Diagnóstico
energético del sistema de calentamiento de agua en la piscina del Complejo =
de
Natación Carlos Costales de la ciudad de Riobamba. Propuesta de alternativas de
![](3D"file8001_archivos/image066.png")
=
Energy diagnosis of the water
heating system in the swimming pool of the Carlos Cost=
ales
Swimming Complex in the city of Riobamba. <=
i>Proposal=
of alternative solutions
Ligia Elena Moreno Pinduisaca=
[1]
Juan Carlos Palacios Almache[2]
Luis Fernando Buenaño Moyano[3]
Olga Beatriz Barrera Cárdenas[4]
Recibido: 13-03-2019 / Revisado: 25-0=
4-2019
/Aceptado: 24-05-2019/ Publicado: 05-06-2019
Abstract =
DOI: https://doi.org/10.33262/cienciadi=
gital.v3i2.6.572
In
the swimming pool of the "Carlos Costales&=
quot;
swimming complex, an energy diagnosis of the water heating system using a
diesel boiler for its operation is needed. The heat losses calculated are
84.573 KW on average, the heat delivered by the boiler to heat the pool wat=
er
from 06H00 to 10H30 is 103.700 KW and from 10H30 to 19H00 is 94.016 KW,
performance of the boiler 58.9% and 53.4% respectively, a year with this sy=
stem
produced 131 206 tons of CO2. The average fuel consumption is 3.2 gals / h,
which represents an expense for the State of $ 21,027.79 per year. To meet =
the
needs of bathers with a temperature of 28 °C ideal for training children fr=
om 6
years old, the use of a hybrid system with four hours of operatio=
n of
the boiler and 93 solar panels type HC - 50, an annual fuel savings of $
14,797.77 is generated and the calculated IRR for this option is 19.4%, whi=
ch
is why it is considered a feasible project, emission of polluting gases from
131.20 to 38.87 tons of CO2, which represent approximately 70% less
environmental pollution.
Key
Words: Diagnosis,
Resumen
En la Piscina del
complejo “Carlos Costales” se realizó un diagnóstico energético del sistema=
de
calentamiento de agua que utiliza una caldera a diesel=
.
Las pérdidas de calor calculadas son de 84,573 kW en promedio, para calenta=
r el
agua de la piscina de 6H00 a 10H30 la caldera entrega 103,700 kW y de 10H30=
a
19H00 94,016 kW, con un rendimiento de la caldera de 58,9 % y 53,4%
respectivamente, al año con este sistema se producen 131 206 toneladas de C=
O2.
El consumo promedio de combustible es de 3,2 gal/h lo que representa un gas=
to
para el Estado de $ 21.027,79 al año. Para satisfacer las necesidades de los
bañistas con una temperatura de 28 ºC ideal par=
a el
entrenamiento de niños desde los 6 años de edad se plantea un sistema híbri=
do
con cuatro horas de funcionamiento de la caldera y 93 paneles solares tipo =
HC –
50, anualmente se generará un ahorro en el gasto de combustible de $14.797,=
77 y
el TIR calculado para esta opción es de 19,4 % que se considera un proyecto
factible, se reducirá al año la emisión de 131,20 a 38,87 toneladas de CO2 =
que
representa el 70 % menos de contaminación ambiental.
Palabras
Clave: Diagnóstico, Híbrido, Combustible, Sol=
ares,
Energético.
Introducción
En
la actualidad la energía en forma de calor es un recurso ampliamente utiliz=
ado,
sin embargo la utilización de energías renovable=
s y
limpias en varios lugares es bastante limitado lo que representa un alto
consumo de combustibles fósiles y por lo tanto un importante costo
medioambiental.
El
uso ineficiente de la energía es un problema a nivel mundial porque utiliza
cantidades excesivas de los escasos recursos no renovables, al incrementar =
la
eficiencia de la energía, se reduce el uso de recursos de energía, por lo q=
ue
de este modo se
retarda su agotamiento, se disminuye los impactos negativos s=
obre
el medio ambiente y la salud. En el continente American=
o
varios países como Cuba, Nicaragua, Chile, Perú y Brasil han apostado por
generar estrategias que les permita utilizar energías limpias y dejar la
dependencia de los hidrocarburos y proyectos carboníferos, ya que el actual
modelo energético es insostenible, lo que conlleva necesariamente a pensar =
en
un futuro energético combinado racionalmente para hogares, piscinas,
hospitales, hoteles y procesos industriales, (Linkohr<=
/span>,
2006).
