depósito de almacenamiento de agua caliente

Un depósito de agua caliente (también llamado tanque de agua caliente , depósito de almacenamiento térmico , unidad de almacenamiento térmico de agua caliente , depósito de almacenamiento de calor , cilindro de agua caliente y calentador de agua ) es un depósito de agua que se utiliza para almacenar agua caliente para la calefacción de espacios o para uso doméstico.

El agua es un medio conveniente para almacenar calor debido a su alta capacidad calorífica específica . Esto significa que, en comparación con otras sustancias, puede almacenar más calor por unidad de peso. Además, el agua no es tóxica y es económica.

Un tanque bien aislado puede conservar el calor almacenado durante días, reduciendo los costos de combustible. ^{[ 1 ]} Los tanques de agua caliente pueden tener un sistema de quemador de gas o petróleo incorporado, o calentadores eléctricos de inmersión . Algunos tipos utilizan un intercambiador de calor externo, como un sistema de calefacción central , o agua caliente proveniente de otra fuente de energía. Lo más común, en el ámbito doméstico, es un quemador de combustible fósil, elementos de inmersión eléctricos o un sistema de calefacción urbana . ^{[ 2 ]}

Los calentadores de agua para lavar, bañarse o lavar la ropa tienen controles termostáticos para regular la temperatura, en un rango de 40 a 60 °C (104 a 140 °F) , y están conectados al suministro de agua fría doméstica.  

Cuando el agua de la zona tiene un alto contenido de minerales disueltos, como la caliza , calentarla provoca que estos minerales se precipiten en el depósito (incrustaciones). Un depósito puede presentar fugas debido a la corrosión tras solo unos años, un problema que se agrava por el oxígeno disuelto en el agua, el cual acelera la corrosión tanto del depósito como de las conexiones.

Por lo general, los depósitos de agua caliente se recubren con aislamiento térmico para reducir el consumo de energía, acelerar el calentamiento y mantener la temperatura de funcionamiento deseada. Un aislamiento térmico más grueso reduce la pérdida de calor en reposo . Existen calentadores de agua con distintos niveles de aislamiento, pero es posible añadir capas adicionales de aislamiento en el exterior para reducir la pérdida de calor. En casos extremos, el calentador puede estar completamente encerrado en un espacio aislado especialmente construido.

El tipo de aislamiento más común para calentadores de agua es la fibra de vidrio , que se fija con cinta adhesiva o correas a la cubierta exterior del calentador. El aislamiento no debe obstruir el flujo de aire ni la salida de gases de combustión, en caso de que se utilice un quemador.

Otro material aislante común para los depósitos de agua es la espuma de poliuretano (PUF). Cuando el acceso al interior del depósito es prioritario (por ejemplo, en casos de minerales particularmente agresivos o niveles de oxígeno elevados en el suministro de agua local), la espuma de poliuretano se puede aplicar encapsulada, lo que permite retirar la capa aislante para realizar comprobaciones periódicas de su integridad y, si fuera necesario, reparar el depósito.

La tecnología de aislamiento al vacío permite ahora almacenar energía térmica en sistemas de tamaño pequeño a mediano durante semanas sin pérdidas de calor significativas.

En un sistema de calentamiento de agua solar , un tanque de almacenamiento de agua caliente solar almacena el calor proveniente de los colectores solares térmicos . ^{[ 3 ]} El tanque cuenta con un intercambiador de calor integrado para calentar el agua fría sanitaria. En climas relativamente templados, como el Mediterráneo, los tanques de almacenamiento (con un alto grado de aislamiento pero revestidos de metal) suelen instalarse en el techo. Todos estos tanques presentan los mismos problemas que los tanques calentados artificialmente, como la acumulación de cal y la corrosión, y sufren reducciones similares en su eficiencia general a menos que reciban un mantenimiento meticuloso.

Los depósitos de los calentadores de agua pueden estar fabricados de acero al carbono revestido de esmalte vítreo , acero inoxidable o cobre .

