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CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 8
CAPÍTULO 1
Introducción
1.1.- Introducción
Este primer capítulo tiene como función la de exponer el objeto y el alcance del
presente proyecto, así como explicar brevemente la estructura del mismo.
1.2.- Objetivo y alcance del proyecto
El presente proyecto fin de carrera tiene por objeto aplicar por primera vez el
controlador OPTIMAX a una planta de producción de frío mediante energía solar.
Dicha instalación de aire acondicionado se encuentra en la azotea del
Laboratorio del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Escuela
Superior de Ingenieros de Sevilla
Junto al OPTIMAX, que realiza un control predictivo y ha sido creado por el
Departamento de Sistemas y Automática de la Escuela Superior de Ingenieros de
Sevilla, se utilizará el SCADA Simatic IT de la marca Siemens-Orsi Automation S.p.A.
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 9
1.3.- Estructura del proyecto En primer lugar, se realizará una descripción de toda la planta para conocer los
distintos elementos que la componen y así conocer su funcionamiento.
Seguidamente se pasará a describir el controlador OPTIMAX, del cual no hay
hasta ahora una documentación escrita, para que este proyecto sirva de referencia a la
hora de utilizarlo.
A continuación, se aplicará el OPTIMAX al control de la temperatura de salida
de captadores y posteriormente se ajustará un PID para ver las posibles diferencias que
pudiera haber entre un controlador y otro.
Posteriormente, se van a dar los primeros pasos para realizar, en un próximo
proyecto, un control multivariable con el OPTIMAX. Se elegirá como configuración la
fijada para el proyecto NEOXITE, donde las variables de proceso son la temperatura de
entrada a la máquina de absorción y la temperatura de agua fría, y las variables
manipulables los Set-Point de dos PIDs que controlan, uno la temperatura de salida de
colectores y otro el caudal que circula por la caldera de gas que tenemos de apoyo. En
este proyecto ajustaremos estos dos PIDs.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 10
CAPÍTULO 2
Descripción de la instalación
2.1.- Introducción a la energía solar
La energía solar, como recurso energético terrestre, está constituida básicamente
por la parte de la luz que emite el Sol y que es interceptada por la Tierra. Las
aplicaciones de este tipo de energía son muy variadas y en una primera clasificación se
pueden distinguir tres maneras en las que puede ser aprovechada:
• Directa: Una de las aplicaciones de la energía solar es directamente
como luz solar, por ejemplo, para la iluminación de recintos. Otra
aplicación directa es el secado de productos en procesos de producción
con tecnología simple.
• Térmica: Se denomina "térmica" la energía solar cuyo aprovechamiento
se logra por medio del calentamiento de algún medio. La climatización
de viviendas, calefacción, refrigeración, secado, etc., son aplicaciones
térmicas.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 11
• Fotovoltaica: Se llama "fotovoltaica" la energía solar aprovechada por
medio de celdas fotoeléctricas, capaces de convertir la luz en un
potencial eléctrico, sin pasar por un efecto térmico.
En resumen, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener
calor y electricidad; el calor se logra mediante los colectores térmicos y la electricidad a
través de las llamadas células fotovoltaicas.
En las instalaciones de energía solar térmica el calor recogido en los colectores
puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Así, puede obtenerse agua caliente
para consumo doméstico o industrial, para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles,
colegios, fábricas, etc. Incluso se pueden climatizar las piscinas y permitir el baño
durante gran parte del año.
Pero una de las aplicaciones más atractivas de la energía solar es la posibilidad
de refrigeración durante las épocas cálidas, precisamente cuando más cantidad de
radiación nos llega del sol. En efecto, para obtener frío a través de un ciclo de
enfriamiento por absorción, hace falta disponer de un "foco caliente”, que puede
perfectamente obtenerse del calentamiento de un fluido a su paso por un colector solar.
Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor.
Un aspecto importante a tener en cuenta es la necesidad de contar con
dispositivos de almacenamiento de la energía solar. Debido a la naturaleza intermitente
de la radiación solar como fuente energética, es conveniente disponer de elementos que
permitan aprovechar la energía solar sobrante. En el caso de la instalación sobre la que
se ha realizado el estudio, existen unos acumuladores solares que permiten almacenar
una gran cantidad de agua caliente para ser usada cuando la radiación solar es
insuficiente.
