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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO DE CALENTAMIENTO DE AGUA DE UNA
PISCINA EN UN COMPLEJO VACACIONAL DE LA PROVINCIA DE TUNGURAHUA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO MECATRÓNICO
ESTEBAN ROBERTO CHONATA MIRANDA
DIRECTOR: DANIEL MIDEROS
Quito, noviembre de 2011
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2011
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Yo Esteban Roberto Chonata Miranda, declaro que el trabajo aquí descrito
es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Esteban Roberto Chonata Miranda
CERTIFICACIÓN DE AUTORÍA
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Esteban Roberto
Chonata Miranda, bajo mi dirección y supervisión.
___________________
Daniel Mideros
DIRECTOR DEL TRABAJO
AUSPICIO
La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO DE CALENTAMIENTO DE AGUA DE UNA PISCINA EN UN COMPLEJO VACACIONAL DE LA PROVINCIA DE TUNGURAHUA”, que se ejecuta en El Complejo Vacacional Valle del Río.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Tecnológica Equinoccial en particular a la facultad de
Ingeniería Mecatrónica por mi formación como profesional y por fomentar un
ambiente propicio para la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías
para aplicaciones útiles a la sociedad.
Al complejo turístico “Valle del Río” principalmente a su gerente propietario al
brindar todas las facilidades para el desarrollo del presente proyecto.
Al Doctor Daniel Mideros docente de la carrera y director de este proyecto,
por su constante asesoría, observaciones y sugerencias durante el desarrollo
del presente trabajo.
A mi familia por su apoyo incondicional y por enseñarme que en la vida
existen muchos obstáculos, los cuales debemos afrontarlos con madurez
para alcanzar la tan anhelada meta.
A Ximena, Gabriela, William, Paul, Julio, Romeo, Santiago, por compartir un
millón de cosas durante la formación académica y por enseñarme que cuando
se hacen las cosas bien siempre se estará rodeado de excelentes personas.
Roberto Chonata.
DEDICATORIA
Este proyecto en el que he puesto mi mayor esfuerzo, ahínco y dedicación lo
consagro a todas las personas que han contribuido para que esto se
convierta en realidad y particularmente:
A mi padre quien ha sido ejemplo de superación ante las peores
adversidades, y por su modelo de responsabilidad como profesional, como
ser humano y como padre.
A mi querida madre, por apoyarme en cualquier sentido a cada instante,
siendo fuente principal para la realización de mis sueños, y por inculcar el
espíritu guerrero para enfrentar el diario vivir.
A mis hermanos Belén, Pedro y Diego quienes me han brindado una mano
amiga en los momentos más difíciles, y por ser pilar fundamental en el
desarrollo de mi carrera.
A Ximena por su aporte de conocimientos, experiencias y sobre todo por
adoctrinar el sentido de la vida, visualizando siempre el mejor camino.
A mis profesores, amigos compañeros por su constante apoyo ya sea en la
universidad o lejos de ella.
Roberto Chonata.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Página
RESUMEN vii
ABSTRACT ix
INTRODUCCIÓN x
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO. 1
1.1 GENERALIDADES 1
1.2 TRANSFERENCIA DE CALOR Y SU RELACIÓN CON LA
TERMODINÁMICA 1
1.2.1 MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 1
1.2.2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN FLUIDOS 9
1.3 ENERGÍA RADIANTE 18
CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA 21
2.1 FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO MECÁNICO 22
2.2 FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO ELECTRÓNICO 25
2.3 FUNDAMENTOS PARA EL CONTROL 26
CAPÍTULO 3. DISEÑO DEL SISTEMA. 28
3.1 REQUERIMIENTO DE ENERGÍA DE LA PISCINA 29
3.2 ESTUDIO DEL HORNO 36
3.3 ESTUDIO DE LA BOMBA 43
3.4 ESTUDIO DE LOS PANELES SOLARES 45
3.5 ESTUDIO DE LA TUBERÍA 53
ii
CAPÍTULO 4. IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS 62
4.1 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO MECÁNICO Y DE
CONTROL 62
4.1.1 ENSAMBLAJE DEL DISEÑO MECÁNICO 62
4.1.2 ENSAMBLAJE DEL DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE CONTROL 68
4.2 ESTUDIO DE VIABILIDAD 70
4.2.1 DATOS 74
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 77
5.1 CONCLUSIONES 77
5.2 RECOMENDACIONES 79
BIBLIOGRAFÍA 80
ANEXOS 82
iii
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla 1.Temperatura ideal de piscinas 9
Tabla 2. Coeficientes de temperatura de diferentes materiales 17
Tabla 3.Condiciones iníciales de la piscina. 28
Tabla 4. Agua evaporada por unidad de superficie según el número de bañistas
31
Tabla 5.Valores perdidos en el vaso de la piscina. 35
Tabla 6.Características de los paneles solares Solvis 45
Tabla 7.Radiación solar en el Ecuador 49
Tabla 8.Temperatura diaria mínima en la ciudad de Ambato 52
Tabla 9.Características tubo de cobre de 54 mm 54
Tabla 10.Cantidad de accesorios de gasfitería en el sistema 55
Tabla 11.Coeficientes k de pérdida localizadas para accesorios. 58
Tabla 12.Calculo de k total (kT). 59
Tabla 13. Balance General 72
Tabla 14. Materiales utilizados en la construcción del sistema de calentamiento
74
Tabla 15. Costos máquinas y herramientas 76
Tabla 16. Costos mano de obra 76
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1. Inyección de tinta en flujo turbulento la cual se dispersa por todo el
contenedor por condiciones del flujo. 10
Figura 3. Despiece de un quemador Wayne 13
Figura 4. Quemador Wayne 15
Figura 5. Potencia del quemador VS presión cámara de combustión. 16
Figura 6. Representación de los tipos de radiación 18
Figura 7. Metodología Mecatrónica 21
Figura 8. Instalación de calentamiento de agua con sistema de apoyo. 22
Figura 9. Grafcet 27
Figura 10.Perdidas en vaso de la piscina. 35
Figura 11. Dimensiones del tubo del horno 36
Figura 12. Diámetro de la chimenea para calderas con quemador. 40
Figura 13.Planos del horno (caldero). 41
Figura 14.Vista en 3D del caldero 42
Figura 15. Capacidad de la bomba Pentair 43
Figura 17. Fuerzas que actúan sobre el captador placa plana. 46
Figura18. Distancias que deben cumplir los captadores 47
Figura 19. Conexión en paralelo de captadores de placa plana 48
Figura 20. Resultado de número de captadores utilizando Censol 53
Figura 21. Pérdida de carga por metro lineal de tubo. 56
v
Figura 22. Valor de pérdida de carga localizadas K (v2/2g) en función de la
velocidad del agua. 60
Figura 23. Caldera en proceso ensamble. 64
Figura 24. Ensamble del sistema de fontanería. 66
Figura 25. Ensamble de los captadores de placa plana. 68
Figura 26. Acople de los sensores de temperatura. 70
vi
ÍNDICE ANEXOS
Página
Anexo 1: PLANOS 82
Anexo 2: FALLAS MÁS COMUNES 87
Anexo 3: CRONOGRAMA DE MANTENIMIENTO 89
Anexo 4: MANUAL DE USUARIO QUEMADOR WAYNE HS 90
Anexo 5: USO DEL SOFTWARE CENSOL. 91
Anexo 6: PROGRAMACIÓN PLC LOGO 96
Anexo 7: FOTOGRAFÍAS 98
vii
RESUMEN
Frente a la necesidad de ofrecer bienestar a las personas y un uso más
prolongado sin excluir lugares de bajas temperaturas o épocas invernales, se
ha ido evolucionando de manera importante en la climatización de las
piscinas, cuyas bondades incluyen beneficios recreacionales, terapéuticos y
que fomentan estilos de vida saludables asociados a la práctica del deporte.
En relación con lo anterior el sistema de calentamiento de agua diseñado en
el presente trabajo se desarrolló como alternativa de proporcionar al
Complejo Turístico Valle del Rio ubicado en la provincia de Tungurahua, un
mayor aprovechamiento de su piscina con el aumento en el número de
usuarios.
Dicho sistema fue elaborado ajustándose a las condiciones y requerimientos
del complejo, por lo cual se diseñó como sistema híbrido, combinando como
fuentes de energía la solar acumulada en paneles solares y la obtenida por
un quemador a diesel. El quemador principalmente fue construido como
mecanismo de apoyo a los paneles debido a la limitación del área colectora
de energía solar en el complejo y a circunstancias climáticas desfavorables.
La implementación de paneles solares surgió como necesidad de apoyar un
desarrollo tecnológico alternativo, sustentable y futurista ante el uso
indiscriminado de las fuentes no renovables de energía y. buscando alcanzar
el mayor desempeño costo efectivo del sistema automatizado de
calentamiento del agua.
viii
Las necesidades energéticas en la piscina son provistas a través de catorce
paneles que cubre un cuarenta y cinco por ciento de la demanda energética
conjuntamente con sistema de apoyo empleando un quemador para
equilibrar la diferencia que no cubren los paneles, consiguiendo que el
volumen total del agua de la piscina circule tres veces al día por el sistema de
calentamiento, alcanzando los veinte y seis grados centígrados que es
recomendable en establecimientos de entretenimiento.
ix
ABSTRACT
Facing the need to provide welfare to people and a longer use without
excluding cold places or winter seasons, technology has evolved significantly
in the heating of swimming pools, with recreational and therapeutic benefits
and promoting healthy lifestyles associated with the sport.
