Un tanque de almacenamiento de agua caliente (también llamado un tanque de agua caliente , tanque de almacenamiento térmico , unidad de almacenamiento térmico de agua caliente , tanque de almacenamiento de calor y acumulador de agua caliente ) es un depósito de agua utilizado para el almacenamiento de agua caliente para la calefacción de locales o uso doméstico.
El agua es un medio de almacenamiento de calor conveniente porque tiene una alta capacidad calorífica específica . Esto significa que, en comparación con otras sustancias, puede almacenar más calor por unidad de peso. El agua no es tóxica y es de bajo costo.
Un tanque con aislamiento eficiente puede retener el calor almacenado durante días, lo que reduce los costos de combustible. [1] Los tanques de agua caliente pueden tener un sistema de quemador de gas o aceite incorporado, calentadores de inmersión eléctricos . Algunos tipos utilizan un intercambiador de calor externo, como un sistema de calefacción central , o agua caliente de otra fuente de energía. El más típico, en el contexto doméstico, es un quemador de combustible fósil, elementos de inmersión eléctrica o un esquema de calefacción urbana . [2]
Los calentadores de agua para lavar, bañar o lavar la ropa tienen controles de termostato para regular la temperatura, en el rango de 40 a 60 ° C (104 a 140 ° F), y están conectados al suministro de agua fría doméstica.
Cuando el suministro de agua local tiene un alto contenido de minerales disueltos como piedra caliza , el calentamiento del agua hace que los minerales se precipiten en el tanque (incrustaciones). Un tanque puede desarrollar fugas debido a la corrosión después de unos pocos años, un problema agravado por el oxígeno disuelto en el agua que acelera la corrosión tanto del tanque como de los accesorios.
Aislamiento
Normalmente, los tanques de almacenamiento de agua caliente están envueltos en aislamiento térmico para reducir el consumo de energía, acelerar el proceso de calentamiento y mantener la temperatura de funcionamiento deseada. El aislamiento térmico más grueso reduce la pérdida de calor en espera. Los calentadores de agua están disponibles con varias clasificaciones de aislamiento, pero es posible agregar capas de aislamiento adicional en el exterior de un calentador de agua para reducir la pérdida de calor. En condiciones extremas, el calentador en sí puede estar completamente encerrado en un espacio aislado especialmente construido.
El tipo de aislamiento para calentadores de agua más comúnmente disponible es la fibra de vidrio , que se fija en su lugar con cinta o correas o la cubierta exterior del calentador de agua. El aislamiento no debe bloquear el flujo de aire o la salida de gas de combustión cuando se utiliza un quemador.
En lugares extremadamente húmedos, la adición de aislamiento a un tanque ya bien aislado puede causar condensación que conduce a la roya , moho , u otros problemas de funcionamiento por lo que algunos de flujo de aire se debe mantener, por lo general por convección provocada por el calor residual, pero en condiciones especialmente húmedas tales ventilación puede ser asistido por un ventilador.
La mayoría de los calentadores de agua modernos han aplicado aislamiento de espuma de poliuretano (PUF). [ cita requerida ] Cuando el acceso al tanque interno es una prioridad (en casos de minerales particularmente agresivos o niveles de oxígeno en el suministro de agua local), el PUF se puede aplicar en forma encapsulada, lo que permite la eliminación de la capa de aislamiento para controles regulares de integridad y si requerido, reparaciones al tanque de agua.
Tanque de almacenamiento de agua caliente solar
En un sistema de calentamiento de agua solar , un tanque de almacenamiento de agua caliente solar almacena el calor de los colectores solares térmicos . [3] El tanque tiene un intercambiador de calor incorporado para calentar el agua fría doméstica. En climas relativamente templados, como el Mediterráneo, los tanques de almacenamiento (muy aislados pero envueltos en metal) suelen estar montados en el techo. Todos estos tanques comparten los mismos problemas que los tanques calentados artificialmente, incluido el depósito de piedra caliza y la corrosión, y sufren reducciones similares en la eficiencia general a menos que se mantengan escrupulosamente.
Fuga del tanque de agua
Los tanques del calentador de agua pueden estar hechos de acero al carbono , acero inoxidable o cobre con revestimiento de esmalte vítreo .
Mientras que los tanques de agua caliente doméstica de cobre y acero inoxidable son más comunes en Europa, los tanques de acero al carbono son más comunes en los Estados Unidos, donde generalmente se descuida la verificación periódica, el tanque desarrolla una fuga, por lo que se reemplaza todo el aparato. [4] Incluso cuando se descuidan, los tanques de acero al carbono tienden a durar unos años más que la garantía del fabricante, que suele ser de 3 a 12 años en los EE. UU. [ cita requerida ]
Los tanques revestidos de vítreo tienen un costo inicial mucho menor y a menudo incluyen una o más varillas de ánodo de sacrificio diseñadas para proteger el tanque de la perforación causada por la corrosión [5] que se hace necesaria ya que el agua clorada es muy corrosiva para el acero al carbono. Como es casi imposible aplicar perfectamente cualquier recubrimiento protector (sin grietas microscópicas o defectos por orificios en la capa protectora) [6], los fabricantes pueden recomendar una revisión periódica de cualquier ánodo de sacrificio, reemplazándolo cuando sea necesario.
