Conexionado de varios acumuladores

Aunque normalmente se recomienda utilizar un ´unico acumulador solar, en determinadas ocasiones es necesario, o recomendable, que la instalaci´on disponga de varios acumuladores:

Por razones del espacio disponible.

Para conseguir una mejor distribuci´on de las cargas. Para aumentar la fiabilidad del sistema completo.

Para permitir el mantenimiento sin paralizar la instalaci´on. Para utilizar acumuladores de f´abrica y no realizados en obra. Por razones econ´omicas.

En esos casos se pueden utilizar diversas formas de conexi´on para las que se deben tomar las precauciones necesarias que aseguren el correcto fun- cionamiento de la instalaci´on y, sobre todo, en lo relativo a distribuci´on de los caudales en circulaci´on.

Se describen a continuaci´on, los distintos esquemas para el caso de dos acumuladores aunque la situaci´on es extrapolable a los casos de m´as acumu- ladores:

Instalaciones con intercambiador interno

A. En paralelo (ver Fig. 6.11)

La alimentaci´on de agua fr´ıa se bifurca y sale un ramal que llega a la parte baja del primer acumulador, de ´este sale por la parte superior y se conecta al circuito de salida que directamente alimenta al sistema auxiliar. De la bifur- caci´on inicial sale la l´ınea que alimenta al segundo dep´osito lo que se realiza de la misma forma que en el primero y su salida se conecta igualmente con la alimentaci´on al sistema auxiliar.

La conexi´on del circuito primario de calentamiento procedente de colec- tores se realiza alimentando, en paralelo, la parte alta del intercambiador de los dos acumuladores, el fluido sale m´as fr´ıo por la parte baja de los dos in- tercambiadores, y se vuelven a unir para retornar a los colectores para ser nuevamente calentado.

En este caso, los dos acumuladores trabajan en las mismas condiciones y siempre deben estar a la misma temperatura; para ello son imprescindibles los perfectos equilibrados tanto del circuito de consumo como del circuito primario.

Figura 6.11: Instalaci´on de acumuladores con intercambiadores internos en paralelo.

Figura 6.12: Instalaci´on de acumuladores con intercambiadores internos en serie.

La alimentaci´on de agua fr´ıa llega a la parte baja del primer acumulador (que ser´a el m´as fr´ıo), de ´este sale por la parte superior y vuelve para constituir el bypass de consumo del primer acumulador, desde aqu´ı se alimenta al segundo acumulador (que ser´a el m´as caliente) y vuelve a configurar otro bypass de consumo; hay que resaltar que la l´ınea de acometida de agua fr´ıa se transforma en l´ınea de agua caliente una vez pasado el bypass del primer acumulador y que, por tanto, debe estar aislada a partir de este punto.

La conexi´on del circuito primario de calentamiento procedente de colec- tores se realiza en la parte alta del intercambiador del acumulador m´as caliente, el fluido sale m´as fr´ıo por la parte baja del intercambiador, y vuelve para con- figurar el bypass de calentamiento del acumulador m´as caliente; desde aqu´ı se conecta, de la misma forma, al bypass de calentamiento del acumulador m´as fr´ıo y desde ´este vuelve al circuito de colectores para ser nuevamente calentado. Debe observarse que para el conexionado en serie invertida de ambos cir- cuitos:

6.2. Sistema de acumulaci´on

Figura 6.13: Instalaci´on con intercambiador externo y acumuladores en par- alelo.

El de consumo primero pasa por el acumulador m´as fr´ıo y despu´es por el m´as caliente.

El de calentamiento entra primero en el interacumulador m´as caliente y despu´es por el m´as fr´ıo.

En este caso los acumuladores deben trabajar a temperaturas diferentes y, dado que no hay circuitos en paralelo, no hay necesidad de equilibrar los circuitos de acumuladores.