2.2.- Descripción
La instalación ha sido diseñada de una forma flexible, con el fin de permitir el
mayor numero de configuraciones de trabajo posibles. Así mediante el uso de válvulas
de corte podemos conseguir los distintos modos de funcionamiento.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 12
Debido a la flexibilidad de la instalación, esta permite su uso como equipo de
refrigeración, mediante el uso de un equipo de absorción, o como equipo de calefacción,
usando los colectores solares como tradicionalmente se han venido utilizando.
Las partes fundamentales de la instalación son el equipo de absorción, con una
potencia frigorífica nominal de 35 kW, junto con el sistema de captación solar, formada
por un conjunto de colectores solares térmicos. En condiciones nominales la energía
aportada por los paneles solares es de 50 kW.
Como complemento al sistema de captación, existe una caldera de gas natural
que aporta la energía auxiliar necesaria. Esta caldera, con una potencia nominal de 60
kW, se usa en aquellos casos en que el aporte de radiación solar es insuficiente.
Además, la instalación posee un sistema de acumulación de agua, de tal forma
que se pueda utilizar la energía sobrante en los momentos de déficit.
2.3.- Elementos constitutivos
2.3.1.- Sistema de captación
Los colectores (153.36 m2) son los encargados de aportar la energía necesaria
para el proceso de acondicionamiento de aire.
Está formado por cuatro campos de captadores solares, cada uno con 3 baterías
de 6 colectores modelo MADE de 2.1 m2 de superficie útil, orientados al sur y con una
inclinación de 30º respecto a la horizontal. De esta forma conseguimos el máximo
rendimiento en los meses de verano, que es cuando más demanda energética va a tener
la instalación. La energía nominal aportada por los captadores es de 50 kW.
Mediante una serie de válvulas se pueden establecer distintas configuraciones
para el paso del agua por los colectores, ya sea en paralelo o en serie.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 13
Figura 2.1 - Campo de colectores solares
2.3.2.- Sistema de acumulación
Para la acumulación de la energía sobrante, para su posterior utilización en
momentos de poco aporte de energía solar, se dispone de dos depósitos de acumulación
de 2.500 l de capacidad, aislados con poliuretano expandido.
Estos depósitos se utilizarán principalmente en los periodos de arranque, para
evitar las puntas de temperatura provocadas al no tenerse un reparto uniforme de
temperaturas a lo largo de las tuberías.
También serán de utilidad en aquellos momentos en que sea necesario un aporte
suplementario de energía con motivo de la disminución de la radiación ( por la tarde o
en días nublados ).
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 14
Figura 2.2 - Acumuladores
2.3.3.- Sistema de energía auxiliar
En el caso de que la energía aportada por los colectores solares sea insuficiente,
la instalación cuenta con un aporte complementario de energía, consistente en una
caldera de gas natural de 60 kW de potencia nominal.
Esta caldera cuenta en su interior con un control por termostato, ajustable. De tal
forma, que si la temperatura alcanza ese límite la caldera se desconecta hasta que la
temperatura del agua desciende aproximadamente 10 ºC. Esto provoca un ciclo de
histéresis en la temperatura de salida de la caldera.
Motivos constructivos de la caldera nos impiden alcanzar una temperatura
mayor a unos 90 ºC, por lo que se establece el límite de temperatura en este valor.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 15
Figura 2.3 - Caldera de gas
2.3.4.- Torre de refrigeración
Para el correcto funcionamiento de la máquina de absorción es necesario evacuar
el calor que se acumula en su interior. Para ello se utiliza una torre de refrigeración con
una potencia nominal de 80 kW y un rango de temperaturas entre 25 y 31 ºC.
