Nmx Es 004 Normex 2010 Evaluacion de Sistemas

NMX-ES-004-NORMEX-2010

.

FECHA DE INICIO DE VIGENCIA: VIGENCIA: 11 DE J UNIO DE 2010

PREFACIO La Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación S.C. (NORMEX), es un Organismo Nacional de Normalización establecido el 3 de diciembre de 1993 en términos del Artículo 4 de los estatutos de la Acta Constitutiva de la Sociedad. Acreditado el 8 de diciembre de 1993 por la SECOFI Actualmente Secretaria de Economía – Dirección General de Normas para elaborar y expedir Normas Mexicanas con fundamento en los Artículos 65 y 66 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y conforme con las directrices y procedimientos para la acreditación de Organismos Nacionales de Normalización. La Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación S.C. (NORMEX), fue acreditada por la Dirección General de Normas para elaborar, modificar y expedir Normas Mexicanas en el área de Energía Solar, el 26 de agosto de 2004, No. Acreditamiento 0001-D oficio con número de folio: DGN.312 .01.2004.458 Fundamentado en el Artículo 51-A Fracción III de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y del Artículo 43 del Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, se publicó en el Diario Oficial de la Federación del día 26 de Junio del 2009 el aviso de consulta pública del proyecto de norma. Con base; al Artículo 34 Fracción XI y XXX de la Ley Orgánica de la Administración; a los Artículos 51-A y 66 Fracciones II y V de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; al Artículo 24 Fracciones I y XV del Reglamento Interior de la Secretaría de Economía; y por conducto de la Dirección General de Normas; se publicó y expidió en el Diario Oficial de la Federación, del día 12 de abril del 2010, la declaratoria de vigencia como Norma Mexicana. La presente Norma Mexicana fue elaborada por el Subcomité Evaluación Energética; del Comité Técnico de Normalización Nacional para Energía Solar, NESO-13, coordinado por la Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación S.C. (NORMEX, S. C.) con la colaboración de las siguientes empresas e instituciones: Miembros Promoventes: 

Asociación Nacional de Energía Solar, A. C. (ANES)



Banuet ConsultoresR



Calentadores de América, S.A. de C. V. (CALOREX)



Centro de Investigación en Energía (CIE-UNAM)



Centro de Promoción del Cobre, A. C. (PROCOBRE)



Centro Nacional para el Desarrollo del Acero Inoxidable. (CENDI)



Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía. (CONUEE)



Consejo de Ciencia y Tecnología de Guanajuato (CONCYTEG)



Energía Tecnología y Educación, S. C. (ENTE)



Fondo Mixto de Fomento a la Investigación Científica y Tecnológica CONACYT Gobierno del Estado de Guanajuato. (FONINV)



Funcosa, S.A. de C.V.



Heliocol de México, S.A. de C.V. N.E. 001 Página 1 de 38


.


IUSA, S.A. de C.V. 4 C.V. 4 l comité son de reciente ingreso. Módulo Solar, S.A. de C.V.  



Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación, S.C. (NORMEX, S.C.)



Tanques Menher , S. A. de C.V.



Universidad Nacional Autónoma de México - Facultad de Ingeniería.



Universidad Nacional Autónoma de México - Instituto de Geofísica.



USOL, S.A. de C.V.

Miembros Participantes: 

Instalaciones Técnicas Especializadas, S.A.



Instituto de Investigaciones Científicas Universidad de Guanajuato.



Instituto Politécnico Nacional - Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco. (ESIME Azcapotzalco)



Universidad Nacional Autónoma de México - Facultad de Ingeniería



Universidad Nacional Autónoma de México - Instituto de Geofísica.



Secretaría de Economía - Dirección General de Normas (DGN)

Esta Norma Mexicana cumple; las Directrices de los procedimientos para la elaboración y actualización de Normas (NOR-03/01); la Edición de documentos de normalización -Anteproyectos, Proyectos y Normas Mexicanas- NORMEX (NOR-03/02); la aprobación por consenso del Comité Técnico de Normalización Nacional para Energía Solar (NESO-13) y la conformidad de la Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación, S.C. La presente Norma Mexicana esta bajo la jurisdicción del Comité Técnico de Normalización Nacional para Energía Solar y la Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación, S.C. Con base; al Artículo 51 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y al Artículo 48 del Reglamento de la misma Ley, deberá revisarse o actualizarse esta Norma, a los 5 años siguientes a la publicación de la declaratoria de vigencia. Los comentarios que puedan surgir deberán ser enviados a la sede del Comité Técnico, sito, Dirección de Normalización de NORMEX, Av. San Antonio No. 256 Piso 7 Col. Ampliación Nápoles Delegación Benito Juárez, C.P. 03840, teléfono: 55 98 30 36 fax: 55 98 58 99, Correo electrónico [email protected].

N.E. 001 Página 2 de 38


.


ÍNDICE Página 0.0 Introducción ......................................................................................................................................................4 1.0 Objetivo y Campo de aplicación .......................................................................................................................4 2.0

Fundamento......................................................................................................................................................5

3.0 Referencias ......................................................................................................................................................6 4.0 Definiciones ......................................................................................................................................................6 5.0 Símbolos y abreviaturas ...................................................................................................................................7 6.0 Instrumentos y equipos equip os de ensayo ensay o ..................... .... .................................. .................................. ................................. ................................. ...................................... ..................... .....7 6.1 Descripción de las partes del banco de pruebas .................. ........................... ................... ................... .................. .................. ................... .................. ................. ...........7 ..7 6.2 Requerimientos en la instrumentación y adquisición de datos ................. ........................... ................... .................. .................. .................. ................9 .......9 6.3 Medición de variables eléctricas ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................. ................. ................... ...............11 .....11 6.4 Sistema automático de adquisición ad quisición de datos y control ......................... .................................. ................... ................... ................... ................. ................. ............11 ..11 7.0 Método Méto do de prueba................ prueba ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................... ................................... ...................11 ...11 7.1 Descripción del sistema de calentamiento cale ntamiento solar de agua ...................... ............................... ................... ................... .................. .................. .................. .........11 11 7.2 Preparación del sistema para su evaluación ................... ............................ ................... ................... .................. ................... ................... ................. .................. .............11 ...11 7.3 Procedimien Proced imiento to de prueba ............................... .............. ................................. ................................. ................................. ................................ .................................... ..............................12 ..........12 7.4 Procedimiento de eval uación y cálculos cálc ulos ................... ............................. ................... .................. ................... ................... .................. ................. .................. ................... .........15 15 8.0

Etiquetado......................................................................................................................................................17

9.0 Bibliografía Bibli ografía .................................. ................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................... ................................... ............................19 ............19 10.0 Concordancia con Normas Internacionales .................. ............................ ................... ................... ................... ................... ................... .................. .................. ............21 ...21 Apéndice Normativo 1 Figuras del banco de pruebas ................ ......................... .................. ................... ................... .................. .................. ................. .................. ...........22 .22 Apéndice Normativo 2 hoja de formato para la descripción de un sistema de calentamiento solar de agua y resultados de las pruebas .....................................................................................................................................24 Apéndice Normativo 3 Hoja de resultados de la aplicación de las pruebas de sistemas solares ............... ........................29 .........29 Apéndice Normativo 4 Pruebas de integridad del sistema ............. ....................... ................... .................. ................... ................... .................. .................. ..............32 .....32 Apéndice Normativo 5 Formato de etiqueta ........... .................... .................. ................... ................... ................... ................... ................... ................... ................... ................... .........34 34 Apéndice Informativo No. 1 Cálculos para determinar la relación entre MJ y kg de gas LP ............... ........................ .................36 ........36 Apéndice Informativo No. 2 Determinación del tiempo solar verdadero (TSV) (TSV) ................. .......................... ................... ................... ................38 .......38 N.E. 001 Página 3 de 38


.

FECHA DE INICIO DE VIGENCIA: 11 DE J UNIO DE 2010

ENERGÍA SOLAR - EVALUACIÓN TÉRMICA DE SISTEMAS SOLARES PARA CALENTAMIENTO DE AGUA – MÉTODO DE PRUEBA SOLAR ENERGY- THERMAL EVALUATION OF SOLAR SYSTEMS FOR WATER HEATING - TEST METHOD.

