domingo, 27 de junio de 2010
Integración de la energía solar fotovoltaica en los edificios
Los paneles, módulos o paneles fotovoltaicos están formados por pequeños diodos semiconductores que se excitan al recibir la radiación solar produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. El acoplamiento en serie de muchos de estos diodos permite generar difrencias de potencial eléctrico mayores que pueden ser aprovechadas para la alimentación de diferentes consumos.
El material más utilizado en su fabricación es el silicio, el cual se encuentra en proporciones muy abundantes en la tierra. La siguente figura ilustra su proceso de fabricación:
Esta tecnología se puede integrar en el diseño de los edificios para conseguir la producción de parte de la energía eléctrica que estos consumen.
El objetivo planteado por la Unión Europea de conseguir que todos los edificios de nueva construcción sean autosuficientes a partir del año 2020 convierte a esta tecnología en uno de los pilares básicos para conseguir este ambicioso objetivo.
Esta tecnología tienen múltiples ventajas, pero también existen problemas que salvar antes de conseguir que sea una energia rentable sin necesidad de ayudas administrativas. Pasaremos a analizar ambas:
Entre sus múltiples ventajas destacan:
- Es inagotable y gratuita depende exclusivamente de la radiación solar.
- No produce emisiones de ruido ni de gases contaminantes.
- Sistemas seguros y fiables que requieren de poco mantenimiento.
- Permite una integración estética con los cerramientos del edificio.
- Bajo rendimiento, sólo el 15% de la energía solar incidente se convierte en electricidad.
- Requiere de una alta ocupación en superficie (genera unos 75 Wp/m2 de panel).
- Su capacidad de generación varía según la intensidad de irradiación.
- Dificultades para el almacenamiento de energía.
- Su rentabilidad depende de las subvenciones administrativas.
Los fabricantes de paneles fotovoltaicos están trabajando en soluciones que permitan su integración total con los cerramientos que constituyen la envolvente del edificio. Como veremos a continuación su uso no está limitado a disponer una serie de paneles en la cubierta del edificio. Las alternativas son las siguientes:
- Integración en muros cortina y cristales de ventanas:
- Integración en cerramientos ciegos de fachada:
- Cubiertas:
La perspectiva para los próximos años será la de un avance tecnológico importante de esta tecnología y un amplio aumento en su utilización, tanto en edificios de nueva construción como en edificios ya construidos.
viernes, 25 de junio de 2010
Frío solar mediante máquinas de absorción
La alternativa más ecológica a la hora de climatizar un edificio es el empleo de fuentes de energía renovables o el aprovechamiento de excedentes de energía de otros procesos.
Para este tipo de aplicaciones se emplean las máquinas de absorción. Estas máquinas se diferencian de las máquinas de climatización por compresión de vapor convencionales en que la fuente exterior de energía necesaria para su funcionamiento es de origen térmico y no eléctrico.
En particular una excelente fuente de energía es la energía solar térmica, en muchas instalaciones se emplea únicamente para la generación de agua caliente sanitaria, presentando importantes excedentes que en muchos casos se disipan directamente al ambiente exterior, especialmente en los meses de verano en los que la demanda de refrigeración es más elevada.
En particular una excelente fuente de energía es la energía solar térmica, en muchas instalaciones se emplea únicamente para la generación de agua caliente sanitaria, presentando importantes excedentes que en muchos casos se disipan directamente al ambiente exterior, especialmente en los meses de verano en los que la demanda de refrigeración es más elevada.
Entre los distintos tipos de máquina de absorción destacan::
- Máquinas de efecto simple amoníaco/agua.
- Máquinas de doble efecto agua/bromuro de litrio.
Explicaremos en primer lugar el modo de funcionamiento de las máquinas de efecto simple a partir de cada uno de los elementos que la constituyen y que se muestran en el siguiente esquema:
Generador: contiene una solución de amoníaco disuelto en agua a elevada presión (unos 20 bar). Por efecto de la energía térmica exterior aportada al sistema el amoníaco disuelto se vaporiza, separándose del agua. Este vapor generado se dirige hacia el condensador.- Condensador: en este intercambiador el amoníaco se condensa cediendo calor a otro fluido, que puede ser agua o aire.
- Válvula de expansión: el amoníaco en estado líquido a presión elevada se expansiona bajando bruscamente su presión, de manera que pasa a estado bifásico (liquido + vapor).
- Evaporador: el amoníaco se evapora absorbiendo energía del circuito de utilización, generalmente agua que alimenta a un conjunto de fan coil que se encargan de climatizar las diferentes estancias.
- Absorbedor: el vapor a baja presión pasa a éste disolviéndose de nuevo en el agua procedente del generador.