La torre de refrigeración consiste en un intercambiador de calor contracorriente
de agua – aire, consiguiéndose la eliminación de calor mediante la evaporación del agua
al contacto con el aire del exterior. Debido a esta evaporación, es necesario aportar al
sistema una corriente de agua suplementaria, para mantener el caudal constante.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 16
Figura 2.4 - Torre de refrigeración
2.3.5.- Simulador de carga
La instalación se completa con el sistema de simulación de carga, que como su
nombre indica, se utiliza para la simulación de los distintos modos de funcionamiento, y
que permite el control de la demanda de energía. Esta formado por una bomba de calor,
la cual nos proporciona frío o calor dependiendo de la modalidad de acondicionamiento
de aire que queramos simular. La bomba de calor tiene una potencia nominal de 54 kW
para la producción de calor y 48 kW para el frío. La forma de actuar de la bomba es
manteniendo la temperatura de salida en un valor constante, denominada temperatura de
consigna y que se establece mediante el panel de control de la bomba. Mediante una
válvula de tres vías y un intercambiador de calor agua – agua se puede variar las
condiciones de funcionamiento. Además, se tiene un depósito acumulador de inercia de
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 17
1.000 l de capacidad, para evitar los arranques y paradas continuas de la bomba de
calor.
Figura 2.5 - Bomba de calor
2.3.6.- Circuito hidráulico
Todos estos elementos quedan unidos mediante un circuito hidráulico, en el que
se han utilizado 5 bombas, 4 de caudal constante y una de caudal variable, denominada
B1, con las siguientes condiciones de funcionamiento establecidas:
B1 Bomba de captadores 4200 l/h y 0.5 bar
B4 Bomba de generador 8400 l/h y 0.6 bar
B5 Bomba de evaporador 6000 l/h y 0.5 bar
B6 Bomba de condensador 14400 l/h y 1 bar
B7 Bomba de intercambiador carga 6000 l/h y 0.5 bar
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 18
A la bomba B1 se le ha acoplado un regulador de frecuencia, consiguiéndose de
esta forma la regulación del flujo de agua que circula por los colectores solares. Esto
permite el control de la energía solar que se introduce en la instalación.
Además, el circuito hidráulico cuenta con un gran numero de válvulas de corte,
que nos permiten establecer las distintas configuraciones de funcionamiento, y con 4
válvulas de tres vías: VM1 que une el campo de colectores con la zona de los
acumuladores y caldera, y que permite controlar la temperatura del agua de salida de los
colectores, VM3 que es la que controla la cantidad de agua que pasa por la caldera de
gas, VM4 a la entrada del generador de la máquina de absorción y VM7 en el simulador
de carga.
Figura 2.6 - Válvula VM1
Figura 2.7 - Válvula VM3 y VM4
VM4
FT
COLECTORES
Y
ACUMULADORES
CALDERA
MÁQUINA
ABSORCIÓN
FT10030_PV
B4
VM3
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 19
M
T
B1 Acumuladorde inercia
Circuito declimatización
ESI INDUSTRIALES (SEVILLA)
Intercambiadorde carga
INSTALACIÓN DE REFRIGERACIÓN SOLAR
ESCALA
S/E
MANÓMETRO
TUBERÍA SALIDA COLECTORES
TUBERÍA ENTRADA A COLECTORES
SISTEMA DE PURGA
TUBERÍA AGUA DE RED
TUBERÍA AGUA CALIENTE SANITARIA FECHA REF
7060OCT 98
VASO DE EXPANSIÓN CERRADO
VÁLVULA DE RETENCIÓN
VÁLVULA DE SEGURIDAD
TERMÓMETRO
BOMBA DE CIRCULACIÓN
VÁLVULA DE ESFERA
ESQUEMA DE PRINCIPIO
Calderade gas
LEYENDA
Acumuladorsolar
B4
1 2
Equipo deabsorción
B5
1.3
B7
B6
Torre derefrigeración
Captadores solares
1 2
Captadores solares
3 4
Bombade calor
Figura 2.8 – Esquema de la instalación
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 20
Figura 2.9 - Válvula VM7
2.3.7. - Maquina de absorción
La otra parte fundamental de la instalación es la máquina de absorción, que es la
encargada de la producción de frío. Esta máquina de absorción ( marca Yazaki, modelo
WFC10 ) tiene una potencia frigorífica nominal de 35 kW. Funciona con aportación de
un caudal de 2’38 l/s de agua caliente a una temperatura de entre 75 y 100 ºC al
generador, obteniéndose un caudal de 1’67 l/s de agua fría entre 7 y 12 ºC. El
funcionamiento de este equipo se detalla a continuación:
Figura 2.10 - Máquina de absorción
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 21
2.3.7.1.- Energía solar térmica Se pueden distinguir tres tipos de aprovechamiento de la energía solar: de baja
temperatura, media temperatura y alta temperatura, según se use captación directa, de
bajo índice de concentración o de alto índice de concentración.
