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COMPORAMIENTO ENERGÉTICO DE TERMOS ELÉCTRICOS FRANCISCO JAVIER REGUERA REGUERA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INSDUSTRIALES DEPART. INGENIERÍA ENERGÉTICA 19/11/2007 SEVILLA

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COMPORAMIENTO ENERGÉTICO DE

TERMOS ELÉCTRICOS

FRANCISCO JAVIER REGUERA REGUERA

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INSDUSTRIALES

DEPART. INGENIERÍA ENERGÉTICA

19/11/2007

SEVILLA

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1.- INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 2 2.- OBJETIVO DEL PROYECTO ............................................................................... 3 3.- DESCRIPCIÓN GENERAL .................................................................................... 4 4.- ESTUDIO PRELIMINAR ....................................................................................... 5 5.- DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS............................................................................... 8 5.1.- SITUACIÓN DEL MERCADO ACTUAL ................................................... 13 5.2.- ELECCIÓN DEL TERMO ELÉCTRICO .................................................... 17 5.2.1.- TERMO DE ACUMULACIÓN SIMPLE ................................................... 17 5.2.2.- TERMO DE ACUMULACIÓN BIPOTENCIA ......................................... 19 5.2.3.- TERMO DE CALENTAMIENTO INSTANTÁNEO................................. 21 5.3.- MARCO TARIFARIO .................................................................................... 22 5.3.1.- TARIFAS EXISTENTES............................................................................ 23 5.3.2.- ESTRUCTURA DE LAS TARIFAS .......................................................... 25 5.3.3.- TARIFA ANUAL .......................................................................................... 29 5.4.- BALANCES TÉRMICOS ............................................................................. 31 5.4.1.- TERMO DE ACUMULACIÓN................................................................... 31 5.4.2.- TERMO INSTANTÁNEO........................................................................... 33 6.- ENSAYOS.............................................................................................................. 36 6.1.- BANCO DE ENSAYOS ................................................................................. 36 6.2.- ENSAYOS A REALIZAR .............................................................................. 41 7.- ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE MEDIDAS. ................................................. 43 7.1.- TERMO ACUMULACIÓN SIMPLE ............................................................. 43 7.2.- TERMO ACUMULACIÓN DOBLE POTENCIA ........................................ 51 7.3.- TERMO INSTANTÁNEO............................................................................... 57 8.- ESTUDIO COMPARATIVO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................... 73 9.- CONCLUSIONES .................................................................................................. 79 10.- ANEXOS ............................................................................................................... 83 10.1- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS TERMOS........................... 83 10.2.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS EQUIPOS DE MEDIDA ................. 84 10.3.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS TERMOS.......................... 85 11.- BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 89

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1.- INTRODUCCIÓN

Hoy por hoy el uso de agua caliente en los hogares se hace imprescindible, a

pesar de que alguien pueda pensar que una ducha de agua fría es estimulante.

En la actualidad, el consumo de agua caliente sanitaria (ACS en adelante)

representa un porcentaje elevado en el consumo energético de los hogares.

Debido a que dicho consumo está creciendo considerablemente, se hace

interesante la posibilidad de un estudio energético de las distintas posibilidades

de producción de ACS a fin de optimizar el gasto energético asociado a su

producción.

Existen diversas alternativas de obtener agua caliente, cada una de ellas con

una eficiencia, un coste y un impacto ambiental diferente. Las formas más

destacables de producción de ACS son mediante termos eléctricos, termos de

gas o paneles solares.

Este estudio forma parte de un proyecto mucho más ambicioso, donde se hace

la comparativa entre las formas de producción anteriormente mencionadas. En

el presente documento únicamente se valorará la producción de ACS mediante

termos eléctricos.

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2.- OBJETIVO DEL PROYECTO Como se ha dicho anteriormente este estudio solamente se realizará para

termos eléctricos. El objetivo de este proyecto es realizar un estudio

comparativo de la eficiencia energética y exergética de una instalación de

A.C.S, con la intención de determinar cual de ellos será más eficiente

energética y exergéticamente, lo cual no significa que también lo sea

económicamente.

Se van a estudiar tres tipos diferentes de termos, un termo de acumulación

simple, un termo de acumulación bipotencia o doble potencia y un termo de

calentamiento instantáneo.

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3.- DESCRIPCIÓN GENERAL

En un primer lugar se hace referencia al trabajo preliminar, tanto en lo referente

a la búsqueda de información, adquisición de equipos, etc..

En un segundo bloque se hace una descripción general sobre el

funcionamiento de los termos eléctricos, sobre el mercado y el marco tarifario

actual y los balances térmicos necesarios.

En el tercer bloque se explica la disposición y los equipos existente en el banco

de ensayo y se describen los ensayos que se que se pueden realizar en dicho

banco.

En el cuarto bloque se tratan los resultados obtenidos en los ensayos de forma

que se pueda realizar un análisis posterior.

En el siguiente bloque se describe el estudio comparativo entre los termos

eléctricos tanto entre ellos como con los datos facilitados por los fabricantes.

En el último bloque se recogen las conclusiones del estudio.

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4.- ESTUDIO PRELIMINAR

Al tratarse de un proyecto experimental, lo primero fue plantearse que es lo que

se quería hacer. Una vez que esto estaba claro, se pasó a la adquisición de

todos los equipos necesarios para llevarlo a cabo los ensayos. Se comenzó

sondeando el mercado de termos eléctricos. El trabajo consistió en buscar

todos los catálogos posibles de los termos existentes, para conocer las

características de cada equipo.

Una vez estudiado el mercado actual, se pudo concluir que existen diferentes

marcas y modelos, cada uno de ellos con diferentes características, las cuales

habrá que estudiar con detalle. Las principales marcas existentes en este

mercado son: Aparici, Negarra, Fagor, Cointra, Fleck, Junkers, Gabarrón,

Ariston, Edesa, Chaffoteaux, Saunier-Duval, Siemens, Thermor, Climastar y

Ducasa.

Observando la gama de termos existente en el mercado, se puede decir que en

la actualidad los termos de simple potencia son los que más abundan dado que

estos existen desde hace años y la tecnología está suficientemente estudiada,

quedando relegados a un segundo plano los de bipotencia y los instantáneos

que son más recientes.

A la hora de elegir los equipos para el estudio, se intentó que en ellos

predominaran las características más comunes existentes en el mercado. De

tal forma que el estudio esté basado en equipos que posteriormente sean

accesibles para los usuarios en cualquier establecimiento.

Una vez que se decidió cuales eran los equipos a estudiar, se pasó a adquirir lo

equipos de medida necesarios. Para ello me puse en contacto con varias

empresas distribuidoras de aparamenta de medida, entre ellas CYMA

Instrumentación y PROCOM (finalmente los equipos se adquirieron aquí). La

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aparamenta se eligió teniéndose en cuenta los rangos de medida y las

precisiones que se estimaron necesarias, según la normativa UNE-EN 60379:2005. Para medir el consumo de los termos, Sevillana-Endesa nos cedió

un analizador de redes. Este equipo requirió la instalación de una pequeña

instalación de protección, junto con unos trafos, ya que las intensidades de

trabajo eran elevadas, para realizar una medida indirecta, que también se tuvo

que montar.