In relation with the last water heating system designed in this project it was
developed as an alternative to provide to the Touristic Village “Valle del Rio”
located in the province of Tungurahua, a better use of the pool, increasing the
number of costumers.
This system was developed following all the requirements and conditions of
the touristic village, that’s why it was developed as a hybrid system, combining
energy sources, the solar energy stored in solar panels and energy obtained
by burning diesel. The diesel burner was built primarily as a support
mechanism to the panels, because of the limitation of the solar energy
collecting area in the touristic village and because of the bad weather
conditions.
The implementation of solar panels emerged as a need to support an
alternative technological development, sustainable and futuristic, facing the
indiscriminate use of no-renewable energy sources, and trying to reach the
best cost effective performance of the automated water heating system.
The energetic needs in the pool are provided by fourteen panels that covers
forty five percent of the energy demand, associated with the support system
using a burner in order to balance the difference that the panels do not cover,
getting the total volume of pool water circulates three times a day for the
heating system, reaching the twenty six degrees Celsius that are
recommended in entertainment establishments.
x
INTRODUCCIÓN
El presente proyecto tiene como alcance diseñar e implementar un sistema
de calentamiento de agua de una piscina, por tal razón se tiene un mayor
enfoque en el área de la mecánica, específicamente lo que concierne con el
manejo y uso de la energía, Siendo el objetivo principal del proyecto optimizar
el sistema de calentamiento, se tuvieron en cuenta argumentos
mancomunados como estudio de demanda energética de la piscina, pérdidas
de calor, asumiendo condiciones iníciales de la piscina en estudio.
En busca de medios para generar la energía necesaria para calentar la
piscina se encuentra los convencionales como es la combustión de
sustancias de origen animal o vegetal (petróleo, carbón), y las fuentes no
convencionales, dentro de las cuales podemos nombrar el aprovechamiento
de recursos naturales (meteorología, hidrografía). Partiendo de lo anterior se
busca una sinergia de las dos, por tal razón se desarrolla un sistema híbrido
para obtener energía.
Se plantea el uso de captadores solares como el generador principal de
calentamiento de agua para la piscina, por basarse en una fuente sustentable
y sostenible de energía conlleva al análisis de las variables del sistema como
son el área de captadores solares, el área de calefacción, la energía
requerida, la potencia y velocidad de circulación del agua por el sistema, y
finalmente la necesidad de un sistema de apoyo debido al uso que se da de
la piscina, y a la no permanente disponibilidad de radiación solar. Es así, que
se plantea el uso de un generador secundario de energía basado en la
combustión de diesel. Dentro de los recursos no renovables de energía se
optó por un quemador de diesel debido a que la eficiencia térmica está por
encima de cualquier otro sistema de calentamiento, suministra agua caliente
xi
a temperatura constante y admite varias salidas a la vez sin que se vea
afectada su eficiencia.
Para integrar el sistema en su totalidad, es imprescindible contar con un
sistema automatizado de control de las variables externas como son la
temperatura, radiación solar y el caudal. Para tal efecto, mediante la
utilización de un PLC LOGO! se controla estas variables para mantener la
piscina a una temperatura agradable las 24 horas del día.
De lo anterior el objetivo general que plantea el proyecto es “Diseñar e
implementar un sistema automatizado híbrido de calentamiento de agua de
una piscina”, a su vez basado en este fundamento y con apoyo de la
metodología mecatrónica, se desglosan los objetivos específicos del proyecto
que consisten en recopilar la información necesaria para el diseño del sistema
mencionado. Adicionalmente se plantea diseñar e implementar el horno, los
captadores de placa plana y el sistema eléctrico para el calentamiento del
agua. Posteriormente con el fin de que el agua se mantenga en una
temperatura promedio de acuerdo a los requerimiento del complejo
vacacional, se propone diseñar e implementar el sistema de control para el
calentamiento del agua que consiste en monitorear la temperatura (obtenidas
por sensores), encendiendo o apagando, la bomba de recirculación y la
válvula solenoide para que el caudal se dirija a los paneles solares (si existe
luz solar), o solo al sistema de apoyo encendiendo el quemador del horno,
considerando la posibilidad del funcionamiento simultaneo del horno y de los
paneles.
Por último se contempla dentro de los objetivos específicos, ensamblar el
sistema completo y realizar las pruebas para garantizar su funcionamiento.
1. MARCO TEÓRICO.
1
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO.
1.1 GENERALIDADES
En procura de proporcionar bienestar a las personas en materia de salud física
y recreacional, la industria encargada de la construcción y mantenimiento de
piscinas ha evolucionado para conseguir un mayor interés en los usuarios sin
discriminar el lugar o época estacional en la que se encuentren, ofreciendo
mecanismos que climaticen el agua de forma limpia y segura.
Dichos mecanismos se basan en principios de transferencia de calor y
termodinámica que son descritos a continuación.
1.2 TRANSFERENCIA DE CALOR Y SU RELACIÓN CON LA
TERMODINÁMICA
En el estudio de los fenómenos físicos la termodinámica tiene una relación
directa con la transferencia de calor, ya que la transferencia de calor es el
paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de
menor temperatura y la termodinámica estudia los procesos en los que se
transfiere energía como calor y trabajo.
1.2.1 MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Existe varios modos en donde la energía se puede transferir en forma de
calor, existiendo tres modos de transferencia de calor: conducción, radiación,
y convección.
2
Conducción del calor
Cuando un cuerpo presenta un gradiente de temperatura, este transfiere
energía desde la región con más alta temperatura hacia la de baja
temperatura. Se dice que la energía se ha transferido por conducción.1
(1.1)
Donde q es el flujo de calor, es el gradiente de temperatura en la
dirección del flujo de calor, k es la conductividad térmica con signo menos
para satisfacer la segunda ley de la termodinámica.
Radiación térmica
La radiación térmica se transfiere en zonas donde exista un vacío, la
radiación electromagnética es la que se propaga como resultado de la
diferencia de temperaturas.2
(1.2)
Donde es la constante de proporcionalidad que tiene un valor de 5,669 x 10-
8 W/(m2 * K4).
1Holman, J. P. (1998). Transferencia de Calor. España: McGraw-Hill.
2 Holman, J. P. (1998). Transferencia de Calor. España: McGraw-Hill.
3
Cálculo pérdidas por Radiación
Al aumentar la temperatura en el agua se produce radiación (pérdida de calor
en forma de rayos infrarrojos) hacia al ambiente o a su vez a objetos que se
encuentren cerca de la piscina.3
Asumiendo al cielo como cuerpo negro:
(1.3)
Donde:
:pérdida de calor por radiación [W / m2]
constante de Stefan-Boltzman
:emitancia de la piscina
Convección de calor
Este modo de transferencia se puede observar cuando se coloca una placa
metálica delante de un ventilador lo que provoca un enfriamiento mucho más
rápido que cuando se le deje a la intemperie, este proceso de ceder calor
hacia fuera se le conoce como transferencia de calor por convección.4
3Smith, C., Löf, G., Jones, R. (1994). Measurement and Analysis of Evaporation from an Inactive Outdoor Swimming
Pool.Colorado(USA)
4Holman, J. P. (1998). Transferencia de Calor. España: McGraw-Hill.
4
(1.4)
Donde h se denomina coeficiente de transferencia de calor por
convección.
Cálculo pérdidas de calor por convección5
El aire que fluye sobre la piscina produce pérdidas de calor dependiendo de
la velocidad del viento y la diferencia entre temperatura de agua y aire.
(1.5)
Donde:
Re: número de Reynolds (adimensional)
L: longitud (característica)
v: velocidad del viento (m/s)
:densidad del aire a la temperatura de film (pascal seg)
:viscosidad
5 Carrasco, F., Gonzales, F., Dupand,J.(1982). Requerimientos de Calentamiento de Agua para Piscinas.Instituto
Nacional de Energía. Quito-Ecuador
5
Con el resultado obtenido se determina si es flujo laminar o
turbulento de acuerdo a:
Re < 5*105 laminar
Re > 5*105 turbulento
(1.6)
Donde:
Ts: temperatura de superficie (0C)
Te: temperatura deseada o de equilibrio (0C)
Tw: temperatura bulbo húmedo del aire circundante (0C)
(1.7)
Donde:
Tf: temperatura de film (0C)
Ta: temperatura ambiente promedio(0C)
Se determina el número de Nusselt
6
Laminar
Para Pr>0.6
-Turbulento
Para 0.7<Pr<38
Entonces:
(1.8)
Donde:
Pr: número de Prandtl (adimensional)
:calor específico del aire a la temperatura de film [ KJ
/Kg oK ]
:conductividad térmica a la temperatura de film [ W / moK]
:viscosidad
7
(1.9)
Donde:
hc: coeficiente de convección [W/ m2 oK ]
Finalmente
(1.10)
Donde:
:pérdida de calor por convección por método cuadrado de
superficie de la piscina [W / m2]
El método simplificado permite conocer mediante la relación
(1.11)
Donde:
hc= coeficiente de convección [W/ m2 oC ]
v= velocidad del viento [ m/s ]
Se considera adecuado para efectos de cálculo.
8
Evaporización
Generalmente cuando el agua cambia de estado líquido a gaseoso se
produce un enfriamiento en el agua de la piscina, ya que este proceso
consume una cantidad de calor.
Cálculo pérdida por Evaporización
Como se conoce es el cambio del estado líquido a gaseoso en donde provoca
enfriamiento ya que es un proceso donde se consume una cantidad de calor.