En
el Ecuador se ha optado por una política que incurre en la utilización de f=
uentes
de energía limpia y renovable de tal forma que se minimice la contaminación ambien=
tal
y se fomente el desarrollo y la implementación de equipos que utilicen ener=
gía
producida dentro del país como la eléctrica.
Calentar
el agua de una piscina significa un uso de energía muy alto por lo que una
producción más limpia en este proceso significa una de las aplicaciones más
lógicas, aunque en cuestión de números representa una inversión inicial may=
or
comparada con los sistemas instalados convencionalmente como es el
calentamiento con derivados de petróleo. En la ciudad de Riobamba actualmen=
te
se utiliza los sistemas convencionales de energía en el calentamiento de ag=
ua
de las piscinas
existentes, en donde no se ejerce un control adecuado de la
contaminación producida por la utilización de hidrocarburos.
La
piscina del Complejo de Natación “Carlos Costales”, es semiolímpica, el agu=
a se
calienta a través de un calentador a diésel, la falta de ingresos económico=
s y
el alto costo de mantenimiento hicieron que el complejo cierre las
instalaciones por algún tiempo, actualmente la piscina se encuentra en
funcionamiento de martes a domingo en un horario ininterrumpido desde las 0=
7H00
hasta las 20H00, es utilizada para la formación de niños, jóvenes y adultos=
de
la provincia, en lo que conlleva a la disciplina deportiva de natación y su
administración está a cargo de la Federación Deportiva de Chimborazo.
A
través de una inspección se identificó que la temperatura alcanzada no es la adecuad=
a ya que
no se tiene un abastecimiento oportuno de combustible, esto provoca que en
algunas ocasiones no se pueda calentar el agua de la piscina por varios día=
s lo
que genera malestar en los usuarios. Si no se corrige el problema del siste=
ma
de calentamiento de agua se corre el riesgo de reducir el número de usuarios
afectando así los ingresos económicos y el desarrollo deportivo de la provi=
ncia
en la disciplina de natación, además de una eminente contaminación ambienta=
l.
Una
posible solución para alcanzar la temperatura adecuada del agua de la pisci=
na
es la utilización de
un sistema de calentamiento combinado, ya sea con la utilización de energía
eléctrica o paneles solares, lo que reducirá el uso de hidrocarburos y la
contaminación ambiental producida =
al
calentar agua.
Importancia del Probl=
ema
El
aporte de este estudio permitirá obtener un menor costo y mayor eficiencia =
en
la operación de la piscina, favoreciendo de esta manera a la Federación
Deportiva de Chimborazo que está a=
cargo
de la misma, como a los usuarios que en su gran
mayoría son deportistas los
mismos que se forman para distintas competencias nacionales, para estos se
cuenta con el apoyo de la FDCH que está de acuerdo con el desarrollo
investigativo y prestará todas las facilidades para que se pueda tomar dato=
s y
mediciones, los cuales permitan conocer la realidad del funcionamiento de la
piscina, con el fin de establecer los correctivos necesarios y además en un
futuro de acuerdo a los resultados económicos pensar en la implementación d=
e un
sistema de calentamiento de agua combinado y de alta eficiencia.
Metodología
El
estudio para este proyecto se basa en seleccionar una alternativa que pueda
reemplazar o ayudar a la caldera que está instalada para lograr suministrar
energía al agua de la piscina y que tenga una temperatura óptima, estos
parámetros pueden ser determinados a través de una investigación de campo y
mediante el uso de variables cuantificables que permitan desarrollar un
planteamiento matemático para demostrar las suposiciones planteadas.