Cuadro de protección para trafos

Una vez que se dispuso de todos estos equipos, se llevo a cabo el montaje de

la instalación en la azotea de la Escuela Superior de Ingenieros, para

posteriormente llevar a cabos los ensayos pertinentes. El banco se decidió

montarlo de tal forma que los ensayos se realicen de uno en uno y no los tres

termos a la vez, dado ensayar todos lo equipos a la vez, se habría necesitado

el triple de aparamenta de medida, lo que hubiera elevado muchísimo el coste

de proyecto, además del espacio que no se disponía.

Posteriormente, una vez que estuvo el banco de ensayo completamente

conectado, se llevaron a cabo los ensayos oportunos, guardando los valores

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obtenidos en un ordenador mediante una tarjeta de adquisición de datos, con la

intención de disponer de ellos a la hora de realizar el estudio comparativo.

Finalmente con los datos obtenidos se realizó el estudio.

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5.- DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

Se van a ensayar tres tipos de termos diferentes, un acumulador de simple

potencia, un acumulador de doble potencia y un termo instantáneo.

Los termos de acumulación se caracterizan porque calientan agua estanca en

el acumulador, mientras que el termo instantáneo calienta el agua al paso de

ésta por la resistencia, sólo en el momento que se necesita.

El principio de funcionamiento de los termos de acumulación es sencillo, dado

que se basa en la utilización de una resistencia eléctrica para transferir calor al

agua. La resistencia se activa mediante un termostato de regulación, que

permite programar y mantener constante la temperatura del agua del depósito.

El tratamiento de la superficie interior es muy importante, porque en base a

esta, el calentador tiene un periodo de garantía diferente. Además para

proteger esta superficie ante fenómenos de corrosión, está incorporada una

barra de magnesio o titanio, que tienen la función de ánodo y que se tiene que

sustituir cada cierto tiempo para su buen funcionamiento.

Los termos de acumulación son perfectos cuando se demandan medianas y

grandes caudales de agua caliente y cuando se tienen varios puntos de

consumos a la vez.

Los termos de acumulación simple se caracterizan porque trabajan con una

única potencia de trabajo, no permitiendo ningún control. Por el contrario, los

acumuladores bipotencia se caracterizan porque tienen dos potencias de

trabajo, una potencia normal y otra doble potencia, según las necesidades que

requiera el usuario. Este accionamiento se realiza de forma manual.

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Los termos instantáneos tienen la diferencia que no acumulan el agua caliente.

Éstos están dotados de unos detectores de flujo que en cuanto perciben flujo

de agua automáticamente ponen en marcha unas resistencias de gran potencia

capaces de calentar el agua instantáneamente. Este tipo de termos ofrecen un

caudal de agua caliente permanente, siendo mucho más pequeños que los de

acumulación. La regulación puede ser tanto hidráulica como electrónica.

Los termos instantáneos son idóneos para cuando se dispone de una gran

potencia eléctrica y no se precisa de altos caudales de A.C.S.

Los componentes principales de un termo eléctrico son los siguientes:

Depósito de acumulación: Puede ser de acero, cobre, acero inoxidable

o material plástico. En general es de acero con un recubrimiento anti-

corrosión. De esta manera el agua se calienta a una cierta temperatura

durante un tiempo que depende de la capacidad del depósito, de la

potencia de la resistencia eléctrica y de la temperatura de entrada del

agua. Existe una amplia gama de tamaños de los depósitos de

acumulación, desde 10 hasta 300 litros. Aunque depósitos de 200 ó 300

litros son difíciles de encontrar.

Resistencia eléctrica de calentamiento: Es de tipo blindado,

normalmente sumergida en el agua o también de tipo cerámico

encerrada en una vaina de inmersión. La resistencia envainada aumenta

la capacidad de transmisión de calor, reduce las deposiciones de cal y

alarga la vida del termo. Otra ventaja de las resistencias envainadas es

que en caso de sustitución se puede hacer sin vaciar la cuba del

depósito.

Termostato: Controla la temperatura del agua según el valor elegido por

el usuario o prefijado por el fabricante, evitando de esta forma posibles

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sobrecalentamientos que podrían causar daños en el termo. Algunos

modelos permiten que el usuario pueda regular la temperatura.

Recubrimiento de aislamiento térmico: Este tiene la función de

mantener la temperatura del agua almacenada, evitando pérdidas de

calor a través de las paredes del termo. En el actual mercado estudiado,

la totalidad de los productos usan espuma de poliuretano exentos de

CFC’s.

Ánodo de protección: Es un elemento anticorrosivo que actúa

garantizando una perfecta protección electroquímica. El ánodo se va

consumiendo para proteger, por lo que conviene vigilarlo y cambiarlo en

caso de desgaste total. En general el ánodo es de magnesio, aunque

también los hay de titanio, pero sólo en algunos modelos de Thermor.

Envolvente exterior: Este encierra a todo el conjunto. Fabricada en

chapa de acero pintada, generalmente de blanco.

En la siguiente figura se pueden ver todos los componentes.

Componentes termo eléctrico

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Además de los componentes, existen una serie de características importantes,

diferentes en cada termo. Posteriormente, estas nos ayudarán en la selección

del mismo. Las características son:

Espesor de aislamiento: Es muy variable según las marcas y modelos.

Es importante, dado que según su espesor se tendrán más o menos

pérdidas. En el mercado se encuentran espesores desde 28 hasta 55

mm, según las distintas marcas y modelos. En general lo de mayor

espesor según indican los fabricantes, son usados para termos cuyo fin

es usarlo con tarifa eléctrica nocturna.

Potencia eléctrica de trabajo: La potencia eléctrica también es muy

variable según marcas y modelos. A mayor volumen del depósito de

acumulación, se requieren mayores potencias. Para termos de

acumulación, las potencias de los termos estudiados varían desde 1150

W usados por algunos termos de simple potencia de 100 l, hasta los

2500 W usados por los de doble potencia. En termos de calentamiento

instantáneos se requieren potencias muy superiores, que pueden variar

desde las 3,3 kW hasta los 27 kW usados por los termos Siemens.

Tensión de alimentación: Existen tanto monofásicos a 230 V, como

trifásicos a 400 V.

Caudal instantáneo: es el caudal volumétrico que pasa por el termo.

Los caudales instantáneos que ofertan la gama instantánea depende del

incremento de temperatura que se tenga, a mayor diferencia de

temperatura respecto a la temperatura de entrada del agua, menor será

el caudal disponible. Para un incremento de temperatura de 25 ºC la

gama de producto estudiada varía entre 2 l/min que ofrecen algunos

modelos hasta los 15,4 que ofrecen otros. Sin embargo, para un

incremento de temperatura de 38 los caudales varían desde 1,4 l/min

hasta los 10,1 l/min.

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Tiempo de calentamiento del agua: es el tiempo que tarde el agua en

calentarse, suponiendo una temperatura de entrada de agua a 15ºC y un

incremento de temperatura mayor de 50ºC. Este tiempo depende tanto

del volumen, el tipo de resistencia eléctrica, las propiedades del

aislamiento, etc… Por lo que como según modelos y marcas estas

características cambian mucho, se tienen distintos tiempos de

calentamientos para termos aparentemente iguales. Los modelos

estudiados varían desde 1h 56’ hasta las 5h 40’.

