GuÍa Agenex 2008 Solar Térmica

DIRECCIÓNGENERALDEFORMACIÓNPARAEL
EMPLEO
2008
GUÍABÁSICADEDISEÑOYMONTAJEDE
INSTALACIONESSOLARESTÉRMICAS.
Guía básica de diseño y montaje de instalaciones
solares térmicas adaptada a los contenidos
formativos de cualificación profesional.

GUÍA BÁSICA DE DISEÑO Y MONTAJE DE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS.
Dirección General de Formación para el Empleo. Junta de Extremadura.
Autores:
Francisco Cuadros Blázquez
Juan Francisco Bravo Hernández
Ramón Benítez González
Antonio Ruiz Celma
Martín Cobos Rodríguez
Revisión y corrección:
Fernando López Rodríguez
Martín Cobos Rodríguez
EDITA:
Dirección General de Formación para el Empleo
Junta de Extremadura
Fomento de la Naturaleza y el Medio Ambiente (FONAMA)
Badajoz Enero de 2009

PROLOGO
La Guía Básica de Diseño y Montaje de Instalaciones Solares Térmicas elaborada por la Agencia
Extremeña de la Energía surge con el objetivo de atender la demanda formativa que en nuestra
región, con el desarrollo actual de las fuentes de energías renovables, y especialmente en el sector
solar, se ha detectado en los últimos años.
Diseñada específicamente para cubrir los contenidos teóricos establecidos en el RD 2223/1998 de
16 de octubre del Certificado de Profesionalidad de Instalador de Sistemas de Energía Solar
Térmica, servirá como material de apoyo a las acciones formativas desarrolladas por la Sociedad de
Fomento de la Naturaleza y el Medio Ambiente (FONAMA).
Para la elaboración de esta guía se ha contado con profesionales con conocimientos y cualificación
en el sector y amplia experiencia formativa en energía solar. Así se obtiene como resultado un
documento completo adaptado al nivel formativo requerido, en un lenguaje simple y directo.
Incluida dentro de una colección compuesta por cuatro manuales sobre energía solar térmica,
fotovoltaica y eólica de pequeña potencia, en dos niveles educativos (ciclo básico y profesional).
Agencia Extremeña de la Energía

Contenidos
MÓDULO TÍTULO
I RADIACIÓN SOLAR
II
REPLANTEO DE LA
INSTALACIÓN
III
COLECTORES
SOLARES TÉRMICOS
IV CIRCUITO PRIMARIO
V
CIRCUITO
SECUNDARIO
VI
CONTROL OPERACIÓN
Y MANTENIMIENTO

Cómo usar esta guía.
El contenido didáctico de la “Guía básica de diseño y montaje de instalaciones
solares térmicas” está preparado para cubrir el desarrollo teórico de los módulos
formativos de cualificación profesional establecidos en el RD 2223/1998 de 16 de
septiembre.
Contenidos
teóricos
Información
destacada
Resumen
de los
principales
conceptos
del módulo.

Índice
1. RADIACIÓN SOLAR....................................................................................................... 10
1.1. BLOQUE 1................................................................................................................. 10
1.1.1. Magnitudes y unidades físicas............................................................................. 10
1.1.2. Definición y formas de energía ........................................................................... 11
1.1.3. Calor y temperatura ............................................................................................. 14
1.2. BLOQUE 2................................................................................................................. 19
1.2.1. Radiación solar. Espectro. ................................................................................... 19
1.2.2. Movimiento solar diario y estacional. ................................................................. 25
1.2.3. Energía incidente sobre una superficie plana inclinada....................................... 28
1.2.4. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación............................................... 30
1.2.5. Cálculo de sombras y bloqueos ........................................................................... 32
1.2.6. Transformación energética de la radiación solar................................................. 34
1.2.7. Esquema de aprovechamiento solar .................................................................... 37
1.2.8. La problemática del almacenamiento.................................................................. 38
1.2.9. Rendimiento de los sistemas solares. .................................................................. 39
2. REPLANTEO DE LA INSTALACIÓN ........................................................................... 43
2.1. Interpretación de planos de instalaciones de edificios................................................ 43
2.2. Reglamento y normativas técnicas y de seguridad de instalaciones en edificios....... 50
2.2.1. Relación de normativa......................................................................................... 50
2.3. Orientación e inclinación óptima anual, estacional y diaria....................................... 51
2.3.1. Orientación del Captador..................................................................................... 52
2.3.2. Inclinación del Captador Solar ............................................................................ 52
2.4. Resistencia de anclajes, soportes y paneles................................................................ 53
2.5. Cálculo de sobrecargas en edificios............................................................................ 55
2.6. Pérdidas de carga en conducciones hidráulicas.......................................................... 57
2.6.1. Cálculo de la pérdida de carga............................................................................. 57
2.6.2. Pérdidas de Carga Totales en la Conducción ...................................................... 59
2.6.3. Dimensionado de las tuberías de alimentación.................................................... 59
3. CAPTADORES SOLARES TÉRMICOS......................................................................... 63
3.1. Efecto invernadero en un captador solar. ................................................................... 63
3.2. Tipos de captadores solares y características. ............................................................ 64
3.2.1. Introducción......................................................................................................... 64
3.2.2. Captador Solar sin Cubierta................................................................................. 65
3.2.3. Captador Solar Plano........................................................................................... 65
3.2.4. Captador Solar de Tubos de Vacío..................................................................... 70
3.2.5. Características de los captadores solares............................................................. 72
3.3. Dimensionado básico de un sistema solar térmico..................................................... 74
3.3.1. Producción de agua caliente sanitaria.................................................................. 74
3.3.2. Climatización de piscinas. ................................................................................... 80
3.3.3. Calefacción mediante suelo radiante. .................................................................. 81
3.4. Montaje de los captadores solares. Resistencia de anclajes. ...................................... 85
3.4.1. Montaje de captadores solares sobre una cubierta plana..................................... 85
3.4.2. Ejemplo de montaje de estructura inclinada........................................................ 86
3.4.3. Montaje de captadores sobre fachadas utilizando una estructura auxiliar........... 87

3.4.4. Montaje de captadores sobre cubiertas inclinadas............................................... 88
3.4.5. Ejemplo de montaje sobre cubierta inclinada...................................................... 89
3.4.6. Captadores solares integrados, sustituyendo los elementos constructivos.......... 91
3.4.7. Instalaciones sobre el suelo. ................................................................................ 92
3.5. Fluido Caloportador. Cálculo de peso vacío y lleno de paneles................................. 92
3.6. Dilataciones térmicas y esfuerzos sobre las estructuras ............................................. 94
3.7. Asociaciones entre los captadores solares. Pérdidas hidráulicas en montaje serie
paralelo. ............................................................................................................................. 95
3.7.1. Conexión en paralelo........................................................................................... 95
3.7.2. Conexión en serie. ............................................................................................... 96
3.7.3. Conexión mixta.................................................................................................... 97
3.7.4. Concepto de retorno invertido ............................................................................. 97
3.8. Sistemas de protección superficial. ............................................................................ 98
3.8.1. Tratamientos superficiales en el captador ........................................................... 98
3.8.2. Protección contra la congelación......................................................................... 98
3.8.3. Protección contra la ebullición ............................................................................ 99
4. CIRCUITO PRIMARIO.................................................................................................. 102
4.1. Formas de acumulación térmica............................................................................... 103
4.1.1. Introducción....................................................................................................... 103
4.1.2. Tipos de acumuladores y materiales.................................................................. 104
4.1.3. Conexión de varios acumuladores..................................................................... 107
4.1.4. Conexión de sistema convencional auxiliar de apoyo energético. .................... 109
4.2. Dimensionado de A.C.S. .......................................................................................... 111
4.2.1. Datos de partida................................................................................................. 112
4.2.2. Criterios de dimensionado................................................................................. 113
4.2.3. Demanda de energía térmica. ............................................................................ 115
4.2.4. Métodos de cálculo............................................................................................ 117
4.2.5. Volumen de acumulación para ACS. ................................................................ 118
4.2.6. Volumen de acumulación para calentamiento en piscinas y calefacción.......... 119
4.2.7. Ejemplo de dimensionado básico. ..................................................................... 120
4.3. Intercambiadores ...................................................................................................... 122
4.3.1. Introducción....................................................................................................... 122
4.3.2. Tipos de intercambiadores................................................................................. 123
4.4. Cálculo de aislamiento.............................................................................................. 126
4.5. Cálculo de pérdidas de carga en los circuitos........................................................... 128
4.5.1. Cálculo de pérdidas de carga en tuberías........................................................... 128
4.5.2. Cálculo de pérdidas de carga en captadores. ..................................................... 129
4.5.3. Cálculo de pérdidas de carga en accesorios....................................................... 130
4.5.4. Cálculo de pérdidas de carga en el intercambiador. .......................................... 130
4.6. Cálculo de bombas de recirculación. Consumo eléctrico......................................... 131
4.6.1. Introducción....................................................................................................... 131
4.6.2. Consumo eléctrico. ............................................................................................ 132
4.6.3. Dimensionado.................................................................................................... 133
4.7. Sistemas de protección superficial internas y externas. ........................................... 134
4.7.1. Protección contra la congelación....................................................................... 134
4.7.2. Protección contra sobrepresión.......................................................................... 135
4.7.3. Protección contra sobrecalentamientos. ............................................................ 137
4.7.4. Protección contra la presencia de aire en el circuito.......................................... 138
5. CIRCUITO SECUNDARIO............................................................................................ 141
5.1. Unión y soldadura de materiales heterogéneos ........................................................ 141
5.1.1. Soldadura heterogénea....................................................................................... 141
5.1.2. Herramientas necesarias .................................................................................... 141