0.0

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de calentamiento solar de agua han tenido un gran desarrollo en aplicaciones a escala doméstica, en donde se satisfacen variadas necesidades, principalmente de aseo personal, y en menor importancia en la limpieza de enseres domésticos y ropa y en una creciente aplicación en el calentamiento de agua en piscinas, en donde actualmente representa casi el 60 % del mercado en los Estados Unidos Mexicanos. Su aplicación se ha extendido hacia el sector servicios, en donde se esta aplicando en hoteles, hospitales, oficinas públicas y en menor escala en el sector industrial. Ante este creciente mercado de la energía solar, es cada vez más necesario establecer un mínimo de especificaciones técnicas que garanticen el buen funcionamiento del sistema y permitan al consumidor, el poder seleccionar un sistema solar para calentamiento de agua. El método de prueba que se establece en esta Norma Mexicana es un método sencillo para que en un laboratorio al aire libre se puedan probar sistemas solares domésticos para el calentamiento de agua. El comportamiento térmico se caracteriza por medio de un ensayo usando una aproximación del tipo caja negra y 4 pruebas de integridad de los sistemas. 1.0

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta Norma Mexicana establece el método de ensayo (prueba) para evaluar y comparar el comportamiento térmico de sistemas de calentamiento de agua solares, principalmente para uso doméstico hasta una capacidad máxima de 500 litros y hasta una temperatura máxima de 90 °C como dominio de temperaturas de agua caliente. La presente Norma Mexicana se aplica a los sistemas solares domésticos para calentamiento de agua que funcionan mediante: a) Circulación natural o termosifónicos; y b) Circulación forzada; Los cuales pueden funcionar a partir de una o más de las siguientes tecnologías, u otras: a) b) c) d)

Colectores solares planos; Autocontenidos; Colectores de tubos evacuados con o sin tubos de calor y con y sin superficies reflejantes; Colectores con concentradores tipo parabólico compuesto (CPC).

Esta prueba no puede ser aplicada a lo siguientes sistemas solares domésticos para el calentamiento de agua: a) Colectores solares con sistema de seguimiento, b) Sistemas que contengan más de un tanque térmico de almacenamiento,



.


2.0

FUNDAMENTO

El sistema solar para calentamiento de agua en la mayoría de los casos, está constituido por una superficie absorbedora de la radiación solar y un tanque de almacenamiento de agua caliente. La circulación del fluido térmico se puede llevar a cabo por medio de: a) Convección natural, la cual es provocada por la diferencia en densidades debida, a su vez, por las diferencias de temperaturas generadas al interior del colector solar (efecto termosifónico); b) Convección forzada, lo cual se logra con un sistema de bombeo. La transferencia de calor puede llevarse de manera directa al calentar el agua, o de manera indirecta por medio de un intercambiador de calor, esto último cuando existan problemas de la calidad del agua o de bajas temperaturas que pudieran provocar la congelación del fluido. La forma y geometría de interconexión entre los colectores solares y el tanque de almacenamiento térmico es muy variada y depende de los conceptos de diseño e ingeniería de cada uno de los fabricantes. 2.1

Alcance

2.1.1 Por tipo de sis temas a) Sistemas de circu lación natural o termosifó nicos . Solo se aplican las pruebas de comportamiento térmico y las de integridad del sistema. b) Sistemas de circu lación forzada. Además de la aplicación de las pruebas de comportamiento térmico y las de integridad del sistema, se evaluará el consumo energético (bomba de agua y sistema de control), el cual será reportado en la etiqueta de los resultados de la aplicación de esta norma. 2.1.1.2 La prueba aplica a sistemas solares domésticos para el calentamiento de agua con o sin calentamiento auxiliar ya sea interno o externo. Los sistemas auxiliares de calentamiento durante la prueba deben ser desactivados para que el sistema pueda ser evaluado sin este aporte de energía. 2.1.2 Exclusiones El método de prueba no es aplicable para: a) Evaluar componentes individuales del sistema b) Establecer requerimientos de seguridad o salud. 2.1.3 Pruebas de integrid ad del sistema Se llevarán a cabo una prueba hidrostáticas de integridad del sistema: o

Sin exposición a la radiación solar.

Las pruebas de integridad del sistema se describen en el Apéndice Normativo 4. 2.1.4

El sistema debe cumplir las pruebas de integridad indicadas en el punto 9.0 de la NMX-ES-001NORMEX. Vigente.

2.1.5

Las pruebas de comportamiento térmico deben cumplir con lo establecido en el punto 7 de esta Norma. N.E. 001 Página 5 de 38


.


3.0 REFERENCIAS Esta Norma Mexicana se complementa con las siguientes Normas Oficiales y Normas Mexicanas, vigentes o las que las sustituyan. 3.1

NOM-008-SCFI-2002- Sistema general de unidades de medida.

3.2

NMX-ES-001-NORMEX-2005- Energía Solar – Rendimiento térmico y funcionalidad de colectores solares para calentamiento de agua – Métodos de prueba y etiquetado.

3.3

NMX-002-NORMEX-2007- Energía Solar – Definiciones y Terminología.

3.4

NMX-Z-013-1977-Guía para la redacción, estructuración y presentación de las Normas Mexicanas.

4.0 DEFINICIONES Para los fines de esta Norma Mexicana se entiende por: 4.1 Calentamiento auxil iar Se refiere al uso de electricidad o combustibles sólidos, líquidos o gaseosos para complementar el calentamiento que se obtiene con la energía solar. 4.2 Energía solar Energía de radiación emitida por el sol en forma de ondas electromagnéticas. Nota 1: La energía solar que llega a la superficie terrestre tiene longitudes de onda que van de 0.280 4.0  m.



ma

Nota 2: Generalmente se le atribuye el significado de energía solar a cualquier energía que proviene del sol y que sea aprovechable transformándola ó convirtiéndola en otro tipo de energía. 4.3 Piranómetro Radiómetro diseñado para medir la irradiancia de la radiación solar global y/o la irradiancia de la radiación solar difusa (esparcida). Nota: Un instrumento de éstos también puede medir radiación solar que incide en planos arbitrariamente orientados e inclinados. 4.4 Piranómetro PSP Piranómetro de precisión espectral. 4.5 Sistema con circul ación forzada Sistema que utiliza una bomba o un ventilador para hacer circular el fluido de transferencia de calor a través del (de los) colector (es). 4.6 Sistema termos ifón Sistema que sólo utiliza los cambios de densidad del fluido de transferencia de calor para lograr la circulación entre el colector y el dispositivo de almacenamiento o entre el colector y el intercambiador de calor. 4.7 Radiación Propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o de partículas, de acuerdo con el concepto onda-partícula de la física moderna. N.E. 001 Página 6 de 38


.


4.8 Tanque de almacenamient o Depósito en el que se acumula el agua calentada por energía solar. 5.0

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

Cuando en la presente Norma Mexicana se haga referencia a los siguientes símbolos y abreviaturas se entiende por: cm cm2 °C J J/K J/m2/día J/kg/K K kg kg/cm2 kg/s kPa kWh l l/min l/s m m/s m2 MJ MJ/K MJ/día MJ/ºC MJ/m2 m mm % rpm s SMN V W W/K W/m2 6.0

Centímetro Centímetro cuadrado Grados Celsius Joule Joule por Kelvin Joule por metro cuadrado por día Joule por kilogramo por Kelvin Kelvin Kilogramo Kilogramo por centímetro cuadrado Kilogramo por segundo Kilopascal Kilowatt hora Litro Litro por minuto Litro por segundo Metro Metro por segundo Metro cuadrado Megajoule Megajoule por Kelvin Megajoule por día Megajoule por grados Celsius Megajoule por metro cuadrado Micrómetro Milímetro Porciento Revoluciones por minuto Segundo Sistema Metereológico Nacional Volt Watt Watt por Kelvin Watt por metro cuadrado

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE ENSAYO

6.1 Descripc ión de las partes del banco de pruebas Las partes en la cuales debe estar compuesto el banco de pruebas son las siguientes: a) b) c) d) e)

Plataforma. Mesa meteorológica. Circuito de recirculación. Caseta. Sistema de calentamiento solar. N.E. 001 Página 7 de 38


.


