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.