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 el agua instantáneamente a medida que fluye a través del dispositivo y no retienen agua internamente, excepto la que está en el serpentín del intercambiador de calor, a menos que la unidad esté equipada con un tanque de almacenamiento interno. Los intercambiadores de calor de cobre son los preferidos en estas unidades 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 sarro que los intercambiadores de calor de acero inoxidable.
Los calentadores sin tanque se pueden instalar en más de un punto de uso (POU) de una casa, lejos de un calentador de agua central o sin él, o se pueden utilizar modelos más grandes y centralizados para toda la casa para satisfacer todas las necesidades de agua caliente de toda la casa. Las principales ventajas de los calentadores de agua sin tanque son un flujo continuo abundante y prácticamente ilimitado de agua caliente (en comparación con un flujo limitado de agua caliente calentada de forma continua de los calentadores de agua con tanque convencionales ) y un potencial ahorro de energía en determinadas condiciones debido al uso de energía solo cuando está en uso y la eliminación de pérdidas de energía en modo de espera, ya que no hay 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 y a demanda, las unidades sin tanque utilizan intercambiadores de calor con muchos conductos pequeños que consisten en placas o tubos paralelos. Este mayor número de conductos y el pequeño tamaño interno crean una gran superficie para una transferencia de calor rápida. Desafortunadamente, este diseño puede generar una acumulación de sarro que puede bloquear los pequeños canales del intercambiador de calor, lo que reduce la eficiencia y, finalmente, hace que la unidad se apague por sobrecalentamiento. Por este motivo, la mayoría de los fabricantes requieren pruebas de agua precisas e instalación de un sistema de tratamiento de agua antes de instalar la unidad y una descalcificación anual mediante 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 de bajo consumo energético.
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 deseada. El agua circula a través de un intercambiador de calor de cobre y se calienta mediante calefacción a gas o eléctrica. Como no hay un tanque finito de agua caliente que se pueda agotar, el calentador proporciona un suministro continuo. Para proteger las unidades en entornos 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 combinadas o combi combinan la calefacción central con el 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 el ACS. Algunas calderas combi tienen pequeños depósitos de almacenamiento de agua internos que combinan la energía del agua almacenada y del quemador de gas o petróleo para proporcionar ACS más rápido en los grifos o para aumentar el caudal de ACS. [2]
Las calderas combinadas se clasifican según el caudal de agua caliente sanitaria. Las potencias nominales de las unidades domésticas suelen ser de 24 kW a 54 kW, lo que da un caudal aproximado de 9 a 23 litros (2,4 a 6,1 galones estadounidenses) por minuto. Las unidades más grandes se utilizan en aplicaciones comerciales e institucionales o en viviendas de varias unidades. Los modelos de caudal alto pueden abastecer simultáneamente dos duchas.
Las calderas combinadas requieren menos espacio que los sistemas convencionales con tanque y son significativamente más económicas de instalar, ya que no se necesitan tanques de agua ni tuberías ni controles asociados. Otra ventaja es que se puede utilizar más de una unidad para abastecer zonas de calefacción separadas o varios baños, lo que proporciona un mayor control del tiempo y la temperatura. Por ejemplo, una "combinada" puede abastecer el sistema de calefacción de la planta baja y otra el de la planta alta, lo que evita la pérdida total de calefacción y agua caliente sanitaria 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 hogares más numerosos pero 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 caudales de agua inferiores a los de un cilindro de almacenamiento, particularmente en invierno (cuando se utiliza más agua caliente para mezclar porque el agua fría es más fría), y un requisito de que las potencias nominales generales deben coincidir con los requisitos de calefacción pico. Las demandas de calefacción y ACS suelen ser diferentes, y dado que los instaladores seleccionarán una caldera para satisfacer la mayor demanda (que suele ser ACS en la mayoría de los hogares), será demasiado grande para la demanda menor; una caldera demasiado grande 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 "a 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 requerida ]
Algunos diseños anteriores al siglo XXI, en particular el Ideal Sprint, incluían de serie un regulador de caudal que permitía que el mismo modelo funcionara de manera eficiente en áreas de suministro de agua de alta y baja presión, adaptándose así a amplias variaciones de presión de suministro que suelen encontrarse en entornos urbanos similares, como el Gran Londres.
Si bien las calderas combinadas tienen más partes 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 en función de una vida útil de diseño preestablecida y controles digitales reemplazables para sistemas "tradicionales" ha erosionado en gran medida esta distinción.
