Sistemas de Climatización y Energías Renovables: Cálculo y Eficiencia

Cálculo y Eficiencia en Sistemas de Climatización y Energías Renovables

Ciclo Frigorífico

Rendimiento = (H2 – H1) / (H3 – H2)

Para calcular la potencia, pasar de Kg/h a Kg/s:

P = Kg/s x (H2 – H1)

Aerotermia

  • EER (Refrigeración) = E.evaporador / E.compresor
  • COP (Calefacción) = E.condensador / E.compresor

Geotermia: Cálculo de Ahorro

Ejemplo para una vivienda de 100 w/m2:

  • Superficie (S) = 150 m2
  • Carga térmica = 100 w/m2 x 150 m2 = 15000 W (Potencia)
  • Horas estimadas de uso de calefacción al año = 1200 h
  • Demanda energética anual = 15 kW x 1200 h = 18000 kWh/año
  • Suponiendo un COP = 3
  • Energía eléctrica consumida al año = 18000 kWh / 3 = 6000 kWh
  • Coste calefacción eléctrica = 18000 kWh x 0,20 €/kWh = 3600 €/año
  • Consumo bomba de calor = 6000 kWh x 0,20 €/kWh = 1200 €/año
  • Ahorro = 3600 €/año – 1200 €/año = 2400 €/año

Geotermia: Solo Calefacción

Ejemplo para una vivienda de 120 m2:

  • Superficie (S) = 120 m2
  • Carga térmica = 75 w/m2
  • Carga máxima = 75 w/m2 x 120 m2 = 9000 W (Potencia)
  • Suponiendo un COP = 5,5
  • Energía consumida = 9000 W / 5,5 = 1636,4 W
  • Horas de uso al año = 1440 h/año
  • Consumo anual = 1,636 kW x 1440 h = 2355 kWh
  • Coste consumo eléctrico = 2355 kWh x 0,20 €/kWh = 471 €
  • Consumo total = 471 € x 5,5 = 2590 €
  • Ahorro = 2590 € – 471 € = 2119 €
  • Potencia del evaporador = 9000 W – 1636,4 W = 7363,6 W
  • Metros necesarios si el terreno proporciona 50 w/m2 = 7364 W / 50 w/m2 = 147,3 m ≈ 150 m

Biomasa: Cálculo de Consumo y Coste

Ejemplo para 15 días, con una caldera de 30 kW:

  • Potencia calorífica (PCI) del pellet = 3000 Kcal/Kg
  • Incremento de temperatura (ΔT) = 20 ºC
  • Rendimiento = 90%
  • Densidad = 0,6 Kg/L
  • Precio = 0,27 €/Kg
  • Conversión de kW a Kcal/h: 30 kW = 25920 Kcal/h
  • Incremento de temperatura para 1 ºC = 25920 Kcal/h / 20 ºC = 1296 Kcal/h * ºC
  • Temperatura media en Pontevedra = 9,9 ºC
  • Incremento de temperatura medio = 20 ºC – 9,9 ºC = 10,1 ºC
  • Energía necesaria para todo el día = 1296 Kcal/h * ºC x 10,1 ºC x 24 h = 314150 Kcal/día
  • Rendimiento = Energía útil / Energía consumida => Energía consumida = 314150 Kcal/día / 0,9 = 349056 Kcal/día
  • Total Kg/día = 349056 Kcal/día / 3000 Kcal/Kg = 116,35 Kg/día
  • Coste diario = 116,35 Kg/día x 0,27 €/Kg = 31,41 €/día
  • Coste cada 15 días = 31,41 €/día x 15 días = 471,22 €

Nota: Se utiliza la densidad si el poder calorífico del pellet se expresa en Kcal/m3.

