Intercambiadores

Un intercambiador de calor es un aparato donde se transfiere el calor del fluido caloportador del circuito primario al fluido frío del circuito secundario, que normalmente es agua de consumo en instalaciones de ACS.

Puede haber dos disposiciones del intercambiador: dentro del propio depósito acumulador o fuera del depósito acumulador como una unidad independiente.

1-Intercambiadores en el depósito acumulador

Para estos casos se deberá cumplir la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de captación, siendo inferior a 0,15.

Sintercambio/SCaptador < 0,15

El tipo de intercambiador podrá ser:

  • De doble envolvente.
  • De serpentín o sumergido, con diámetros inferiores a 1” en sistemas de circulación forzada y, en termosifón, como mínimo de 1”.

En todo caso estará en la parte inferior del depósito acumulador.

2-Intercambiadores independientes

Para intercambiadores independientes la potencia mínima del mismo (P en W) dependerá del área de colectores instalada (A en m2), se cumplirá:

P ≥500 A

Este tipo de intercambiadores está constituido por placas de cobre o acero inoxidable y cuyas características principales deberá dar el fabricante o un laboratorio convenientemente acreditado.

Características principales en los intercambiadores para ACS

Las principales características que debe cumplir un intercambiador en una instalación de generación de ACS son las siguientes:

  • Resistencia a la presión máxima de trabajo. Son de especial complejidad los que presenten grandes superficies a la presión, es decir, una cara al fluido caloportador y otra cara a otro fluido a distinta presión (intercambiadores de doble envolvente).
  • Materiales de fabricación resistentes a la temperatura máxima del circuito primario.
  • Materiales compatibles con el fluido caloportador, es decir, que estén protegidos contra la corrosión.
  • Respecto a su capacidad para transferir calor por unidad de superficie no deberá ser menor a 40 W/K m2.
  • El valor límite en pérdidas de carga en el intercambiador será 3 mca tanto en el circuito primario como secundario, siendo normal que presenten pérdidas en torno a 0,5 mca.

El dimensionado de los intercambiadores depende de la aplicación a la que se dedique la instalación.

Valores de temperaturas de entrada y salida de fluidos primario y secundario en intercambiador en función de la aplicación.

Otro dato a tener en cuenta sería el factor de ensuciamiento, que estará limitado por el tipo de agua usada que se recoge en la siguiente tabla.

Factores de ensuciamiento.

El ensuciamiento de la superficie interior de un intercambiador tiene serias repercusiones en una instalación solar, siendo las más importantes las siguientes:

  • Menor transferencia de calor que induce a que la presión en el circuito sea menor.
  • Reducción del flujo del fluido caloportador por pérdida de presión y de la sección del tubo.
  • Pérdida del rendimiento energético.
  • Bloqueo del intercambiador.

La única solución al ensuciamiento sería proceder a la limpieza del intercambiador, desmontándolo; siendo esta una tarea costosa y lenta, se puede optar por el cambio de la
unidad completa por otra nueva de similares características.

PURGADORES Y DESAIREADORES

Los purgadores y los desaireadores son sistemas para retirar el aire que entra o se forma en la red de tuberías en forma de pequeñas burbujas, y deberán soportar la temperatura de estancamiento del colector.
Los purgadores se constituyen de un pequeño tubo de cobre o acero donde se sitúa un pequeño flotador, que con la presión del agua mantiene la salida cerrada, y cuando se llena de aire abre la salida permitiendo la desaireación.
Los desaireadores, gracias a las fuerzas centrífugas, separan el aire que asciende del agua, saliendo este por una válvula superior.

Está generalizado el uso de purgadores de aire, más económicos y sencillos de utilizar, en todo caso también se puede optar por una purga automática (purgadores) o una manual, esta última por medio de depósitos donde se acumule el aire.
Estos aparatos de purga de aire se sitúan en las zonas más altas de la instalación, generalmente a la salida de los colectores y en todos los puntos donde se pueda acumular aire en la instalación.

Purgador automático de aire y sección en la que se puede apreciar el mecanismo interno.

Si se prevé la generación de vapor no se podrán instalar sistemas automáticos de purga, ya que esto podría ser peligroso puesto que la temperatura normal de generación de vapor son los 100 ºC.

VÁLVULAS

Seleccionar adecuadamente el tipo de válvula a utilizar será fundamental para el adecuado funcionamiento de la instalación, siendo los criterios de selección los mostrados en la siguiente tabla.

Tipos de válvulas recomendadas según función y condiciones de funcionamiento.

Otros consejos para la selección de válvulas son los siguientes:

  • Debido a que presentan elevadas pérdidas de carga y provocarían un sobredimensionado del diseño de la bomba, las válvulas de compuerta no se usarán en sistemas pequeños.
  • Deben ser estancas, en particular las válvulas de asiento tendrán que asegurar el cierre correcto entre el asiento y el obturador.
  • En las válvulas de asiento será posible el mantenimiento por recambio de las superficies del asiento y del obturador.
  • En el cierre y apertura manual de las válvulas no será necesario aplicar una fuerza excesiva, esto se consigue con un volante y una palanca correctamente dimensionados.
  • El aislamiento térmico de las válvulas será limpio, es decir, el mecanismo de cierre y apertura no molestará para el aislamiento de la tubería y el cuerpo de la válvula.
  • La presión minima será igual o superior a 4 kg/m2 tanto para las válvulas
    como para la tubería.
  • La válvula de retención del circuito secundario se situará en la tubería de impulsión de la bomba.

Las válvulas de seguridad deberán ser capaces de evitar alcanzar la máxima presión de trabajo de la instalación solar, incluso si se ha formado vapor.

La caracterización de todas las válvulas lleva consigo el grabado en su superficie de las siguientes características:

  • Presión nominal que soportan (PN) expresada en bares o kp/cm2.
  • Diámetro nominal (DN) en mm o pulgadas, siempre que sea mayor o menor a 25 mm o 0,1”.
  • Generalmente también llevan una flecha () que indica la dirección de flujo del fluido que pasa por ella.

1-Aislamiento.  →  Válvula de esfera
2-Seguridad.  →  Válvula de resorte
3-Retención.  →  Válvula de clapeta
4-Equilibrado.  →  Válvula de asientoa.

 

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