𝐥𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞) : es la temperatura a la que se encuentre el cuerpo más caliente. o 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐟𝐫𝐢𝐚 (𝐓𝐟𝐫𝐢𝐚) : es la temperatura a la que se encuentre el cuerpo más frio. o Longitud: es la distancia que separa a los dos cuerpos que intercambian calor o un en el espacio el cual nos interesa saber a qué temperatura se encuentra. La transmisión de calor entre dos cuerpos puede realizarse de tres formas diferentes, la transmisión de calor es siempre una combinación de las tres en mayor o menor medida. 6.4.1. Transmisión del Calor por Convección. La Transmisión de Calor por Convección se produce cuando un cuerpo transmite calor a un líquido o gas que está a menos temperatura que el primero. Para poder seguir con la explicación, debemos saber que los líquidos o gases fríos pesan más que los líquidos o gases calientes. Este fenómeno provoca un movimiento no forzado del líquido, ya que las partículas frías tenderán a bajar provocando que las partículas más calientes suban hacía la superficie. Para entenderlo mejor, vamos a explicarlo con un ejemplo. Imaginémonos que calentamos agua en una olla, en este caso el cuerpo que está a más temperatura es el fuego y este cede calor al agua que hay dentro de la olla. De toda el agua que hay dentro de la olla la primera en calentarse y aumentar su temperatura y volverse más ligera es la que está más abajo en la olla, por lo contrario el agua que está más cerca de la superficie se encuentra a menos temperatura y por ese motivo es más pesada que la caliente y desciende hasta colocarse debajo de todo de la olla provocando que el agua más caliente suba hasta la superficie. Una vez que el agua caliente se encuentra en la superficie cede calor al ambiente hasta que se enfría lo suficiente para volver a descender, provocando que el agua caliente que se encuentre en el fondo de la olla vuelva a subir hacia la superficie. Aunque este ciclo no sea percibido por el hombre, provoca un movimiento cíclico dentro de la olla.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 22 Ilustración 8. Transmisión de Calor por Convección. Dentro de la Transmisión de Calor por Convección, podemos diferencia la Convección Natural y la Convección Forzada. La Convección Natural es la que se produce dentro de la olla del ejemplo, es decir no interviene ningún agente exterior en el proceso. En la Convección Forzada intervienen agentes exteriores en el proceso, en el momento en que los líquidos más calientes suben a la superficie y cede calor al ambiente, hay un agente externo del proceso que ayuda a este intercambio de calor entre el líquido y el ambiente. Un ejemplo sencillo de la Transmisión de Calor por Convección Forzada es el de una persona comiendo sopa con una cuchara, si la sopar está demasiado caliente como para comérsela la persona soplara la cuchara con sopa para que la sopar se enfríe más rápidamente. Al soplar hacemos que el intercambio de calor entre la sopar y el ambiente sea más rápido ya que forzamos a que el aire que está en contacto con la sopa se renueve más rápidamente.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 23 6.4.2. Transmisión del Calor por Conducción. La Transmisión de Calor por Conducción se produce cuando el calor se propaga a través del cuerpo del objeto que queremos calentar, el calor recorre todo el cuerpo del objeto hasta que este se encuentre todo a la misma temperatura. Un ejemplo muy claro de la Transmisión del Calor por Conducción es si calentamos una barra de hierro. Si sujetamos con la mano un extremo de la barra y colocamos en otro extremo sobre un fuego, al poco rato notaremos como el extremo que estamos sujetando va aumentando de temperatura. Esto es debido a que el calor recorre toda la barra y provoca un aumento de temperatura. Ilustración 9. Transmisión de Calor por Conducción.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 24 6.4.3. Transmisión del Calor por Radiación. La Transmisión de Calor por Radiación se produce cuando un cuerpo caliente emite calor en forma de ondas y estas son interceptadas por otro cuerpo que se encuentra a menor temperatura. Un ejemplo muy claro de la Transmisión de Calor por Radiación es el del Sol y la Tierra. El Sol es la fuente emisora de calor en forma de ondas electromagnéticas y la Tierra es el receptor de este calor, cuando la Tierra recibe las ondas aumenta su temperatura. Otro ejemplo claro es cuando se enciende un fuego para calentarnos, el fuego calienta el ambiente y nos calienta a nosotros aunque no toquemos directamente las llamas con nuestro cuerpo, esto es debido a que el fuego desprende gran cantidad de calor en forma de radiación. Ilustración 10. Transmisión de Calor por Radiación. Como veremos más adelante para una instalación de Energía Solar Térmica necesitamos usar los tres tipos de Transmisión de Calor.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 31 6.9. Práctica 1: Construcción de un Horno Solar 30-60. A continuación se explicaran los pasos a seguir para la construcción de un Horno Solar 30-60, se le llama Horno Solar 30-60 porque son los grados con los que se puede inclinar la entrada de los Rayos Solares, en este caso el captador. Se usara la inclinación de 60 cuando el Sol este más inclinado en el horizonte, para el amanecer, atardecer y los días de invierno. Se usara la inclinación de 30 cuando el Sol se encuentre a mayor altura respeto el horizonte, para el mediodía y los días de verano. Posición del Sol Inclinación del Horno Solar Amanecer 60 Mediodía 30 Atardecer 60 Invierno 30 Verano 60 Ilustración 15. Grados de inclinación del Horno Solar 30-60. Ilustración 16. Horno Solar inclinación 30. Es importante tener claro que el Horno Solar 30-60 que se muestra a continuación es sólo una muestra de los centenares de modelos de Hornos Solares que existen. Sólo se pretende que los conceptos para su construcción queden lo más claro posible y que cada persona pueda construir su propio Horno Solar.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 32 6.9.1. Material para un Horno Solar 30-60. A continuación se indican los materiales necesarios para la construcción de un Horno Solar 30- 60. Dos tableros de madera de unos 10mm de grosor: o Tablero A, de 1 metro por 1 metro, [1x1] m. o Tablero B, de 2 metros por 1 metro, [2x1] m. Tres listones de madera de diferente grosor: o Listón A, de 2’5 metros de largo y 40 milímetros por 40 milímetros de grosor. o Listón B, de 2’5 metros de largo y 40 milímetros por 20 milímetros de grosor. o Listón C, de 4 metros de largo por 10 milímetros por 10 milímetros. Aislante térmico disponible, en este caso se usaran cajas de cartón. Un vidrio o plástico transparente de 42 centímetros por 50 centímetros. Un rollo de papel de aluminio, el usado en la cocina sirve perfectamente. Dos bisagras para la puerta del Horno Solar, 20 milímetros de ancho. Dos cierres de presión de cartola de unos 40 milímetros. Dos metros de burletes de caucho para el cierre de la puerta del Horno Solar. Un pomo y un par de asas para el transporte del Horno Solar, opcional. Pintura negra mate. Cola blanca de carpintero. Silicona, se usara para aislar el cristal de la puerta, también puede sustituirse por 4 metros más de burlete de caucho. Clavos o tornillos para madera de varios tamaños. 6.9.2. Herramientas. Seguidamente se indica las herramientas que se usaran para la construcción del Horno Solar 30-60, se pueden utilizar otras herramientas que se tenga a mano: Una sierra para madera. Un transportador de ángulos. Escuadra, regla y metro. Un cúter o tijeras. Una lima o papel de lija. Martillo y/o destornillador. Una brocha para encolar. Lápiz para marcar las medidas.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 33 6.9.3 Coste del material para la construcción del Horno Solar 30-60. El material para la realización del Horno solar 30-60 se compra en el suministrador de la zona, dependiendo del país donde se compren los materiales, estos pueden variar ligeramente su precio aumentándolo o disminuyéndolo. Para el caso práctico que nos ocupa el material se obtiene en unos grandes almacenes distribuidores de material para el bricolaje. Hay material que no podemos comprar sólo la cantidad o tamaño necesarios por lo que adaptaremos este material a los estándares que encontramos en el mercado, como es el caso de los tableros y listón. Descripción Unidades Coste (€) Tablero de aglomerado [244 x 122 x 0,8] cm. 2 26,60 € Listón de madera de abeto cepillada de [240 x 18 x 18] cm. 4 7,80 € Rollo de cartón ondulado de [1000 x 100] cm. 1 7,95 € Placa policarbonato celular [200 x 105] cm. 1 19,90 € Un rollo de papel de aluminio 30 metros. 1 2,45 € Bisagra de hoja doble [7 x 0,5 x 6] cm 2 3,95 € Dos cierres de presión de cartola de unos 40 milímetros. 2 1,94 € Burlete 5,5 m. 1 2,95 € Asa metálica de transporte 64 mm. 2 2,05 € Pomo de plástico JADE 1 0,95 € Pintura negra mate para exterior. 1 7,95 € Cola blanca de carpintero 1kg. 1 3,10 € Silicona selladora juntas. 1 2,05 € Clavos diámetro 2,2 mm y longitud 40mm, 65 unidades. 1 1,59 € TOTAL 91,23 € Tabla 2. Coste Horno Solar 30-60.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 34 6.9.4. El Horno Solar 30-60, paso a paso. Las medidas que se indican en esta guía son orientativas y pueden variar según la disponibilidad del material que tengamos disponible. La única medida que no puede cambiar bajo ningún concepto es la de los ángulos de 30 y 60 que forman los laterales del Horno Solar 30-60, si no se respetan estos ángulo no estamos construyendo un Horno Solar 30-60. 