Tema: TRANSFERENCIA TERMICA DEL INTERCAMBIADOR

Estimados amigos del foro, soy nuevo y tengo algunas dudas que formular para todos en general, y para Bruno Miranda e Igor Kasatkin en particular, jaja.

Según el CTE, textualmente: "si en una instalación a medida sólo se usa un intercambiador entre el circuito de captadores y el acumulador, la transferencia de calor del intercambiador de calor por unidad de área de captador no debería ser menor que 40 W/(K·m2)".

¿Qué se entiende por instalación a medida?, supongo que todo aquello que no sea un kit solar de alguna marca, ya precalculado, ¿no?

En lo que respecta al intercambiador único entre captadores y acumulador, ¿da igual que sea interacumulador o sólo es válido en el caso de intercambiador de placas?

¿Cómo calcular esa condición del CTE? En algún mensaje de este foro he creído ver soluciones, como: tomando Potencia mínima = 500 x área de captación, y empleando esa potencia para la fórmula: P=caudal primario x densidad primario x calor específico primario x salto térmico primario, y despejando éste último término, finalmente obtendría que la transferencia térmica por unidad de área de captación será: potencia/(área captación x salto térmico), y debe cumplirse que sea mayor a 40. ¿Es correcto?

Muchas gracias a todos de antemano.

Hola Chmartinez,
Cuando se calcula la potencia del intercambiador de placas con la fórmula
Q=k*F*delta t
delta t no es salto termico, sino es lmtd (diferencia de temperaturas logaritmica) se lo calcula de tal manera
lmtd = (tmax-tmin) / (ln (tmax/tmin))
tmax=t11-t22
tmin=t12-t21
donde
t11, t12 son temperaturas de entrada y salida del lado primario,
t21, t22 son temperaturas de entrada y salida del lado secundario,
y cuando despejarás último término recibirás la expresión - potencia/(área captación x lmtd) debe ser más 40, es decir sale una limitación ligada con lmtd 500/(1*lmtd) debe ser más 40 o lmtd debe ser menos 12,5. Claro que eso sale en puramente, en realidad aparece un coeficiente.
Habitualmente el intercambiador de placas se calcula con programa del fabricante y cuando recibes los resultados siguelo que lmtd será entre 5 y 10.
No sé si 40 W/(K·m2) tiene relación con el serpentín, me parece que es bastante usar CTE HE 4 punto 3.3.4.2.
"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."
Sin embargo calculé con las formulas de una guía de 1975 año de señor Staroverov y me sale aproximadamente la misma relación 0,15.
Y otrosí se multiplicarás 0,15 por transferencia de calor del serpentín de cobre 350 W/(K·m2) sale 52 W/(K·m2) y de acero 232 W/(K·m2) sale 35 W/(K·m2) de acuerdo con una guía de 1975 año de señor Staroverov, je, je ...

Muchas gracias por tu rápida respuesta, Igor. Es posible que utilizando algún programa de simulación hubiese podido averiguar las posibles respuestas, pero, como ya sabes, hay que tener algunos conocimientos básicos antes de trabajar con esos programas, no introducir datos sin saber qué significan.

En el archivo que te envío, quisiera que me comentases si el rango de temperaturas te parece dentro de lo normal, y si la distribución está bien representada:

- Según el dibujo izquierdo, entro al acumulador desde captadores a 60 ºC, porque es la temperatura a la que yo quiero acumular el ACS, y luego, a través del serpentín cedo calor al agua acumulada, de forma que llego a obtener a la salida del acumulador ACS a 45 ºC para el consumo, y me retorna el serpentín a los captadores fluido a 52 ºC. Como ves, la temperatura del agua fría de la red la considero de unos 10 ºC.

- En el dibujo de la derecha, entro al intercambiador a 60 ºC, cedo calor a través de él al agua del secundario, que pasará a tener 50 ºC. Tras ceder ese calor, el intercambiador me devuelve al primario 52 ºC, mientras que el retorno de la red del secundario me devuelve 40 ºC.

¿Son correctas mis suposiciones?

Y ahora me surge otra pregunta, si me retorna del secundario agua a 40 ºC, no estaría cumpliendo el requisito del CTE con el cual en el punto más alejado de consumo debería tener 50 ºC, con lo que las 2 temperaturas que he dibujado para el secundario deberían ser mayores, ¿no?