Temperatura de consigna: La temperatura de control. Esta

temperatura es más estándar en todos los productos. Existen modelos

con temperatura de consigna de 65, 70, 75, 80, 81 y 85 ºC.

Presión máxima de trabajo: La presión es también bastante común en

los modelos, variando desde 5,5 hasta 10 bares. Siendo en general

valores de 8, 9 ó 10 bares los más comunes existentes en el mercado.

Posicionamiento: posibilidad de colocarlo horizontal, vertical o sobre

suelo. Actualmente existen muchos modelos multiposición, que permiten

colocarse tanto horizontal como verticalmente.

Disponibilidad de termostato de seguridad. Disponibilidad de depósito esmaltado: que protege del deterioro del

mismo.

Grado de protección: es el índice de protección de la penetración de

agua y polvos en la instalación eléctrica.

Pérdidas de calor: Se refieren a las pérdidas de calor durante 24 horas,

suponiendo que la temperatura del agua del depósito es 65ºC, de

acuerdo a la normativa HD 500 S1.

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Peso. Precio.

En el anexo 1, se recogen todas las características que existen en el mercado

para las diferentes marcas y modelos.

5.1.- SITUACIÓN DEL MERCADO ACTUAL

Actualmente el mercado dispone de una gran variedad de modelos

tecnológicamente diferentes.

En relación a los volúmenes de acumulación, en el mercado existen

acumuladores desde 20-30 litros hasta 200-300 litros. Siendo los de mayor

volumen difíciles de encontrar. Los más habituales son los acumuladores de

100 litros, que según informan los fabricantes son los que abastecerían las

necesidades de una familia de 3 ó 4 miembros.

El tipo de aislamiento más común es la espuma de poliuretano expandido con

ausencia de CFC y HCFC, que ayuda a conservar y mantener el medio

ambiente. Dependiendo de su densidad, dato que los fabricantes no lo aportan

con facilidad, de la forma de aplicación y el espesor del mismo, tendrá unas

características específicas que impedirán las pérdidas de calor a través de las

paredes del termo. El espesor de aislamiento no es constante, ya que al ser

proyectado es difícil que sea homogéneo. Tanto el tipo de aislamiento como el

espesor del mismo son características muy interesantes desde el punto de

vista térmico, y serán importantes a la hora de la selección del aparato. El

espesor es muy variable según las marcas como se puede ver en el anexo 1.

El espesor puede variar entre 28 cm que utilizan algunos modelos de Fagor,

hasta 55 cm que usa los termos Aparici o Cointra. En particular, la marca

Junkers usa un asilamiento aproximado de 50 cm. Espesor muy usados son 32

ó 37 cm que usan los termos Edesa.

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Las potencias instantáneas de los termos también varían bastante.

Generalmente van acorde con la capacidad del depósito, a mayor capacidad,

mayor potencia eléctrica. Para volúmenes de 100 litros las potencias van desde

1150 W usado en el modelo Elba 100 de Fleck, hasta los 2400 W que usa

Thermor en su modelo GV ACI TEC 100. Después de estudiar los distintos

catálogos, se puede decir que las potencias más comunes son 1500 y 1600 W.

Para los termos de 150 litros de capacidad, las potencias existentes son

mayores. Estas van desde 1800 W hasta 2400W. La potencia más usada es

1800 W. A su vez, para termos de 300 litros, sólo existen potencias de 3000 ó

3200 W, siendo la primera la más común.

La tensión de suministro requerida es monofásica a 230 V, aunque para los

modelos de 300 litros de Saunier-Duval, se requiere una potencia trifásica de

380 V.

Otra característica muy importante desde el punto de vista termo-económico es

el tiempo de calentamiento. El tiempo de calentamiento es el tiempo que

transcurre desde que se llena el depósito y se conecta la resistencia de

calentamiento hasta que se produce el paro de la resistencia al actuar el

termostato. La medición de esta temperatura se lleva a cabo bajo la norma

UNE-EN 60379:2005. Algunas marcas, como Chaffoteaux, el tiempo de

calentamiento que ofrecen en sus catálogos no vienen dados de acuerdo a

esta normativa. Este tiempo de calentamiento puede variar entre las 1h 56’ que

tarda el modelo TE 100 de Cointra, hasta las 6h que tarda el modelo GZT ACI

TEC 300 de Thermor. Lógicamente en general, al aumentar el volumen de

acumulación, este tiempo aumenta.

La mayoría de los termos eléctricos traen un termostato regulable desde el

interior. Aunque para comodidad del usuario, sería aconsejable tenerlo en el

exterior, cosa que algunos modelos lo tienen.

La disposición de acumulador es característica importante, ya que según sea

horizontal o vertical, variará la estratificación del agua.

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La disponibilidad de que el depósito de acumulación esté esmaltado permite

una protección del mismo frente a la corrosión. Los modelos que usan

esmaltado lo suelen tener de titanio vitrificado a 850 ºC. La mayoría de las

marcas lo incorporan en la casi totalidad de sus modelos.

El ánodo de protección es algo común en todas las marcas. La mayoría usan

un ánodo de magnesio, excepto la marca Thermor, que en su gama ACI, usa

ánodos de titanio.

Actualmente, por lo que he observado en el mercado, hay una tendencia a que

la resistencia de calentamiento sea de tipo envainada, ya que según los

fabricantes, se deterioran menos y en caso de sustitución son más fáciles de

hacer. Las resistencias envainadas suelen ser de origen cerámico, mientras

que las de tipo blindado suelen ser de cobre.

Según la normativa UNE-EN 60335-2-21:2004, el grado de protección para

instalaciones exteriores debe ser por lo menos IPX4, esto quiere decir que la

protección del equipo en el interior contra los efectos de penetración de agua

debe ser tipo 4, es decir que el agua proyectada en todas las direcciones no

deberá tener efectos perjudiciales, mientras que para el resto de calentadores

de agua debe ser por lo menos IPX1, es decir, que la caída de gotas verticales

no deberá producir efectos perjudiciales. En el mercado se ha observado que

existen distintos tipos de protección. IP24, que usan Aparici, Fagor, o Edesa

entre otros, IP25 que usa Gabarrón y Thermor y Fleck en algunos modelos,

IPX1 e IPX4 que usa Fleck e IP44 que usa Saunier-Duval.

Las pérdidas de calor dependerán del tipo de aislante, del espesor del mismo,

de la superficie del termo, de la temperatura ambiente, etc… Este es otro factor

importante para el estudio termo-económico. Se puede ver que en general, al

aumentar el volumen del depósito, estas pérdidas aumentan. Esto es lógico,

pues la superficie de contacto con el ambiente es mayor. Las pérdidas de calor

se valoran como las pérdidas en 24 horas. Para termos de 100 litros varía entre

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1,02 y 1,85 kW/24h, para los de 150 litros entre 1,25 y 2,1 kW/24h, y para 300

litros entre 2,05 y 2,9 kW/24h.

El peso de los termos también es variable. Pero en principio será una

característica sin mucha importancia a la hora de elegir.

Naturalmente el precio es otra de las variables que se tendrá en cuenta a la

hora de la selección del equipo. Para termos de 100 litros el precio medio ronda

los 300 €, para los de 150 litros los 350 € y para los de 300 los 700 €

aproximadamente.