6.9.4.1 La estructura del Horno Solar 30-60. Paso 1: Los laterales. Lo primero que hay que hacer para la realización de un Horno Solar 30-60, es la estructura del horno, debemos tener en cuenta que la estructura es quizás el paso más importante para realizar una buena construcción de un Horno Solar 30-60, si la estructura no está bien construida el resto de piezas no encajaran correctamente y las pérdidas de calor pueden ser muy elevadas. El Tablero A [1x1]m servirá para realizar los laterales del Horno Solar 30-60. Para realizar los laterales marcamos en el Tablero A dos triángulos rectángulos como los de la Ilustración 1, se aconseja aprovechar las esquinas del Tablero A, de esta manera con solo dos cortes tendremos los triángulos que forman los laterales. Ilustración 17. Tablero A, laterales Horno Solar 30-60.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 35 Una vez realicemos los cortes, el resultado final será dos triángulos rectángulos como los de la Ilustración 2. Ilustración 18. Tablero A, triángulo lateral. El siguiente paso no es obligatorio pero es aconsejable y en este Horno Solar 30-60, vamos a hacerlo. Se trata de cortar las dos esquinas del triángulo. Cortando las dos esquinas reducimos el volumen del horno pero no la capacidad ni el tamaño del captador solar (puerta del horno). El resultado final será el de dos triángulos rectángulos para el lateral como los de la imagen: Ilustración 19. Tablero A, triángulo lateral final.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 36 Paso 2: Cortar los listones para la estructura. Una vez tengamos los dos triángulos que formaran los laterales del Horno Solar 30-60, debemos unirlos mediante cinco listones de 40 milímetros por 40 milímetros y 48 centímetros de largo, para ello usaremos el Listón A. Ilustración 20. Listón A, listones para el esqueleto del Horno Solar 30-60. Se reforzara el frontal del Horno Solar 30-60 con dos listones de 40 milímetros por 40 milímetros y 46 centímetros de largo, para ello usaremos el Listón A. el motivo de este refuerzo es que en la parte frontal del Horno Solar 30-60 se instalará un captador solar que ara a la vez de puerta. Ilustración 21. Listón A, listones para el frontal del Horno Solar 30-60.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 37 Paso 3: La estructura del horno. Una vez cortados los laterales y los listones vamos a unirlos para crear la estructura principal del Horno Solar 30-60. Para la unión podemos usar tornillos o clavos según disponibilidad que tengamos y cola blanca de carpintero. Se recomienda poner un mínimo de dos clavos o tornillos en las uniones entre los laterales y los listones para que, los listones no puedan girar. Ilustración 22. Estructura principal del Horno Solar 30-60.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 38 Paso 4: Cerrar la estructura. Una vez este la estructura montada, el siguiente paso es cerrar la estructura por todas las caras excepto la cara frontal. La cara frontal ara las funciones de puerta y captador solar a la vez. Para ello se irán midiendo y cortando las maderas necesarias para las caras del Horno Solar 30- 60 a medida que se vayan cerrando las diferentes caras. Se recomienda el uso de clavos o tornillos y cola blanca de carpintero. Ilustración 23. Estructura Horno Solar 30-60 finalizada.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 39 6.9.4.2. El aislamiento del Horno Solar 30-60. Una vez finalizada la estructura del Horno Solar 30-60, es momento de colocar el aislante térmico que hayamos decidido. Para el Horno Solar 30-60 que se presenta como ejemplo en esta práctica se usara cartón a modo de aislante térmico para evitar las pérdidas por Transmisión de calor por Convección y papel de aluminio para evitar las pérdidas de calor por Radiación. Si no se dispone de papel de aluminio se puede utilizar cualquier material reflejante. Paso 1: Colocación del Aislante Térmico, Pérdidas por Convección. El primer aislante que se colocará en el Horno Solar 30-60 es el que usaremos para reducir las pérdidas por Transmisión de Calor por Convección. Para ello bastante con forrar el interior de todo el horno con cartón. Debemos cubrir los seis huecos del interior del horno hasta que toda la superficie interior del horno esté a la misma altura. Para fijar las diferentes capas de cartón usaremos cola blanca de carpintería. Es del todo recomendable que el cartón que se usa, no haya contenido productos tóxicos anteriormente, hay que recordar que la finalidad del Horno Solar 30-60 es la de cocinar comida que debemos comer. Ilustración 24. Horno Solar 30-60 con Aislamiento Térmico Convección.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 40 Paso 2: Colocación del Aislante Térmico, Pérdidas por Radiación. Una vez colocado el Aislante Térmico para las Pérdidas por Convección, colocaremos el papel de aluminio que actuara como aislante por Pérdidas de Radiación. Para la colocación del Aislante Térmico para las Pérdidas por Convección basta con forrar todo el interior del Horno Solar 30-60 con el papel de aluminio, podemos pegar el papel de aluminio al cartón con la misma cola blanca de carpintería que estamos usando hasta el momento. En este punto hay dos aspectos importantes que se deben tener en cuenta. El primero es que el papel de aluminio debe pegarse al cartón por su cara menos brillante, la cara más brillante debe quedar a la vista y el segundo es que debemos evitar el mayor número de arrugas posibles en el momento de pegar el papel de aluminio. Un consejo para dejar el papel de aluminio lo más liso posible es ejercer presión con la mano o un trapo justo en el momento que se pegue al cartón, antes de que la cola blanca de carpintería haga su efecto. Ilustración 25. Horno Solar 30-60 con Aislamiento Térmico Radiación.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 47 2. Colocación de cierres herméticos en la puerta: El segundo elemento que nos permitirá disminuir las pérdidas de calor del interior del Horno Solar 30-60 por fuga es la colocación de unos cierres de cartola. Estos cierres realizaran un cierre más hermético entre la puerta y el horno solar. Con la instalación de estos cierres y el burlete alrededor del cierre entre la puerta y el horno solar reduciremos las fugas de manera importante. Ilustración 33. Cierres de cartola.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 48 6.10. Práctica 2: INSTALACIÓN SOLAR TERMICA, AGUA CALIENTE SANITARIA. A continuación se indicaran los conceptos y los material básicos necesario para la realización de una Instalación Solar Térmica de Agua Caliente Sanitaria en una vivienda. La instalación que se pretender realizar es una instalación de Agua Caliente Sanitaria con circulación del agua No Forzada con un Circuito Primario y un circuito Secundario. 6.10.1. Elementos de una instalación de Agua Solar Sanitaria. A continuación se detallaran los elementos principales para poder realizar una instalación de Agua Caliente Sanitaria en una vivienda. Ilustración 34. Esquema de una Instalación Solar Térmica de Agua Caliente Sanitaria. Captador o Colector Solares: El Captador o Colector Solares es el elemento encargado de captar la Radiación Solar que impacta sobre él y transmitirla al Fluido Calo-portador que circula por las tuberías. Ilustración 35. Captador o Colector Solar.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 49 Fluido calo-portador: El Fluido Calo-portador, es el encargado de recoger el calor que captan los Captadores o Colectores Solares y transportarlo a través de las tuberías de la instalación y una vez en el Intercambiador cede el calor al agua que se usara en la vivienda. Es habitual que el Fluido Calo-portador sea una mezcla de agua y líquido anticongelante, esto se realiza para evitar que el agua se congele y puede dañar la instalación. Intercambiador: El Intercambiador es la parte de la instalación donde el Fluido Caloportador cede el calor que ha transportado de los Colectores o Captadores Solares al Agua Caliente Sanitaria que se usara en la instalación. Básicamente un Intercambiador es un tanque lleno de agua, donde el Fluido Calo-portador circula por un serpentín situado en el interior del tanque sin entrar en contacto con el Agua Caliente Sanitaria. Es aconsejable que el tanque este lo más vertical posible, de esta manera se favorece una mejor división según la temperatura del Agua Caliente Sanitaria en el interior del tanque y se aumenta el rendimiento de la instalación. Ilustración 36. Intercambiador de una Instalación de Agua Caliente Sanitaria.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 50 Vaso de expansión: El Vaso de Expansión, es un elemento de seguridad para la instalación, su función es la de absorber los posibles cambios de presión debidos a los cambios de temperatura que puede sufrir el fluido de un circuito cerrado. Para alargar la vida útil del Vaso de Expansión siempre se colocara en la tubería que lleva el agua fría, en este caso en la tubería que retornar el Fluido Calo-portador del Intercambiador al Colector o Captador Solar. Ilustración 37. Vaso de Expansión. Tuberías: Las tuberías son las encargadas de transportar tanto el Fluido Calo-portador como el Agua Caliente Sanitaria por toda la instalación. En el caso práctico que nos ocupa, la instalación térmica de Agua Sanitaria Caliente funcionara sin una bomba que fuerce la circulación del agua por las tuberías, por lo que será muy importante que la diferencia de altura entre el captador de los Rayos solares y el deposito donde se guardará el agua caliente es a diferentes alturas. El captador solar debe estar situado en una ubicación donde no haya ningún objeto que pueda hacerle sombra, una vez escogida la ubicación del captador es momento de escoger la situación del depósito.