Cuando nos propusimos construir un calentador de agua capaz de aceptar calor de cualquier fuente (captadores solares, una bomba de calor o ambas a la vez), lo difícil nunca fue el depósito en sí, sino lo que ocurre en su interior. En agosto de 2024, Solimpeks completó un proyecto TÜBİTAK 1707 de I+D bajo pedido (n.º 3225050), realizado en estrecha colaboración con Innorma R&D, la empresa emergente de I+D de Solimpeks, para diseñar y fabricar acumuladores plug-and-play que integran varias fuentes de energía térmica para lograr un mayor rendimiento y una instalación más sencilla.
¿Qué aportó el proyecto TÜBİTAK 1707?
El proyecto dio lugar a prototipos en cuatro capacidades, cada una concebida para una función distinta:
| Capacidad | Característica de diseño principal | Función principal | | --- | --- | --- | | 300 L | Formato compacto y fácil de usar | Aplicaciones domésticas, preferido en el mercado europeo | | 500 L | Difusor perforado que dirige hacia abajo las entradas de agua fría | Función de depósito de inercia, que estabiliza las oscilaciones de temperatura | | 800 L | Serpentines anidados: DN40 exterior para el aporte de calor, DN16 interior para el caudal de agua | Mayor eficiencia de transferencia de calor sin ocupar más espacio | | 1000 L | Serpentín inferior en espiral y un deflector en forma de chimenea | Demanda a mayor escala con un suministro de agua caliente más rápido |
Los cuatro acumuladores aprovechan diversos aportes de calor (energía solar a través de un serpentín y una bomba de calor a través de otro) y suministran agua caliente de forma constante. El formato plug-and-play reduce al mínimo los requisitos de puesta en marcha, lo que hace que los equipos sean ideales para rehabilitaciones en viviendas e instalaciones pequeñas. También contribuye a objetivos más amplios, entre ellos los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas: ahorro de energía, menores emisiones y potencial de exportación en Europa, Oriente Medio y África.
¿Cómo diseñamos y ensayamos los prototipos?
El trabajo se desarrolló a lo largo de 24 meses en paquetes de trabajo estructurados. Empezamos por los equipos de 300 L y 1000 L, preparando planos CAD conforme a TS EN 12897 y ASHRAE 118.2. Destacaron dos innovaciones: el serpentín inferior en espiral, que minimiza la mezcla de las capas térmicas, y el deflector en forma de chimenea, que acelera la convección natural del agua calentada y acorta el tiempo hasta disponer de agua caliente utilizable. Los serpentines se fabricaron con acero inoxidable 316L flexible y superaron los controles de soldadura, los ensayos de estanquidad por inmersión y las pruebas de presión hidrostática a 8 bar. Se integraron vasos de expansión, bombas de circulación, purgadores y una centralita Resol DeltaSol para un funcionamiento inteligente.
La optimización combinó modelos TRNSYS con algoritmos NSGA-II para afinar la longitud de los serpentines, lo que elevó las temperaturas de salida entre 2 y 3 °C y redujo los gradientes internos de temperatura en más de 11 °C. A mediados de 2023, la elaboración de prototipos se extendió a los modelos de 500 L y 800 L; las simulaciones CFD evaluaron cargas a 50–60 °C y descargas de 16–24 L/min, y la validación frente a los ensayos preliminares mostró una fuerte correlación, con ligeras diferencias en la dinámica real del fluido.
En la fase final, concluida a mediados de 2024, los equipos se ensayaron en condiciones normalizadas (temperaturas ambiente de 18–20 °C y agua de entrada a 13–15 °C), cargando el agua acumulada a 50 °C o 60 °C antes de descargarla con distintos caudales, con y sin una válvula mezcladora que mantenía una salida a 40 °C. Los datos de temperatura registrados por los controladores lógicos programables coincidieron estrechamente con las predicciones del CFD.
¿Qué dificultades encontramos y qué logró el proyecto?
Las geometrías de serpentín más depuradas obligaron a revisar las estructuras de soporte y los procesos de soldadura del tubo flexible; los primeros lotes mostraron pequeñas fugas en los ensayos de inmersión hasta que se ajustaron los parámetros de engarzado. Con consignas superiores a 55 °C, la bomba de calor del banco de ensayos alcanzó su límite de funcionamiento, por lo que tomó el relevo la resistencia eléctrica de apoyo (la vía de respaldo que estos acumuladores están diseñados para ofrecer), lo que añadió ciclos de ensayo al calendario. Las opciones de aislamiento avanzado quedaban fuera del alcance del proyecto; solo habrían aportado mejoras marginales de rendimiento.
Los resultados justificaron el esfuerzo. Los serpentines anidados de 800 L lograron una transferencia de energía entre un 20 y un 30 % superior, con 300–500 litros de agua a 40 °C por ciclo. El difusor de 500 L prolongó los periodos de descarga, reforzando su función de inercia. En conjunto, se obtuvieron 400–700 litros con caudales elevados y válvula mezcladora, superando a menudo las expectativas de las simulaciones en cuanto a rendimiento sostenido. Un momento decisivo llegó durante las deliberaciones sobre el paso de los serpentines, que culminaron en un híbrido de engarzado abierto que equilibraba superficie y durabilidad tras varios prototipos sucesivos.
¿A quién van dirigidos estos calentadores de agua?
A cualquier lugar con una demanda térmica estable en el que no se quieran instalaciones complejas: viviendas, hospitales, hoteles, residencias de estudiantes y fábricas. Las empresas instaladoras y energéticas también son usuarios clave, atraídas por la creciente demanda de sistemas que superen a los equipos más antiguos y que, al mismo tiempo, sean más cómodos para los usuarios y más respetuosos con el planeta. Con capacidades de 300 a 1000 litros, la gama abarca desde la rehabilitación de apartamentos pequeños hasta cargas comerciales mayores.
¿Qué viene ahora?
Este proyecto es uno de los 8 proyectos apoyados por TÜBİTAK que Solimpeks ha llevado a cabo desde 2009 y refuerza nuestra posición en el campo de la acumulación de energía térmica innovadora. Partiendo de trabajos anteriores (iniciativas de rehabilitación de edificios del programa Horizon 2020 de la UE y desarrollos financiados por TÜBİTAK, como los sistemas híbridos PVT), estamos explorando nuevas integraciones, como la conmutación automática de fuentes para un funcionamiento optimizado. Estaremos encantados de atender consultas sobre colaboraciones o de comentar la tecnología en detalle.
