Los sistemas de agua caliente sanitaria se encuentran entre los electrodomésticos más importantes y básicos que requiere la sociedad moderna. Hay muchas configuraciones de sistemas de ACS disponibles, cada una de las cuales ofrece características de rendimiento únicas, y también hay varias fuentes de calor. Independientemente de la configuración del sistema, la eficiencia energética es un aspecto importante a considerar: los calentadores de mayor eficiencia tienen un precio más alto, pero el costo adicional a menudo se recupera durante su vida útil en forma de ahorro de energía.
La siguiente tabla resume los tipos más comunes de sistemas de agua caliente sanitaria. Este artículo se centrará en el último tipo: serpentines sin tanque y calentadores de agua indirectos.
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Tipo de sistema de ACS |
Descripción |
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Calentadores de agua de almacenamiento convencionales |
Utiliza un depósito (tanque de almacenamiento) que se llena de agua caliente para suministrarla cuando sea necesario. |
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Calentadores de agua sin tanque o bajo demanda |
Calienta el agua directamente a medida que fluye a través de la unidad, sin utilizar un tanque de almacenamiento. |
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Calentadores de agua con bomba de calor |
Utiliza un ciclo de refrigeración inverso para calentar agua. El calor se obtiene del aire exterior o del agua subterránea y se suministra al agua utilizada por dispositivos hidráulicos. |
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calentador de agua solar |
Utiliza un colector solar para calentar agua, sin consumir combustible ni electricidad. Dependiendo de la elevación del techo, puede haber un pequeño costo de bombeo. |
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Calentadores de agua indirectos y de serpentín sin tanque |
Utiliza el sistema de calefacción de espacios para el sistema de agua caliente sanitaria. |
¿Cuáles son las configuraciones más habituales del sistema de ACS?
Cuando se trata de calentamiento de agua comercial (edificios de apartamentos, restaurantes, hoteles, etc.), el 99% de las veces verá una de dos configuraciones comunes en la sala de calderas:
- La primera es lo que llamamos configuración de calentador de agua con tanque estándar. Contiene un calentador de agua comercial grande o varios calentadores de agua más pequeños, del tamaño adecuado para la aplicación respectiva.
- La segunda configuración típica es una caldera (de agua o vapor) que funciona en conjunto con un intercambiador de calor y un tanque de agua caliente, comúnmente llamado sistema de calentamiento indirecto de agua caliente. En este sistema, la caldera comercial proporciona calefacción al aire del edificio, al mismo tiempo que suministra agua caliente a los grifos y accesorios del edificio a través del intercambiador de calor. Los calentadores de agua indirectos funcionan de manera más eficiente durante los meses fríos cuando el sistema de calefacción se usa con regularidad; por otro lado, la caldera de calefacción debe funcionar a carga parcial siempre que se requiera agua caliente durante los meses de verano.
Los sistemas de calentamiento indirecto de agua pueden funcionar con gas natural, petróleo, propano o electricidad (cualquier fuente de calor utilizada por la caldera de calefacción). Un calentador de agua indirecto también puede complementar un colector solar, proporcionando calefacción adicional que no se puede proporcionar únicamente con radiación solar. La eficiencia de los calentadores de agua de combustión indirecta depende principalmente de dos factores: la efectividad del aislamiento del tanque y la eficiencia de la caldera a la que está conectado.
Principio de funcionamiento de los calentadores de agua indirectos.
Los calentadores de agua indirectos aprovechan una caldera de calefacción que ya está en funcionamiento para mantener caliente su edificio. El depósito de agua indirecto se sitúa cerca de la caldera, conectado a través de un circuito cerrado de agua que circula entre ambos equipos. Cuando el tubo ingresa al tanque de agua indirecto, se tuerce como una bobina para maximizar el área de transferencia de calor y luego se devuelve al exterior. Por tanto, el agua caliente sale de la caldera, pasa por el tubo espiral del depósito indirecto y regresa a la caldera. Este proceso continúa hasta que el agua del depósito alcanza la temperatura deseada y puede ser suministrada a las instalaciones hidráulicas.
Subtipos de sistemas de calentamiento indirecto de agua.
Los sistemas de calentamiento indirecto de agua se pueden clasificar en tres subtipos dependiendo de cómo manejan el agua que fluye a través de ellos.
- Los sistemas de tanques de almacenamiento son similares a los calentadores de agua convencionales en el uso de tanques de agua caliente. Sin embargo, en lugar de mantener alta la temperatura del tanque con una fuente de calor directa, el agua circula constantemente entre el tanque y el intercambiador de calor. Estos sistemas son los más adecuados para aplicaciones donde se consumen grandes volúmenes de agua, pero donde la demanda es intermitente.
- Los sistemas sin tanque son los más adecuados para aplicaciones donde la demanda de agua caliente es constante durante largos períodos de tiempo y no es necesario mantener el tanque lleno. Debido a que se elimina el tanque de almacenamiento, esta configuración del sistema es más asequible, por lo que se debe considerar siempre que sea posible.
- Los sistemas híbridos sin tanque son adecuados cuando el mismo edificio requiere dos temperaturas de agua diferentes para aplicaciones distintas. Se puede utilizar un sistema de tanque de almacenamiento para suministrar agua a una temperatura, mientras que el agua del tanque se recircula a través del calentador sin tanque para suministrarla a una temperatura aún más alta.