(1.12)
Donde:
= pérdida de calor por evaporización [W / m2]
A= ingreso o aportación de agua
G= salidas o gastos de agua
= incremento en la reserva de agua
Temperaturas de las piscinas
La temperatura del agua debe ser más elevada que la temperatura ambiente,
para causar una sensación de deleite al usuario, las temperaturas según la
norma son:
9
Tabla 1.Temperatura ideal de piscinas
oC oF
Competición 24 75
Entrenamiento 26 79
Enseñanza 25 77
Disminuidos físicos 29 84
Piscina infantil 30 86
Tercera edad 32 90
Mujeres embarazadas 30 86
Cuesa Sport. Manual de piscinas y normativas
1.2.2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN FLUIDOS6
Esto influye mucho en la pérdida de calor de la piscina la cual detallaremos
más adelante los cálculos necesarios, mientras tanto es muy importante tener
claro qué tipo de fluido podemos encontrar y que aspectos debemos tener,
los cuales detallamos a continuación:
Flujo turbulento
Este flujo es caótico y para nada uniforme, por ejemplo cuando se introduce
tinta en un flujo turbulento esta se disipa como se ve en la figura 1.
6Mott, R. (1996). Mecánica de Fluidos Aplicada(cuarta edición). México: Prentice Hall Hispanoamérica S.A.
10
Figura 1. Inyección de tinta en flujo turbulento la cual se dispersa por todo
el contenedor por condiciones del flujo.
Flujo laminar
Este fluirá en capas de una manera uniforme y más regular al contrario que el
flujo turbulento, visualizando en el mismo ejemplo anterior la tinta no se disipa
como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Inyección de tinta en flujo laminar la cual se disipa de una forma
uniforme y ordenada
11
1.2 QUEMADORES
El quemador es un mecanismo el cual tiene como principal función el quemar
cualquier tipo de combustible gaseoso, líquido o la mezcla de ambos,
combinando el combustible con el comburente para conseguir una
combustión de calidad, alcanzando la menor cantidad de residuos.
Hoy en día existen quemadores los cuales regulan la cantidad de
combustible a quemar y de aire consiguiendo menor impacto ambiental,
llamados también quemadores ecológicos.
Combustibles
Se entiende como combustible la sustancia orgánica que al combinarse con
oxígeno, se oxida y produce energía, fuente que toma del comburente que
generalmente es el aire, oxigeno.
El poder calorífico de los combustibles depende de diversas variables como el
peso molecular, las proporciones que se encuentren las especies químicas
como los alcanos, alquenos, teniendo así un valor para el diesel de 42600-
43200 KiloJouls/Kilogramo. Por tal razón se podría incurrir en el error de que
el GLP, con sus 46000 KJ / Kg superaría energéticamente al diesel, ya que se
requiere de un mayor volumen de GLP para realizar el mismo recorrido que
el diesel.
El diesel tiene algunas ventajas como dice Eugenio Aguilar Ibarra en su
columna publicada en internet Ventajas del uso del combustible diesel: “El
12
diesel genera muy poco monóxido de carbono y bióxido de carbono, que es lo
que genera el calentamiento global…”.
(http://www.oem.com.mx/notas/n753857.htm), razón primordial para su uso
teniendo en cuenta que el diesel es limpio y libre de agua, no forma espuma,
su encendido es rápido, bajo contenido de azufre, es estable, bajo costo, y
con el uso de combustible no estamos en manos de las condiciones
climáticas existentes en el sector.
El diesel se obtiene mediante el proceso de destilación del petróleo, siendo el
diesel medianamente pesado se localiza en el medio del recipiente donde se
realiza la destilación, y mezclando diferentes fracciones de petróleo se
obtiene un combustible que permite alcanzar requisitos para el buen
funcionamiento de motores o equipos a diesel, el mismo que posee un
elevado poder calorífico, bajo contenido de cenizas y excelentes propiedades
de combustión, que tiene como resultado una buena economía de
combustible.
Se tiene como aplicaciones en motores como en maquinaria agrícola,
vehículos de propulsión, automóviles, camiones, generadores, propulsión
aérea y accionamiento industrial como bombas, compresores, turbinas,
quemadores y calderas.
Partes y Funcionamiento de un quemador
Existe un sin número de tipos de quemadores para combustibles líquidos,
pero básicamente se componen de:
13
Figura 3. Despiece de un quemador Wayne
(Manual de quemador Wayne)
1 Motor.- su alimentación de 110V o 220V según su modelo
2 Cobertura de cable de motor.- protege el cable de alimentación del motor de
cortes y así evitar cortocircuitos.
3 Ventilador.- Al igual que la bomba de combustible es accionado por el motor
eléctrico, que tiene como finalidad el proporcionar aire para realizar una
combustión exitosa, otra de sus funciones es equilibrar la falta de aire o
presión que se provoca en el hogar o chimenea.
4 Carcasa.- lugar donde se alojan todos los elementos del quemador.
5 Transformador.- encargado de aumentar el voltaje que alimenta a los
electrodos del quemador.
14
6 Temporizador.- su función es de desactivar al transformador una vez
producido la llama.
7 Ranura para la placa de cubierta.- donde se sujeta el transformador.
8-9 Claveta de aire.- Es una compuerta la cual tiene como finalidad regular el
caudal de aire en el hogar o en la caldera.
10 Acople.- matrimonio entre el motor y la bomba de combustible.
11 Conducto de combustible.- cañerías por donde fluye el combustible a
presión hacia la boquilla.
12 Bomba de combustible.- Su funcionamiento consiste en engranajes, los
mismos que son accionados por un motor eléctrico y su función consiste en
succionar el combustible del tanque de almacenamiento y proporcionar a la
boquilla a un presión según la necesidad para su pulverización.
13 Acople de tubo.- permite reducción del diámetro de la tubería, que sale de
la bomba.
14 Codo de bronce 90o.- acople entre la bomba y la cañería de combustible.
15 N/A
16 Ensamblaje de la pistola.- montaje de todas las partes que conforman la
pistola como:
Boquilla.- Existen varios tipos, identificándose según el ángulo de
atomización, su función es el de atomizar el combustible formando una
nube lo que facilita su mezcla con el aire.
Fotocelda.- Dispositivo de seguridad para identificar si existe llama.
Electrodos.-Son alimentados por un transformador los que generan un
arco eléctrico.
15
Disco estabilizador.- Evita el retorno de la llama
17 Tubo de aire.- Ducto por donde pasa el flujo de aire para la combustión.
18 Conos de aire.- Donde se realiza la mezcla combustible con el aire
19, 20, 21 Juego de Brida.- Ayuda a soportar el sistema de la pistola con la
cámara de aire a la carcasa del quemador
Sistema de control.- Automatiza al quemador, siguiendo una secuencia de
encendido.
Figura 4. Quemador Wayne
(Catálogo de productos de DirectIndustry)
Análisis térmico del quemador
El poder calorífico del quemador depende mucho de las características de
cada marca fabricante, pero a continuación detallamos un análisis de un
quemador “auto-quem”.
16
Teniendo valores caloríficos de combustible de:
10300Kcal/kg
9700Kcal/lt
Potencia quemada en Kcal/h: basta con saber cuántos litros o Kg consume
por hora. Esto se puede medir directamente en el tanque diario, o en un
recipiente de prueba y se calcula de la siguiente manera:7
Figura 5. Potencia del quemador VS presión cámara de combustión.
(Manual de quemador Auto-Quem)
7Manual de Quemadores Auto-Quem
17
Coeficiente de temperatura
Tabla 2. Coeficientes de temperatura de diferentes materiales
Material k
Cobre 386
Aluminio 204
Bronce 111
Acero dulce 64
Acero
inoxidable 15
Mercurio 8.4
Concreto 1.4
Vidrio 1.09
Agua 0.611
Neopreno 0.19
Aceite para
motores SAE
50
0.145
Corcho 0.043
Aire 0.027
Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía Solar
(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.
18
1.3 ENERGÍA RADIANTE
Básicamente pondremos más atención la energía de las ondas
electromagnéticas, como es la luz.
Todo cuerpo al poseer cierto tipo de temperatura, emite radiación en todas
las direcciones, claro ejemplo es el sol. Teniendo las siguientes radiaciones:
Radiación directa.-Energía renovable que no sufre ningún cambio de
dirección hasta llegar a tierra.
Radiación difusa.-Al contrario de la directa sufre cambio en su dirección
hasta llegar a tierra.
Radiación de Albedo.- todo cuerpo refleja radiación y a esta le llamamos
radiación de albedo, es expresada en porcentaje.
Radiación global.- sumatoria de radiación directa y difusa.
Radiación total.- sumatoria de radiación albedo y difusa.
Figura 6. Representación de los tipos de radiación
19
Para aprovechar al máximo las bondades del sol se toman en cuenta los
siguientes parámetros en un punto geográfico al cual vamos analizar entre los
cuales son:
Altura solar (h).- ángulo formado entre los rayos solares sobre la
superficie horizontal.
Ángulo Cenital.- es el complemento de la altura solar (h).
Angulo Azimut.- ángulo medido desde el norte magnético con dirección a
las manecillas del reloj.
Latitud.- distancia entre la Línea Ecuatorial y un punto determinado del
planeta.
Captador de placa plana
Para calentar agua y aprovechar la radiación solar se emplea captador de
placa plana en donde se presentan el efecto invernadero. Un captador de
placa plana con cubierta de vidrio en el cual la radiación solar está entre 0,3
µm y 2,4 µm, la radiación atraviesa el vidrio sin mayor resistencia, donde se
produce la conversión de energía electromagnética en térmica.8
8Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía Solar(séptima edición).España: Artes Gráfica
Gala.