5.1.3. Preparación ........................................................................................................ 141
5.1.4. Soldadura heterogénea blanda........................................................................... 142
5.1.5. Soldadura heterogénea fuerte ............................................................................ 142
5.2. Estratificación térmica.............................................................................................. 143
5.3. Cálculo de esfuerzos de tuberías - depósitos............................................................ 144
5.3.1. Cargas de diseño para tuberías .......................................................................... 144
5.3.2. Presión de diseño............................................................................................... 145
5.4. Problemática de las incrustaciones. Tipos de aguas................................................. 145
5.4.1. Origen y formación de las incrustaciones.......................................................... 145
5.4.2. Métodos para combatir las incrustaciones......................................................... 146
6. CONTROL, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO....................................................... 149
6.1. Mantenimiento de instalaciones solares térmicas..................................................... 149
6.1.1. Prevención de la legionelosis ............................................................................ 151
6.1.2. Verificaciones antes de la puesta en marcha de la instalación. ......................... 152
6.1.3. Entrega de la instalación solar al usuario final.................................................. 152
6.2. Sistemas de control y regulación.............................................................................. 153
6.2.1. Sistema de regulación de captadores por termostato......................................... 155
6.2.2. Sistema de regulación de colectores por termostato diferencial de temperatura.
..................................................................................................................................... 156
6.2.3. Sistema de regulación de colectores por diferencial de temperatura y válvula de
conmutación................................................................................................................. 156
6.2.4. Sistema de regulación de colectores por diferencial de temperatura y válvula
mezcladora progresiva................................................................................................. 157
6.2.5. Sistemas de control por temperaturas extremas................................................. 158
6.3. Medidas de temperatura, precisiones, sensibilidades. Calibraciones. ...................... 160
6.3.1. Medida de temperatura. ..................................................................................... 161
6.4. Puesta a tierra. Medidas............................................................................................ 161
6.5. Cálculo de interruptores y protecciones eléctricas. .................................................. 163
6.6. Simbología básicas de los circuitos eléctricos y electrónicos. ................................. 164
6.7. Normativa sobre instalaciones eléctricas y térmicas en los edificios....................... 168

RADIACIÓN SOLAR

El objetivo del módulo se centra en conocer los principios básicos de la
radiación solar y sus aplicaciones energéticas.
1.RADIACIÓN SOLAR
1.1. BLOQUE 1.
1.1.1.Magnitudes y unidades físicas
La radiación solar se mide en varias unidades físicas concretas. Las más utilizadas son:
- La irradiancia, que es la potencia de la radiación solar por unidad de área. En el Sistema
Internacional de Unidades (en adelante SIU), su unidad es el Watio dividido por metro cuadrado
(W/m
2
).
- La irradiación, que es la energía por unidad de área. Su unidad en el SIU es el Julio, J, dividido
por metro cuadrado (J/m
2
) o sus múltiplos (normalmente el megajulio, MJ). En este último caso
y por razones prácticas, también se emplea una unidad de energía muy frecuente en el mundo
real, el kWh (kilowatio por hora) en lugar del julio y/o sus múltiplos. El cambio es muy simple: 1
kWh = 3,6 MJ.
Existe una clara confusión a nivel internacional en cuanto a los símbolos empleados para
representar estas magnitudes. Aquí hemos optado por una solución ecléctica: tomamos la letra I
para representar la irradiancia y la letra H para la irradiación por ser las empleadas habitualmente
por los textos más significativos dedicados a la radiación solar y ser los símbolos más
representativos en la bibliografía tradicional. No obstante en algunos casos, para evitar confusión
con el símbolo de corriente, I, se emplea el símbolo E para la irradiancia.
Los conceptos resumidos en la siguiente tabla se irán explicando con más detenimiento a lo largo
del bloque.
Tabla 1.1. Símbolos y unidades de las magnitudes utilizadas.
Magnitud Unidad
Irradiancia (I, E) W/m
2
Irradiación (H) W/m
2
ó J/ m
2
Calor (Q) J ó kWh
Temperatura (T,t) K, ºC, ºF
Energía (E) J, kWh
Potencia (P) W, kW
Diferencia de Potencial (V) V, kV
Intensidad de la corriente
Eléctrica (I)
A

1.1.2. Definición y formas de energía
Dar una definición de energía no es tarea fácil. Aquí daremos una definición que, por primera vez
empleó Carnot. La Energía es la capacidad de un cuerpo o de un sistema para producir trabajo
mecánico. A su vez, el trabajo mecánico realizado por una fuerza que actúa sobre un cuerpo se
define como el producto de dicha fuerza por la distancia recorrida por el cuerpo en la dirección de la
fuerza. En el Sistema Internacional de Unidades (SIU):
(1.1)
La energía se presenta en múltiples formas y los procesos físicos pueden entenderse y describirse
en términos de la conversión o transformación entre las distintas formas de energía.
A la vista del enunciado el Primer Principio de la Termodinámica es difícil entender por qué usamos
conceptos de “consumo” y “generación” de energía. Si consumimos energía la estaremos
destruyendo, y si generamos energía la estaremos creando.
En realidad ambos conceptos se emplean coloquialmente. En efecto, nuestro sistema energético se
basa en la transformación de la llamada energía primaria en energía final o útil. Nosotros
utilizamos la energía en una de las siguientes formas: calor (frío), electricidad y transporte (energía
cinética). A estas últimas se les llama genéricamente energías útiles. De entre todas ellas, la más
versátil es la electricidad, ya que, teniendo energía eléctrica, es fácil obtener de ella luz, sonido,
movimiento, calor, etc. Las fuentes de energía primaria de nuestro sistema energético actual son
los combustibles fósiles, la energía nuclear y las energías renovables.
En general, no se puede utilizar la energía primaria, hay que transformarla en energía útil. A este
proceso se le denomina coloquialmente que se ha “consumido” energía primaria y se ha “generado”
energía útil. Bien entendiendo que es una forma de hablar, aceptada universalmente, pero que no
significa que se viole el Primer Principio de la Termodinámica.
Todas las formas de energía conocidas pueden reducirse a alguna de las cuatro siguientes formas
básicas de energía:
El Primer Principio de la Termodinámica o de Conservación de la Energía nos dice que
la cantidad total de energía en el Universo es siempre la misma, es constante. La
energía del Universo ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Trabajo (J) = Fuerza (N) x distancia (m) = F⋅⋅⋅⋅d
CUADRO DE NOMENCLATURA
kWh.- kilo Watio hora.- Es la energía generada o consumida por un dispositivo (generador o
consumidor de energía) cuya potencia sea de 1 kW actuando durante una hora.
J.- Julio. Es la unidad de trabajo o de energía en el SIU y es igual al trabajo realizado por una
fuerza de 1 Newton (N) cuando su punto de aplicación se desplaza 1 metro (m).

1. Energía Cinética: Es la energía que posee cualquier cuerpo en movimiento respecto a un
sistema de referencia.
(1.2.)
2. Energía Potencial: Es debida a la fuerza gravitatoria de la Tierra. Para levantar un cuerpo
respecto del suelo necesitamos utilizar una cierta cantidad de energía. Todo cuerpo elevado
una cierta altura (h) con respecto al suelo es un almacén de energía potencial gravitatoria.
(1.3)
La fuerza gravitatoria que atrae un objeto hacia la Tierra se llama peso del cuerpo y es igual a su
masa (m) multiplicada por la aceleración de la gravedad (g) (9.8 m/s
2
). La gravedad puede ser la
única fuerza más evidente que actúa sobre los objetos que nos rodean pero no es la única. Hay
otros tipos de energía potencial asociados con los diferentes campos de fuerzas conservativas.
3. Energía Eléctrica: A escala atómica y molecular actúan las fuerzas eléctricas que
mantienen unidos los átomos (enlaces) y moléculas (fuerzas intermoleculares).
4. La Energía Química que contiene un cuerpo, vista a escala atómica, puede considerarse
que es una forma de energía potencial eléctrica derivada de la redistribución de los
electrones tras la formación del mismo. Una batería utiliza energía química almacenada
para mantener una corriente en un circuito eléctrico. La corriente eléctrica es un flujo
organizado de electrones en un material conductor.
Para mantener un flujo estacionario de electrones en un conductor se requiere un aporte constante
de energía, ya que los electrones continuamente pierden energía en sus colisiones con los iones de
la red del metal (calentamiento del conductor). En todas las centrales eléctricas, los generadores
operan según el Principio de Faraday (1832). Se induce un voltaje (energía potencial por unidad
de carga eléctrica) en una bobina de alambre que gira en un campo magnético. Conectando los
extremos de la bobina a un circuito eléctrico mantenemos una corriente eléctrica.
Figura 1.1. Generador homopolar (disco de Faraday)
La energía eléctrica puede transformarse en calor, luz, movimiento, etc., dependiendo de lo que
conectemos al circuito. Así, la electricidad es una forma intermedia de energía muy conveniente, ya
que se puede convertir fácilmente en otras formas diferentes de energía , es, por tanto, muy versátil
y puede suministrarse a grandes distancias de la fuente.
Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que
un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente
a un campo magnético generaba una diferencia de
potencial. Ello le permitió construir el primer generador
electromagnético, un generador homopolar, empleando
un disco de cobre que giraba entre los extremos de un
imán con forma de herradura, generándose una
pequeña corriente. También fue utilizado como
generador de energía en una bicicleta para producir luz
de poca intensidad.
SABÍAS QUE …
Energía Potencial (J) = fuerza (N) x altura (m) = m g h
Energía Cinética (J) = ½ masa (kg) x (velocidad (m/s))
2
= ½ m v
2
.

Otra forma de energía eléctrica más sutil es transportada por la radiación electromagnética. Es la
llamada energía electromagnética y es la forma en que nos llega la energía solar. La energía
electromagnética es irradiada en mayor o menor cantidad por todos los objetos, dependiendo de su
temperatura (Ley de Stefan-Boltzmann). Viaja como una onda y puede transportar energía a través
del espacio vacío. La longitud de onda determina la forma de la radiación electromagnética: Rayos
X, radiación infrarroja y ultravioleta, microondas, ondas de radio y la pequeña banda de longitudes
de onda que nuestros ojos pueden detectar y que llamamos luz visible Estos aspectos se
describirán con más detenimiento más adelante.
5. Energía Atómica y Nuclear: Es la cuarta forma básica de la energía y está localizada en el
núcleo de los átomos. Las centrales nucleares que usan una tecnología para aprovechar
esta energía operan con los mismos principios que las centrales alimentadas con
combustibles fósiles, excepto que la caldera en la que se quema el combustible es
reemplazada por un reactor nuclear que genera calor.
La diferencia entre energía y potencia habrá que tenerla muy clara. Así la rapidez con la que la
energía se convierte o se transmite se llama potencia de la conversión o de la transmisión. Se
puede resumir en la siguiente fórmula:
(1.4)
donde P es la potencia, E la energía y t el tiempo.
La unidad de energía en el SIU es el Julio (J), pero se utilizan muchas otras: kWh, toneladas
equivalentes de carbón (o de petróleo), tec (o tep), barriles de petróleo, etc. Las estadísticas
nacionales sobre el consumo de energía suelen darse en megatoneladas equivalentes de petróleo,
Mtep (1Mtep = 10
6
tep)
Para una corriente continua, la potencia eléctrica (en Watios) es igual al producto del voltaje
V (en voltios) por la intensidad de corriente, I, (en amperios),
Recuerda que: 1 tonelada de petróleo ≅≅≅≅ 7,3 barriles de petróleo ≅≅≅≅ 1,5 toneladas de carbón
≅≅≅≅ 3 toneladas de madera seca ≅≅≅≅ 12.000 kWh de electricidad (con el 100% de eficiencia en
la conversión)
Una tonelada equivalente de petróleo es una
unidad de energía y es equivalente a la
energía calorífica que obtendríamos
quemando una tonelada de petróleo.
SABÍAS QUE …
Recuerda que: La potencia se mide en Watios (W) o en múltiplos tales como kilowatio
(kW) o megawatio (MW): 1W = 1J/s
P = E / t

