Acumuladores

El acumulador es el elemento general de la instalación donde se almacena la energía térmica, producida por el campo solar, en forma de aumento de temperatura de un fluido, básicamente agua caliente para uso sanitario. Este elemento es necesario en las instalaciones solares térmicas debido a que nos permite utilizar el agua caliente en cualquier momento del día independientemente del nivel instantáneo de la radiación solar.

Un acumulador es un depósito fabricado en acero al carbono o acero inoxidable y equipado con una serie de presas laterales para su conexión a la red de suministro, consumo de agua y colocación de otros elementos como por ejemplo, termómetros, termostatos, ánodos de protección, etc. La superficie exterior del depósito incorpora un forro de aislamiento térmico para evitar las pedidas de calor hacia el exterior. Para su diseño se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

• Forma y disposición del depósito.
• Resistencia del conjunto a la máxima presión y temperatura.
• Tratamiento interno de materiales en contacto con agua sanitaria.
• Aislamiento y su protección para evitar pérdidas de calor.
• Situación de conexiones de entrada y salida.
• Medidas para favorecer la estratificación y evitar la mezcla.
• Previsión de corrosiones y degradaciones.

Los principales problemas encontrados en el funcionamiento de los depósitos son:

• Pérdidas de rendimiento por excesivas pérdidas de calor, debidas a un aislamiento defectuoso o por flujo inverso durante la noche, por lo que a la hora de escoger las protecciones que tiene que incorporar hay que tener en cuenta que es un elemento clave en la limitación de la vida útil del conjunto.
• Pérdidas de rendimiento por la aparición de caminos preferentes del fluido, motivadas por un diseño defectuoso de las conexiones de entrada y salida.
• Degradación del tratamiento de protección interior y perforación del tanque por corrosiones de las paredes internas. La calidad del agua (% de oxigeno y sales disueltas en la misma), la aparición de pares galvánicos y el exceso de temperatura de trabajo son los principales causantes de los problemas de corrosión, por lo que son los aspectos más importantes a la hora de escoger un acumulador ideal para cada utilización. Esto hace que no sea posible determinar un material que resulte ser el más adecuado a nivel general: la experiencia del técnico y su conocimiento de la calidad del agua local puede determinar mejor la idoneidad de cada material.
  

  COMPONENTES DE UN ACUMULADOR

Por otra parte, los factores que más influyen en el buen funcionamiento de un acumulador solar son los siguientes:

• Estratificación. Es la distribución vertical de temperaturas del agua que favorece el rendimiento. Se aumenta la estratificación utilizando depósitos verticales y evitando las mezclas en el interior durante el proceso de calentamiento.
• Circulación interior. Ha de prestarse especial atención en el diseño de las conexiones de entrada y salida del acumulador.
• Pérdidas de calor. Deben aislarse adecuadamente.
• Mezcla. Se produce por la alta velocidad del agua al entrar y/o salir del depósito y siempre perjudica las prestaciones de la instalación.

En general, la mejor manera de mantener un acumulador en buenas condiciones es incorporando los sistemas de protección catódica y efectuando el mantenimiento preventivo para minimizar los procesos corrosivos a que se ve sometido.

Tipos de acumuladores

Los acumuladores en el mercado son muy diversos, la posición en que van montados, el material de construcción así como su incorporación o no de elementos de intercambio de calor son los principales parámetros que se permitirán agrupar en diferentes tipologías.

Clasificación de los acumuladores según la posición física de colocación

Según esta clasificación tenemos 2 tipos de acumuladores:

1. Acumuladores verticales. La posición vertical del acumulador es la más habitual en las instalaciones solares térmicas al igual que sucede con las instalaciones térmicas convencionales.

El acumulador en posición vertical, es la opción más recomendable ya que favorece la estratificación del agua, acumulándose la más caliente en la parte superior y la más fría en la parte inferior del depósito. Esto permite dar un suministro instantáneo de agua a temperatura de servicio sin que todo el depósito este a esta temperatura.

La estratificación vertical también permite la aportación de calor de soporte con fuentes energéticas convencionales en la parte alta del acumulador sin generar interferencia o pérdida de rendimiento grave en el equipo solar.

En relación a la capacidad de acumulación, los volúmenes más estándares para uso sanitario de este tipo de acumuladores oscilan entre 150 y 500 litros, para viviendas unifamiliares pueden llegar hasta 1000 litros cuando la instalación solar da servicio también al sistema de calefacción de la vivienda y de entre 1000 a 7000 para instalaciones colectivas: centros deportivos, hoteles, hospitales, etc., donde la demanda energética es muy importante.