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 51 Algunos sistemas de captación de Rayos Solares para la producción de Agua Caliente Sanitaria que encontramos en el mercado están diseñados de tal manera que el depósito queda justo encima del captador solar. Este modelo de captadores facilita mucho el trabajo ya que de esta manera sólo hay que hacer llegar dos tuberías al captador, una para suministrar agua frío captador solar y otra que retorne Agua Caliente Sanitaria a l instalación. Ilustración 38. Captador solar con depósito para ACS.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 52 6.10.2 Coste del material para la instalación de Agua Caliente Sanitaria Solar. Para este caso práctico optaremos por la instalación de un captador solar con depósito incorporado. Descripción Unidades Coste (€) Equipo solar termosifón Junkers SMART 150 litros 1 1290€ Vaso expansión para Agua Caliente Sanitaria 8 litros 1 17,97€ Rollo tubería multicapa 16mm diámetro, 2mm grosor 25m longitud. Soporta hasta 90ºC. 1 19€ Codo a compresión para tubería multicapa 16mm diámetro. 10 2,5€ Unión a compresión para tubería multicapa 16mm diámetro. 10 1,85 € TOTAL 1370€ Tabla 3. Coste Instalación Agua Caliente Sanitaria. La Energía de la Biomasa, es el término que usamos cuando nos referimos a aquella energía que es generada aprovechando cualquier tipo de materia orgánica que haya tenido su origen en un proceso biológico. No se considera Energía de la Biomasa, la energía proveniente de fuente de combustibles fósiles o sus derivados, aunque su origen también es biológico. La idea de Energía de la Biomasa engloba diferentes conceptos, todos ellos relacionados con la obtención de energía procedente de productos vegetales o animales. Mediante la aplicación de diferentes métodos y tecnologías para cada caso se puede obtener Energía Eléctrica, Biocombustible o Calor, el Calor es utilizado para la obtención de Agua Caliente Sanitaria y Calefacción de una vivienda o estancia. En esta unidad se explicaran los conocimientos básicos sobre la Energía de la Biomasa para la obtención de Agua Caliente Sanitaria (para su uso doméstico en lavabos y cocinas) y para la obtención de calor para la calefacción de una vivienda o estancia.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 53 7. Energía de la Biomasa: El origen. El uso de la Biomasa para generar energía no es un concepto nuevo de las últimas décadas, el ser humano siempre ha utilizado la biomasa como fuente de energía. Lo único que ha cambio en los últimos años es la manera como se ve este recurso y la tecnología necesaria para su explotación. La Energía de la Biomasa, es toda aquella que tiene su origen en la materia orgánica. Según el origen de esta materia orgánica podemos clasificar la Biomasa en tres grandes grupos. Biomasa Primaria: la Biomasa Primaria o Vegetales toda aquella biomasa formada por seres que realizan la fotosíntesis o lo que es lo mismo, las plantas. Entran dentro del grupo de la Biomasa Primaria los residuos agrícolas y forestales. Biomasa Secundaria: la Biomasa Secundaria es toda aquella biomasa formada por los seres que se alimentan de plantas, seres herbívoros. Se considera Biomasa Secundaria tanto a los seres herbívoros como a las heces de estos. Biomasa Terciaria: la Biomasa Terciaria es toda aquella biomasa formada por los seres que su dieta alimentaria se basa en la carne, es decir seres carnívoros. Ilustración 39. Diagrama tipos y usos de la Energía de la Biomasa.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 54 En resumen podemos decir que la Biomasa Terciaria se alimenta de la Biomasa Secundaria. Que la Biomasa Secundaria se alimenta de la Biomasa Primaria y que la Biomasa Primaria o Vegetal necesita la luz del Sol para hacer la fotosíntesis, como conclusión observamos que el Sol vuelve a ser la fuente de Energía que hace realidad la Biomasa. Ilustración 40. Diagrama origen Biomasa El Sol Biomasa Primaria (Vegetal) Biomasa Secundaria Biomasa Terciaria
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 55 7.1. Energía de la Biomasa: Fuente de Energía. La Energía de la Biomasa es una energía Primaria, lo que significa que no es la energía final deseada que queremos, sino que es una fuente de Energía que utilizamos para obtener una Energía final como puede ser el Calor, la Electricidad o combustible para hacer funcionar un motor. Según la procedencia de la Biomasa la podemos clasificar en Biomasa Natural, Residuos, Excedentes y Agroenergía. 7.1.1. Biomasa Natural. La Biomasa Natural, es la que se produce de manera natural sin que el hombre intervenga en el proceso. Se considera Biomasa Natural todos los bosques, extensiones de tierra sin cultivar, matorrales, etc. En las que el hombre no ha intervenido en ningún momento. Esta fuente de recursos para la obtención de Biomasa no puede ser utilizada para la obtención de Biomasa de manera masiva, ya que este hecho puede suponer una rápida degradación de los ecosistemas naturales. 7.1.2. Residuos. La Biomasa de Residuos, es la que se genera en cualquier tipo de actividad en que se utilice materia orgánica, generalmente son los residuos producidos en las explotaciones de sectores agrícolas, ganaderas, forestales o ganaderos y residuos producidos en grandes núcleos urbanos, residuos sólidos y aguas residuales. La Biomasa Residual se utiliza más como una manera de aprovechar los residuos generados para reducir la contaminación que no como una manera de generar Energía, en mucho casos las instalaciones que aprovechan los residuos son autosuficientes desde el punto de vista energético.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 56 7.1.3. Excedentes. La Biomasa de Excedentes, es la que proviene de explotaciones agrícolas con excedentes de cosecha. Esto no puede aplicarse a todos los tipos de cosecha agrícola, debe ser una cosecha agrícola con alto valor para la Biomasa. La Biomasa de Excedente tiene su origen en Europa en la década de los 80, cuando la población aumento aproximadamente un 3% mientras que las cosechas aumentaron un 26,5%. Generalmente se utiliza la Biomasa de Excedente para la realización de Biocarburante. El Biocarburante tiene un precio superior a los carburantes fósiles que intenta sustituir, esto es debido a que el Excedente agrícola fue plantado para fines alimenticios y no para fines energéticos. 7.1.4. Agroenergía. La Biomasa de Agroenergía, es aquella que proviene de explotaciones agrícolas que se han cosechado expresamente con el fin de que la cosecha sea usada para la obtención de Biomasa. Las cosechas agrícolas con fines alimenticios y las destinadas a fines energéticos deben tratarse de manera diferente. En una cosecha Agroenergética debe procurarse obtener la máxima rentabilidad energética, esto significa que la energía que generara el biocombustible debe ser mayor que la suma de las energías empleadas para el cultivo, recolección y preparación del biocombustible.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 63 7.6.1. Cálculo de la potencia necesaria: El primer paso a realizar es el cálculo de la potencia que demandara el sistema para su correcto funcionamiento. Para calcular la potencia necesaria de la caldera, debemos calcular la potencia necesaria para el correcto funcionamiento de la calefacción y seguidamente la potencia necesaria del Agua Caliente Sanitaria, la potencia de la caldera la escogeremos a partir de la potencia más crítica (grande) entre la Calefacción y el Agua Caliente Sanitaria. a) Calefacción: Para calcular la potencia necesaria para el uso de la calefacción debemos tener en cuenta la superficie de la vivienda que queremos calentar y el tipo de vivienda. No es lo mismo el gasto en energía de una vivienda nueva y bien aislada térmicamente que una vivienda antigua y con un mal aislamiento térmico. Existen diferentes maneras de calcular la energía necesaria según la vivienda pero también podemos utilizar parámetros orientativos que nos darán una idea aproximada de la energía necesaria. Una vivienda bien aislada: 80 W/m2. Una vivienda con aislamiento normal: 100 W/m2. Una vivienda antigua o mal aislada: 120 W/m2. Estos parámetros son orientativos para la Península Ibérica y pueden variar dependiendo de la situación climática de la ubicación. Para el ejemplo que estamos realizando utilizaremos el parámetro de 120 W/m2. Por lo que la Demanda de Calefacción de la vivienda será: 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛→𝐷𝑐𝑎𝑙 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 · 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 [𝑊] Potencia vivienda: 120 W/m2. Superficie vivienda: 70 m2. 𝐷𝑐𝑎𝑙 =120 W m2·70 𝑚2→𝑫𝒄𝒂𝒍 =𝟖𝟒𝟎𝟎 𝑾=𝟖,𝟒𝒌𝑾 La potencia necesaria para cubrir la demanda de calefacción de la vivienda es de 8,4 kW.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 64 b) Agua Caliente Sanitaria: Para calcular la potencia necesaria para el suministro de Agua Caliente Sanitaria (ACS) necesitamos saber la demanda de litros/persona que necesitamos en la vivienda, para ello usaremos las tablas de consumo Código Técnico de la Edificación del Ministerio de Industrial del Gobierno de España. Demanda Litros Agua Caliente Sanitaria/día Viviendas unifamiliares 30 litros Por persona Viviendas multifamiliares 22 litros Por persona Hospitales y clínicas 55 litros Por cama Escuelas 3 litros Por alumno Oficinas 3 litros Por persona Lavanderías 3 a 5 litros Por kilo de ropa Tabla 6. Demanda de Agua Caliente Sanitaria. 6 Para el ejemplo escogeremos la Vivienda unifamiliar y los 30litros/persona que nos indica el Código Técnico de la Edificación. Por lo que deberemos disponer de un caudal de agua de 30 litros/persona en una vivienda de 4 persona por lo que: 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎→𝐶𝑎𝑔𝑢𝑎 =𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 · 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝐶𝑎𝑔𝑢𝑎 =30 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎· 4 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎→𝑪𝒂𝒈𝒖𝒂 =𝟏𝟐𝟎 𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔 Esto significa que debemos tener una caldera con una potencia suficiente como para calentar 120 litros de agua. 6 Fuente: Código Técnico de la Edificación (CTE)
