Los calentadores de agua sin tanque , también llamados calentadores de agua instantáneos , de flujo continuo , en línea , flash , a pedido o de encendido instantáneo , son calentadores de agua que calientan instantáneamente el agua a medida que fluye a través del dispositivo y no retienen agua internamente excepto cuando está en el serpentín del intercambiador de calor a menos que la unidad esté equipada con un tanque de compensación interno. En estas unidades se prefieren los intercambiadores de calor de cobre debido a su alta conductividad térmica y facilidad de fabricación. Sin embargo, los intercambiadores de calor de cobre son más susceptibles a la acumulación de incrustaciones que los intercambiadores de calor de acero inoxidable.
Se pueden instalar calentadores sin tanque en todo el hogar en más de un punto de uso (POU), lejos o sin un calentador de agua central, o aún se pueden usar modelos centralizados más grandes para toda la casa para proporcionar todos los requisitos de agua caliente para toda una casa. casa. Las principales ventajas de los calentadores de agua sin tanque son un flujo continuo de agua caliente abundante y prácticamente ilimitado (en comparación con un flujo limitado de agua caliente calentada continuamente de los calentadores de agua con tanque convencionales ) y el ahorro potencial de energía en algunas condiciones debido al uso de energía. sólo cuando está en uso, y la eliminación de pérdidas de energía en standby al no contar con tanque de agua caliente.
La principal desventaja de estos sistemas, además de sus elevados costes iniciales (equipamiento e instalación), es el mantenimiento anual requerido.
Para proporcionar agua caliente continua a pedido, las unidades sin tanque utilizan intercambiadores de calor con muchos pasillos pequeños que consisten en placas o tubos paralelos. Este mayor número de pasillos y el pequeño tamaño interno crean una gran superficie para una rápida transferencia de calor. Desafortunadamente, este diseño puede provocar una acumulación de sarro que puede bloquear los pequeños canales del intercambiador de calor, reduciendo la eficiencia y eventualmente provocando que la unidad se apague por sobrecalentamiento. Por esta razón, la mayoría de los fabricantes exigen pruebas precisas del agua y la instalación de un sistema de tratamiento de agua antes de instalar la unidad y la descalcificación anual utilizando válvulas de servicio instaladas permanentemente. Debido a las altas calificaciones de eficiencia de los calentadores de agua sin tanque, estos costos generalmente se compensan con los ahorros de energía y los reembolsos de los programas de servicios públicos, estatales y federales para la instalación de equipos energéticamente eficientes.
El calentador normalmente está apagado, pero está equipado con sensores de flujo que lo activan cuando el agua pasa a través de ellos. Se utiliza un circuito de retroalimentación negativa para llevar el agua a la temperatura objetivo. El agua circula a través de un intercambiador de calor de cobre y se calienta mediante calefacción de gas o eléctrica. Dado que no existe un tanque finito de agua caliente que pueda agotarse, el calentador proporciona un suministro continuo. Para proteger las unidades en ambientes ácidos , se encuentran disponibles recubrimientos duraderos u otros tratamientos de superficie. Los recubrimientos resistentes a los ácidos son capaces de soportar temperaturas de 1000 °C. [1]
Las calderas mixtas o mixtas combinan la calefacción central con agua caliente sanitaria (ACS) en un solo dispositivo. Cuando se utiliza ACS, una caldera combinada deja de bombear agua al circuito de calefacción y desvía toda la energía de la caldera para calentar ACS. Algunas combis tienen pequeños recipientes internos de almacenamiento de agua que combinan la energía del agua almacenada y el quemador de gas o gasóleo para proporcionar ACS más rápido en los grifos o aumentar el caudal de ACS. [2]
Las calderas combinadas se clasifican según el caudal de ACS. Las clasificaciones de kW para unidades domésticas suelen ser de 24 kW a 54 kW, lo que da caudales aproximados de 9 a 23 litros (2,4 a 6,1 gal EE.UU.) por minuto. Las unidades más grandes se utilizan en aplicaciones comerciales e institucionales, o para viviendas de unidades múltiples. Los modelos de alto caudal pueden alimentar simultáneamente dos duchas.
Las calderas combinadas requieren menos espacio que los sistemas de tanque convencionales y su instalación es significativamente más económica, ya que no se requieren tanques de agua ni tuberías ni controles asociados. Otra ventaja es que se puede utilizar más de una unidad para alimentar zonas de calefacción independientes o varios baños, lo que proporciona un mayor control del tiempo y la temperatura. Por ejemplo, una 'combi' podría alimentar el sistema de calefacción de abajo y otro el de arriba, evitando una duplicación de la pérdida total de calefacción y ACS en caso de que falle una unidad, siempre que los dos sistemas estén interconectados con válvulas (normalmente cerradas).
