Regulación de Colectores por Termostato

El termostato (de inmersión o de contacto) detecta si la temperatura del colector sobrepasa el valor de consigna fijado, poniendo en marcha la bomba de circulación cuando esto se produce. Este sistema de regulación se usa casi exclusivamente para el calentamiento del agua de piscinas.

Regulación por termostato.
Regulación por termostato. 1. Colector. 2. Interacumulador. 3. Bomba de circulación. 4. Termostato en el colector. La sonda de temperatura solo estaría a la salida del colector.

Un inconveniente de este sistema es que si la temperatura en el acumulador supera el punto de consigna ajustado en el regulador y la bomba está en funcionamiento esta seguirá en marcha, disipando el calor del acumulador en el colector, perdiendo así rendimiento. Por ello NO se recomienda para producción de ACS.

La regulación por termostato solo se emplea en aplicaciones de climatización de piscinas.

REGULACIÓN DE COLECTORES POR TERMOSTATO DIFERENCIAL ACTUANDO SOBRE BOMBA

Este método es el empleado generalmente en la producción de ACS por energía solar. Se basa en la comparación entre la temperatura del fluido caloportador en la parte alta del colector y el del fluido de la parte inferior del acumulador. Esto lo realiza un termostato diferencial.

ΔT = Tcolector – Tacumulador

El regulador suele regularse a una temperatura Treg (punto de consigna) mayor a cero para mejorar el rendimiento general de la instalación.
Esto es así porque las pérdidas de calor por la red de tuberías no harían aconsejable poner en marcha la bomba.
Se pueden dar los siguientes casos:

  • ΔT > Treg → El regulador pondrá en funcionamiento la bomba.
  • ΔT < Treg → El regulador parará el funcionamiento de la bomba.
  • ΔT = Treg → En este caso la bomba mantendrá el funcionamiento anterior, es decir podrá estar parada o en marcha.
Regulación por termostato diferencial actuando sobre la bomba
Regulación por termostato diferencial actuando sobre la bomba. 1. Colector. 2. Interacumulador. 3. Bomba de circulación. 4. Regulador diferencial “todo o nada”. 5. Sonda del colector. 6. Sonda del acumulador. 7. Válvula de estrangulación (para regular el caudal de circulación).

En este sistema ajustaremos la diferencia de temperaturas de tal forma que el calor del acumulador no se disipe a través del colector, exigiendo que la temperatura del colector sea varios grados mayor que la del acumulador para que se ponga en marcha la bomba. Esto se justifica por:

  • La pérdida de temperatura en la tubería del colector al acumulador puede ser, según su longitud, de alrededor de 1 ºC a pesar de que la tubería esté aislada.
  • La sonda y el propio regulador tiene un margen de error de 1 a 2 °C.
  • El diferencial de temperatura en el intercambiador será como mínimo de unos 4 °C.
  • La instalación solo debe funcionar cuando genere más energía útil que la consumida por la bomba, por lo que se le exigirá un diferencial mínimo de 3 °C.

Por todo esto, se aconseja utilizar un diferencial mínimo para poner en marcha la bomba de unos 6 o 7 ºC (Treg = 6 o 7 ºC).
Otro consejo importante es que:
La bomba deberá tener una buena relación “marcha-parada” para evitar que se conecte
solo por cortos periodos y que el agua caliente se enfríe en las canalizaciones.

En el uso de termostatos diferenciales solamente se pondrá en funcionamiento la bomba cuando la diferencia de temperaturas (ΔT) entre la parte superior del colector y la parte baja del depósito acumulador sea superior al punto de consigna estipulado por el instalador en el termostato diferencial (Treg).

La siguiente figura nos muestra un esquema completo de una instalación, en donde el primer control lo realiza el termostato diferencial TD1, que, dependiendo de las temperaturas a la salida del colector (sonda S1) y en la parte baja del acumulador AC1 (sonda S2), pondrá en marcha o parará las bombas B1 y B2.
Normalmente el termostato accionará B1 y B2 cuando la temperatura de S1 sea mayor que la de S2 en la cantidad ajustada en este. Así el sistema funciona siempre cediendo energía al acumulador y nunca al revés.

