Tema: intercambiador de calor de placas ofertado para instalacion solar ACS en polideportivo

Hola, estamos proyectando una instalación solar de ACS para un polideportivo.

Nos salen 32 captadores dispuestos en 4 baterías conectadas en paralelo y cada batería formada por 8 captadores tambien conectados en serie, la superficie de absorción del captador es 2,25 m2 por lo que la superficie total del campo de captación será de 72 m2.

El caudal de diseño recomendado por el fabricante para su captador es de 50l/hm2 por lo que el caudal total del campo de captación es 3600 l/h.
Como fluido caloportador tendremos una disolucion de agua + propilenglicol al 40%

Con estos datos nos hemos puesto en contacto con un conocido fabricante de intercambiadores para pedirles PVP del mismo y junto con dicho PVP nos han adjuntado los calculos resultantes para el intercambiador elegido que son los que os indico a continuación (ofertan un intercambiador de 44 placas):
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Plate Heat Exchanger

Technical Specification
Cliente :
Modelo : TL3-BFG 44 pl.
Project: :
Item : 1 Fecha : 06/10/2011
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Lado Caliente Lado Frio
Fluido 40.0% Prop.glycol Agua
Densidad kg/m³ 1008 988.9
Calor específico kJ/(kg*K) 3.84 4.17
Conductividad térmica W/(m*K) 0.431 0.636
Viscosidad entrada cP 1.09 0.721
Viscosidad salida cP 1.98 0.503

Volume flow rate m³/h 3.6 3.3
Temperatura entrada °C 60.0 35.0
Temperatura salida °C 40.0 55.0
Pérdida de carga kPa 24.0 20.5

Calor Intercambiado kW 76.78
L.M.T.D. K 5.0
C.G.T.C. Limpio W/(m²*K) 4893
C.G.T.C. Servicio W/(m²*K) 4893
Area Transferencia Calor m² 3.1
Fouling resistance * 10000 m²*K/W 0.0
Margen servicio % 0.0
Direcciones rel. de los fluidos Contracorriente
Número de placas 44
placas efectivas 42
Número de pasos 1 1
Capacidad ampliación 7

Material/espesor de placa ALLOY 316 / 0.40 mm
Material de cierre NBRP CLIP-ON NBRP CLIP-ON
Material conexión Stainless steel Stainless steel
Diámetro conexión 1 ¼” 1 ¼”
Orientación conexiones S1 -> S2 S4 <- S3

Código de recipientes a presión PED , Category 0
Fluid danger group No Danger No Danger
Has risky vapour pressure
Rating brida
Presión diseño bar 5.0 5.0
Presión de prueba bar 6.5 6.5
Temperatura diseño °C 60.0 55.0

Largo x ancho x alto exterior mm 420 x 190 x 790
Volumen líquido dm³ 2.6 2.4
Peso neto, vacío/operación kg 67.5 / 72.5
Packed weight ( OCEAN LYING ) kg 82.5
Volumen interno m³ 0.1
largo x ancho x alto mm 884 x 264 x 591
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Como podeis ver nos están ofertando un intercambiador de 76,78 kW de potencia con un salto térmico de 20º.
A mi me parece que está sobredimensionado ¿que opináis?

Según DB HE4:
- la potencia del intercambiador P>=500 A, en mi caso P>=500x72=36 kW (ofertan uno de más del doble de potencia)
- la transferencia de calor del intercambiador debe ser superior a 40W/m2K, en mi caso 76780/(72x20)=53,32 W/m2K cumple sobradamente

Según Pliego Idae se recomienda:
- perdida de carga en primario y secundario inferior a 3 mca, en mi caso perdida en primario 24/9,81=2,45 mca y perdida en secundario 2,09 mca, luego cumple
- para ACS según tabla 8 recomiendan dimensionar el intercambiador para Tep=60º, Tss=50º y Tes=45ºC, es decir para un salto térmico de 5ºC. SI OS FIJAIS EN LAS TEMPERATURAS DE CALCULO EL FABRICANTE DEL INTERCAMBIADOR LO ESTA DIMENSIONADO PARA UN SALTO TERMICO DE 20ºC (Tep=60º, Tsp=40º, Tss=55º y Tes=35º).

Por último según GUIA ASIT SOLAR TERMICA:
- Pint >=0,75Pnom siendo Pnom la potencia nominal del campo de captación en este caso 0,7x72x1000=50,4 kW luego Pint>=37,8 kW (cumple sobradamente el ofertado en más del doble)
- Dimensionar el intercambiador de forma que para tep=50º la tss>45ºC

No se que pensareis vosotros y por donde debería ir la potencia del intercambiador a ofertar realmente.

Normalmente los intercambiadores se sobredimensionan un poco para mejorar el rendimiento.