Si bien los tanques de agua caliente sanitaria de cobre y acero inoxidable son más comunes en Europa, los de acero al carbono son más comunes en Estados Unidos, donde generalmente se descuida la revisión periódica, el tanque desarrolla una fuga y se reemplaza todo el aparato. ^{[ 4 ]} Incluso cuando se descuidan, los tanques de acero al carbono tienden a durar algunos años más que la garantía del fabricante, que suele ser de 3 a 12 años en Estados Unidos.

Los tanques con revestimiento vítreo tienen un costo inicial mucho menor y a menudo incluyen una o más varillas de ánodo de sacrificio diseñadas para proteger el tanque de la perforación causada por la corrosión ^{[ 5 ],} lo cual es necesario ya que el agua clorada es muy corrosiva para el acero al carbono. Como es casi imposible aplicar cualquier recubrimiento protector a la perfección (sin grietas microscópicas o defectos poros en la capa protectora) ^{[ 6 ],} los fabricantes pueden recomendar una revisión periódica de cualquier ánodo de sacrificio, reemplazándolo cuando sea necesario.

Algunos fabricantes ofrecen un kit de garantía extendida que incluye una varilla de ánodo de repuesto. Dado que los tanques de almacenamiento de agua caliente convencionales suelen tener fugas cada 5 a 15 años, las instalaciones de alta calidad incluyen, y la mayoría de los códigos de construcción y plomería de EE. UU. ahora exigen, una bandeja metálica o de plástico poco profunda para recoger las filtraciones cuando se produzcan.

Este método almacena calor en un tanque mediante el uso de intercambiadores de calor externos (serpentines) que pueden conectarse directamente o utilizarse para alimentar otros intercambiadores de calor (externos).

La principal ventaja es que, al evitar la extracción directa del agua caliente sanitaria, el depósito no se alimenta continuamente con agua fría, lo que en zonas con agua dura reduce la acumulación de cal a la cantidad disuelta en la carga original de agua más cantidades relativamente insignificantes añadidas para compensar las pérdidas debidas a las filtraciones.

Una ventaja adicional es la reducción de los niveles de oxígeno en un sistema cerrado de este tipo, lo que permite cierta relajación en los requisitos de los materiales utilizados en el depósito de agua caliente y en los circuitos de agua cerrados, los intercambiadores de calor externos y las tuberías asociadas.

Si bien un sistema de intercambio de calor externo utilizado para agua caliente sanitaria acumulará depósitos minerales, los agentes descalcificadores prolongan la vida útil de dicho sistema.

Otro método para almacenar calor en un tanque de almacenamiento de agua caliente tiene muchos nombres: tanque de almacenamiento de agua caliente estratificada con circuito cerrado de agua , almacenamiento térmico estratificado , tanque de termoclina y almacenamiento en tanque de agua estratificada, pero en todos los casos la diferencia significativa es que se toman precauciones para mantener la estratificación vertical de la columna de agua, es decir, para mantener el agua caliente en la parte superior del tanque mientras que el agua en la parte inferior está a una temperatura notablemente más baja.

Esto es deseable en lugares con una amplia gama climática donde la refrigeración en verano es tan importante como la calefacción en invierno, e implica una o más de las siguientes medidas:

• Los distintos circuitos de calefacción y refrigeración deben suministrar el agua caliente o fría a la menor velocidad posible. (Esto implica necesariamente que los circuitos de calefacción y refrigeración cuenten con bombas de velocidad controlada y puertos de tubería con el máximo diámetro factible).
• Para aplicaciones de refrigeración, el agua fría se expulsa por la parte inferior y el agua caliente (de retorno) se introduce por la parte superior.
• Los sistemas de calefacción expulsan el agua caliente por la parte superior y devuelven el agua fría por la parte inferior.
• Dispositivos que mejoran la estratificación dentro del tanque de almacenamiento de agua caliente (aunque si la velocidad de entrada del agua es lo más baja posible, esto podría no ser necesario).
• Se requiere un sistema de control de calor más avanzado ^{[ 7 ] .}

Cuando un tanque de almacenamiento de agua caliente estratificado tiene circuitos de agua cerrados, las temperaturas del agua pueden alcanzar entre 90 y 95  °C en la parte superior y entre 20 y 40  °C en la parte inferior. El agua en reposo y sin perturbaciones es un conductor de calor relativamente deficiente en comparación con el vidrio , los ladrillos y la tierra .