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 65 Una vez sabemos el Caudal de agua necesario, es el momento de calcular la potencia de la caldera necesaria, para ello aplicaremos la siguiente formula: 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎→𝐷𝐴𝐶𝑆 =𝐶𝑎𝑔𝑢𝑎 ·𝐶𝑃·∆𝑇 Donde, DACS, es la potencia necesaria de la caldera para el suministro de Agua Caliente Sanitaria y la calcularemos en kcal/h. Cagua, es el caudal de agua necesario en la vivienda para 4 persona (kg/h) con densidad del agua de 1litro/kg. Definimos un tiempo de 30 minutos para calentar los 120 litros de Agua Caliente Sanitaria CP, es el calor especifico del agua, 1kcal/kg·C. T, es el salto térmico del agua, C. Es la diferencia de temperatura entre el agua que entra al circuito y el agua que sale del calentador. En este caso fijaremos una temperatura de entrada de 10C y una temperatura de salida de 60C. 𝐷𝐴𝐶𝑆 =𝐶𝑎𝑔𝑢𝑎 ·𝐶𝑃·∆𝑇→𝐷𝐴𝐶𝑆 =120 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 0,5 ℎ𝑜𝑟𝑎 ·1kcal litro·C·(60C−10C)→ →𝑫𝑨𝑪𝑺 = 𝟏𝟐𝟎𝟎𝟎𝒌𝒄𝒂𝒍/𝒉𝒐𝒓𝒂 Para poder comparar con la potencia que demanda la calefacción que hemos calculado anteriormente debemos transformar las kcal/hora a kW, por lo que realizaremos la siguiente operación: 𝐷𝐴𝐶𝑆 =12000 𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑎 ·1𝑘𝑊ℎ 860𝑘𝑐𝑎𝑙→𝑫𝑨𝑪𝑺 =𝟏𝟑,𝟗𝟓𝒌𝑾 Una vez hemos calculado las potencias para la Calefacción y para el Agua Caliente Sanitaria, tenemos que: 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑨𝒈𝒖𝒂 𝑪𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑺𝒂𝒏𝒊𝒕𝒂𝒓𝒊𝒂→𝑫𝑨𝑪𝑺 =𝟏𝟑,𝟗𝟓𝒌𝑾 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑪𝒂𝒍𝒆𝒇𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏→𝑫𝒄𝒂𝒍 =𝟖,𝟒𝒌𝑾 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳=𝑫𝑨𝑪𝑺 +𝑫𝒄𝒂𝒍 →𝑫𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 =𝟏𝟑′𝟗𝟓𝒌𝑾+𝟖′𝟒𝒌𝑾→ →𝑫𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 =𝟐𝟐′𝟑𝟓𝒌𝑾 En este caso debemos escoger la potencia mayor, ya que también cumplirá para la potencia menor, por lo que la potencia de la caldera que debemos instalar es de mínimo 13,95kW. En el momento de escoger una caldera existente en el mercado, debemos tener en cuenta que difícilmente encontraremos una caldera que tenga exactamente la misma potencia que hemos calculado, por lo que siempre escogeremos una caldera con una potencia superior a la calculada pero que se acerque al máximo al valor de la potencia calculada.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 66 7.6.2. Cálculo de la energía consumida: A continuación vamos a calcular la demanda energética de la instalación de la Calefacción y del Agua Caliente Sanitaria, la suma de las dos energías resultantes nos dará una idea del consumo de energía anual de la vivienda. a) Calefacción: Para realizar el cálculo del consumo energético de la instalación de la calefacción es necesario definir algunos parámetros, estos parámetros son: Donde, - Potencia de la caldera escogida: la potencia calculada de la caldera ha sido de 13,95kW, de ahora en adelante realizaremos los cálculos con 14kW o con la potencia de la caldera que hayamos escogido. - Horas de funcionamiento: necesitamos definir de manera aproximada las horas que funcionara la calefacción durante un año, para este ejemplo práctico hemos escogido la media de horas anuales para España, son un total de 1476 horas/año. Si no sabemos este dato podemos realizar una aproximación con los días y las horas que está encendida la calefacción en un año, de manera que: Horas funcionamiento=días año ∗ horas día→ →Hfun =daño ∗ℎ𝑎ñ𝑜 - Coeficiente de seguridad: el coeficiente de seguridad es la manera de sobredimensionar la instalación, de esta manera aseguramos que la instalación funcionara de manera correcta a pesar de las pérdidas térmicas de la vivienda e instalación. Para este caso práctico escogeremos un coeficiente de seguridad del 10%. Calculo, 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 →𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎∗ 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜∗ 𝐶𝑜𝑒𝑓.𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 → →𝐸𝑐𝑎𝑙 =𝑃𝑐𝑎𝑙 ∗𝐻𝑜𝑟𝑎𝑓𝑢𝑛𝑐 ∗𝐶𝑜𝑒𝑓𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 → →𝐸𝑐𝑎𝑙 =14𝑘𝑊∗1476ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑎ñ𝑜 ∗1,1→𝑬𝒄𝒂𝒍 =𝟐𝟐.𝟕𝟑𝟎𝒌𝑾·𝒉 𝒂ñ𝒐 Así pues en un año el consumo energético de la instalación de calefacción será de 22.730kW·/año.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 67 b) Agua Caliente Sanitaria: Para el cálculo del consumo energético a lo largo de un año del Agua Caliente Sanitaria es necesario recuperar algunos parámetros utilizados anteriormente, estos parámetros son: Donde, - Capacidad máxima de la vivienda: es el número máximo de personas que pueden vivir en la vivienda, en este caso se ha establecido 4 personas. - Agua caliente sanitaria: es la demanda de agua que necesita una persona a lo largo de un día, en este caso se ha establecido anteriormente 30 litros/persona. - CP: es el calor especifico del agua, 1000 cal/kg·C. - T: es el salto térmico del agua, C. Es la diferencia de temperatura entre el agua que entra al circuito y el agua que sale del calentador. En este caso fijaremos una temperatura de entrada de 10C y una temperatura de salida de 60C. - Días año: este parámetro lo vamos a fijar en 365 días, son los días que tiene un año y se entiende que el Agua Caliente Sanitaria de la vivienda se utiliza todos los días del año. Calculo, 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐴𝐶𝑆→𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠∗𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎∗ 𝑑í𝑎𝑠 𝑎ñ𝑜∗ 𝐶𝑃∗∆𝑇→ 𝐸𝐴𝐶𝑆 =4 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠· 30𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑í𝑎 ·365 𝑑í𝑎· 1000 cal litro·C·(60C−10C)→ →𝐸𝐴𝐶𝑆 =2.190.000𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 Para poder comparar con el consumo energético de la calefacción calculado con anterioridad, debemos transformar las kcal/hora a kW, por lo que realizaremos la siguiente operación: 𝐷𝐴𝐶𝑆 =2.190.000 𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑎 ·1𝑘𝑊ℎ 860𝑘𝑐𝑎𝑙 →𝑫𝑨𝑪𝑺 =𝟐.𝟓𝟒𝟕𝒌𝑾 𝒂ñ𝒐 Ahora ya sabemos las demandas energéticas de la Calefacción y la demanda energética del Agua Caliente Sanitaria, por lo que la suma de las dos demandas energéticas nos dará la demanda energética total de toda la vivienda. 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿=𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎→ →𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 =𝐸𝑐𝑎𝑙 +𝐸𝐴𝐶𝑆 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 =22.730𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜+2547𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 → →𝑬𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 =𝟐𝟓.𝟐𝟕𝟕𝒌𝑾 𝒂ñ𝒐
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 68 La demanda energética total de la vivienda será de 25.277 kW/año. Está demanda energética no tiene en cuenta el rendimiento de la caldera, por lo que no es una aproximación real de la demanda energética, para saber la demanda energética real deberemos aplicar la siguiente formula: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 𝑅𝐸𝐴𝐿= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎→𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 𝜂𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎 → Según el Reglamento de Instalaciones Técnicas en Edificios (RITE) el rendimiento mínimo de una caldera depende del tipo de caldera, por ejemplo: Tipo caldera Rendimiento mínimo Estándar 84% Baja temperatura 87,5% Condensación 97% Tabla 7. Rendimientos caldera biomasa. 7 Para este caso práctico escogeremos el rendimiento más desfavorable, Donde, Rendimiento caldera→caldera =84%=0,84 →𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 =25.277𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 0,84 →𝑬𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳𝑹𝑬𝑨𝑳 =𝟑𝟎.𝟎𝟗𝟏𝒌𝑾 𝒂ñ𝒐 El consumo total de la vivienda y teniendo en cuenta el rendimiento de la caldera será de 30.091 kW/año. Cabe recordar que esto es solo un ejemplo de un caso práctico y que si queremos realizar una instalación real, debemos realizar el Cálculo de la energía consumida con los datos reales que no facilita el fabricante de la caldera. 7 Fuente: Reglamento de Instalaciones Técnicas en Edificios (RITE).