Las calderas combinadas son populares en Europa, donde la cuota de mercado en algunos países supera el 70%, con un aumento proyectado en el Reino Unido al 78% para 2020. [3] Esta tendencia se atribuye en parte a una tendencia social hacia calderas más numerosas pero hogares más pequeños y una tendencia cada vez mayor hacia viviendas físicamente más pequeñas y a menudo de alta densidad.
Las desventajas de los sistemas combinados incluyen tasas de flujo de agua inferiores a las de un cilindro de almacenamiento, particularmente en invierno (cuando se usa más agua caliente para mezclar porque el agua fría está más fría), y el requisito de que las potencias nominales generales deben coincidir con los requisitos máximos de calefacción. Las demandas de calefacción y ACS suelen diferir y, dado que los instaladores seleccionarán una caldera para satisfacer la mayor demanda (que suele ser ACS en la mayoría de los hogares), la sobredimensionarán para la demanda menor; una caldera de gran tamaño funcionará de manera menos eficiente debido a problemas como ciclos cortos y mayores temperaturas del agua de retorno que reducen la eficiencia. Si bien el calentamiento de agua "bajo demanda" mejora la eficiencia energética , el volumen de agua disponible en un momento dado es limitado y el diseño de una "combi" debe adaptarse a la presión del suministro de agua. [ cita necesaria ]
Algunos diseños que datan de antes del siglo XXI, en particular el Ideal Sprint, incluían como estándar un regulador de flujo que permitía que el mismo modelo funcionara eficientemente en áreas de suministro de agua de red de alta y baja presión, acomodando así amplias variaciones de presión de suministro que a menudo se encuentran en áreas similares. entornos urbanos como el Gran Londres.
Si bien las calderas combinadas tienen más piezas móviles y, por lo tanto, se considera que son menos confiables que los sistemas de tanque, [4] la doble tendencia hacia el reemplazo de piezas basadas en una vida útil de diseño preestablecida y controles digitales reemplazables para los sistemas "tradicionales" ha erosionado en gran medida esta distinción.
Los calentadores de agua sin tanque de punto de uso (POU) se ubican inmediatamente donde se usa el agua, por lo que el agua se calienta casi instantáneamente, lo que reduce el desperdicio de agua. Los calentadores sin tanque POU también pueden ahorrar más energía que los calentadores de agua sin tanque instalados centralmente, porque no queda agua caliente en las largas tuberías de suministro después de que se corta el flujo. Sin embargo, los calentadores de agua sin tanque POU a menudo se instalan en combinación con un calentador de agua central, ya que el primer tipo generalmente se limita a menos de 6 litros/minuto (1,5 galones estadounidenses/minuto), lo que es suficiente solo para un uso ligero. En muchas situaciones, el gasto inicial de comprar e instalar un calentador POU separado para cada cocina, cuarto de lavado, baño y fregadero puede superar el dinero ahorrado en facturas de agua y energía. En los EE. UU., los calentadores de agua POU hasta hace poco eran casi siempre eléctricos [ cita necesaria ] , y la electricidad suele ser sustancialmente más cara que el gas natural o el propano (cuando estos últimos combustibles están disponibles).
En los últimos años, los calentadores sin tanque de mayor capacidad se han vuelto más disponibles, pero su viabilidad aún puede estar limitada por la capacidad de la infraestructura para suministrar energía (amperaje eléctrico máximo o caudal de gas) lo suficientemente rápido como para satisfacer la demanda máxima de agua caliente. En el pasado, los calentadores de agua de tipo tanque se utilizaban para compensar la menor capacidad de suministro de energía, y siguen siendo útiles cuando la infraestructura energética puede tener una capacidad limitada, lo que a menudo se refleja en recargos por energía en los picos de demanda.
En teoría, los calentadores sin tanque siempre pueden ser algo más eficientes que los calentadores de agua con tanque de almacenamiento. En ambos tipos de instalación (centralizada y POU), la ausencia de depósito ahorra energía respecto a los termos convencionales de tipo depósito, que tienen que recalentar el agua del depósito a medida que se enfría mientras espera su uso (lo que se denomina "standby"). pérdida"). En algunas instalaciones, la energía perdida por un calentador de tanque ubicado dentro de un edificio simplemente ayuda a calentar el espacio ocupado. Esto es cierto para una unidad eléctrica, pero para una unidad de gas parte de esta energía perdida sale a través del respiradero de escape. Sin embargo, si en algún momento es necesario enfriar el edificio para mantener temperaturas confortables, el sistema de aire acondicionado debe eliminar el calor perdido de un tanque de agua caliente ubicado en el espacio acondicionado , lo que requiere una mayor capacidad de enfriamiento y uso de energía.
Con un calentador de agua central de cualquier tipo, el agua fría que se encuentra en las tuberías entre el calentador y el punto de uso se vierte por el desagüe a medida que el agua caliente sale del calentador. Este desperdicio de agua se puede evitar si se instala una bomba recirculadora, pero a costa de la energía para hacer funcionar la bomba, más la energía para recalentar el agua recirculada a través de las tuberías. Algunos sistemas de recirculación reducen la pérdida en espera al operar solo en momentos seleccionados, apagándose a altas horas de la noche, por ejemplo. Esto ahorra energía a expensas de una mayor complejidad del sistema.