(1.5)
Otras unidades de potencia son el caballo de vapor, CV, (1CV = 735 W)
Tabla 1.2. Prefijos y potencias de 10.
Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo
10
1
deca da 10
-1
deci d
10
2
hecto h 10
-2
centi c
10
3
kilo k 10
-3
mili m
10
6
mega M 10
-6
micro µ
10
9
giga G 10
-9
nano n
10
0
UNIDAD
1.1.3. Calor y temperatura
El sentido del tacto nos proporciona una indicación cualitativa de la temperatura (cuerpo caliente,
cuerpo frío). Sin embargo, esta apreciación conlleva muchos errores, ya que la piel es sensible al
ritmo de transferencia de energía (potencia calorífica) y no a la temperatura del objeto. Esta es la
razón por la que nos parece más frío un cuerpo metálico (buen conductor del calor) que otro de
madera (mal conductor del calor) aunque estén en la misma habitación (misma temperatura)
Debido a la necesidad de un método fiable y reproducible, se estableció un procedimiento para
medir la temperatura basado en el Principio Cero de la Termodinámica (Ley del equilibrio
térmico), que dice:
Debido a la conexión entre energía y potencia, es común medir la energía, y
particularmente la electricidad, en términos de potencia multiplicada por el tiempo:
1kW multiplicado por hora (1 kWh) es la energía que produciría un generador eléctrico
de 1 kW (1.000 W) de potencia actuando durante 1 hora (3.600 s)
P = V ⋅⋅⋅⋅ I
Unidades comunes de energía y factores de conversión:
1 kWh = 3,6 MJ
1Caloría = 4,186 J
1 termia = 105,5 MJ
Energía contenida en 1m3 de gas natural = 38 MJ

Dos objetos A y B que puedan intercambiar energía (por ejemplo, en forma de calor o de radiación
electromagnética) se dice que están en contacto térmico.
Dos objetos A y B se dice que están en equilibrio térmico cuando, estando en contacto, dejan de
intercambiar energía.
1.1.3.1.Termómetros y escalas termométricas
Los termómetros de uso común contienen un
líquido, normalmente mercurio o alcohol, que se
expande (aumenta su volumen) en un tubo capilar
de vidrio al aumentar su temperatura.
La calibración del termómetro se hace poniéndolo
en contacto térmico con entornos en los que la
temperatura permanezca constante, haciendo
marcas en el termómetro que se correspondan con
la altura del fluido en el capilar.
Figura 1.2. Termómetro
La escala termométrica más común es la Escala Celsius (Centígrada):
- La temperatura de la mezcla hielo-agua, a presión atmosférica, se define como cero grados
Celsius, y se escribe 0 ºC, representándose con una marca en el termómetro. Esta
temperatura se denomina punto de fusión o punto de congelación del agua.
- La temperatura de la mezcla de agua y vapor de agua, a la presión atmosférica, se define
como cien grados Celsius, y se escribe 100 ºC, representándose con otra marca en el
termómetro. Esta temperatura se denomina punto de vaporización o punto de ebullición del
agua.
Entre ambas marcas se hacen cien intervalos, representado cada intervalo un incremento de
temperatura de 1 ºC.
Escala Kelvin de temperatura:
Para su definición se usa el termómetro de gas a volumen constante. En este caso,
independientemente del gas utilizado, la presión del mismo tiende a cero (vacío perfecto) a una
temperatura de -273,15ºC. A esta temperatura se le llama cero absoluto, y se utiliza como base
para la escala Kelvin de temperatura.
Las relaciones entre las escalas Kelvin y Celsius son:
(1.6)
(1.7)
Entre ambas, sólo hay un desplazamiento del 0 de la escala.
T (K) = t (ºC) + 273,15
t (ºC) = T (K) – 273,15
“Si dos objetos A y B, considerados por separado, están en equilibrio térmico con
un tercer objeto C (termómetro), entonces A y B están en equilibrio térmico entre
sí.”

La Escala Fahrenheit define la temperatura del punto de fusión del hielo a 32 ºF, y la temperatura
del punto de ebullición del agua a 212 ºF. La relación entre la escala Celsius y la escala Fahrenheit
de temperatura es:
(1.8)
1.1.3.2. Conceptos de calor y energía interna.
La energía interna, U, de un cuerpo es la energía mecánica media asociada a sus constituyentes
microscópicos (átomos, moléculas o iones).
El calor, Q, es la energía transferida entre un sistema y su entorno (o entre un cuerpo y otro) como
consecuencia de una diferencia de temperatura entre ellos. El flujo de calor espontáneamente
siempre va desde el cuerpo caliente (mayor temperatura) hacia el cuerpo frío (menor temperatura)
Según el Primer Principio de la Termodinámica (Principio de conservación de la energía) si un
cuerpo (sistema, en general) intercambia calor, Q, con su entorno (ambiente o alrededores), realiza
trabajo mecánico, W, y, en virtud de su temperatura, T, irradia energía, R (según la ley de Stefan-
Boltzmann), el principio de conservación de la energía establece que:
(1.9)
1.- Q, W y R son magnitudes de la misma índole (se adicionan entre sí) y por tanto susceptibles de
medirse en las mismas unidades.
2.- Se observa que Q, W y R son magnitudes que dependen del proceso seguido por el sistema,
mientras que U es una función que depende del estado termodinámico del sistema (función de
estado). Si el proceso que realiza el sistema es cerrado (ciclo), entonces ∆U = 0.
Las unidades de calor son:
1 Caloría (cal): Es el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de agua desde 14,5 ºC hasta
15,5 ºC, ya que se supone que el calor específico del agua es igual a 1 cal /(g· ºC).
Un múltiplo de la caloría es la kilocaloría (kcal): 1 kcal = 10
3
cal.
Según la Termodinámica tanto el calor (Q), como el trabajo (W) y la energía irradiada (R) son
susceptibles de medirse en las mismas unidades. En el SIU, se miden en julios (J). Como múltiplos
tendremos el kilojulio (kJ), Megajulio (MJ), Gigajulio (GJ), etc.
La equivalencia entre ambas es: 1 cal = 4,186 J.
∆∆∆∆U = Q + W + R
t (ºF) = 9/5 t (ºC) + 32

Figura 1.3. Esquema del ciclo termodinámico vapor de agua en una central
térmica
Según la ecuación (1.10.), el trabajo de movimiento de la turbina-generador será:
(1.10)
El rendimiento de la transformación energética desde la energía calorífica Q1 del combustible hasta
el trabajo de movimiento (mecánico) de la turbina conectada al generador eléctrico, W, será:
(Teorema de Carnot). (1.11)
1<=
aportadaEnergía
útilEnergía
η
W movimiento = Q neto = Q1 – Q2
Para cerrar un ciclo termodinámico (devolver al
fluido de trabajo a su estado inicial, por ejemplo,
desde vapor de agua a agua líquida), dicho fluido
tiene necesariamente que ceder calor
(generalmente al ambiente) en una parte del ciclo.
Ello implica que no es posible convertir en trabajo
todo el calor que inicialmente absorbió el fluido del
combustible que se quema en la caldera, el fluido
de trabajo tiene que ceder una parte al ambiente, si
queremos devolverlo a las condiciones iniciales.
OTRO HECHO EXPERIMENTAL …

En ingeniería, a η también se le denomina eficiencia del dispositivo (motor, máquina o central) que
haya realizado la transformación energética.
Hay unos ciclos ideales, que en Termodinámica se les llaman reversibles, para los cuales
(rendimiento máximo o de Carnot). (1.12)
Siendo, T1 y T2 las temperaturas absolutas del foco caliente (caldera o cámara donde se quema el
combustible) y del foco frío (ambiente, en general), respectivamente.
Cualquier ciclo termodinámico real (irreversible se dice en Termodinámica) que realice un fluido
tendrá un rendimiento menor que el ideal (reversible). Todos los ciclos reversibles tienen igual
rendimiento, el rendimiento máximo de Carnot dado por la Ecuación (1.12). Ello permite definir el
concepto de Entropía.
11
1
2
1
21
<−=
−
=
T
T
T
TT
η

1.2. BLOQUE 2.
1.2.1. Radiación solar. Espectro.
Figura 1.4: Imagen del Sol.
El Sol produce energía en forma de radiación electromagnética, que es la fuente básica para la vida
en la Tierra. Tiene una potencia de 3,9 x 10
26
W, estando la superficie del Sol a una temperatura de
unos 6. 000 K.
Esta energía se desprende en la fusión de elementos (hidrógeno) que tienen lugar en el núcleo del
Sol, para dar moléculas de helio.
A la unidad de superficie situada en la capa límite de la atmósfera terrestre llegan, en promedio y
perpendicularmente a ella, un total de 1.367 W/m
2
. A este valor de la potencia solar (irradiancia) se
le denomina constante solar.
La constante solar varía durante el año según se muestra en la siguiente figura (NASA 1971):
Figura 1.5. Variación de la constante solar.

