La hidráulica es la rama de la física que estudia la mecánica de los líquidos y se divide en hidrostática (líquidos en reposo) e hidrodinámica (líquidos en movimiento).

Se llama densidad d de un cuerpo al cociente entre su masa m y su volumen V:

d = m / V

El peso específico pe es el cociente entre el peso (= m . g) y el volumen:

pe = m . g / V

Los fluidos (líquidos y gases) ejercen siempre una presión pr en todas las direcciones.

La presión es el cociente entre una fuerza f (la ejercida por el fluido) y el área de la superficie sobre la que actúa esta fuerza S:

pr = f / S

La unidad de presión en el SI es el Newton dividido por el m2 (N / m2) y recibe el nombre de pascal.

La presión ejercida por la gravedad y las fuerzas que tienden a comprimir los fluidos se llama presión estática.

La presión derivada del movimiento de un fluido se llama presión dinámica.

Conociendo la densidad o el peso específico de un fluido podemos hallar la presión estática debida a la gravedad a cualquier profundidad h a partir de cualquiera de las siguientes 2 fórmulas:

pr = d . g . h

pr = pe . h

La diferencia de presión será igual a la diferencia de profundidades h entre 2 puntos o distancia vertical entre ellos.

Una típica presión estática, es la presión atmosférica, producida en todas direcciones sobre los cuerpos colocados en la superficie de la tierra debido a la gran columna de aire sobre ellos. El resultado de esta acción en todas direcciones de la presión atmosférica no produce fuerza neta de empuje del cuerpo hacia algún lado, solo tiende a comprimirlo.

En el caso de un recipiente, la presión atmosférica actúa por dentro y por fuera y por lo tanto sus acciones se anulan entre sí.

A nosotros nos interesa conocer el exceso de presión sobre la presión atmosférica que pueda haber en el interior del recipiente (depósitos o tuberías) a través de aparatos de medición (manómetros).

Si en un recipiente el aire puede entrar y salir libremente a través del borde de la tapa, la superficie del líquido estará únicamente sometida a la presión atmosférica. Se trata de un depósito abierto o no presurizado.

Si midiéramos con un manómetro la presión a diferentes alturas en el depósito, será igual a cero en la superficie y máxima en el fondo.

Si ahora el recipiente está herméticamente cerrado y sometido a una presión adicional p, transmitida a través de las tuberías que lo comunican con la red de distribución; la medición será igual a la anterior pero incrementada en el valor de p. Generalmente la pequeña diferencia de presión originada en la diferencia de alturas es despreciable frente a la presión general del circuito p.

El teorema de Arquímedes permite conocer el peso de un cuerpo cuando se encuentra sumergido en un líquido.

Este teorema también puede aplicarse a una porción del mismo líquido.

Supongamos que una porción del líquido sufriera un ligero aumento de temperatura con respecto a otras partes del mismo.

Los cuerpos se dilatan al aumentar su temperatura y al aumentar de volumen su densidad disminuye ya que la masa permanece invariable.

Si d1 es la nueva densidad de la porción considerada (d1 < d):

Peso de la porción de líquido: p = m . g = V1 . d1 . g

Empuje que actúa sobre la porción de líquido: E = V1 . d . g

Donde V1 es el volumen de la porción de líquido

Estas son las llamadas corrientes de convección naturales de los fluidos, en las que las partes calientes de los mismos tienden a ascender. En este fenómeno se basan los sistemas de circulación natural o termosifón para el aporte de agua caliente mediante colectores solares.

Este contenido forma parte del eBook «Introducción a la Energía Solar» y del e-learning solar de Sopelia.

Este cronograma representa la dosificación recomendada de dedicación para una correcta asimilación de conocimientos durante el curso e-learning de Técnico – Comercial en Energía Solar Térmica impartido por Sopelia.

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Supone dedicar entre 1 y 2 horas diarias entre lunes y viernes de cada semana.

* Semana 1: Introducción a la Energía Solar
1.1) El futuro de la energía solar
1.2) El Sol
1.3) Nociones básicas de Física

* Semana 2: Introducción a la Energía Solar
1.4) Nociones básicas de Electricidad
1.5) Nociones básicas de Energía
1.6) Energía del sol
1.7) Tablas
– Resolución Test 1 y 2 y Ejercicio 1

* Semana 3: Energía Solar Térmica – Equipos
2.1.1) Colectores
2.1.2) Sujeción y anclaje

* Semana 4: Energía Solar Térmica – Equipos
2.1.3) Fluido caloportador
2.1.4) Protección de la instalación

* Semana 5: Energía Solar Térmica – Equipos
2.1.5) Tuberías
2.1.6) Tanques acumuladores
2.1.7) Intercambiadores

* Semana 6: Energía Solar Térmica – Equipos
2.1.8) Grupos de bombeo
2.1.9) Aislamiento
2.1.10) Otros componentes
– Resolución Test 3 y Ejercicio 2

* Semana 7: Energía Solar Térmica – Instalaciones
2.2.1) Principios básicos
2.2.2) Diseño
2.2.3) Regulación