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 69 7.6.3. Cálculo del combustible necesario: Una vez sabemos la potencia de la caldera necesaria y el consumo energético de la vivienda para un año, vamos a calcular la cantidad de combustible que se necesitara para que la caldera de Biomasa funcione a lo largo de un año. Para calcular la cantidad de combustible es necesario saber el Poder Calorífico Inferior o Neto del material que se usara como Biomasa para alimentar la caldera, algunos de los materiales son: Fuente Energía Poder Calorífico Inferior o Neto [kWh/kg] Biomasa Quebracho blanco 8,49 Quebracho colorado 4,77 Algarrobo blanco 4,88 Algarrobo negro 5,35 Fósil Gas natural 12,722 Gasóleo C 9,994 Tabla 8. Poder Calorífico Inferior o Neto maderas comunes. Para calcular la cantidad de biomasa necesaria usaremos la siguiente formula: 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝑜𝑑𝑒𝑟 𝐶𝑎𝑟𝑜𝑙í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝐼𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟→𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼 Donde, - Cantidad Biomasa: es la cantidad de la Biomasa que consumara la instalación de la vivienda a lo largo de un año de funcionamiento, [kg]. - Energía total real: es la demanda energética que consumirá la instalación a lo largo de un año, es necesario realizar el cálculo teniendo en cuenta el rendimiento de la caldera, [kWh/año] - Poder calorífico inferior: es la cantidad de Energía que es capaz de liberar un quilogramo de cualquier material líquido, sólido o gaseoso, cuando es sometido a una reacción de combustión, [kWh/kg]. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 70 Calculo, Quebracho blanco: 8,49 kWh/kg. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑄𝑢𝑒𝑏𝑟𝑎𝑐ℎ𝑜 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 8,49𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =3.545 kg/año Quebracho colorado: 4,77 kWh/kg. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑞𝑢𝑒𝑏𝑟𝑎𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 4,77𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =6.309 kg/año Algarrobo blanco: 4,88 kWh/año. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟𝑟𝑜𝑏𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑟𝑜 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 4,88𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =6.166 kg/año Algarrobo negro: 5,35 kWh/año. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟𝑟𝑜𝑏𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑟𝑜 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 5,35𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =5.625 kg/año Gas Natural: 12,722 kWh/año. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑔𝑎𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 12,722𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =2.365 kg/año Gasóleo: 9,994 kWh/año. 𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =𝐸𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑃𝐶𝐼𝑔𝑎𝑠ó𝑙𝑒𝑜 𝐶 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =30.091𝑘𝑊 𝑎ñ𝑜 9,994𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑔 →𝐶𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 =3011 kg/año
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 71 Las cantidades de Biomasa en quilogramos por año son: Fuente Energía Cantidad biomasa en un año [kg/año] Biomasa Quebracho blanco 3.545 Quebracho colorado 6.309 Algarrobo blanco 5.625 Algarrobo negro 5.350 Fósiles Gas natural 2.365 Gasóleo C 3.011 Tabla 9. Cantidad de Biomasa kg/año. Según podemos ver en la anterior tabla (Tabla 6), las cantidades necesarias de Biomasa son mayores que las cantidades de fuentes de energía que provienen de otras fuentes de energía diferentes de la Biomasa. Este hecho no significa que sean más rentables estás fuentes que las fuentes de Biomasa, de hecho la Biomasa es rentable económicamente por el hecho de que tiene un menor precio comparado con otras fuentes de energía y su impacto con el medioambiente es mucho menor por no decir inexistente. En la siguiente tabla (Tabla 7) podemos observar los precios por quilogramo de materia, estos precios son orientativos y dependerán de varios factores como por ejemplo, el país donde se compren, el valor en ese momento de la materia en el mercado, etc. Fuente Energía Precio Biomasa Quebracho blanco 0,75 €/kg Según distribuidor el precio puede variar. Quebracho colorado 0,685 €/kg Según distribuidor el precio puede variar. Algarrobo blanco 0,4045 €/kg Según distribuidor el precio puede variar. Algarrobo negro 0,4045 €/kg Según distribuidor el precio puede variar. Fósiles Gas natural 0,04939 €/kWh Tarifa Último Recurso, España 2015. Gasóleo C 0,085 €/kWh IDAE – Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. Tabla 10. Precio combustible según distribuidor español
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 72 7.7. Práctica 4: Demostración de la viabilidad de una instalación de Agua Caliente Sanitaria con Biomasa utilizando un horno de leña. En la práctica anterior se han mostrado los cálculos necesarios para la elección de una caldera de Biomasa existente en el mercado, así como la cantidad total de energía y combustible que necesitaría la vivienda a lo largo de un año. En esta práctica se pretende mostrar de forma teórica y realizando un cálculo aproximado, que la utilización de los hornos de leña que existen actualmente en algunas regiones de Santiago del Estero, son totalmente válidos para su uso como caldera de Biomasa. 7.7.1. Objetivos de la práctica: En esta práctica se pretende demostrar de forma teórica que el aprovechamiento de un horno de leña ya existente y utilizado diariamente para la cocción de pan y otras comidas, es totalmente compatible con el uso del horno de leña como caldera de Biomasa. Ilustración 42. Campesinos utilizando un horno de leña. Para aprovechar estos hornos de leña como caldera de Biomasa se va a diseñar una instalación de tuberías que irán de uno de los hornos de leña hasta un depósito de agua situado en la parte más elevada del edificio más cercano. Las tuberías del interior del horno formaran un serpentín que entraran al interior del horno de leña por un punto situado en la parte inferior y saldrá por el punto más elevado posible, acentuando de esta manera la diferencia de alturas entre la entra y salida de agua al horno de leña y poder así aprovechar la circulación natural del agua por diferencia de densidad.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 79 8. Energía Eólica. La Energía Eólica, es toda aquella que se produce utilizando la fuerza del viento como fuente de energía a través de diferentes tecnologías. La fuerza del viento se convierte en energía eléctrica o mecánica. Se cree que aproximadamente entre un 1% y 2% de la Energía Solar que recibe la Tierra se convierte en viento, sólo el aprovechamiento de esta energía sería suficiente para cubrir la demanda energética de toda la humanidad durante un año entero. La Energía Eólica es una de las primeras formas de obtener energía que utilizo la humanidad. Uno de los primeros usos fue para obtener Energía Eólica Mecánica. La Energía Eólica Mecánica se puede obtener a través de molinos de viento o Aerobombas y eran utilizados para moler los granos de cereales o bombear agua de un pozo. Se cree que los primeros molinos de viento utilizados para obtener Energía Eólica Mecánica fueron construidos en Afganistán (Asía) en el siglo VII. Antes de estos molinos de viento la humanidad ya aprovechaba la fuerza del viento para navegar por océanos, mares y ríos utilizando barcos con grandes velas que eran impulsadas por corrientes de aire. Para obtener Energía Eólica Eléctrica del viento es necesario aplicar una tecnología totalmente diferente a la necesaria para obtener energía mecánica. Para ello se utilizan Aerogeneradores. Con un Aerogenerador se puede generar energía eléctrica para ser consumida en el momento, para almacenarla en baterías o para abastecer una gran red de distribución eléctrica.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 80 8.1. Energía Eólica: ventajas y desventajas. La Energía Eólica, aunque sea una fuente de recursos energéticos renovables también tiene sus ventajas y desventajas. Ventajas: Fuente de recursos renovables, el uso de recursos renovables evita el uso de fuentes de energía no renovables. Las fuentes de recursos no renovables emiten gran parte de los gases que provocan el Efecto Invernadero, estos gases son los culpables del cambio climático. Es una energía barata y sin residuos, con el paso de los años y las mejoras en los Aerogeneradores, la Energía Eólica Eléctrica ha reducido enormemente el coste de producción de la energía eléctrica. El proceso de obtención de energía eléctrica no produce ningún residuo, este hecho también influye en el coste final de la energía, ya que no se deben procesar los residuos finales. La tecnología es sencilla, con el paso de los años han salido al mercado pequeños Aerogeneradores con los que obtener una producción de electricidad lo suficientemente grande para cubrir la demanda eléctrica de una o varias viviendas. Permite el uso del espacio para otros usos, el uso de grandes extensiones de terreno para la instalación de Aerogeneradores, no implica que no se pueda utilizar el terreno para explotaciones agrícolas, ganaderas, etc. Desventajas: Gran impacto visual, el hecho de la instalación de campos de Aerogeneradores lleva consigo un gran impacto visual. Donde antes sólo se veían campos, montañas, naturaleza, etc. ahora también se observan enormes torres con aspa giratorias de entre 30 a 90 metros de diámetro. Impacto sobre la flora y fauna, la creación de un campo de Aerogeneradores causa un gran impacto sobre la flora y fauna de la zona, ya que es necesario la construcción de caminos, grandes cimientos sobre los que instalar los Aerogeneradores, equipamiento, edificios. Un parque de Aerogeneradores puede llegar a cambiar la ruta migratoria de algunas aves y provocar la muerte al impactar sobre ellas. Interferencias en las ondas de telecomunicación, el gran tamaño de un Aerogenerador puede afectar a las ondas electromagnéticas que se envían por el aire para las telecomunicaciones, haciendo que la señal que se recibe sea más débil o incluso nula.