Para
el desarrollo del módulo descriptivo y la elaboración de los cálculos es
adecuado llegar una investigación bibliográfica, que permita insertar
referencias, tomar ecuaciones, datos, técnicas y
métodos que faciliten dichos cálculos.
=
·&nb=
sp;
Tipo de investigación=
Se
realizará una investigación
descriptiva donde se buscará
especificar los parámetros necesarios para lograr la eficiencia energética en el complejo, se
establecerá diversos aspectos como dimensiones o componentes del sistema de
calentamiento actual, se estudiará=
e
interpretará sistemas de calentamiento que funcionen con energías alternati=
vas.
Otro
tipo de investigación que se realizará es de tipo explicativo se dará a con=
ocer
la temperatura óptima, la cantidad de combustible que se utilizará en el
caldero si se instala un sistema secundario de apoyo teniendo en cuenta los
beneficios que se puede brindar a la población y minimizando la contaminaci=
ón
ambiental.
=
·&nb=
sp;
Técnicas e
instrumentación de la investigación
Las
técnicas e instrumentos que se utilizarán para determinar las característic=
as
específicas de cada variable de acuerdo a los objetivos específicos plantea=
dos
son determinadas en la tabla 1.
Tabla 1: Técnicas e
instrumentos de la investigación
|
=
- Observación – registro |
|
|
=
Dete=
rminar
la cantidad de calor necesario para alcanzar la temperatura adecuada del =
agua
en la piscina. |
|
|
=
Plan=
tear
un sistema de calentamiento de agua eficiente y que utilice energías
alternativas. |
|
|
Realizar
un estudio de impactos de la propuesta. |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
En la tabla 2 =
se
detalla la variable física que se va a medir, qué instrumento se utilizará =
para
su medición, el parámetro medido y para qué cálculo se utilizarán.
Tabla 2: Variable fí=
sica
|
Variable física |
Instrumento de medida |
Parámetro medido |
Tipo de cálculo |
|
|
|
|
|
|
|
|
- Ag=
ua
de la piscina - Agua de reposición |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018.
Resultados
y Discusión
Funcionamiento=
del
sistema de calentamiento de agua
Las etapas que forman parte d=
el
proceso de calentamiento de agua son:
Succión del agua de la piscina
El proceso de calentamiento del agua empieza en la succión por medio = de seis skimmers que se encue= ntran ubicados en la piscina tres en cada lado a lo largo de la misma, para posteriormente por medio de gravedad y con la ayuda de un sistema de tuberí= as de diámetro de 3 pulgadas llegar hasta la sala de máquinas, donde se inicia= el proceso de calentamiento y recirculación del agua.
Proceso de calentamiento de agua
Una
vez que por medio de la tubería de succión el agua llega a la sala de máqui=
nas,
esta se encuentra con un juego de válvulas donde mediante la apertura o cie=
rre
se elige hacia cual bomba hidráulica se destinará el flujo.
El
sistema de recirculación del agua cuenta con dos bombas que funcionan
alternadamente según el plan de operación del sistema, la cual proporciona
energía al fluido para que este circule a través del sistema de calentamien=
to
de agua y posteriormente sea descargada nuevamente a la piscina.
De
las dos bombas existentes en el sistema siempre está en funcionamiento solo
una, ya que es suficiente para proveer de la energía necesaria al fluido que
circula por el sistema de tuberías. El agua succionada después de pasar por=
la
bomba ingresa a los filtros los cuales se encargan de eliminar las impureza=
s o
residuos que puedan existir en el sistema, para que no afecten el
funcionamiento de la caldera.
Descarga del agua hacia la piscina
Cuando
el fluido gana temperatura al momento de circular por la caldera es inyecta=
da
nuevamente a la piscina por medio del sistema de tuberías de descarga y 14
impulsores situados uniformemente en todo el contorno de la piscina.
En
la figura 1 se representa gráficamente el sistema de calentamiento de agua =
de
la piscina "Carlos Costales".