*Circuito de enfriamiento *Estación meteorológica *Opcionales (Ver figura No. 1 del Apéndice Normativo 1) 6.1.1 Plataforma Superficie horizontal con el área necesaria para instalar un sistema de calentamiento solar de agua, el circuito de recirculación y la mesa meteorológica. Las características de la plataforma son las siguientes: No debe haber obstrucciones a la incidencia de la radiación solar en un tiempo mínimo de 8 horas diarias y en cualquier día del año. 6.1.2 Mesa meteorol ógi ca La mesa meteorológica es una mesa en la cual se colocan los sensores meteorológicos. (Ver figura No. 2 del Apéndice Normativo No.1) a) Piranómetro PSP b) Termómetro c) Anemómetro (con dirección del viento) La mesa debe tener la altura de las patas regulables para evitar desbalance. La altura de la plataforma de la mesa debe ser regulable, para adaptarse a la altura del colector solar. La mesa debe tener un eje que permita la inclinación de la plataforma e igualar la inclinación del colector solar. El uso y características de los sensores se especifican en el punto 6.2.1.1 6.1.3 Circuito de recirculación Es un circuito hidráulico conectado al termotanque del equipo de calentamiento solar de agua, donde una bomba permite la rápida recirculación del agua caliente en el tanque, para obtener la homogenización de la temperatura del termotanque . El circuito de recirculación al menos debe tener los siguientes componentes: a) b) c) d) e) f) g)

Bomba de agua Tubería fija Mangueras flexibles Sensores de temperatura Sensor de presión estática Válvulas de globo Hidroneumático

El circuito de recirculación se coloca inmediatamente atrás del termotanque. Las conexiones al termotanque se hacen en los cabezales que contienen los sensores de temperatura y válvulas de globo. El circuito debe de tener entrada para el agua de alimentación (en esta parte se conecta el hidroneumático), entrada del agua enfriada (esta es opcional), y una purga general. N.E. 001 Página 8 de 38


.


Las tuberías fijas del circuito deben estar aisladas térmicamente y las mangueras deben ser de plástico térmico con resistencia al calor. 6.1.4 Caseta La caseta tiene la finalidad de resguardar los equipos de adquisición de datos, equipos de cómputo, circuito de enfriamiento, instrumentación extra, documentos y a los mismos operadores de la radiación directa del sol y del medio ambiente. Las características de la caseta son: a) La caseta debe de tener el área adecuada. b) Instalación de suministro eléctrico. c) Instalación de suministro hidráulico. 6.1.5 Equip o de calentami ento solar de agua Es el equipo proporcionado por el fabricante para su evaluación. Es responsabilidad del fabricante su instalación dentro del área de trabajo. 6.1.6 Circuito de enfri amiento El circuito de enfriamiento tiene la finalidad de enfriar el contenido del termotanque para iniciar la evaluación a una temperatura deseada. 6.2

Requerimientos en la instru mentación y adquisici ón de datos

6.2.1 Mesa meteorol ógi ca La mesa meteorológica debe tener los siguientes componentes Termómetro Anemómetro Piranómetro PSP 6.2.1.1 Características de los com ponentes de la mesa meteorológ ica 6.2.1.1.1 Termómetro ambient al El termómetro ambiental mide la temperatura del aire ambiente, se coloca sobre la mesa meteorológica. El sensor puede ser cualquier termistor o termopar que cumpla con las siguientes características: Alcance de la medición: -10 a +50 °C Tiempo de respuesta: menor a 5 segundos Exactitud: ±0.5 °C Precisión : ±0.2 °C El sensor debe ser protegido de la radiación solar con una cubierta protectora ventilada y de color blanco. 6.2.1.1.2 Anemómetro Alcance de la medición: de 0 a 35 m/s Exactitud: ± 0.5 m/s sobre el promedio obtenido en el periodo de la prueba. El anemómetro se coloca sobre la mesa meteorológica. La medición de la dirección del viento es opcional. 6.2.1.1.3 Piranómetro PSP El piranómetro empleado debe tener una sensibilidad constante, dentro del  2%, respecto de la radiación solar espectral que tenga longitudes de onda en el rango de 0,3 a 2,5 micrómetros . N.E. 001 Página 9 de 38


.


6.2.1.1.4

Circuito de recircul ación

6.2.1.1.4.1 Bomba de agua El flujo de la bomba de recirculación debe ser de un mínimo de 20 l/min, para hacer una recirculación rápida de un tanque de hasta 500 litros. 6.2.1.1.4.2 Tuber ía fija La tubería fija contiene en su parte central la bomba de recirculación y recibe una rama de agua fría procedente del hidroneumático. Este tramo de tubo no debe de exceder los 5 metros de longitud y su máxima pérdida térmica debe ser de 0.2 W/K. 6.2.1.1.4.3 Mangueras flexi bles Las mangueras flexibles facilitan la conexión entre el sistema de recirculación y el sistema de calentamiento solar que se está evaluando. Su longitud no debe exceder los 2 metros para la entrada y la salida de agua del termotanque y su pérdida térmica máxima debe de ser de 0.2 W/K. 6.2.1.1.4.4 Cabezales de trabaj o Los cabezales de trabajo es una sección de tubería rígida, de diámetro estándar instalada mayor a 1.9 cm (0.75 pulgadas) en los extremos de la manguera flexible. La finalidad de estos cabezales es tener una conexión rápida del circuito al tanque de almacenamiento del sistema y tener colocados de forma permanente los sensores de temperatura, presión hidrostática y las válvulas de aislamiento. La longitud total del cabezal no debe exceder los 40 cm y la pérdida térmica máxima es de 0.1 W/K. 6.2.1.1.4.5 Sensores de temperatur a Se colocan sensores de temperatura en los cabezales del circuito de recirculación. La distancia del sensor a la entrada y la salida del tanque de almacenamiento debe ser menor de 40 cm. El sensor puede ser un termistor o termopar que cumpla con las siguientes características: Alcance de operación: 0 a +90 °C Tiempo de respuesta: menor a 5 segundos Exactitud: ±0.1 °C Precisión : ±0.1 °C 6.2.1.1.4.6 Sensor de presi ón estátic a El sensor puede ser mecánico o electrónico. Se coloca en el cabezal de salida entre la válvula de globo y el tanque de almacenamiento. El tubo conector del sensor no debe presentar relieve por la parte interna del cabezal y el diámetro del orificio para la conexión debe ser menor al 40% del espesor de la pared del cabezal o un máximo de 1.6 mm (1/16 pulgadas) El sensor debe de tener la siguiente característica: Exactitud: ±3.5 kPa 6.2.1.1.4.7 Válvulas de globo Las válvulas de globo se colocan en los cabezales. Estas válvulas mantienen aislado al sistema mientras se mantiene presurizado para la prueba de presión hidrostática. 6.2.1.1.4.8 Hidroneumático El hidroneumático presuriza el sistema de calentamiento solar. 6.2.1.1.5

Adquis ici ón de datos

6.2.1.1.5.1 Escala míni ma En todos los casos, la escala mínima para la medición y registro de los datos obtenidos no debe exceder el doble de la precisión especificada del instrumento. Por ejemplo, si la precisión especificada es de 0.1 °C, la mínima división escalar no debe ser mayor de 0.2 °C. N.E. 001 Página 10 de 38


.


6.2.1.1.5.2 Impedanci a de entrada La impedancia de entrada del sistema de adquisición de datos debe ser mayor a 1000 veces la impedancia del sensor o con un valor mínimo de 10 megaohms. 6.2.1.1.5.3 Intervalo de tiemp o en la adqui sic ión de datos La adquisición de datos durante la prueba se realiza cada minuto. 6.3 Medició n de variables eléctricas Los watthorímetros y vóltmetros deben tener una exactitud de ± 0.5 % de la cantidad medida o mejor. a) Energía. Los watthorímetros analógicos deben tener una resolución de 0.01 kWh o mejor. Los instrumentos digitales deben tener una resolución de 0.001 kWh o mejor. b) Tensión. Para los vóltmetros analógicos deben tener una resolución de 1 V o mejor. Para mediciones con instrumentos digitales la resolución de 0.1 V o mejor. 6.4 Sistema automático de adquisic ión de datos y control El sistema automático para la adquisición de datos debe tener capacidad para la medición de las propiedades eléctricas como voltaje, corriente y resistencia, con tarjetas electrónicas, con un programa para registro y control de las variables del proceso (temperatura, radiación solar, velocidad y dirección del viento, etc.) a través de una computadora personal y con registro de todas las variables cada 60 segundos. 6.4.1 Adqui sidor es de datos Pueden ser analógicos o digitales. Deben de tener una exactitud igual o mejor que ± 0,5% de la escala total de lectura y debe de tener un tiempo de respuesta menor a 1 segundo. 7.0

MÉTODO DE PRUEBA

7.1 Descripción del sistema de calentamiento solar de agua. Antes del iniciar las pruebas, se deben registrar las características del sistema, de acuerdo al formato indicado en el Apéndice Normativo No. 2 de esta Norma Mexicana. 7.2

Preparación del sis tema para su evaluació n.

