Tranferencia de calor

MEDIDA Y CARACTERIZACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EN ESPIRAL.
Autor: Pérez Posadas, Francisco. Director: Guinea Díaz, Domingo. Entidad Colaboradora: Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

RESUMEN DEL PROYECTO
Durante los últimos años, debido al incremento del coste de los combustibles fósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, se esta asistiendo a unrenacer de las energías renovables. Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autogestionada, además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. El uso de las tecnologías de energía renovable son un componente necesario y estratégico para una utilización más eficiente de los recursos naturales y para suconservación, en estos casos los materiales, configuración y funcionamiento han de tener características muy diferentes de aquellas que ofrecen la mayor parte de los dispositivos industriales existentes. El presente proyecto tiene por objetivo la integración de un intercambiador de calor en espiral en una instalación solar térmica con el uso de materiales de cambio de fase que favorecen elalmacenamiento del calor. Para llevar a cabo el proyecto se realizó el diseño y construcción de un prototipo de intercambiador de calor en espiral, este tipo de intercambiador de calor presenta un mejor rendimiento de transferencia térmica por unidad de volumen en relación a los intercambiadores de calor de placas plano-paralelas que se usan en la actualidad en las instalaciones solares térmicas.

En lafigura que se muestra a continuación, se puede observar la configuración del intercambiador de calor en espiral y la disposición de los fluidos en su interior para favorecer el intercambio de calor.

Realizado el diseño y construcción del prototipo del intercambiador de calor en espiral se procede a su integración en un sistema solar térmico. Para este procedimiento se siguieron las siguientesfases: • • • • • Estudio meteorológico de la zona donde se implantará el sistema solar térmico. Descripción de la instalación solar térmica. Descripción del circuito primario y componentes. Fluido caloportador. Descripción del circuito secundario y componentes.

El esquema de la instalación solar térmica con la integración del prototipo de intercambiador de calor en espiral para las distintasaplicaciones y todos los componentes necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación se muestra en la siguiente imagen.

El principio de funcionamiento en el que se basa este tipo de instalación es el de obtener la energía de la radiación solar en forma de calor, el cual es traspasado al fluido caloportador (mezcla de agua y anticongelante) que circulará por la instalación calentandoel aire en el caso de la aplicación de climatización o calentando el agua en el caso de la aplicación de agua corriente sanitaria. Se analizó la posibilidad de usar materiales de cambio de fase (parafinas o sales hidratadas) como una aplicación innovadora en la gestión de almacenamiento de calor para las diferentes aplicaciones, climatización (23ºC) y agua corriente sanitaria (60ºC y 40ºC).Concluido el estudio de integración del intercambiador de calor en espiral en un sistema solar térmico se obtuvieron los siguientes resultados: La superficie total de intercambio será la correspondiente a las láminas separadoras ente los fluidos, dos veces el desarrollo de la sección espiral por la longitud de las láminas a lo largo del eje. La conductividad térmica del material usado para laconstrucción del intercambiador de calor en espiral y alteraciones superficiales (corrugado) contribuyen a mejorar la eficacia de intercambio. Inclusión en el interior de las cámaras por donde circulan los fluidos de lanas, espumas o mallas de material conductor, mejora la transferencia de calor, hecho de especial relevancia en el caso de fluidos de baja conductividad térmica como es el aire.

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