En el caso de la instalación que nos ocupa, se utiliza una tecnología de baja
temperatura, destinada al calentamiento de agua por debajo de su punto de ebullición.
Otra posibilidad para sistemas de refrigeración por absorción es el uso de sistemas de
media temperatura, en cuyo caso el fluido de trabajo es el amoniaco.
El elemento principal de un sistema de baja temperatura, es el colector o sistema
de captación, que es lugar donde se produce la transformación de la energía radiante
procedente del Sol en energía térmica. Está constituido por un conjunto de tubos
tratados superficialmente con pintura negras especiales o con un tratamiento selectivo
absorbente, de tal forma que absorben la mayoría de la radiación que incide sobre ellos.
Por el interior de estos tubos circula el fluido caloportador, normalmente agua. Además
del efecto producido por los tubos, hay que sumar el provocado por la carcasa, elemento
transparente a la radiación solar y opaca a la radiación de onda larga que emite el
absorbedor, provocando de esta manera un efecto invernadero en el interior del
captador, aumentándose considerablemente el rendimiento del mismo.
2.3.7.2.- Ciclo de absorción
Entre las diversas aplicaciones térmicas de la energía solar, la refrigeración es
una de las más complejas, tanto en concepto como en realización práctica. Esta es una
de las razones por lo que su utilización hoy en día no está tan extendida como en el caso
de la calefacción de espacios o calentamiento de agua. En el caso que nos ocupa no es
suficiente recoger la energía solar, almacenarla y distribuirla, la energía debe ser
convertida en frío a través de un equipo conveniente, capaz de absorber calor a baja
temperatura desde el espacio acondicionado y expulsarlo a un medio a temperatura
media.
Los sistemas de absorción de vapor son los más usados en aplicaciones de
refrigeración solar. En este ciclo se aprovechan dos fenómenos físicos, por un lado, la
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 22
capacidad que las sustancias en estado líquido para absorber a otra sustancia en estado
gaseoso, debido a esta absorción la presión del gas disminuye. Esta propiedad es una de
las que condiciona la elección del fluido de trabajo, así en el ciclo de absorción se suele
utilizar el amoniaco o el bromuro de litio, dado que son capaces de absorber una gran
cantidad de vapor de agua. En nuestro caso, el fluido de trabajo es el bromuro de litio.
El factor en base al que una sustancia en estado líquido o en solución se
considera idónea para ser utilizada como absorbente, es la capacidad de absorber un gas
o un vapor. Así el bromuro de litio absorbe agua y se disuelve en ella con extrema
facilidad. La solución acuosa de bromuro de litio en concentración elevada, conserva un
valor de presión de vapor bajo (elevada capacidad absorbente) y esto también para
temperaturas relativamente elevadas.
La otra propiedad física fundamental para este tipo de ciclos y en general para
todos los ciclos frigoríficos, es lo que se llama ‘calor latente’. El calor latente se define
como la cantidad de calor cedida o tomada de una sustancia durante el cambio de
estado. De estos calores latentes, el más interesante es el de paso liquido / vapor. La
temperatura de cambio de estado depende de la presión. Si se baja la presión hasta llegar
a producir la evaporación, será extraída una cantidad de calor igual al calor latente de
evaporación, con la consiguiente bajada de temperatura del líquido que se evapora. Los
factores que permiten valorar la idoneidad de una sustancia para ser empleada como
refrigerante son el valor del calor latente y la combinación temperatura / presión de
cambio de estado. Así por ejemplo, el agua y el amoniaco son dos buenas sustancias
refrigerantes.