1. Acumuladores horizontales. Esta posición de acumulador, donde predomina la dimensión paralela al suelo respecto a la altura que ocupa el depósito es utilizada principalmente en los siguientes casos:

• Equipos solares compactos por termosifón ya que permiten una mejor integración arquitectónica.
• Grandes acumuladores i/o depósitos de inercia de más de 4.000 l., dada la mejor distribución de cargas sobre la superficie de soporte.
  

  ACUMULADOR HORIZONTAL

Lugares con dificultad de espacio donde la dimensión limitante es la altura, altillos, buhardilla, bajos, escaleras,...

Los volúmenes estandarizados para este tipo de acumuladores oscilan entre los modelos pertenecientes a las series domésticas: 150-200-300 y 400 litros, hasta los acumuladores de gran volumen, llegando a los 12.000 l. en función del fabricante y material utilizado.

Hay que remarcar que en esta posición del acumulador, el agua no tiene capacidad de estratificarse por temperatura, lo que comporta no poder disponer de una capa superior de agua a la temperatura de utilización hasta que todo el depósito se haya calentado. Esto lo tendremos en cuenta a la hora de la selección y conexión con los diferentes sistemas auxiliares.

Este último concepto hace que excepto los casos anunciados, en el resto de instalaciones solares los acumuladores horizontales sean poco frecuentes.

Clasificación de los acumuladores en función del material de fabricación

Los acumuladores se fabrican principalmente con acero al carbono y acero inoxidable.

1. Acero al carbono. Los depósitos fabricados con acero al carbono y destinados a los usos sanitarios están protegidos interiormente con diferentes tipos de revestimientos para evitar la corrosión a la que se ven sometidos y para ofrecer una calidad biológica del agua que suministran. Estos revestimientos interiores pueden ser de:

• Galvanizado en caliente por inmersión. Es el sistema más extendido y económico sobretodo para los depósitos de gran volumen de acumulación. El proceso consiste en sumergir el depósito en un baño electrolítico de sales de zinc. Los iones de zinc se depositan en toda la superficie del tanque formando una capa de un espesor calculado para la aplicación concreta. Este proceso de protección es el mismo que utiliza la industria metalúrgica para proteger el acero de los fenómenos de corrosión a causa de los elementos climatológicos adversos.Los acumuladores con este tratamiento presentan un buen comportamiento a niveles de temperatura de 45 a 60ºC. A partir de los 70ºC la precipitación de las sales y el carácter ácido del agua aceleran los procesos de corrosión.
• Vitrificado simple o de doble capa. Consiste en revestir internamente la superficie del depósito con una capa líquida formada por sustancias cerámicas y posteriormente someterla a temperaturas alrededor de los 800ºC dentro de un horno para obtener la cristalización o vitrificación de las mismas.Este proceso es muy delicado, de manera que la calidad y propiedades finales del revestimiento dependen de la precisión en el control del esmaltado. No obstante, el vitrificado es uno de los sistemas de protección que mejor resultado da al margen habitual de temperaturas de utilización, 55 a 65ºC. Siendo 70ºC la temperatura límite de utilización por las mismas razones que los galvanizados.Aún teniendo estas cualidades, las aplicaciones del vitrificado quedan limitadas a volúmenes de acumulación de hasta 700 litros, debido al riesgo de producirse grietas en el esmalte por efectos de las dilataciones del acero sobre el que se deposita el recubrimiento, el coeficiente de dilatación del acero es mucho más elevado que el del esmalte.
• Resinas epoxy. Los revestimientos con resinas epoxy aparecen en los últimos tiempos como variante de las anteriores. Estos revestimientos presentan un buen comportamiento y se adaptan muy bien a volúmenes de acumulación elevados debido a que son más elásticos que los vitrificados. Estos revestimientos tienen que ser compatibles con la temperatura de trabajo y la aplicación de un sistema efectivo de protección catódica.

1. Acero Inoxidable. El comportamiento anticorrosivo del acero inoxidable está relacionado con los elementos constituyentes de su mezcla y del proceso de fabricación del depósito. El acero inoxidable AISI 316 L, con tratamiento de pasivizado y mezcla de Cromo-Niquel-Molibdé, da buenas prestaciones frente a la corrosión del agua y es el más utilizado para la fabricación de depósitos de ACS.

Hay que añadir que, los constituyentes del acero inoxidable no garantizaran de forma absoluta su inalterabilidad frente a la corrosión. El proceso de fabricación es un paso para que el producto tenga garantías máximas, debido a las altas temperaturas que se asumen en las soldaduras de las diferentes partes del depósito, estas pueden perder la calidad anticorrosivo sino quedan sometidas bajo una atmósfera inerte durante la soldadura. Un sistema de protección catódica efectivo en el depósito durante su funcionamiento nos garantiza la durabilidad de este.

Los depósitos de acero inoxidable para la producción de ACS están limitados en los volúmenes de fabricación disponibles en el mercado, principalmente por su elevado coste si se compara con los materiales comentados anteriormente. No obstante, podemos encontrar nos fácilmente con volúmenes que oscilan desde 50-60 litros hasta los 800-1000 litros de capacidad.

