Tema: dimensionado caldera ACS

Hola a tod@s,

Estoy realizando un dimensionado de ACS solar para unos vestuarios de un centro social, el sistema de captación y acumulación solar ya están claros, pero aún me falta experiencia en el dimensionado de la caldera, que en este caso será un cladera de ACS en serie con la acumulación ya que no hay calefacción o será de bomba de calor.

La instalación cuenta con 12 puntos de ducha, y claro está, la caldera debe tener capacidad para satisfacer la demanda de agua caliente en todos estos puntos de consumo los dias con el depósito solar lleno de agua fria: ¿Cómo calculo la potencia de la caldera del sistema con estos datos?

gracias y saludos

Tienes que hacer el cálculo considerando que no hay sistema de energía solar térmica. Dado que tienes un consumo bastante importante, no será viable una caldera instantánea, vayamos por pasos:

1. Necesitas un depósito acumulador de ACS, que puede ser interacumulador (con serpentín interior) o solo acumulador, en cuyo caso necesitarás también intercambiador de calor.

2. Necesitas una caldera que caliente el agua de este depósito, basicamente las personas que se duchen tomarán agua de ese depósito, que se mantendrá caliente con la caldera, a medida que se gaste el agua caliente entrará agua fría (normalmente precalentada por la instalación solar, aunque nos ponemos en lo peor) que será necesario calentar.

Cálculos:

1. Calculamos el caudal instantáneo, sin simultaneidad, dado que es probable, por la naturaleza del local que se usen todas las duchas a la vez:

Caudal instantáneo = 0,10 l/s·ducha x 12 duchas = 1,2 l/s = 4320 l/h

2. Este es el caudal instantáneo, ahora tenemos que estimar cuanto tiempo durará el consumo punta, pongamos que justo al acabar un partidillo se producen dos turnos de ducha de 0,25 horas cada uno, resultando 0,5 horas de consumo punta. Despues de estas 0,5 horas no se utilizarán todas las duchas a la vez dando tiempo al sistema a recuperar. Decido alimentar todo el consumo punta desde la reserva del acumulador:

Volumen del acumulador = 4320 l/h x 0,5 horas = 2160 litros
redondea a V = 2000 litros porque soy muy macarra.

3. Energía que necesito para preparar 2000 litros de ACS a 60º, si supongo el agua fría a 10º el salto térmico que tendre que aportar será 60º-10º=50º, lo que supone una energía de:

Energía = 2000 litros x 1 kcal/litro·ºC x 50º = 100.000 kcal

4. Potencia necesaria para intercambiador y caldera, si supongo que despues de cada periodo de consumo punta, tengo 1 hora de descanso, lo que necesito para poner de nuevo el acumulador en condiciones es una caldera de potencia útil:

Pútil = 100.000 kcal/1 hora = 100.000 kcal/h = 116,3 kw

Y un intercambiador de la misma potencia útil, si escojo un interacumulador de 2000 litros ya lo incorporá en su interior.

Nota 1: Declino cualquier responsabilidad ante los cálculos, dado que son realizados desinteresadamente :wink: (Aunque con todo el rigor que puedo)

Nota 2: Amigo mio, recuerda que cuando la potencia térmica de una instalación es mayor de 70 kw (60.200 kcal/h) es necesario el proyecto de un ingeniero, ingeniero técnico o perito competente en la especialidad.

Saludos.

Amigo Bruno,

antes de todo darte las gracias por tus cálculos, como siempre tan concisos,

unas cuestiones:

Previamente hablé con los futuros usuarios del sistema sobre las necesidades de consumo, la gran mayoria de los casos los cosumos punta se darán de una vez al dia a una por semana. Muy excepcionalmente en “liguillas” i torneos, se podrian dar casos como los que tu mencionas, donde en una hora de diferencia pueda darse otro consumo punta.

Por eso pensaba en preveer una caldera instantanea que pudiera dar esa potencia, y disponerla en serie con el acumulador solar, de este modo ahorraríamos la energia necesaria para mantener caliente el agua del depósito auxiliar el tiempo entre un consumo punta y otro ¿realmente no exixten calderas instantaneas para estas potencias?

gracias de nuevo y saludos

Saludos;

una vez tube un diseño similar entre manos y en la casa de material me dijeron que no existen calderas exclusivas de ACS, que debería buscar una caldera mixta de calefacción y agua caliente

Enhorabuena brunomiranda, una explicación excelente, se nota la experiencia.

Mark lo único que se me ocurre es que apaguen todo y cuando vayan al centro social enciendan la caldera (eso si, ya pueden jugar 1 horita, jejeje) otra solución es instalar un encendido telemático y/o programado.
Pej si se usa solo los fines de semana, etc.

Saludos,

gracias a todos,

pero repito, y disculpar mi pesadez ¿no existen calderas para este fin? ¿es una burrada lo que estoy diciendo?

