Planeación y dimensionamiento SST Piscinas

1.Consideraciones Fundamentales

Tanto en la planificación de sistemas solares térmicos para el calentamiento de agua sanitaria, como en la planificación de sistemas solares de calentamiento de piscinas, las condiciones predominantes de radiación solar y el consumo de calor son las variables de mayor importancia . El consumo de calor de una piscina está determinado por el tamaño de la piscina, la profundidad, el color de la piscina, la temperatura deseada del agua y las condiciones meteorológicas ambientales (temperatura del aire y velocidad del viento).
En piscinas al aire libre, el agua de la piscina puede ser calentada a una fracción solar de hasta el 100% con el dimensionamiento adecuado del sistema. Las ligeras variaciones de temperatura resultantes en el agua de la piscina normalmente no afectan el disfrute de los visitantes, ya que llegan más visitantes en tiempo soleado que en periodos de mal tiempo. En un sistema solar de calentamiento de agua de piscina, el volumen de agua actúa como medio de almacenamiento, amortiguando las variaciones de temperatura. Sin embargo, en períodos prolongados de mal tiempo, los pocos nadadores habituales deben esperar y aceptar una temperatura del agua de la piscina más baja en comparación con una piscina climatizada convencionalmente.

La siguiente tabla ofrece un resumen de las ganancias y pérdidas de calor que surgen en una piscina, junto con las variables de las que dependen.

Al planificar un sistema solar para calentar el agua de la piscina, el objetivo principal debe ser equilibrar las pérdidas térmicas de la piscina con la ganancia solar en la medida de lo posible, para que haya poca necesidad de calefacción auxiliar.

2. Fórmula aproximada para establecer el área de superficie del absorbedor, flujo volumétrico y pérdida de presión.

El tamaño de la superficie de absorción del sistema solar se adapta al tamaño de la superficie de la piscina. Eel abanico de posibles diseños es muy amplio, debido a los aspectos económicos.

En principio, la relación de diseño entre la superficie del absorbedor y la superficie de la piscina se puede definir de la siguiente manera:

  • Climas templados: área de la superficie del absorbedor = 0.5–1.0 × el área de la superficie de la piscina.
  • Climas subtropicales: área de la superficie del absorbedor = 0.3–0.7 × el área de la superficie de la piscina.

En el caso de superficies más pequeña, las piscinas deben estar equipadas con cubiertas relativamente baratas. Si se utiliza una cubierta, se puede seleccionar una relación de diseño más pequeña.
Para las piscinas privadas, a diferencia de las piscinas públicas al aire libre, el campo de absorción se instala a menudo en el techo inclinado de la casa. Con una inclinación del techo> 15 °, el absorbedor debe tener una orientación entre –45 ° y + 45 ° con respecto al ecuador. Cuanto menos favorable sea la alineación de la superficie del absorbedor, mayor será la relación de diseño que se debe seleccionar.

3. Caudal del absorbedor y pérdida de presión

El flujo uniforme a través de la superficie del absorbedor es el criterio más importante para obtener altos rendimientos, particularmente para grandes campos de absorbentes en piscinas públicas al aire libre.
Además, el flujo volumétrico relacionado con la superficie es importante para una transferencia de calor eficiente.
El flujo volumétrico debe estar en el rango de 80-110 l / h por m² de superficie absorbente. Este es un valor generalmente utilizado, pero siempre se debe tener en cuenta la información del fabricante. Con este flujo volumétrico y una irradiación solar global de 800 W / m², se establece una diferencia de temperatura de 6 a 8 K entre las líneas de alimentación y retorno.
En principio, el rendimiento térmico de un campo absorbente aumenta al aumentar el flujo volumétrico. Sin embargo, a partir de un caudal volumétrico específico de aproximadamente 80 l / hm², el rendimiento térmico se acerca a un valor límite. Al mismo tiempo, aumenta la energía eléctrica auxiliar requerida.

Para lograr un flujo uniforme a través de la superficie del absorbedor, se deben tener en cuenta los siguientes puntos:

  • ΔP superficie absorbedor ≥ 2 ΔP sistema. La pérdida de presión a lo largo del absorbedor debe ser al menos
    el doble de la suma de las pérdidas de carga de la tuberías del sistema.
  • Para sostener esto, Superficies de absorción largas y estrechas y tuberías distribuidoras largas
    con una velocidad de flujo lenta.

Como regla general, 0,2 bar (2,9 psi) es suficiente para cubrir la pérdida de presión en las longitudes del absorbedor para asegurar un flujo uniforme, si el distribuidor está dimensionado correctamente. Si las membranas colectoras son relativamente cortas, la pérdida de carga puede aumentarse correspondientemente mediante una conexión en serie o mediante conexiones en serie parciales para lograr un flujo uniforme.
Para una buena transferencia de calor entre el absorbedor y el agua de la piscina, la velocidad debe diseñarse lo suficientemente alta para que el flujo en el canal del absorbedor sea turbulento. Sin embargo, la diferencia entre las velocidades de flujo en la tubería distribuidora y el canal de absorción no debe ser demasiado grande, o pueden surgir perturbaciones de flujo como remolinos marginales y efectos de succión.
Si se cumplen las condiciones descritas anteriormente, el flujo óptimo se logra con un consumo mínimo de energía de la bomba. El consumo de energía eléctrica de las bombas no debe superar el 2% de la energía solar disponible.

4. Diseño de la bomba

El diseño de la bomba del circuito del absorbedor utiliza los mismos cálculos que se describen en la sección para los sistemas de calentamiento de agua sanitaria. El caudal volumétrico total del sistema se obtiene después de determinar la superficie absorbente necesaria y teniendo en cuenta el caudal volumétrico específico descrito anteriormente. Además, se debe determinar la pérdida de carga a través del absorbedor, la tubería y todos los accesorios del circuito del absorbedor, y la diferencia de altura entre la superficie de la piscina y el campo del absorbedor. Una vez que se establecen el flujo volumétrico total y la pérdida de presión, se pueden encontrar bombas adecuadas disponibles en el mercado.