La utilización combinada de bromuro de litio como absorbente y agua como
refrigerante es ideal para los ciclos frigoríficos por absorción en los términos de punto
de ebullición, de calor específico, de calor latente, de viscosidad y de estabilidad
química. La pareja bromuro de litio / agua presenta algunos problemas de corrosión, por
lo que para reducir sus efectos habrá que trabajar en ausencia de aire y con bajas
presiones. Además se le suele añadir a la solución de trabajo un inhibidor de la
corrosión.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 23
Otra pareja de absorbedor / refrigerante muy utilizada, es la formada por
amoniaco / agua. Esta pareja es menos indicada para el caso de colectores solares planos
ya que necesita unas temperaturas más altas, en torno a 100 ºC, mientras que el bromuro
de litio tiene una temperatura de trabajo en torno a los 80 ºC.
El ciclo de absorción se divide en cuatro etapas: generación, condensación,
evaporación y absorción.
1. Generación: En el generador se produce la ebullición de la solución
bromuro de litio – agua, de esta forma se obtiene vapor de agua ( fluido
refrigerante ) y una solución concentrada del fluido absorbente ( LiBr –
H2O ). La energía necesaria para este proceso es aportada por el agua
caliente proveniente de los acumuladores solares o la caldera de gas. El
rango de temperaturas a la que debe entrar el agua caliente está entre 75
y 100 ºC. Del generador el vapor de agua pasa al condensador y la
solución concentrada al absorbedor.
2. Condensación: En el condensador, se le extrae al agua, el calor
necesario ( calor latente ) para que condense. El calor se extrae mediante
agua de refrigeración, proveniente de la torre de evaporación. El agua de
refrigeración debe entrar a una temperatura entre 26 y 31 ºC, absorbiendo
unos 85 kW.
3. Evaporación: El refrigerante tras pasar por una válvula de expansión,
llega al evaporador, donde como consecuencia de la baja presión, se
evapora, extrayendo del ambiente, el calor latente de evaporación. Es por
tanto aquí donde se produce el efecto frigorífico. Dentro del evaporador,
hay un serpentín por donde circula el agua que usaremos para enfriar, y
que llamaremos agua refrigerada. Las temperaturas nominales de agua
refrigerada son de 14 ºC para la entrada y 9 ºC para la salida.
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 24
4. Absorción: La solución concentrada, producida en la primera fase,
absorbe el vapor de agua que proviene del evaporador, bajando la presión
de vapor ambiente. El calor latente de condensación es cedido al agua de
enfriamiento que circula por los serpentines. De esta forma se completa
el ciclo. La solución diluida que sale del absorbedor y la solución
concentrada que proviene del generador presentan respectivamente
temperaturas baja y alta. Para aumentar la eficiencia térmica de la
máquina se ha provisto al circuito de un intercambiador de calor que
permite el precalentamiento de la solución diluida mediante la
concentrada, antes de que vuelva al generador para repetir el ciclo.
Las soluciones concentradas y diluidas generalmente se hacen circular por el
interior del equipo de absorción mediante bombas, sin embargo, en el equipo montado
en esta instalación la circulación se realiza con una bomba de burbujas de vapor ( lift
pump ). Esta bomba tiene la ventaja de no tener órganos mecánicos en movimiento y de
no consumir energía eléctrica.
2.3.7.3- Comparación entre los ciclos frigoríficos de compresión y de
absorción En las máquinas frigoríficas a compresión, el fluido refrigerante, fácilmente
condensable, se hace evaporar por el interior de los serpentines del evaporador. El vapor
refrigerante que resulta es aspirado y comprimido por el compresor.
Una cantidad de calor equivalente al calor latente de condensación se cede al
agua de enfriamiento que fluye por el interior de los serpentines del condensador y el
fluido refrigerante vuelve al estado líquido. Una válvula de expansión reduce la presión
del líquido refrigerante cuando ésta entra en el evaporador y de esta manera se produce
la evaporación, completándose el ciclo.
El sistema de absorción tiene algunas ventajas prácticas sobre el sistema de
compresión mecánica. Puede operar a presiones de evaporación reducida con una
pequeña disminución del rendimiento de refrigeración. Algún líquido remanente en el
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 25
evaporador no causa dificultades. Sin embargo, el sistema de absorción tiene mayor
desgaste y mantenimiento.
Figura 2.11 - Comparación entre ciclo compresión y absorción
2.3.8.- circuito hidráulico
La interconexión de todos los sistemas citados se realiza a través del
correspondiente circuito hidráulico, constituido por tuberías con recubrimiento aislante,
bombas de circulación, vasos de expansión, sistemas de seguridad, llenado y purga,
válvulas de corte, válvulas de tres vías y accesorios en general.