Tabla 1.3. Conceptos importantes de la radiación solar
Magnitud Explicación Unidad Símbolo
Irradiancia
La potencia de la radiación solar que incide en un
instante sobre una superficie determinada
W/m
2
I, E
Irradiación
La energía de la radiación que incide durante un
periodo de tiempo sobre una superficie determinada
W/m
2
ó
J/ m
2 H
Irradiancia
espectral
Es la potencia radiante por unidad de área y de
longitud de onda
W/(m
2
·µm) Iλ, Eλ
Irradiancia
directa
Radiación que llega a un determinado lugar
procedente del disco solar
W/m
2
Idir, Edir
Irradiancia
difusa
Es la radiación procedente de toda la bóveda celeste
excepto que procede del disco solar
W/m
2
Idif, Edif
Irradiancia
global
Se puede entender como la suma de la radiación
directa y difusa. Es el total de la radiación que llega a
un determinado lugar
W/m
2
Ig, Eg
Irradiancia
circumsolar
Es la parte de la radiación difusa procedente de las
proximidades del disco solar
W/m
2
Icir, Ecir
Radiación
extraterrestre
Es la radiación que llega al exterior de la atmósfera
terrestre. Solo varía con la distancia Tierra- Sol
W/m
2
ó
J/m
2 I0, E0
1.2.1.1.Distribución de la radiación solar.
La potencia radiante de 1.367 W/m
2
que llega al exterior de la atmósfera no es la que finalmente
alcanza la superficie terrestre puesto que la atmósfera atenúa la radiación solar. En la Figura 1.6 se
representan diferentes fenómenos que atenúan la radiación solar al atravesar la atmósfera.
Figura 1.6. Interacción de la radiación solar con los componentes atmosféricos
La distribución de la energía irradiada por el Sol por longitud es bastante parecida a la de un cuerpo
negro a la temperatura absoluta de 5. 777 K (6.000 K, aprox.). La Figura 1.7 representa cómo se
distribuye la irradiancia en función de la longitud de onda, en kW/m
2
µm). A este tipo de
representaciones se les llama espectro.

La diferencia entre la radiación del cuerpo negro a 5.777 K y la radiación global horizontal que llega
a la Tierra se debe a la absorción de determinadas longitudes de onda por la atmósfera.
Por ejemplo, el ozono de las capas altas de la atmósfera absorbe la radiación ultravioleta, que es de
alta energía y que es perjudicial para la salud. Esta radiación tiene una longitud de onda λ ≤ 290 nm
(En la figura 1.7 corresponde con la zona que está a la izquierda).
Figura 1.7. Espectro de la radiación solar fuera de la atmósfera, a nivel del mar y
una masa de AM = 1
Un cuerpo negro es aquél que absorbe toda la radiación que le llega, pero para
mantener su equilibrio térmico, a una temperatura T, emite energía continuamente
de una forma característica que es función sólo de su temperatura.

Figura 1.8. Espectro electromagnético.
En la Figura 1.8. se muestra todo el espectro electromagnético. La parte visible del espectro se
corresponde con un intervalo muy estrecho de longitudes de onda entre (440 -700 nm).
La forma en que se reparte la radiación
electromagnética en función de su longitud
de onda.
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO ES …

Figura 1.9. Irradiancia solar en varios estados del tiempo atmosférico
En la superficie terrestre, en un plano horizontal, la irradiancia puede alcanzar un valor máximo de
unos 1.000 W/m². Este valor depende del lugar, del día del año y, sobre todo, de la nubosidad. De
esta forma, en un día nublado la irradiancia puede estar en torno a los 100 W/m², mientras que un
día soleado puede estar en torno a los 800 W/m².
Todo cuerpo a una temperatura absoluta, T, emite radiación electromagnética. Dicha radiación se
modela como la que correspondería a como un cuerpo negro, que emite habitualmente en el
infrarrojo (IR)
La excitancia radiante de una superficie (M) en un punto cualquiera de la misma es la cantidad de
energía emitida desde dicho punto en todas las direcciones del espacio por unidad de tiempo y
área.
El cielo, como cualquier cuerpo, emite energía electromagnética, también en el infrarrojo térmico.
La irradiación media anual en la superficie horizontal de la Tierra (kWh/m²) varía en los distintos
lugares de la Tierra. En el desierto del Sahara hay una irradiación solar de unos 2.300 kWh/(m²
año).
En el sur de Europa, la irradiación solar máxima está entre 1700-1800 kWh/(m² año), y en el norte
de Europa oscila entre 700 y 1200 kWh/(m² año).

1.2.1.2. Aparatos de medida de la radiación solar
La Figura 1.10. muestra los diferentes aparatos que habitualmente se utilizan para medir la
radiación solar.
Figura 1.10. Aparatos de medida de la radiación solar.
El heliógrafo está compuesto por una esfera de vidrio que enfoca los rayos solares sobre una tira
de papel, desde el momento de amanecer hasta el instante de anochecer, que se quema debido a
la temperatura alcanzada. La longitud de la zona quemada de la cinta de papel determina las horas
de insolación.
El piranómetro tiene gran precisión y fiabilidad en la medida de la radiación global y difusa. Están
compuestos por dos semiesferas de vidrio, una placa negra (superficie absorbedora), situada a la
base de las esferas, y varios termopares conectados a dicha placa. Todo se acopla en una carcasa
metálica. Cuando la radiación incide sobre la semiesfera de vidrio calienta la superficie absorbedora.
La variación de temperatura alcanzada, que es proporcional a la intensidad de la radiación, se
transforma en diferencia de potencial en los termopares. Esta diferencia de potencial es la que se
registra y almacena.
Para medir la radiación difusa es necesario colocar una banda, que sombrea en todo momento al
disco solar. Hay que hacer, no obstante una corrección ya que también oculta parte de la bóveda
celeste.
La radiación directa se determina como diferencia entre la radiación solar global menos la difusa.
El pirheliómetro se utiliza para medir la radiación solar directa, que proviene del disco solar. Está
montado sobre un seguidor solar que enfoca continuamente el dispositivo sensor hacia el Sol.
Si se dispone de piranómetros y pirheliómetros bien calibrados estos pueden alcanzar precisiones
del 5%.

1.2.2. Movimiento solar diario y estacional.
La Tierra gira alrededor del Sol en un plano al que se le llama plano de la eclíptica, describiendo
una elipse en la que los puntos más lejano y cercano al sol (llamados afelio y perihelio,
respectivamente) se alcanzan aproximadamente el 4 de julio y el 3 de enero. El Sol está en uno de
los focos de la elipse. Además, rota sobre su eje, originando así los días y las noches.
El eje de rotación de la Tierra está inclinado respecto al del plano de la eclíptica un ángulo de 23,5º,
y es precisamente la existencia de este ángulo lo que origina las estaciones del año.
Figura 1.11. Movimiento de la Tierra respecto del Sol (1UA = 1.496 —108 km)
Al ángulo que sobre la elipse forma la Tierra respecto del Sol se le llama ángulo diario (Γ).
El ángulo que forma el ecuador con el plano de la eclíptica, se le llama ángulo de declinación (δ).
Este ángulo cambia a lo largo del año por la traslación de la Tierra respecto del Sol. En la Figura
1.12. tenemos la definición del ángulo.
Figura 1.12. Ángulo de declinación

En la Figura 1.13. se representa la variación del ángulo de declinación con el día del año.
Figura 1.13. Variación del ángulo de declinación con el día del año.
Si tomamos con origen la Tierra, entonces tenemos lo siguiente:
Figura 1.14. Movimiento aparente del Sol visto desde la Tierra.
1.2.2.1. Hora solar verdadera. Ecuación del tiempo.
La Ecuación del tiempo es la diferencia entre el tiempo solar medio (medido por un reloj) y el
tiempo solar aparente (tiempo medido por un reloj de Sol). Esta diferencia varía a lo largo del año y
alcanza su mayor diferencia a principios de noviembre, cuando el tiempo solar medio está a más de
16 minutos por detrás del tiempo solar aparente (en concreto a 16 minutos 33 segundos cerca del 3
de noviembre), y a mediados de febrero, cuando el tiempo solar medio va más de 14 minutos por
delante del aparente.

A esta ecuación se le conoce como Ecuación del tiempo.
De esta forma, si todos los días, a la misma
hora, hacemos una fotografía del Sol, éste
cambiará su posición a izquierda o derecha
según la ecuación del tiempo y hacia arriba o
abajo dependiendo del ángulo de declinación.
A esta curva se le llama Analema.
Utilizando las expresiones de la ecuación del
tiempo y del ángulo de declinación podemos
obtener la figura del analema que se muestra
en la figura de al lado.
Figura 1.15. Analema
No obstante, a la hora de dimensionar instalaciones fotovoltaicas o térmicas, no es necesario
tener en cuenta esta figura. Sí, por el contrario, hay que tener en cuenta la duración del día y el
ángulo que forma el Sol respecto al Sur del lugar en que nos situemos y el ángulo de elevación
solar a lo largo del día.
Figura 1.16. Ángulos solares desde el observador
Existen fórmulas empíricas que dan esta diferencia con un error máximo de 30
segundos, una de ellas se muestra a continuación:
.204089,02cos014615,0032077,0
2cos001868,0000075,0·(18,229(min)
Γ−Γ−Γ−
Γ+=
sensen
Et
SABÍAS QUE …

En el plano del observador, el Sol está un ángulo α por encima de éste (elevación solar) y forma un
ángulo Ψ con la dirección Sur (ángulo azimutal). Al ángulo ω se le llama ángulo horario y es igual a
cero para las 12 de la mañana y varía 15º cada hora por la rotación de la Tierra.
La elevación solar depende de la latitud, del ángulo de declinación y de la hora del día. El ángulo
azimutal depende también del ángulo de declinación, la elevación solar y la hora del día.
(1.13)
Si queremos calcular el ángulo horario de salida y puesta del Sol (ωs), tomamos aquellos puntos
donde la altitud del Sol es cero (α=0) y tenemos:
, (1.14)
o lo que es lo mismo:
. (1.15)
donde φ es la latitud del lugar donde se sitúa el observador
La duración de un día, Nd, está relacionada con el ángulo de salida como:
. (1.16)
1.2.3. Energía incidente sobre una superficie plana inclinada
En el caso de que la superficie esté inclinada un cierto ángulo β respecto de la horizontal (y
orientada al Sur), podemos hacerla equivalente a que la superficie esté en una latitud φ0 = φ − β.
Podemos definir un ángulo de salida del Sol para esta superficie (teniendo en cuenta su inclinación).
Hay que tener cuidado con la solución de las ecuaciones para evitar el caso de que el Sol salga
antes en el panel que en la latitud en la que está situado.
Las Ecuaciones (1.13) y (1.14) determinan la altura solar, α, y el ángulo azimutal, Ψ, del Sol respecto
de un observador situado en un lugar de la Tierra con latitud φ. Los ángulos α y Ψ determinan la
posición del Sol en cada instante respecto al lugar donde se ubique el captador (observador).
)tantan(cos
15
2 1
δφ−= −
dN
)tantan(cos 1
δφω −= −
s
δφ
δφ
ω
·coscos
·
cos
sensen
s
−
=
.
cos
·cos
α
ωδ sen
sen =Ψ

