Análisis Técnico económico de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción del hotel Grand House en Bogotá

El proyecto de investigación se enfocó en un análisis técnico económico de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente sanitaria y calefacción, por medio de un diseño y dimensionamiento de una instalación solar térmica para producir agua caliente sanitaria (ACS) y así cubrir la dema...

Full description

Autores:
Sánchez Oliveros, Ana Milena
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2013
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1429
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1429
Palabra clave:
Energy engineering
Electric power generation
Energy
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Analysis
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Heating
Polysun
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Ingeniería en energía
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description El proyecto de investigación se enfocó en un análisis técnico económico de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente sanitaria y calefacción, por medio de un diseño y dimensionamiento de una instalación solar térmica para producir agua caliente sanitaria (ACS) y así cubrir la demanda energética para calefactar los usuarios del Hotel Grand House Bogotá. La primera parte del proyecto es una investigación de aspectos técnicos, parámetros de funcionamiento y operación de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente y calefacción. Así mismo se realizó un análisis de la situación actual del hotel en cuanto a la demanda de ACS y energía que se produce ya sea para una ocupación máxima o promedio. Lo anterior se debe tener en cuenta para el proceso de simulación por medio de Polysun, simulador para el dimensionamiento de sistemas solares térmicos, ya que con los datos suministrados por el hotel se realizó un análisis del ahorro que se conseguirá con la implementación del sistema así como un previo diseño de la instalación solar. En una segunda parte se realizaron los cálculos energéticos necesarios para utilizar la radiación solar y así poder abastecer la demanda energética para la generación de ACS y calefacción del hotel. Teniendo en cuenta los diferentes equipos y tecnologías que componen el sistema solar térmico. Seguido del dimensionamiento del sistema, es importante realizar un análisis financiero comparativo entre un sistema convencional y el sistema solar térmico ya que se deben tener en cuenta los ahorros anuales que genera el sistema propuesto, el tiempo de recuperación de la inversión, el consumo de combustible de un los sistemas y de igual manera otros factores que influyen para resaltar las ventajas del sistema propuesto en comparación con el convencional. El desarrollo del proyecto se propone en tres etapas: Inicialmente se estudia y analiza el funcionamiento del sistema solar térmico, para lo cual se analizó el funcionamiento del sistema utilizando Polysun, software que arroja el consumo total de la energia eléctrica/combustible del sistema y la fracción solar que aporta al sistema para la producción de agua caliente y calefacción. Posteriormente el estudio económico de un sistema convencional y sistema solar térmico propuesto teniendo en cuenta los costos del proyecto, inversión del proyecto de referencia y propuesto, gastos del combustible, ahorros anuales del sistema y los ahorros generados del sistema propuesto en comparación con el sistema de referencia. Por medio de lo anterior se busca estudiar las variables y condiciones de operación del sistema con el objeto de determinar los escenarios a los cuales se puede conseguir la mayor eficiencia energética y determinar los parámetros de diseño.
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La primera parte del proyecto es una investigación de aspectos técnicos, parámetros de funcionamiento y operación de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente y calefacción. Así mismo se realizó un análisis de la situación actual del hotel en cuanto a la demanda de ACS y energía que se produce ya sea para una ocupación máxima o promedio. Lo anterior se debe tener en cuenta para el proceso de simulación por medio de Polysun, simulador para el dimensionamiento de sistemas solares térmicos, ya que con los datos suministrados por el hotel se realizó un análisis del ahorro que se conseguirá con la implementación del sistema así como un previo diseño de la instalación solar. En una segunda parte se realizaron los cálculos energéticos necesarios para utilizar la radiación solar y así poder abastecer la demanda energética para la generación de