Acumulador .Explicación del concepto de captación, acumulación de calor y la relación entre ambos. Forma parte del Contenido de aula solar térmica
Esta sección habla de acumuladores térmicos o también llamados depósitos de inercia térmica.
Captación solar. Influencia del acumulador
-El calor captado en un colector solar térmico puede ser utilizado de forma instantanea y directa o puede ser almacenado en un dispositivo que solemos llamar acumulador solar, generalmente de grandes dimensiones como es el caso más frecuente. En ocasiones, para realizar ésto necesitamos de otro componente de apoyo para que la transferencia de energía térmica se realice con la mayor eficacia posible. Le llamamos intercambiador exterior y hablamos de él más abajo.
-Esta pieza de la instalación llamada en ocasiones depósito de inercia, es un tanque de almacenamiento en forma cilindrica lleno de agua que en muchos casos, aloja en su parte inferior un serpentín que cumple con el trabajo de transferir el calor al agua contenida. A veces, otro en su parte superior conectado al circuito de consumo cumple la función de extraer el calor. El inferior tiene su entrada conectada a la conducción que llega desde el colector transportando el fluido caloportador calentado por la energía solar. La salida del circuito elicoidal está conectada a la conducción que retorna a los colectores con este fluido a menor temperatura puesto que ha cedido su calor al agua almacenada.
-Un dispositivo de control “lee” la temperatura del agua contenida dentro del depósito de acumulación y la temperatura del fluido contenido dentro de los colectores; si esta es mayor, un sistema de impulsión pone el fluido en movimiento renovando el contenido de los conductos del colector para seguir extrayendo el calor producido en las placa calentadas por el sol.
-El agua calentada en la parte baja del tanque acumulador ascenderá por convección desplazando hacia abajo a la que se encuentra en la parte alta para que ésta sea calentada por el serpentín inferior.
-El calor de la parte alta será extraído por otro serpentín conectado al circuito de utilización (p.e. agua caliente para una ducha). Este ciclo se repite mientras haya energía solar y utilización, o mientras el agua almacenada demande calor y tengamos energía solar disponible hasta que la masa de agua alcance una temperatura límite impuesta por el control de la instalación.
Dimensionado del acumulador
-De la eficacia de intercambio del serpentín inferior situado dentro del depósito depende en gran medida el rendimiento de la instalación, ya que si el caudal en circulación regresa al colector sin haber cedido todo el calor posible, éste disminuirá su rendimiento y la captación de energía será menor. Por este motivo, es necesario que superficie colectora y volumen de acumulación estén dimensionadas de forma que puedan trabajar, si es posible decirlo así, “coordinadamente”. Como el lector puede apreciar, en este capítulo sí hemos mencionado la palabra “ eficacia “ varias veces por que, como decíamos al hablar de rendimiento del captador térmico, introducimos en este caso la variable “ tiempo “, es decir, necesitamos una transferencia de calor rápida, o lo que es lo mismo, descargar el calor contenido en el fluido justo en el tiempo que tarda éste en atravesar el interior del intercambiador inferior del interacumulador.
-Un volumen almacenado mayor que el adecuado provocará un retraso en el calentamiento del fluido contenido. Esto puede ser una ventaja si existe gran desfase de tiempo entre captación y utilización. También puede ser una ventaja al estar dispuesto en más ocasiones para recibir energía desde los colectores. Un volumen menor que el adecuado provocará un calentamiento más rápido del líquido contenido en su interior; pero si la utilización de esta energía acumulada no tiene un uso inmediato, estaremos perdiendo la oportunidad de captar más energía en caso de que ésta esté disponible.
-De forma empírica, se ha adoptado como medida más adecuada la cantidad de 75 l de acumulación por metro cuadrado de superficie captadora útil, aunque para ciertos colectores considerados más eficaces, esta cantidad puede llegar hasta 100 l. Este dato empírico está directamente relacionado con la ubicación geográfica. En lugares con mucha insolación es necesario rectificarlo al alza.
-Existen aplicaciones en las que la utilización de la energía captada es inmediata, p.e. el caso de las piscinas cubiertas o descubiertas de uso en verano o todo el año. En este caso el rendimiento de los colectores alcanza valores altísimos puesto que la “acumulación”, el propio agua de la piscina (tmp de consumo), está siempre a temperaturas muy distantes de las que pueden registrarse en el fluido que recorre los colectores.
Intercambiador exterior al acumulador
Hemos hablado más arriba a cerca del intercambio de temperatura que tiene que realizarse allí donde el fluido que llega desde el campo de colectores debe depositar la energía captada, refiriéndonos a un serpentín instalado en el interior del depósito de inercia. En los casos en que se quiere ganar eficacia de intercambio (grandes volúmenes) o en aquellos casos en los que la energía captada es directamente utilizada ( piscinas, albercas ), se emplean los que llamamos exteriores (con circulación forzada en primario y secundario), generalmente intercambiadores de placas.
-Se trata de un dispositivo que pone en contacto el circuito caliente (energía captada) o primario con el circuito frío (consumo) o secundario, a través de una gran superficie de contacto. Entre las placas discurren ambos circuitos dividiendo el caudal en múltiples pequeños conductos, produciéndose la transferencia de calor a mayor velocidad que entre un serpentín y el contenido del tanque de acumulación. Esta eficacia aporta rendimiento a la instalación solar.
-Los caudales de ambos circuitos (impulsados por sendos circuladotes) deben cumplir con unas determinadas características para que la relación de intercambio se óptima ( mayor eficiencia posible ).
-El producto del caudal (litros/hora) por su calor específico debe ser igual en ambos circuitos, primario y secundario. En éste, lo más frecuente es utilizar agua como caloportador, por no estar sometido a la intemperie en la mayoría de casos ( instalado generalmente en un lugar cerrado ). El circuito primario, contendrá una mezcla caloportadora cuyo calor específico sera inferior a la unidad y por tanto habremos de aumentar su caudal o generalmente disminuir el secundario, debido a que el circuito de colectores está sometido a una interrelación compleja con la superficie de captación.
-Logrando que el la transferencia de calor entre ambos fluidos sea la mayor y más rápida posible ( máxima eficiencia ), conseguiremos que el flujo de caloportador vuelva a los colectores con una temperatura lo más baja posible y por tanto aumentaremos el rendimiento de la instalación.
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