Figura 1.17. Orientación angular del captador respecto a la dirección sur del lugar.
Posición angular del Sol, αααα y ψψψψ, vista desde el captador.
Cuanto más perpendicular se encuentra el Sol respecto de la superficie terrestre, menor es el
camino que recorre la radiación solar hasta llegar a ésta. Se define la “masa de aire” (AM) como el
intervalo del cociente entre el recorrido óptico de un rayo solar para una altura solar α y el
correspondiente a la normal, es decir:
(1.17)
Evidentemente, AM es mínimo cuando el Sol se encuentra en el cénit, en este caso AM = 1 (vertical
del observador). La radiación solar antes de llegar a la atmósfera terrestre tiene una masa de aire,
AM = 0.
z
o
sensen
sen
AM
θαα cos
1190
===

Figura 1.18. Valores de AM para distintas posiciones del sol
En nuestras latitudes nunca se da el caso de AM = 1. Este valor sólo se da en el Ecuador, donde la
latitud φ = 0. Por ejemplo, en Madrid, en el mejor de los casos se obtiene un AM = 1,05 el 21 de
Junio.
Figura 1.19. Atenuación del espectro solar en función de la AM a nivel del mar.
1.2.4. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación.
Existen dos tipos de pérdidas:
- Pérdidas por orientación (kWh/m
2
ó MJ/m
2
): cantidad de irradiación solar no aprovechada
por m
2
del sistema captador a consecuencia de no tener la orientación óptima (Sur).

- Pérdidas por inclinación (kWh/m
2
ó MJ/m
2
): cantidad de irradiación solar no aprovechada
por m
2
del sistema captador a consecuencia de no tener la inclinación óptima, inclinación
que depende de las estaciones del año.
La posición óptima de instalación de los captadores es la orientación hacia el Sur geográfico, y la
inclinación, dependiendo del periodo que queramos que sea su utilización, como uno de los valores
siguientes:
a) demanda constante anual: la latitud geográfica, φ.
b) demanda preferente en invierno: la latitud geográfica + 10 º.
c) demanda preferente en verano: la latitud geográfica – 10 º.
En las aplicaciones fotovoltaicas es muy importante que los rayos solares incidan
perpendicularmente sobre el módulo (radiación directa), ya que el efecto fotovoltaico se ve
favorecido por ello. Para aplicaciones térmicas no es necesario seguir al Sol, ya que los captadores
también trabajan con radiación difusa.
Las pérdidas por estos conceptos se calcularán en función de:
a) Ángulo de inclinación (β): ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal.
Su valor es 0º para módulos horizontales y 90º para verticales (ver Figura 1.17).
b) Ángulo de azimut (Ψ): ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la
superficie del módulo y el meridiano del lugar. Dicho ángulo toma el valor de 0º para paneles
orientados al Sur, -90º para paneles orientados al este y +90º para paneles orientados al oeste (ver
Figura 1.17).
Figura 1.20. Pérdidas de captación solar de una superficie en función de la
inclinación respecto a la horizontal y en función de la orientación respecto al sur
geográfico.

1.2.5. Cálculo de sombras y bloqueos
La proyección de sombras sobre una instalación fotovoltaica influye más sobre la producción solar
que en las instalaciones solares térmicas, por lo que ya dijimos del aprovechamiento de los
captadores térmicos de la radiación difusa. A título orientativo, en una instalación solar térmica con
un sombreado del 30% produce una caída de un 30%, mientras que en una fotovoltaica la caída es
mucho mayor del 30%, llegando a ser del 80-90% si no se ponen las medidas adecuadas.
Podemos clasificar las sombras en dos tipos:
a) Sombreados temporales: debidos a la caída de hojas, nieve, suciedad, etc.
b) Sombras debidas a la situación: es decir sombras debidas a los alrededores de la instalación,
como edificios, árboles, etc.
c) Sombras debidas a la propia instalación: por ejemplo captadores que se dan sombra unos a
otros por falta de espacio.
CÁLCULO DE SOMBRAS
La sombra se suele determinar en relación al lugar donde se ubica la instalación, por lo general en
el punto medio del captador térmico y en función del contorno de los posibles obstáculos entre el Sol
y la instalación. Si la instalación es grande este cálculo debe realizarse para varios puntos de la
misma.
El procedimiento consiste en analizar el contorno de los posibles obstáculos entre el Sol y la
instalación. Esto se puede hacer con:
- Un analizador de sombras (fotográficamente o a través de una cámara digital y software).
- Un diagrama de las trayectorias solares en una lámina.
- Con un plano de la situación y un diagrama de las trayectorias solares.
Se procede ahora a calcular todas las alturas solares y el azimut de los obstáculos midiendo las
distancias y alturas respectivas.
Figura 1.21. Cálculo de sombras producidas por un objeto (árbol) sobre una
instalación solar.

GUÍA BÁSICA DE DISEÑO Y MONTAJE DE INSTALACIONES SOLAR
Dirección General de Formación para el Empleo. Junta
Cuando la altura solar sea inferior al ángulo
obstáculo (árbol) producirá sombras sobre la instalación de la Figura
Luego se utiliza un diagrama de trayect
conocen matemáticamente (Ecuaciones (1.13) y (1.14
Figura 1.22. Diagrama de trayectorias solares en un lugar de la Tierra de latitud
Como resultado del análisis de sombras se obtiene el contorno de la sombra de los alrededores
sobre el diagrama de las trayectorias solares. Hay programas que calculan la disminución de la
radiación incidente provocada por las sombras de los alrededores do
solar.
1.2.5.1.Sombras producidas por la propia instalación.
Por la propia disposición de las filas de los módulos en una instalación
pueden dar sombras unas a otras. Para una instalación
Figura 1.23. el aprovechamiento de una superficie disponible viene dado por f = a / d. La distancia
entre módulos es:
siendo α la altura solar y β la inclinación de los
captadores es de 2,5 veces la altura del captador (
la altura solar sea inferior al ángulo α calculado por la Ecuación (1.18
obstáculo (árbol) producirá sombras sobre la instalación de la Figura (1.21.).
Luego se utiliza un diagrama de trayectorias solares para la latitud dada (ver figura 1.22), que se
(Ecuaciones (1.13) y (1.14)) y se proyecta el entorno sobre las mismas.
. Diagrama de trayectorias solares en un lugar de la Tierra de latitud
39º N.
trayectorias solares. Hay programas que calculan la disminución de la
radiación incidente provocada por las sombras de los alrededores donde se va a situar la instalación
ombras producidas por la propia instalación.
Por la propia disposición de las filas de los módulos en una instalación solar térmica
pueden dar sombras unas a otras. Para una instalación orientada al Sur tal como se muestra en la
. el aprovechamiento de una superficie disponible viene dado por f = a / d. La distancia
la inclinación de los captadores. En España, la distancia mínima entre
captadores es de 2,5 veces la altura del captador (d1= 2,5 h).
α
αβ
sen
sen
ad
)180( −−
=
d
h
d
hh ∆
=
−
= −112
tan;tan αα
de Extremadura.
(1.18)
calculado por la Ecuación (1.18) entonces el
(ver figura 1.22), que se
)) y se proyecta el entorno sobre las mismas.
. Diagrama de trayectorias solares en un lugar de la Tierra de latitud φφφφ =
trayectorias solares. Hay programas que calculan la disminución de la
nde se va a situar la instalación
solar térmica, éstas se
ur tal como se muestra en la
. el aprovechamiento de una superficie disponible viene dado por f = a / d. La distancia
(1.19)
En España, la distancia mínima entre

Figura 1.23. Distancia entre filas para evitar sombras en una instalación fija.
1.2.6. Transformación energética de la radiación solar.
Casi el 30% de la radiación que llega a la Tierra se devuelve al espacio por reflexión. Un 47% se
convierte en calor, al ser absorbida por la atmósfera, el suelo y los mares. Un 23% se invierte en la
evaporación del agua de los océanos, lagos y ríos, así como en el ciclo hidrológico completo. El
0,2% es responsable de los movimientos de circulación atmosférica y oceánica, y solamente el
0,02% se utiliza en la producción de la materia viviente (biomasa) al ser capturada por las hojas
verdes de las plantas para realizar la fotosíntesis.
Fotosíntesis.- Globalmente, la reacción fotoquímica que tiene lugar en las hojas de las plantas
(mediando la clorofila) es:
(1.20)
Así pues, el CO2 con el agua capturada por las raíces y la luz solar se recombinan para dar un
hidrato de carbono y oxígeno. Este hidrato de carbono puede considerarse como un almacén de
energía solar. Los animales, al alimentarse de las plantas, utilizan la energía en ellas acumulada,
mediante procesos metabólicos.
El Clima.- La energía solar es también la responsable de los cambios, algunos de carácter
periódico, que condicionan los valores de las variables atmosféricas (presión, temperatura,
humedad relativa del aire, etc.). Así calienta en mayor medida la Tierra en las zonas ecuatoriales,
provocándose diferencias de temperatura del aire en diferentes zonas, por tanto, diferencias de
presión. Estas diferencias de presión son las que mueven las masas de aire (vientos).
La radiación solar también evapora el agua de los océanos formando las nubes. Los vientos las
trasladan a grandes distancias, hasta que precipitan en forma de lluvia o nieve. Si estas
precipitaciones caen en tierra firme, éste agua se puede almacenar en embalses (energía
hidráulica).
Otros factores influyen en la climatología de las distintas zonas del globo: zonas con extensa
vegetación, cadenas montañosas y el propio hombre, produciéndose microclimas.
6 CO2 + 6 H2O+ luz solar → C6H12O6 + 6 O2