![](3D"file8001_archivos/image067.png")
Fuente:
Toma=
de
datos y registro
Utilizando
el termómetro digital con sonda intercambiable PT 100 se midió la temperatu=
ra
del agua de la piscina antes de encender la caldera y cuando está encendida,
así como del agua de reposición y se muestra en la tabla 3:
Tabla 3: Temperaturas
promedio de agua
|
=
DAT=
OS
PROMEDIO DE TEMPERATURA |
= °C<= o:p> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Según
los datos registrados en la tabla 3 se concluye que la temperatura del agua=
que
alcanza la piscina está dentro del rango de temperaturas adecuadas para
entrenamiento de natación que según
Pérd=
idas
de calor en la piscina
Los
datos obtenidos en las instalaciones de la piscina son los que se muestran =
en
la tabla 4:
Tabla 4: Datos
utilizados en el cálculo de las pérdidas de calor
|
Tem=
peratura
del agua |
26,=
65
°C |
|
Tem=
peratura
ambiente |
22,=
15
°C |
|
Hum=
edad |
86,=
95% |
|
Núm=
ero
de ocupantes de la piscina |
28<= o:p> |
|
Núm=
ero
de espectadores
|
6 |
|
Sup=
erficie
de la piscina
|
|
|
Vol=
umen
de la piscina =
|
|
![](3D"file8001_archivos/image068.png")
![](3D"file8001_archivos/image069.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Las
dimensiones corresponden a una piscina semiolímpica cuya profundidad varía,=
la
humedad relativa está por encima del valor permitido, de acuerdo a
Resumen
de pérdidas de calor (QR) en la piscina
En
la tabla 5 se presenta un resumen de las pérdidas de calor en la piscina en
operación y en reposo:
Tabla 5: Resumen de
pérdidas de calor en la piscina
|
PÉRDIDAS DE CALOR EN LA PISCINA |
||||
|
EN OPERACIÓN (W) |
EN REPOSO (W) |
|||
|
P. EVAPORACION |
39 024,79 |
39,024 |
22 123,63 |
22,124 |
|
P. RADIACION |
12 149,35 |
12,149 |
12 149,35 |
12,149 |
|
P. CONVECCION |
1 362,20 |
13,622 |
1 362,20 |
1,362 |
|
P. RENOVACION |
28 896,13 |
28,896 |
0 |
0 |
|
P. CONDUCCION |
3 141,31 |
3,141 |
3 141,31 |
3,141 |
|
TOTAL |
84 573,78 |
84,573 |
38 776,49 |
38,776 |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Las pérdidas de calor se
calcularon cuando el sistema estaba en funcionamiento durante 13 horas y
también cuando el sistema se encontraba en reposo tomando en cuenta que dur=
ante
este tiempo no hay nadadores por lo que las pérdidas por evaporación dismin=
uyen
y las pérdidas por renovación desaparecen porque no hay reposición de agua.=
La tabla 6 registra las pérdidas de calor en la
piscina en diferentes condiciones de funcionamiento y a diferentes horas, lo
que significa que varía también el número de ocupantes de la piscina por en=
de
las pérdidas de calor en operación cambian de valor.
Tabla 6: Resumen de
pérdidas de calor en la piscina en diferentes condiciones de funcionamiento=
|
T. =
agua
piscina |
26,=
00°C |
26,=
65
°C |
26,=
44
°C |
|
Hor=
a |
9H0=
0 |
11H=
00 |
15H=
00 |
|
#
nadadores |
20<= o:p> |
28<= o:p> |
37<= o:p> |
|
#
espectadores |
4 |
6 |
6 |
|
P.
Evaporación |
34
182,49 |
39
024,79 |
44
319,91 |
|
P. =
Radiación |
11
353,54 |
12
149,35 |
12
149,35 |
|
P.
Convección |
1
179,18 |
1
362,20 |
1
362,20 |
|
P.
Renovación |
27
678,28 |
28
896,12 |
28
896,12 |
|
P.
Conducción |
2
819,12 |
3
141,31 |
3
141,31 |
|
TOTAL (W) |
77 212,61 |
84 573,77 |
89 868,89 |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
En
la figura 1 se observa la variación del número de ocupantes de la piscina e=
n el
eje horizontal, mientras este número aumenta las pérdidas de calor en opera=
ción
también lo hacen de acuerdo al eje vertical, esto se debe a que las pérdida=
s de
calor por evaporación dependen específicamente del número de ocupantes de la
piscina.