20
La capacidad calorífica de un captador de placa plana es:
(1.13)
Donde:
: capacidad calorífica de un captador de placa plana
: Superficie del captador (m2)
: radiación incidente total sobre el captador por unidad de
superficie (W/m2)
: transmitancia de la cubierta transparente.
: absortancia de la placa absorvedora.
: coeficiente global de pérdidas [W/(m2oC)].
: temperatura media de la placa absorbente (oC).
: temperatura ambiente (oC).
2. METODOLOGÍA
21
CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA
La metodología a seguir es la mecatrónica la que se detalla en el figura 7. Y
se puede apreciar que se parte con los requerimientos del proyecto, seguido
del diseño con empleo de herramientas CAD en donde se puede visualizar un
prototipo que sirve de base para el inicio de construcción del proyecto, una
vez concluido se realizan pruebas para conocer en qué condiciones se
encuentra el proyecto.
Figura 7. Metodología Mecatrónica
22
2.1 FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO MECÁNICO
Figura 8. Instalación de calentamiento de agua con sistema de
apoyo. (Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía
Solar (séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.)
23
Nuestro sistema consta de las siguientes partes:
a) Quemador.- el quemador a emplearse es un Wayne HS de capacidad de
25.51kwh detallando sus características en el Anexo 4. y es encargado
de quemar el combustible líquido (diesel) para producir calor.
b) Hogar.- cámara donde se efectúa la combustión, por tal razón debe
soportar altas temperaturas y presiones que se presenten, su
dimensionamiento se detalla en el capítulo 3.2.
c) Intercambiador de calor (tipo serpentín).- mecanismo donde circulara el
agua a calentarse, lo que obliga a que se utilice materiales inoxidables o
que posean tratamiento contra la corrosión en nuestro caso se utiliza
tubería de cobre flexible de 1 pulgada.
d) Conductos de humo.- parte donde recorre humo y los gases calientes.
e) Chimenea.- conducto de salida de gases y humo producidos en la
combustión hacia la atmósfera, lo que obliga a tomar en cuenta la altura
de la chimenea para evitar problemas o molestias con los usuarios.
Lo que determina la altura y el diámetro de la chimenea es el tiraje, en
algunos casos son producidos artificialmente con ventiladores, pero este
no es el caso ya que la altura no es de gran dimensión lo que existe tiraje
natural.
f) Bomba de agua.- el cálculo y la selección de la bomba depende que
como mínimo circule todo el volumen de la piscina tres veces por el filtro
(por higiene), la piscina cuenta con una Bomba Pentair de tipo B con
características detalladas en el capítulo 3.3.
24
g) Estructura soporte del sistema.- la estructura debe soportar tanto el peso
de todas las piezas mecánicas como la del agua que circula, teniendo
cuatro patas para que de esta manera se distribuya la carga, empleando
UPN con dimensiones detalladas en la figura 13.
h) Válvulas.- consta de algunos tipos de válvulas que a su vez ayudan
como sistema de seguridad entre las que tenemos: válvula eliminadora
de aire Dorot de la serie DAV-P-1-A, que debe instalarse en la parte más
alta de la tubería, válvula check que se instala para garantizar el flujo en
un solo sentido, válvula de paso.
i) Paneles solares.- conjunto de colectores de placa plana de marca Solvis
detallando sus características en el capítulo 3.4 para calentar agua de la
piscina.
j) Fontanería.- utilización de tubería de cobre y diferentes elementos como:
Cambios de dirección a 45°.
Cambios de dirección a 90° de radio medio.
Codos.
Contracciones bruscas.
Derivación en T.
Ensanchamientos bruscos.
Entradas de depósito.
Salidas de depósito.
Uniones lisas.
Válvula de compuerta.
Válvulas de asiento.
Válvulas mariposa.
Válvulas de retención de clapeta.
Válvulas de bola.
25
2.2 FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO ELECTRÓNICO
a) Sensores de temperatura.- parte esencial del sistema electrónico, por
sus lecturas para el encendido o apagado del sistema, se empleara tres
sensores los mismos que se colocaran a la salida del agua de la piscina,
a la salida de los paneles solares y a la salida del sistema de apoyo.
Deben estar graduados de tal manera que cuando exista una diferencia
de 4 ó 5grados del tope establecido ( 26oC), encienda o apague la
válvula de derivación (válvula solenoide).
b) Válvula de derivación.- este dispositivo se encuentra en la tubería que
transporta el agua a ser calentada para de esta manera direccionar el
agua a los paneles o solo al sistema de apoyo, para así evitar trayectos
innecesarios del agua se emplea la válvula solenoide 2-2NC 1-1/2NPT
110VAC.
c) Fotocelda.- también se encuentra en el quemador y es el que habilita o
da la orden a la bomba de combustible para que permita el paso de
combustible ya que detecta llama en el quemador, es otro dispositivo de
seguridad.
d) Sensor solar.- se encuentra en la parte del techo junto a los paneles
solares, el cual envía una señal de presencia de radiación solar para que
la válvula solenoide se encienda o se apague según el requerimiento.
26
2.3 FUNDAMENTOS PARA EL CONTROL
a) Anteriormente el control de flujo del agua se realizaba manualmente, o
con la utilización de temporizadores lo que tenía grandes desventajas
como supervisión de un operario, es por eso que se ve en la necesidad
de automatizar mediante un programador lógico de control (PLC), en
donde registra cada entrada de los sensores utilizados en el sistema,
por ejemplo los sensor de temperatura del agua.
Teniendo los diferentes dispositivos con nomenclatura detallada en la
figura 9, la secuencia lógica a seguir es la siguiente: cuando T1 sea
menor a veinte y seis grados centígrados y S1 emita señal, encienda V1
(normalmente cerrada) para permitir el paso del agua hacia los paneles;
caso contrario si S1 no emite señal, se encienda Q1 para que el agua
pase por el quemador. Si T2 es mayor a cincuenta grados centígrados
apague Q1 caso contrario encienda Q1. Si T3 menor a cincuenta grados
centígrados regrese a S1 para comprobar si hay sol para seguir con la
secuencia antes mencionada, caso contrario apague Q1. Programación
detallada en el Anexo 6.
Nota: todos los elementos antes mencionados están expuesto a daños o fallas,
con acciones correctivas mostradas en el Anexo 2.
27
Figura 9. Grafcet
NOMENCLATURA:
T1: sensor de temperatura localizado a la salida de la piscina.
T2: sensor de temperatura localizado a la salida de los paneles solares.
T3: sensor de temperatura localizado a la entrada de la piscina.
S1:sensor solar.
V1: válvula de derivación.
Q1: quemador del calentador.
GRAFCET
3. DISEÑO DEL SISTEMA.
28
CAPÍTULO 3. DISEÑO DEL SISTEMA.
Para llevar a cabo el diseño del sistema de calentamiento híbrido y garantizar
su buen rendimiento se tuvieron en cuenta consideraciones asociadas a la
ubicación geográfica del proyecto, condiciones iníciales de la piscina y otras
variables que intervienen en dicho diseño. Lo anterior se menciona como
punto partida en el desarrollo de las ecuaciones y cálculos descritos del
presente capítulo en el cual se integran los requerimientos de energía de la
piscina relacionadas a las pérdidas de energía por evaporación, radiación y
convección; adicionalmente se describe el estudio del horno en cuanto a su
diámetro, área, número de tubos y diámetro del serpentín y finalmente se
detalla la selección y estudio de la bomba y de los paneles solares que
tomaron parte fundamental para alcanzar el mejor desempeño costo-efectivo
del presente proyecto.
Para efectos de cálculo y diseño se establecen las siguientes características:
Tabla 3.Condiciones iníciales de la piscina.
Temperatura del agua inicial 15 oC
Temperatura del agua final 24-26oC
Temperatura promedio del aire 18 oC
Velocidad viento 0.02 m/s
Largo de la piscina 12,44 m
Ancho de la piscina 5,5 m
Profundidad promedio de la piscina 1,55 m
Volumen de objetos en el interior de la
piscina (gradas) 2,07 m3
Volumen neto de la piscina 103,9 m3 ≈ 104 m3
29
El sistema de calentamiento se montará en una estructura metálica, la
gasfitería ya sea los tubos de agua caliente, empates, universales, etc. Serán
cobre para evitar corrosión o fugas por dilatación del material, la piscina
contará con sistema de alimentación de agua con tubería PVC de presión, se
utilizara la bomba de alimentación 110V para re-circular el agua, y la
automatización del sistema de climatización es en base a un control lógico
programable (PLC).
3.1 REQUERIMIENTO DE ENERGÍA DE LA PISCINA
Para este cálculo emplearemos la ecuación básica de la primera ley de la
termodinámica de un fluido en estado líquido sin llegar a estado de
evaporación.
(3.1)
Donde:
Q: demanda energética
m: masa contenida en el vaso de agua de piscina
c: calor específico del fluido (4190 J/kgoC)
: diferencia de temperaturas
(3.2)
para una temperatura de 15 oC
30
Demanda energética con paneles solares
De acuerdo a resultados experimentales de mediciones hechas, el
incremento de temperatura diario es de 2 a 3 0C de la masa de agua
en el vaso de la piscina, aplicando la ecuación 3.1:
(3.3)
31
Pérdida de energía por evaporización9
Tabla 4. Agua evaporada por unidad de superficie según el número de
bañistas
Numero de bañistas
Agua evaporada por
unidad de superficie me
[kg / hm2]
0 (Agua en reposo) 0,086
20 0,148
40 0,187
60 0,227
(3.4)
Donde:
: pérdida de energía por evaporización [ ]
: masa de agua evaporada
: calor latente de evaporación (2260 [kJ / kg])
A : área.