Regulación diferencial de una instalación solar de ACS.

Algunos sistemas utilizan otro diferencial más, el TD2, para llevar agua del acumulador AC1 al acumulador auxiliar AC2, siempre que la temperatura del primer acumulador (sonda S3) supere a la del segundo (sonda S4) en el valor prefijado en TD2, accionando la bomba B3. El segundo acumulador AC2 también tiene otro control, en este caso un termostato clásico T, cuya misión es mantener una temperatura constante en este. Partiendo de la medida dada por la sonda S5, el termostato activa o desactiva una resistencia eléctrica R1 siempre que la temperatura de este acumulador descienda por debajo de la de consigna fijada en este.

Por último, tenemos un control proporcional CP que se encarga de mantener constante la temperatura del agua que se extrae para consumo. Se trata de un control proporcional que, mediante una sonda que utiliza una cadena de realimentación a través de un sensor y actúa sobre una servoválvula (válvula mezcladora de tres vías), regula la mezcla en la proporción adecuada del agua caliente procedente del acumulador auxiliar AC2 y del agua fría de la red hasta obtener la temperatura deseada.

No obstante, una instalación también puede ser controlada con la ayuda de un microprocesador, en lo que se denomina control centralizado. Todos los sensores están conectados a una unidad común, que suele ser un multiplexor. Este pasa toda la información digitalizada que obtiene de los sensores (con la ayuda de un convertidor analógico-digital) al microprocesador, que ejecuta un programa de actuación contenido en la ROM, generando los códigos digitales que pasan a la unidad de salida, también controlada por el micro, y que consta de un demultiplexor analógico con un convertidor digital-analógico. Las señales analógicas se distribuyen a los elementos actuadores.
La RAM es una unidad de memoria auxiliar en donde el micro realiza los cálculos y se guardan los datos de forma temporal.

Regulación solar de una instalación de ACS mediante un microprocesador.

Uno de los principales aspectos que deben tenerse en cuenta para el correcto funcionamiento del sistema de control es la ubicación de los sensores, ya que su posición define la temperatura que realmente se controla.
Consideraremos dos aspectos:

  • La situación del sensor en relación con la instalación.
  • La forma de fijar este en su posición.

Analizaremos, a continuación, la posición de los sensores que puede haber en una instalación solar desde estos dos puntos de vista.

CONTROL DIFERENCIAL PRINCIPAL DE LAS INSTALACIONES SOLARES DE CALENTAMIENTO DE AGUA

Los sensores estarán situados en la parte más caliente del circuito primario (parte superior de los colectores) y en la más fría del circuito secundario (zona inferior del acumulador).

En la figura “a” el sensor se sumerge en el fluido, por lo que la medida será correcta y el control pondrá en marcha la bomba en cuanto incida un poco de energía sobre el colector. Si el control tiene poca inercia, al poner en marcha la bomba y arrastrar el agua caliente de la parte alta, esta se sustituirá por agua más fría que, al ser detectada por el sensor, hará que el control pare la bomba. Poco después, si continúa aumentando la radiación, subirá el agua caliente y arrancará de nuevo la bomba. Se pueden producir, pues, sucesivos arranques y paradas, sobre todo por la mañana, algo que no es deseable.

Situación del sensor del colector.

La posición del sensor en la figura”b” produce más inercia y al sensor le tarda más en llegar el agua caliente.
La posición del sensor en la figura “c” es una mala opción, ya que el agua caliente tarda mucho en alcanzar al sensor, que suele actuar por detección del calor transferido a través del tubo. Si la distancia del sensor al colector es grande, el control pondrá en funcionamiento la bomba tarde y parte del calor recogido por el colector hasta entonces se perderá.
→ Antes también se utilizaban sensores pegados al absorbedor del colector, consistentes en una pequeña pastilla donde iba inmersa la cabeza sensible, como se muestra en la figura “d”. Su inconveniente era que, al ser fijados en fábrica, cualquier problema o avería, especialmente la rotura del cable, tenía una difícil solución.