Figura 1: Análisis de=
las
pérdidas de calor para diferentes condiciones de funcionamiento
![](3D"file8001_archivos/image070.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Cálc=
ulo
del calor necesario para calentar el agua de la piscina
Se tomó en cuenta dos
periodos de operación de la caldera el uno está considerado desde las 6H00, en el que, la temperatura del agu=
a de
la piscina inicia a 24,4![](3D"file8001_archivos/image071.png")
=
hasta
las 10h30, en donde la temperatura del agua alcanza 26,65 =
, y el segundo periodo se calcula para las horas
restantes de operación a partir de las 10H30 tiempo en el cual es prendida =
la
bomba para que recircule el agua de la piscina hasta las 19H00 y se requiere
solamente mantener la temperatura del agua, tabla 7:
Tabla 7: Calor neces=
ario
del agua de la piscina
|
|
Periodo
1 (W) |
Periodo
2 (W) |
|
|
|
|
|
D=
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
79 °C |
26,65 °C |
|
|
103 699,656 W |
94 016,366 W |
![](3D"file8001_archivos/image072.png")
![](3D"file8001_archivos/image073.png")
![](3D"file8001_archivos/image074.png")
![](3D"file8001_archivos/image075.png")
![](3D"file8001_archivos/image076.png")
![](3D"file8001_archivos/image077.png")
![](3D"file8001_archivos/image078.png")
![](3D"file8001_archivos/image079.png")
![](3D"file8001_archivos/image080.png")
![](3D"file8001_archivos/image081.png")
![](3D"file8001_archivos/image082.png")
![](3D"file8001_archivos/image083.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Se concluye que el calor
entregado por la caldera para calentar el agua de la piscina en el periodo =
1 es
de 103,700 kW y para el periodo dos es de 94,016 kW, estos valores sirven p=
ara
calcular el rendimiento de la caldera.
Calor
entregado por el quemador a la caldera
Para determinar el calor entregado por el quema=
dor
se consideraron las especificaciones técnicas del equipo que se detallan a
continuación en la tabla 8:
Tabla 8: Calor entreg=
ado
por el quemador
|
Esp=
ecificaciones
del quemador |
||
|
83<= o:p> |
kW<= o:p> |
Pot=
encia
mínima |
|
176=
|
kW<= o:p> |
Pot=
encia
máxima |
|
7 |
kg/=
h |
Flu=
jo
de combustible mínimo |
|
14,=
8 |
kg/=
h |
Flu=
jo
de combustible máximo |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Para
calentar el agua de la piscina a la temperatura adecuada en el menor tiempo
posible, el quemador está regulado para consumir el máximo del flujo de
combustible y tomando en cuenta que el equipo es nuevo se considera q entre=
ga
el máximo de la potencia al sistema
Rendimiento de la
caldera
Se
determinó el rendimiento de la caldera para los dos períodos de funcionamie=
nto,
sus valores se muestran en la tabla 9:
|
Periodo
1 |
Periodo
2 |
|
|
P |
103 699,656 W |
94 016,366 W |
|
Pg |
176 k=
W |
176 k=
W |
|
n |
58,9 % |
53,4 % |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Se obtiene dos valores para el rendimiento de la c=
aldera,
el primer valor de 58,9 % corresponde al periodo 1 y el valor de 53,4% al
periodo 2, como se lo muestra en la siguiente figura 2
Figura 2:
Análisis de la eficiencia de la caldera
![](3D"file8001_archivos/image084.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
En la gráfica 3.2 se observa la variación de la
eficiencia de la caldera en relación a los dos periodos mencionados
anteriormente, de 6H00 a 10H30 la eficiencia es de 58,92%, en el segundo
periodo de 10H30 a 19H00 la eficiencia baja a 53,42 ya que el quemador se
prende cada hora durante 30 minutos y se apaga.