Hay instaladas las siguientes bombas de circulación del tipo en línea y con las
condiciones de funcionamiento establecidas:
B1 Bomba de captadores 4200 l/h y 0.5 bar
B4 Bomba de generador 8400 l/h y 0.6 bar
B5 Bomba de evaporador 6000 l/h y 0.5 bar
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 26
B6 Bomba de condensador 14400 l/h y 1 bar
B7 Bomba de intercambiador carga 6000 l/h y 0.5 bar
La bomba B1 tiene acoplado un variador de frecuencia que permite regular el
flujo de agua que circula por los colectores solares.
Se dispone de un sistema de expansión, constituido por 2 vasos de 200 litros de
capacidad, para mantener las condiciones de presión de los circuitos entre los siguientes
valores:
Presión mínima 1.5 kg/cm2
Presión máxima 3.0 kg/cm2
2.3.9.- Sistema eléctrico y de control El funcionamiento de la instalación está gobernado por un doble sistema de
control, uno constituido por elementos convencionales alojados en el cuadro eléctrico y
otro mediante el SCADA Simatic IT, instalado en un ordenador del laboratorio del
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática.
El cuadro eléctrico dispone de selectores para controlar el funcionamiento de
todos los equipos con conmutación automática y manual de marcha y paro. Además, el
cuadro dispone de elementos de señalización para ver el estado de cada elemento.
Se ha instalado un sistema de control distribuido denominado Simatic IT de la
marca Siemens-Orsi Automation S.p.A. El sistema está constituido por una red ARC-
NET (cable coaxial RG-62A/U) a la que están conectados la estación de trabajo y el
PMC 16. El sistema se completa con una red REMOTA I/O (cable belden 9463) que
conecta el PMC con los racks de E/S situados en campo.
El PMC CP16 es el centro de control automático de la instalación. Es el módulo
encargado del control del proceso, es capaz de resolver de manera coordinada todos los
problemas integrados en la regulación y manipulación de la instalación, adquisición y
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 27
regulación de las señales analógicas, secuenciamiento de cadenas de control, cálculo
matemático, etc.
Figura 2.12 -Esquema del sistema de control
Se relacionan a continuación los elementos de medida (de caudal, temperatura,
presión, radiación, etc.) establecidos para una adecuada monitorización dela instalación.
Se dan los rangos de funcionamiento y, entre paréntesis, algunos valores nominales:
RT01 Radiación solar global 0-1500 W/m2 ST01 Velocidad del viento 0-20 m/s DT01 Dirección del viento 0-360º TT01 Temperatura ambiente 0-60 ºC FT10 Caudal en colectores 0-5000 l/h (4200) TT11 Entrada de colectores 0-120 ºC (80) TT12 Salida de colectores 0-120 ºC (90) TT13 a TT20 Salida de cada batería de colectores 0-120 ºC PT10 a PT14 Presión 0-7 bar TT21 Entrada de acumuladores 0-120 ºC (80) TT22 Salida de acumuladores 0-120 ºC (90) TT23 a TT28 Estratificación de acumuladores 0-120 ºC PT20 y PT21 Presión en acumuladores 0-7 bar FT30 Caudal en caldera 0-3000 l/h (2100) TT31 Entrada en caldera 0-120 ºC (75) TT32 Salida de caldera 0-120 ºC (85) TT33 y TT34 Funcionamiento de caldera 0-120 ºC TT35 y TT36 Salida de humos de caldera 0-120 ºC PT30 y PT31 Presión en caldera 0-7 bar
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 28
FT40 Caudal en generador 0-9000 l/h (8400) TT41 Entrada de generador 0-120 ºC (85) TT42 Salida de generador 0-120 ºC (75) PT40 Presión en generador 0-7 bar FT50 Caudal en el evaporador 0-7000 l/h (6000) TT51 Entrada al evaporador 0-30 ºC (15) TT52 Salida de evaporador 0-30 ºC (10) PT50 Presión en el evaporador 0-7 bar FT60 Caudal en condensador 0-20000 l/h (14400) TT61 Entrada al condensador 0-60 ºC (25) TT62 Salida del condensador 0-60 ºC (25) TT63 Bandeja de torre 0-60 ºC (25) PT60 Presión en condensador 0-7 bar FT70 Caudal en intercambiador carga 0-8000 l/h (6000) TT71 Salida del intercambiador carga 0-60 ºC TT72 Entrada al intercambiador carga 0-60 ºC TT73 Entrada bomba de calor 0-60 ºC TT74 Salida bomba de calor 0-60 ºC TT75 Interior acumulador de inercia 0-60 ºC PT70 Presión en intercambiador carga 0-7 bar TT81 Entrada agua climatizador 0-30 ºC (10) TT82 Salida agua climatizador 0-30 ºC (15)