Para potencias de las que estamos hablando no hay calderas murales, necesariamente serán calderas de pie, bien de gas natural, propano, gasóleo (omito la biomasa porque si los usos son esporádicos, no merece la pena).

Quien le dijo al amigo fototermic que no existen las calderas de uso exclusivo ACS merece un tirón de orejas. Lo que debemos usar es una caldera de baja temperatura de gas o gasóleo, y si no hay calefacción, pues tendremos un único circuito que es el de ACS.

Respecto a la preparación instantánea, tenemos un problema con la modulación, con lo que no te la aconsejo. Imagina que usas solo una ducha, tendríamos unos datos que serían:

Caudal = 0.10 l/s = 360 l/h
Demanda térmica = 360 l/h x 1 kcal/l·ºC x 50º = 18.000 kcal/h

Si usamos las 12 duchas tendremos:

Caudal = 1,2 l/s = 4320 l/h
Demanda térmica = 216.000 kcal/h

Inconvenientes:

1.- Sin acumulación necesitas una caldera sensiblemente más potente para atender la demanda.
2.- Necesitas una caldera que module entre 18.000 y 216.000 Kcal/h. De gasoil no existe, y si buscas algo de gas con tanta modulación, intuyo que tendrás que ir a grupos térmicos modulares, con lo que multiplicas el coste de instalación y el espacio ocupado.

Sigo siendo partidario de la acumulación, y si hay largos periodos de no uso, pues se apaga el sistema (se baja el magnetorérmico o seccionador en el cuadro de la sala de máquinas) y ya está. Con la precaución de encender la caldera con antelación a los usos previstos, punto.

Tambien puedes usar un programador, tal como indica avedillo.

Mil saludos, y feliz navidad.

Que tal Bruno y compañia !!! Aunque no sea mi mensaje debo agradecerte las molestias que te has tomado en contestar y calcular ya que todos aprendemos. En breve debo hacer una sugerencia- proyecto para mi empresa,muy similar al ejemplo de este mensaje,solo que en los vestuarios ya hay una caldera- acumulador de gas de 400 l... bueno es otro tema,seguramente te pedire consejo.

Mi pregunta es otra ¿ que carrera o que rama de la ingenieria me recomendarias estudiar que fuera directamente orientada con el tema de las energias renovables ? Me estoy planteando retomar las estudios.

Gracias.

Respecto a las calderas instantáneas creo recordar que había una limitación de potencia para las mismas. No recuerdo si era 50 o 70 kW máximo.

En relación a los cálculos de brunomiranda ¡ojo! estas considerando 60º C de temperatura de uso cuando en realidad serán 40º (+/-)

Hola, revend, puedes escoger entre muchas carreras y la cuestión se complica todavía más si hablamos de especialidades o intensificaciones.

Comprueba el plan de estudios y verifica que haya carga lectiva de termodinámica, calor y frío, mecánica de fluidos, electrotecnia, energías renovables ...

También sería aconsejable que te enterases de que titulaciones permiten ejercer como técnico competente en las especialidades que te interesan.

Respecto a lo indicado por edipolopide, discrepo, la temperatura de preparacíón es de 60º poque así lo indica el RD 865/2003, y dado que se trata de un local de pública concurrencia, este es de obligado cumplimiento. La temperatura en el acumulador deberá ser registrada, y la instalación será inspeccionable por la autoridad sanitaria, de manera que si no la dotas de la capacidad suficiente para calentar el agua en las condiciones reglamentarias, puedes tener problemas con la propiedad.

El hecho de que despues la propiedad baje el termostato (o que nosotros le indiquemos que puede hacerlo para ahorrar energía, siempre "a título particular"), no quita que la instalación deba ser reglamentaria (nos guste el reglamento o no).

brunomiranda: no he mencionado para nada la temperatura de acumulación, sino la de uso.

Indicas unos caudales de ducha de 0,1 l/s que estimo muy bajos a no ser que lo consideres a 60º (antes de mezclar) en cuyo caso los cálculos serían correctos.

Sin embargo, si los 0,1 l/s es caudal de uso a 40º, para producción instantánea necesitaríamos:

Caudal = 0.10 l/s = 360 l/h
Demanda térmica = 360 l/h x 1 kcal/l·ºC x (40-10)º = 10.800 kcal/h

Si usamos las 12 duchas tendremos:

Demanda térmica = 12 x 10.800 kcal/h = 129.600 kcal/h = 150,7 kW

En los cálculos de acumulación y si consideras un consumo punta de 2.160 litros, como ese consumo es a 40º, la acumulación a 60º será

Consumo punta a 60º = 2.160 x (40-10)/(60-10) = 1.296 litros

Y a partir de ahí seguir el cálculo.

En cualquier caso los cálculos para vestuarios son bastante peliagudos, sobre todo cuando no se sabe con exactitud el uso que se les va a dar. Yo suelo estimar 40 litros/ducha a 40ºC y a partir de ahí sabiendo el número de duchas y la frecuencia calcular la acumulación y potencia de caldera.