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 81 8.2. El Aerogenerador. Un Aerogenerador puede producir energía eléctrica o mecánica gracias a la ayuda del viento. El funcionamiento básico de un Aerogenerador puede resultar relativamente fácil de entender. 8.2.1. Funcionamiento de un Aerogenerador El funcionamiento de un Aerogenerador empieza cuando el viento impacta sobre las palas del Aerogenerador, esto provoca que las palas se muevan creando un movimiento circular. Este movimiento circular se transmite a al buje, el buje es la parte del Aerogenerador encargada de transmitir el movimiento de las palas a un eje transmisor. El eje transmisor está conectado a una caja de engranajes que hace la función de multiplicador de la velocidad de giro. De la caja de engranajes sale otro eje transmisor que gira a mayor velocidad, este eje transmisor rápido está conectado a un generador eléctrico donde se genera la electricidad. En el caso de que la electricidad sea inyectada a la red eléctrica después del generador eléctrico hay un transformador eléctrico que eleva la tensión para poder transportarla hasta los núcleos de población más cercanos. 8.2.2. Partes de un Aerogenerador. Un Aerogenerador está formado por diferentes partes, las principales partes del Aerogenerador son: 1. Cimentación o Base: es una base formada por cemento armado donde se ancla el Aerogenerador al suelo. Es una parte muy importante del Aerogenerador, ya que una mala cimentación o Base puede suponer la caída de todo el Aerogenerador. 2. Torre: soporta la Góndola a la altura ideal para aprovechar al máximo las corrientes de aire de la zona donde se instala el Aerogenerador. A través de la Torre se puede acceder a la parte superior del Aerogenerador mediante una escalera o ascensor, paralelamente a la escalera o ascensor se instala todo el cableado encargado de transportar la energía eléctrica s u destino final. 3. Góndola: En el interior de la Góndola se instalan todos los elementos básicos para el funcionamiento del Aerogenerador. La Góndola se haya ubicada en la parte superior del Aerogenerador y se accede a través de la Torre para poder realizar el mantenimiento necesario.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 82 4. Palas o Hélices: Las Palas o Hélices es la parte del Aerogenerador encarga de captar la energía del viento y transmitirla hacia el Rotor. Las Palas o Hélices se construyen con material ligero y resistente y su diseño es parecido al de las alas de los aviones. 5. Rotor: El Rotor es el encargado de captar la energía cinética del viento y convertirla en energía rotativa en el eje de baja velocidad. El Rotor está dotado de un freno que actúa cuando la velocidad del viento puede ser peligrosa para el Aerogenerador. 6. Multiplicador: El Multiplicador se ocupa de elevar la velocidad de giro del eje de baja velocidad y la transmite a un eje de alta velocidad. 7. Anemómetro y Veleta: estos dos elementos son los encargados de recoger datos tales como la velocidad del viento (Anemómetro) y la dirección del viento (Veleta). Estos dos parámetros son utilizados para orientar las Palas o Hélices del Aerogenerador para aprovechar al máximo la fuerza del viento y frenar las Palas o Hélices si el viento es demasiado fuerte y puede causar daños en el Aerogenerador. 8.3. Tipos de Aerogeneradores. Los Aerogeneradores se pueden clasificar en dos grandes grupos, está clasificación se realiza en función de la posición del Rotor. De este modo podemos los podemos clasificar por: Aerogeneradores de Eje Horizontal. Aerogeneradores de Eje Vertical. 8.3.1. Aerogeneradores de Eje Horizontal. Los Aerogeneradores de Eje Horizontal son los más usados, su utilización va desde extensos campo de Aerogeneradores para generar grandes cantidades de Energía Eléctrica para suministrar poblaciones enteras hasta la generación de energía Eléctrica para una casa aislada del suministro eléctrico. Deben su nombre de Aerogeneradores de Eje Horizontal al hecho que el Rotor está situado paralelo al suelo. Los elementos como el Multiplicador, Generador, Anemómetro y Veleta, Palas, Rotor, etc. se encuentran en la Góndola. Dentro de los Aerogeneradores de Eje Horizontal se puede realizar otra clasificación: Dependiendo del número de palas del Aerogenerador. Dependiendo de la orientación del Aerogenerador respecto al viento.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 83 8.3.1.1. Aerogeneradores Eje Horizontal: Número de palas. Según el número de palas que tenga el Aerogenerador podemos diferenciar hasta cuatro tipos de Aerogeneradores. Aerogenerador Monopala: son Aerogeneradores con una sola pala o hélice. Para compensar el peso de la pala, se instala un contrapeso opuesto a la pala. El coste de los Aerogeneradores Monopala es menor gracias al ahorro de material que supone el tener sólo una pala. La velocidad de giro es mayor que los Aerogeneradores con más palas pero la vida útil del equipo es menor ya que debe soportar fuerzas variables debidas a la alta velocidad y al hecho de tener solamente una pala. Aerogeneradores Bipala: son Aerogeneradores con dos palas o hélices. Este tipo de Aerogeneradores no necesita de contrapeso, ya que las palas se contrarrestan el peso entre ellas. Al igual que los Aerogeneradores Monopala, el coste es inferior a otros Aerogeneradores con más palas y la velocidad es mayor pero la vida útil del equipo también es menor. Aerogeneradores Tripala: son Aerogeneradores con tres palas o hélices. Este tipo de Aerogeneradores tampoco necesita de contrapeso ya que el peso de una pala o hélice se reparte entre las otras dos. El modelo de Aerogenerador Tripala es el más extendido en el mercado y podríamos decir que prácticamente la totalidad de Aerogeneradores instalados son Tripala. Ilustración 44. Aerogeneradores Eje Horizontal Monopala, Bipala, Tripala.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 84 8.3.1.2. Aerogeneradores Eje Horizontal: Orientación según viento. Los Aerogeneradores de Eje Horizontal, deben orientarse a favor o en contra del viento. Sotavento: el viento llega a las Hélices por el lado de la Góndola. Tanto la Góndola como las Hélices tienen un diseño especial. Este método de orientación presenta más pérdidas de lo normal, esto es debido a que el viento entra al Aerogenerador por el lado de la Góndola y tanto la Góndola como la Torre hacen un efecto de pared y evitan que el viento mueva las Hélices. Barlovento: el viento entra al Aerogenerador por el lado de las Hélices, este método de orientación presenta menos pérdidas que el Sotavento ya que el viento impacta directamente a las Hélices. Los Aerogeneradores que usan la orientación por Barlovento necesitan un dispositivo orientador para encararse al viento. Este tipo de orientación es el más usado en los Aerogeneradores. Ilustración 45. Aerogenerador Eje Horizontal Sotavento y Barlovento. Los Aerogeneradores de Eje Horizontal son los más usados, su utilización va desde extensos campo de Aerogeneradores para generar grandes cantidades de Energía Eléctrica para suministrar poblaciones enteras hasta la generación de energía Eléctrica para una casa aislada del suministro eléctrico. Deben su nombre de Aerogeneradores de Eje Horizontal al hecho que el Rotor está situado paralelo al suelo. Los elementos como el Multiplicador, Generador, Anemómetro y Veleta, Palas, Rotor, etc. se encuentran en la Góndola.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 85 8.3.2. Aerogeneradores de Eje Vertical. Los Aerogeneradores de Eje Vertical tiene el Rotor perpendicular al suelo. Esto hecho provoca que elementos como el Multiplicador, Generador, Anemómetro y Veleta, Rotor, etc. estén situados en la parte inferior del equipo, motivo por el cual no necesitan una torre para elevar todos estos elementos y tampoco necesitan un mecanismo de orientación ya que pueden recibir el viento de cualquier dirección. Por lo contrario, el hecho de que la Góndola este situada en la parte inferior del equipo provoca que para realizar según qué tipo intervención de mantenimiento en el equipo sea necesario desmontar el Rotor y las Hélices. 8.3.2.1. Tipos de Aerogeneradores de Eje Vertical. Podemos encontrar varios modelos del grupo de Aerogeneradores de Eje Vertical pero, algunos de los modelos más extendidos dentro de los Aerogeneradores de Eje Vertical son: Savonius: este Aerogenerador fue inventado por Sigurd J. Savonius en 1922 (2 de noviembre de 1884 - 31 de mayo de 1931, Finlandia). El Aerogenerador Savonius es de los más simple, económicos y fáciles de utilizar que existen y consiste en dos Hélices opuesta que se sobreponen en el centro. Visto desde la parte superior, las Hélices forman una letra “S”. Un Aerogenerador con Hélices Savonius es utilizado en los casos que el coste del Aerogenerador es más importante que la eficiencia y la potencia a generar es pequeña. Ilustración 47. Rotor Savonius. Ilustración 46. Rotor Savonius vista superior.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 86 Se recomienda que la distancia “X” que se sobreponen entre si las hélices sea una 1/6 parte del Diámetro “D” de las mismas hélices. X=D 6 [metros,m] La velocidad de giro de un Sanvonius viene dada por naerogenerador =60·V·λ π·D [revoluciones por minuto rpm] , está velocidad dependerá en gran medida de la carga que arrastre el Aerogenerador. Donde, λ: velocidad especifica es un valor propio de cada tipo de hélice, para hélices Savonius λ=1 D: diámetro del rotor [metros, m]. V: la velocidad del viento [metros/segundo, m/s] Π: 3,1416 La potencia generada por un Sanvonius viene dada por: PMAX=0’18·h·D·V3 [Wattios, W] Donde, h: la altura de las hélices [metros, m]. D: diámetro del rotor [metros, m]. V: la velocidad del viento [metros/segundo, m/s]
