guía sobre aplicaciones de la energía solar térmica - Sedigas

La conexión en serie de los captadores hace que el rendimiento del
conjunto de la disminuya, porque aumenta la temperatura de entrada
a partir del segundo captador. No obstante puede ser conveniente
cuando se requieran temperaturas altas de consigna, o en las zonas
de baja radiación.
La disposición más adecuada es la de captadores conectados en paralelo,
cuyas filas se conectan también en paralelo, pero razones de
espacio y economía pueden imposibilitar a veces esta solución. Hay
que tener en cuenta que las conexiones en paralelo requieren mayor
caudal de fluido y secciones mayores de tuberías, por lo que es una
instalación más costosa.
El CTE regula esta cuestión, estableciendo que:
• Los captadores se dispondrán en filas constituidas, preferentemente,
por el mismo número de elementos.
• Las filas de captadores se pueden conectar entre sí en paralelo, en
serie ó en serie-paralelo, debiéndose instalar válvulas de cierre, en
la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre
las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de
estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc.
• Dentro de cada fila los captadores se conectarán en serie o en
paralelo.
El número de captadores que se pueden conectar en paralelo tendrá
en cuenta las limitaciones del fabricante. Cuando la aplicación sea
exclusivamente de A.C.S. se podrán conectar en serie:
• hasta 10 m 2 en las zonas climáticas I y II,
• hasta 8 m 2 en la zona climática III y
• hasta 6 m 2 en las zonas climáticas IV y V
La conexión entre captadores y entre filas se realizará de manera
que el circuito resulte equilibrado hidráulicamente recomendándose
el retorno invertido frente a la instalación de válvulas de equilibrado.
La conexión de dos grupos de captadores sin retorno invertido implica
que existe un recorrido preferente por el grupo B de captadores,
que da lugar a una disminución del caudal circulante por el grupo A
y una reducción de su rendimiento.
Figura 27. Conexión de captadores sin retorno invertido
Esto puede solucionarse mediante la instalación de válvulas de equilibrado
hidráulico a la entrada de cada grupo que permiten, además,
medir el caudal que circula por cada tramo de tubería.
La otra posibilidad para conseguir el equilibrado hidráulico del circuito en la
conexión de los grupos de captadores con retorno invertido. En este caso
los recorridos del fluido por los grupos de captadores A y B son iguales.
Figura 28. Conexión de captadores con retorno invertido
A efectos de minimizar las pérdidas energéticas en el circuito, los
tramos que se prolongan son los situados antes de la entrada a los
captadores, ya que son los que se encuentran a menor temperatura.
3.1.9 Estructura soporte de los captadores.
Los captadores van montados sobre una estructura de base o soporte,
que asegura su posición e inclinación, con la suficiente estabilidad
y conexión al edificio o base de apoyo.
En el caso de edificación, el CTE consideran que estos elementos
tienen carácter estructural, por lo que se aplicarán las exigencias de
seguridad.
Los aspectos más relevantes a tener en cuenta son:
• Fijaciones que permitan las necesarias dilataciones térmicas, sin
transferir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores
o al circuito hidráulico.
• Consideración de la acción específica del viento, ya que es la única
que puede producir acciones importantes sobre los captadores.
Se debe evitar el efecto “vela” mediante separación entre
los módulos, y triangular la estructura para evitar excesivas deformaciones.
• Los movimientos en la estructura pueden producir desplazamiento,
aflojamiento y roturas en las juntas, por lo que será necesaria
su revisión periódica.
• En las instalaciones en cubierta plana hay que tener cuidado para
no perforar la cubierta y provocar puntos de rotura en la impermeabilización.
Es necesaria construcción de muretes o bancadas
de hormigón sobre los que se anclarán los soportes.
• En el caso de instalaciones integradas que cumplan la función de
cerramiento, la estructura y la estanqueidad entre captadores se
ajustarán a las exigencias del CTE y demás normativa de aplicación,
debiendo cumplirse las instrucciones del fabricante.
• En general, dada la exposición a la intemperie de las instalaciones,
deben emplearse materiales y componentes de la máxima calidad
y garantía.
3.2 Subsistema de intercambio
y acumulación
La producción de energía solar no suele coincidir con la demanda de
energía térmica de los diversos usos. Por este motivo es necesario
prever su almacenamiento en algún medio adecuado para su consumo
posterior, y la forma en que se transmite esta energía desde el
sistema de capitación a esta acumulación, proceso que se describe
en los siguientes apartados.