PROCESOS TECNOLÓGICOS
Los procesos tecnológicos de transformación de la energía solar se pueden dividir en:
- Procesos Directos: Cuando la conversión de la energía solar se realiza en una sola etapa,
en un único proceso. Por ejemplo, calentamiento directo de un cuerpo, conversión de la luz
solar en electricidad (efecto fotovoltaico), etc.
- Procesos indirectos: Cuando la energía solar puede producir energía útil a través de
procesos intermedios. Por ejemplo, el viento, la energía hidráulica, de las olas, la energía
termosolar, etc.
- Procesos térmicos directos.- Cuando la radiación solar incide sobre la superficie de
cualquier cuerpo, hace que éste se caliente. La cantidad de energía absorbida por el cuerpo
depende de la irradiancia incidente y de la capacidad de absorción del material,
absortancia, α.
En general, la interacción de la radiación solar con la materia, depende de las siguientes
propiedades de los materiales:
a) De la absortancia, α, como ya se ha dicho, la absortancia de un material es el tanto por uno
de la energía solar que llega a su superficie y que es absorbida por el mismo.
b) De la reflectancia de la superficie, ρ. La reflectancia de una superficie es el tanto por uno
de la energía solar que llega a la misma y es reflejada por ella.
c) De la transmitancia del material, τ. La transmitancia de un material es el tanto por uno de la
eergía solar que llega al mismo y es trasmitida por él.
d) De la emisividad del material, ε, que es el tanto por 1 de la energía emitida por un cuerpo y
la correspondiente a un cuerpo negro.
La relación entre las distintas propiedades es:
(1.21)
Los cuerpos blancos reflejan la mayor parte de la radiación que llega sobre ellos, mientras que los
cuerpos oscuros o negros tienen una reflectancia muy pequeña, calentándose apreciablemente. Si
además, esta superficie oscura tiene una absortancia elevada, ésta es una excelente candidata para
ser utilizada como superficie absorbedora en un captador solar.
La eficiencia de un captador solar puede optimizarse mediante diversas técnicas basadas en
efectos físicos, entre los que destaca el efecto invernadero, que realizan de forma natural los
vidrios. Los vidrios son sustancias que son transparentes a la radiación solar, pero opacos al
calor (radiación infrarroja) que se desprende en la superficie de captación, impidiendo su fuga al
exterior.
Otros sistemas utilizan la concentración de los rayos solares mediante espejos curvos o lentes para
elevar considerablemente la intensidad de la radiación incidente sobre la superficie absorbedora.
Destacan los espejos cilindro-parabólicos (plantas termosolares), discos parabólicos (motor Stirling),
heliostatos (espejos que siguen al sol en todo momento y concentran la radiación en un punto
(receptor central) en las llamadas torres de potencia), lentes de Fresnel, etc.
α + τ + ρ = 1

GUÍA BÁSICA DE DISEÑO Y MONTAJE DE INSTALACIONES SOLAR
Dirección General de Formación para el Empleo. Junta
Figura 1.24
Figura 1.25. Solar térmica de media y alta temperatura
Figura 1.24. Torre de potencia.
. Solar térmica de media y alta temperatura
de Extremadura.
. Solar térmica de media y alta temperatura

1.2.7. Esquema de aprovechamiento solar
Figura 1.26.Esquema de aprovechamiento de la radiación solar
La Figura 1.26 representa un esquema de aprovechamiento de la radiación solar. En ella se
contempla cómo la energía solar puede convertirse directamente en energía eléctrica a través del
efecto fotovoltaico. Del mismo modo, cualquier cuerpo expuesto al Sol se calienta al recibir la
radiación procedente del mismo. Las demás transformaciones de la energía procedente del Sol ya
no se dan de forma directa.
Así, la energía cinética del aire en movimiento viene provocado por las diferencias de presión
atmosférica entre los diferentes lugares de la Tierra. Diferencias de presión producidas, a su vez,
por el diferente calentamiento solar de las diversas zonas de la superficie terrestre.
La energía hidráulica se puede considerar como un almacenamiento de energía potencial
gravitatoria, una vez se ha represado el agua de lluvia que cae sobre la tierra firme. Como es
conocido, el agua de las nubes es evaporada por la acción del Sol. En este caso, además, esta
energía potencial hidráulica hay que convertirla en energía cinética del agua y dirigirla sobre los
álabes de una turbina (energía mecánica) conectada a un generador, para, finalmente, obtener
electricidad (energía útil).
La energía solar concentrada mediante instrumentos ópticos (termosolar) produce el calentamiento
de un aceite orgánico, que, mediante un intercambiador de calor, calienta agua, produciéndose
vapor de agua. Este vapor se inyecta contra los álabes de una turbina de vapor, provocando un
movimiento de rotación (energía mecánica). El eje de rotación está conectado a un generador que
produce electricidad como resultado final.
El Sol también calienta de forma directa la superficie de los mares y océanos aumentando su
temperatura, mientras, las profundidades marinas permanecen frías. Esta diferencia de temperatura
puede aprovecharse para hacer funcionar una máquina cíclica térmica y producir trabajo mecánico

que accione un generador y obtener, una vez más, electricidad. A esta tecnología e le conoce como
energía térmica de los océanos.
Finalmente, a través de la fotosíntesis, la energía del Sol se puede almacenar en las plantas
(biomasa). Esta biomasa puede quemarse y producir calor que, a su vez, puede utilizarse como foco
térmico para calentar un fluido que realice un ciclo termodinámico, valiéndose del ambiente como
foco frío. La máquina térmica así acoplada realiza trabajo mecánico que puede servir para mover un
generador eléctrico. Otro tipo de biomasa es la de tipo residual. En este caso, y por acción de
bacterias, el proceso de putrefacción de la materia genera biogás (mezcla de metano y CO2). Este
proceso dura años, pero si se controla adecuadamente puede durar días y así se puede aprovechar
eficientemente el biogás producido, utilizándolo, por ejemplo, como combustible con el que opere
una máquina térmica cíclica que mueva (trabajo mecánico) a un generador eléctrico.
La biomasa para usos energéticos puede cultivarse, son los denominados cultivos energéticos. Aquí
puede utilizarse para estos fines desde madera, hasta paja de cereales, aceites vegetales, etc. Una
alternativa que recientemente está recibiendo mucha atención son los cultivos de microalgas, las
cuales, además de captar CO2 atmosférico y desprender O2, ya que realizan la fotosíntesis, puede
extraerse de ellas aceite que puede usarse como biodiesel, con la ventaja que no contiene azufre,
no es tóxico y es muy biodegradable.
Otra opción es el cultivo de microalgas para la producción de hidrógeno mediante la biofotólisis,
que cosiste en la descomposición biológica del agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno así
producido puede utilizarse en una pila de combustible y generar electricidad.
1.2.8. La problemática del almacenamiento.
Como se ha visto, la disponibilidad de la energía procedente del Sol depende del clima local, y, por
tanto, es impredecible a tiempos medios. La radiación solar que incida sobre los módulos
fotovoltaicos o sobre los captadores térmicos en un día futuro no se conoce con precisión. A lo
sumo, conocemos los valores medios en base a lo que ha pasado en 5, 10, 25, 50 … años
anteriores (clima), pero no los valores precisos de la radiación solar referidos a un día concreto en
un lugar determinado.
No es posible diseñar una instalación térmica que garantice que en un día determinado vaya a
producir una cantidad de calor concreta. Como mucho, se podrá diseñar para que, en valores
medios, las instalaciones produzcan una cantidad de energía media en el mismo intervalo de
tiempo.
En situaciones aisladas, al usuario hay que explicarle que su futura instalación es flexible; es decir,
produce más energía los días de mayor radiación (días despejados) y menos energía cuando los
días son nublados. Sus posibilidades de consumo van a depender de una materia prima
variable.
También, el consumo de energía es variable. El usuario, en general, no podrá saber con exactitud
la energía que va a necesitar un día determinado.
¿Significa eso que no se puede diseñar una instalación que garantice el 100% del suministro de
energía en un lugar determinado?. No, se puede hacer, pero sobredimensionando dicha
instalación lo que implica que la encarecemos.
Para disponer de la energía útil (calor y/o electricidad) a partir de la radiación solar, (y, en general, a
partir cualquier energía renovable), donde queramos y cuando queramos, es necesario almacenar
dicha energía útil obtenida a partir de la radiación solar.
1.2.8.1. Sistemas de almacenamiento.
Los sistemas de almacenamiento de calor de origen solar se denominan acumuladores. En una
instalación solar el acumulador se encarga de almacenar la energía generada por los captadores
solares. Al existir frecuentes desfases temporales entre los periodos de radiación solar y los

periodos de consumo de energía térmica, la utilización de acumuladores resulta imprescindible en
las instalaciones solares térmicas. Los requisitos necesarios de un buen acumulador son:
• Elevada capacidad térmica del medio de almacenamiento (agua, en general).
• Adecuada estratificación de temperaturas.
• Alta resistencia dentro de los rangos de presión y temperatura de trabajo.
• Buen aislamiento térmico.
• Correcto posicionamiento de las tuberías de conexión.
• Larga durabilidad.
• Bajo coste.
• Adecuadas propiedades medioambientales.
Otra forma de almacenar la energía solar térmica es mediante acumuladores de cambio de fase,
lo que permite reducir en gran medida los volúmenes de acumulación, mantenimiento o incluso
incrementando la capacidad de almacenamiento.
Se trata de aprovechar el calor latente que se desprende o absorbe (según sea el sentido del
cambio) cuando una sustancia cambia de fase a una determinada temperatura y presión. Los
procesos que se dan en uno o en otro sentido son: fusión – solidificación, vaporización –
licuefacción (o condensación), sublimación sólido – vapor, sublimación vapor – sólido.
Otra tecnología de acumulación de energía solar de alta temperatura es la descomposición térmica
del agua en hidrógeno y oxígeno a temperaturas del orden de los miles de grados (2.000 ºC). El
hidrógeno así obtenido puede utilizarse en una pila de combustible y producir electricidad.
1.2.9. Rendimiento de los sistemas solares.
Como en todos los procesos de transformación de Energía Primaria en Energía final, los
rendimientos de los mismos no son nunca del 100% (Segundo Principio de la Termodinámica en su
versión general).
El rendimiento de un captador solar térmico se define como el cociente entre la energía térmica útil
o extraída por el fluido de trabajo (en general, agua), Eu, y el producto del área de apertura del
captador, A, por la irradiación solar que incide sobre el mismo, H, durante un intervalo de tiempo. Su
valor depende de las pérdidas ópticas y térmicas del captador. Por unidad de tiempo (potencia),
se tiene:
(1.22)
Donde ahora I significa la irradiancia (potencia solar)
η = Eu / (I A)
En el caso de la tecnología termosolar, la
acumulación de calor se hace mediante
sales fundidas. El fluido de trabajo suele ser
una mezcla de sales. Por ejemplo, la central
solar Andasol – 1 trabaja con una mezcla del
60% de Nitrato Sódico (NaNO3) y del 40% de
Nitrato Potásico (KNO3). 28.500 toneladas de
esta mezcla almacenan 1.010 kWh térmicos.
.
SABÍAS QUE …