Los calentadores de agua sin tanque para el punto de uso (POU) se ubican inmediatamente donde se utiliza el agua, por lo que el agua se calienta casi instantáneamente, lo que reduce el desperdicio de agua. Los calentadores de agua sin tanque para el punto de uso 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 para el punto de uso a menudo se instalan en combinación con un calentador de agua central, ya que el primer tipo generalmente se ha limitado 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, lavadero, baño y fregadero puede superar el dinero ahorrado en las facturas de agua y energía. En los EE. UU., hasta hace poco, los calentadores de agua para el punto de uso casi siempre eran eléctricos, [ cita requerida ] 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, se han generalizado los calentadores sin tanque de mayor capacidad, pero su viabilidad puede verse limitada por la capacidad de la infraestructura para suministrar energía (máximo amperaje eléctrico o caudal de gas) con la suficiente rapidez para satisfacer la demanda máxima de agua caliente. En el pasado, los calentadores de agua con tanque se han utilizado 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 demanda máxima de energía.
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 un tanque ahorra energía en comparación con los calentadores de agua con tanque convencionales, que tienen que recalentar el agua en el tanque a medida que se enfría mientras esperan su uso (esto se llama "pérdida en espera"). En algunas instalaciones, la energía perdida por un calentador con 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 por el respiradero de escape. Sin embargo, si en algún momento el edificio debe enfriarse para mantener temperaturas agradables, el calor perdido de un tanque de agua caliente ubicado en el espacio acondicionado debe ser eliminado por el sistema de aire acondicionado , lo que requiere una mayor capacidad de enfriamiento y uso de energía.
En el caso de los calentadores de agua centrales de cualquier tipo, el agua fría que se queda estancada 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 de recirculación, pero a costa de la energía necesaria para hacer funcionar la bomba, además de la energía necesaria para recalentar el agua que recircula por las tuberías. Algunos sistemas de recirculación reducen la pérdida de energía en modo de espera al funcionar solo en determinados momentos (por ejemplo, apagándose tarde por la noche). Esto ahorra energía a costa 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 con tanque como de los calentadores de agua sin tanque . [5] Mantiene la presión del agua y el 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 a pedido. [6]
El enfoque híbrido está diseñado para eliminar las deficiencias generales de otras tecnologías. Por ejemplo, los sistemas híbridos se activan mediante termostato (similar a los sistemas con tanque) o flujo (similar a los sistemas sin tanque).
Los híbridos tienen pequeños tanques de almacenamiento que templan el agua fría entrante. Por lo tanto, solo tienen que aumentar la temperatura del agua de tibia a caliente, a diferencia de los calentadores sin tanque que tienen que aumentar completamente la temperatura del agua 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 con electricidad mediante una combinación de bomba de calor y un elemento calefactor eléctrico convencional.
Un calentador de agua híbrido a gas utiliza un quemador infrarrojo modulador que se activa con el flujo de agua o un termostato. El intercambiador de calor de múltiples pasos conduce el calor hacia abajo 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 por las tuberías de calefacción, lo que produce agua caliente continua con presión y temperatura constantes.
En situaciones de bajo caudal, el híbrido se comporta como un calentador de tanque, ya que tiene un consumo mínimo de combustible fijo y activación por termostato. Aunque está equipado con cierta capacidad de almacenamiento, el pequeño volumen minimiza el consumo de combustible en modo de espera. Los híbridos también comparten características adicionales con los calentadores de tanque, como una instalación de piso, ventilación estándar de PVC, bandeja de drenaje y se pueden instalar con una bomba de recirculación para una mayor eficiencia del agua. [6]
En situaciones de alta demanda y alto caudal, la tecnología híbrida se comporta más como un calentador sin tanque, con alta capacidad de calentamiento y modulación total para suministrar un flujo continuo de agua caliente en múltiples aplicaciones. Esto produce eficiencias de combustible similares a las de los calentadores sin tanque, pero con mayor capacidad de caudal.
La siguiente tabla compara las eficiencias de diferentes tipos de calentadores de agua sin tanque. [ cita requerida ]
Los calentadores de agua sin tanque se pueden dividir en dos categorías según su capacidad de calentamiento: "encendido/apagado completo" versus "modulado". Las unidades de encendido/apagado completo no tienen un nivel de potencia de salida variable; la unidad está completamente encendida o completamente apagada. Esto puede causar una variación molesta y posiblemente peligrosa de 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 salida de calor en respuesta al caudal de agua que corre a través de la unidad. Esto generalmente se hace utilizando un sensor de flujo, una válvula de gas moduladora, un sensor de temperatura del agua de entrada y una válvula de estrangulación con sensor de temperatura del agua de salida. [ aclaración necesaria ] Un calentador modulador 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 calefacción de espacios y calentamiento de agua, y es una opción cada vez más popular en los hogares del Reino Unido, representando 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 la instalación de un calentador de agua central (con o sin tanque) para la mayor parte de la casa, e instalar un calentador de agua sin tanque para el punto de uso en los grifos o baños más alejados. 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 la cantidad (y el momento) de agua caliente que se utilice. Durante muchos años, solo los calentadores de agua sin tanque eléctricos estuvieron ampliamente disponibles y todavía se utilizan para calentadores para el punto de uso de bajo costo inicial, pero ahora se pueden considerar los calentadores para el punto de uso a gas natural y propano.
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]