* Semana 8: Energía Solar Térmica – Instalaciones
2.2.4) Proyecto de un sistema de ACS
2.2.5) Cálculo de la superficie colectora
2.2.6) Cálculo de los demás elementos de la instalación

* Semana 9: Energía Solar Térmica – Instalaciones
2.2.7) Presentación de un proyecto
2.2.8) Otras aplicaciones
2.2.9) Ejecución y mantenimiento de la instalación

* Semana 10: Energía Solar Térmica – Instalaciones
– Resolución Test 4 y 5 y Trabajo Práctico final

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Esta acción de formación brinda capacitación técnico – comercial en aplicaciones domésticas de energía solar con el objetivo de difundir la tecnología y desarrollar recursos humanos para su incorporación al mundo laboral y empresarial.

La edición 2016 comienza el día 19 de septiembre y finaliza el día 25 de noviembre.

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Una de las cuestiones más importantes en temas de ahorro de energía y aprovechamiento de energía solar es sin duda su aplicación en la climatización de viviendas y lugares de trabajo.

Este sector representa aproximadamente el 40% del total de la energía consumida por el hombre. El ahorro que puede conseguirse aprovechando la energía solar para la calefacción es del orden del 60 al 80% según sea el diseño de la casa.

Los principios de la arquitectura bioclimática deberían aplicarse en todos los nuevos planes urbanísticos.

Cuando se habla de arquitectura solar pasiva, se habla del modelado, selección y uso de tecnología solar pasiva, que sea capaz de mantener el entorno de una vivienda a una temperatura confortable y agradable, a través del sol. Hay que destacar que este tipo de arquitectura es únicamente una pequeña parte del diseño de edificios energéticamente eficientes y es considerada como parte del diseño sostenible.

Existen tres tipos de ganancia solar:

1) La ganancia solar directa: se refiere a la utilización de ventanas, claraboyas y persianas para controlar la cantidad de radiación solar directa que llega al interior de una vivienda, en combinación con suelos de gran masa.

2) La ganancia solar indirecta: se consigue por medio de la piel del edificio, diseñada con determinada masa térmica. Un ejemplo de esta ganancia es también la cubierta ajardinada.

3) La ganancia solar aislada: es el proceso en el que lo principal es la captura pasiva del calor del sol, para después ser transportado dentro o fuera de la vivienda.

Hay consideraciones a tener en cuenta en la ejecución de este tipo de arquitectura, para que dé su mejor resultado:

* La orientación de la construcción

* Características de la construcción

* Uso del entorno

En las edificaciones existentes siempre se puede intervenir para mejorar el aislamiento térmico, abrir persianas al sol de invierno o añadir una galería acristalada en la fachada norte de la casa si nos localizamos en el hemisferio sur.

Para que la casa pueda calentarse con el sol en invierno se necesita una fachada norte despejada, sin muchos vecinos que tapen el sol del mediodía.

Los acristalamientos principales deben estar en esta fachada norte. Por ejemplo, si nos localizamos en la mitad sur de Argentina necesitamos de 1,4 a 2 m2 de vidrio al norte por cada 10 m2 de estancia que queramos calentar.

Es conveniente cerrar por la noche con cortinas o persianas los ventanales para que no se escape el calor captado.

Es bueno mejorar el aislamiento térmico en la medida de lo posible y tener masa térmica (material de construcción en muros, forjados) que acumulen el calor del día para la noche. Para el verano es necesario colocar aleros, toldos, parras, etc. que sombreen las ventanas.

Puedes acceder a más contenidos de este tipo en el Manual Técnico – Comercial de Energía Solar Térmica de Sopelia.

Qué cualidades se deben tener en cuenta al seleccionar un colector solar térmico?

Son dos:

1- Sus cualidades constructivas. Determina la durabilidad y la posibilidad de integración arquitectónica.

2- Sus cualidades energéticas. Determina la rentabilidad económica.

En algunos aspectos ambas cualidades se interrelacionan.

Un buen colector solar es aquél que posee ambas cualidades bien equilibradas para la aplicación deseada.

De nada sirve un colector solar con un aporte energético extraordinario si fallan sus cualidades constructivas, degradándose con rapidez, ya que la rentabilidad de estas instalaciones se mide a medio plazo.

De nada sirve un colector solar con unas cualidades constructivas extraordinarias si fallan sus cualidades energéticas, ya que, simplemente, no está cumpliendo con su cometido principal.

Al observar la curva de rendimiento de un colector solar, vemos que el mismo depende de una variable que es la temperatura T, la cual a su vez depende de la variable radiación solar I, de la variable temperatura de entrada Te del fluido al colector solar y de la variable temperatura ambiente Ta.

Es decir, el rendimiento de un colector depende:

– por un lado de las condiciones climatológicas, dadas por I y por Ta,

– por otro lado de las condiciones de trabajo, es decir, de para qué se usen, dada por Te.