Las pérdidas ópticas representan la fracción de la irradiancia solar no absorbida en la placa
absorbedora del captador. Dependen de la transmitancia, τ, de la cubierta (vidrio) del captador y de
las propiedades absorbentes (absortancia), α, de la superficie absorbedora del captador. El
rendimiento óptico o ganancia óptica se define como:
(1.23)
Las pérdidas térmicas dependen de la diferencia de temperaturas entre la placa absorbedora
(absorbedor) y el ambiente, de la irradiancia incidente y de la conductividad térmica de los
materiales que constituyen el captador. Este último factor se encuentra considerado dentro del
coeficiente global de pérdidas térmicas, k, expresado en W/( m
2
K).
(1.24)
Cuando la temperatura de trabajo aumenta, también hay que tener en cuenta las pérdidas térmicas
por radiación ( R = ε σ ( T absorbedor – T amb)4
), siendo, ε, la emisividad de la placa absorbedora.
La Figura 1.27. representa la Ecuación (1.24.) para diferentes valores de la irradiación solar.
Figura 1.27. Rendimientos de un captador térmico en función de la diferencia de
temperatura del absorbedor y el ambiente y para diferente irradiación solar.
El rendimiento global de la instalación solar térmica dependerá además de las pérdidas en el
sistema de acumulación, tuberías, intercambiadores de calor, etc., que también habrá que
contabilizar, siendo el captador el elemento que más influye en dicho rendimiento global.
ηηηη =ηηηηo – k⋅⋅⋅⋅(∆∆∆∆T/I)
ηηηηo = ττττ⋅⋅⋅⋅αααα

Resumen del módulo I
En este módulo se han presentado los fundamentos físicos de la radiación solar y su
aprovechamiento térmico.
Se comienza haciendo un recordatorio de las magnitudes físicas más importantes y
que después se usan en el desarrollo del módulo. Así se definen magnitudes tales
como la energía, potencia, trabajo mecánico, energía interna, calor, temperatura,
radiación solar, etc. y sus correspondientes unidades en el Sistema Internacional de
Unidades (SIU).
Se muestra que todo cuerpo (incluido el Sol) irradia energía electromagnética, siendo
esta energía irradiada proporcional a la temperatura absoluta del cuerpo. La
radiación electromagnética proveniente del Sol se reparte según las diferentes
longitudes de onda (espectro).
Básicamente la radiación solar se descompone en luz y calor (zona del espectro de
grandes longitudes de onda). En este módulo se trata sobre el aprovechamiento de
ese calor solar para obtener agua caliente sanitaria (ACS) o simplemente para
almacenarlo.
El aprovechamiento de la energía solar térmica de manera eficiente (evitar
sombras, utilizar, captadores de máximo rendimiento, etc.) constituye el final de este
módulo.

REPLANTEO DE LA INSTALACIÓN

El objetivo del módulo está dirigido a la selección del emplazamiento de los
componentes de la instalación y organizar el trabajo.
2.REPLANTEO DE LA INSTALACIÓN
2.1.Interpretación de planos de instalaciones de edificios
La palabra “gráfico” significa “referente a la expresión de ideas por medio de líneas o marcas
impresas en una superficie”. Entonces, un dibujo (plano) es una representación gráfica de algo real.
El dibujo, por tanto, es un lenguaje gráfico porque usa figuras para comunicar pensamientos e
ideas.
Como un dibujo es un conjunto de instrucciones que tiene que cumplir el operario, debe ser claro,
correcto, exacto y completo. Los campos especializados son tan distintos como las ramas de la
industria. Algunas de las áreas principales del dibujo son: Mecánico, arquitectónico, estructural y
eléctrico.
El término “dibujo técnico” se aplica a cualquier dibujo que se utilice para expresar ideas técnicas. A
continuación veremos los diferentes tipos de planos que podemos encontrar y que nos definirán una
instalación solar térmica:
Plano General o de conjunto: presenta una visión general la instalación a ejecutar, de forma que se
puede ver la situación de las distintas piezas que la componen, con la relación y las concordancias
existentes entre ellas. La función principal del plano de conjunto consiste en hacer posible el
montaje. Esto implica que debe primar la visión de la situación de las distintas partes, sobre la
representación del detalle. A la hora de realizar el plano de conjunto, se deben tener en cuenta
todas las cuestiones relativas de la normalización: formato de dibujo, grosores de línea, escalas,
disposición de vistas, cortes y secciones, etc.
Plano de montaje: explicará la forma en que se deben realizar las conexiones, uniones, etc., entre
los diferentes elementos que compongan la instalación.
Plano de perspectiva: detallará las medidas de los diferentes elementos, así como distancias entre
las diferentes partes de la instalación, diámetros de las conducciones, etc.
Para tener completamente identificada la instalación hay que incluir, en el plano de conjunto, una
lista con los elementos que lo componen. A continuación se expone un listado (no exhaustivo) de
símbolos correspondientes a diferentes piezas, máquinas, etc. que se pueden encontrar en una
instalación solar térmica.
Tabla 2.1 Simbología en instalaciones solares térmicas
Símbolo Significado
ALJIBE DE RESERVA
BOMBA
CODO CON VUELTA HACIA ARRIBA
CODO CON VUELTA HACIA ABAJO
COLECTOR
COLLARIN DE TOMA
CONTADOR GENERAL
CONTADOR DIVISIONARIO

DEPOSITO ACUMULADOR
DEPOSITO DE PRESION
DISPOSITIVO ANTIARIETE
DILATADOR EN LINEA
DESAGUE EN ARQUETA O ARMARIO
FILTRO
FLUXOR
GRIFO DE AGUA FRIA
GRIFO DE AGUA CALIENTE
PURGADOR
TERMOMETRO
LLAVE DE TOMA EN CARGA
LLAVE DE COMPUERTA
LLAVE DE BOLA O DE ACCIONAMIENTO RAPIDO
LLAVE DE PASO CON DESAGUA O GRIFO DE VACIADO
LLAVE DE AISENTO DE PASO RECTO
LLAVE DE ASIENTO DE PASO INCLINADO
LLAVE DE PASO CON GRIFO DE VACIADO Y DISPOSITIVO ANTIRETORNO
VASO DE EXPANSION
MANOMETRO
MANOMETRO Y PRESOSTATO
PRESOSTATO
VALVULA REGULADORA DE CAUDAL
VALVULA ANTIRETORNO
VALVULA DE 2 VIAS MOTORIZADA

VALVULA DE 3 VIAS MOTORIZADA
VALVULA LIMITADORA DE PRESION
PURGADOR
VALVULA DE VENTOSA
SONDA DIFERENCIAL
TERMICO DIFERENCIAL
INTERCAMBIADOR
Ejemplos de montaje.
Los sistemas de energía solar térmica utilizan los rayos solares para obtener agua caliente. Los
captadores concentran y calor del Sol transmitiéndolo a un fluido que queremos calentar. Este
fluido puede ser bien el agua potable de la casa, bien el sistema hidráulico de calefacción de la
vivienda, bien agua de una piscina que queremos climatizar, etc.
Una clasificación de las instalaciones en función del camino del agua de consumo es:
• Instalaciones de circuito abierto, donde el agua de consumo pasa directamente por los
captadores solares. Este sistema reduce costos y es más eficiente (energéticamente hablando),
pero presenta problemas en zonas con temperaturas por debajo del punto de congelación del
agua, así como en zonas con alta concentración de sales que acaban obstruyendo los paneles.
Los inconvenientes son la dificultad para emplear materiales que no contaminen el agua, el
riesgo de vaporización y congelación, el funcionamiento a la presión de la red con peligro en los
captadores, el no poder emplear anticongelante, el mayor riesgo de corrosión (aire en el agua),
las posibles incrustaciones calcáreas. También están sometidos más restricciones legales.
• Instalaciones de circuito cerrado, donde el agua de consumo no pasa directamente por los
captadores solares. Este sistema es el más común. Se utiliza un líquido anticongelante que
atraviesa los tubos dentro de los colectores y se calienta por la acción de la radiación solar. El
líquido caliente atraviesa el circuito hidráulico primario hasta llegar al acumulador, en el interior
del cual se produce un intercambio de calor entre el circuito primario y el secundario, es decir,
entre el líquido anticongelante calentado en las placas solares y el agua que vamos a usar
nosotros. En caso de que el agua contenida en el acumulador no alcance la temperatura de uso
deseada, entra en funcionamiento automáticamente el sistema auxiliar - caldera o resistencia
eléctrica - que se encarga de generar el calor complementario. Todo el proceso es automático y
vigilado por el sistema de control.
Los sistemas también pueden clasificarse en función del tipo de circulación del fluido. Así, la
circulación del fluido se consigue por:
• Circulación natural, es el caso de un sistema termosifónico. En este caso el depósito debe
colocarse en un nivel superior a los colectores para permitir la convección por diferencia de
temperatura. Para facilitar el movimiento del agua tiene que haber una diferencia suficiente de
temperatura entre el colector y el acumulador y una altura entre el acumulador y los colectores
mayor de 30 centímetros. Para evitar el riesgo de temperaturas elevadas en el depósito este se
diseña con volúmenes mayores de 70 l/m2 de colector. Los factores positivos de este sistema

son de carácter económico y de simplicidad de instalación, porque los equipos termosifónicos
no consumen energía eléctrica, ya que funcionan sin bomba. Esta característica ayuda a
disminuir el consumo energético de la vivienda y convierte a los equipos en autónomos que
siguen funcionando aunque el sistema eléctrico falle. El hecho de ser autónomo hace muy
atractiva su aplicación en aquellos lugares remotos donde no llega la red eléctrica. Los factores
negativos son de carácter estético y de resistencia del tejado, porque el depósito tiene que estar
encima de los paneles. La circulación natural reduce también el rendimiento del sistema solar.
• Circulación forzada, es el caso de un sistema con bomba de circulación. Esta instalación evita
los problemas de los sistemas de circulación natural. Como inconvenientes se encuentran las
necesidades de energía eléctrica y de regulación y control de la circulación. Cuando el
intercambiador está a una altura inferior a los captadores, la bomba es imprescindible. Hay que
incluir además una válvula antirretorno con el objetivo de evitar pérdidas en el acumulador por
el efecto termosifónico nocturno. Los factores positivos de este sistema son de carácter estético
y de rendimiento del sistema. Es posible colocar el acumulador en el interior de la vivienda, y
entonces el tejado no tiene que soportar el peso del acumulador (que puede ser de hasta 300 -
500 Kg.). La circulación forzada ofrece un rendimiento superior al de un sistema de circulación
natural, porque el fluido anticongelante circula de manera más rápida que el agua. Los factores
negativos son de carácter económico y de gestión del sistema: la inversión inicial es más alta y
también el sistema utiliza energía para el funcionamiento de la bomba. Sin embargo, este uso
de energía va a ser compensado por una mayor producción de agua caliente en comparación
con el sistema precedente.
Además, hay que tener en cuenta diferentes configuraciones en edificios, viviendas, teniendo en
cuenta las sistemas de apoyo, la existencia de acumulación o distribución distribuida o centralizada,
etc. A continuación se muestran algunos esquemas habituales, de instalaciones solares térmicas
donde se puede ver la distinta simbología utilizada.
Figura 2.1: Producción de ACS y calefacción en Vivienda Unifamiliar.
El esquema correspondiente a la Figura 2.1 muestra una instalación individual en una vivienda
unifamiliar, en la cual se ha instalado un depósito intercambiador con doble serpentín, como apoyo
se utiliza la caldera de calefacción. En la salida de agua caliente a consumo se deberá colocar una
válvula termostática para prevenir posibles accidentes debidos a la posibilidad de que las
temperaturas proporcionadas por los paneles sean altas.