- Bomba: se encarga de circular la mezcla el amoníaco disuelto en agua hacia el generador.
Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra entre 70-90 ºC. En caso de emplear energía solar térmica son adecuados los captadores de vacío.
MÁQUINAS DE DOBLE EFECTO
En cuanto a las máquinas de doble efecto su funcionamiento es similar con la salvedad de que el fluido refrigentante en este caso es el agua y el absorbente es una sal (bromuro de litio).
Presenta los mismos elementos que una máquina de simple efecto añadiendo un generador de baja temperatura.
La generación de fluido refrigerante (agua) y la regeneración del absorbente se realiza en 2 etapas distintas, de ahí la denominación de doble efecto.
El siguiente esquema ilustra su funcionamiento:
La solución concentrada de LiBr es aspirada desde el absorbedor y transportada hacia el generador de baja temperatura. Una vez allí hierve gracias al calor transferido por el refrigerante (vapor de agua) producido por el generador de alta temperatura, liberando vapor de agua y produciendo una solución de LiBr aún más concentrada, parte de la cual es aspirada por una bomba y transportada hasta el generador de alta temperatura y la otra parte vuelve de nuevo al absorbedor pasando antes por un recuperador de baja temperatura donde es enfriada.
En el generador de alta temperatura esta solución concentrada hierve por el efecto de la fuente de calor externa, generando refrigerante a alta temperatura. Como hemos indicado anteriormente este vapor a alta temperatura pierde calor en el generador de baja temperatura, produciéndose una condensación parcial del mismo. Por tanto el generador de baja temperatura actúa también como condensador.
El vapor generado en el generador de baja temperatura fluye hacia el condensador donde cede calor latente al circuito agua de refrigeración cambiando de estado (de vapor a líquido).
El refrigerante producido en los dos generadores, ya en estado líquido, es rociado mediante unos sprays sobre un intercambiador de tubos, por el interior de los cuales circula agua que es enfriada en este proceso. El agua rociada se evapora en este intercambio de calor, pasando de nuevo al absorbedor donde se encuentra con parte de la solución saturada procedente de los generadores siendo absorbido por ésta.
Este proceso un tanto complejo consigue aumentar el COP de la máquina hasta 1 - 1.2.
Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra superior a 150 ºC. En caso de emplear energía solar térmica se requiere el empleo de captadores parabólicos orientables.
Esta tecnología ofrece una excelente oportunidad para una climatización ecológica aprovechando de la mejor manera la energía solar que tan accesible tenemos en los países mediterráneos.
miércoles, 23 de junio de 2010
Indice de eficiencia energética (EER)
Se define el Indice de Eficiencia Energética (EER) de un equipo de refrigeración como la relación entre la energía térmica útil proporcionada por el equipo y la energía consumida por el mismo, generalmente eléctrica.
Según el modo de funcionamiento del equipo se distinguen los índices de eficiencia energética de refrigeración y de calefaccción.
Cuanto mayor es su valor más eficiente es el equipo al producir una mayor cantidad de energía térmica útil por cada unidad de energía consumida.
También se le denomina (COP) o coeficiente de operación en planta.
martes, 22 de junio de 2010
Bombas de calor geotérmicas
En este post desarrollaremos el principio de funcionamiento de las bombas de calor geotérmicas y analizaremos sus principales ventajas e inconvenientes.
Su principio de funcionmiento es el mismo que el de una bomba de calor convencional, basado en el ciclo simple de compresión de vapor o ciclo de Carnot.
Según el principio de Carnot es posible extraer calor de un foco frío para cederlo a un foco caliente y viceversa. Pero como casi todo en esta vida esto no es gratuito para ello hay que aportar una determinada cantidad de energía mecánica exterior.
Así una bomba de calor convencional emplea los siguientes elementos:
- Fluido refrigerante o primario: es la clave del sistema, ya que es el encargado de realizar el transporte de la energía que se extrae del foco frío y se lleva hasta el foco caliente. Esto es posible gracias al comportamiento que estos fluidos presentan al variar su presión.Utilizando una analogía con el cuerpo humano es la sangre del sistema.
- Compresor mecánico: se encarga de comprimir el fluido refrigerante en estado gaseoso a baja presión aumentando en este proceso su presión y temperatura. en este proceso es necesario el aporte de energía mecánica exterior. Es el corazón del sistema.
- Intercambiadores de calor: se encargan de realizar el intercambio de calor entre el fluido refrigerante y otro fluido, que bien puede ser el aire exterior o agua. Se les conoce como evaporador y condensador por los procesos que en ellos tienen lugar. El calor es extraído del foco frío mediante un proceso de evaporación del fluido refrigerante y cedido al foco caliente por un proceso de condensación del mismo.