3.2.1 Intercambiadores de calor
3.2.1.1 Descripción
La necesidad de un sistema de intercambio en las instalaciones solares
térmicas es general para todos los usos, estén regulados o no.
La Sección HE4 del CTE enumera entre los sistemas que conforman
la instalación solar térmica, un sistema de intercambio que realiza la
transferencia de energía térmica captada desde el circuito de captadores,
o circuito primario, al agua caliente que se consume.
Un intercambiador de calor es un sistema cuya finalidad es transferir
energía térmica fluidos que se mantienen separados entre sí. En
las instalaciones solares térmicas es el componente que transfiere el
calor del fluido caloportador del circuito primario al agua del circuito
secundario que comunica con el acumulador de inercia. También
puede existir un sistema de intercambio en el circuito secundario
para transferir calor al A.C.S. de consumo, dependiendo del esquema
de la instalación.
Los intercambiadores de calor pueden ser de dos tipos:
• Intercambiador independiente
• Intercambiador incorporado al acumulador
Los intercambiadores independientes del depósito de acumulación
se sitúan en posición exterior, y pueden ser de dos tipos, de placas,
los más habituales, y de haz de tubos. Se necesita, por consiguiente,
disponer de una segunda bomba de circulación para el circuito secundario
entre el intercambiador y el depósito. Tienen la ventaja de su
alto rendimiento de intercambio, logrando un sistema más eficiente y
un diseño a la medida de las necesidades, al estar desvinculados del
volumen de acumulación. Como inconvenientes se pueden mencionar
una mayor pérdida de carga en el circuito y un coste más elevado.
Los intercambiadores incorporados al acumulador, constituyendo un
conjunto denominado interacumulador, pueden ser de dos tipos, de
doble pared o de serpentín. Los de doble pared son los más económicos
y tienen la ventaja de una baja pérdida de carga, pero su rendimiento
es bajo, por lo que sólo pueden ser utilizados en pequeñas
instalaciones, siendo habituales en los sistemas de termosifón. Los de
serpentín tienen un rendimiento superior, aunque con mayor pérdida
de carga y un coste más elevado.
3.2.1.2 Materiales
Los materiales de los intercambiadores deben cumplir los siguientes
requisitos generales:
• ser resistentes a los fluidos de trabajo utilizados;
• ser compatibles con los materiales de los otros componentes del
circuito;
• ser resistentes a las temperaturas mínimas y máximas que se pueden
generar en el sistema;
• poseer buenas propiedades de conductividad térmica.
El DB HE no hace mención expresa a los materiales de los intercambiadores.
Para la fabricación de los intercambiadores utilizados en
los sistemas solares térmicos se suele escoger habitualmente el acero
inoxidable o el cobre, tanto en los internos como en los externos.
Hay que cumplir también las limitaciones generales establecidas para
los materiales, como la exclusión de componentes de acero galvanizado
si se alcanza una temperatura de 60ºC. También hay que evitar
el par galvánico, mediante la instalación de manguitos electrolíticos
entre elementos de diferentes materiales.
Un principio de buena práctica es instalar siempre componentes construidos
con materiales compatibles entre si y con el fluido de trabajo
utilizado, evitándose en lo posible la heterogeneidad de materiales.
3.2.1.3 Potencia de intercambio
• Intercambiadores incorporados al acumulador.
En el caso de un intercambiador incorporado al acumulador el conjunto
está definido por el fabricante, no pudiendo ser modificado al realizar
la instalación. Se trata, pues, de una elección dentro de la gama de
productos que ofrece el mercado, por lo que no se calcula la potencia
de intercambio que no puede modificarse, sino que se establecen condiciones
que definen unas superficies útiles mínimas de intercambio
en relación con la superficie de captación. Hay que tener en cuenta
que para lograr intercambios con pequeñas diferencias térmicas entre
ambos fluidos el único método posible es aumentar la superficie
de intercambio, por lo que en instalaciones grandes estas relaciones
conducen a grandes volúmenes de acumulación ya que únicamente se
puede aumentar la superficie multiplicando los depósitos.
En cualquier caso, los fabricantes tratan de optimizar las condiciones
de intercambio, punto débil de estos intercambiadores, con diseños
que aumentan su superficie interna, como los tubos aleteados, tratando
de evitar de esta manera un excesivo volumen de acumulación.
El CTE, en su documento básico HE, Sección HE4, apartado 3.3.4,
establece que, 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.
Sútil intercambio ≥ 0,15 × Sc siendo:
Sútil intercambio área útil del intercambiador interno, en m2 S c área total de los captadores instalados, en m 2
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