7.2.1 El equipo debe ser instalado en el banco de prueba y conectado al circuito de recirculación por el fabricante. 7.2.2 El laboratorio verificará que el sistema se instale de acuerdo al manual de instalación del fabricante. 7.2.3 El plano del colector debe estar orientado al sur geográfico. 7.2.4 La medición de la temperatura ambiente y velocidad de viento se realizan en la mesa metereológica. 7.2.5 El medidor de radiación solar se colocará en el mismo plano que el colector del sistema. 7.2.6 Se debe instalar un equipo enfriador y calentador auxiliar para poder fijar y mantener constante la temperatura del agua con que se carga el sistema al inicio de la prueba y así poder obtener puntos diferentes de la curva del sistema. ( incisos f y h del apartado 7.3 Procedimiento de la Prueba).



.


7.3

Procedimiento de prueba

Como parte del procedimiento de prueba se deben determinar: a) b) c) d) e)

El volumen máximo de agua disponible útil en el sistema solar. El área de apertura del colector solar. La relación (volumen del sistema)/(área de apertura). La temperatura promedio después de una homogenización. La energía térmica útil después de 8 horas de exposición a la radiación solar (de las 8:00 a las 16:00 horas tiempo solar); f) La energía térmica útil después de 8 horas de exposición a la radiación solar pero iniciando la prueba a alta temperatura para simular el comportamiento del sistema solar con una diferencia de temperatura entre el agua contenida en el sistema y la temperatura ambiente equivalente a la utilización del sistema en la ciudad con el clima más desfavorable que se desea incluir dentro de la curva de evaluación térmica. g) Las pérdidas térmicas durante un período nocturno de 15 horas (de las 16:00 a las 7:00 horas tiempo solar del día siguiente) h) Las pérdidas térmicas durante un período nocturno de 15 horas (de las 16:00 a las 7:00 horas tiempo solar del día siguiente) pero después de la evaluación a alta temperatura descrita en el inciso f. 7.3.1 Acond icion amiento inicial. Primera prueba diurn a. 7.3.1.1 Llenar el tanque de almacenamiento (termotanque) con agua a temperatura ambiente matutina. 7.3.1.2 Cubrir el equipo de la radiación solar matutina y encender la bomba para homogenizar el tanque. 7.3.1.3 Cuando la diferencia de temperatura sea menor a 0.5 °C entre la entrada y la salida del termotanque calcular el promedio y registrar el valor obtenido como la temperatura inicial de la prueba. (T ini, diurna). 7.3.2 Tiempo de inicio de la prueba diurna y duración total de la misma. 7.3.2.1 La prueba diurna debe iniciar 4 horas antes del medio día solar verdadero. Para determinar la hora del medio día solar verdadero, ver al apéndice informativo No.2 de esta Norma Mexicana. 7.3.2.2 Exponer el equipo a la radiación solar e iniciar el registro de la irradiancia, temperatura ambiente y velocidad del viento. La duración total de la prueba diurna es de 8 horas. Los datos del sistema automático de adquisición deben ser registrados cada 60 segundos 7.3.3 Acondi cionamiento d el sistema al final de la pri mera prueba diurna. Inici o de la prueba noctur na 7.3.3.1 Encender la bomba de recirculación para homogenizar el termotanque. 7.3.3.2 Cuando la diferencia de temperatura sea menor a 0.5 °C entre la entrada y la salida del termotanque calcular el promedio y registrar el valor obtenido como la temperatura final de la prueba. (T fin, diurna). 7.3.3.3 Integrar los valores instantáneos de irradiancia sobre el periodo de 8 horas para obtener el valor de la irradiación solar ( MJ/m 2), registrar sus valores. 7.3.3.4 Obtener los valores promedio durante el periodo de la prueba diurna de la temperatura ambiente y la velocidad del viento, registrar sus valores. 7.3.3.5 Las ecuaciones para calcular la irradiación, temperatura ambiente y velocidad del viento promedio en la prueba diurna, se muestran a continuación: N.E. 001 Página 12 de 38


.


H 

60s 

480

 GW / m  1000000[ MJ ] 2

n0

Donde: H = Irradiación solar comprendida en las 8 horas de insolación, MJ/m2 G= Irradiancia solar en W/m2

T amb , diurna



1

480

T

amb , reg

481 n  0

º C 

T amb, diurna =Temperatura promedio del medio ambiente durante la prueba diurna, °C. T amb, reg =Valor de cada registro de temperatura ambiente, °C.

vdiurna



1

480

v

481 n  0

reg

m / s 

vdiurna =Velocidad del viento promedio durante la prueba diurna, m/s. vreg

=Valor de cada registro de la velocidad del viento, m/s.

7.3.3.6 Registrar los valores obtenidos. 7.3.3.7 Si alguno de los parámetros obtenidos no cumple con las condiciones que se indican a continuación la prueba nocturna no se realiza, y la prueba diurna se reprogramará en una nueva fecha. Radiación Solar mínima (Irradiación) La irradiación mínima diurna (durante las 8 horas de prueba) debe de ser de 17 MJ/m 2. Temperatura ambiente mínima La temperatura ambiente promedio diurna mínima debe ser de 15 °C La temperatura ambiente promedio nocturna mínima debe ser de 5 °C Velocidad del viento promedio m áxima total diaria La velocidad del viento promedio total diaria máxima debe de ser de 3 m/s Lluvia En caso de lluvia intensa por un periodo de más de 20 minutos. 7.3.3.8 Se tiene un lapso de tiempo libre menor a una hora para tener el equipo disponible para la siguiente prueba diurna. 7.3.4 Duració n de la prueb a nocturna La duración de la prueba nocturna es de 15 h oras sin exposición a la radiación solar. 7.3.5

Acondi cionamiento del sistema al final de la primera prueba nocturn a.

7.3.5.1 Encender la bomba de recirculación para homogenizar el termotanque. N.E. 001 Página 13 de 38


.


7.3.5.2 Cuando la diferencia de temperatura sea menor a 0.5 °C entre la entrada y la salida del termotanque calcular el promedio y registrar el valor obtenido como la temperara inicial de la prueba. (T fin, nocturna). 7.3.5.3 Obtener los valores promedio durante el periodo de la prueba nocturna de la temperatura ambiente y la velocidad del viento, registrar sus valores. 7.3.5.4 Las ecuaciones para calcular la temperatura ambiente promedio y velocidad del viento promedio en la prueba nocturna, se indican en el punto 7.3.3.5 de esta Norma Mexicana. Nota: Para calcular el promedio de temperatura ambiente y velocidad del viento nocturna se obtienen 901 datos. 7.3.5.5 Si alguno de los parámetros obtenidos no cumple con las condiciones que se indican en el punto 7.3.3.7 de esta Norma Mexicana, la prueba nocturna no se considerará válida. 7.3.6 Acondi cionamiento para las sigui entes 3 pruebas diurnas. 7.3.6.1 Enfriar el tanque de almacenamiento (termotanque) con agua a temperatura ambiente matutina hasta cumplir las condiciones indicadas en la siguiente tabla. Días de prueba Día 1 Día 2 Día 3 Día 4

Temperatura ini cial Menor a temperatura ambiente promedio diurna ver punto 7.3.1.1 Entre 1 y 10 °C mayor de la temperatura ambiente promedio diurna esperada. Entre 11 y 20 °C mayor o arriba de la temperatura ambiente promedio diurna esperada. Entre 21 y 30 °C mayor o arriba de la temperatura ambiente promedio diurna esperada.

7.3.6.2 La pruebas diurnas y nocturnas para los tres días restantes se realizarán de acuerdo a lo indicado en los puntos 7.3.2 al 7.3.5 7.3.7

La prueba completa del sistema se realiza para obtener 10 resultados en total como mínimo

7.3.8 Disponibi lidad de resultados obtenidos Las gráficas que muestren los resultados obtenidos durante el desarrollo de las pruebas,( temperatura diurna del medio ambiente, temperatura nocturna, irradiancia solar y velocidad de viento) cálculos y constantes características del sistema deben estar disponibles en la página Web de la Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación, S.C. (NORMEX, S.C.) www.normex.com.mx



.