Instalaciones con intercambiador externo

A. En paralelo (ver Fig. 6.13)

El conexionado del circuito de consumo es exactamente igual que el caso de los interacumuladores en paralelo: el caudal de la alimentaci´on de agua fr´ıa se divide: un ramal llega a la parte baja del primer acumulador, de ´este sale por la parte superior y se conecta al circuito de salida que directamente alimenta al sistema auxiliar; el otro ramal alimenta al segundo acumulador de la misma forma que en el primero y su salida se conecta igualmente con la alimentaci´on al sistema auxiliar.

El circuito secundario se puede iniciar en la l´ınea de acometida de agua fr´ıa (como se indica en la Fig.6.13) o haciendo una nueva conexi´on en paralelo a la parte baja de los dos acumuladores. En cualquiera de los casos, el agua, movida por la bomba del secundario y una vez calentada en el intercambiador, vuelve a la parte alta de los dos acumuladores mediante una conexi´on en paralelo equilibrado. En este caso ocurre la misma problem´atica indicada anteriormente con la estratificaci´on y la mezcla producida por el movimiento descendente del circuito secundario en el acumulador pero los efectos son menos importantes al reducirse el caudal a la mitad.

Otro efecto que hay que considerar es el de la mezcla producida por la entrada de agua a distinta temperatura que la existente en el nivel de entrada en la parte alta del acumulador y que es debido a que la temperatura de la salida del intercambiador es variable.

Figura 6.14: Instalaci´on con intercambiador externo y acumuladores en serie.

Por ´ultimo, hay que resaltar que una parte de las l´ıneas de entrada de agua fr´ıa puede llevar agua caliente, y por tanto debe ser aislada.

B. En serie (ver Fig. 6.14)

La alimentaci´on de agua fr´ıa llega a la parte baja del primer acumulador (que ser´a el m´as fr´ıo), de ´este sale por la parte superior y constituye el bypass de consumo del primer acumulador, desde aqu´ı se alimenta al segundo acumu- lador y vuelve a configurar otro bypass de consumo del siguiente acumulador (que ser´a el m´as caliente). Obs´ervese que la forma de conexi´on del circuito de consumo es exactamente igual que en el caso de los interacumuladores en serie aunque en la figura se ha representado un trazado realizado por la parte superior.

La conexi´on del circuito secundario procedente del intercambiador se reali- za en la parte alta del acumulador m´as caliente, el agua pasa al acumulador m´as fr´ıo por el mismo circuito de consumo pero en sentido contrario y de ´este sale por la acometida de agua fr´ıa. El agua caliente vuelve al intercambiador por el ramal de conexi´on del circuito secundario en la l´ınea de alimentaci´on de agua fr´ıa.

Asimismo, hay que resaltar que la l´ınea de acometida de agua fr´ıa puede llevar agua caliente, y por tanto debe ser aislada, desde el punto de conexi´on del circuito secundario.

Al igual que en el caso de los interacumuladores, debe apreciarse que el conexionado de ambos circuitos, el de consumo y el de calentamiento, se rea- liza en serie invertida y, en este caso, adem´as, los dos circuitos son de agua caliente y es necesario analizar las distintas condiciones de funcionamiento que se pueden presentar:

Cuando no hay consumo de agua caliente y el circuito secundario est´a en funcionamiento, y se supone que el primario tambi´en, el agua sale por la parte inferior del acumulador m´as fr´ıo, aspirada por la bomba del secundario, entra en el intercambiador para calentarse, y entra por la parte superior del acumulador m´as caliente; el agua desplaza a la que est´a acumulada en el interior hacia abajo, hasta que sale por el circuito

6.2. Sistema de acumulaci´on

de consumo que interconecta a los acumuladores. De esta forma, el agua entra por la parte superior del acumulador m´as fr´ıo y desplaza a la que se encuentra en su interior provocando su salida por la parte inferior hasta cerrar el circuito de calentamiento.

