Pedro Rufes Martínez - Energia solar térmica

11.3 Cálculo de la energía solar disponible

11.4 Cálculo de la demanda de energía en instalaciones de ACS

11.5 Cálculo de la demanda de energía en la climatización de piscinas

11.6 Cálculo de la demandas de calefacción y refrigeración

11.6.1 El método de los grados-día

11.6.2 Cálculo aproximado de la carga térmica

CAPÍTULO 12. PREVENCIÓN DE LA LEGIONELOSIS

ANEXO I. NORMATIVA APLICABLE

ANEXO II. TABLAS DE REFERENCIA

ANEXO III. CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN

ANEXO IV. CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE RADIACIÓN SOLAR POR SOMBRAS

ANEXO V. MÉTODOS DE CÁLCULO

BIBLIOGRAFÍA

PRESENTACIÓN

Constituye una satisfacción presentar este libro de mi amigo y compañero durante ya bastantes años, el profesor Pedro Rufes. En realidad soy mayor que él, no en vano fue alumno mío en sus estudios de Ingeniería, en aquellos lejanos tiempos en los que las carreras eran presenciales y sólidas como atestigua su formación, enmarcada vocacionalmente en el ámbito de las instalaciones térmicas. Sin embargo, la diferencia de edad nunca ha sido óbice para una colaboración fructífera en lo profesional y personal. Más si cabe teniendo en cuenta que en el año 2004 iniciamos la aventura de crear la Asociación Catalana del Hidrógeno y las Energías Renovables , de la que él es vocal de la Junta de Gobierno y yo secretario. Los dos somos profesores del Departamento de Mecánica de Fluidos de la EUETIB-UPC y durante varios años consecutivos participamos en el proyecto CIFGE (Centro de Investigación, Formación y Gestión Empresarial) desde el cual llevamos a cabo numerosos cursos relacionados con la energía solar, fotovoltaica y ahorro energético con gran éxito.

Hemos colaborado en diversas obras: Torres de refrigeración, Ciclos frigoríficos y Fluidos frigoríficos , las tres de la editorial CEAC, y en numerosos artículos y ponencias que sería prolijo enumerar.

Este libro, suyo en solitario, constituye la culminación de su experiencia en el campo de la energía solar térmica, libro muy interesante, sólido, riguroso y ameno, no en balde el profesor Rufes atesora también una dilatada experiencia en el terreno profesional además del docente.

El lector que acierte a leer este libro encontrará que lo descrito en él no sólo abarca los aspectos teóricos del tema, que son importantes, sino también los prácticos, que lo son todavía más. Con numerosos ejemplos y esquemas que hacen más inteligible la explicación.

Las instalaciones de energía solar térmica tienen sus fanáticos defensores y también sus detractores. Seamos razonables pensando aquello de “ni tan bueno ni tan malo”. En realidad algunas instalaciones solares se han ganado mala fama simplemente porque funcionan mal, lo cual equivale a decir que no están correctamente diseñadas. Se trata de no dar munición a los detractores; dejemos la discusión de fondo para los expertos y economistas, pero al menos que la instalación "funcione", por este motivo creo que obras como ésta son tan importantes.

Dr. Ángel L. Miranda

Profesor de la EUETIB-UPC

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1 El sistema energético

La energía es el motor de todas las actividades de los seres vivos sobre el planeta, incluidas las de los seres humanos. Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía para sus actividades. Estas fuentes de energía se denominan renovables cuando se puede recurrir a ellas de forma permanente porque son inagotables: por ejemplo, el sol, el agua o el viento. Por el contrario, las no renovables son aquellas fuentes de energía cuyas reservas son limitadas y, por tanto, pueden agotarse: por ejemplo, el petróleo o el carbón. A medida que las reservas son menores, es más difícil su extracción y aumenta su coste.

La energía que se obtiene de la naturaleza se denomina energía primaria: por ejemplo, el petróleo o el carbón. La energía primaria no puede utilizarse directamente; para poder utilizarla son necesarias sucesivas operaciones de transformación y transporte, desde el yacimiento a la planta de transformación, y luego al consumidor final. La energía utilizada en los puntos de consumo se denomina energía final: por ejemplo, la electricidad y el gas natural consumidos en las viviendas, o la gasolina y el gasóleo consumidos por los vehículos.

El rendimiento de todo el conjunto de operaciones de transformación y transporte, es decir del sistema energético, es la relación entre la energía final consumida y la energía primaria empleada. Dicho rendimiento es muy bajo: del orden del 2,5%.

Los principales problemas del actual sistema energético son los siguientes:

1. Agotamiento de los combustibles fósiles

El sistema energético actual se basa en el consumo de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), que son agotables. El ritmo de consumo es tal, que en un pequeño intervalo de tiempo la humanidad está gastando lo que la naturaleza ha tardado cientos de millones de años en producir. El agotamiento de las reservas de los combustibles fósiles es, por tanto, una realidad indiscutible.

La teoría del pico de Hubbert predice que la producción mundial de petróleo llegará a su cénit y después declinará tan rápido como creció, ya que el petróleo es un recurso finito y no renovable en períodos de tiempo cortos, por lo que tarde o temprano se llegará al límite de extracción. Esta controvertida teoría es aceptada por una gran parte de la comunidad científica e, incluso, por la industria petrolera.

Sin embargo, existe un gran debate en torno a la predicción de cuándo tendrá lugar el pico o cénit. La ASPO ( Association for the Study of Peak Oil and Gas ) prevé que el cénit del petróleo ocurra en el año 2010, siendo el del gas natural algunos años más tarde, entre el 2015 y el 2025. En el año 2000 el USGS ( United States Geological Survey ) realizó un estudio global sobre el estado de las reservas de crudo y predijo el cénit para el año 2037. Según el EWG ( Energy Watch Group ), en el año 2006 ya pasamos el cénit del petróleo.

2. Efecto invernadero y cambio climático

El efecto invernadero, en la Tierra, es la capacidad de retener calor que tiene la atmósfera debido a la existencia de gases que son transparentes a la radiación solar y opacos a la radiación infrarroja que emite la superficie terrestre. Se trata de un fenómeno necesario para el desarrollo de la vida en la Tierra, puesto que sin éste la temperatura media en su superficie sería de unos -20 °C. El consumo de combustibles fósiles se traduce inevitablemente en emisiones de dióxido de carbono (CO 2) a la atmósfera, siendo responsables de casi el 80% de las emisiones totales de dióxido de carbono a la atmósfera.

Aunque el debate todavía sigue abierto, una gran parte de la comunidad científica internacional está de acuerdo en que el dióxido de carbono producido por la actividad humana es el principal causante del cambio climático debido al calentamiento global de la atmósfera. Si no se remedia, un aumento excesivo de la temperatura media del planeta podría llegar a tener graves consecuencias, como la elevación del nivel del mar y la consecuente inundación de las zonas costeras, y la desertización de algunas zonas del planeta. Paradójicamente, los países pobres son los que sufrirán de forma más intensa las consecuencias del cambio climático.