Figura No. 1 Esquema del banco de pruebas

7.4 Procedimiento de evaluación y cálcul os 7.4.1

General

La evaluación térmica de un sistema de calentamiento solar de agua se obtiene a través de balances energéticos, utilizando una combinación de valores registrados mediante mediciones experimentales del flujo de radiación solar (irradiancia solar) que incide sobre el plano del colector solar, de la temperatura ambiente promedio y un valor conocido de la temperatura del agua contenida dentro del almacén del equipo al inicio de las pruebas, tanto para la prueba con la temperatura inicial igual a la temperatura de la red, como para la prueba con temperatura inicial igual a la temperatura de la red mas un delta T que simulará las condiciones para la utilización del sistema solar en la ciudad con el clima más desfavorable. Con estos datos se calcula la ganancia neta de energía que absorbe el volumen de agua contenida dentro del equipo en la prueba diurna y las pérdidas de energía aprovechable durante el periodo nocturno para las pruebas con temperatura inicial igual a la temperatura de la red y para la prueba con temperatura inicial igual a la temperatura de la red mas delta T. Estos valores de energía están comprendidos durante las horas a las cuales dura el periodo de pruebas diurnas y nocturnas. El procedimiento descrito en este documento ha sido desarrollado para poder obtener una curva de eficiencia bien definida con un mínimo de datos registrados en función de un adecuado procedimiento de evaluación. 7.4.2

Ecuaciones Básicas para la evaluación térmica

7.4.2.1 Resultado de la evaluació n térmica, perio do diur no N.E. 001 Página 15 de 38


.


La evaluación de un sistema de calentamiento de agua con energía solar puede ser descrita de forma precisa por la siguiente relación:

QU , diurno H

 K 1  U 1, diurno

T ini  T amb diurno H



mvC T fin

 T ini

diurno

H

(1)

Donde: -QU,diurno es el calor útil contenido en el agua almacenada al final de periodo diurno, MJ. - H es la radiación solar incidente sobre plano del colector solar en unidades de irradiación y durante el periodo de la prueba diurna, MJ/m 2 . - K1 constante del sistema que pudiera representar a un valor equivalente del sistema de un absortividad por un área de captación, m 2. - U1,diurno es un coeficiente de pérdidas del sistema para el periodo diurno, MJ/ºC. - Tini,diurno es la temperatura homogénea del agua contenida en el equipo al inicio de la prueba diurna, ºC. - Tamb,diurno es la temperatura promedio del medio ambiente durante el periodo de la prueba diurna, ºC. - mv es la masa de agua contenida en el equipo, kg. - C es la capacidad calorífica del agua líquida, 0.004186 MJ/(kg ºC). - Tfin,diurno es la temperatura homogénea del agua contenida en el equipo al final de la prueba diurna, ºC. La ecuación (1) indica que la relación existente entre la energía útil del equipo y la irradiación solar, Q U,diurno/H, comprendida en el periodo diurno, al ser graficado como una función de (T ini-Tamb)diurno/H, se obtiene una línea recta representativa para un valor de U 1,diurno constante. La pendiente es igual a U 1,diurno y la ordenada al origen es igual K1. Aunque la representación lineal de l a curva de eficiencia puede ser suficiente para muchos modelos de e quipos de calentadores solares, algunos equipos, principalmente los de alta temperatura, requerirán correlaciones de orden superior de la siguiente forma: K 1  U 1, diurno

T ini  T amb diurno H

2  T ini  T amb diurno  mvC T fin  T ini diurno  U 2 , diurno    H H  

(2)

Donde: -U2,diurno es el coeficiente de pérdidas auxiliar característico de segundo orden del equipo, (MJ/ºC) 2. 7.4.2.2 Resultado de la evaluación térmica, periodo noctur no La evaluación de un sistema de calentamiento de agua con energía solar puede ser descrita de forma precisa por la siguiente relación: K 2

 U nocturno T ini  T amb nocturno  mvC T ini  T fin

nocturno

(3)

Donde: -K2 es una constante del sistema que puede representar un remanente de energía o bien una diferencia debida a los errores inherentes a las incertidumbres de las mediciones cuando T ini=Tamb, MJ. N.E. 001 Página 16 de 38


.


- Unocturno es un coeficiente de pérdidas característico del equipo para el periodo nocturno, MJ/ºC. - Tini,nocturno es la temperatura homogénea del agua contenida en el equipo al inicio de la prueba nocturna, ºC. - Tamb,nocturno es la temperatura promedio del medio ambiente durante el periodo de la prueba nocturna, ºC. - Tfin,nocturno es la temperatura homogénea del agua contenida en el equipo al final de la prueba nocturna, ºC. 7.4.2.3 Valor de linealidad mínim a en relación al número de datos Atendiendo a los valores de la probabilidad a niveles de confianza del 99%, el número de datos está dado por los valores de la tabla siguiente (se establece un rango entre –0.5 y 1.5 para el eje X de la curva para la prueba diurna y un mínimo de 10 datos distribuidos a todo lo largo de la curva de evaluación y no concentrados en zonas específicas):

Número de datos (N)

Coeficiente de correlación (r)

10 11 12 13 15 20 30

0.765 0.735 0.708 0.684 0.641 0.561 0.463

8.0 ETIQUETADO Los datos de salida del sistema solar, se mostrarán por medio de una etiqueta que se indica en el apéndice normativo No. 5, dependiendo del tipo de sistema evaluado. 8.1 Ubicación La etiqueta debe adherirse en una parte visible de cada uno de los modelos certificados. 8.2 Sanciones Para sanciones así como los recursos de revisión y reclamaciones están los previstos en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. 8.3 Formato de salid a Los formatos de salida aparecen en le apéndice normativo No.5 y deben de tener la información de cada campo de acuerdo al siguiente criterio: 8.3.1

Empresa: Corresponde a la razón social de la empresa que solicita la certificación.

8.3.2

Tel: Es el teléfono de la empresa que solicita la certificación antecedido por la clave LADA.

8.3.3

PAG. WEB: Es la dirección electrónica que conduce a la página de Internet de la empresa que solicita la certificación.

8.3.4

Marca: Es la marca registrada del sistema solar certificado.

8.3.5

Número de serie: Número que sirve para la identificación del sistema asignado por el fabricante. N.E. 001 Página 17 de 38


.


8.3.6

Año de fabricación: Este indica el año de fabricación del sistema.

8.3.7

Modelo: Es el modelo que identifica al sistema solar certificado.

8.3.8

Fecha de Prueba: Es la fecha de terminación de pruebas en le laboratorio expresada en mes y año.

8.3.9

Vol. Sistema: Es el volumen en litros del tanque del sistema completo incluidas las tuberías.

8.3.10 Aislamiento y espesor del tanq.: Es el tipo de aislamiento usado para aislar el tanque de almacenamiento y su espesor en milímetros. 8.3.11 Conexio nes de AF y AC: Es el diámetro y tipo de rosca o brida de las conexiones de entrada de agua fría y caliente del sistema expresado en mm 8.3.12 Número de colectores: Número de colectores solares planos de los que se compone el sistema. 8.3.13

Área total de apertur a: Es la suma del área de apertura de cada colector solar de acuerdo a la norma NMX-ES-002-NORMEX, expresado en m²

8.3.14

Cubierta: Es el material y espesor de la cubierta expuesta a la radiación solar del colector solar. expresado en mm

8.3.15

Peso sistema: Es el peso del sistema completo con agua incluidos: Tanque, colector(es), estructura y tuberías (en caso de que se requieran para conectar termo y colectores) expresado en kg

8.3.16

Mat. De aletas: Es el material de las aletas de los tubos de transferencia.

8.3.17

Mat. Tubo s: Es el material de los tubos de transferencia de calor.

8.3.18

Superficie del absorbedor solar: Es el tipo de superficie del absorbedor solar. Que puede ser pintura negra, cromo negro, pintura selectiva etc.

8.3.19

Presión max. de operaci ón: Es la máxima presión de operación proporcionada por la empresa que solicita la certificación, expresado en kPa

8.3.20

Protecc ión antic ong elante: Es el tipo de protección que utiliza el sistema cuando es instalado en lugares con riesgo de congelación, pudiendo ser válvula anticongelante, válvula electromecánica con sensores, recirculación de agua, fluido anticongelante, etc. En caso de no requerir poner en el campo “ No requiere”

8.3.21

Fluid o de transf erencia de calor : Es el tipo de fluido utilizado para el intercambio de calor pudiendo ser agua o un anticongelante describiendo su tipo.