Las características de los modelos bipotencia son las mismas que los modelos

de potencia simple y del mismo orden, con la diferencia que los bipotencia

presentan 2 resistencias de calentamiento independientes, trabajando una o las

dos a la vez. En principio no se ha encontrado termos bipotencia con depósitos

de acumulación de 300 litros.

Lógicamente el precio de los bipotencias es algo más elevado que los de

simple potencia. Rondando los 350 € para 100 litros y 500 € para los 150 litros.

Los termos instantáneos se caracterizan porque requieren potencias muy

elevadas respecto a los termos de acumulación. Tanto el tamaño como el peso

son inferiores a los anteriores.

Como se ha dicho anteriormente, los termos eléctricos tienen dos formas de

regulación. La regulación hidráulica se caracteriza porque el control lo realiza

mediante una membrana que a su vez se conecta a la resistencia. La

regulación electrónica se realiza mediante un caudalímetro y la temperatura

solicitada, obteniéndose un control preciso de la temperatura.

En los termos instantáneos las potencias van desde los 3,3 kW usado en el

modelo CRH 3 de Ducasa, con control hidráulico, hasta los 27 kW que usan los

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modelos DEX 18/27 y DSX 18/27 de esta misma marca. Para grandes

potencias, se necesitan conexiones eléctricas trifásicas, mientras que para

potencias menores sería suficiente con potencias monofásicas. Esto será un

dato a tener en consideración, ya que el costo eléctrico en este tipo de termos

es muy elevado.

Los caudales de agua varían según los modelos. A mayor salto térmico el

caudal que permite calentar es menor. Pueden variar desde los 3,5 l/min que

tienen los termos Fagor hasta las 10 l/min que tienen los modelos DEX 18/27 y

DSX 18/27.

Los termos eléctricos instantáneos tienen diferentes precios, los hay desde

precios más asequibles, como los de la marca Ducasa, hasta los más caros de

Siemens. Los de regulación electrónica tienen un precio muy superior a los de

regulación hidráulica.

5.2.- ELECCIÓN DEL TERMO ELÉCTRICO

5.2.1.- TERMO DE ACUMULACIÓN SIMPLE

A la hora de elegir los termos a ensayar, se ha intentado que tengan las

características más comunes existentes en el mercado, para que el estudio se

asemeje a lo que posteriormente el usuario puede instalar en su hogar.

Teniendo en cuenta todas estas ellas, se ha decido escoger el modelo TEI-100

de la marca Aparici.

Las características de este modelo son:

o Volumen de acumulación: 100 litros

o Diseño cuadrangular

o Excelente comportamiento nocturno

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o Control digital de la temperatura grado a grado

o Pulsador independiente de temperatura anticongelación (7ºC). Evita la

congelación de la instalación en ausencias prolongadas de la vivienda

o Pulsador independiente de temperatura económica (55ºC). Optimiza la

relación entre el agua caliente acumulada y las pérdidas de calor al

exterior. Especialmente indicado para aguas duras (calcáreas)

o Resistencias envainadas. Fácil de sustitución sin necesidad de vaciar

el termo. La existencia de dos resistencias paralelas garantiza el

funcionamiento de una del ellas en caso de avería de la otra.

Instalación siempre en vertical.

o Aislamiento de poliuretano expandido

o Densidad: 35-40 km/m3 (10ºC)

o Conductividad: 0,025 W/mºC (20ºC)

o Aislamiento: 55 mm

o Potencia eléctrica: 2x1000 W

o Tensión de suministro: 230 V

o Tiempo de calentamiento 10- >60ºC: 3h 47’

o Temperatura de consigna: 75 ºC

o Presión máxima: 10 bar

o Grado de protección: IP24

o Pérdidas de calor: 1,11 kW/24h

o Peso lleno: 141 kg

o Precio: 337 €

El espesor de aislamiento de los mayores del mercado, pero debido a que es

de potencia simple se ha preferido un aislamiento superior que lo contrarreste.

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Termo Aparici

5.2.2.- TERMO DE ACUMULACIÓN BIPOTENCIA

Después de estudiar los modelos existentes, e intentando nuevamente que sea

un termo donde se tenga las características más comunes en el mercado, se

ha decidido seleccionar el modelo RB-100 N3 de Fagor, cuyas características

paso a resumir en el siguiente cuadro.

o Volumen de acumulación:100 litros

o Forma exterior redonda

o Reversible: instalación vertical y horizontal

o Resistencias envainadas independientes

o Cuba de acero con esmalte al titanio vitrificado a 850 ºC

o Termostato regulable con mando frontal

o Interruptor bipotencia

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o Piloto de calentamiento

o Ánodo de magnesio

o Superaislamiento de poliuretano expando sin CFC

o Sensor termostático envainado

o Termostato de seguridad

o Manguitos aislantes

o Válvula de seguridad con dispositivo de vaciado

o Exterior con recubrimiento de pintura epoxi

o Densidad: 30 kg/m3 (10 ºC)

o Conductividad: 0,022 W/mºC (10 ºC)

o Espesor aislamiento: 33 mm

o Potencia eléctrica: 1800 W

o Tensión de suministro: 230 V

o Tiempo de calentamiento 10 - >60ºC: 3h 15’

o Temperatura de consigna: 70 ºC

o Presión máxima: 10 bar

o Grado de protección: IP24

o Pérdidas de calor: 1,09 kW/24h

o Peso vacío: 33,5 kg

o Precio: 270 €

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Termo Fagor

5.2.3.- TERMO DE CALENTAMIENTO INSTANTÁNEO

Se ha intentado seleccionar un termo capaz de suministrar un caudal suficiente

para una familia de cuatro miembros, intentando que consuma poca potencia y

a ser posible lo más barato posible. Por todo esto, y por las dificultades

encontradas en el mercado por la poca variedad y disponibilidad de este tipo de

aparatos, se ha terminado eligiendo el modelo DH18200 de Siemens, cuyas

características son las siguientes:

o Potencia nominal: 18 kW

o Regulación electrónica

o Regulación de temperatura de salida hasta: 35-60 ºC

o Presión mínima de conexión: 0.7 bar

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o Caudal a potencia nominal con entrada a 12ºC y salida a 38ºC: 9,9

l/min

o Caudal a potencia nominal con entrada a 12ºC y salida a 60ºC: 5,5

l/min

o Tensión de suministro: 400 V trifásica

o Dimensiones: 472x236x139

o Peso: 3,9 kg

o Precio: 728 €

Termo Siemens

5.3.- MARCO TARIFARIO

La tarifa eléctrica se establece de acuerdo a la ley 54/1997, de 27 de

noviembre del sector eléctrico, anualmente o cuando las circunstancias

especiales lo aconsejen, previos los trámites e informes oportunos. El gobierno

mediante Real Decreto establecerá o modificará la tarifa media o de referencia.

Normalmente esta tarifa se establece a finales de diciembre del año anterior.

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5.3.1.- TARIFAS EXISTENTES

El sistema tarifario actual se estructura en torno a unas tarifas generales en

función de la tensión de suministro y la utilización de la potencia contratada, a

los cuales puede acogerse cualquier tipo de consumidor distribuidores (solo

aplicable a pequeños distribuidores existentes), grandes abonados y tarifas

domésticas (cuya estructura fue modificada por el Real Decreto 1634/2006, de

29 de diciembre), condicionados o bien al uso de la energía o bien a las

características del suministro, las dos últimas.