Las actuaciones del sistema de control se realizan sobre los siguientes equipos
que componen la instalación:
B1 Bomba de colectores CG Alimentación de caldera de gas B4 Bomba de generador B5 Bomba de evaporador V6 Ventilador de torre de refrigeración BC Bomba de calor B7 Bomba del circuito de simulación de carga
Se dispone de válvulas de tres vías de acción proporcional en los siguientes
circuitos:
VM1 Válvula de control de temperatura del circuito solar VM3 Válvula de mezcla solar-auxiliar VM7 Válvula de mezcla del simulador de carga
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 29
Para la regulación de caudal se utilizarán dos sistemas:
VA1 Válvula de asiento para introducir pérdidas de carga VF1 Variador de frecuencia para regular la rpm de la bomba
Los cambios de configuración y el aislamiento hidráulico de subsistemas de la
instalación, se realizan con electroválvulas de acción todo-nada:
V1 Válvulas de corte para colectores (10) V2 Válvulas de corte para acumuladores (6) V3 Válvulas de corte para calderas (2) V4 Válvulas de corte para equipo de absorción (6) V5 Válvulas de corte para circuitos de carga. (2)
En la siguiente figura se muestra una pantalla del SCADA que permite ver la
evolución de las variables más importantes que afectan al proceso. Desde ella, además,
se accede a otras pantallas donde se programan ensayos y se ponen en marcha distintos
controladores:
Figura 2.13 - Mímico de la planta solar
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 30
2.4.- Flexibilidad de funcionamiento
La instalación, debido al carácter experimental con el que fue concebida, está
diseñada para adoptar numerosas configuraciones y modos de funcionamiento; esta
flexibilidad permite abarcar un campo de estudio más amplio. Una aplicación comercial
de este tipo de instalaciones, sería más compacta y con menor número de sensores y de
elementos de regulación.
La planta puede trabajar según los siguientes modos de funcionamiento:
• Modo verano (producción de frío), enfrentando la carga térmica a la máquina de
absorción. Aquí se tienen varias posibilidades:
o Campo de colectores y depósitos de acumulación contra la máquina de
absorción.
o Campo de colectores y caldera auxiliar contra la máquina de absorción.
o Depósitos de acumulación y caldera auxiliar contra la máquina de absorción
• Modo invierno (producción de calor), se hace circular el agua caliente directamente
hacia el intercambiador de calor. Existirían los mismos casos que en modo verano
pero enfrentando la carga térmica al intercambiador de calor.
La planta también puede adoptar otras configuraciones especiales para el ensayo
y caracterización de cada uno de los componentes que la forman.
Así por ejemplo, para caracterizar el campo de colectores solares, se aísla
hidráulicamente el campo y los acumuladores del resto de la instalación. Con esta
disposición, la bomba de captadores B1 recircula agua hacia los paneles en la
proporción que indica la válvula de tres vías Vm1.
La flexibilidad comentada anteriormente permite además que el agua circule por
el sistema de captadores según tres maneras diferentes:
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 31
• Configuración serie 1-2: el agua circula en primer lugar por los campos 1 y 3, y
posteriormente del campo1 pasa al 2 y del campo 3 al 4.
• Configuración serie 2-1: el agua circula en primer lugar por los campos 2 y 4, y
posteriormente del campo 2 pasa al 1 y del campo 4 al 3.
• Configuración paralelo: el agua entra simultáneamente a los cuatro campos de
captadores.
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