Los mejores sensores son los de inmersión con vaina y cabeza roscada, que permanecen fijos en el interior.

Sensores de inmersión con vaina y cabeza roscada.

Los sensores de abrazadera son peores que los de inmersión, pero son admisibles siempre que se sitúen sujetos a la tubería inmediatamente a la salida del colector. Su inconveniente es que si se aflojan o se sueltan las abrazaderas se pierde el contacto, dando medidas erróneas.

Se aconseja llenar la vaina con pasta térmica de silicona para facilitar el contacto térmico entre la cabeza del sensor y esta.

Sensor de abrazadera para colocar sujeto a la tubería inmediatamente a la salida del colector.

Cuando la instalación esté formada por un campo de colectores dispuestos en baterías, el sensor se situará en la parte más alta del último colector de la batería más cercana a la salida de la tubería hacia el acumulador.

El sensor del acumulador consistirá normalmente en una vaina de inmersión fijada en una boca prevista por el fabricante del acumulador para su alojamiento.
La sonda estará situada en la parte baja del acumulador, pero a cierta distancia de la boca de entrada de agua fría y del serpentín intercambiador para que no sea influenciado por ninguno de ellos.

Acumulador solar. El orificio a cota H está reservado para la colocación de la sonda del acumulador solar.

Si su ubicación no viene determinada de antemano por el fabricante del acumulador, se aconseja montarlo a una distancia del fondo aproximadamente igual a ¼ de la altura del acumulador.

Los sensores más utilizados en las instalaciones de energía solar son los de inmersión con vaina y cabeza roscada, en contacto directo con el fluido, y los de abrazadera, en contacto con la tubería por la que circula el fluido cuya temperatura pretenden medir.

CONTROL DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTO DEL DEPÓSITO AUXILIAR

El sensor deberá situarse en el punto medio del volumen a calentar, regulando el termostato a un valor que tenga en cuenta que la temperatura será más alta en la parte superior. Para ACS esta temperatura puede ser de 45 ºC.

CONTROL DEL CIRCUITO DE RETORNO

En el circuito de retorno, el sensor para controlar la temperatura se colocará a la salida del agua caliente (ACS) del acumulador auxiliar, si existe equipo de apoyo, o del acumulador solar, si no hay equipo de apoyo.

CONTROL DE LA VÁLVULA DE TRES VÍAS DE REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA DE SALIDA

Se encargará de hallar la temperatura del agua de consumo, con la ayuda de sensores de inmersión o superficie.

CONTROL DE LOS SISTEMAS ANTIHIELO

El sensor se situará en la parte más baja del primer colector de la batería más alejada de la tubería que viene del acumulador. Se instalará en la misma forma indicada para el sensor del colector de control diferencial principal y será preferiblemente de inmersión.

Los sistemas antihielo serán imprescindibles en los sistemas directos.

REGULACIÓN DE COLECTORES POR REGULADOR DIFERENCIAL Y VÁLVULA DE CONMUTACIÓN

En la siguiente figura el termostato (7) activa la bomba y el sistema de control (3) cuando se alcanza su temperatura prefijada, que coincide con la mínima utilizable del colector. En ese momento la válvula de conmutación (8) tiene el circuito de by-pass abierto y cerrado el circuito de intercambiador-acumulador (2). Cuando la temperatura de salida dada por la sonda (5) supera a la temperatura en la parte inferior del acumulador, dada por la sonda (6), en el valor prefijado en el regulador, la válvula motorizada abre el circuito de intercambiador-acumulador y cierra el circuito de by-pass permitiendo que el acumulador se caliente.

Este sistema es adecuado para instalaciones con distancias grandes entre colectores y acumulador.

Regulación de colectores por regulador de temperatura diferencial y válvula de conmutación. 1. Colector. 2. Interacumulador. 3. Bomba. 4. Regulador diferencial. 5. Sonda de salida. 6. Sonda de acumulación. 7. Termostato de conexionado. 8. Válvula de conmutación “todo o nada”.
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