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Dimensionado de Piscinas en MJ

DIMENSIONADO DE PISCINAS AL AIRE LIBRE

En primer lugar debemos fijar un objetivo de temperatura, si bien la temperatura ideal para el baño se sitúa entre 24 ºC y 27 ºC.
Según el uso que se vaya a dar a la piscina abierta, la temperatura podrá ser la siguiente:

Temperatura del agua según ITE 10 del RITE.

La temperatura del agua de la piscina se deberá medir en el centro de la misma, a unos 20 centímetros de profundidad de la lámina del agua.

Esta temperatura no pretenderemos mantenerla todos los meses del año, sino un mes con temperaturas intermedias como el mes de septiembre.
Este sistema para calentar piscinas exteriores por medio de colectores solares busca ampliar la temporada de baño de la época estival; suelen ser cinco meses desde principios de mayo a finales de septiembre, pudiéndose alargar la temporada en zonas templadas o cálidas hasta bien entrado noviembre.
Para zonas frías la cuestión no es alargar la temporada de baño, sino aumentar la temperatura en los meses donde es posible el uso público de las piscinas.

Nuestra suposición de trabajo general será conseguir una temperatura superior a 27 ºC en el mes de septiembre.

Con este supuesto, en verano obtendremos una temperatura superior a 27 ºC si mantenemos los colectores a pleno funcionamiento y esto provocará una sensación poco confortable a los bañistas. La solución es eliminar el paso de agua por los colectores.

El supuesto que hemos hecho hace que podamos utilizar la piscina en primavera y parte del otoño; si deseamos utilizarla en invierno, podemos coger otro mes para dimensionar la instalación.

Para realizar correctamente el dimensionado debemos conocer las pérdidas de calor que sufre el agua de nuestra piscina en un día completo en el mes de septiembre.
Las pérdidas de temperatura son debidas a:

  • Pérdidas por radiación: con la atmósfera, las cuales son mayores cuanto menor sea la temperatura ambiente.
  • Pérdidas por convección: debidas al viento de la zona geográfica concreta. Las pérdidas serán mayores cuanto mayor sea la velocidad de viento, igualmente cuanto menor sea la temperatura del aire tendremos mayores pérdidas.
  • Pérdidas por evaporación: al evaporarse el agua de la piscina también se reduce su temperatura, ya que para que algunas moléculas de agua consigan evaporarse deben coger calor del resto del agua de la piscina que no se evapora.
  • Pérdidas por conducción: Entre el agua y las paredes y el fondo de la piscina también se producirá una transferencia de calor, con la consiguiente disminución de la temperatura del agua de la piscina, pero estas pérdidas son mucho menores que las anteriores.

En la práctica, tendremos en cuenta solamente las pérdidas por convección, radiación y evaporación.

Como el cálculo exacto de las pérdidas es muy complejo, debido a la variación de temperaturas y demás factores, dimensionaremos de acuerdo a unas tablas que se han obtenido y comprobado de forma experimental.

Las tablas tienen números que expresan el valor de pérdidas más probable por cada metro cuadrado de la piscina. Suponen una piscina de 2 metros de profundidad llena de agua hasta 30 cm del borde.

El momento de mayores pérdidas de temperatura de la piscina es por la noche, ya que es cuando se alcanzan temperaturas más bajas. Una buena forma de evitar pérdidas energéticas es utilizar una “manta térmica”, es decir, una cubierta de plástico que pondremos por la noche en la piscina climatizada.
La manta térmica está hecha de materiales plásticos, reduce las pérdidas por radiación y convección, y elimina las pérdidas por evaporación.
Suele utilizarse en los periodos en que la piscina no está en uso, generalmente por la noche, que además coincide con el momento de mayores pérdidas energéticas y nulas aportaciones.
Si bien la utilización de mantas térmicas supone un ahorro de instalación solar, debemos sopesar su uso, ya que además del coste de la propia manta deberemos añadir el hecho de que necesitaremos una persona que se encargue de quitarla y ponerla.

Las necesidades energéticas en el dimensionado de piscinas al aire libre vienen referidas a la compensación entre las pérdidas energéticas “P” y la ganancias solares en superficie horizontal “H” que recibe la piscina.

Como estamos en piscinas al aire libre, tenemos que considerar que la irradiación que recibe la piscina se ve disminuida por pérdidas por reflexión y por posibles sombras parciales que tenga esta. Estimaremos estas pérdidas en un 15% de la energía incidente.

Consideramos que la ganancia solar H del agua es aproximadamente:

H’ = 0,85 H
Donde H se obtiene de la Tabla 5

La energía total E que deberán aportar los colectores será:

E = (P – 0,85H) A
(donde A=área=ancho*largo)

Las pérdidas P serán:

P = R + C + E
Donde R son las pérdidas por radiación, C las pérdidas por convección y E las pérdidas por evaporación de fluido. Tablas de pédidas.

En lo referente al grado de humedad, las posibles zonas se clasifican según la humedad relativa del aire en el mes de septiembre en la forma siguiente:

  • 35% – 45% corresponde a una zona muy seca.
  • 45% – 55% a una zona seca.
  • 55% – 65% a una zona media.
  • 65% – 75% a una húmeda.
  • Más del 75% a una zona muy húmeda.