8.3.22

Intercambi ador cal: Describir el tipo de intercambiador de calor en caso de que lo tenga pudiendo ser de doble pared de tanque, serpentín interior en tanque, etc. En caso de no requerir poner en el campo “ No requiere”

8.3.23

Calor útil del sis tema por día de 24 horas Mega Jou les/día QUR: Es la diferencia del calor útil Q U obtenido en el periodo diurno menos el calor perdido Q N en el periodo nocturno menos el consumo de energía eléctrica de auxiliares Q A expresado en MJ/día. QU se obtiene de la ecuación No. 2 QN se obtiene de la ecuación No. 3 QUR= QU - QN - Q A N.E. 001 Página 18 de 38


.


Ae, , , Qerr y Q A se obtiene del procesamiento de datos de los valores del apéndice No. 3, con un número mínimo de 10 pruebas y una correlación mayor a 0.765 Los siguientes valores son tomados de la localidad marcada por el tipo de “clima” de acuerdo a lo siguiente: Frío > Datos de Toluca Estado de México Templado> Datos de Guadalajara Jalisco Calido> Datos de Chetumal Quintana Roo. Tini es al valor promedio anual de la temperatura de agua fría de la localidad. Tomados del SMN como la Temp. media no rmal anual Toluca EM> Tini=13.4°C Guadalajara Jal> Tini=19.7°C Chetumal Qro> Tini=26.9°C Tamb diurna es el valor promedio anual de la temperatura ambiente diurna en el mismo horario reportado en la tabla del Apéndice 3 pero para la localidad en cuestión. Datos sacados del SMN tomados como Temp. Máxima promedio normal anual Toluca EM> Tamb diurna =20.9°C Guadalajara Jal> Tamb diurna =28.1°C Chetumal Qro > T amb diurna =31.4°C Tamb nocturna es el valor promedio anual de la temperatura ambiente nocturna en el mismo horario reportado en la tabla del Apéndice 3 pero para la localidad en cuestión. Datos sacados del SMN tomados Temp. Mínima promedio norm al anual Toluca EM> Tamb nocturna = 5.9°C Guadalajara Jal > Tamb nocturna =11.3°C Chetumal Qro > T amb nocturna =22.4°C es la radiación solar incidente sobre plano del colector solar en unidades de irradiación y durante el periodo de la prueba diurna, para la localidad en cuestión. Base de datos del programa meteonorm v 6.1. Toluca EM> H =17.2 MJ/m² Guadalajara Jal > H =19.2 MJ/m² Chetumal Qro > H =18.5 MJ/m² 8.4

Dimensi ones mínimas.

8.4.1 La etiqueta debe medir cuando menos 16x 5.5 cm y ser totalmente legible. 8.4.2 El formato se describe en el Apéndice Normativo No. 5 de esta Norma. 8.4.3 Cada modelo fabricado igual al sistema certificado deberá tener una etiqueta con los datos del formato de salida. 9.0

BIBLIOGRAFÍA

9.1

Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Estados Unidos Mexicanos 1992.

9.2

Reglamento sobre la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Estados Unidos Mexicanos1998. N.E. 001 Página 19 de 38


.


9.3 Junta de Andalucía, Ley Federal sobre Metrología y Normalización, “Especificaciones Técnicas de Diseño y montaje de Instalaciones Solares para Producción de Agua Caliente Consejería de Fomento y Trabajo”, Dirección General de Industria, Energía y Minas, 1990. 9.4 Solar Heating and Cooling Programme, Task III: Performance Testing of Solar Collectors, “Florida Standard Practice for Design and Installation of Solar Domestic Water and Pool Heating Systems” Florida Solar Energy Center, FSEC-GP-7-80, JANUARY 1985 http://www.fsec.ucf.edu/SOLAR/TESTCERT/SYSTEMS/Gp7html.htm 9.5 Consumer Energy Information: EREN Reference Briefs, Codes and Standards for Solar Energy Systems http://www.eren.doe.gov/consumerinfo/refbriefs/ab7.html 9.6 Solar Heating and Cooling Programme, Task III: Performance Testing of Solar Collectors, “RECOMMENDATIONS ON TEST PROCEDURES FOR THE THERMAL PERFORMANCE OF SOLAR DOMESTIC-HOT-WATER HEATING”, SYSTEMS IEA SOLAR R&D. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. 9.7 Inspection Procedure for Solar Domestic hot water heating systems, report no. T.3.e.2-b iea solar r&d, International Energy Agency. 9.8 Solar Heating and Cooling Programme Task III: Performance Testing of Solar Collectors, Subtask E: Short-therm Testing of solar domestic hot water systems. Summary of National Approaches to short-term testing of solar domestic hot water systems, 1987, Report No. T.3 E.1, IEA SOLAR R&D INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. 9.9 Methods of Testing to Determine the Thermal Performance of Solar Domestic Water Heating Systems. ASHRAE, 95-1987(Reaffirmation of 95-1981). 9.10 Renewable Energy Research Group Development of Test Procedures for Solar Hot Water Systems. http://www.cf.ac.uk/uwcc/engin/research/renew/hotwater.html 9.11 Development of a testing and rating procedure for solar domestic hot water systems. http://www.kier.re.kr/ER-D/e-75.html 9.12 Simon Furbo, Louise Jivan Shah, Laboratory Tests of Small SDHW Systems, 7th International Conference on Solar Energy at High Latitudes. North Sun 97, Espoo, Finland, 1997, ISBN: 951-22-3567-6. 9.13 Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) c/o FSEC, OG-300: Operating Guidelines and Minimum Standards for Certifying Solar Water Heating Systems 1679 Clearlake Road, Cocoa, FL 32922-5703. 9.14 CNA, Servicio Meteorológico Nacional. http://s,m.cna.gob.mx 9.15 Norma UNE-EN 12975-2:2006 Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares. Parte 2: Métodos de ensayo. 9.16 Muhlia A. “ Notas de Solarimetría con aplicaciones” para el Taller de Solarimetría en el marco de la XXXI Semana de la Energía Solar, llevada a cabo durante la reunión anual de la Asociación Nacional de Energía Solar. Zacatecas, Zac. Octubre de 2007. 9.17 O. García-Valladares, I. Pilatowsky, V. Ruiz, “Outdoor Test Method to Determine the Thermal Behavior of Solar Domestic Water Heating Systems”, Solar Energy, 2008, Vol. 82, No. 7, pp. 613-622.



.


9.18 ISO 9459-1:1993 Solar heating -- Domestic water heating systems -- Part 1: Performance rating procedure using indoor test methods. 9.19 ISO 9459-2:1995 Solar heating -- Domestic water heating systems -- Part 2: Outdoor test methods for system performance characterization and yearly performance prediction of solar-only systems. 9.20 ISO 9459-5:2007 Solar heating -- Domestic water heating systems -- Part 5: System performance characterization by means of whole-system tests and computer simulation. 9.21 Meteonorm version 6.1, METEOTEST, Jan Remund, Stefan Kunz, Christoph Schilter, Stefan Müller, Suiza, 2009 10.0 CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES La presente Norma Mexicana concuerda parcialmente con la siguiente Norma Internacional: ISO 9459-2:1995, Solar heating -- Domestic water heating systems -- Part 2: Outdoor test methods for system performance characterization and yearly performance prediction of solar-only systems. No concuerda al 100 % por las diferencias en los siguientes puntos de la Norma ISO 1, 7.4, 7.5, 7.6, 7.8.3, 8.0 y 8.4 . Debido a que los sistemas con capacidad hasta de 500 litros son los que se comercializan en México.



.


Ap éndic e Normativo No . 1 Figuras del banc o de prueb as

Figura No. 1 Descrip ción del Banco de Pruebas



.


Figur a No. 2 Mesa Meteoroló gic a



.


Apénd ice Nor mativo 2 HOJA DE FORMATO PARA LA DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR DE AGUA Y RESULTADOS DE LAS PRUEBAS Referencia del sistema: _____________________________________________________________________ Laboratorio de prueba: ______________________________________________________________________ Dirección: ___________________________________________Tel: _______________fax: _______________ Laboratorio acreditado

□

si

□

no

Fecha: _________________________________________________

1.0

Descripción del sistema de calentamiento solar de agua

1.1

Fabricante Nombre: _____________________________________________________ Dirección.: ___________________________________________________ Tel:_____________________________

fax:________________

email: _______________

pag.web: ____________________________ 1.2

Modelo Modelo del sistema: ______________________ Número de serie:_________________________

1.3

Clasificación del sistema Termosifón □

Forzado □

Directo □

Indirecto □

Abierto □

Venteado □

Cerrado □

Almacenamiento separado del colector □ Almacenamiento integrado: Autocontenido □ De tubos evacuados insertados en tanque

□

Almacenamiento cerca del colector (compacto) □ Almacenamiento con intercambiador de calor integrado □ Otros especificar: ___________________________ N.E. 001 Página 24 de 38


.