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 87 Darrieus: el Aerogenerador Darrius debe su nombre su inventor G.J.M. Darrieus, que invento i patento el primer modelo en 1931. El diseño de un Aerogeneradores Darrieus es bastante más complejo que otros Aerogeneradores de Eje Vertical como puede ser el Savonius. Los Aerogeneradores Darrieus tienen entre dos y tres hélices que hacen girar el rotor cuando el viento impacta sobre ellas, aunque existen muchos diseños derivados del diseño original. El uso de este tipo de Aerogeneradores va decayendo con el paso de los años debido a que dependiendo de la posición de las hélices con respecto al viento, el Aerogenerador no produce energía o incluso deja de inyectar energía a la red eléctrica para pasar a consumirla. Este fenómeno sucede cuando las Hélices están completamente en perpendicular a la dirección del viento. Ilustración 48. Aerogenradores Darrieus.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 88 Giromill: el Aerogenerador Giromill o también conocido como tipo H, es una variante del Aerogenerador Darrieus. El Giromill se basa en unas Hélices completamente verticales y unidas al eje central por unos brazos horizontales, esta unión puede realizarse en los extremos de las Hélices como por su centro. Son máquinas diseñadas para ser usada con fines domésticos ya que pueden trabajar con vientos de entre [3 a 25] m/s y producir una potencia aproximada de unos 700Wattios. Ilustración 49. Aerogenerador Giromill.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 95 8.6.2. Coste Aerogenerador Savonius doméstico. El material para la realización del Horno solar 30-60 se compra en el suministrador de la zona, dependiendo del país donde se compren los materiales, estos pueden variar ligeramente su precio aumentándolo o disminuyéndolo. Para el caso práctico que nos ocupa el material se obtiene en unos grandes almacenes distribuidores de material para el bricolaje. Descripción Unidades Coste (€) Bidón de plástico de altura= 40’6cm y diámetro= 29’3cm. 1 22,00 € Escuadra de ángulo 30x30 mm 20 4,40 € Perfil acero laminado frío gris grafito [10x10x1] mm longitud: 1m 9 20,25 € Tubo redondo acero inoxidable gris plata [12x1]mm longitud: 1m 1 11,10 € Correa de transmisión 1 47,95 € Motor DC 1 22,75 € Paquete 35 tornillos autoroscantes longitud: 13mm diámetro: 4,2 3 6,00 € TOTAL 134 € Tabla 13. Coste material aerogenerador Savonius doméstico.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 96 8.6.3. Aerogenerador doméstico, paso a paso. Paso 1: Construcción de las hélices Para la construcción de las hélices del Aerogenerador Savonius doméstico, no basta con coger cualquier objeto que tenga forma cilíndrica y cortarlo por la mitad de manera que dispongamos de dos mitades iguales. Se pueden usar cubos, tuberías, bidones, depósitos, etc. pero siempre deben cumplir el requisito de tener una forma cilíndrica. Para el caso práctico que nos ocupa usaremos un bidón de unos 120 litros de capacidad y unas dimensiones de altura= 40’6cm y diámetro= 29’3cm. De tal manera que una vez cortado por la mitad dispondremos de dos mitades iguales de altura= 40’6cm y diámetro= 29’3cm. Es importante que las hélices tengan de tapas en los extremos, por lo que el tapón del bidón también debe contarse. En el caso de no disponer de tapas en los extremos deberemos fabricar unas que se adapten a las hélices. Ilustración 54. Bidón empleado para construir las hélices.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 97 Paso 2: Construcción de la estructura Para el Aerogenerador Darriues doméstico se deben construir dos estructuras. La primera de ellas tiene la función de sujetar todo el Aerogenerador. La segunda estructura a construir es el soporte donde se unirán las hélices. Las dos estructuras deben juegan un papel importante en el Aerogenerador por lo que es muy importante que sean lo suficientemente robustas para aguantar todo el peso de las hélices y la fuerza del viento. A. Estructura para las hélices: la primera estructura que se debe construir es la que sujetara las hélices del aerogenerador Savonius. Las dimensiones de esta estructura dependerán del tamaño de las hélices fabricadas anteriormente. La estructura final deberá tener un diseño similar al de la Ilustración. 11 Ilustración 55. Croquis estructura soporte hélices.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 98 Donde, H, es la altura de las hélices. D, es el diámetro de las hélices. X, es la distancia que se sobreponen las hélices entre ellas. X=D 6 [metros,m] X/2, es la distancia entre el eje central de la estructura y el perfil donde se unen las hélices con la estructura. L, es la anchura total de la estructura y se puede calcular con L=2·[D−X 2] Si tenemos en cuenta las medidas de las hélices del caso práctico, la estructura encargada de soportar las hélices es: Ilustración 56. Estructura hélices Savonius doméstico.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 99 B. Estructura principal o estructura “U”del Aerogenerador: una vez construidas las hélices y la estructura donde irán sujetas, es momento de construir la estructura principal del Aerogenerador Savonius doméstico. Las dimensiones de esta estructura dependerán de las dimensiones de la estructura que sujeta las hélices. Está estructura deberá tener un diseño en forma de letra “U” invertida, de la manera que se muestra en la Ilustración. 13, deberán construirse dos estructuras iguales. Ilustración 57. Estructura principal Aerogenerador Savonius. Para el caso práctico que nos ocupa las dimensiones de esta estructura deberán ser de la siguiente manera: Ilustración 58. Estructura Savonius doméstico.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 100 Las estructuras “U” formaran la estructura principal, para ello deben unirse entre ellas de tal manera que si las viéramos desde una posición elevada veríamos que forman un cruz. Ilustración 59. Estructura Savonius doméstico vista aérea.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 101 Paso 3: Ensamblaje de la estructura para hélices y las hélices Ahora es el momento de realizar el ensamblaje de las hélices construidas en el Paso 1 (Paso 1: Construcción de las hélices) a la estructura que se ha construido en el Paso 2 (Paso 2: Construcción de la estructura). Para realizar la unión de las hélices con la estructura, vamos a emplear escuadras de 90º de inclinación (Ilustración 16), es la anchura de los perfiles utilizados para realizar las estructuras. De modo que de los dos ejes que forman la escuadra uno estará unido a las hélices y el otro a la estructura que debe sujetarlas. Para realizar la sujeción de las escuadras a las hélices y a la estructura emplearemos tornillos, arandelas y tuercas del métrico indicado para la escuadra utilizada. Ilustración 60. Estructura para las hélices y hélices.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 102 El montaje final una vez ensambladas las hélices con la estructura debe ser el siguiente: Ilustración 61. Ensamblaje de la estructura para hélices y hélices. Una vez realizados el ensamblaje de las hélices con la estructura, el siguiente paso a realizar es la unión de la rueda de bicicleta y el eje de las hélices. Para ello debemos quitar el eje propio de la rueda de bicicleta y sustituirlo por el eje de la estructura de tal manera que nos quedara una estructura como la que se muestra a continuación. Ilustración 62. Estructura hélices con rueda de bicicleta ensamblada.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 103 Paso 4: Ensamblaje de la estructura “U” y la estructura para hélices Ahora es momento de ensamblar las dos estructuras construidas en los anteriores pasos. Para ello disponemos de dos opciones, la primera es la colocación de dos cojinetes en las cruces que forman las uniones de la estructura “U”, un cojinete para la parte superior y otro para la parte inferior. En el caso de no disponer de cojines, disponemos de otra opción que es la de realizar unos agujeros pasantes en el mismo lugar donde irían ubicados los cojinetes. La función tanto los cojinetes como de los agujeros pasantes permitirá el giro del eje y las hélices. En este caso práctico que nos ocupa, optamos por la opción de los agujeros. Ilustración 63. Detalle de los agujeros pasantes de la estructura “U”.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 104 La estructura final una vez ensambladas las dos estructuras será parecida a la siguiente imagen: Ilustración 64. Estructura final Savonius doméstico.