Cons=
umo
del combustible
El consumo de combustible difiere en dos etapas la
primera desde las 5H30, hora en la que se enciende el quemador y la tempera=
tura
del agua en el interior de la piscina es de 24,4 ºC
hasta las 10H30, en esta etapa el quemador se encuentra en operación
continua con un flujo de combustib=
le
máximo de 14,8 kg/h y la segunda etapa a partir de las 10H30 en la que el
quemador actúa en una operación intermitente, se prende y se apaga cada hora
durante 30 minutos, ya que solo se necesita mantener estable la temperatura=
del
agua en la piscina como se presenta en la figura 3:
Figura 3:<=
/span>
Consumo de combustible
![](3D"file8001_archivos/image085.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
La temperatura del agua de la piscina ta=
mbién
varía durante el tiempo de funcionamiento, la temperatura es de 24,4 ºC, la misma que aumenta de valor a 26,65 ºC en las primeras 5 horas de operación del sistema, =
en las
siguientes horas la temperatura permanece aproximadamente constante como se
observa en la figura 4, esta etapa corresponde al encendido y apagado
intermitente del quemador.
Figura
4: Temperatura del agua de la piscina
![](3D"file8001_archivos/image086.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Análisis del con=
sumo
de diesel
El
consumo de diesel se determina en relación al f=
lujo
de combustible y su densidad el consumo máximo de combustible según
especificaciones del quemador es de 4,6706 gal/h.
El
tiempo que el quemador está encendido es de 9,25 horas (periodo 1 + periodo=
2),
entonces para calentar el agua de la piscina se utiliza 43,20 galones, para=
el
consumo promedio de combustible se utiliza las 13,5 horas de funcionamiento=
del
sistema lo que da como resultado 3,2 gal/h por lo que al mes son necesarios=
1
036,87 galones de diesel.
Costo
del combustible utilizado en el funcionamiento del sistema
El
costo de operación del sistema se calcula en dos escenarios, el costo de
Tabla
10:
Costo del combustible utilizado en el sistema
|
Con=
sumo |
Cos=
to diesel /gal |
Cos=
to diesel /gal |
|
|
1,0=
3 $
Subsidio |
1,6=
9 $
Sin Subsidio |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
De
acuerdo a los precios de diesel en el Ecuador el
costo de combustible para calentar el agua de la piscina es de $ 1 067,98 al
mes, al año corresponde a $ 12 815,75 siempre y cuando se maneje el su=
bsidio
del combustible, el costo aumenta si se comprase el di=
esel
sin subsidio, al mes se tiene un gasto de $1 752,31 aumentando su valor
alrededor de 700 dólares, lo que representa al año $ 8 400 más.
Efic=
iencia
de la combustión
La
eficiencia de la combustión se determinó con el uso del analizador de gases
BACHARACH PCA 3, el cual arrojó en la primera medición una eficiencia de la
combustión de 87,6 % y la segunda de 87,2 %, registrados en la tabla 11 con=
lo
que se concluye que en los dos casos es alta, los porcentajes de gases de la
combustión de gasoil en su mayoría están dentro del rango de valores típico=
s,
según
Tabla 11: Eficiencia de la combustión
|
GAS=
ES
DE LA |
TES=
TO |
ONA=
GAS |
MED=
ICIÓN
1 |
MED=
ICIÓN
2 |
|
COM=
BUSTIÓN |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Los
valores altos de eficiencia en la combustión se le atribuyen a que el quema=
dor
utilizado en la operación es nuevo y se utiliza el máximo flujo de combusti=
ble,
al estar los valores dentro del rango se concluye que ambientalmente el imp=
acto
no es considerable, sin embargo al utilizar la c=
aldera
con un combustible fósil se genera contaminación.
Propuesta de
Mejora.
Un
objetivo de este proyecto es el de sustituir parcialmente el uso de energías
convencionales que queman combustibles fósiles, que causan gran contaminaci=
ón
ambiental y alto costo de funcionamiento por lo que en la propuesta de mejo=
ras
se analizará dos opciones que utilizan energías alternativas.