Además, desde 1994, se creó una tarifa para grandes consumidores, la tarifa

horaria de potencia, que en sus precios básicos de potencia y energía integra

todos los componentes del coste.

En la actualidad, la definición de las tarifas vigente se encuentra recogida en la

Orden de 12 de enero de 1995, con sus modificaciones posteriores. Entre estas

modificaciones destacan:

- Cambio en la estructura de las tarifas 1.0, 2.0 y 3.0, recogido en el Real

Decreto 1634/2006, de 29 de diciembre.

- Desaparición de las tarifas de usos específicos.

Las tarifas del suministro de energía eléctrica en alta tensión desaparecerán el

1 de enero 2010, según se recoge en el artículo 19, apartado cuatro del Real

Decreto-Ley 6/2000, de 23 de junio de Medidas Urgentes de Intensificación de

la Competencia en Mercados de Bienes y Servicios, en la redacción dada por

la Ley 24/2005, de 18 de noviembre, de reformas para el impulso a la

productividad.

Por lo tanto, las tarifas actuales quedan de la siguiente forma:

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Baja tensión:

1.0: Menor de 1 kW 2.0.1: Mayor de 1 kW y no superior a 2,5 kW 2.0.2: Mayor de de 2,5 kW y no superior a 5 kW 2.0.3: Mayor de 5 kW y no superior a 10 kW 3.0.1: Mayor de 10 kW y no superior a 15 kW

3.0.2: Mayor de 15 kW Alta tensión:

Corta utilización:

1.1 General no superior a 36kV 1.2 General mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV. 1.3 General mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV. 1.4 Mayor de 145 kV

Media utilización:

2.1 No superior a 36 kV 2.2 Mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV 2.3 Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 2.4 Mayor de 145 kV

Larga utilización:

3.1 No superior a 36 kV

3.2 Mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV 3.3 Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 3.4 Mayor de 145 kV

Tarifa G.4 de grandes consumidores Tarifa venta a distribuidores (D)

D.1: No superior a 36 kV D.2: Mayor de 36 kV, y no superior a 72,5 kV D.3: Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV D.4: Mayor de 145 kV

25

5.3.2.- ESTRUCTURA DE LAS TARIFAS

La facturación que tiene un consumidor, de acuerdo con la actual estructura

tarifaria de la compañía eléctrica tiene una fórmula binómica (ver figura), con un

término debido a la potencia contratada y otro debido a la energía consumida.

A esta factura básica se le aplicarán los recargos o descuentos

correspondientes a los cuatro complementos tarifarios existentes, energía

reactiva, discriminación horaria, estacionalidad e interrumpibilidad. De aquí se

obtiene el precio final, sumándole los costes debidos a alquiler de equipos de

medidas e impuestos.

Estructura de la factura

Complementos

• Discriminación horaria

El complemento por discriminación horaria establecido en la actual estructura

tarifaria, tiene en cuenta el distinto coste de la energía eléctrica en cada

periodo horario. Su objetivo fundamental es lograr el aplanamiento de la curva

de carga diaria.

IMPUESTOS Y ALQUILER DE EQUIPOS

TÉRMINO DE ENERGÍA €/kWh x Consumo kWh

OPCIONALES Estacionalidad

Interrumpibilidad

ESTRUCTURA DE TARIFAS TIPO BINOMIO

FACTURACIÓN BÁSICA

TÉRMINO DE POTENCIA €/kW y mes x Potencia a facturar

kW

GENERALES Discriminación horaria

Energía reactiva

FACTURA TOTAL

COMPLEMENTOS

26

Se valora como un descuento o recargo en euros función de la forma de

consumo y del término de energía de media utilización del escalón

correspondiente.

Existen cinco tipos de discriminación horaria siendo un derecho del consumidor

elegir el que más se ajuste a sus necesidades:

- Tipo 0: "Tarifa nocturna". Se aplica solo a los abonados de la tarifa 2.0

(domésticos), durante 16 horas diarias tiene un recargo del 3% y durante

8 horas al día un descuento del 55%. Para facilitar su aplicación, este

complemento desde 1997, se ha integrado directamente en el precio de

la energía. En la actualidad, únicamente resulta de aplicación a los

suministros que estuvieran acogidos a esta opción tarifaria a la entrada

en vigor del Real Decreto 1634/2006, de 29 de diciembre.

Adicionalmente, existe un complemento sustitutivo del tipo 0 para los

consumidores que dispongan del equipo de medida y que tengan

contratadas las tarifas 1.0, 2.0.1, 2.0.2, 2.0.3 ó 3.0.1, que diferencia dos

períodos tarifarios al día.

La duración de cada período será la que se detalla a continuación:

Períodos horarios Duración Punta 10 horas/día Valle 14 horas/día

Se considerarán como horas punta y valle en todas las zonas las siguientes:

INVIERNO VERANO

Punta Valle Punta Valle 11-21 0-11

21-24 12-22

0-12 22-24

27

Los cambios de horario de invierno a verano o viceversa coincidirán con la

fecha del cambio oficial de hora.

- Tipo 1: Se aplica a los abonados que no hayan optado por otro tipo de

complemento, tiene un recargo del 20% en toda la energía consumida.

Se aplica a abonados de cualquier tarifa excepto las 1.0 y 2.0.1, 2.0.2,

2.0.3 y 3.0.1 (domésticos), que no hayan instalado contador

discriminador y tengan una potencia inferior a 50 kW. Podrían estar

incluidas aquí pequeñas industrias y comercios.

- Tipo 2: Diferencia dos periodos, por un lado la punta 4 horas al día con

un recargo de 40% y por otro el llano y valle, sin recargo ni descuento.

Los usuarios serían similares a los del Tipo 1.

- Tipo 3: Todos los días del año se dividen en tres periodos, la punta 4

horas al día con recargo del 70%, valle 8 horas al día con un descuento

del 43% y llano 12 horas al día sin recargo ni descuento. El usuario tipo

sería una pequeña o mediana industria.

- Tipo 4: Los días laborables de lunes a viernes se dividen en punta 6

h/día, llano 10 h/día y valle 8 h/día, los sábados, domingo y festivos se

consideran valle las 24 horas, las horas punta tienen un recargo del

100%, y las valle un descuento del 43%.

De uso normal en la industria.

- Tipo 5: En este tipo se distribuyen los días del año en cuatro categorías,

pico 70 días, alto 80 días, medio 80 días y bajo 135 días, dentro de cada

categoría de días se determinan periodos de punta, llano y valle.

Los recargos y descuentos correspondientes son los siguientes:

28

1. Punta de días pico....... 300% de recargo 2. Punta de días alto........ 100% de recargo 3. Llanos......................... sin recargo ni descuento. 4. Valles.......................... 43% de descuento

Usada por grandes industrias con muchas posibilidades de modulación.

• Energía reactiva

Está basado en unos recargos y descuentos porcentuales en función del factor

de potencia y se aplica sobre la totalidad de la facturación básica. Varía entre

un descuento del 4% para cos j = 1 a un recargo del 47% para cos j = 0,5. A las

tarifas 1.0, 2.0.1, 2.0.2, 2.0.3 y 3.0.1 únicamente les es de aplicación el

complemento por reactiva si se midiera un coseno de φ inferior a 0,8.

