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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Muchisimas gracias, por compartilo
José Andrés, gracias a ti por tu comentario!
La energía acumulada, creo, debe ser la resta entre la energia necesaria y la suministrada.
Ya me dirás
Hola José Luis,
Es correcta tu apreciación, y así está resuelto el ejemplo. Se trataba de un pequeño error de trascripción con un símbolo en la explicación, que ya está corregido.
Muchas gracias por tu aportación.
Buenos días, Bruno:
Hay algún documento, guía o similar donde se puedan encontrar los coeficientes de simultaneidad para calcular los caudales punta por hora para diferentes tipos de edificios para el cálculo de acs.
Otra pregunta sería, de dónde se pueden sacar los valores para el cálculo de las ocupaciones de edificios, ya que entiendo que los recogidos en el DB-SI son para dimensionar vías de evacuación. Muchas gracias
Hola José Manuel,
Un posible enfoque para las simultaneidades es calcular caudales simultáneos previstos y multiplicarlos por la duración estimada del periodo punta. Para el cálculo de los caudales puedes usar cualquiera de los criterios que aparecen en este documento (tienes que estar identificado para descargarlo):
https://www.ingenierosindustriales.com/download/formulario-de-calculo-de-tuberias/
En la página 14 aparecen las fórmulas de la UNE 149201, si tienes dudas en como aplicarlas dame un toque.
Una vez obtenido el caudal simultáneo de agua caliente, si vas a tener acumulación debes cubrir el periodo punta, en viviendas se acostumbra a usar de 10 a 20 minutos, en hoteles puedes llegar hasta los 60 minutos. Te recomiendo la siguiente lectura:
https://www.ingenierosindustriales.com/como-calcular-el-volumen-de-un-acumulador-de-agua-caliente-sanitaria/
De todos modos buscaré una monografía de ROCA (ahora BAXI) que creo que trataba el tema en profundidad.
En cuanto a la ocupación, efectivamente el DB-SI es a efectos de dimensionamiento de las vías de ocupación. Yo acostumbro a utilizar los usuarios reales previstos de acuerdo con la actividad para un dimensionamiento cabal de las instalaciones. Lo normal en espacios de trabajo es tener un mínimo de entre 4 y 7 m2 por persona, y en base a eso puedes dimensionar las instalaciones (que no el aforo, que se corresponderá al cálculo de la licencia de actividad, que debe seguir el DB-SI).
Un cordial saludo.
Hola de nuevo,
Me contestan de BAXI que ya no publican la monografía y que no tienen versión digital.
Me indican que si haces el dimensionamiento a través de wica.baxi.es tienes un asistente que te indica las características recomendadas de la instalación en base al uso del edificio.
Muchas gracias Bruno, tu información me fue de gran ayuda.
Un saludo
Buenos tardes, Bruno:
Muy buen post.
Cómo plantearía el cálculo del volumen de acumulación de ACS para un edificio de distinto uso? Por ejemplo, un edificio de vestuarios de una industria donde se duchan SIEMPRE 50 personas a la vez (disponen de ese número de duchas) al acabar el turno. Tres turnos por día, 365 días al año.
Es decir, en números gordos tendríamos una demanda de mínimo 1500 litros de ACS por turno que es necesario cubrir, teniendo en cuenta 0.1 l/s por ducha y 5 minutos por ducha.
La generación de ACS, por ejemplo, podría ser con aerotermia en lugar de con caldera (más actual).
Gracias.
Un saludo