9 Albarracín, E. Ahorro de energía en piscinas cubiertas.
32
Pérdida de energía por radiación10
(3.5)
Donde:
: pérdida de calor por radiación [W / m2]
: constante de Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 [W /m2ok4])
: emitancia de la piscina (0.95 agua)
: temperatura del agua [ok]
: temperatura del entorno [ok]
Este valor es depreciable ya que no existe entorno al tratarse de una
piscina cubierta.
10 Albarracín, E. Ahorro de energía en piscinas cubiertas.
33
Pérdida de energía por convección 11
Intercambio de calor entre el agua de la piscina y el aire ambiente interior.
(3.6)
Donde:
: pérdida de calor por convección [W / m2]
A : área [m2]
: temperatura del agua [oC]
Ta : temperatura del aire
Como se puede apreciar es mínima esta pérdida de calor, por lo que este
valor es depreciable.
11 Albarracín, E. Ahorro de energía en piscinas cubiertas.
34
Pérdida de energía por renovación de agua12
(3.7)
Donde:
pérdida de calor por renovación de agua
D : densidad del agua (1000 [kg / m3])
: calor específico del agua (1.16 [Wh / kgoC])
: temperatura agua piscina.
: temperatura del agua de la red.
: volumen de agua de renovación, por normativa y
debido a razones higiénicas diariamente se debe reponer
un 5%.
Referido a la unidad de superficie de lámina de agua (A=68,42m2)
12 Albarracín, E. Ahorro de energía en piscinas cubiertas.
35
Entonces el calor perdido por renovación de agua es:
En la tabla N.5 se muestra un sumario de los valores perdidos en el vaso
de la piscina
Tabla 5.Valores perdidos en el vaso de la piscina.
Pérdidas en vaso de la piscina Q
[kWh]
%
total
Pérdidas por evaporización (20 bañistas) 3,69 52,04
Pérdidas por radiación ---- ---
Pérdidas por convección 0,683 9,63
Pérdidas por renovación 2,8 39,49
Total 7,09 100
Figura 10.Perdidas en vaso de la piscina.
Pérdidas por evaporización (20 bañistas)
Pérdidas por radiación
Pérdidas por convección
Pérdidas por renovación
36
3.2 ESTUDIO DEL HORNO13
Diámetro: las casas constructoras recomiendan tubos sin costuras
que tengan las siguientes características:
Figura 11. Dimensiones del tubo del horno
ASTM A312
Diámetro exterior: 60,3 mm.
Diámetro interior: 52,51 mm.
Espesor : 3,91 mm.
Área de calefacción
(3.8)
Donde:
: área de calefacción [m2]
: potencia necesaria en el calentador (20% más de lo
requerido)
13 Piña, G. (2008). Diseño de un caldero pirotubolar, simulación del control y calibración basado en el análisis Orsat
mediante Labview. Cuenca-Ecuador.
37
Longitud del horno:
Teniendo así la siguiente fórmula
(3.9)
Área de los tubos:
(3.10)
Donde:
A: área de los tubos [m2]
D: diámetro exterior de la tubería [m2]
L: longitud del horno. Ec. (3.9)
38
Número de tubos
(3.11)
Donde:
Ac: área de calefacción [m2]. Ec. (3.7)
At : área de los tubos [m2]. Ec. (3.10)
Diámetro del serpentín
Las casas comerciales en donde elaboran calderos recomiendan diámetros
de 1,06 m dependiendo obviamente de la potencia requerida en este caso
satisface al sistema
39
Diámetro del hogar del quemador
Debe comprender entre el 40-45% del diámetro del serpentín, con espesor de
10 mm.
(3.12)
Donde:
: diámetro del hogar [m].
: área de los tubos [m].
Selección del quemador
Quemador Wayne modelo HS de capacidad de 25,51 kwh
Fuente de alimentación: 115V / 60 Hz
Motor: 3450 rpm
Encendido (transformador): 10000V / 23MA
40
Chimenea
Aplicando la tabla conocemos el diámetro interior de la tubería.
Figura 12. Diámetro de la chimenea para calderas con quemador.
(Catálogo de productos. (2011). Consultado el 12 de septiembre de 2011, Bofill, http://www.ffbofill.com/fra/productos.htm.)
Para conocer el diámetro interior primero se debe conocer la altura que
necesitamos y la identificamos en el eje de las abscisas (8 m.) y en el eje de
las ordenadas ubicamos el marco de entrada: S=0.45; obteniendo la
intersección de las dos líneas en la sección de diámetro de 200 mm.
41
Figura 13.Planos del horno (caldero).
42
Figura 14.Vista en 3D del caldero
43
3.3 ESTUDIO DE LA BOMBA
Para las casas comerciales no hay regla alguna para determinar la capacidad
de la bomba, lo ideal sería que el agua pasara por el filtro como mínimo tres
veces al día.
En nuestro caso se cuenta con una bomba Pentair de clase B que según las
características del fabricante tenemos los siguientes datos:
Figura 15. Capacidad de la bomba Pentair
(Manual de uso de la bomba Pentair)
Para conocer la capacidad de la bomba tenemos como dato la profundidad en
donde se encuentra la bomba en nuestro caso es de 6 metros los cuales se
44
marca en el eje de las ordenadas y se traza una perpendicular al eje antes
mencionado hasta cruzar la curva B que es el tipo de bomba utilizada, para
luego trazar una perpendicular al eje de las abscisas para obtener el valor del
caudal de la bomba.
La capacidad de la bomba es de 13,5 metros cúbicos por hora lo que se
tiene:
(3.13)
Para efectos de control de temperatura del agua se accionara la bomba
cuando exista disminución de temple.
45
3.4 ESTUDIO DE LOS PANELES SOLARES
Los paneles solares son de marca Solvis C222-I con las siguientes
características (como se muestra en el Anexo 1.1.):
Tabla 6.Características de los paneles solares Solvis
Captadores solares Cala C-222
Ancho 1923 mm Peso total 41 kg
Alto 1148 mm Capacidad C222-I 0,88 I
Fondo 105 mm Caudal de diseño 8…12 l/m2h
Superficie bruta 2,21 m2 Curva de rendimiento n=0,85-5,89(t
o-t
oa)/I
n=b-m (to-t
oa)/I
Superficie de apertura 2,01 m2
Superficie del absorvedor 1,93 m2
Manual de los paneles solares Solvis
Figura 16. Curva de rendimiento de los paneles solares
(Manual de los paneles solares Solvis)
46
Estructura para soporte y anclaje
Fuerza que actúa sobre cada uno de los captadores
(3.14)
Donde:
: fuerza que actúa sobre los captadores [N]
: superficie del captador [m2]
: ángulo de inclinación del captador con la horizontal
: presión frontal del viento, depende de la velocidad (15N/m2)
Figura 17. Fuerzas que actúan sobre el captador placa plana.
47
Orientación e inclinación de los captadores
Al encontrarnos en la Línea Ecuatorial (latitud 0o) se aconseja una inclinación
de 5o hacia el hemisferio Norte (para facilitar la circulación del agua).
Determinación de sombras
Para el caso específico de la piscina sujeta a estudio no se tendrá en cuenta
la siguiente consideración por encontrarse en un lugar despejado libre de
obstáculos, como se muestra en el Anexo 5. sin embargo si lo anterior no se
cumpliera se debería tener en cuenta la siguiente premisa.
Si el 20% de la superficie del captador solar estuviese sombreada sería
inoperante.
Figura18. Distancias que deben cumplir los captadores
48
(3.15)
Si los captadores se instalan en una superficie con cierto grado de
inclinación (γ) (tejado) se tiene que:
(3.16)
Conexión de los paneles solares
La conexión de los paneles solares fueron realizadas en paralelo como se
muestra en el Anexo 2. a pesar de requerir mas secciones de tubería y
recorridos mayores que si se hubiesen hecho en serie, gracias a proporcionar
un funcionamiento térmico análogo en todos los paneles, proveer un mayor
rendimiento en todos los captadores y principalmente por no contar con el
número de paneles necesarios.
Figura 19. Conexión en paralelo de captadores de placa plana
49
Número de paneles solares
Tabla 7.Radiación solar en el Ecuador
Mes Radiación
Radiación
ENE 4411,18 15,8
FEB 4480,31 16,1
MAR 4655,19 16,7
ABR 4360,20 15,7
MAY 4276,06 15,4
JUN 4140,13 14,9
JUL 4308,48 15,5
AGO 4624,62 16,6
SEP 4974,44 17,9
OCT 4888,34 17,6
NOV 4943,48 17,8
DIC 4837,51 17,4
Promedio 4574,99 16,45
CONELEC.(2008, Agosto).Atlas solar del Ecuador.
Método área de la piscina
(3.17)
50
Método demanda energética
Donde:
: número de captadores solares
: demanda energética. Ec.[3.3].
: calor útil de un solo colector.Ec.[3.17]
(3.18)
Donde:
: radiación media anual. Tabla 7.
: rendimiento del colector. Tabla 6.
: área del colector. Tabla 6.
Entonces:
51
Método mediante el uso de software solares (Censol 5.0)
Este software permite introducir datos característicos de la
zona y de las necesidades para de esta manera determinar
la cantidad de captadores planos, detallando lo siguiente.
Energía radiante solar mensual [MJ].- detallada en la
tabla 7
Superficie de la piscina [m2], velocidad del viento
[m/s]y temperatura deseada de la piscina [oC].-
detallada en la tabla 3
Superficie de los captadores [m2], valor b y m de los
captadores solares (llamamos “b” factor que define la
capacidad de ser calentado; “m” factor que define la
capacidad de perder calor captado) y rendimiento
del captador.- detallada en la tabla 6.
