Parámetros de un Intercambiador

Los dos parámetros que mejor caracterizan a un intercambiador de calor son el rendimiento y la eficacia de intercambio del mismo.

RENDIMIENTO DE UN INTERCAMBIADOR

El rendimiento de un intercambiador es la relación entre la energía obtenida (ACS caliente) y la introducida (fluido caloportador). El rendimiento nunca podrá ser perfecto debido a pérdidas de energía causadas por pérdidas térmicas.
Estas pérdidas deberán ser mínimas, existiendo un límite, que no deberá ser rebasado, del 5% y, por lo tanto, desechando intercambiadores con rendimientos inferiores al 95%.

η =   Etransferida ACS
Efluidocaloportador

Las pérdidas térmicas en la transferencia de calor se deben a las tuberías por donde fluye el fluido desde los colectores al intercambiador. También es una causa de pérdidas el mal aislamiento térmico de las tuberías y del equipo.
Los interacumuladores no tienen pérdidas reales ya que el calor se dirige al ACS del acumulador, solo existirán pérdidas para este caso en la red de tuberías.

Un interacumulador es un intercambiador de calor situado en el interior del depósito acumulador.

EFICACIA DE UN INTERCAMBIADOR

La eficacia ε de un intercambiador es la relación entre potencia térmica intercambiada (Preal) y la potencia máxima que teóricamente (Pteorica) se podría intercambiar si las temperaturas de ambos fluidos de intercambio llegaran a ser iguales.

ε =    Preal
       Pteorica

Será un valor comprendido entre cero y uno, y que para un determinado caudal, dependerá de varios factores, como:

  • Área de la superficie de intercambio.
  • Forma y geometría de la superficie de intercambio.
  • Material del que está hecho el intercambiador, ya que el coeficiente de conductividad influye obviamente en el proceso de intercambio.

El que la eficacia de un intercambiador sea inferior a uno, a diferencia del rendimiento, no significa que existan pérdidas de energía, sino que la transferencia térmica no se realiza de forma óptima. Un intercambiador con una eficacia menor que otro realizará su función con más dificultad, pero, con suficiente tiempo, dará el mismo resultado final. Sin embargo, en la práctica, al necesitar más tiempo para efectuar la transferencia de energía, el tiempo para que esta se escape mientras es transportada por el circuito primario también aumenta.

Un buen diseñador nunca permitirá que la eficacia tenga un valor inferior a 0,7, ya que a valores menores de eficacia mayor temperatura de retorno tendrá el fluido caloportador hacia los colectores. Esto propiciará unos rendimientos bajos en los colectores y, por ende, de la instalación solar.

En intercambiadores situados dentro del acumulador, en los que el intercambio se produce por convección natural, la eficacia vale:

ε =   e – tºs  
        tºe – tºm

Donde tºe es la temperatura de entrada del fluido caloportador, tºs es la temperatura de salida del fluido caloportador y tºm es la temperatura media del agua acumulada.

En el caso ideal de que el fluido caloportador cediese todo el calor posible al ACS del acumulador, la temperatura de salida se igualaría a la media del ACS del acumulador (tºs = tºm) y, por tanto, la eficacia sería igual a la unidad.

Intercambiador de calor situado dentro del depósito acumulador.

Para el caso de intercambiadores de calor situados en el exterior del acumulador, hay dos expresiones para la eficacia:

Si mpcep ≤ msces ⇒ ε =     tºep – tºsp     
                                              tºep – tºes

Si mpcep ≤ msces ⇒ ε =     tºss – tºes     
                                              tºep – tºes

mp y ms son los caudales másicos del fluido caloportador del primario y del agua del secundario respectivamente
cep y ces
son los calores específicos del fluido caloportador del primario y del agua del secundario respectivamente
ep y tºes son las temperaturas a la entrada del intercambiador del fluido del primario y del agua del secundario respectivamente
sp y tºss son las temperaturas a la salida del intercambiador del fluido del primario y del agua del secundario respectivamente

El caudal másico de un líquido es la masa de líquido que fluye en la unidad de tiempo y se mide en kilogramos/ hora. No debe confundirse con el caudal volumétrico, que es el volumen de líquido que fluye en la unidad de tiempo y que se mide en litros/hora.

Intercambiador de calor situado en el exterior del acumulador.

En la práctica hay que tener en cuenta que el fluido primario será agua con anticongelante o algún otro fluido cuyo calor específico es inferior al del fluido del secundario, ACS, y por tanto normalmente se cumplirá que mpcep<msces, incluso aunque mp sea ligeramente superior a ms, empleándose la primera expresión para el cálculo de la eficacia.

Independientemente de que el intercambiador sea interior o exterior, por muy eficaz que sea este, siempre hará trabajar a los colectores a una temperatura mayor que si no existiese, por lo que, como se vio anteriormente, el rendimiento global del sistema será menor.

La calidad en el material de fabricación de un intercambiador es fundamental, ya que se buscará, en este orden, resistencia a la corrosión, menor capacidad de generar incrustaciones y, finalmente, conductividad térmica.
Basándonos en esto, los materiales más utilizados por este orden de calidades erán el acero inoxidable, el cobre y el acero galvanizado.

Print Friendly, PDF & Email