La
Energía solar es una fuente de energía renovable que se obtiene al aprovech=
ar
la irradiación del sol y se la utiliza hoy en día para varias aplicaciones
entre ellas sistemas de calentamiento de agua sanitaria, a través del uso de
dispositivos llamados colectores solares.
Para el dimensionamiento del sistema de
calentamiento solar se toma en cuenta la demanda de energía y el costo de la
instalación.
Recurso
energético disponible
La
ubicación geográfica de Ecuador es un privilegio en lo que se refiere a rec=
urso
solar, la incidencia del sol es perpendicular lo que permite obtener valores
altos de irradiación solar, los datos fueron proporcionados por la estación
meteorológica de la ESPOCH los mismos que fueron tomados con un instrumento
llamado Piranómetro quien entrega la irrad=
iancia
global en W/m² por hora, la
figura 5 muestra en promedio las horas en las que la irradiancia es mayor d=
esde
enero a octubre de 2017.
En
la ciudad de Riobamba, la radiación más alta se presenta desde las 9H00 has=
ta
las 15H00, el valor más alto =
de
radiación es de 798 W/m²
que corresponde a las 12H00, de 0H00 a 5H00 y de 19H00 a 23H00 no hay valor=
es
registrados para la radiación, desde las 6H00 ya se detectan datos de prese=
ncia
de sol en la ciudad de Riobamba.
![](3D"file8001_archivos/image087.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Para
determinar el número de colectores solares necesarios para un sistema de
calentamiento de agua se calcula la radiación solar diaria, es decir se uti=
liza
todos los valores obtenidos de radiación por hora y se suman, obteniéndose =
un
valor al día de radiación, de esto se obtiene los valores promedios para ca=
da
mes y que se encuentran registrados en la tabla 12:
|
Mes |
Radiación <=
/span> |
|
Enero |
5 112,48 |
|
Febrero |
4 815,21 |
|
Marzo |
4 520,41 |
|
Abril |
5 236,08 |
|
Mayo |
4 987,65 |
|
Junio |
5 260,97 |
|
Julio |
5 239,81 |
|
Agosto |
5 546,72 |
|
Septiembre |
5 632,42 |
|
Octubre |
5 867,06 |
|
Promedio |
5 221,881 |
![](3D"file8001_archivos/image088.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
En
general los valores de radiación alcanzados en la ciudad de Riobamba son al=
tos
lo que nos permite trabajar con sistemas alternativos de calentamiento de a=
gua.
Selección
de colectores solares=
Para
determinar el número de colectores solares que satisfagan los requerimientos
ideales de servicio se calcula las pérdidas de calor en el vaso de la pisci=
na
para 28ºC de temperatura, que se la considera ideal para que los
usuarios disfruten de este servicio, considerando que gran parte de los bañ=
istas
son niños.
Tabla 13: Resumen de pérdidas de calor en la piscina para
28ºC de temperatura
|
Tem=
peratura
agua piscina |
28,=
00°C |
|
Hor=
a |
11H=
00 |
|
Núm=
ero
de nadadores |
28<= o:p> |
|
Núm=
ero
de espectadores |
6 |
|
Pér=
didas
por evaporación |
39
024,79 |
|
Pér=
didas
por radiación |
14
999,23 |
|
Pér=
didas
por convección |
2
059,87 |
|
Pér=
didas
por renovación |
33
213,93 |
|
Pér=
didas
por conducción |
4 2=
83,60 |
|
TOT=
AL
(W) |
93
581,43 |
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Con
el colector HC – 50 cuya área de transferencia de calor es de ![](3D"file8001_archivos/image089.png")
=
y la eficiencia es del 80%, según la fig=
ura 6:
![](3D"file8001_archivos/image090.png")
![](3D"file8001_archivos/image091.png")
Fuente:
Por
lo expuesto se selecciona el colector HC – 50 cuya área de transferencia de
calor es de =
y la eficiencia es del 80%, se necesitan=
93
paneles solares lo que representa un área de captación solar de 430 =
![](3D"file8001_archivos/image092.png")
=
.