• Complemento de estacionalidad

Prevé un descuento del 10% sobre el término de energía para los consumos

efectuados en temporada baja (Mayo, Junio, Agosto y Septiembre) y un

recargo del 10% durante la temporada alta (Enero, febrero, Noviembre y

Diciembre), solo aplicable a los abonados que facturen por el Modo estacional

y es incompatible con la discriminación horaria Tipo 5.

• Complemento de interrumpibilidad

De aplicación a los grandes abonados en tarifas generales de A.T. (Potencia

contratada en punta y llano 5MW). Se aplica sobre la facturación básica y

consiste en que el cliente, a cambio de unos determinados descuentos en la

factura, se compromete, durante 5 años, a reducir su demanda y no superar

una potencia preestablecida (Pmax.) en los periodos que se le solicite por parte

de la empresa suministradora.

Los tipos de interrupciones normales a los que pueden acogerse los

consumidores son los siguientes:

29

Tipo Interrupción máxima Preaviso mínimo

A 12 horas 16 horas

B 6 horas 6 horas

C 3 horas 1 hora

D 45 minutos 5 minutos

Además de la modalidad normal, las interrupciones tipo A y B tendrán la

modalidad de aplicación flexible. La Dirección General de la Energía, podrá

establecer un tipo de interrupción automática sin preaviso, incompatible con el

D, disponiendo las condiciones para acogerse, los beneficios y los equipos de

control necesarios.

5.3.3.- TARIFA ANUAL

Las tarifas actuales para el año 2007 son las siguientes, publicadas por el

ministerio de industria, turismo y comercio.

TARIFAS Y ESCALONES DE TENSIÓN TÉRMINO DE POTENCIA

TÉRMINO DE ENERGÍA

Tp: € / kW mes Te: € / kWh BAJA TENSIÓN

1.0 General, Potencia ≤ 1 kW (1) 0,282652 0,063533 2.0.1 General, 1 kW< Potencia ≤ 2,5 kW (1) 1,569577 0,089168 2.0.2 General, 2,5 kW< Potencia ≤ 5 kW (1) 1,581887 0,089868 2.0.3 General, 5 kW< Potencia ≤ 10 kW (1) 1,589889 0,090322 3.0.1 General, 10 kW< Potencia ≤ 15 kW (1) 1,696528 0,096381 3.0.2 General, potencia superior a 15 kW 1,925023 0,092523

ALTA TENSIÓN Tarifas generales: Corta utilización: 1.1 General no superior a 36 kV 2,315084 0,079771 1.2 General mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV 2,189345 0,074902 1.3 General mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 2,115381 0,072693 1.4 Mayor de 145 kV 2,056211 0,070257

30

Media utilización: 2.1 No superior a 36 kV 4,786429 0,073112 2.2 Mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV 4,526297 0,068448 2.3 Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 4,377649 0,066459 2.4 Mayor de 145 kV 4,266164 0,064318 Larga utilización: 3.1 No superior a 36 kV 12,770703 0,060824 3.2 Mayor de 36 kV y no superior a 72,5 kV 11,941728 0,057268 3.3 Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 11,575784 0,055059 3.4 Mayor de 145 kV 11,224775 0,053557 Tarifa G.4 de grandes consumidores 12,165586 0,013936 Tarifa venta a distribuidores (D) D.1: No superior a 36 kV 2,502963 0,052938 D.2: Mayor de 36 kV, y no superior a 72,5 kV 2,362679 0,050501 D.3: Mayor de 72,5 kV y no superior a 145 kV 2,303611 0,048730 D.4: Mayor de 145 kV 2,229778 0,047401

(1) A estas tarifas cuando se aplique el complemento por discriminación horaria de dos períodos se

aplicarán directamente los siguientes precios a la energía consumida en cada uno de los períodos

horarios:

TÉRMINO DE ENERGÍA PUNTA

TÉRMINO DE ENERGÍA VALLE

BAJA TENSIÓN 1.0, 2.0.X y 3.0.1 CON DISCRIMINACION HORARIA

Te: € / kWh Te: € / kWh 1.0 General, Potencia ≤ 1 kW 0,085770 0,033672 2.0.1 General, 1 kW < Potencia ≤ 2,5 kW 0,120377 0,047259 2.0.2 General, 2,5 kW < Potencia ≤ 5 kW 0,121322 0,047630 2.0.3 General, 5 kW < Potencia ≤ 10 kW 0,121935 0,047871 3.0.1 General, 10 kW < Potencia ≤ 15 kW 0,130114 0,051081

El precio medio de los alquileres de los contadores considerando no solo el

precio del propio equipo sino también los costes asociados a su instalación y

verificación así como a la operación y el mantenimiento son los siguientes:

2007 Euros /mes

a) Contadores simple tarifa: Energía Activa Monofásicos: Tarifa 1.0 0,47 Resto 0,54 Trifásicos o doble monofásicos 1,53 Energía Reactiva Monofásicos: 0,72 Trifásicos o doble monofásicos 1,71

31

b) Contadores discriminación horaria: Monofásicos (doble tarifa) 1,11 Trifásicos o doble monofásicos (doble tarifa) 2,22 Trifásicos o doble monofásicos (triple tarifa) 2,79 Contactor 0,15 Servicio de reloj de conmutador 0,91 c) Interruptor de control de potencia por polo 0,03

Para el resto de aparatos y equipos auxiliares de medida y control, el canon de

alquiler se determinará aplicando una tasa del 1,125 por 100 mensual al precio

medio de los mismos considerando no solo el precio del propio equipo sino

también los costes asociados a su instalación y verificación así como a la

operación y el mantenimiento, siendo este porcentaje aplicable igualmente a

los equipos de medida para consumidores cualificados y otros agentes del

mercado.

5.4.- BALANCES TÉRMICOS

A continuación se detallan los balances térmicos necesarios para el ensayo.

5.4.1.- TERMO DE ACUMULACIÓN

Para el termo eléctrico de acumulación se tiene un sistema cerrado, donde las

únicas interacciones existentes son con el medio ambiente y con la resistencia

eléctrica del termo. Con el medio ambiente se tienen pérdidas de calor, al

encontrarse el depósito de acumulación a una mayor temperatura que el

ambiente, mientras que con la resistencia eléctrica se tendrá una ganancia

mediante el trabajo eléctrico transmitido. Al ser un sistema cerrado la cantidad

de materia en el instante inicial es el mismo que en el instante final.

32

• BALANCE ENERGÉTICO

En el balance energético se tiene que la variación de la energía interna de

nuestro sistema será:

WQUUWQWQU Sinicial

Sfinal

RSASFWSFQSS +=−⇒+=+=∆ ∑ ∑ −→→→0

Donde la energía interna sólo dependerá de su estado inicial y su estado final.