1.4

Fluido de transferencia de calor □

Mezcla agua/glicol, concentración del glicol: ____________________________

Aceite

□

Refrigerantes

□

Aire

□

Otros especificar: _____________________________ Especificaciones: _____________________________ Contenido total del fluido: _______________________ Fluido alternativo: _____________________________ 1.5

Anticongelante Protección anticongelante

□

si

□

no

Descripción: _____________________ 1.6

Sistema de captación 1.6.1 Colector de placa plana Número de colectores solares: ____________________________ Área bruta de los colectores solares (m2): ________________________ 1.6.2 Calentadores solares autocontenidos Número de elementos de almacenamiento: ________ Área total de apertura:_____________m² 1.6.3 Calentadores de tubos evacuados Número de tubos:_________ Área total de apertura:_________________m²

1.7

Especificaciones del colector Tipo Placa plana

□

tubo evacuado

□

Otros especificar ____________________________ Área bruta (m2)_____________________________ Área de apertura (m2) _______________________ Área del absorbedor (m2) _____________________ Material de las cubiertas ______________________ N.E. 001 Página 25 de 38


.


Espesor de la cubierta (mm) ___________________ Número de cubiertas _________________________ Material del aislamiento térmico ________________ Espesor del aislamiento (mm) _________________ Material de la caja protectora __________________ Peso del colector sin fluido (kg) _______________ Peso del colector con fluido (kg) _______________ Dimensiones brutas (mm) ____________________ 1.8

Absorbedor Materiales ___________________________________ Tipo de construcción ___________________________ Tipo de recubrimiento _________________________ Numero de tubos _____________________________ Diámetro de los tubos (mm) ____________________ Distancia entre tubos (mm) _____________________ Material de la aleta ____________________________ Ancho y espesor de la aleta (mm) ________________ Tipo de unión entre aleta y tubo __________________

1.9

Tanque de almacenamiento Fabricante ______________ Modelo ________________ Material ________________ Volumen (l) _____________ Diámetro exterior del tanque (m) _____________ Longitud exterior del tanque..(m) _____________ Material del aislante térmico ________________ Espesor del aislamiento (mm) _______________ Presión de trabajo (kg/cm2) __________________ Espesor de la pared del tanque ________________ Válvula de alivio o jarro de aire Intercambiador de calor

□

si

no

□

Tipo Serpentín □ recto □ doble envolvente □ Control de la corrosión galvánica

□

si

no

□



.


Especificar ____________________________ Otros especificar ________________________

Se debe de declarar las especificaciones del tanque interno del termotanque: a) Espesor del tanque interno________________________________________ b) Si cuenta con recubrimiento o no el tanque interno_____________________ c) Qué tipo de recubrimiento y su espesor en las unidades correspondientes _______________________________________________________ _______ d) Se cuenta con ánodo de sacrifico___________________________________ Tipo de ánodo de sacrificio_________________________________________ 1.10 Bomba Tipo _________________________________ Fabricante ____________________________ Modelo _______________________________ Potencia (W) __________________________ Factor de servicio _____________________ Voltaje (V) ____________________________ Velocidad (rpm) ________________________ 1.11 Medidor de variables eléctricas Fabricante ____________________________ Modelo ______________________________ Especificaciones _______________________ 1.12 Controlador Fabricante ____________________________ Modelo ______________________________ Especificaciones _______________________ 1.13 Diagrama esquemático del sistema



.


1.14 Conexión hidráulica entre el colector y el tanque de almacenamiento. Material de la tubería _____________________________________ Diámetro (mm) _________________ Longitud (m) ___________________ Material aislante ________________ Espesor del aislante (mm) _____________ Conexiones _________________________ Válvulas □ si □ no Especificar_________________________ 1.15 Estructura de soporte Materiales__________________________ Dimensiones________________________ Acabados exteriores__________________ 1.16 Parámetros de instalación (de acuerdo al manual de instalación del fabricante) Ángulo de inclinación del colector (grados) __________________________ Orientación del sistema (grados) ____________________________________________ Flujo en el circuito hidráulico del colector (l/s) ________________________ 1.17 Observaciones adicionales sobre el diseño del sistema ________________________________________________________ _____ _____________________________________________________________ ________________________________________________________ _____ 1.18 Fotografías del sistema, ya instalado, con vista frontal, lateral y posterior, de un tamaño mínimo de 14x20 cm

Nombre y firma del técnico

Nombre y firma del fabricante



.


Apénd ice Nor mativo 3 HOJA DE RESULTADOS DE LA A PLICACIÓN DE LAS PRUEBAS DE SISTEMAS SOLARES Laboratorio: Institución a cargo: Dirección: Municipio:

Ciudad: Estado:

Latitud Norte:

Longitud oeste:

Diferencia horaria TSV

Angulo de incidencia solar mínima

Registro de los datos del medio ambiente: Irradiancia, Temperatura ambiente diurna y nocturna, velocidad del viento diurno y nocturno.



.


Tabulación para la prueba diurna Fecha dd/mm/aa dd/mm/aa dd/mm/aa dd/mm/aa

H [MJ/m2]

No. Prueba 1 2 3 4

V [m/s]

T amb,d

Tini

Tfin

X

mv C (T fin

T ini )

Y

Donde: X

T ini

T amb

Y

H

H

Tabulación para la prueba nocturna Fecha dd/mm/aa dd/mm/aa dd/mm/aa dd/mm/aa X T ini

No. Prueba 1 2 3 4

V [m/s]

Tamb

Tini

T amb

Tfin

Y mv C (T fin

X

Y

T ini )

A partir de los parámetros calculados se elaborarán las curvas características del sistema en cuanto a la energía útil al final del periodo de la prueba y la pérdida de energía durante el periodo nocturno.

Ejemplo de resultados obtenido s de prueba a sistemas solares En la Tabla 1 se muestran resultados típicos de la prueba diurna de un equipo de calentamiento solar de agua. En la Figura 1 se muestran la gráfica resultante de los datos obtenidos de la prueba diurna del equipo y la regresión lineal producida de los mismos. En éste ejemplo el equipo evaluado se caracteriza por tener un área equivalente de 1.014 m2 y un coeficiente de pérdidas característico de 0.357 MJ/ºC. N.E. 001 Página 30 de 38


.

FECHA DE INICIO DE VIGENCIA: 11 DE J UNIO DE 2010 no.

v

Tamb

Tini

Tfin

H

X

Y

1

1.0

27.1

17.6

56.9

24.2

‐0.393

1.156

2

0.6

27.9

35.4

64.0

22.2

0.340

0.918

3

0.8

27.7

44.3

70.3

24.1

0.689

0.769

4

0.7

26.7

53.3

73.7

23.9

1.116

0.610

1

0.7

26.4

20.3

56.3

23.5

‐0.261

1.089

2

0.5

26.0

30.4

61.2

23.2

0.189

0.947

3

0.6

26.0

43.8

70.1

23.9

0.743

0.782

4

0.4

26.4

50.4

70.6

23.3

1.034

0.620

1

0.5

27.0

21.1

57.9

23.7

‐0.250

1.106

2

1.8

24.6

32.2

61.9

23.5

0.322

0.899

3

0.9

24.4

42.5

68.0

24.8

0.731

0.733

4

0.4

25.3

51.1

65.3

18.9

1.367

0.534

Tabla 1. Resultados típicos de la prueba diurna de un equipo de calentamiento solar de agua.

Figura 1. Gráfica resultante de los datos obtenidos de la prueba diurna del equipo y la regresión lineal producida de los mismos.

En la Tabla 2 se muestran resultados típicos de la prueba nocturna de un equipo de calentamiento solar de agua. En la Figura 2 se muestran la gráfica resultante de los datos obtenidos de la prueba nocturna del equipo y la regresión lineal producida de los mismos. En este ejemplo el equipo evaluado se caracteriza por tener una cantidad de calor remanente de –1.341 MJ y un coeficiente de pérdidas característico nocturno de 0.335 MJ/ºC. no.

v

Tamb

Tini

Tfin

X

Y

1

0.4

17.3

56.9

40.1

39.53

11.96

2

0.2

16.9

64.0

43.7

47.07

14.47

3

0.2

17.6

70.3

46.6

52.73

16.87

4

0.2

17.5

73.7

49.3

56.21

17.39

1

0.4

17.7

56.3

40.0

38.60

11.61

2

0.3

15.2

61.2

41.9

46.01

13.73

3

0.2

15.1

70.1

46.7

54.95

16.66

4

0.2

14.9

70.6

45.7

55.75

17.75

1

0.2

17.4

57.9

40.5

40.55

12.46

2

0.7

17.4

61.9

43.0

44.48

13.44

3

0.5

16.1

68.0

45.8

51.87

15.83

4

0.4

16.6

65.3

44.2

48.66

14.98

Tabla 2. Resultados típicos de la prueba nocturna de un equipo de calentamiento solar de agua.