Sistema
de calentamiento de agua con bombas de calor
Otra
alternativa a ser considerada para calentar el agua de la piscina son las
bombas de calor que utilizan energía eléctrica para su funcionamiento, para
determinar las características de estas se toma en cuenta las condiciones d=
el
sistema registradas en la tabla 4 y la temperatura de 28ºC considerada como
adecuada para satisfacer las necesidades de los bañistas se determinó que la
potencia necesaria para que el sistema funcione eficientemente es de 312,44=
kW,
con este dato en la figura 7 se selecciona el tipo de bomba de calor más
adecuado.
Figura 7: Tipos de bo=
mba
de calor
![](3D"file8001_archivos/image093.png")
![3Dmx3C519](3D"file8001_archivos/image094.png")
Fuente:
Se
necesita 8 bombas de calor HE 150-RB.
Comparación
entre las alternativas de solución
A
continuación se realiza una comparación que ayud=
ará a
determinar cuál es la propuesta más factible, en la tabla 14 se encuentran =
las
principales características de cada sistema.
![](3D"file8001_archivos/image095.png")
Fuente: Autor, Ecuado=
r,
2018
Si
se compara el costo de los dos sistemas la alternativa del uso de las bomba=
s de
calor es la más costosa, el mantenimiento para este sistema es preventivo y=
se
lo hace con frecuencia ya que se necesita limpiar los filtros y revisar las
instalaciones hidráulicas, su funcionamiento depende exclusivamente del uso=
de
energía eléctrica, no hay consumo de diesel ya =
que es
un sistema independiente lo que representaría una eliminación total de gases
contaminantes.
Mientras
que el sistema que utiliza colectores solares necesita una inversión menor,=
en
este caso se tendría un sistema combinado que utilice =
diesel
por algunas horas y luego mantenga la temperatura del agua de la piscina co=
n el
uso de colectores solares, se eliminaría parcialmente la contaminación ambi=
ental
producida por el uso de la caldera, necesitaría muy poco mantenimiento y el
tiempo de vida útil relativamente es el mismo para los dos sistemas.
Conclusión
·&nb=
sp;
Se desarrolló una
auditoria energética preliminar en la que se
identificó que el actual sistema de calentamiento de agua es deficiente, la
temperatura del agua de la piscina asciende hasta 26,6 ºC,
el rendimiento de la caldera oscila entre 53,4% y 58,9%.
·&nb=
sp;
Se determinó que ca=
da
día se necesitan 93,581 kW
como el sistema funciona 13 horas la energía consumida es de 1
216,55 kW-h para alcanzar la temperatura en el agua de la piscina de 28ºC,
considerada como adecuada para niños desde los 5 años de edad que entrenan =
en
el complejo de natación Carlos Costales.
·&nb=
sp;
Para calentar el ag=
ua
de la piscina se analizaron dos sistemas con alternativas renovables, la
primera consiste en un sistema híbrido que utiliza die=
sel
durante 4 horas para elevar la temperatura del agua de 24,4 ºC
a 28ºC y luego para mantener estable la temperatura se utilizarán 93 paneles
solares; la segunda alternativa es el uso de 8 bombas de calor cuyo
funcionamiento dependerá exclusivamente del uso de energía eléctrica este
consiste en un sistema independiente en el que no es necesario utilizar
Referencias Bibliograficas
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LIOCOL,
2.
Medioambiente, M. d. (11 de Agosto de 2010). Acuerdo N°
131. Obtenido de
http://www.ambiente.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2014/04/ACUERDO-MIN=
ISTERIAL-131.pdf
PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Mor= eno Pinduisaca, L., Palacios Almache, J., Buenaño Moyano,= L., & Barrera Cárdenas, O. (2019). Diagnóstico energético del sistema de calentamiento de agua en la piscina del Complejo de Natación Carlos Costale= s de la ciudad de Riobamba. Propuesta de alternativas de solución. Ciencia Digital, 3(2.6), 370-387. https://doi.org= /10.33262/cienciadigital.v3i2.6.572
![3Dedito=](3D"file8001_archivos/image096.jpg")
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Ciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de la revista y, por
tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autoriz=
ado
por el director de la Revista Ciencia Digital.
![](3D"file8001_archivos/image097.png")
=
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