ACS y calefacción del hotel. Teniendo en cuenta los diferentes equipos y tecnologías que componen el sistema solar térmico. Seguido del dimensionamiento del sistema, es importante realizar un análisis financiero comparativo entre un sistema convencional y el sistema solar térmico ya que se deben tener en cuenta los ahorros anuales que genera el sistema propuesto, el tiempo de recuperación de la inversión, el consumo de combustible de un los sistemas y de igual manera otros factores que influyen para resaltar las ventajas del sistema propuesto en comparación con el convencional. El desarrollo del proyecto se propone en tres etapas: Inicialmente se estudia y analiza el funcionamiento del sistema solar térmico, para lo cual se analizó el funcionamiento del sistema utilizando Polysun, software que arroja el consumo total de la energia eléctrica/combustible del sistema y la fracción solar que aporta al sistema para la producción de agua caliente y calefacción. Posteriormente el estudio económico de un sistema convencional y sistema solar térmico propuesto teniendo en cuenta los costos del proyecto, inversión del proyecto de referencia y propuesto, gastos del combustible, ahorros anuales del sistema y los ahorros generados del sistema propuesto en comparación con el sistema de referencia. Por medio de lo anterior se busca estudiar las variables y condiciones de operación del sistema con el objeto de determinar los escenarios a los cuales se puede conseguir la mayor eficiencia energética y determinar los parámetros de diseño.INTRODUCCION 14 1. OBJETIVOS 16 1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 16 2. MARCO TEÓRICO 17 Capítulo 1. 17 2.1 GENERACIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) Y CALEFACCIÓN. 17 2.2 SISTEMA SOLAR TÉRMICO 18 2.3 COMPONENTES DE UN SISTEMA SOLAR TÉRMICO PARA ACS. 20 2.3.1 Sistema de captación 20 2.3.2 Sistema de acumulación 26 2.3.3 Sistema de intercambio 29 2.4 CÁLCULO DE PRESTACIONES ENERGÉTICAS. 37 2.4.1 Temperaturas de uso y de preparación. 37 2.4.2 Cálculo de la demanda de energía. 38 2.4.3 Cálculo del consumo de energía térmica. 39 2.4.4 Cálculo del consumo energía convencional. 39 2.5 PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DEL SST 40 2.5.1 Parámetros de la instalación. 40 2.5.2 Fracción solar 40 2.5.3 Método de cálculo del rendimiento medio 41 2.6 CALEFACCIÓN 42 2.6.1 Calefacción según el fluido caloportador. 44 2.6.1.1 Calefacción por aire 44 2.6.1.2 Calefacción por agua. 44 2.6.2 Elementos componentes de las instalaciones de calefacción 45 2.6.2.1 Generadores de calor. Calderas. 45 2.6.2.3 Quemadores. 45 2.6.2.4 Tuberías. 45 2.6.2.5 Aislamiento térmico. 48 2.6.3 Elementos emisores de calor. 49 2.6.4 Funcionamiento de los radiadores. 51 2.6.5 Elementos complementarios y accesorios. 51 2.6.6 Circuitos característicos de distribución por agua caliente 54 2.6.7 Ubicación de los radiadores 60 2.6.8 Conductancias. 63 Capítulo 2. 69 3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 69 3.2 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO 69 3.3 INFRAESTRUCTURA 70 3.4 CONSUMO SISTEMA PROPUESTO 71 3.5 DIMENSIONAMIENTO DE BOSCH 74 3.6.1 Necesidades. 78 3.6.2 Edificio 79 3.6.3 Modulo calentador 80 3.6.4 Regulación de la calefacción. 81 3.6.5 Regulación de la calefacción auxiliar. (Control caldera) 82 3.6.6 Caldera. 83 3.6.7 Deposito acumulador solar. 84 3.6.8 Colector. 85 3.7 INFORME PROFESIONAL Simulacion en Polysun 6.0 – Solarthermal Simulation 91 3.8 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 99 3.8.1 Seguridad de funcionamiento 100 3.8.2 Descripción del funcionamiento 100 3.9 SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO 101 3.10 DIMENSIONAMIENTO DEL ÁREA COLECTORA 102 3.11 DATOS CLAVES DEL SISTEMA PROPUESTO *Datos tomados del informe profesional 102 3.12 FRACCIÓN SOLAR DEL SISTEMA PROPUESTO 103 Capítulo 3. 104 EQUIPOS Y TECNOLOGÍAS PARA EL SISTEMA SOLAR TÉRMICO Y DE CALEFACCIÓN 104 4.1 EQUIPOS PARA CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN 116 4.1.1 EL RADIADOR MÁS RAPIDO Y MÁS CONTROLABLE 118 4.1.2 COMPARACIÓN DEL TIEMPO DE RESPUESTA A LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA 118 4.1.3 LOW H2O CON DBE 119 4.1.4 RADIADOR JAGA. REFERENCIA BRISE 120 4.1.5 CÁLCULO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE RADIADORES. 123 Capítulo 4. 126 COSTOS PARA LA INSTALACIÓN DEL SISTEMA SOLAR TÉRMICO Y DE CALEFACCIÓN 126 5.1 COSTOS DEL PROYECTO 126 Capítulo 5. 130 VIABILIDAD FINANCIERA DEL SISTEMA DE REFERENCIA CONVENCIONAL Y EL SISTEMA PROPUESTO 130 6.1. SISTEMA CONVENCIONAL DE REFERENCIA 130 6.2 CALCULO AHORROS ANUALES SISTEMA PROPUESTO Y CONVENCIONAL. 