El rendimiento energético vendrá dado por el cociente de la diferencia de

energía interna del sistema y el trabajo intercambiado por la resistencia

eléctrica.

eléctrico

Sinicial

Sfinal

FWS

S

energ WUU

WU −

=∆

=∑ →η

Ambiente

Resistencia W

Q0

T1,p1

AmbienteQ0

W

T2,p2

Resistencia

33

• BALANCE EXERGÉTICO

El balance exergético no es más que el balance sobre el volumen del control,

que en este caso es el depósito de acumulación. La exergía del estado inicial

más la exergía de lo que entra es igual a la exergía del estado final más la

exergía de lo que sale más lo que se pierde con el ambiente. En nuestro caso

lo que entra es la exergía del trabajo eléctrico y sólo tenemos pérdidas con el

ambiente.

pérdidasxWxpérdidasx

Qx

Wx

Sx EEEEEE ,,

0 −=−−=∆ ∑ ∑

La diferencia de exergías entre los estados inicial y final vienen dados por la

siguiente expresión:

( ) ( )( ) ( )S

inialSfinal

sinicial

sfinal

Sinicial

Sfinal

Sinicial

Sfinal

sinicial

sfinal

Sinicialx

Sfianlx

Sx

SSTUU

SSTVVpUUEEE

−−−=

=−−−−−=−=∆

0

00,, )(

El rendimiento energético no es más que el cociente del incremento de exergía

entre el estado inicial y final y el trabajo eléctrico.

( ) ( )W

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exerg

−−−=

∆=∑

5.4.2.- TERMO INSTANTÁNEO

Para el caso del termo instantáneo se tiene un sistema abierto, ya que se tiene

un caudal de agua que entra y sale. Al se un sistema abierto, los balances se

harán en términos de potencia. Igual que antes, se tiene iteración con dos

reservorios, el medio ambiente y la resistencia eléctrica.

34

• BALANCE DE MASA

El balance de masa al sistema dice que el caudal másico que entra en el es igual al que sale.

msalidamentradam qqq == ,,

• BALANCE ENERGÉTICO

Se va a suponer que el proceso es estacionario, por lo que la derivada de

cualquier término respecto al tiempo será cero. Por lo que la expresión del

primer principio de la termodinámica queda:

( ) ( ) ( ) refrefsmem

refmsmsm

refmemem

FWSW

FQSQ

s

VpqqhhqhhqPPdt

dU⋅−+−−−++== →→

,,,,,,0

Como el caudal másico se conserva, el último término de la ecuación se anula.

Si eliminamos los términos de referencia, la ecuación queda:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

PQ0

Resistencia

PW

qm,e

qm,s

Ambiente

35

El rendimiento energético será el cociente entre la ganancia de entalpías entre

la entrada y la salida y la potencia transmitida por la resistencia eléctrica.

( )FWS

W

smemmenerg P

hhq→

−= ,,η

• BALANCE EXERGÉTICO

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]dt

dSTSSThhqSSThhqPu

refmsmrefmsmsmrefmemrefmememWx 0,,0,,,,,0,,,,0 −−−−−−−−+=

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]

=−−−−−−−

=Wx

refmsmrefmsmsmrefmemrefmememexerg P

SSThhqSSThhq

,

,,0,,,,,0,,,η

( )

Wx

smemsmemm

P

SSThhq

,

,,0,, ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−−

=

36

6.- ENSAYOS

6.1.- BANCO DE ENSAYOS Vamos comenzar realizando un inventario de los diferentes equipos y aparatos

utilizados en el banco:

• Un caudalímetro electromagnético: Rango 0-15 l/min, precisión 0,5%

• Dos sondas de temperatura (pt 100): Rango 0-100 ºC

• Dos transmisores de presión: Rango 0-16 bar, precisión 0,25%

• Una bomba de recirculación: Existente en laboratorios

• Un depósito de 200 litros: Existente en laboratorios

• Un acumulador eléctrico de 100 litros o termo eléctrico instantáneo

• Un analizador de redes: Cedido por Sevillana-Endesa

Además también se dispone de cierta valvumetría que se numera a

continuación:

• Ocho válvulas de corte

• Dos purgadores de aire

• Una válvula de vaciado

• Dos válvulas de seguridad

En el siguiente esquema se puede observar la instalación.

37

Depósito 1000 l.

Depósito 200 l

Termo 100 l V

T

C

T

P

B

1

1 1

1

1

1

1 1

2

2 2

3

P

2 2 2

1: Llave de corte ½” 2: Llave de T ½” 3: Purgador de aire T: Termopar P: Transmisión de presión B: Bomba recirculación C: Caudalímetro V: Válvula de seguridad

38

La instalación se puede observar en las siguientes fotografías:

Instalación interior

Instalación exterior

39

Conexiones hidráulicas

Analizador de redes

40

Dicho banco de ensayo se encuentra situado en la azotea de los laboratorios

del departamento de energética.

La instalación toma el agua de entrada de un depósito de 1000 litros situado en

el exterior. Este depósito también es usado para otros ensayos que se llevan a

cabo. Este depósito permite un control de la temperatura. Con esta premisa,

todos los ensayos se realizaran con las mismas condiciones iniciales. Desde

dicho depósito parte una manguera flexible que llega hasta la entrada del

banco de ensayo, conectado mediante una cruceta. Dicha cruceta permite

cargar tanto el depósito de 200 litros como el termo eléctrico, según juguemos

con las válvulas de corte. Este depósito también se encuentra a la intemperie,

mientras que el termo se encuentra en el interior de un local. Dicha disposición

se eligió así, debido a la imposibilidad de colocarlos ambos en el interior.

El caudalímetro electromagnético, marca KROHNE modelo OPTIFLUX 1010

C/D está situada a la entrada del agua fría, según especifico el fabricante. Éste

equipo nos permite conocer el caudal que circula en cada instante. Las sondas

de temperatura son de la marca PROCOM, y están situadas tanto a la entrada

como a la salida del termo, con el fin de medir dichas temperaturas en todo

momento. Dichas sondas son del tipo Pt-100. También existen dos

transmisores de presión relativa, marca PROCOM modelo 26,600. Dichos

transmisores carecen de importancia, ya que la presión no es una variable

crítica. Dichos equipos se han colocados, simplemente por conocer las

presiones de la instalación.

La bomba está situada a la salida del termo, en el circuito de agua caliente,

permitiendo la recirculación del agua tanto del tanque de 200 litros, como del

propio termo, según juguemos con las válvulas de corte que se han puesto

para este fin.

41

El sistema de tuberías es común para los tres ensayos que se van a realizar.

Teniéndose únicamente que cambiar el termo eléctrico por el correspondiente

en cada momento y conexionándolo a dichas tuberías.

Las características de los equipos de medidas utilizados se pueden ver en el

anexo 8.2.

6.2.- ENSAYOS A REALIZAR El banco de ensayos está preparado para realizar varios ensayos, como el

calentamiento de 100 ó 300 litros hasta una temperatura deseada,

mantenimiento de una temperatura durante cierto tiempo, evaluar las pérdidas

nocturnas con el ambiente cuando la resistencia están apagadas, ver la

influencia que tiene la extracción de agua durante el ensayo, ver la influencia

de los arranques y las paradas, etc…

Por cuestiones de proyecto y tiempo, finalmente se ha realizado los ensayos

que se citan a continuación.

Para los termos de acumulación se van a realizar tres ensayos diferentes,

calentamiento de 100 litros hasta 45 ºC y 60 ºC, pérdidas nocturnas y

mantenimiento de temperatura durante 24 horas. Todas ellas sin extracción,

mientras que para el termo instantáneo únicamente se valorará el

calentamiento de 100 litros hasta 45 ºC y 60 ºC.