Te han calculado un salto térmico pero con una diferencia entre temperatura de salida del primario y de salida del secundario de 5K, ahí necesitas mucha superfície para obtener ese gran renimiento. Yo normalmente los dimensiono así, con una diferencia de temperaturas de salidas de ambos lados de 5K, eso quiere decir que es un intercambiador muy eficiente, ya que tiene mucha capacidad de intercambio y de aprovechar la energía de placas.

Si se te va de presupuesto pide que te bajen un poco esa diferencia de temperaturas, por ejemplo que lo suban 1K, ya verás cómo disminuye la cantidad de placas considerablemente.

por otro lado te han puesto una pérdida de carga de 2 mca en primario. Si esta pérdida de carga se incrementa a 3,5 mca también disminuyes cantidad de placas. Normalmente los intercambiadores estos se diemensionan para una pérdida de carga de como mínimo 3 mca, ya que se provoca que el agua entre con más velocidad al intercambiador, se producen más turbulencias y aumenta el rendimento del mismo.

Muchas gracias Xavimarin y disculpa que abuse de ti.
Digamos que entonces voy sobrado con este intercambiador pero se me va un poco del prespuesto, je, je...
Una aclaración me dices que tu sueles dimensionar con una diferencia entre temperatura de salida del primario y temperatur de salida de secundario de 5ºC pero si observas esta diferencia es 15ºC en el intercambiador que me han presupuestado (Tsp=40ºC y Tss=55ºC). Donde hay 5ºC de diferencia de temperatura es por ejemplo entre entrada de primario (60ºC) y salida de secundario (55ºC) que es a lo que creo que te refieres.

Les he pedido que me dimensionen otro para el mismo caudal y el mismo fluido caloportador y superficie colectora pero esta vez con un salto termico en primario y secundario de 15ºC (tep=60ºC, Tsp=45ºC y Tes=40ºC, Tss=55ºC) frente a los 20ºC que tenía antes y que me parecía excesio (60 y 40 en primario y 35 y 55 en secundario). Como puedes ver sale ahora un intercambiador de 31 placas (frente a las 44 de antes) y la perdida de carga también sube algo en primario (28,1 kPa frente a los 24 kPa de antes). La potencia de este nuevo intercambiador es sensiblemente inferior 57,67 kW frente a los 76,78 kW de antes pero aun así creo que sigo llendo sobrado.
¿que opinas?

DATOS DEL NUEVO INTERCAMBIADOR
1º 2º
Fluido 40.0% Prop.glycol Agua
Densidad kg/m³ 1006 987.8
Calor específico kJ/(kg*K) 3.85 4.17
Conductividad térmica W/(m*K) 0.431 0.639
Viscosity inlet cP 1.09 0.654
Viscosity outlet cP 1.68 0.503

Caudal volumétrico m³/h 3.6 3.3
Temperatura entrada °C 60.0 40.0
Temperatura salida °C 45.0 55.0
Pérdida de carga kPa 28.1 22.1

Heat exchanged kW 57.67
L.M.T.D. K 5.0
O.H.T.C clean conditions W/(m²*K) 5333
O.H.T.C service W/(m²*K) 5333
Area Transferencia Calor m² 2.2
Fouling resistance * 10000 m²*K/W 0.0
Margen servicio % 0.0
Rel. directions of fluids Countercurrent
Number of plates 31
Effective plates 29
Number of passes 1 1
Extension capacity 20

Plate material / thickness ALLOY 316 / 0.40 mm
Sealing material NBRP CLIP-ON NBRP CLIP-ON
Material conexión Stainless steel Stainless steel
Diámetro conexión 1 ¼” 1 ¼”
Orientación conexiones S1 -> S2 S4 <- S3

Código de recipientes a presión PED , Category 0
Fluid danger group No Danger No Danger
Has risky vapour pressure
Rating brida
Presión diseño bar 5.0 5.0
Presión de prueba bar 6.5 6.5
Temperatura diseño °C 60.0 55.0

Overall length x width x height mm 420 x 190 x 790
Volumen de líquido dm³ 1.7 1.7
Net weight, empty / operating kg 63.3 / 66.8
Packed weight ( OCEAN LYING ) kg 78.3
Volumen interno m³ 0.1
largo x ancho x alto mm 884 x 264 x 591

Tienes razón, el salto de 5K es tal y como comentas, entre entrada primario y salida secundario

Gracias por la aclaracion Xavi
Y que te parece lo que te comento acerca del nuevo intercambiador?
Un saludo

Me parece correcto, lo normal es dimensionar con un salto térmico de 15K

muchas gracias xavimarin me parecia mas logico que dimensionar con salto termico de 20ºC que consideraba excesivo

saludos y buen fin de semana