Cuando hay consumo de agua caliente y aunque la bomba del secundario est´e parada, el agua fr´ıa entra por la presi´on de la red y tiene dos circuitos alternativos para llegar hasta la parte alta del acumulador m´as caliente: (1) entrar en la parte inferior del acumulador m´as frio, sale por la parte alta de ´este y entra por la parte baja del acumulador m´as caliente o, (2) entra en el circuito secundario por la aspiraci´on de la bomba, atraviesa ´

esta y el intercambiador y llega directamente a la parte alta del acumu- lador m´as caliente. La circulaci´on del fluido se repartir´a entre los dos circuitos de manera que la p´erdida de carga sea la misma por ambos pero, dado que el circuito secundario no calienta, el agua que entra en el acumulador m´as caliente es fr´ıa y rompe la estratificaci´on por lo que ´este caudal por el circuito del intercambiador deber´ıa evitarse y que el agua recorra, s´olo o fundamentalmente, el circuito de consumo. Esto se po- dr´ıa evitar instalando una v´alvula motorizada en el circuito secundario que corte la circulaci´on cuando la bomba de secundario est´a parada o dise˜nando un circuito que tenga una p´erdida de carga muy elevada en comparaci´on con el circuito de consumo.

Tambi´en se puede utilizar una v´alvula de tres v´ıas que, adem´as de cor- tar la circulaci´on cuando la bomba de secundario est´e parada, permite establecer un nivel m´ınimo de temperatura en el secundario del inter- cambiador para abrir el paso hac´ıa los acumuladores (ver Fig. 6.15). Cuando se produce simult´aneamente el consumo de agua caliente y el calentamiento de la instalaci´on solar, ocurre la misma situaci´on que en el caso anterior pero ahora cambian las condiciones de funcionamiento de los circuitos ya que al estar la bomba del secundario en funcionamiento, siempre existir´a circulaci´on por este segundo circuito. El problema ahora es que la temperatura de salida del intercambiador ser´a variable y, en funci´on de ´esta, interesar´a que vaya a un acumulador a otro. Para eso se pueden disponer la v´alvula motorizada que se indica en el esquema de la Fig. 6.15.

El funcionamiento de esta v´alvula estar´ıa controlado por un control diferen- cial que s´olo abrir´ıa el paso a ´este cuando la temperatura de salida del inter- cambiador sea superior a la existente en la parte alta del acumulador m´as caliente. La posici´on de la v´alvula, cuando el circuito secundario arranca, de- ber´ıa ser dejando paso al acumulador m´as fr´ıo.

Figura 6.15: Instalaci´on con v´alvula para controlar temperatura de calen- tamiento.

Criterios para seleccionar la configuraci´on

Para seleccionar la configuraci´on m´as apropiada y dise˜nar los circuitos correspondientes, deber´an tener en cuenta los siguientes criterios:

Es recomendable utilizar acumuladores del mismo tama˜no para regu- larizar el dise˜no de la sala de acumuladores, para permitir un posible intercambio de componentes y para dar uniformidad al comportamiento t´ermico de todos ellos.

La conexi´on de los acumuladores siempre debe permitir la desconexi´on individual de cada uno de ellos sin interrumpir el funcionamiento de la instalaci´on. Para lo cual todos los acumuladores deben disponer de v´alvulas de corte en la entrada y salida de cada uno de los circuitos que le conectan y si la conexi´on es en serie la v´alvula adicional para constituir un bypass.

El mayor inconveniente del conexionado en paralelo es que los circuitos de calentamiento y de consumo deben estar muy bien equilibrados y es necesario controlar esta situaci´on durante todo el tiempo de vida de la instalaci´on ya que por obstrucciones o dep´ositos de cal pueden cambiar las caracter´ısticas hidr´aulicas de los circuitos. Este control se puede realizar con la medida del caudal en cada uno de ellos o midiendo las temperaturas de salida.

La gran ventaja de los acumuladores en serie es que no tienen ningu- na necesidad de equilibrado. Esta forma de conexionado funciona como un ´unico acumulador de volumen la suma de todos los vol´umenes y al- tura la suma de alturas de cada uno de los acumuladores y aumenta la estratificaci´on de temperaturas.

La opci´on en serie, no obstante, requiere un estudio detallado del dise˜no de los circuitos y de las condiciones de funcionamiento para garantizar la m´axima estratificaci´on y evitar las mezclas internas como se ha indicado