Si como parece el caso los consumos son relativamente puntuales, fijar una potencia de caldera inferior a 70 kW (para no ir a sala de calderas) y jugar con la acumulación.

Si existe un campo de fútbol (por ejemplo), podemos calcular 22 jugadores + reservas + árbitros + varios, total 50.
Como puede ser que se duchen en el descanso y al final del partido serán 100 duchas en 2 horas.
Total 100 x 40 = 4.000 litros
Si colocamos una caldera de 60 kW útiles, en los 60 minutos entre duchas nos producirá:

60*860/(40-10) = 1.720 litros (a 40º)
Con lo cual sólo debiéramos acumular 4.000 - 1.720 = 2.280 litros

Pero como bien dice brunomiranda, debemos acumular al menos a 60º por lo tanto la acumulación necesaria será:

Acumulación = 2.280 x (40-10)/(60-10) = 1.368 litros a 60º

Nos iríamos a 1.500 litros de acumulador y caldera de 60 kW

Claro que si luego en los entrenamientos parten el campo en dos y hacen partidillos de 1/2 hora, aplicaremos la ley de Murphy que dice:

"El agua caliente dura hasta que se acaba"

Gracias de nuevo a todos por vuestras aportaciones,

No tengo mucha experiència en calderas, pero ahora veo claramente que debe existir un sistema de acumulación de energia auxiliar, y para el ahorro energético quizás un cronostato de marcha/paro caldera los dias de actividad deportiva.

La energia auxiliar en este caso es propano de momento con expectativas de gas natural, ¿alguien conoce calderas de baja temperatura para este uso como las que mencionaba Bruno? si podeis enviarme un correo con marcas y modelos os lo agradeceria

Saludos y felices fiestas a todos

Bien, respecto a los cálculos creo que los razonamientos están más que claros, que cada uno haga lo que le dicte su conciencia. Respecto a la marca de calderas, hay muchas marcas, unas mejores y otras peores.

www.roca-calefaccion.com
www.viessmann.es
www.ferroli.es
www.wolf-heiztechnik.com/es/index.html
www.buderus.es
www.galifar.com
www.junkers.es

Y un largo etc...

Estimados:

Leí atentamente sus comentarios respecto al cálculo del sistema de producción de ACS y entiendo bastante bien lo que hacen.


Mi única duda es acerca de la determinación del periodo (tiempo) de uso punta para la determinación de la potencia de la caldera.

Vi que ustedes lo determinaron en este ejemplo porque conocían más o menos el comportamiento de utilización del sistema de ACS. Pero… ¿cómo puedo determinar ese tiempo de uso punta en instalaciones en que no conozco el comportamiento de uso?, por ejemplo, hoteles, edificios de departamentos, etc...

Existen tablas que me den esos tiempos de consumo punta?. Leí el HS4, pero sólo encuentro los caudales promedio de los artefactos (bañeras, etc.)…


Saludos y muchas gracias desde ya por su ayuda!

Hola,

para calcular caudales y consumos punta de ACS para distintos usos no hay reglamentos especificos de obligatorio cumplimiento. Se suelen basar en el conocimiento de la demanda o normas de reconocido prestigio (si bien no de obligado cumplimiento).

Según el Documento de Salubridad, sección HS-4, Suministro de Agua, se ha de elegir el coeficiente de simultaneidad de acuerdo con un criterio adecuado.

Para el caso que tu comentas existe la norma DIN 1988. Uponor ha confeccionado un manual de fontaneria bastante interesante en el que aparece el criterio de calculo segun esta norma (disculpas al moderador por mencionar marcas).
http://www.uponor.es/~/media/Files/U...EX%202009.ashx

Un saludo

Estimado Javier, muchas gracias por tu respuesta.

Leí el manual y efectivamente trata de los factores de simultaneidad, pero me quedan las siguientes dudas:

1.- De todas maneras debo considerar el caudal total para el dimensionamiento de diámetros de tuberías (considerando que, aunque sea remota, la probabilidad de que todos los puntos de consumo se usen al mismo tiempo), o para esto igual utilizo el caudal corregido según simultaneidad?

2.- He visto en la literatura y muestran la siguiente fórmula para el cálculo de la potencia de las calderas: P=Va*(Ta-Tf) / t
dónde:
P, potencia útil
Ta: Temperatura del acumulador
Tf: Temperatura agua de red.
t: tiempo punta
va: volumen del acumulador

¿Dónde obtengo el tiempo punta???, existe alguna tabla en que pueda obtener tiempo puntas estándar para ciertas aplicaciones?. ¿existe alguna forma de calcularlo?


Saludos, espero puedas o puedan ayudarme con estas dos dudas!

Tablas o criterios creo que las hay, pero no recuerdo donde.Tendria que buscarlos. De todas maneras para estas aplicaciones se suele tomar un periodo de comsumo punta en 15 min y en 1 hora.

Un saludo

Ok Javier, muchísimas gracias!!!

Un saludo!