Un calentador de agua híbrido es un sistema de calentamiento de agua que integra características tecnológicas tanto de los calentadores de agua tipo tanque como de los calentadores de agua sin tanque . [5] Mantiene la presión del agua y un suministro constante de agua caliente en múltiples aplicaciones de agua caliente y, al igual que sus primos sin tanque, es eficiente y puede suministrar un flujo continuo de agua caliente según demanda. [6]
El enfoque híbrido está diseñado para eliminar las deficiencias generales de otras tecnologías. Por ejemplo, los híbridos se activan mediante termostato (similar a los de tanque) o flujo (similar a los sin tanque).
Los híbridos tienen pequeños tanques de almacenamiento que templan el agua fría entrante. Por lo tanto, sólo tienen que aumentar la temperatura del agua de tibia a caliente, a diferencia de los sistemas sin tanque, que tienen que elevar el agua completamente fría a caliente. Las características que definen a un "calentador de agua híbrido" son:
Los calentadores de agua híbridos pueden funcionar con gas ( gas natural o propano ) o funcionar eléctricamente mediante una combinación de bomba de calor y elemento calefactor eléctrico convencional.
Un calentador de agua híbrido a gas utiliza un quemador infrarrojo modulante que se activa mediante el flujo de agua o un termostato. El intercambiador de calor de múltiples pasos reduce el calor y luego lo recicla a través de tuberías con deflectores para lograr la máxima eficiencia. El agua llena el depósito de abajo hacia arriba y se distribuye uniformemente alrededor de las tuberías de calefacción, produciendo agua caliente continua con presión y temperatura constantes.
Durante situaciones de bajo flujo, el híbrido se comporta como un calentador tipo tanque al tener un uso mínimo fijo de combustible y activación del termostato. Aunque está equipado con cierta capacidad de almacenamiento, el pequeño volumen minimiza el uso de combustible de reserva. Los híbridos también comparten características adicionales con los calentadores tipo tanque, como una instalación de piso, ventilación de PVC estándar, bandeja de drenaje y se pueden instalar con una bomba de recirculación para lograr una eficiencia aún mayor del agua. [6]
Durante situaciones de alta demanda y alto flujo, la tecnología híbrida se comporta más como un calentador sin tanque, con alta capacidad de calefacción y modulación total para suministrar un flujo continuo de agua caliente a través de múltiples aplicaciones. Esto produce eficiencias de combustible similares a las de los calentadores sin tanque, pero con mayor capacidad de flujo.
La siguiente tabla compara las eficiencias de diferentes tipos de calentamiento de agua sin tanque. [ cita necesaria ]
Los calentadores de agua sin tanque se pueden dividir en dos categorías según su capacidad de calentamiento: "completamente encendido/completamente apagado" versus "modulado". Las unidades de encendido/apagado total no tienen un nivel de salida de potencia variable; la unidad está completamente encendida o completamente apagada. Esto puede causar una variación molesta y posiblemente peligrosa en la temperatura del agua caliente a medida que varía el flujo de agua a través del calentador. Los calentadores de agua sin tanque modulados cambian su producción de calor en respuesta al caudal de agua que pasa por la unidad. Esto generalmente se hace mediante el uso de un sensor de flujo, una válvula moduladora de gas, un sensor de temperatura del agua de entrada y una válvula de estrangulación con sensor de temperatura del agua de salida. [ se necesita aclaración ] Un calentador modulante configurado correctamente puede suministrar la misma temperatura de salida de agua a diferentes caudales de agua dentro de su capacidad nominal, generalmente manteniendo un rango cercano de ±2 °C.
Una caldera combinada de condensación de alta eficiencia proporciona tanto calefacción de espacios como de agua, y es una opción cada vez más popular en los hogares del Reino Unido y representa más de la mitad de todas las calderas domésticas nuevas instaladas. [7]
En las condiciones actuales de América del Norte, la configuración más rentable desde el punto de vista operativo suele ser instalar un calentador de agua central (tipo tanque o sin tanque) para la mayor parte de la casa e instalar un calentador de agua POU sin tanque en cualquier grifo o grifo distante. baños. Sin embargo, el diseño más económico puede variar según los precios relativos de la electricidad, el gas y el agua en la localidad, la distribución del edificio y cuánta (y cuándo) agua caliente se utiliza. Durante muchos años, solo los calentadores de agua eléctricos sin tanque estuvieron ampliamente disponibles, y todavía se usan para calentadores de punto de uso de bajo costo inicial, pero los calentadores de punto de uso de gas natural y propano ahora están disponibles para su consideración.
Los calentadores de agua sin tanque ofrecen muchas ventajas: [8]
Por otro lado, los calentadores de agua sin tanque también tienen algunas desventajas: [8]
[1]