Gracias y saludos al Sr. Staroverov

Te dejo unos numeros qué puedes usar para calcular de los intercambiadores de placas, poniendo estos datos en programa de calculo puedes elegir el intercambiador de algun fabricante.
Bajo flujo

Lado Primario
Caudal
12 l / (m2h) - 15 l / (m2h), glicol 40 % agua 60 %
Temp de entrada 75 o 67 gr
Temp de salida 33 gr

Lado Secundario
Caudal
12 l / (m2h) - 15 l / (m2h), agua 100 %
Temp de entrada objetivo 30 gr
Temp de salida 68 o 60 gr

Flujo estandar

Lado Primario
Caudal
35 l / (m2h) - 45 l / (m2h), glicol 40 % agua 60 %
Temp de entrada 58 o 56 gr
Temp de salida 44 gr

Lado Secundario
Caudal
35 l / (m2h) - 45 l / (m2h), agua 100 %
Temp de entrada objetivo 40 gr
Temp de salida 52 o 50 gr

Para los ambos casos:

Potencia especifica del campo de captadores 500 w/m2

Diferencia de temperaturas logaritmica media 5 K

Potencia especifica media del intercambiador 100 W/m2K

Para el serpentín es suficiente usar la correlación más 0.15 como he dicho más arriba.
Como ves tus razonamientos son correctos, sólo salto termico puedes tomar poco más.

Respecto de última pregunta no comprendo de qué dices, tienes en cuenta el circuito de recirculación y la temperatura de consumo de ACS? Entonces para edificios de viviendas puedes examinar una acumulación a 45ºC partiendo de CTE punto 2.1.3.4
"La temperatura de ACS en los puntos de consumo debe estar comprendida entre 50ºC y 65ºC. excepto en las instalaciones ubicadas en edificios dedicados a uso exclusivo de vivienda siempre que estas no afecten al ambiente exterior de dichos edificios"

Un saludo.

Como está Cantabria? No tenéis muchas lluvias en verano corriente?

Hola, Igor. Perdona por no haberte podido responder antes.

Ya he comprendido tu último comentario a mi pregunta. Antes yo acumulaba a 60 ºC, menos acumulador y menos energía auxiliar, pero también menos rendimiento y más paneles solares.

Voy a empezar a acumular a 45 ºC, mejor rendimiento de la instalación, algo más de volumen de acumulación, y para la legionelosis, voy a optar por conectar el sistema de energía auxiliar al acumulador puntualmente, para llegar a 70 ºC.

Tengo otra pregunta. El CTE comenta que se debería tener en cuenta las pérdidas energéticas en los circuitos de distribución/recirculación. Alguna vez he leído a alguien que aplica un 15 % para compensar estas pérdidas, o bien se pueden calcular por tramos. ¿Qué te parece a ti? ¿Puedo aplicar ese porcentaje del 15% como pérdidas energéticas directamente? Te ahorras algunos cálculos...

Voy a colgar este último párrafo en el foro, a ver quién más me puede responder.

Si quieres, te puedo enviar unos esquemas de principio que me he dibujado en AutoCAD, para poder hacer los esquemas reales más rápidamente, si es así, dime tu e-mail.

P.D. ¿Conoces Cantabria? Sí, los veranos no siempre son soleados, en el norte de España es el precio que tenemos que pagar por tener todo el terreno verde y disponer prácticamente siempre de agua sin restricciones. De todas formas, también hay mucha humedad, por lo que cuando hace mucho frío o mucho calor, la sensación térmica aumenta.

Hola Chmartinez,
Algunas observaciones partiendo de una experiencia propia,
Para el intercambiador de placas, si tomarás la acumulación a 45º entonces será necesario poco disminuir las temperaturas y como efecto exigirá el intercambiador con mayor superficie de intercambio para los mismos potencia y caudal. Es decir saldrá el intercambiador de más grande y más caros. Esto es ligado de cuanto menos la temperatura de intercambio tanto es necesario mayor superficie de intercambio. Para el serpentín prácticamente todo deja sin cambios, tanto más para mayoria de acumuladores el serpentín tiene bastante la reserva de superficie.
Cuando calculas del inercambiador de placas con una programa en ciertos casos lo mejor poner para calculos el caudal exigido será que la potencia poco más.
Me gusta la acumulación a 60º también porque en los periodos cuando la instalacion tiene menos rendimiento existirá una posibilidad acumular con mayor temperatura que da la sensación subjetivo mejor para los consumidores. Aunque esto es mi opinión.
Pero cuando calcularás co metodo f-chart para el Norte pasa la subestima de la área de captadores, por cierto para las condiciones iguales sale cantidad captadores para Sur más que para Norte. Ojo con eso, lo mejor que no tomar área de captadores menos que da una ecuación 75 l/m2 para acumulacion a 60º. Además por ejemplo en el presupuesto para multiviviendas las captadores dan 20-30% de precio total.
Llegué una vez a Cantabria, muy bello sitio, estoy encantando de ella.

Un saludo