Tipologías de los acumuladores en función de la configuración del sistema de calefacción

Uno de los aspectos que permite clasificar los acumuladores en su relación con la producción de calor del proceso. Así, se pueden establecer dos categorías:

• Acumulador de ACS. Depósito para almacenar ACS. El calentamiento del agua se produce externamente al depósito y este, se destina únicamente a almacenarla.
• Acumulador-productor de ACS. Depósito para la producción y almacenamiento de ACS. La acumulación y el sobrecalentamiento del agua se produce en el mismo depósito mediante el intercambiador de calor que lleva incorporado.

Esta última categoría nos lleva a una nueva clasificación de los acumuladores productores en función del tipo de intercambiador incorporado.

• Acumulador - productor de ACS con intercambiador de doble pared. Este tipo de depósito está formado por dos circuitos independientes donde los diferentes fluidos circulan sin mezclarse. El circuito primario, o circuito de calentamiento, lo forma una camisa por donde circula el fluido caloportador procedente del generador de calor (captadores solares térmicos, calderas de biomasa, gas o gasoil). Una de las paredes de esta cámara forma a la vez el circuito secundario, o circuito de ACS, donde se acumulará el agua para el consumo sanitario.
  

  SECCION DE UN ACUMULADOR DE DOBLE PARED

Esta cámara de doble pared es el intercambiador de calor, o comúnmente conocido por "doble pared" o "doble envolvente". Un símil del proceso del calentamiento de estos acumuladores - productores sería el "baño maría".

Esta tipología de acumulador es la más adecuada para instalaciones solares de producción de ACS doméstica donde el volumen del acumulador es inferior a los 500 litros.

INTERACUMULADORES COMBINADOS TANQUE EN TANQUE

• Acumulador - productor de ACS con intercambiador interno de serpentín. En este tipo de acumulador el intercambiador está formado por un tubo, del mismo material que el depósito, curvado en espiral o serpentín. El proceso de funcionamiento es el mismo que el descrito en el apartado anterior, es decir, el fluido del circuito primario calienta el fluido del circuito secundario sin ninguna mezcla entre ellos.
  

  SECCION DE UN ACUMULADOR - PRODUCTOR CON SERPENTIN

Este tipología de acumulador se montan habitualmente con acumuladores de soporte a la instalación solar con calentamiento por caldera de combustibles fósiles de hasta 1.000 litros.

INTERACUMULADORES MONOVALENTES

• Acumulador - productor de ACS con intercambiador de doble serpentín. La diferencia es la existencia de un segundo intercambiador de serpentín en el mismo depósito. Esta tipología de configuración interna del depósito permite su utilización en dos fuentes energéticas de calentamiento: captadores solares térmicos y generador de calor convencional (caldera de biomasa, gasoil, recuperador de calor de chimenea, etc.)
  

  SECCION DE UN ACUMULADOR - PRODUCTOR CON DOBLE SERPENTIN

Una aclaración sobre el orden de las conexiones de las dos fuentes energéticas por parte de este tipo de depósito:

• La fuente energética solar se conectará al serpentín inferior, con más superficie de intercambio.
• La fuente energética convencional, se conectará al serpentín superior, con menos superficie de intercambio.

La integración de las dos fuentes energéticas en un mismo depósito productor beneficia la facilidad de montaje y resulta más económico. De todas formas, habrá que estudiar bien la regulación y control de dos sistemas para que no existan interferencias de la fuente convencional con la fuente solar, ya que esta última estaría trabajando con rendimientos bajos o casi nulos.

INTERACUMULADORES BIVALENTES

• Otros

INTERACUMULADORES DE PASO CONTINÚO CON ESTRATIFICACIÓN

INTERACUMULADORES DE INERCIA

DEPÓSITOS DE INERCIA

Aislantes de los acumuladores para ACS

El aislamiento térmico del acumulador tiene por objetivo evitar la pérdida de calor debida a la diferencia de temperaturas existentes entre el agua acumulada, 45-60ºC y la temperatura ambiente de la sala de máquinas que suele ser de 10-12ºC, ya que suele ser un espacio no calefactado: galerías, patios de vecinos, garajes, buhardillas, etc.

Ubicación de la instalación solar

En general, los depósitos se ubicarán en espacios protegidos del exterior y adecuados a su utilización. En los equipos solares de termosifón, el depósito tendrá que estar convenientemente protegido para mantener estables las propiedades de los materiales, aislamiento y envoltorio.

En depósitos ubicados en la sala de máquinas, esta tendrá que estar equipada con las correspondientes bocas de desagüe y disponer de trabajos de mantenimiento y limpieza de los acumuladores.