Energía Hidráulica

  • Altura (h) = 150 m
  • Caudal = 10000 m3/s
  • Rendimiento turbina = 95%
  • Rendimiento alternador = 90%
  • Rendimiento transformador = 90%
  • Rendimiento total (Rt) = 0,77
  • Potencia = (masa (kg) / tiempo (s)) x g x h x Rt

Energía almacenada en el embalse:

  • Volumen (V) = 800 Hm3
  • Altura del embalse (h) = 100 m
  • Energía (Julios) = m x g x h (Convertir Hm3 a Kg)

Energía Eólica

  • Energía cinética (Ec) = 1/2 x m x v2
  • Ec del viento = 0,62 x Superficie x Velocidad3
  • Densidad del aire = 1,29 Kg/m3
  • Superficie = π x radio2
  • Potencia útil = 0,37 x Superficie x Velocidad3 x Rt
  • Convertir la velocidad del viento a m/s

Tipos de Bombas de Calor

Según el medio de intercambio:

  • Aire-agua
  • Aire-aire
  • Agua-agua
  • Agua-aire

Según su construcción:

  • Compacto
  • Partido

Según su funcionamiento:

  • Reversibles
  • No reversibles

Según su regulación:

  • Velocidad fija
  • Velocidad variable

Clasificación de la Energía Geotérmica

  • Alta temperatura: >150 ºC (Producción de energía eléctrica)
  • Media temperatura: 90-150 ºC (Producción de energía eléctrica, procesos industriales y climatización)
  • Baja temperatura: 30-90 ºC (Climatización y uso directo en la industria)
  • Muy baja temperatura: <30 ºC (Climatización o ACS con bomba de calor geotérmica)

Características de los Colectores Horizontales Enterrados

  • Profundidad de enterramiento: 0,8 m aproximadamente
  • Tubo de polietileno
  • Fluido de intercambio: agua + anticongelante
  • Necesidad de superficie de terreno: de 1,5 a 3 veces la superficie a calefactar
  • Muy influenciado por el clima

Características de los Sondeos Geotérmicos

  • Necesidades de terreno muy inferiores a los colectores horizontales
  • Tubo de polietileno
  • Fluido de intercambio: agua + anticongelante
  • Diámetro del sondeo: de 10 a 15 cm
  • Profundidad superior a 30 m
  • Longitud de la tubería: de 30 a 60 m por kW

TRT (Test de Respuesta Térmica)

Consiste en la inyección de calor al terreno durante 48 horas ininterrumpidas, tomando datos de las temperaturas de ida y retorno de la sonda con un programa informático. Se utiliza en instalaciones colectivas; en instalaciones individuales, se puede optar por tablas y gráficos.

Biomasa

Conjunto de materia orgánica, animal o vegetal, y los materiales que proceden de su transformación natural o artificial.

Opciones de almacenamiento:

  • Silo de obra
  • Silo plegable de lona
  • Tolva o tanque incorporado a la caldera

Opciones de alimentación:

  • Por gravedad (tornillo sinfín)
  • Por sistema neumático (aspiración) para silos alejados de la caldera

Requisitos de seguridad:

  • Termostato de seguridad
  • Sistema de alimentación residual
  • Válvula de seguridad

Tipos de Máquinas Eólicas

  • Eje vertical
  • Eje horizontal

Tipos de Aerogeneradores de Hélice

  • Monopala: Necesita contrapeso para el equilibrio.
  • Bipala: Mejor equilibrado estático y dinámico, pero con desequilibrio aerodinámico cuando la pala pasa por la torreta.
  • Tripala: Mejor equilibrado estático y dinámico.

Partes de un aerogenerador:

  • Sistema de orientación
  • Rotor
  • Multiplicadora
  • Alternador
  • Control de velocidad electrónico

Tipos de Presas

  • Gravedad
  • Arco-gravedad
  • Elíptica

Tipos de Turbinas Hidráulicas

  • Pelton: Gran altura, poco caudal.
  • Francis: Media altura, medio caudal.
  • Kaplan: Poca altura, mucho caudal.
  • Flujo cruzado

Características de una Instalación de Biomasa

  • Es posible realizar instalaciones con alto nivel de automatización.
  • Se requieren espacios grandes (silos de almacenamiento).
  • No son deseables para la producción de ACS instantánea; se debe optar por acumuladores o interacumuladores.
  • Hay que prestar atención a los dispositivos antiincendios.
  • Es aconsejable que el circuito de calefacción cuente con un depósito de inercia del 20% del volumen de agua.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.