En las bombas de calor geotérmicas se suele emplear un fluido secundario, generalmente agua, para realizar la transferencia de calor desde el intercambiador al subsuelo, aunque también se puede realizar directamente el intercambio de calor entre el fluido primario (refrigerante) y el terreno.
En modo refrigeración es necesario enfriar este fluido secundario empleando para ello un intercambiador enterrado en el subsuelo.
En modo calefacción es necesario calentar este fluido secundario empleando para ello el mismo intercambiador enterrado en el subsuelo.
Este intercambio con el terreno es posible gracias a la estabilidad de temperaturas del terreno a partir de los 10-15 metros de profundidad. En el siguiente gráfico se pueden observar los perfiles de temperatura en distintas épocas del año:
Como se puede observar a partir de los 15 metros de profundidad las temperaturas permanecen prácticamente constantes todo el año.
Según la configuración del intercambiador enterrado se distinguen dos tipos de sistemas:
SISTEMAS DE CAPTACIÓN HORIZONTAL
Los tubos enterrados se entierran alrededor de la vivienda a una profundidad de 1 metro. Requieren una superficie aproximada de 1.5 veces la ocupada por la vivienda.
SISTEMAS DE CAPTACIÓN VERTICAL
El sistema de captación consta de sondas verticales de hasta 100 m de profundidad. Requiere una superficie muy inferior a los sistemas horizontales.
- Presentan un índice de eficiencia energética un 30-40 % mayor que el de los equipos convencionales.
- Son consideradas como una fuente de energía renovable por lo que pueden ser subencionadas.
- Requieren de menor mantenimiento.
- No hay riesgo de infecciones por legionela.
- Menor consumo de energía primaria con la consiguiente disminución de emisiones de gases de efecto invernadero.
- Seguridad.
- Larga vida útil.
- Fácil mantenimiento.
- Mayor coste de inversión inicial.
- Mayor dificultad en la ejecución de las obras.
- Interferencia con otras instalaciones.
sábado, 19 de junio de 2010
Como identificar consumos excesivos de electricidad en el hogar
Cuando nos planteamos reducir el consumo eléctrico de nuestra vivienda uno de los interrogantes que surgen es el de identificar dónde estamos consumiendo más energía.
Las causas de un consumo excesivo pueden ser tanto como por un uso inadecuado de la instalación como por fallos en los equipos cosumidores.
Una manera sencilla y económica para conocer el consumo es la de instalar un medidor de kilovatios hora en la línea eléctrica de alimentación de cada consumo.
Los fabricantes de aparamenta eléctrica suminisran productos sencillos de instalar y fiables en la medida.
Estos equipos se instalan de manera provisional en serie con la línea en la que se desea realizar la medida, manteniéndolos instalados durante el periodo en el que se quiera registrar el consumo. El diagrama de instalación sería el siguiente:
Su pequeño tamaño y modo de conexión por la parte inferior permite integrarlos en cuadros eléctricos comerciales.
Su uso puede ser tanto aislado, con lectura en el mismo medidor, o coordinado por medio de automátas que toman lecturas automáticas de distintos medidores.
Se trata de una solución que nos ayudará a la toma de decisiones a la hora de optimizar el consumo eléctrico de nuestro hogar.
viernes, 18 de junio de 2010
Control de iluminación: reguladores electrónicos
Una de las principales fuentes de consumo eléctrico de un hogar es la iluminación. Por tanto cabe plantearse técnicas enfocadas a la reducción del mismo.
Una manera sencilla, económica y efectiva de conseguirlo es mediante el empleo de reguladores electrónicos que permitan regular a voluntad el nivel de luminosidad en la sala.
Las necesidades de iluminación dependen de la tarea a realizar y de la aportación de la luz natural exterior, así mediante estos elementos ajustaremos el nivel de iluminación en función de estos factores.
Las principales ventajas del empleo de estos reguladores son:
- Fácil instalación sin necesidad de cambiar el cableado.
- Permiten crear distintos ambientes en la sala.
- Ahorro energético, la reducción de un 25% del nivel de luminosidad permite reducir un 20% el consumo.
A la hora de seleccionar el tipo de regulador hay que tener en cuenta la potencia eléctrica de las cargas a las que dará servicio.
En cuanto a los tipo de reguladores se distinguen según el tipo de accionamiento:
De pulsador. Una pulsación de corta duración enciende o apaga la luz, una pulsación prolongada ajusta la intensidad.
Giratorios. El ajuste se realiza mediante el giro de una rueda.
domingo, 6 de junio de 2010
Iluminación eficiente: tipos de luminarias
En las fases de diseño y explotación de un edificio cabe plantearse la correcta selección de las luminarias a emplear en el mismo.