Algunos fabricantes ofrecen un kit de garantía extendida que incluye una varilla de ánodo de repuesto. Debido a que se puede esperar que los tanques de almacenamiento de agua caliente convencionales goteen cada 5 a 15 años, las instalaciones de alta calidad incluirán, y la mayoría de los códigos de construcción / plomería de EE. UU. Ahora requieren, una bandeja de metal o plástico poco profunda para recolectar la filtración cuando ocurra.
Acumulador de agua caliente con circuito de agua cerrado
Este método almacena calor en un tanque mediante el uso de intercambiadores de calor externos (bobinas) que pueden conectarse directamente o utilizarse para alimentar otros intercambiadores de calor (externos).
El principal beneficio es que al evitar la extracción directa de agua caliente sanitaria, el tanque no se alimenta continuamente con agua fría, lo que en áreas de agua 'dura' reduce el depósito de cal a lo que esté disuelto en la carga original de agua más relativamente trivial. cantidades agregadas para reemplazar las pérdidas debidas a filtraciones.
Un beneficio adicional son los niveles de oxígeno reducidos en un sistema tan cerrado, lo que permite cierta relajación en los requisitos de los materiales utilizados en el tanque de almacenamiento de agua caliente y los circuitos de agua cerrados, los intercambiadores de calor externos y las tuberías asociadas.
Si bien un sistema de intercambiador de calor externo utilizado para agua caliente sanitaria tendrá depósitos minerales, los agentes descalcificadores prolongan la vida útil de dicho sistema.
Acumulador de agua caliente estratificado con circuito cerrado de agua
- Para ver una ilustración, consulte la referencia [7].
Otro método para almacenar calor en un tanque de almacenamiento de agua caliente tiene muchos nombres: Tanque de almacenamiento de agua caliente estratificado con circuito cerrado de agua , almacenamiento térmico estratificado , tanque de termoclina y tanque de almacenamiento de agua estratificada, pero en todos los casos la diferencia significativa es que se toman las molestias de mantener la estratificación vertical de la columna de agua, en otras palabras, para mantener el agua caliente en la parte superior del tanque mientras que el agua en la parte inferior está a una temperatura claramente más baja.
Esto es deseable en lugares con una amplia gama climática donde el enfriamiento en verano es tan importante como la calefacción en invierno, y conlleva una o más de las siguientes medidas:
- Los diferentes circuitos de calentamiento y enfriamiento deben enviar el agua calentada o enfriada con la menor velocidad posible. (Esto implica necesariamente que los circuitos de calefacción y refrigeración tengan bombas controladas por velocidad y puertos de tubo con el diámetro máximo posible).
- Para aplicaciones de enfriamiento, el agua fría se envía desde la parte inferior y el agua tibia (de retorno) se introduce en la parte superior.
- Las aplicaciones de calefacción extraen agua caliente por la parte superior y devuelven el agua fría a la parte inferior.
- Dispositivos de "mejora de la estratificación" dentro del tanque de almacenamiento de agua caliente (pero si la velocidad de entrada del agua es lo más baja posible, esto podría no ser necesario).
- Se requiere un sistema de control de calor más avanzado [8] .
Cuando un tanque de almacenamiento de agua caliente estratificada tiene circuitos de agua cerrados, la temperatura del agua puede ser de hasta 90 a 95 ° C en la parte superior y de 20 a 40 ° C en la parte inferior. El agua tranquila y sin perturbaciones es un conductor de calor relativamente pobre en comparación con el vidrio , los ladrillos y el suelo .
(Ilustrado por un lago en calma, donde el agua de la superficie puede ser confortablemente cálida para nadar pero las capas más profundas pueden ser tan frías que representan un peligro para los nadadores, el mismo efecto que da lugar a los avisos en los muelles de la ciudad de Londres que advierten 'Peligro de aguas profundas y frías') .
En consecuencia, se puede almacenar un volumen arbitrario de agua caliente, siempre que la estratificación se mantenga intacta. En este caso, no debe haber placas o tubos metálicos verticales, ya que conducirían el calor a través de las capas de agua, anulando el propósito de la estratificación. Cuando se emplea eficazmente, esta técnica puede mantener el agua a una temperatura de hasta 95 ° C (es decir, justo por debajo de la ebullición) produciendo una densidad energética más alta , y esta energía puede almacenarse durante mucho tiempo siempre que el agua caliente permanezca sin diluir.
