Cómo calcular el volumen de un acumulador de agua caliente sanitaria
Cuando tenemos grandes demandas puntuales de agua caliente sanitaria, una buena solución es almacenar energía, precalentando agua en depósitos acumuladores. Toda la energía que yo «guarde» en el volumen de acumulación no tendrá que ser producida por los generadores durante los periodos de mayor consumo.
A continuación resolveremos un ejemplo, en el que determinaremos el volumen de acumulación para atender la demanda de agua caliente sanitaria de un recinto de uso deportivo.
Problema con dos incógnitas
Ten en cuenta que, a priori, este problema cuenta con dos incógnitas, el volumen de acumulación y la potencia de los generadores. Deberemos fijar una de ellas, y la otra nos vendrá dada. A mayor acumulación, menor potencia instalada en generadores.
Datos de partida
Se trata de un recinto deportivo con un consumo de agua caliente sanitaria de 8.000 litros diarios. El consumo se produce a una temperatura media de 38ºC. Como el recinto se ubica en la comunidad de Madrid, la temperatura del agua fría en el mes más desfavorable del año es de 8ºC. El local cuenta con 16 duchas que se pueden utilizar de forma simultánea, cada ducha está dotada con un grifo mezclador temporizado con un caudal nominal de 5 l/min.
Método de cálculo propuesto
Para el cálculo del volumen de acumulación emplearé el método descrito en el apartado 6.4 de la Guía Técnica del IDAE “Agua caliente sanitaria central”. Este procedimiento consiste en igualar la energía necesaria (En) para atender el caudal punta durante el periodo punta con la suma de la energía producida en el mismo periodo por las calderas (Ep) y la energía almacenada en los depósitos acumuladores (Ea). Ten en cuenta que no emplearé la misma notación que la guía.
Caudal punta
El primer dato necesario es el caudal punta (Qc), también llamado simultáneo o de cálculo. Si lo desconocemos podemos estimarlo obteniendo el caudal instalado según la tabla 2.1 del DB HS 4, y empleando las fórmulas de simultaneidad descritas en la norma UNE 149.201.
En este caso, como tenemos datos concretos, emplearemos estos datos. Contamos con 16 duchas temporizadas con un caudal instalado de 5 litros/minuto, lo que supone un caudal simultáneo de 80 litros/minuto, o lo que es lo mismo 4.800 litros/hora.
Tiempo de consumo punta
Estimaremos que en el tiempo de consumo punta se produce el gasto del 30% del gasto diario, esta es una hipótesis conservadora, que aparece en la Guía Técnica del IDAE. Suponiendo un consumo diario de 8.000 litros de ACS, en el periodo punta se tendrá un consumo de 0,30 x 8.000 litros = 2.400 litros.
Atendiendo al caudal obtenido en el apartado anterior el tiempo de consumo punta seria de 0,5 horas. Aplicando una hipótesis aun más conservadora, consideraremos que el tiempo de consumo punta será de 1 hora.
Energía necesaria para la producción de ACS
La energía necesaria para la producción de ACS en el periodo punta puede calcularse con la siguiente expresión:

Siendo:
En: Energía necesaria (Wh)
Qc: Caudal punta (l/h)
Tp: Duración del periodo punta (h)
tu: Temperatura de uso (ºC)
te: Temperatura de agua fría de consumo humano (ºC)
Ce: Calor específico (Wh / (l·ºC)); para el agua toma el valor de 1,16
Calcularemos este dato para el mes más desfavorable del año, que para el caso es el de Enero en el que la temperatura de agua fría es te = 8ºC; la temperatura de uso del agua caliente sanitaria para este tipo de edificios se puede considerar como tu = 38ºC. Con estos datos estaría determinada la energía necesaria:
| Magnitud | Símbolo | Valor | Unidad |
| Caudal punta | Qc | 4.800 | l/h |
| Duración del periodo punta | Tp | 1 | h |
| Temperatura de uso | tu | 38 | ºC |
| Temperatura de agua fría | te | 8 | ºC |
| Calor específico del agua | Ce | 1,16 | Wh / (l·ºC) |
| Energía necesaria | En | 167.040 | Wh |
Energía producida por las calderas
En el periodo en el que se produce el consumo punta del agua caliente sanitaria, la disminución de la temperatura de la acumulación provocará el arranque de los generadores. La cantidad de energía entregada por los generadores al agua en este periodo podrá evaluarse como:

Donde:
Ep: Energía producida por las calderas (Wh)
P: Potencia total de las calderas (W)
Tp: Duración del periodo punta (h)
𝛈: Rendimiento de la producción de ACS (adimensional)
En este caso se prevé instalar dos calderas de gas natural con una potencia nominal útil de 32 kW. Consideramos un rendimiento de producción de ACS de 0,75, para tener en cuenta las pérdidas en el intercambio y el efecto del diferencial del termostato.
Con estos datos, la energía producida por las calderas sería:
| Magnitud | Símbolo | Valor | Unidad |
| Potencia nominal útil | P | 64.000 | W |
| Duración del periodo punta | Tp | 1 | h |
| Rendimiento producción ACS | 𝛈 | 0,75 | ºC |
| Energía producida | Ep | 48.000 | Wh |
Volumen de la acumulación
La energía acumulada en los depósitos de agua caliente sanitaria vendrá dada por la siguiente expresión:

Donde:
Ea: Energía acumulada (Wh)
Va: Volumen total de acumulación (litros)
ta: Temperatura de acumulación (ºC)
te: Temperatura de agua fría de consumo humano (ºC)
Ce: Calor específico (Wh / (l·ºC)); para el agua toma el valor de 1,16
Fuso: Factor de uso (adimensional)
El factor de uso tiene en cuenta, de manera empírica la estratificación del agua dentro de los depósitos. El IDAE propone la siguiente expresión para su cálculo:

Siendo
H: Altura interior del acumulador, en dirección vertical (m)
D: Diámetro, en dirección horizontal (m)
Debe tenerse en cuenta que, si hay varios acumuladores en serie, el factor de uso solo aplica al volumen del último en la dirección del flujo de agua. Si los acumuladores están en paralelo, el factor de uso aplica al total del volumen.
Con los datos expuestos, tenemos dos incógnitas, Ea y Va; habida cuenta que Ea = En – Ep, podemos despejar el volumen de la acumulación como:

Resultando el cálculo siguiente:
| Magnitud | Símbolo | Valor | Unidad |
| Energía acumulada | Ea | 119.040 | W |
| Temperatura de producción | ta | 60 | ºC |
| Temperatura de agua fría | te | 8 | ºC |
| Calor específico del agua | Ce | 1,16 | Wh / (l·ºC) |
| Esbeltez | H/D | 2,4 | – |
| Número de depósitos en serie | N | 1 | – |
| Factor de uso | Fuso | 0,97 | |
| Volumen total acumulación | Va | 2.043 | litros |
Con lo que el volumen necesario para atender el consumo punta previsto es de 2.043 litros. Se escogen dos depósitos acumuladores de 1.000 litros cada uno, lo que nos dará una autonomía muy similar a la calculada.
Hoja de cálculo para determinar el volumen de acumuladores de ACS
A continuación te dejo el enlace a la hoja de cálculo que he utilizado para desarrollar el ejemplo:
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