(Ilustrado con un lago en calma, donde la superficie del agua puede estar agradablemente cálida para nadar, pero las capas más profundas pueden estar tan frías que representan un peligro para los nadadores, el mismo efecto que da lugar a los avisos en los muelles de Londres que advierten de "Peligro: Aguas frías y profundas").

Por consiguiente, se puede almacenar un volumen arbitrario de agua caliente, siempre que se mantenga la estratificación. En este caso, no debe haber placas ni tubos metálicos verticales, ya que conducirían el calor a través de las capas de agua, anulando el propósito de la estratificación. Cuando se emplea eficazmente, esta técnica permite mantener el agua a una temperatura de hasta 95  °C (justo por debajo del punto de ebullición), lo que resulta en una mayor densidad energética . Esta energía puede almacenarse durante mucho tiempo siempre que el agua caliente permanezca sin diluir.

Dependiendo de la finalidad de las instalaciones, los intercambios de agua que toman diferentes niveles permiten seleccionar temperaturas de agua adecuadas al uso requerido. ^{[ 8 ]}

En muchos sistemas de calefacción solar, los parámetros energéticos se pueden leer en función del tiempo, desde el tiempo de "permanencia" necesario para transformar la luz del día en calor, hasta la temperatura máxima del agua caliente cerca de la parte superior del tanque. ^{[ 1 ]}

Cuando el flujo comienza desde la salida superior, el agua fría entra al tanque por la parte inferior. Esta caída de temperatura hace que el termostato encienda la resistencia eléctrica en la parte inferior del tanque. Cuando se vacía la parte superior del tanque, el agua caliente es reemplazada por agua relativamente más fría, y el termostato superior enciende la resistencia superior. Cuando el flujo se detiene, las resistencias permanecen encendidas hasta que se alcanzan sus valores de ajuste. ^{[ 9 ]}

Si bien es común que los termostatos superior e inferior estén configurados de manera diferente para ahorrar energía, el hecho de que el agua caliente suba significa que el termostato que controla la resistencia superior debe suministrar la corriente más caliente, mientras que la resistencia inferior debe suministrar la más tibia.

Si los termostatos de un sistema de este tipo están invertidos (agua tibia desde arriba, agua caliente desde el centro), no solo puede afectar la eficiencia energética del sistema, sino que también puede resultar peligroso suministrar agua hirviendo a una salida de agua caliente sanitaria, o si se dirige a lavadoras con agua tibia, dañarlas irreparablemente.

El agua caliente puede causar quemaduras dolorosas y peligrosas , especialmente en niños y ancianos. La temperatura del agua en la salida no debe superar los 49 grados Celsius. Algunas jurisdicciones establecen un límite de 49 grados para la temperatura de consigna del tanque. Por otro lado, el agua almacenada por debajo de los 60 grados Celsius puede favorecer el crecimiento de bacterias, como las que causan la legionelosis , lo que representa un peligro particular para las personas con sistemas inmunitarios debilitados. Una solución técnica sería el uso de válvulas mezcladoras en las salidas de lavabos, bañeras o duchas, que mezclarían automáticamente agua fría para mantener una temperatura máxima inferior a 49 °C. Una propuesta para incorporar esto al código de construcción de Canadá no prosperó. ^{[ 10 ]}

• Código Mecánico Uniforme
• Código Uniforme de Plomería
• Código Uniforme de Energía Solar e Hidráulica