Dependiendo de la finalidad de las instalaciones, los intercambios de agua de diferentes niveles permiten seleccionar las temperaturas del agua adecuadas al uso requerido. [7]
En muchos sistemas de calefacción solar, los parámetros de energía se pueden leer en función del tiempo, desde el tiempo de "permanencia" necesario para transformar la luz del día en calor, en su punto máximo, la temperatura máxima del agua caliente cerca de la parte superior del tanque. [1]
Eléctrico de doble elemento
Cuando el flujo comienza desde la salida más alta, el agua fría ingresa al tanque por la parte inferior. Esta caída de temperatura hace que el termostato encienda el elemento calefactor eléctrico en la parte inferior del tanque. Cuando el agua en la parte superior del tanque se extrae, el agua caliente en la parte superior es desplazada por agua relativamente más fría, el termostato superior enciende el elemento superior. Cuando el flujo se detiene, los elementos permanecen encendidos hasta que se cumplen sus ajustes. [9]
Si bien es común tener los termostatos superior e inferior configurados de manera diferente para ahorrar energía, el hecho de que el agua caliente suba significa que el termostato que controla el elemento superior debe alimentar el suministro más caliente, mientras que el elemento inferior el más caliente.
Si los termostatos en un sistema de este tipo se invierten (alimentación caliente desde la parte superior, caliente desde el centro), no solo puede afectar la eficiencia energética del sistema, sino que también puede ser peligroso introducir agua hirviendo en una salida de agua caliente sanitaria, o si se dirige a las lavadoras de alimentación caliente los dañan sin posibilidad de reparación.
Problemas de seguridad
El agua caliente puede provocar quemaduras peligrosas y dolorosas , especialmente en niños y ancianos. El agua en la salida no debe exceder los 49 grados centígrados. Algunas jurisdicciones establecen un límite de 49 grados en la temperatura del punto de ajuste del tanque. Por otro lado, el agua almacenada por debajo de los 60 grados Celsius puede permitir el crecimiento de bacterias, como las que causan la enfermedad del legionario , que es un peligro particular para quienes tienen el sistema inmunológico comprometido. Una solución técnica sería el uso de válvulas mezcladoras en las salidas utilizadas para lavabos, baños o duchas, que automáticamente mezclarían agua fría para mantener un máximo por debajo de 49 C. Una propuesta para agregar esto al código de construcción de Canadá no tuvo éxito. [10]
Ver también
- Código mecánico uniforme
- Código uniforme de plomería
- Código uniforme de energía solar e hidrónica
Referencias
- ^ a b invest-tools.com: Gráficos , Página principal y descripción: Descripción general del sistema de ACS , El tanque de agua (depósito de calor) Cita: "... Con el tanque vino un aislamiento de" espuma blanda "de 10 cm que cumple los requisitos mínimos de aislamiento ... Así que después de varios meses, agregué otra ronda de lana de vidrio recubierta de aluminio de 16 cm, y ahora el tanque almacena suficiente calor para aproximadamente 7 u 8 días cuando está completamente cargado (el rango de temperatura es de 95 ° C hacia abajo hasta 40 ° C) ... "
- ^ "Calefacción del distrito de viento: Kirkwall" . Ingeniería de la Universidad de Strathclyde . Consultado el 20 de enero de 2016 .
- ^ .Brian Norton (2011) Calentadores de agua solares: una revisión de la investigación de sistemas y la innovación en el diseño, verde. 1, 189–207, ISSN (en línea) 1869-8778
- ^ Schuyler, Randy. "Lo básico: lo que mata a los calentadores de agua" . Rescate del calentador de agua . waterheaterrescue.com . Consultado el 31 de marzo de 2012 .
- ^ Schuyler, Randy. "Los fundamentos: ánodos y longevidad" . Rescate del calentador de agua . waterheaterrescue.com . Consultado el 31 de marzo de 2012 .
- ^ Schuyler, Randy. "Lo básico: elegir un calentador de agua" . Rescate del calentador de agua . waterheaterrescue.com . Consultado el 31 de marzo de 2012 .
- ^ a b Sistema de calefacción solar con acumulador estratificado de agua caliente con circuito cerrado de agua y posibilidad de lectura de muchos parámetros actuales: solar.webseiten.cc: Live-Daten Holzhausen
- ^ Technische Alternative: controlador universal libremente programable UVR1611 Archivado 2011-06-03 en Wayback Machine , Manuales y firmware en inglés y alemán: descargas , Ejemplos de programación: UVR-Beispielsammlung , Ejemplos prácticos de sistemas de calefacción solar con tanques de almacenamiento de agua caliente con corriente fecha de medición: Livedaten
- ^ "Cómo funciona: calentador de agua" . Mecánica popular . Consultado el 26 de noviembre de 2014 .
- ^ https://canadasafetycouncil.org/home-safety/heated-debate-about-hot-water