Dimensionamiento de un calentador de agua indirecto
Para dimensionar un calentador de agua indirecto, es importante determinar la demanda de agua caliente y cómo cambia cada hora. La demanda total determina la capacidad requerida del calentador de agua indirecto, mientras que el comportamiento horario determina si tiene sentido utilizar varias unidades. Si hay ciertos momentos en los que la demanda de agua caliente es especialmente alta, la capacidad total requerida del calentador puede ser excesiva. En estos casos, tiene sentido utilizar un depósito de agua caliente y llenarlo antes de las horas punta, reduciendo así la capacidad requerida del calentador. En lugar de utilizar un calentador grande y costoso que sólo funciona durante las horas punta, tiene más sentido llenar un tanque de almacenamiento con suficiente agua caliente por adelantado, utilizando unidades más pequeñas.
Fórmula de dimensionamiento para el aporte de calor.
Para calcular la producción de calor de un calentador de agua indirecto se requieren los siguientes datos:
- Temperatura requerida del agua caliente (°F)
- Temperatura del agua de suministro (°F)
- Caudal (gpm)
Una vez que la fecha anterior esté disponible, se utilizará la siguiente fórmula:
- Producción de calor (BTU/h) = Aumento de temperatura (°F) x Caudal (gpm) x Calor específico (BTU/gal°F)
Como ejemplo, supongamos los siguientes datos:
- Temperatura requerida = 140°F
- Temperatura de suministro = 40°F
- Caudal = 300 gpm
- Calor específico = 8,33 BTU/gal°F
Considerando los datos anteriores, el aporte térmico requerido para el agua es:
- Salida de calor = 100°F x 300 gpm x 8,33 BTU/gal°F = 249.900 BTU/hr
Sin embargo, este es el calor suministrado al agua. Como ningún sistema es perfecto, es necesario tener en cuenta la eficiencia del calentador de agua indirecto. Suponiendo una eficiencia del sistema del 80%,
- Entrada de calor = Salida de calor / eficiencia = 249.900 BTU/h / 0,80
- Entrada de calor = 312,375 BTU/h
Dimensionamiento de un tanque de expansión
El suministro de agua fría al calentador indirecto puede contener una válvula de retención, una válvula reductora de presión o un dispositivo de prevención de contraflujo, creando un "sistema cerrado". A medida que el agua calentada se expande, aumenta la presión en el sistema cerrado y esto puede provocar que la válvula de alivio T&P (temperatura y presión) tenga fugas o descargue agua. Para evitar esto, se debe instalar un tanque de expansión en la línea de suministro de agua fría. Dimensione el tanque de expansión al 10% de la capacidad del calentador de agua o según las recomendaciones del fabricante.
Beneficios indirectos del calentador de agua.
Si ya tiene una caldera grande en funcionamiento, agregar un calentador de agua indirecto para establecer un sistema combinado es una opción viable a considerar.
- Un tanque indirecto es una adición bastante económica.
- Los tanques indirectos no requieren una fuente de combustible adicional.
- Los tanques indirectos tienden a durar más que los calentadores de agua a gas de tanque estándar.
Los calentadores de agua convencionales se deterioran más rápidamente porque están expuestos directamente a una llama en el fondo del tanque. Además, también deben manipular gases de combustión. La exposición frecuente a altas temperaturas provoca expansión y contracción y tensión mecánica en las uniones soldadas. Con el tiempo, las uniones soldadas comienzan a agrietarse y es entonces cuando es necesario reemplazarlas.
Con un tanque indirecto, el diferencial de temperatura es mucho menor. La tubería de agua caliente de la caldera calienta rápidamente el agua en el tanque indirecto, mientras que el agua del calentador de tanque estándar tarda más en calentarse y está expuesta a temperaturas extremas más drásticas. Con un tubo enrollado dentro de un tanque indirecto, no hay expansión térmica frecuente, lo que resulta en una reducción de la tensión mecánica en el tanque. Menos estrés en el tanque significa reemplazos menos frecuentes y eso significa que queda más dinero en su bolsillo.
Puntos a considerar para calentadores de agua indirectos
Cualquiera que sea el sistema de calentamiento de agua que elija, siempre habrá diferentes costos a considerar. Cuando optas por un sistema combinado, incluso si la caldera ya está instalada en tu edificio, debes asumir el coste de tuberías y bombas adicionales, más la energía eléctrica para hacer funcionar estas bombas, además del propio tanque indirecto. Sin embargo, tras la inversión inicial, el sistema combinado debería durar mucho tiempo.
Los calentadores de agua indirectos también adolecen de falta de redundancia. Si su caldera falla, perderá calefacción y agua caliente sanitaria. El funcionamiento en verano también es muy ineficiente, ya que la caldera no proporciona calefacción y sólo debe funcionar a una fracción de su capacidad total. Idealmente, la caldera debería poder funcionar con carga parcial durante el verano; asegúrese de que no esté configurada al 100% de potencia cuando solo esté presente la carga de agua caliente sanitaria.
Si administra una propiedad comercial y está tratando de decidir entre sistemas combinados o separados para calefacción y agua caliente sanitaria, nuestra mejor recomendación es obtener asesoramiento profesional. Sólo un experto puede analizar sus cargas de calefacción con precisión para ayudar a determinar qué configuración es la más adecuada para su aplicación.