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 111 10. Agradecimientos. Llegados a este punto me gustaría dar las gracias a todas las personas que me han ayudado en la realización de este proyecto, especialmente a Xavier Álvarez por sus consejos, ayuda y guía en la realización de este proyecto. Especialmente quiero dar las gracias a mi familia, que como auténticos sherpas siempre han estado a mi lado durante todo el camino y que sin ellos no hubiera sido posible llegar a la cima de esta montaña. También me gustaría dar las gracias a todas las personas con las que he compartido horas de clase, de estudio, exámenes, trabajos, prácticas, tuppers, cafés, cañas, fiestas, “campanas”, barbacoas, vacaciones, biblioteca, momentos buenos y momentos no tan buenos, discusiones y bromas, a la universidad por darme la opción de trabajar como becario, a todos ellos muchas gracias por hacer de esta etapa una etapa inolvidable. A todos ellos: ¡Muchas gracias! Sergi Mangas Solé
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 112 11. Referencias. Libros: Roldán Viloria, José (2012) Energías renovales: lo que hay que saber. Madrid: Paraninfo, cop. Urkia Lus, Iñaki (2003) Energía renovable práctica. Pamplona: Pamiela. Gipe, Paul (2000) Energía eólica práctica: una guía para instalación y uso de pequeños sistemas eólicos. Sevilla: Progensa. Méndez Muñiz, Javier María (2012) Energía eólica. Madrid: Fundación Confemetal. Jiménez Bolaño, José Manuel (1999) ingenios solares: manuela practico para la construcción de aparatos sencillos relacionados con la energía solar. Pamplona: Pamiela. Normativa: Reglamento de Instalaciones Técnicas en Edificios (RITE)– Guía Técnica, Instalaciones de calefacción individual. Webs: www.fierasdelaingenieria.com https://es.wikipedia.org/wiki/Poder_calor%C3%ADfico#Tipos_de_poder_calor.C3.ADfico http://www.idae.es/index.php/idpag.16/mod.pags/mem.detalle http://wattverd.com/cast/biomasa_forestal_cast.htm http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi98/Algarrobo/p11at.htm http://preciogas.com/conceptos/precio-kwh#kilovatio-hora-gas-natural http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_Informe_Precios_combustibles_carbu rantes_num_86_26_agosto_2013_4ff43e59.pdf http://tiendabiomasa.com/ http://www.srlegua.com/fr/ https://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_Campesino_de_Santiago_del_Estero http://www.abyayalacolectivo.com/web/compartir/noticia/el-movimiento-campesino-de- santiago-del-estero--historia---patricia-durand https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa https://es.wikipedia.org/wiki/Accidente_nuclear#Accidentes_nucleares http://www.censolar.es/menu2.htm http://www.solarweb.net/forosolar/solar-termica/11681-inclinacion-optima.html http://pedrojhernandez.com/2014/04/01/energia-solar-termica/
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 113 12. Índice de ilustraciones. Ilustración 1. Mapa provincias de Argentina. ............................................................................................... 7 Ilustración 2. Comparativa a escala entre la Tierra y el Sol. ....................................................................... 16 Ilustración 3. Ejemplo fuerza ondas solares. .............................................................................................. 16 Ilustración 4. Radiación Solar. .................................................................................................................... 17 Ilustración 5. Descomposición de la Luz solar Blanca. ................................................................................ 18 Ilustración 6. Luz solar impactando en objeto negro y blanco. .................................................................. 19 Ilustración 7. Luz solar impactando en objeto rojo y verde. ....................................................................... 20 Ilustración 8. Transmisión de Calor por Convección. .................................................................................. 22 Ilustración 9. Transmisión de Calor por Conducción. .................................................................................. 23 Ilustración 10. Transmisión de Calor por Radiación. .................................................................................. 24 Ilustración 11. Efecto invernadero. ............................................................................................................. 26 Ilustración 12. Inclinación Captadores Solares para Agua Solar Sanitaria. ................................................ 27 Ilustración 13. Posición del Sol respecto al hemisferio Sur. ........................................................................ 28 Ilustración 14. Planta de energía Termo-Solar en Andalucía. .................................................................... 30 Ilustración 15. Grados de inclinación del Horno Solar 30-60. ..................................................................... 31 Ilustración 16. Horno Solar inclinación 30 ................................................................................................. 31 Ilustración 17. Tablero A, laterales Horno Solar 30-60. .............................................................................. 34 Ilustración 18. Tablero A, triángulo lateral. ................................................................................................ 35 Ilustración 19. Tablero A, triángulo lateral final. ........................................................................................ 35 Ilustración 20. Listón A, listones para el esqueleto del Horno Solar 30-60. ................................................ 36 Ilustración 21. Listón A, listones para el frontal del Horno Solar 30-60. ..................................................... 36 Ilustración 22. Estructura principal del Horno Solar 30-60. ........................................................................ 37 Ilustración 23. Estructura Horno Solar 30-60 finalizada. ............................................................................ 38 Ilustración 24. Horno Solar 30-60 con Aislamiento Térmico Convección.................................................... 39 Ilustración 25. Horno Solar 30-60 con Aislamiento Térmico Radiación. ..................................................... 40 Ilustración 26. Listón B, listones para el marco de la puerta/captador del Horno Solar 30-60. ................. 41 Ilustración 27. Marco del Captador Solar/Puerta Horno Solar 30-60. ........................................................ 42 Ilustración 28. Listón C, listones para la sujeción del cristal de la puerta/captador del Horno Solar 30-60. .................................................................................................................................................................... 42 Ilustración 29. Marco interior de la puerta del Horno Solar 30-60. ............................................................ 43 Ilustración 30. Puerta Horno Solar 30-60. .................................................................................................. 44 Ilustración 31. Horno Solar 30-60 con puerta instalada. ............................................................................ 45 Ilustración 32. Burlete. ............................................................................................................................... 46 Ilustración 33. Cierres de cartola. ............................................................................................................... 47 Ilustración 34. Esquema de una Instalación Solar Térmica de Agua Caliente Sanitaria. ............................ 48 Ilustración 35. Captador o Colector Solar. .................................................................................................. 48 Ilustración 36. Intercambiador de una Instalación de Agua Caliente Sanitaria. ........................................ 49 Ilustración 37. Vaso de Expansión. ............................................................................................................. 50 Ilustración 38. Captador solar con depósito para ACS................................................................................ 51 Ilustración 39. Diagrama tipos y usos de la Energía de la Biomasa. .......................................................... 53 Ilustración 40. Diagrama origen Biomasa .................................................................................................. 54 Ilustración 41. Central Eléctrica Biomasa. .................................................................................................. 60 Ilustración 42. Campesinos utilizando un horno de leña. ........................................................................... 72 Ilustración 43. Croquis tuberías interior horno de leña. ............................................................................. 76 Ilustración 44. Aerogeneradores Eje Horizontal Monopala, Bipala, Tripala............................................... 83 Ilustración 45. Aerogenerador Eje Horizontal Sotavento y Barlovento. ..................................................... 84 Ilustración 46. Rotor Savonius vista superior.............................................................................................. 85 Ilustración 47. Rotor Savonius. ................................................................................................................... 85
Diseño del Plan de Estudios para la formación de Energías Renovables con la UNICAM Suri. 114 Ilustración 48. Aerogenradores Darrieus. ................................................................................................... 87 Ilustración 49. Aerogenerador Giromill. ..................................................................................................... 88 Ilustración 50. Área de barrido Aerogenerador Tripala. ............................................................................. 90 Ilustración 51. Área de viento Turbulento. ................................................................................................. 91 Ilustración 52. Coeficiente de potencia según Aerogenerador. .................................................................. 92 Ilustración 53. Campo offshore London Array ........................................................................................... 93 Ilustración 54. Bidón empleado para construir las hélices. ........................................................................ 96 Ilustración 55. Croquis estructura soporte hélices. ..................................................................................... 97 Ilustración 56. Estructura hélices Savonius doméstico. .............................................................................. 98 Ilustración 57. Estructura principal Aerogenerador Savonius. ................................................................... 99 Ilustración 58. Estructura Savonius doméstico. .......................................................................................... 99 Ilustración 59. Estructura Savonius doméstico vista aérea. ..................................................................... 100 Ilustración 60. Estructura para las hélices y hélices. ................................................................................ 101 Ilustración 61. Ensamblaje de la estructura para hélices y hélices. .......................................................... 102 Ilustración 62. Estructura hélices con rueda de bicicleta ensamblada. .................................................... 102 Ilustración 63. Detalle de los agujeros pasantes de la estructura “U”. .................................................... 103 Ilustración 64. Estructura final Savonius doméstico. ................................................................................ 104 Ilustración 65. Aerogenerador Savonius doméstico con carrea. .............................................................. 105 Ilustración 66. Aerogenerador Savonius doméstico final. ........................................................................ 106 Ilustración 67. Potencia en función del viento Aerogenerador Savonius doméstico. ............................... 107 13. Índice de tablas. Tabla 1. Equivalencias unidades de Energía ............................................................................................... 11 Tabla 2. Coste Horno Solar 30-60. .............................................................................................................. 33 Tabla 3. Coste Instalación Agua Caliente Sanitaria. ................................................................................... 52 Tabla 4. Poder Calorífico Inferior de diversos tipos de madera. ................................................................. 58 Tabla 5. Poder Calorífico Biocombustibles y Combustibles Fósiles. ........................................................... 59 Tabla 6. Demanda de Agua Caliente Sanitaria. .......................................................................................... 64 Tabla 7. Rendimientos caldera biomasa. .................................................................................................... 68 Tabla 8. Poder Calorífico Inferior o Neto maderas comunes. ..................................................................... 69 Tabla 9. Cantidad de Biomasa kg/año. ...................................................................................................... 71 Tabla 10. Precio combustible según distribuidor español .......................................................................... 71 Tabla 11. Coste adaptación del horno de leñas para uso como caldera de biomasa. ................................ 78 Tabla 12. Densidad del aire según temperatura. ....................................................................................... 89 Tabla 13. Coste material aerogenerador Savonius doméstico. .................................................................. 95
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