Temperatura ambiente diurna.- detallado en la tabla
8.
Inclinación, factor sombra.- detallado en el capítulo
3.4.
Perdidas de temperatura en la piscina en [MJ].-
detallado en la tabla 5.
52
Tabla 8.Temperatura diaria mínima en la ciudad de Ambato
Mes
Temperatura
diaria
mínima
ENE 13.6
FEB 13.5
MAR 13.2
ABR 10.6
MAY 10.8
JUN 9
JUL 7.5
AGO 10.4
SEP 13.4
OCT 15.3
NOV 15.5
DIC 16.0
Anual 12.4
(Wikipedia. Consultado el 29 de noviembre de 2011, http://es.wikipedia.org/wiki/Ambato#Clima.)
53
Figura 20. Resultado de número de captadores utilizando Censol
(Progensa. (1998-2007). Censol (Versión 5.0) [Software de cómputo]. España.)
Numero de captadores = 35.
3.5 ESTUDIO DE LA TUBERÍA
Diámetro de la tubería
(3.19)
Donde:
: diámetro en cm
C: caudal en m3/ h.
54
: 2,2 para tuberías metálicas y 2,4 tuberías plásticas.
Tabla 9.Características tubo de cobre de 54 mm
Diámetro
exterior
(mm)
Espesor
(mm)
Diámetro
interior (mm)
Peso lineal
(kg/m)
54 1,2 51,6 1172
1,5 51 2202
Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía
Solar(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.
Pérdida de carga
Datos:
Longitud: 31,66 m.
Diámetro interior: 51mm 2 pulgadas
Caudal de agua: 13,5 m3/ h
Temperatura media: 27 oC
55
Tabla 10.Cantidad de accesorios de gasfitería en el sistema
Denominación del accesorio cantidad
Cambios de dirección a 45° 3
Cambios de dirección a 90° de radio
medio 1
Codos 27
Contracciones bruscas 3
Derivación en T 7
Ensanchamiento bruscos -
Entradas de depósito 2
Salidas de depósito 2
Uniones lisas 7
Uniones diversas
Válvula de compuerta:
Abiertas 3
Medio abiertas
Tres cuartos cerradas
Válvulas de asiento:
Abiertas
Medio abiertas
Tres cuartos cerradas
Válvulas mariposa:
Abiertas 1
Medio abiertas
Tres cuartos cerradas
Válvulas de retención de clapeta 2
Válvulas de bola (abiertas) 5
56
Figura 21. Pérdida de carga por metro lineal de tubo.
(Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía Solar(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.)
Para la figura 15 se procede identificando en el eje de las ordenadas el
caudal calculado en el capítulo 3.3 que es de 13.5 metros cúbicos por hora,
se traza una perpendicular al eje antes mencionado hasta encontrar el
Ca
ud
al
(m3/h
)
Pérdida por rozamiento (mm c.a. por m) para tubería de cobre
m3/h
57
diámetro interior expresado en la tabla 8. que es de 51mm para luego trazar
una perpendicular al eje de las abscisas obteniendo el valor de pérdida por
rozamiento y la velocidad del caudal.
Obteniendo los siguientes resultados:
Pérdida por rozamiento: 65 mm c.a. por metro lineal de tubo
Velocidad del agua: 1,9 m/s
Comprobación:
(3.20)
58
Tabla 11.Coeficientes k de pérdida localizadas para accesorios.
Denominación del accesorio k
Cambios de dirección a 45° 0,3
Cambios de dirección a 90° de radio
medio 0,4
Codos 1,2
Contracciones bruscas 0,6
Derivación en T 1,4
Ensanchamiento bruscos 1
Entradas de depósito 1,6
Salidas de depósito 1,2
Uniones lisas 0,05
Uniones diversas 0,7
Válvula de compuerta:
Abiertas 0,5
Medio abiertas 5
Tres cuartos cerradas 25
Válvulas de asiento:
Abiertas 6
Medio abiertas 36
Tres cuartos cerradas 112
Válvulas mariposa:
Abiertas 0,5
Medio abiertas 25
Tres cuartos cerradas 250
Válvulas de retención de clapeta 12
Válvulas de bola (abiertas) 0,5
Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía
Solar(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.
59
Tabla 12.Calculo de k total (kT).
Denominación del accesorio # k
Cambios de dirección a 45° 3 0,3 0,9
Cambios de dirección a 90° de radio
medio 1 0,4
0,4
Codos 27 1,2 32,4
Contracciones bruscas 3 0,6 1,8
Derivación en T 7 1,4 9,8
Ensanchamiento bruscos - 1 -
Entradas de depósito 2 1,6 3,2
Salidas de depósito 2 1,2 2,4
Uniones lisas 7 0,05 0,35
Uniones diversas 0,7 -
Válvula de compuerta:
Abiertas 3 0,5 1,5
Medio abiertas 5 -
Tres cuartos cerradas 25 -
Válvulas de asiento:
Abiertas 6 -
Medio abiertas 36 -
Tres cuartos cerradas 112 -
Válvulas mariposa:
Abiertas 1 0,5 0,5
Medio abiertas 25 -
Tres cuartos cerradas 250 -
Válvulas de retención de clapeta 2 12 24
Válvulas de bola (abiertas) 5 0,5 2,5
TOTAL KT 79,75
60
Figura 22. Valor de pérdida de carga localizadas K (v2/2g) en función de la velocidad del agua.
(Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía Solar(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.)
61
ΔH’=190 mm c.a.
Comprobación:
El error es menor al 15% lo que es válido en cálculos referentes a
pérdida de calor ya que sufre de imprecisiones.
4. IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS
62
CAPÍTULO 4. IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS
4.1 CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO MECÁNICO Y
DE CONTROL
Con relación al capítulo3, se desarrolla la construcción y el ensamblaje del
sistema híbrido de calentamiento de agua detallando lo siguiente:
4.1.1 ENSAMBLAJE DEL DISEÑO MECÁNICO
Con base en los datos del horno (caldera) y sus diferentes componentes
como se detalla en el capítulo 3.2, se procede de la siguiente manera:
a) Adquisición de: tubería de cobre
Plancha metálicas galvanizadas.
UPN y abrazaderas para la estructura.
Electrodos, material de aporte y fundente.
Discos de corte
Pernos y tornillos.
Pintura.
63
b) Empleo y utilización de: soldadora
Amoladora.
Plasma.
Taladro.
Dobladora de tubo y avellanador de tubería de
cobre.
Juego de llaves de copa y mixtas.
Entenalla.
Soplete.
Compás metálico.
Reglas (escuadras).
Flexómetro.
Brocha.
c) Desarrollo: El serpentín es ensamblado en un cilindro del diámetro
requerido, una vez tomado forma y dimensión necesaria se procede al
corte para soldar unos puntos entre cada vuelta y así conseguir rigidez
en el serpentín.
Las planchas son cortadas con plasma, de esta forma se consigue
exactitud tanto en medida como en forma, y así elaborar el cilindro en
donde se ubicara el intercambiador de calor (serpentín), hogar,
conductos de humo, etc.
Las UPN son cortadas y perforadas para la elaboración de la estructura
de soporte y ajuste del horno en el sistema.
64
Figura 23. Caldera en proceso ensamble.
Para el ensamble de la bomba y filtro con los accesorios de fontanería con
base en el capítulo 3.3 y 3.5 se procede de la siguiente manera:
a) Adquisición de: tubería de cobre.
Accesorios de fontanería.
Material de aporte y fundente.
Discos de corte
Teflón.
Cemento.
65
b) Empleo y utilización de: Amoladora.
Tarraja.
Dobladora de tubo y avellanador de tubería de
cobre.
Juego de llaves mixtas y para tubo.
Entenalla.
Soplete.
Flexómetro.
c) Desarrollo: Al contar con la bomba y el filtro se tuvo que acoplar el
sistema a los elementos antes mencionados, teniendo que picar el
concreto para acceder con tubería de cobre y/o PVC. Al sistema de
calentamiento híbrido se realiza sueldas en la tubería de cobre para su
acople, calentando con soplete para inmediatamente aplicar material de
aporte con ayuda del fundente, se realiza el roscado de tubería de PVC
con ayuda de la terraja, para luego colocar teflón para evitar fugas y con
ayuda de una llave de tubo se procede al ajuste. Se colocan las válvulas
requeridas en el sistema de la misma forma que se colocó la tubería de
cobre.
66
Figura 24. Ensamble del sistema de fontanería.
Para el ensamble de los paneles solares con sus respectivas dimensiones,
detallados en el capítulo 3.4 se procede de la siguiente manera:
a) Adquisición de: Captadores de placa plana.
Tubería de cobre.
Accesorios de fontanería.
Material de aporte y fundente.
Discos de corte
Teflón.
Pernos y tornillos.
67
b) Empleo y utilización de: Amoladora
Tarraja.
Dobladora de tubo y avellanador de tubería de
cobre.
Juego de llaves mixtas y para tubo.
Entenalla.
Soplete.
Flexómetro.
Taladro.
c) Desarrollo: Al ensamblar los paneles con conexión en paralelo, se los
prepara antes de su distribución en el techo, para facilitar el ensamble,
de tal manera que queden repartidos de una forma equitativa y con
inclinación, inclinación provista por el techo y no de los 5o mencionados
en el capítulo 3.4, por condiciones de estética del establecimiento de
entretenimiento; sin afectar su funcionamiento ya que la inclinación es
hacia el norte.
68
Figura 25. Ensamble de los captadores de placa plana.
