Circulación del Fluido Primario por Termosifón

 

CIRCULACIÓN DEL FLUIDO CALOPORTADOR PRIMARIO POR TERMOSIFÓN (SISTEMA INDIRECTO)

En las pequeñas instalaciones el sistema por termosifón suele utilizarse con intercambiador, restringiendo por lo tanto el efecto termosifón al circuito primario, y no al acumulador.
Si se utiliza fluido caloportador con anticongelante u otros aditivos, evitaremos que la viscosidad sea excesiva, ya que cuando esté frío la pérdida de carga puede dificultar el inicio del efecto termosifón (desventaja frente a los sistemas por termosifón directo).
No obstante, el sistema por termosifón indirecto conserva el resto de las ventajas del directo (autonomía, eliminación de riesgos de averías, etc.); como ventaja adicional minimiza el riesgo de incrustaciones, salvo en caso de vaciados frecuentes y renovaciones del fluido para evitar la congelación.
Los condicionantes en el diseño de estas instalaciones son los mismos que para las directas:

  • Los colectores se instalarán por debajo del depósito de acumulación.
Instalación mal diseñada, al estar parte del acumulador por debajo del colector.
  • Dispondremos de una mínima carga hidráulica o diferencia de alturas entre el acumulador y el colector para que pueda producirse el movimiento convectivo y, a su vez, que por la noche no se invierta la dirección del flujo. Se evitará que durante la noche se produzca la inversión de circulación del fluido del depósito hacia los colectores, ya que en estas condiciones el colector actuaría como un radiador, perdiendo calor y enfriando el sistema.
    Se deberá colocar una válvula antirretorno en el circuito (sobre todo si no podemos tener una diferencia de alturas de 30 cm como mínimo). La válvula será de clapeta vertical y se instalará en la tubería de ida a los colectores. No se usarán válvulas antirretorno de clapeta horizontal o de tipo muelle.
  • Evitaremos las estrangulaciones de flujo en accesorios y reduciremos al máximo las pérdidas por rozamiento.
  • Evitaremos la formación de bolsas de aire que dificultan el movimiento del fluido, por lo que las tuberías serán cortas y ligeramente inclinadas para favorecer la ascensión de las burbujas de aire. En los puntos más altos del circuito se situarán purgadores de aire.
  • Montaremos vasos de expansión, para evitar riesgos por la dilatación del fluido de trabajo y conseguir así mantener la presión estable del sistema.
    En el caso de que se instale un vaso de expansión cerrado se montará también una válvula de seguridad tarada a la presión máxima del circuito, a aquella presión que dañe algún equipo de importante capital para la instalación (colectores o propia membrana del vaso).
    Las tuberías de las instalaciones de este tipo tendrán diámetros mayores que los utilizados en instalaciones con circulador.

Nunca se usarán tuberías de diámetros inferiores a la media pulgada y, en general, se instalarán tuberías normalizadas con un el diámetro superior siguiente al usado en instalaciones equivalentes de circulación forzada.

En la siguiente tabla aparecen valores indicativos para las tuberías del circuito primario:
Tabla 1. Diámetro recomendado para instalaciones por termosifón.

¿Cuál será el diámetro mínimo recomendado para una instalación por termosifón con un área de colectores de 4 m2? Supón una altura de carga de 0,25 m y una distancia horizontal entre colectores y acumulador de 5 m.

Solución: 32 mm

No se podrán utilizar accesorios de tuberías, tales como codos de 90º, empleándose en su lugar curvaturas en la tubería con radios de giro tres veces menores al diámetro de la tubería y siendo siempre en número mínimo.
No se instalarán filtros, válvulas de corte, etc., o cualquier otro accesorio que implique estrangulaciones al fluido en el circuito primario, exceptuando la válvula antirretorno de clapeta, anteriormente mencionada, que evita el flujo inverso.
Por razones similares se procurará que el trazado de las tuberías sea lo más corto posible, instalando el depósito lo más próximo a los colectores.
Los trazos horizontales de tubería deberán ser mínimos y su inclinación será de al menos un 5% y en dirección al acumulador.

Características de la red de tuberías en termosifón indirecto:

  • Diámetro > 0,5” y mayores que en instalaciones forzadas equivalentes.
  • Uso de curvaturas de tubería < 3Dtuberia.
  • No utilización de accesorios, salvo válvula antirretorno.
  • Tuberías horizontales mínimas con 5% de inclinación.

CIRCULACIÓN FORZADA (BOMBAS O ELECTROCIRCULADORES)

El uso de bombas evitará los defectos encontrados en los sistemas de circulación por termosifón o circulación natural, consiguiendo mayores rendimientos en los sistemas de circulación forzada. En cambio se necesitará un sistema regulador del funcionamiento de la bomba o bombas y será necesario para el funcionamiento de las mismas disponer de energía eléctrica.
Al ser económicas son actualmente bastante utilizadas, además no suelen presentan problemas ni averías en fabricantes experimentados como Grundfos, Wilo, etc.
Se pueden instalar en los circuitos primarios o secundarios, siendo normal su instalación en el primario y solamente en el secundario si existen razones para ello, como la existencia de un intercambiador de calor externo.

CIRCULACIÓN FORZADA DEL FLUIDO CALOPORTADOR PRIMARIO

No debemos instalar un electrocirculador de mucha potencia eléctrica para evitar consumos innecesarios de potencia. El caudal estará normalmente comprendido entre 50 y 75 l/h por cada m2 de superficie colectora.
Será imprescindible la utilización de un electrocirculador en el circuito primario cuando el intercambiador (exterior o dentro del propio acumulador) esté a menor altura que los colectores. También tendremos que instalar una válvula antirretorno de clapeta que evite el efecto termosifónico nocturno (circulación de flujo en sentido inverso del acumulador a los colectores). Si es de muelle, tendremos que considerar la pérdida de carga suplementaria que produce este dispositivo a la hora de dimensionar el electrocirculador.

TRANSMISIÓN DE CALOR MEDIANTE UN INTERCAMBIADOR EXTERIOR

Los circuitos primario y secundario de la instalación solar convergen en el intercambiador de calor exterior, que puede estar constituido por placas o tubos.
Lo normal es que la circulación, tanto en el primario como en el secundario, sea acelerada por bombas de circulación, ya que en este sistema para que el intercambio sea eficaz se requiere un caudal de circulación mínimo que difícilmente se logra por termosifón.
El circuito primario debe ser capaz de resistir la presión del circuito secundario en el caso de una avería en el intercambiador, si se establece una comunicación entre el secundario y el primario. En cualquier caso se dispondrá siempre de una válvula de seguridad tarada a una presión inferior a la que el circuito primario pueda soportar.

Forma de conectar al primario y secundario un intercambiador exterior de placas.
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