En este post presentamos los distintos tipos de luminarias existentes en el mercado indicando sus ventajas e inconvenientes y los valores de los parámetros fundamentales para su selección.
Los parámetros fundamentales a la hora de elegir un tipo de luminaria o otro son los siguientes:
- Potencia eléctrica consumida (W).
- Eficacia luminosa: relación entre el flujo luminoso aportado por la luminaria (lúmenes) y la potencia eléctrica consumida (W).
- Vida útil en horas de uso.
LÁMPARAS INCANDESCENTES
Incandescentes halógenas: incorporan un gas halógeno para evitar la evaporación del filamento y se deposite en la ampolla. Presentan un mayor coste que las no halógena, un mayor rendimiento y vida útil que éstas.
LÁMPARAS DE DESCARGA
La iluminación se consigue por excitación de un gas sometido a descargas entre dos electródos. Requieren de un equipo auxiliar (balasto, cebador) para su funcionamiento. Son más eficientes que las lámparas de incandescencia. Se clasifican según el tipo de gas empleado y su presión:
Lámparas fluorescentes tubulares: son lámparas de vapor de mercurio a baja presión. Sus cualidades de color y de baja iluminancia las hace adecuadas para su empleo en salas de reducida altura. Son las más empleadas tras las incandescentes.
Lámparas fluorescentes compactas: presentan el mismo funcionamiento que las tubulares. Están formadas por uno o más tubos fluorescentes doblados. Son la alternativa de mayor eficacia y vida útil a las lámparas incandescentes.
Lámparas fluorescentes sin electrodos: emiten luz en presencia de un campo magnético junto con una descarga en gas. Presentan una elevada vida útil (60000 horas) sólo limitada por los componentes electrónicos. Se les denomina también lámparas de inducción.
Lámparas de vapor de mercurio de alta presión: luminarias de mayor potencia que las de fluorescencia, emiten un mayor flujo luminoso aunque presentan una eficacia algo menor. Se suelen emplear en la iluminación de grandes áreas como calles, naves industriales...
Lámparas de luz mezcla: son una mezcla entre las luminarias de vapor de mercurio a alta presión y las de incandescencia. No requieren de balasto ya que el filamento actúa como estabilizador de corriente. No son muy eficientes, encontrándose en desuso.
Lámparas de halogenuros metálicos: presentan halogenuros metálicos junto al relleno de mercurio mejorando su capacidad para reproducir el color y su eficacia. Su uso está muy extendido en aplicaciones de alumbrado público, fachadas, monumentos...
Lámparas de halogenuros metálicos cerámicos: nueva familia de luminarias que combinan la tecnología de las luminarias de halogenuros metálicos con las de sodio a alta presión. El tubo de descarga es de material cerámico lo que les permite operar a temperaturas más altas aumentando du vida útil (del orden de 15000 horas). Son muy adecuadas para su uso en el sector terciario (comercios, oficinas,...).
Lámparas de vapor de sodio a baja presión: se origina la descarga en un tubo de vapor de sodio a baja presión produciéndose una radiación prácticamente monocromática. Son las más eficaces del mercado, pero el color de su luz (amarillento) las hace adecuadas para usos como autopistas, túneles...
Lámparas de vapor de sodio a alta presión: presentan una mejor reproducción cromática que las de baja presión aunque su eficacia disminuye respecto a éstas. En la actualidad está creciendo su uso como sustitutas de las lámparas de vapor de mercurio.
TECNOLOGÍA LED
Los diodos emisores de luz (LED) están basados en semiconductores que convierten la corriente eléctrica en luz si necesidad de filamento. Su vida útil es elevada (del orden de 50000 horas) siendo un 80% más eficientes que las lámparas incandescentes. Se emplean en un gran número de aplicaciones como escaparates, señalización luminosa, iluminación decorativa...
Iluminación eficiente
La iluminación de los edificios constituye una de las principales fuentes de consumo energético de los mismos. Así según el uso principal del edificio los porcentajes de la energía consumida dedicados a la iluminación son los siguientes:
| Uso del edificio | % de energía consumida destinada a iluminación | |||||
| Oficinas | 50 % | |||||
| Oficinas | 50 % | |||||
| Hospitales | 20-30 % | |||||
| Industria | 15 % | |||||
| Colegios | 10-15 % | |||||
| Comercios | 15-70 % | |||||
| Hoteles | 25-50 % | |||||
| Residencial | 10-15 % | |||||
De acuerdo a estos datos el potencial de ahorro energético de esta instalación es elevado.
Para reducir su consumo energético cabe plantearse distintas estrategias:
- Adecuado diseño de los interiores del edificio.
- Aprovechamiento de la luz natural.
- Mejora en el rendimiento de las luminarias.
- Adecuada gestión y uso de la instalación.
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