Por ello, al seleccionar un colector hay que considerar:

1) La aplicación que va a tener (solo ACS, solo calefacción, ACS y calefacción, climatización de piscinas, etc.).

2) Las condiciones climáticas y de radiación de la localización de la instalación.

3) Las curvas de rendimiento de los modelos.

4) El precio del equipo.

5) La rentabilidad económica (en base puramente a la relación entre precio y rendimiento) y el plazo de recupero de la inversión.

6) Su calidad constructiva.

Es necesario equilibrar calidad constructiva con calidad energética.

Existe un debate abierto entre los profesionales sobre cuál de las dos tecnologías de colectores más utilizadas es la más adecuada: colector plano o de tubo de vacío ?

Los que optan por los colectores de tubo de vacío los consideran más avanzados y sostienen que en el futuro esta tecnología terminará por desplazar definitivamente a los colectores planos debido a su mejor rendimiento.

La brecha del mayor costo de los colectores de tubo de vacío con respecto a los planos se ha ido reduciendo y ya podemos encontrar colectores de ambas tecnologías al mismo precio.

Los partidarios de los colectores de tubo de vacío consideran que optar por ellos se compensa, ya que al ofrecer un mayor rendimiento por m2 será necesario adquirir menos colectores.

Esto no es necesariamente así, sobre todo en las pequeñas instalaciones:

En una pequeña instalación que solo aporta a ACS con condiciones climáticas y de radiación buenas, será mayor el rendimiento y la rentabilidad de los colectores planos.

A medida que aumenta el tamaño de la instalación, el mayor rendimiento del colector de tubo de vacío compensará la menor superficie absorbedora.

Hay que tener también en cuenta la facilidad de integración en edificios de los colectores de vacío de flujo directo (U-Pipe) que se pueden colocar en vertical cubriendo una fachada o balcón.

En definitiva, un profesional adecuadamente formado debe valorar atendiendo a los siguientes factores la elección de una u otra tecnología:

• Los requerimientos específicos de la instalación

• La climatología del lugar en cada estación del año

• Su experiencia previa

• La disponibilidad de presupuesto.

Puedes encontrar contenidos como este en el Manual Técnico – Comercial de Energía Solar Térmica de Sopelia

Cuando Federico Redin atendió la llamada telefónica en su oficina de Bahía Blanca (Argentina) se puso contento porque era para solicitar sus servicios de instalación en un nuevo proyecto de energía solar.

Pero cuando llegó a la vivienda dónde se localizaría el proyecto, se dio cuenta de que la instalación tenía cierta complejidad.

Se trataba de una piscina interior de uso continuo con baño, vestuario y cocina.

La piscina estaba cerrada de manera rústica con paredes de ladrillo macizo, aberturas de aluminio con DVH de baja calidad en el cerramiento y techo de policarbonato transparente. Todo un desafío.

Luego de la visita, quedó dando vueltas en su cabeza qué solución adoptar para configurar la instalación de manera óptima.

Apelando a la creatividad característica de los argentinos, Federico adoptó una solución poco convencional: climatizar la piscina mediante suelo radiante (tanto en las zonas de tránsito del recinto como en el vaso de la piscina misma).

De esta forma se lograría climatizar la piscina independientemente del tipo de agua que contenga el vaso y de una forma más eficiente, dado que la climatización convencional de piscinas tiene la inercia negativa del agua en movimiento.

Al calentar el agua de la piscina con una caldera convencional se pone en movimiento el agua con la misma bomba de la piscina, provocando el enfriamiento de ésta por dicho movimiento; lo que disminuye el rendimiento global de la instalación. Por ello se necesita una fuente de energía más potente y con más reacción térmica.

Sabemos que utilizando energía solar no contamos con una gran reacción térmica, es decir, que el tiempo de calentamiento es más lento.

Al climatizar la piscina con suelo radiante, el agua se caliente a través del hormigón, que una vez en régimen posee más inercia térmica y permite a la energía solar mantener ese régimen.

El “vaso” radiante de la piscina y el suelo de la zona de tránsito del recinto reciben aporte de una caldera de gas convencional que se encarga de poner en régimen la instalación y de 7 colectores heat pipe que proveen directamente al circuito (sin intercambiador) de fluido caloportador que transfiere calor en horas de sol.

La temperatura es regulada con una válvula termostática mezcladora para no degradar el suelo con altas temperaturas.

El sistema cuenta con un termostato ambiente para las zonas de tránsito y un termostato para el agua de la piscina.

Luego se discrimina la temperatura del ambiente o del agua con cabezales eléctricos ubicados en el colector del suelo radiante, que separan la parte del vaso de la piscina y de las zonas de tránsito del recinto.

La piscina tiene un sistema de cloración natural por sal (agua salada al 5%) lo que permite evitar el uso de cloro.

Al haber 2 circuitos independientes (el del vaso de la piscina y el del suelo radiante), protegemos a la caldera de calentar agua salada, lo que en poco tiempo causaría daños severos e irreversibles en la misma.

Federico Redin es asesor experto en instalaciones en Sopelia.