En las instalaciones de energía solar térmica el intercambiador de calor es el encargado de transmitir la energía calorífica recogida por los colectores solares hacia el medio que se necesite calentar.

Según el tipo de sistema de transferencia de calor utilizado, se pueden clasificar en:

• Directas: El agua caliente sanitaria para consumo circula por el circuito primario y, por lo tanto, circulará por los colectores. Este sistema es apto para pequeñas instalaciones situadas en zonas donde no existe peligro de congelación. La tendencia es hacia la restricción de su uso, no siendo admitido en varios países.

• Indirectas: El agua caliente sanitaria para el consumo final circula únicamente por el circuito secundario, lo que supone que el líquido caloportador fluye solamente por el circuito primario y nunca está en contacto con el agua caliente sanitaria. En este caso se necesita de un intercambiador para pasar al segundo circuito el calor recogido en el primero.

El intercambiador seleccionado resistirá la presión máxima de trabajo de la instalación.

De acuerdo a la sección HE-4 del CTE español:

– 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 una radiación solar de 1.000 W/m2 y un rendimiento de la conversión de energía solar a calor del 50 %, cumpliéndose la condición:

P = 500 . A

Siendo:
P = potencia mínima del intercambiador [W]
A = el área de captadores [m2].

– Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de captación no será inferior a 0,15.

En cada una de las tuberías de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguito correspondiente.

Los intercambiadores de calor utilizados en circuitos de agua sanitaria serán de acero inoxidable o cobre.

La pérdida de carga de diseño en el intercambiador de calor no será superior a 3 m/ca, tanto en el circuito primario como en el secundario.

Tipos de intercambiadores solares:

Intercambiador de placas: este tipo de intercambiador está formado por una serie de placas de metal corrugado, unidas en un bastidor mediante presión y selladas mediante una junta.
Las placas forman una serie de pasillos interconectados a través de los cuales circulan los fluidos de trabajo. Estos fluidos son impulsados mediante bombas.

Para la elección del intercambiador de placas adecuado para la instalación, es necesario consultar las directrices del fabricante. Sin embargo, se recomienda que la potencia térmica a transferir (en Kw) sea igual a los 2/3 de la superficie colectora (en m2).

Intercambiador de doble envolvente: este sistema consta de un depósito en el que está acumulado el fluido secundario (agua caliente) y que dispone de una doble pared por la que circula el fluido caloportador cediendo calor al agua caliente sanitaria. Las condiciones de funcionamiento del intercambiador imponen la elección de su material, que suele ser acero al carbono o aceros aleados.

La superficie de intercambio mínima debe estar comprendida entre 1/4 y 1/3 de la superficie útil de los colectores. Sin embargo, existe un límite geométrico para su uso, que viene dado por las dimensiones de la carcasa. Para cierto rango de medidas, la superficie de intercambio puede llegar a ser menor que la cuarta parte de la superficie de los colectores. Para volúmenes mayores a 750 litros, la superficie de intercambio necesaria (que es la pared del acumulador) va aumentando y podría resultar en acumuladores muy altos para los que habría que contar con una sala de máquinas adecuada.

Intercambiador de serpentín: está constituido por un tubo que está sumergido en un depósito donde se acumula el fluido secundario. Por el interior del tubo circula el fluido primario o caloportador cediendo el calor al fluido secundario.

Según la forma del tubo se distinguen:

• Intercambiador de serpentín helicoidal. El tubo arrollado en espiral que transporta el fluido caloportador se encuentra sumergido en el interior del acumulador en la parte inferior.

• Intercambiador de serpentín de haz tubular. Son los comúnmente utilizados para obtención de ACS. El fluido primario circula por varios tubos, no por uno como en el helicoidal. El líquido fluye por el interior del serpentín por circulación forzada, mientras que en el exterior la renovación del fluido en contacto con el serpentín se hace por circulación natural.

Para saber si un intercambiador de serpentín es adecuado para el uso en aplicaciones solares, su superficie de intercambio mínima debe estar comprendida entre 1/4 y 1/3 de la superficie útil de los colectores.

La superficie de intercambio de un serpentín helicoidal o de haz tubular será la superficie lateral de un cilindro que tiene por base la sección exterior del tubo empleado y por altura la longitud total del mismo. Con dicho criterio será fácil dimensionar un intercambiador tubular.

Algunas recomendaciones:
– El serpentín deberá ir colocado en la parte más baja del acumulador.
– Si es helicoidal, la distancia entre espiras deber ser igual a 2 veces el diámetro exterior del tubo.
– Si utilizamos anticongelante en una proporción de hasta un 30%, se debe aumentar la superficie de intercambio en un 10%.

Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.

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