Ejemplo de dimensionado de piscina descubierta

Nuestra piscina se sitúa dentro de una parcela en la provincia de Valencia, en lo alto de una urbanización en la montaña donde soporta un viento moderado.
Tiene unas dimensiones de 5 metros de ancho por 10 de largo.
En Valencia tenemos una temperatura media en septiembre de 24 ºC, dato que obtenemos a partir de la tabla 7, y su clima es húmedo.

Elegimos unos colectores de polietileno con un rendimiento, que nos garantiza el fabricante, del 80% y 1,5 m2 de superficie cada uno.
Vamos a calcular las pérdidas energéticas obteniendo los datos de las tablas y a hacer un estudio de las pérdidas utilizando y sin utilizar manta térmica.

Los datos que debemos tener en cuenta son:

  • Estamos en el mes de septiembre.
  • Tenemos clima húmedo.
  • La temperatura media del mes de septiembre es de 24 ºC.
  • Tenemos un viento moderado.

Sin utilizar manta térmica, nuestras pérdidas serán:

  • Pérdidas por radiación: 9,7 MJ/m2.
  • Pérdidas por convección: 7,3 MJ/m2.
  • Pérdidas por evaporación: 7,6 MJ/m2.

La suma total de las pérdidas energéticas por metro cuadrado será:

9,7 + 7,3 + 7,6 = 24,6 MJ/m2

Vamos a calcular la aportación energética del Sol :

0,85 x H = 0,85 x 16,7 = 14,2 MJ/m2

Utilizando una manta térmica:

  • Pérdidas por radiación: 6,3 MJ/m2.
  • Pérdidas por convección: 3 MJ/m2.
  • Pérdidas por evaporación: 4,4 MJ/m2.

La suma total de las pérdidas energéticas por metro cuadrado será:

6,3 + 4,4 + 3 = 13,7 MJ/m2

Tenemos hasta ahora:

Pérdidas energéticas sin manta térmica: 24,6 MJ/m2.
Pérdidas energéticas con manta térmica: 13,7 MJ/m2.
Aportación solar: 14,2 MJ/m2.

Aquí es donde vemos que con una manta térmica no necesitaríamos climatizar la piscina, ya que la aportación solar es mayor que las pérdidas totales con manta térmica.

Vamos a dimensionar de todos modos nuestra instalación sin manta térmica.
Veamos cuánta energía necesitamos aportarle a la piscina, para lo cual restaremos las pérdidas energéticas y el aporte solar:

Déficit energético: 24,6 – 14,2 = 10,4 MJ/m2
Necesitamos aportar 10,4 MJ/m2.

Por otro lado, y por razones estéticas, el dueño nos comenta que quiere poner los colectores solares en un tejado con 40º de inclinación. La latitud en la que estamos es de 39º y, como nuestros colectores estarán a 40º de inclinación, buscamos el factor de corrección k (Tabla 9) del mes de septiembre que será de 1,19 (sabíamos que H = 16,7 MJ/m2).

Así pues, la energía aportada por cada metro cuadrado de colector será:

0,8 x 1,19 x 16,7 x 0,94 = 14,9 MJ/m2.

Donde: 0,8 viene del 80% de rendimiento, 1,19 es k, H = 16,7 MJ/m2.

Al incidir en momentos en los que la intensidad es menor que el valor umbral, es aproximadamente un 6% de la energía total diaria E. Por lo visto anteriormente, será preciso multiplicar la cantidad E antes calculada por el factor 0,94, obteniendo el valor efectivo de la energía útil o aprovechable.

Multiplicando la superficie de la piscina, que será 5 x 10 = 50 m2, por el déficit energético, cuyo valor de 10,4 MJ/m2 calculamos anteriormente, obtendremos la energía total que necesitamos aportar:

10,4 x 50 = 520 MJ

Así pues, como nuestros colectores aportan 14,9 MJ/m2, serán necesarios 520 /14,9 = 34,9 m2 de superficie colectora.
Finalmente, para saber el número de colectores bastará con dividir la superficie necesaria entre la superficie de un colector: 34,9/1,5 = 23,27 colectores, por lo tanto, necesitaremos, 24 colectores para nuestra instalación, ya que se redondea al numero par más cercano.

DIMENSIONADO DE PISCINAS CUBIERTAS

En una piscina cubierta cambian numerosos factores; de hecho, se modifican totalmente las variaciones de temperatura y humedad.
Hay que tener en cuenta que la temperatura del recinto que alberga la piscina debe ser como mínimo algo superior a la del agua de la piscina y la humedad relativa recomendable está entre el 55% y el 70%.

Según el ITE 10 del RITE la temperatura seca del aire del local donde está la piscina será entre 2 y 3 ºC superior a la del agua de la piscina y con un mínimo de 26 ºC y un máximo de 28 ºC.

Podemos utilizar las mismas tablas que para piscinas al aire libre con varias aproximaciones, que vamos a detallar a continuación:

  • Se supondrá un grado de humedad del 65%.
  • Temperatura ambiente de 28 ºC.
  • No existe viento.

En este tipo de instalaciones está permitido el uso de grupo auxiliar para complementar el déficit energético.
Como la utilización de las instalaciones de piscinas climatizadas cubiertas se extiende al invierno, deberemos utilizar intercambiadores en nuestra instalación, así como colectores con cubierta plana.

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