Figura 2.2: Instalación centralizada en edificio de viviendas con apoyo individual.
En la figura 2.2 se muestra una instalación individual de producción de ACS dentro de un edificio de
viviendas; suponiendo que los acumuladores de cada usuario, se sitúan en la cubierta del edificio;
es preciso comunicar cada instalación interior de agua con el depósito central.
Como apoyo se utilizan las calderas individuales, en ese caso debe consultarse, con el fabricante de
las mismas, las temperaturas máximas que soportan en la entrada de agua fría, y si la misma es
baja, deberá realizarse una derivación con una válvula de tres vías que envíe el agua caliente
directamente a consumo cuando la temperatura proveniente del depósito sea alta; esta precaución
deberá ser adoptada en cualquier solución que utilice como apoyo calderas mixtas en serie con los
depósitos.
Será necesaria la instalación de contadores de agua caliente en cada vivienda. Nos podemos
encontrar problemas de legionella
Figura 2.3: Captadores colectivos – ACS individual con acumuladores en cada
vivienda.
En la figura 2.3 se muestra una instalación con todos los captadores colocados de manera colectiva
y desde los mismos se atienden a los acumuladores individuales situados en las viviendas ; para su
regulación no se pueden emplear los termostatos diferenciales habituales, siendo preciso programar
el funcionamiento de la bomba a partir de una determinada temperatura del agua en los captadores.
Cada instalación individual dispondrá de una válvula de regulación que permita el paso del agua de
los paneles cuando las temperaturas del agua acumulada sean bajas; ello hace aconsejable el uso
de bombas de caudal variable que se adapte continuamente a las diferentes condiciones de uso,
también se deberá instalar una válvula diferencial (VPD) que permita la circulación del agua aun
cuando todos los usuarios tengan sus válvulas de aporte cerradas.

Esta solución presenta el inconveniente del reparto de gastos, ya que para controlar la aportación
solar a cada usuario son preciso contadores de calorías, lo que encarece la instalación. Como
ventaja respecto a la individual, puede obtenerse mayor aprovechamiento solar, por darse
consumos más uniformes con usuarios colectivos que con usuarios individuales.
Figura 2.4: Edificios de viviendas con acumulación centralizada y apoyo individual
mediante intercambiadores de calor.
En edificios de viviendas con calderas individuales de calefacción, pueden integrarse sistemas
centrales para calentamiento de ACS con energía solar instalando depósitos comunitarios e
intercambiadores individuales tal y como se refleja en la figura 2.4.
Esta solución lleva a un consumo individualizado de la energía auxiliar. Además, mediante el
intercambiador centralizado y separado del consumo por los intercambiadores se evita el peligro de
la legionella así como el de la corrosión en el depósito, requiriendo menores gastos de
mantenimiento. Por el contrario, las pérdidas de carga serán superiores debido los
intercambiadores.
Figura 2.5 Edificio de viviendas con acumulación centralizada y con calefacción
central.
En la figura 2.5 se muestra una integración de una instalación para calentamiento del ACS con
paneles solares en una instalación centralizada de calefacción y ACS; el apoyo se realizaría
directamente sobre los acumuladores de la instalación centralizada. En este caso, los consumos de

energía auxiliar y de agua de red son colectivos, siendo necesaria la instalación de contadores
individuales.
Figura 2.6: Calentamiento de Piscina mediante captadores solares
Aquí ponemos un sencillo esquema (Figura 2.6) de una instalación solar para calentamiento de
piscina integrado en el sistema de depuración de agua, para piscinas privadas. Se trata quizás de la
aplicación térmica domestica más adecuada para la energía Solar, debido a que las temperaturas
de uso son moderadas (25 ºC) lo que proporciona mayores rendimientos.
Para piscinas cubiertas los paneles se integran en el sistema general, no precisando depósitos de
acumulación ya que el vaso de la piscina cumple sobradamente esta misión.
Un aspecto que puede fomentar la implantación de este tipo de instalaciones es que el RITE no
permite el calentamiento de piscinas descubiertas con energías convencionales.

2.2. Reglamento y normativas técnicas y de seguridad de instalaciones en
edificios.
2.2.1. Relación de normativa
Normativa que afecta directamente a las instalaciones térmicas en los edificios (relacionada por
rango y fecha).
Ley 38/1999, de 05-11-1999, de ordenación de la edificación.
Real Decreto 314/2006, de 17-03-2006, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación
(CTE).
Real Decreto 865/2003 de 04-07-2003 por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios
para la prevención y control de la legionelosis.
Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones
Térmicas en los Edificios. (RITE).
Real Decreto 1627/1997, de 24-10-1997, por el que se establecen las disposiciones mínimas de
seguridad y de salud en las obras de construcción.
Real Decreto 275/1995, de 24 de febrero, por el que se establecen las disposiciones de aplicación
de la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas 92/42/CEE, relativas a los requisitos de
rendimiento para las calderas nuevas de agua caliente alimentadas con combustibles líquidos o
gaseosos, modificada por la Directiva 93/68/CEE del Consejo.
Real Decreto 1627/1997, de 24-10, por el que se establecen las disposiciones mínimas de
seguridad y de salud en las obras de construcción.
Orden ITC/71/2007, de 22-01-2007, por la que se modifica el anexo de la Orden 28-07-1980, por la
que se aprueban las normas e instrucciones técnicas complementarias para la homologación de
paneles solares.
Orden de 21 de junio de 2000 por la que se modifica el anexo de la Orden de 10 de febrero de 1983
sobre normas técnicas de los tipos de radiadores y convectores de calefacción por medio de fluidos
y su homologación por el Ministerio de Industria y Energía.
Orden de 10 de febrero de 1983, sobre normas técnicas de los tipos de radiadores y convectores,
de calefacción por medio de fluidos y su homologación por el Ministerio de Industria y Energía.
Orden 09-04-1981 por la que se especifican las exigencias técnicas que deben cumplir los sistemas
solares para agua caliente y climatización, a efectos de la concesión de subvenciones a sus
propietarios, en desarrollo del artículo 13 de la Ley 82/1980, de 30-12, sobre conservación de la
energía.
Normativa relacionada con instalaciones conexas a las instalaciones témicas en los edificios
(Relacionadas por rango y fecha)

Real Decreto 661/2007, de 25-05-2007, por el que se regula la actividad de producción de energía
eléctrica en régimen especial.
Corr.err. Real Decreto 661/2007, de 25-05-2007, por el que se regula la actividad de producción de
energía eléctrica en régimen especial.
Es destacable el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios, cuya entrada en vigor se
produce con fecha de 29 de febrero de 2008 y que establece las condiciones que deben cumplir las
instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar térmico e higiene a través de las
instalaciones de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria, para conseguir un uso racional
de la energía. Se establecen, entre sus exigencias, una mayor utilización de las energías renovables
disponibles, especialmente la energía solar y la biomasa.
Por su importancia, y relación con el tema de esta guía, se explican brevemente las Instrucciones
Técnicas ITE 10.1 y 10.2 del Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) para la
producción de ACS mediante sistemas solares, así como la climatización de piscinas.
ITE 10.1 Producción de ACS mediante sistemas solares activos
Mediante el uso de captadores solares planos de baja temperatura, en esta instrucción se explica,
técnicamente, su utilización para la producción de agua caliente sanitaria. A continuación vemos los
puntos más destacables:
En primer lugar se describe la instalación y sus principales componentes, para posteriormente
indicar los criterios generales de diseño y cálculo, disposición de los captadores solares, montaje,
orientación e inclinación recomendadas, etc. Se indica la relación existente entre el área de los
captadores y el consumo medio durante los meses de mayor demanda, el volumen de acumulación
y el caudal del fluido entre otras.
Además, se hace mención sobre las características que debe tener el fluido caloportador
dependiendo de la climatología de la zona en la cual se encuentra la instalación y las características
del agua de alimentación. Así mismos, se explica el funcionamiento que debe tener el sistema de
control de la instalación.
ITE 10.2 Acondicionamiento de piscinas
Esta instrucción trata sobre la prohibición existente para la utilización de energía eléctrica que tenga
como origen fuentes convencionales, para el calentamiento de piscinas descubiertas, así como la
utilización de otras fuentes con este fin.
Además, se indica, dependiendo del uso de la piscina, la temperatura que debe tener el agua, así
como las condiciones ambientales que debe cumplir el local dónde se encuentra ubicada.
2.3.Orientación e inclinación óptima anual, estacional y diaria.
Los captadores solares deben estar situados de manera que a lo largo del período de utilización la
instalación aproveche la radiación incidente día a día el máximo posible.
A una instalación solar no es posible asignarle un rendimiento determinado y fijo para todo el año.
En invierno, los captadores funcionan a baja temperatura, capturando una parte considerable de la
energía incidente. Por el contrario, en verano, trabajando a una temperatura netamente superior, los
rendimientos diarios no pasan del 40%. Ahora bien, el porcentaje más débil captado en verano es

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