4.1.2 ENSAMBLAJE DEL DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE CONTROL Una vez establecidos los dispositivos electrónicos requeridos del sistema y
sus diferentes componentes como se detalla en el capítulo 2.2, se procede de
la siguiente manera:
a) Adquisición de: Sensores de temperatura (PT100).
PLC LOGO Siemens.
Válvula solenoide.
Sensor solar
Fotocelda
Contactores.
Gabinete metálico.
Switches.
69
Cable.
Tubería plástica flexible.
Cinta aislante y pasta térmica.
Grapas.
Pernos y tornillos.
b) Empleo y utilización de: Taladro.
Multímetro.
Termómetro.
Destornilladores.
Pinza.
Corta cables.
Flexómetro.
c) Desarrollo: Una vez ensamblado las partes detalladas en el capítulo
4.1.1 se ve la necesidad de monitorear dichos comportamientos, es por
eso que se colocan los sensores de temperatura con ayuda de pasta
térmica y de cinta aislante, la válvula de derivación se ensambla en punto
estratégico de la tubería para conseguir su buen funcionamiento, la
fotocelda es un elemento más del quemador pero muchas veces
olvidada lo que provoca accidentes y su conexión se realiza según el
manual de operación, se arma el gabinete con switches y contactores
para el control de la bomba de recirculación y el motor del quemador, se
coloca un PLC para que controle la secuencia lógica, todos los alambres
son guiados por una tubería plástica flexible que es sujeta con grapas.
Al contar con un gabinete metálico solo se implementa el PLC con la
secuencia detallada en la figura 9. Para controlar la serie lógica, con
70
ayuda de cable se realiza la conexión a cada una de las entradas y
salidas del PLC.
Figura 26. Acople de los sensores de temperatura.
4.2 ESTUDIO DE VIABILIDAD
Previo al inicio de este Estudio se conversó con los Directivos del Complejo
Turístico Valle del Río para analizar la viabilidad de ejecución del proyecto.
Para el Gerente Propietario era fundamental Implementar un Sistema
Automatizado para el Calentamiento de Agua de la piscina de su Complejo,
debido a que la misma no estaba siendo utilizada por la baja temperatura del
agua.
La baja temperatura del agua con el clima de la zona que en ocasiones se
torna intensamente frío se convirtió en un limitante para la llegada de turistas
71
al Complejo , quienes gustan del lugar por su infraestructura, sin embargo,
veían poco atractivo el uso de las instalaciones cercanas a la piscina.
La inversión realizada en la construcción de la piscina, los vestidores, el área
de bar entre otros no estaba generando los resultados esperados, pues el
Gerente Propietario preveía que estas instalaciones se convertirían en una
ventaja competitiva frente a otros Complejos Turísticos de la Zona, sin
embargo, no consideró lo poco atractiva que iba ser para sus clientes por la
temperatura del agua.
Al poco tiempo de ser inaugurada la piscina empezó un sin número de
solicitudes para que se climatice, esto se convirtió en una exigencia repetitiva
de la mayoría de sus clientes y un limitante a la hora de realizar contratos con
escuelas y colegios que no se interesaban por el Complejo Turístico.
Por este motivo se destinó un fondo para la mejora del Complejo, su
Propietario, creyó prudente asignar cada mes un valor considerando el
volumen de ventas para empezar lo más pronto con la Implementación de un
Sistema Automatizado Híbrido de Calentamiento de Agua para su piscina.
Al mes de marzo de 2011, según los reportes, entregados por el Contador del
Complejo, se dispone de 25000 Dólares (como se muestra en la Tabla 13.)
para la ejecución del Proyecto.
Al conocer que se tenía el recurso económico suficiente, se explicó a los
Directivos del Complejo, la forma de trabajo, el tipo de diseño, el mismo que
está enfocado a la utilización de mecanismos que climaticen el agua de
72
manera limpia y segura, por lo que se dio el visto bueno para la ejecución del
trabajo.
Tabla 13. Balance General Valle del Río
COMPLEJO VACACIONAL VALLE DEL RÍO
BALANCE GENERAL AL 15 DE MARZO DE 2011
1 ACTIVOS
USD103991.42
1.1
ACTIVOS CORRIENTES
USD20386.92
1.1.1
ACTIVOS DISPONIBLES
USD 1229.9
1.1.1.1 CAJA
USD 267.92
1.1.1.2 BANCOS USD 962.00
1.1.2
CUENTAS POR COBRAR
USD 3500.00
1.1.2.1 CLIENTES USD 3500.00
1.1.3
CUENTAS POR COBRAR EMPLEADOS
USD 5307.00
1.1.3.1 SAÚL PALACIOS USD 4107.00 1.1.3.2 ERNESTO GUETIO USD 300.00 1.1.3.3 JOSE CATAGÑA USD 500.00 1.1.3.4 ANGEL DELGADO USD 400.00
1.1.4
IMPUESTOS ANTICIPADOS USD 5000.00
1.1.5
RETENCIÓN EN LA FUENTE USD 2850.00
1.1.6 OTRAS CUENTAS POR COBRAR USD 2500.00
73
1.2 ACTIVOS FIJOS
USD 83604.50
1.2.1
MAQUINARIA Y EQUIPOS USD 32000.00
1.2.2 DEPRECIACIÓN ACUMULADA MAQUINARIA USD -3200.00
1.2.3
MUEBLES Y ENSERES USD 23653.00
1.2.4 DEPRECIACIÓN ACUMULADA MUEBLES Y ENSERES USD -2365.30
1.2.5 EQUIPOS DE OFICINA USD 11896.00 1.2.6 DEPRECIACIÓN
ACUMULADA EQUIPOS DE OFICINA USD -2379.20
1.2.7 VEHÍCULOS USD 30000.00 1.2.8 DEPRECIACIÓN
ACUMULADA VEHÍCULOS USD -6000.00
2 PASIVOS
USD 41360.00
2.1 PASIVOS CORRIENTES
USD 41360.00
2.1.1 PROVEEDORES USD8500.00 2.1.2 CUENTAS POR PAGAR
EMPLEADOS 2.1.2.1 SUELDOS Y JORNALES
POR PAGAR USD2300.00 2.1.2.2
DÉCIMO TERCER Y CUARTO SUELDO POR PAGAR USD 560.00
2.1.3 IMPUESTOS POR PAGAR USD1800.00
2.1.4 OTRAS CUENTAS POR PAGAR USD3200.00
2.1.5 PROVISIÓN MEJORA EN INSTALACIONES USD25000.00
74
3
PATRIMONIO
USD 62631.00
3.1 CAPITAL SOCIAL
USD 27631.00
3.2
UTILIDAD DEL EJERCICIO
USD 35000.00
4.2.1 DATOS
Tabla 14. Materiales utilizados en la construcción del sistema de
calentamiento
DESCRIPCIÓN CANTIDAD
PRECIO C/U (USD)
PRECIO TOTAL (USD)
tubo de cobre 6m 6 23,69 142,14
UPN 3m 1 150,00 150,00
Electrodos 1 4,09 4,09
material de aporte (stanio) 1 19,00 19,00
fundente 1 1,5 1,50
Discos de corte 10 2,49 24,90
Pernos 10 0,3 3,00
tornillos. 5 0,08 0,40
Pintura espray 1 3,93 3,93
Teflón 10 0,43 4,30
cemento kg 25 6,35 158,75
paneles solares 14 300 4200,00
LOGO 230RC MOD.LOG C/RELE 8E/4S 115/230VAC SIEMENS
1 135 135,00
válvula de derivación 1 100 100,00
base para foto célula 1 3,24 3,24
Fotocélula 105-285V 1 8,5 8,50
fotocelda 1 14 14,00
contactores 2 24 48,00
panel trifásico 1 15,59 15,59
gabinete metálico 1 35,47 35,47
75
switch 3 3,89 11,67
cinta aislante 1 0,89 0,89
pasta térmica 1 2,98 2,98
tubo rectangular 50 x 25 x 1,5 1 17,6 17,60
anticorrosivo mate 1/4 1 4,04 4,04
Thiñer (litro) 0,5 1,6 0,80
Canal u 200 x 50 x 4 mm. 1 62,17 62,17
tol galvanizado 244 x 122 x 0,70 1 22,26 22,26
remache pop 5/32 x 5/16 30 0,02 0,60
sensor de temperatura 3 30 90,00
cable concéntrico 3/16 25 1,16 29,00
cable flexible N:16 25 0,26 6,50
codo 45° PVC 1 1,1 1,10
codo 45° cobre 2 11,14 22,28
Codos 20 5,9 118,00
codos PVC 8 1,12 8,96
Contracciones bruscas PVC 1 2 2,00
Contracciones bruscas cobre 2 6,2 12,40
Tee PVC 2 1,21 2,42
tee cobre 5 16,49 82,45
adaptador macho cobre 2 4,32 8,64
adaptador hembra cobre 2 5 10,00
Uniones cobre 5 2,58 12,90
uniones PVC 2 0,47 0,94
Válvula de compuerta: 3 29,54 88,62
Válvulas mariposa: 1 13,11 13,11
Válvulas check 2 42,29 84,58
Válvulas de bola cobre 3 48,76 146,28
Válvulas de bola PVC 2 18,85 37,70
permatex 1 3,94 3,94
universales PVC 3 5,92 17,76
universales 7 13,24 92,68
lija 1 0,66 0,66
tubería plástica flexible 1/2" 25 0,17 4,25
SUBTOT
AL
6091,99
76
Tabla 15. Costos máquinas y herramientas
DESCRIPCIÓN CANTIDAD
PRECIO C/U (USD)
PRECIO TOTAL (USD)
flexómetro 1 3,19 3,19
taladro 1 36 36
dobladora de tubo 1 30 30
compas metálico 1 2,2 2,2
soplete 1 137 137
brocha 3" 4 3,2 12,8
terraja 1 35,26 35,26
entenalla 1 95 95
multímetro 1 43 43
destornilladores 3 1,29 3,87
termómetro 1 20 20
pinza 1 5,58 5,58
corta cables 1 5,24 5,24
quemador Wayne 1 600 600
SUBTOT
AL
1029,14
Tabla 16. Costos mano de obra
DESCRIPCIÓN CANTIDAD
PRECIO C/U (USD)
PRECIO TOTAL (USD)
autor de la tesis 1 264 264
tutor de la tesis** 1 -666 -666
SUBTOT
AL
264
** valores que no auspicia el Complejo.
TOTAL: USD 7385,13
El valor no supera el presupuesto que se detalla en la tabla 13.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
77
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
El diseño y la implementación de un sistema automatizado híbrido de
calentamiento de agua de una piscina se realizó en su totalidad obteniendo
éxito en sus resultados puntualizados en la parte teórica del proyecto.
