Un intercambiador de calor es un equipo donde se realiza la transferencia de calor desde un fluido caliente a otro frío. Se utiliza en las instalaciones solares con dos circuitos, uno primario, por donde circula el fluido caloportador con anticongelante, y otro secundario, por donde circula el ACS.
Hay tres tipos de instalaciones solares donde se emplea:
- En instalaciones de producción de ACS impide el contacto directo entre fluidos, evita heladas, incrustaciones, corrosión, sobrepresiones, etc.
- En calefacción donde se almacene agua caliente se evita utilizar altas concentraciones de anticongelantes gracias a un circuito primario reducido.
- Instalaciones combinadas de ACS y calefacción, en las que el ACS y el sistema de distribución de calefacción se calientan en un interacumulador.
Vamos a ver los intercambiadores líquido-líquido, que son los que se emplean para la obtención de ACS. El empleo de intercambiadores presenta tres inconvenientes:
- Pérdida de rendimiento del sistema, al haber siempre una diferencia de temperatura de 3 a 10ºC entre los fluidos primario y secundario y, por lo tanto, los colectores deben funcionan a una temperatura superior a la del fluido secundario.
- Elevación del coste de la instalación, debido al propio intercambiador y a los elementos que lo acompañan.
- En instalaciones de ACS los intercambiadores de calor están sometidos a una reglamentación, aplicable cuando el líquido primario no es agua potable.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
Los criterios a la hora de elegir los tipos y tamaños de intercambiadores para energía solar están condicionados por una serie de parámetros que conviene analizar.
El intercambiador ha de funcionar en condiciones muy variables, por lo que nunca estará perfectamente adaptado a las condiciones en las que trabaje en cada momento.
Hay diferentes tipos de clasificaciones para los intercambiadores, pudiendo ser, por su situación, interiores o exteriores. Según sea su construcción serán de serpentín helicoidal, tubulares, de doble envolvente o de placas planas. Si se clasifican según el régimen de funcionamiento, serán forzados o por circulación natural o termosifón.
También se pueden clasificar según el fluido que fluya en ellos, en nuestro caso serán del tipo líquido-líquido, ya que en ambas direcciones de flujo hay un líquido.
También podrían ser gas-líquido o gas-gas (p. ej. vapor de agua – disolución a concentrar).
Todas las combinaciones son físicamente posibles, aunque la práctica nos dirá cuáles son los diseños que más convienen.
Las hipótesis que servirán para elegir un intercambiador dependen de las características de la instalación, de las condiciones en las que ha de funcionar y de las situaciones que puedan presentarse en la instalación en condiciones extremas. Se debe tener en cuenta que un intercambiador es muy sensible a los parámetros característicos que intervienen en los intercambios térmicos: capacidad térmica másica, viscosidad, densidad, etc.
El funcionamiento también depende de las condiciones de circulación de los dos fluidos (forzada o por convección natural) y de la forma geométrica del intercambiador.
La circulación forzada mejora el intercambio, asegura la circulación del fluido en el interior del intercambiador y permite reducir su tamaño.
Si el intercambiador está sumergido en el interior del acumulador, o sobre este, en forma de doble envolvente, el fluido del circuito secundario (ACS) está en circulación natural. Con un acumulador bien diseñado se podrá aprovechar el efecto de estratificación del fluido del secundario, que estará más caliente en la parte superior del acumulador.
Por el contrario, cuando el intercambiador esté situado en el exterior del acumulador, el secundario normalmente estará en circulación forzada siendo continuo el movimiento de fluido en este último, y no podrá haber estratificación. Sin embargo, es posible obtener una circulación por termosifón si se coloca el intercambiador por debajo del acumulador tal y como se muestra en la siguiente figura.
Con la disposición de la figura anterior se evita el enfriamiento del acumulador durante la noche, ya que el circuito primario funciona por termosifón, permaneciendo parado en condiciones nocturnas. Así se consigue automáticamente el bloqueo de la instalación en periodos de baja o nula radiación solar.
Los principales inconvenientes que se producen en la colocación de un intercambiador de calor en una instalación solar, son los siguientes:
- Pérdida de rendimiento del sistema (frente a una instalación directa).
- Elevación del coste de la instalación.
- Están sometidos a reglamentación cuando el líquido del circuito primario es agua con anticongelante.