131 6.3 EXPLICACIÓN GRÁFICA Y CÁLCULO DE LOS AHORROS ANUALES 132 6.4 COMPARACIÓN GASTOS EN COMBUSTIBLES SISTEMA CONVENCIONAL Y PROPUESTO. 135 6.5 AMORTIZACIÓN DEL PROYECTO 137 CONCLUSIONES 141PregradoThe research project focused on an economic technical analysis of a solar thermal system for the generation of sanitary hot water and heating, through a design and dimensioning of a solar thermal installation to produce sanitary hot water (DHW) and thus cover the energy demand to heat the users of the Hotel Grand House Bogotá. The first part of the project is an investigation of technical aspects, operating parameters and operation of a solar thermal system for the generation of hot water and heating. Likewise, an analysis of the current situation of the hotel was carried out in terms of the demand for ACS and energy that is produced either for maximum or average occupancy. The above should be taken into account for the simulation process using Polysun, a simulator for sizing solar thermal systems, since an analysis of the savings that will be achieved with the implementation of the system was carried out with the data provided by the hotel. as a previous design of the solar installation. In a second part, the necessary energy calculations were carried out to use solar radiation and thus be able to supply the energy demand for the generation of ACS and heating of the hotel. Taking into account the different equipment and technologies that make up the solar thermal system. Followed by the sizing of the system, it is important to carry out a comparative financial analysis between a conventional system and the solar thermal system since the annual savings generated by the proposed system, the investment payback time, and fuel consumption must be taken into account. of one of the systems and in the same way other factors that influence to highlight the advantages of the proposed system in comparison with the conventional one. The development of the project is proposed in three stages: Initially, the operation of the solar thermal system is studied and analyzed, for which the operation of the system was analyzed using Polysun, software that shows the total consumption of the electrical energy / fuel of the system and the solar fraction that contributes to the system for the production of hot water and heating. Subsequently, the economic study of a conventional system and a proposed solar thermal system taking into account the project costs, investment of the reference and proposed project, fuel expenses, annual savings of the system and the savings generated from the proposed system compared to the system of reference. Through the above, it is sought to study the variables and operating conditions of the system in order to determine the scenarios in which the highest energy efficiency can be achieved and determine the design parameters.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Cerrado (Sin autorización de uso)info:eu-repo/semantics/closedAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_14cbAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaAnálisis Técnico económico de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción del hotel Grand House en BogotáEconomic Technical Analysis of a solar thermal system for the generation of sanitary hot water (ACS) and heating of the Grand House hotel in BogotáIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringElectric power generationEnergyInvestigationsAnalysisACDHeatingPolysunSolar thermal systemIngeniería en energíaGeneración de energía eléctricaEnergíaInvestigacionesAnálisisACSCalefacciónPolysunSistema solar térmicoSánchez Oliveros, Ana Milena (2013). Análisis Técnico económico de un sistema solar térmico para la generación de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción del hotel Grand House en Bogotá. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABSISTEMAS SOLARES TERMICOS II. Guía de diseño e instalación para grandes sistemas de agua caliente sanitaria. Programa de las naciones unidas para El Desarrollo (PNUD) Av. Dag Hammarskjold 3241, Vitacura, Chile.Polysun 6.0 – Solarthermal SimulationTOBAJAS, Carlos M. Montaje y mantenimiento de instalaciones solares térmicas. Cano pina, Ediciones CEYSA. 1° Edición. 2012.GUIA DE ENERGIA SOLAR – CONCURSO SOLAR PADRE HIMALAYA. SPES – Sociedad Portuguesa da Energía Solar ARENA- Agência Regional da Energía da Região Autónoma dos Açores. Instituto Tecnológico de Canarias, S.A., 2007CASALS, Martí Rosas. Instalaciones de calefacción. Biblioteca multimedia de la industria. Editorial UOC, 2003. Pág. 18IDEA. Instituto para la diversificación y ahorro de energía. 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