Figura 2. Gráfica resultante de los datos obtenidos de la prueba nocturna del equipo y la regresión lineal producida de los mismos.



.


Apénd ice Nor mativo 4 PRUEBAS DE INTEGRIDAD DEL SISTEMA 1.0

PRUEBA HIDROSTATICA

1.1 Asegurarse de extraer todo el aire que pueda contener el sistema y proceder al llenado del sistema con agua a una temperatura de 22 °C +/-2 °C y presurizarlo a un valor igual a 1.5 veces la presión manométrica de operación indicada por el fabricante, con un mínimo de 150 kPa de presión manométrica asegurando que dicha presión se tenga tanto en la entrada como en la salida del sistema -presión hidrostática interna. Cubrir el sistema de la radiación solar. Registrar las variaciones de la temperatura y la presión, durante un periodo de 12 horas (de preferencia durante la noche). Verificar periódicamente si existe alguna fuga o deformación severa (consultar el termino con respecto a la Norma Mexicana NMX-ES-001-NORMEX vigente) en este tiempo. En caso de no existir fugas de agua ni una deformación apreciable en cualquiera de los componentes, el sistema pasa la prueba.

2.0

ENSAYO CHOQUE TÉRMICO EXTERNO

2.1 Objetivo. Algunas veces los sistemas pueden estar expuestos a repentinas tormentas de lluvia en días calurosos soleados, causando severos choques térmicos externos. Este ensayo tiene como objetivo determinar la capacidad de un captador de soportar estos choques térmicos sin fallos. 2.2 Procedimiento. Se debe montar el sistema al exterior pero sin llenarse de fluido. Una de las tuberías del fluido debe ser sellada para prevenir enfriamiento por circulación natural de aire, la otra debe estar abierta para permitir la expansión libre del aire. Se debe disponer de un grupo de rociadores de agua para proveer un rociado uniforme de agua sobre el sistema. Se debe mantener el sistema bajo un alto índice de irradiancia solar durante 1 período de 1 hora antes del rociado de agua. Después se enfriará con el rociado de agua durante 10 minutos antes de ser inspeccionado. Se debe de someter el sistema a dos choques térmicos externos. Las condiciones de operación especificadas son:

  

Irradiancia solar mayor a 850 W/m 2 en el plano del captador. Temperatura del aire circundante mayor a 15 ºC Rociado con una temperatura inferior a los 25 ºC y un caudal de entre 0.03 kg/s y 0.05 kg/s por metro cuadrado de apertura del captador.

2.3 Resultados. Se debe inspeccionar el sistema para ver fisuras, distorsiones, condensaciones, penetración de agua o pérdidas de vacío. Se deben registrar los resultados de la inspección. 3.0

ENSAYO CHOQUE TÉRMICO INTERNO

3.1 Objetivo. Algunas veces los sistemas pueden estar expuestos a repentinas entradas de fluido frío en días calurosos soleados, causando severos choques térmicos internos, por ejemplo, durante un período de corte de agua, cuando el sistema es llevado nuevamente a la operación mientras se encuentra en su temperatura de estancamiento. Este ensayo tiene como objetivo determinar la capacidad de un captador de soportar estos choques térmicos sin fallos. N.E. 001 Página 32 de 38


.


3.2 Procedimiento. Se debe montar el sistema al exterior, sin llenarse de fluido. Una de las tuberías del fluido debe ser sellada para prevenir enfriamiento por circulación natural de aire, la otra deberá estar abierta para permitir la expansión libre del aire. Se debe mantener el sistema bajo un alto índice de irradiancia solar durante 1 período de 1 hora antes de ser enfriado suministrando agua durante al menos 10 minutos. Se debe de someter el sistema a dos choques térmicos internos. Las condiciones de operación especificadas son:

  

Irradiancia solar mayor a 850 W/m 2 en el plano del captador. Temperatura del aire circundante mayor a 15 ºC El agua de enfriamiento deberá tener una temperatura inferior a los 25 ºC y un caudal de al menos 0.25 kg/s por metro cuadrado de apertura de l captador.

3.3 Resultados. Se debe inspeccionar el sistema para ver fisuras, distorsiones, condensaciones, penetración de agua o pérdidas de vacío. Se deben registrar los resultados de la inspección. 4.0

ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO

4.1 Objetivo. Determinar si el sistema puede soportar los efectos de impactos pesados causados por granizo. 4.2

Procedimiento. Se debe montar el sistema al exterior.

Se deberán usar bolas de acero para simular el impacto. Se deberá dejar caer una bola de acero al captador 10 veces en distintos puntos desde un altura de 1 m y 10 veces en distintos puntos desde una altura de 2 m. 4.3

Condicion es del ensayo. La bola de acero deberá tener una masa de 150 g  10 g

4.4 Resultados. Se debe inspeccionar el sistema para ver fisuras, distorsiones, o pérdidas de vacío. Se deben registrar los resultados de la inspección.



.


Apénd ice Nor mativo 5 Formato de etiqu eta 1.- La información de salida para los datos que serán del conocimiento público del sistema y que servirán como constancia de la certificación del mismo se proporciona en el siguiente formato, y que serán los promedios del cuando menos las 15 pruebas efectuadas, asentadas en los formatos del apéndice Normativo No. 2. 2.- Cada modelo fabricado igual al sistema certificado deberá tener una etiqueta con los datos del formato de salida. 3.- Formato de salida a) Etiqueta para sistemas con co lectores solares planos.

b) Etiqueta para sistemas autocontenidos .



.


c)

Etiqueta para sistemas con colectores de tubos evacuados con o sin tubos de calor con y sin superfici es reflejantes .



.


APÉNDICE INFORMA TIVO No. 1 Cálculo s para determinar la relación entre MJ y kg de gas LP 1.0 kg de gas LP equiv alente por día de 24 horas. Este valor se calcula dividiendo la ganancia de calor del sistema por día entre el poder calorífico del gas LP y la eficiencia de conversión energética mínima. Como se indica a continuación:

mgas , LP



mvC (T fin , nocturna

 T ini , diurna )

PC * EGC

Donde: mgas , LP

Masa de gas LP en kg

mv

Masa de agua contenida en el volumen de termotanque

C T fin , nocturna

Capacidad caloríficas del agua. 0.004186 MJ/kgK Temperatura del agua al final de la prueba nocturna, °C

T ini , diurna

Temperatura inicial del agua durante la prueba diurna, °C

PC EGC

Poder calorífico del gas LP 46.057 MJ/kg Eficiencia de Conversión Energética (EGC)=0.74 Es la eficiencia mínima calentadores de gas de acuerdo a la norma correspondiente.

2.0

de 74% para

Funcionamiento característico de sistemas solares evaluados

El funcionamiento de cada sistema solar, está en función de las condiciones climatológicas promedio en los Estados Unidos Mexicanos. Clima Caliente Templado Frío

T inicial diurna 26 20 13

T ambiente diurna Tambiente nocturna 30 25 24 18 19 12

El valor de la irradiación para una superficie inclinada se toma de 20 MJ/m 2 para el periodo de 8 horas 3.0 Obtenci ón de las temperatur as Temperaturas características del sistema Temperatura final diurna T fin , diurno

HK 1

U diurno T ini

T amb

m v C

diurno

T ini , diurno



.


Temperatura final nocturna T fin , nocturno

K 2

T ini , nocturno

U nocturno T ini

T amb

nocturno

m v C

Temperatura promedio diurna T diurna



Temperatura promedio nocturna T diurna



T fin ,diurno

 T ini ,diurno 2

T fin , nocturna  T ini , nocturna

2

Calor útil diurno QU , diurno

m v C T fin

T ini

diurno

Q P , nocturno

mv C T ini

T fin

nocturno

Pérdidas nocturnas


Nmx Es 004 Normex 2010 Evaluacion de Sistemas

Recommend Documents