Se recopiló toda la información necesaria para desarrollar el diseño del
sistema hibrido automatizado de calentamiento de agua.
Se logró con éxito diseñar e implementar el horno, captadores de placa
plana, sistema eléctrico para el calentamiento del agua.
Sujeto a un desempeño costo efectivo, el ensamblaje del sistema hibrido
automatizado de calentamiento de agua se ajustó a los parámetros
esperados.
Con el sistema de control para el calentamiento del agua se consiguió
monitorear por medio de sensores, la activación de la bomba de
recirculación y válvula solenoide para obtener la energía por medio de los
paneles solares o en su defecto por medio del quemador del horno, con el
fin de mantener una temperatura en un rango establecido de acuerdo a los
requerimientos del complejo vacacional.
Posteriormente a realizar varias pruebas para probar el funcionamiento del
sistema de calentamiento, se hicieron las adaptaciones necesarias hasta
78
lograr que el desempeño del sistema hibrido tuviera una eficiencia superior a
la esperada.
Al calentar agua con paneles solares se está sujeto a condiciones climáticas
como nubosidad y pluviosidad que limitan su desempeño por esta razón, al
contar con un sistema de apoyo se brinda la facilidad de conseguir agua
caliente a cualquier hora, momento o instante en menor tiempo posible.
Es conveniente emplear captadores solares de placa plana en Ecuador por
encontrarse en la zona tórrida, en donde la radiación solar incide casi
perpendicularmente, por esta razón los captadores no deberían contar con
inclinación, pero es recomendable 5 o hacia el norte (ya que deben dirigirse
hacia la línea ecuatorial) para evitar acumulación de polvo y beneficiar el
flujo de agua por los captadores solares.
Al ser prohibida la importación de calefones en el Ecuador, se determinó que
un sistema de calentamiento con uso de un quemador a diesel serviría como
sistema de apoyo a los paneles solares, por brindar ventajas como:
suministro de agua caliente a temperatura constante, bajo costo del diesel,
trabaja a altas presiones y temperaturas, lo que le hace eficiente
comparando con otros sistemas de calentamiento. Conjuntamente que este
sistema de apoyo será punto de partida de otros proyectos como
implementación de sauna en el complejo.
Al controlar la secuencia lógica del sistema de calentamiento con un PLC,
ofrece comodidades al usuario reduciendo recurso humano para supervisión
con excepción de controles de mantenimiento.
79
5.2 RECOMENDACIONES
Antes de realizar la implementación de sistemas de calentamiento con
captadores solares de placa plana se recomienda un estudio de las
condiciones climáticas de la zona, mas no con valores referenciales de
ciudades o zonas cercanas como latitud, longitud, etc. Ya que los cálculos
como de inclinación, factor sombra, podrían verse afectados.
Al implementar cualquier tipo de sistema se recomienda tener visión para
aprovechar la mayor cantidad de energía, como es el caso del complejo
turístico, se proyecta captar vapor de agua para futura construcción de
sauna.
Se recomienda contar con un cronograma de mantenimiento preventivo del
sistema de calentamiento, para mantener constante la eficiencia, limpiando
las cubiertas de los captadores, verificando la correcta ubicación de los
sensores, revisando si existe algún tipo de fuga por la tubería y de la misma
manera con la bomba de recirculación, quemador, detallando un
cronograma de mantenimiento en el anexo 4.
Se recomienda al complejo turístico que utilice manta térmica cuando no
esté en operación la piscina para disminuir las pérdidas sufridas, caso
puntual por evaporización.
80
BIBLIOGRAFÍA
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Evaporation from an Inactive Outdoor Swimming Pool. Colorado(USA)
Holman, J. P. (1998). Transferencia de Calor. España: McGraw-Hill.
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Calentamiento de Agua para Piscinas. Instituto Nacional de Energía. Quito-
Ecuador
Mott, R. (1996). Mecánica de Fluidos Aplicada (cuarta edición). México:
Prentice Hall Hispanoamérica S.A.
Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía Solar
(séptima edición).España: Artes Gráfica Gala.
Albarracín, E. Ahorro de energía en piscinas cubiertas.
Piña, G. (2008). Diseño de un caldero pirotubolar, simulación del control y
calibración basado en el análisis Orsat mediante Labview. Cuenca-Ecuador.
Promotora General de Estudios. (2007). Instalaciones de Energía
Solar(séptima edición). España: Artes Gráfica Gala.
Progensa. (1998-2007). Censol (Versión 5.0) [Software de cómputo].
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81
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2011, http://www.ffbofill.com/fra/productos.htm.
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13 de mayo de 2011, http://www.oem.com.mx/notas/n753857.htm.
Cuesa Sport. Manual de piscinas y normativas.
Manual de uso de la bomba Pentair
Manual de los paneles solares Solvis
Manual de Quemadores Auto-Quem
Catálogo de productos de DirectIndustry
CONELEC.(2008, Agosto).Atlas solar del Ecuador.
ANEXOS
82
ANEXOS
Anexo 1: PLANOS
83
84
85
86
87
Anexo 2: FALLAS MÁS COMUNES
88
DEFECTO CAUSA CORRECCIÓN
No hay chispa en el
quemador
Transformador en mal
estado.
Mal ajuste de electrodos.
Electrodos con contacto
a tierra
Cambio de trasformador.
Ajustar los electrodos.
Aislar los electrodos.
Ausencia de combustible
en los inyectores
Falta de combustible en
el tanque.
Válvulas de paso
cerradas
Boquillas obstruidas.
Llevar control del nivel
de combustible.
Verificar abertura de
llaves.
Limpieza interior del
inyector.
No registro de presencia
de llama.
Fotocelda en mal
estado.
Pantalla de fotocelda
bloqueado.
Cambio de fotocelda.
Desmonte de la
fotocelda para limpieza.
Mala combustión
Exceso de humo negro
por mucha presencia de
combustible vs aire.
Exceso de humo blanco
por mucha presencia de
aire vs combustible.
Reducir cantidad de
diesel.
Reducir cantidad de aire.
Presencia de fugas
Empaques en mal
estado.
Mal ajuste de acoples.
Sueldas en mal estado.
Cambio de empaque.
Apretar o ajustar
acoples.
Limpieza de sueldas.
La bomba de agua no
funciona
Salto del interruptor.
Turbina de la bomba en
mal estado.
Cuña de eje defectuosa.
Presencia de aire.
Cambio de interruptor
Cambiar la turbina
Cambiar el eje de la
bomba.
Purga de la bomba.
Falla de control de
temperatura
Corto circuito en el
alambrado.
Desprendimiento del
sensor de la tubería.
Programación
defectuosa.
Reemplazo del
cableado.
Ajustar sensores a la
tubería.
Verificar programación
en el PLC.
Rotura del cristal del
captador
Golpes o caída de
basura pesada.
Reparación inmediata
por personal calificado.
89
Anexo 3: CRONOGRAMA DE MANTENIMIENTO
Mantenimiento diario:
Ciclo de funcionamiento del quemador y de los paneles solares.
Control de la bomba de recirculación.
Verificación consumo de combustible.
Verificación de lecturas de temperatura.
Mantenimiento mensual:
Limpieza de polvo en controles eléctricos y revisión de contactos.
Limpieza de filtros de diesel, de agua, bomba.
Verificar estado del horno.
Verificar estado de contactores.
Mantenimiento semestral:
Verificar indicios de corrosión, picaduras en la tubería.
Limpieza del hogar del quemador ya que el hollín actúa como aislante
térmico.
Verificar el correcto funcionamiento de las válvulas.
Limpieza de polvos y de suciedad en general en los paneles solares.
Desmonte y limpieza del quemador
Revisar tensión en los componentes eléctricos.
Engrase de motores.
Mantenimiento anual:
Cambio de empaques de la bomba o de sello mecánico según sea el
caso y si es necesario.
Mantenimiento de motores en taller especializado.
Si es necesario limpieza química de la tubería.
90
Anexo 4: MANUAL DE USUARIO QUEMADOR WAYNE
HS
91
Anexo 5: USO DEL SOFTWARE CENSOL.
92
93
94
95
96
Anexo 6: PROGRAMACIÓN PLC LOGO
97
98
Anexo 7: FOTOGRAFÍAS
99
100
101
![CRJso[ución (])irectora[ 5775 :JVV](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/61f84955be22a21b8a7ffaf7/crjsoucin-irectora-5775-jvv.jpg)
