1.5. estratificación en tanques de agua caliente.
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II MÁSTER ENERGÍA SOLAR Y RENOVABLES 1 ENERGIA SOLAR TÉRMICA I SESIÓN 4: SESIÓN 4: COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN SOLAR: (II) SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN Y Ó SUBSITEMA DE INTERCAMBIO PROFESOR: ABRAHAM RUIZ [email protected] 2 Fuentes: Guía Solar Térmica. IDAE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.1. INTRODUCCIÓN 3 El objetivo de la acumulación en sistemas de climatización El bj i d l l ió i d li i ió solar es el de poder compensar la separación temporal que hay entre producción de energía solar y consumo de calor hay entre producción de energía solar y consumo de calor o frío. El sistema de acumulación de energía en sistemas de calefacción o de producción de agua caliente más usual es el de agua caliente en depósito. E l En las aplicaciones de calentamiento de piscinas, no será li i d l i d i i á necesario emplear depósito de acumulación (se puede emplear el propio vaso de la piscina). p p p p ) En sistemas de climatización y refrigeración solar, la acumulación de calor puede ser dentro del ciclo de calor ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.2. ALMACENAJE Y CONSUMO DE ENERGÍA EN UN SISTEMA SOLAR ALMACENAJE Y CONSUMO DE ENERGÍA EN UN SISTEMA SOLAR 4 (a) Sistema sin acumulador (b) Sistema con acumulador (c) Valores integrados de la energía útil disponible (Que), la demanda de energía(L) y la demanda auxiliar (La). En este caso Que aporta la mitad de L En este caso Que aporta la mitad de L. Fuentes: Solar Engineering of thermal processes. Duffy, Beckman (1991) ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.3. CARACTERISTICAS DE LA ACUMULACIÓN EN SISTEMAS SOLARES CARACTERISTICAS DE LA ACUMULACIÓN EN SISTEMAS SOLARES 5 La acumulación de energía se puede llevar a cabo en forma de calor sensible de La acumulación de energía se puede llevar a cabo en forma de calor sensible de un medio sólido o líquido, en forma de calor de fusión para sistemas químicos, o como energía química de productos en una reacción química reversible. El tipo de sistema de acumulación depende de la naturaleza del proceso. Para agua caliente, la acumulación de energía a través de calor sensible es lo más lógico. Las características principales que se deben tener en cuenta en un sistema de acumulación son: acumulación son: a) su capacidad de acumulación b) rango de temperaturas sobre el que opera el sistema c) los mecanismos de añadir y de extraer el calor, así como la diferencia de temperatura c) los mecanismos de añadir y de extraer el calor, así como la diferencia de temperatura asociada a estas operaciones d) la estratificación de temperatura en el tanque e) las necesidades de energía para realizar los procesos de acumulación y de extracción de energía de energía f) los contenedores, tanques y otros elementos estructurales que se utilizan como acumuladores. g) las formas de control de las pérdidas de temperatura desde el sistema de acumulación g) p p h) su coste. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.4. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO 6 La acumulación de energía afecta de forma importante al La acumulación de energía afecta de forma importante al rendimiento de una instalación solar. De hecho, el CTE‐HE4 establece un margen de volumen de acumulación en relación con el área de captación el área de captación. Las perdidas energéticas en un acumulador son función de: Un aumento en la capacidad de acumulación aumentara las perdidas y por lo tanto puede disminuir el rendimiento global de la perdidas y por lo tanto puede disminuir el rendimiento global de la instalación. Es importante recordar que el rendimiento de un captador depende de la temperatura de trabajo A mayor temperatura depende de la temperatura de trabajo. A mayor temperatura menor es el rendimiento. Una capacidad de acumulación deficiente implica que el aumento de la temperatura de acumulación y por lo tanto una reducción del de la temperatura de acumulación y por lo tanto una reducción del rendimiento global de la instalación. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.4. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO 7 La contribución solar de un sistema La contribución solar de un sistema de ACS depende de la relación entre la capacidad de acumulación p y el área de captación. El dimensionamiento de un depósito e acumulación depende de tres factores: Superficie de colectores instalada: Superficie de colectores instalada: A partir de los estudios experimentales que se han llevado a cabo se ha demostrado que el volumen óptimo de acumulación está en torno a 75 litros por cada m2 p de colector. Fuentes: A Design Procedure For Solar Heating Systems. S.A. Klein A. Beckman & J.A. Duffy. University of Wisconsin. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.4. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO 8 Tª de utilización: Tª de tili ación La Tª de utilización nos determinará el tipo de dispositivo de estratificación así como el grosor de dispositivo de estratificación, así como el grosor de aislante a utilizar, un función de las pérdidas máximas q que se consideren admisibles. Ej.: para obtener agua a mucha temperatura hay que utilizar un menor volumen de acumulación. Así en el intervalo 20⁰C ≤ t ≤ 70⁰C se verifica que el volumen de acumulación por metro cuadrado es aproximadamente: i d t ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.4. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO 9 Desfase entre captación – Desfase entre captación – almacenamiento y consumo: almacenamiento y consumo: El volumen de acumulación será función del desfase entre el periodo de captación‐almacenamiento y el consumo, de manera que puede ser: Coincidencia entre periodo de captación y periodo de consumo ( caso de precalentamiento de una caldera en un proceso en continuo). En este caso el volumen específico del acumulador será de 35 a 50 l/m2 . Desfase entre captación y consumo no superiores a 24 h ( calentamiento de agua sanitaria en viviendas plurifamiliares, hoteles, etc.,...) . En este caso el volumen será de 60 a 90 l/m2 Desfase entre captación y consumo habituales o periódicos superiores a 24 h e inferiores a 72 h ( calentamiento de agua sanitaria en procesos industriales, etc.,...) . En este caso el volumen será de 75 a 50 l/m2. En este caso el volumen será de 75 a 50 l/m2. Desfase entre captación y consumo superiores a 72 h ( calentamiento de agua sanitaria en segunda vivienda de fin de semana). En este caso el volumen se determinará haciendo un balance de pérdidas y p y ganancias energéticas mediando, al mismo tiempo, la optimización del aislamiento. 2 2 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.4. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN. DIMENSIONADO 10 Consumo de agua caliente: Consumo de agua caliente: En algunos modelos de dimensionado de acumuladores solares se recomienda como criterio de acumulación el solares se recomienda como criterio de acumulación el consumo diario medio de agua caliente. Ej.: En una instalación en la que se consumen 1000 l/día , se recomienda instalar un deposito de 1000l. Según el CTE, para que el rendimiento de la instalación sea optimo entre el volumen de acumulación (l) y el área sea optimo, entre el volumen de acumulación (l) y el área de captadores (m2) se debe de cumplir: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.1. INTRODUCCIÓN A LA ESTRATIFICACIÓN 11 Los tanques de acumulación de agua caliente tienen Los tanques de acumulación de agua caliente tienen que funcionar con una diferencia de temperatura mínima de unos grados, entre la parte superior del tanque y la parte inferior Ya que el tanque tiene que tanque y la parte inferior. Ya que el tanque tiene que garantizar dos objetivos: Debido a que los colectores tienen que tener la temperatura de entrada lo más baja posible, para tener temperatura de entrada lo más baja posible, para tener un buen rendimiento, interesa tener agua lo más fría posible en la parte inferior del tanque, la cual irá hacia el colector. Suministrar el agua a la temperatura que se necesita, la cual corresponde a la de salida de colectores, de esta forma, se tiene un volumen determinado de agua a la temperatura de uso en la parte superior la cual se va temperatura de uso, en la parte superior, la cual se va renovando. Fuentes: CIMNE ¿Que sucedería si el tanque estuviera mezclado? ¿Que sucedería si el tanque estuviera mezclado? ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.1. INTRODUCCIÓN A LA ESTRATIFICACIÓN 12 El grado de estratificación de un tanque El grado de estratificación de un tanque depende de: El diseño del tanque (dimensión y aislante) La ubicación (vertical u horizontal) El diseño o ubicación de las tuberías de entrada y salida del agua El caudal de entrada y salida del tanque. Temperatura uso final del agua. (máxima eficiencia del sistemaÆmucha estratificación) del sistemaÆmucha estratificación) Fuentes: CIMMNE Fuentes: Integración de los sistemas solares térmicos en la edificación. ISOFOTON S.A / FERROLI S.A. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.2. INFLUENCIA DEL DISEÑO EN LA ESTRATIFICACIÓN 13 LLa estratificación de temperaturas es uno de los hechos más t tifi ió d t t d l h h á importantes a la hora de diseño de acumuladores. Para aumentar la distribución vertical de temperaturas se recomienda emplear acumuladores verticales con una relación altura/diámetro elevada (se recomienda >2). Factor de uso acumulación: volumen del acumulador que no puede ser utilizado debido a que la temperatura es inferior a la de preparación. Las perdidas térmicas pueden llegar a ser importantes en un acumulador (perdida de energía y homogenizan la temperatura). Para evitarlas es recomendable: Utilizar materiales aislantes adecuados Aislar todo el acumulador, incluido la parte superior e inferior Aislar todas las tuberías de conexión al acumulador Aislar todas las tuberías de conexión al acumulador Aumentar la compacidad. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.3. INFLUENCIA DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS DE ENERGÍA EN LA ESTRATIFICACIÓN 14 Fuentes: Solar Heating Systems for Houses. A Design Handbook for Solar Combisystems. W.Weiss. IEA task 26 Las entradas y salidas directas de agua al acumulador ayudan a crear la estratificación, en cambio la existencia de intercambiadores internos la hace disminuir. Los intercambiadores de calor internos producen un calentamiento más lento que las entradas directas de intercambiadores externos. Como criterio general se debe conectar siempre la entrada de agua caliente g p g del campo de colectores encima de las salidas de retorno a los colectores. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.3. INFLUENCIA DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS DE ENERGÍA EN LA ESTRATIFICACIÓN 15 Intercambiadores internos: El intercambiador de calor proveniente de colectores se coloca en la parte inferior del tanque para garantizar que la temperatura de retorno a colectores se lo más baja posible. Fuentes: W. Streicher.Technological University of Graz (TÜG) La colocación de las sondas de medida de temperatura es importante. Para que realmente midan la temperatura real de utilización se deben colocar siempre por encima de los intercambiadores de calor internos, ya que si se colocan debajo no ,y q j son operativas. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.3. INFLUENCIA DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS DE ENERGÍA EN LA ESTRATIFICACIÓN 16 Intercambiadores externos: Mediante el uso de intercambiadores externos la conexión del agua de colectores se puede realizar a distintas alturas. d l t d li di ti t lt Analicemos el siguiente caso: TT captador > T acu: captador > T acu: Conexión en la parte alta del acumuladorÆbuena estratificación. Conexión en parte media Æ estratificación regular. Conexión en parte baja Æ mala estratificación. T captador < T acu: Conexión parte alta Æ p perdida de temperatura acumulador, mala p p , estratificación. Conexión parte baja Æ buena estratificación. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.4. SISTEMAS DE ESTRATIFICACIÓN EN ACUMULADORES. 17 Acumuladores con sistema de estratificación externo Existen tanques en el mercado que permiten la conexión de las entradas y salidas de agua a diferentes alturas del acumulador de entradas y salidas de agua a diferentes alturas del acumulador, de forma que se instalan válvulas motorizadas que derivan el flujo a una u otra entrada del acumulador según su temperatura. Fuentes: Salvador Escoda S.A ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.4. SISTEMAS DE ESTRATIFICACIÓN EN ACUMULADORES. 18 A Acumuladores con sistema de estratificación interno l d it d t tifi ió i t Hay distintos tipos de sistemas internos de mejora de la estratificación, aunque los más utilizados son dispositivos formados por un tubo de material plástico con múltiples orificios obturados mediante algún material plástico con múltiples orificios obturados mediante algún material, que cede a la presión del agua según el gradiente de temperatura entre sus extremos, garantizado la entrada del fluido caliente en la cota del acumulador dónde la temperatura sea lo más cercana a la d l i del mismo. Fuentes: Solar Heating Systems for Houses. A Design Handbook for Solar Combisystems. W.Weiss. IEA task 26 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.4. SISTEMAS DE ESTRATIFICACIÓN EN ACUMULADORES. 19 Sistema tanque dentro de tanque i d d Con este sistema lo que se pretende es poder tener dos depósitos en uno, para poder diferenciar mucho la temperatura de cada uno de ellos. El i El sistema consiste en situar un depósito con forma de T cilíndrica dentro de un depósito i i d ói f d T ilí d i d d d ói cilíndrico vertical, y al mismo tiempo situar el serpentín de intercambio de calor del colector solar en la parte inferior del tanque exterior, así se produce el calentamiento directo del acumulador externo, el cual se calienta y se estratifica de forma natural, y al mismo tiempo se calienta indirectamente el tanque interior, de forma que permanece a menor temperatura que el tanque exterior. Este tipo de sistema se utiliza para sistemas combinados de calefacción y ACS, de forma bi d d l f ió ACS d f que, tal como muestra la figura superior, el tanque interior que da una temperatura inferior se usa para ACS, ya que la necesidad de inferior se usa para ACS, ya que la necesidad de temperatura es menor. El tanque exterior al suministrar agua a mayor temperatura, se utiliza para calefacción, y retorna el agua a una temperatura media. di Fuentes: CIMNE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.5. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. ESTRATIFICACIÓN EN TANQUES DE AGUA CALIENTE. 1.5.4. SISTEMAS DE ESTRATIFICACIÓN EN ACUMULADORES. 20 Fuentes: SONNENKRAFT ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.1. CONEXIÓNES DE LOS ACUMULADORES. 21 Fuentes: Guía técnica ACS . IDAE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.2. CONEXIÓN DEL ACUMULADOR CON EL SISTEMA AUXILIAR. 22 El CTE prohíbe expresamente, en los casos que sea de aplicación, los sistemas de acumulación bivalente, en que dentro del mismo acumulador coexistan el sistema de dentro del mismo acumulador coexistan el sistema de intercambio auxiliar y el aporte solar. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.2. CONEXIÓN DEL CAMPO DE CAPTADORES CON EL SISTEMA DE ACUMULACIÓN. 23 Debido a que el agua del campo de colectores suele tener líquido D bid l d l d l t l t lí id anticongelante se necesita siempre un sistema de intercambio de calor indirecto. El retorno de agua hacia los colectores se monta el retorno de agua a los colectores en la parte inferior del tanque, donde el agua está más fría. La entrada de agua de colectores al tanque estará a diferentes alturas, tal La entrada de agua de colectores al tanque estará a diferentes alturas tal como se ha explicado en el apartado anterior. El caudal de campo puede ser de: Caudal elevado: Aproximadamente unos 50 l/h∙m2 de colector. Implica un aumento de temperatura en los colectores de unos 10 ºC. La entrada de agua en el acumulador debe de estar cerca del fondo del tanque de forma que el tanque se caliente lentamente hacia arriba tanque, de forma que el tanque se caliente lentamente hacia arriba. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.2. CONEXIÓN DEL CAMPO DE CAPTADORES CON EL SISTEMA DE ACUMULACIÓN. 24 Caudal bajo Caudal bajo Alrededor de 10‐15 l/h∙m2 de colector. Aumento de temperatura en el campo de colectores es de 40‐50ºC. La entrada del agua de colectores debe estar más arriba que en los sistemas de caudal alto, y esta altura dependerá de la aplicación y del diseño del q tanque. Para este régimen de trabajo es recomendable la instalación de sistemas de estratificación interna para conseguir que el agua a diferentes temperaturas entre a diferentes alturas entre a diferentes alturas. No suele incorporar intercambiadores de calor internos normales, ya que si no disponen de una longitud suficiente, no aprovechan suficiente la temperatura máxima del campo de colectores el agua del tanque se mezcla muy máxima del campo de colectores, el agua del tanque se mezcla muy rápidamente y la temperatura disminuye ligeramente. Por lo tanto para caudales moderados se debe utilizar intercambiadores de mayor longitud. l it d ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.2. CONEXIÓN DEL CAMPO DE CAPTADORES CON EL SISTEMA DE ACUMULACIÓN. 25 El diseño de los depósitos debe tener en cuenta los siguientes aspectos: El diseño de los depósitos debe tener en cuenta los siguientes aspectos: Forma y disposición del depósito. Resistencia del conjunto a la máxima presión y temperatura. Tratamiento interno de materiales en contacto con agua sanitaria. Aislamiento y protección para evitar pérdidas de calor. Situación de conexiones de entrada y salida. y Medidas para favorecer la estratificación y evitar la mezcla. Previsión de corrosiones y degradaciones. LLos principales problemas encontrados en el funcionamiento de los depósitos i i l bl d lf i i d l d ói son: Pérdidas de rendimiento por excesivas pérdidas de calor, generadas por un aislamiento d f defectuoso o por flujo inverso durante la noche. fl j i d l h Pérdidas de rendimiento por la aparición de caminos preferentes del fluido, motivadas por un diseño defectuoso de las conexiones de entrada y salida. Degradación del tratamiento de protección interior y perforación del tanque por corrosiones de las paredes internas. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.3. CORROSIÓN EN ACUMULADORES. 26 I Importancia: t i El óxido y los sedimentos favorecen el desarrollo de la Legionella, por lo que es esencial evitarla. Además existen otros problemas clásicos como son: Posible coloración del agua caliente, lo que provoca un rechazo de los consumidores y en algunos casos disminución inaceptable de la calidad del id l di i ió i t bl d l lid d d l agua. Problemas de suministro debidos a perforaciones de los acumuladores. Costes derivados de la reparación, protección o sustitución de los a cumuladores. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.3. CORROSIÓN EN ACUMULADORES. 27 C Causas: Características del agua: Composición química, temperatura, variaciones de calidad, arrastre de iones metálicos. variaciones de calidad, arrastre de iones metálicos. Características de la instalación: Material de las tuberías de recirculación, tipo de intercambiador de calor. Presión y temperatura. Purga de gases. Acumulación de lodos. Características del acumulador: Material, revestimiento interior, accesibilidad existencia de protección catódica tipo de protección accesibilidad, existencia de protección catódica, tipo de protección catódica. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.3. CORROSIÓN EN ACUMULADORES. 28 Soluciones: Para evitar que se produzca un ataque rápido debido a la corrosión, existen dos grandes tendencias. Por un lado la construcción del acumulador con materiales nobles como algún tipo de l d l ó d l l d l bl l ú d acero inoxidable y por otro la combinación de un revestimiento interior y un sistema de protección catódica. M t i l Materiales: ACEROS INOXIDABLES REVESTIMIENTOS Y PROTECCIÓN CATÓDICA Vitrificados Mejor garantía con menor coste Vitrificados. Mejor garantía con menor coste. PINTURAS EPOXY Volúmenes inferiores a 1000l R Requieren protección catódica i t ió tódi Coste elevado Muchas variedades En depósitos grandes ya que no pueden utilizar vitrificados En depósitos grandes ya que no pueden utilizar vitrificados Selección en función de la temperatura y protección catódica GALVANIZADO ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.6. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. DISEÑO DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 1.6.3. CORROSIÓN EN ACUMULADORES. 29 P t ió Protección catódica tódi En el interior de los depósitos metálicos de agua puede evitarse la existencia de corrosión mediante la protección catódica. La norma UNE‐EN 12499 "Protección catódica interna" detalla las condiciones exigidas para una detalla las condiciones exigidas para una protección catódica segura y eficaz. Consiste en mandar una débil corriente a toda la superficie metálica a proteger. Cuando se trata de acumuladores de agua caliente, la única forma de garantizar la protección total es montar un sistema automático de protección catódica gobernado por un electrodo de referencia y equipado con un rectificador referencia y equipado con un rectificador automático y ánodos de tipo permanente. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 Fuente: LAPESA S.A. 1. SUBSISTEMA DE ACUMULACIÓN 1.7. CONEXIÓN DE ACUMULADORES. CRITERIOS. CONEXIÓN DE ACUMULADORES. CRITERIOS. 30 L La conexión de acumuladores depende del objetivo final que se pretenda: ió d l d d d d l bj ti fi l t d Conexión en serie: Al conectar depósitos en serie, lo que se pretende es, por una parte aumentar la estratificación, ya que es como si se fabricará un depósito mucho más alto, y al mismo tiempo se pretende ahorrar consumo de energía auxiliar, ya que se evita la mezcla de agua, y así el sistema auxiliar solo caliente la parte superior de uno de los depósitos. El limite recomendado es d 2d ó i de 2 depósitos en serie. i Conexión en paralelo: Al conectar depósitos en paralelo lo que se pretende es aumentar la capacidad de acumulación, manteniendo el mismo grado de estratificación. Es equivalente a instalar un depósito más “ancho”. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. INTRODUCCIÓN 31 Un intercambiador de calor tiene la misión de realizar la U i t bi d d l ti l i ió d li l transferencia de energía entre fluidos, que separados por una pared rígida, se encuentran a diferente temperatura. M di Mediante su uso conseguimos transferir calor sin que se mezclen i f i l i l los fluidos. La utilización de intercambiadores presenta tres inconvenientes: Disminución del rendimiento del sistema Elevación del coste de la instalación Cuando en una de las ramas circula un fluido no potable las Cuando en una de las ramas circula un fluido no potable, las reglamentaciones son estrictas. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 32 Cl ifi ió d l i t Clasificación de los intercambiadores para ACS: bi d ACS Por su posición: Por su construcción: De serpentín De haz tubular De doble envolvente De placas Por su régimen de funcionamiento Interiores al depósito Exteriores al depósito Sistema natural (termosifón) Sistema forzado Por su ubicación en el circuito hidráulico: Exterior primario o de calentamiento Exterior secundario o de enfriamiento Exterior de descarga ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 2.1.1. INTERCAMBIADORES INTERIORES AL DEPÓSITO 33 Este tipo de intercambiadores queda definido por la Este tipo de intercambiadores queda definido por la superficie de intercambio y el caudal de diseño de los mismos. Los más habituales son: Intercambiador tipo serpentín: Intercambiador de doble envolvente: Se utiliza en pequeñas y medianas instalaciones. Rendimiento medio Coste medio Pérdida de carga media. g Solo necesita una bomba. Se utiliza en instalaciones pequeñas y en especial en las termosifón Bajo rendimiento termosifón. Bajo rendimiento. Baja pérdida de carga. Gran superficie de intercambio. Barato. S l Solo necesita una bomba. i b b En ambos casos se recomienda que la relación entre el área útil de intercambio y el área de captadores no sea inferior a 0,2, frente al valor de 0,15 establecido por la , , , p HE4 del CTE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 2.1.2. INTERCAMBIADORES EXTERIORES AL DEPÓSITO 34 Son aquellos que se instalan independiente y externamente a los Son aquellos que se instalan independiente y externamente a los depósitos de acumulación. Por tanto, necesitan de dos circuitos, con sus correspondientes bombas de circulación, para transferir el fluido del p circuito primario al circuito secundario. Este tipo de intercambiadores se denominan intercambiadores exteriores de placas. Sus principales ventajas son: Se utiliza en grandes instalaciones g Mantenimiento sencillo. Admite ciertas ampliaciones y correcciones. Material es de alta calidad y durabilidad. Alto rendimiento. Muy compacto. Alta perdida de carga. Coste elevado. Fuentes: Integración de los sistemas solares Fuentes: Integración de los sistemas solares térmicos en la edificación. ISOFOTON S.A / FERROLI S.A. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 2.1.2. INTERCAMBIADORES EXTERIORES AL DEPÓSITO 35 L Los parámetros que caracterizan un intercambiador son: á t t i i t bi d El rendimiento: Relación entre potencia obtenida y la introducida. El rendimiento debe ser > 95 %. El rendimiento cuantifica las pérdidas térmicas. La eficiencia: Relación entre la potencia intercambiada y la máxima que teóricamente podría intercambiar. Depende del: Área de intercambio Á d b Forma y geometría de la misma. Material. La eficiencia del intercambiador deberá de ser como mínimo del 70% La eficiencia del intercambiador deberá de ser como mínimo del 70% para instalaciones de utilización preferente en verano, y un 80% para las de utilización preferente en invierno. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 2.1.2. INTERCAMBIADORES EXTERIORES AL DEPÓSITO 36 Particularizando para las diferentes configuraciones, la eficiencia vale: Intercambiador en el acumulador: Intercambiador en el acumulador: Intercambiador en el exterior del acumulador: Si : Si: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO CRITERIOS DE DISEÑO 37 Para intercambiadores el CTE indica que para el caso de intercambiador Para intercambiadores el CTE indica que para el caso de intercambiador independiente, la potencia mínima del intercambiador P, se determinará para las condiciones de trabajo en las horas centrales del día suponiendo / y una radiación solar de 1000 W/m2 y un rendimiento de la conversión de energía solar a calor del 50 %, cumpliéndose la condición: Además la transferencia de calor por unidad de área de captación debe de ser mayor de 40 W/m2K: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4 2. SUBSISTEMA DE INTERCAMBIO 2.2. CRITERIOS DE DISEÑO CRITERIOS DE DISEÑO 38 Se aconseja la utilización de intercambiadores de placas cuando el Se aconseja la utilización de intercambiadores de placas cuando el volumen de acumulación sea mayor de 1000 litros. Para su dimensionado se debe acudir a las tablas del fabricante. Se recomienda dimensionar el intercambiador suponiendo que la d d l b d d l potencia térmica transmitida (kW) sea igual a 2/3 de la superficie de captadores expresada en m2 Æ 666 W por m2 de captador. L La perdida de carga de diseño de un intercambiador de calor será inferior did d d di ñ d i t bi d d l ái f i a 3m.c.a, tanto en el primario como en el secundario. En intercambiadores de placas para instalaciones de ACS las temperaturas recomendadas para su dimensionado son: recomendadas para su dimensionado son: Temperatura entrada primario: 60⁰C Temperatura entrada secundario: 45⁰C T Temperatura salida secundario: 50⁰C t lid d i 50⁰C En los intercambiadores, los caudales de diseño del primario y del secundario no diferirán más del 110%. Donde el caudal del primario será igual o mayor que el del secundario igual o mayor que el del secundario. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 4