Las medidas de temperaturas y presiones se realizarán cada 8 segundos,

mientras que la energía consumida se hará cada minuto, debido a que el

equipo de medida no puede tomar muestras a tiempo menor.

42

a) Calentamiento de 100 litros.

El ensayo consiste en llenar el termo de acumulación hasta los 100 litros

del ensayo. Una vez lleno, se conecta la bomba de recirculación para

evitar la estratificación y se conecta el termo a la red para que de

comienzo al calentamiento. Una vez que el agua alcanza la temperatura

del termostato de forma homogénea y comienza a cortar la resistencia,

se da por finalizado el ensayo. Durante el ensayo se medirá tanto el

caudal exacto introducido, como las temperaturas, presiones. De esta

forma se obtendrá como evoluciona el calentamiento a lo largo del

ensayo. Se realizarán dos ensayos, uno de calentamiento hasta los 45

ºC y otro hasta los 60 ºC.

b) Pérdidas nocturnas.

Este ensayo consistirá en una vez lleno el termo de 100 litros y alcanzada

una temperatura de trabajo, se desconecta de la red. Este ensayo durará 24

horas. Se medirá la nueva temperatura del agua, para poder para estimar

las pérdidas. Dicho ensayo únicamente se realizará para los termos de

acumulación.

c) Mantenimiento de temperatura durante 24 horas.

Con es ensayo se pretende simular la posibilidad de que no se utilice agua

caliente durante 24 horas, pero el termo está funcionando para mantener la

temperatura del agua. Para ello, se dejará conectado el termo durante 24

horas, sin extracción de agua alguna. Este ensayo se realizará únicamente

con los termos de acumulación. Este ensayo se realizará tanto para

mantener la temperatura del agua a 45 ºC como a 60 ºC.

43

7.- ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE MEDIDAS.

Al tratarse de sistemas cerrados, en realidad sólo nos interesan el estado inicial

y el estado final. Aún así se han estudiado los estados intermedios, para

observar la evolución durante el tiempo de ensayo.

Una vez realizado los ensayos mencionados anteriormente, los resultados

obtenidos son los siguientes:

7.1.- TERMO DE ACUMULACIÓN SIMPLE

a) Calentamiento de 100 litros hasta 45ºC.

La temperatura de entrada del agua fue 18,24 ºC. Aunque inicialmente se tenía

que haber realizado con una temperatura próxima a los 10 ºC, no se pudo

realizar, debido a que el depósito que nos debía suministrar el agua a esta

temperatura estaba usándose en otros ensayos, por lo que nuestro ensayo se

tuvo que realizar con agua a temperatura ambiente.

Observando los resultados obtenidos del ensayo, se concluye que se tardó 1

hora y 58 minutos en calentar los 100 litros.

La temperatura final alcanzada en el agua fue de 47,35 ºC, a pesar de que el

termostato del acumulador marcaba 45 ºC durante todo el ensayo, lo que indica

que este termostato no funcionaba correctamente.

El volumen de agua de ensayo medido fue de 93,80 litros.

44

La energía total consumida para el calentamiento fue de 3,614 kWh, lo que

supone un consumo de energía primaria(1) de 8,87·10-4 Tep.

A modo de resumen, en la siguiente tabla se recogen los resultados obtenidos:

Tªinicial

(ºC) Tªfinal (ºC)

Tªamb (ºC)

Volumen agua (l)

Tiempo calentamiento

(min)

Consumo E.F. (kWh)

Consumo E.P. (Tep)

18,24 47,35 23,55 93,80 118 3,614 8,87·10-4

A raíz de los resultados obtenidos se van a realizar los balances:

Para las condiciones iniciales, 18,24 ºC, tenemos:

vinicial (18,24 ºC) = 1,001 l/kg

uinicial (18,24 ºC) = 76,465 kJ/kg

sinicial (18,24 ºC) = 0,271 kJ/kgK

Para las condiciones finales 47,35 ºC, se tiene:

vfinal (47,35 ºC) = 1,011 l/kg

ufinal (47,35 ºC) = 198,221 kJ/kg

sfinal (47,35 ºC) = 0,6693 kJ/kgK

a.1) Balance energético.

( )

kWhkJkgkJ

lkg

kgkJ

lkgluvuvVUUU inicial

finicilf

finalf

finalf

Sinicial

Sfinal

S

12,311230465,76

001,11221,198011,1

18,93

==⎟⎠⎞⎜

⎝⎛⋅

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅−⋅⋅=⋅−⋅⋅=−=∆

(1) Es preciso recordar que los consumos totales se refieren a energía primaria (E.P.), mientras que el

consumo de electricidad lo es en términos de energía final (E.F.). Para el paso de E.F. a E.P. se ha

tomado un rendimiento conjunto en generación, transporte y distribución del 35%. Dato facilitado por la

Agencia Andaluza de la Energía.

45

Como la energía consumida para calentar el agua fue W = 3,614 kWh, la

energía pérdida con el ambiente es Q0 = 0,494 kWh.

El rendimiento energético se puede referir tanto para la energía primaria como

para la energía final. Con ello, el rendimiento energético para el calentamiento

de 93,8 litros con el acumulador de simple potencia es el siguiente:

En referencia a la energía final:

8633,0614,3120,3

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

En referencia a la energía primaria:

3021,0326,10

120,3==

−=

∆=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

a.2) Balance exergético.

Para el balance energético se tiene que la diferencia de exergía entre los

estados inicial y final es:

( ) ( )

kWhkJKkgkJ

lkg

KkgkJ

lkgKkg

kJl

kg

kgkJ

lkglSSTUUEEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Sinicialx

Sfinalx

Sx

095,0342271,0

001,116693,0011,1

155,296465,76001,11

221,198011,118,930,,

==⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

⋅⋅

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−⋅⋅⋅−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −⋅⋅=−−−=−=∆

Nuevamente se puede definir el rendimiento exergético desde el punto de vista

de exergía primaria o exergía final. Por lo que el rendimiento exergético será:

46

En referencia a la exergía final:

( ) ( )0263,0

614,3095,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

En referencia a la exergía primaria:

( ) ( )0092,0

326,10095,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

b) Calentamiento de 100 litros hasta 60 ºC.

Para este ensayo los resultados obtenidos son:

Tªinicial

(ºC) Tªfinal (ºC)

Tªamb (ºC)

Volumen agua (l)

Tiempo calentamiento

(min)

Consumo E.F. (kWh)

Consumo E.P. (Tep)

14,42 59,00 23,36 85,76 179 5,468 1,342·10-3

A raíz de los resultados obtenidos se van a realizar los balances:

Para las condiciones iniciales, 14,42 ºC, tenemos:

vinicial (14,42ºC) = 1,001 l/kg

uinicial (14,42 ºC) = 60,48 kJ/kg

sinicial (14,42 ºC) = 0,216 kJ/kgK

Para las condiciones finales 59,00 ºC, se tiene:

vfinal (59,00 ºC) = 1,017 l/kg

ufinal (59,00 ºC) = 246,937 kJ/kg

sfinal (59,00 ºC) = 0,8186 kJ/kgK

47

b.1) Balance energético.

( )

kWhkJkgkJ

lkg

kgkJ

lkgluvuvVUUU inicial

finicilf

finalf

finalf

Sinicial

Sfinal

S

347,41564948,60

001,11937,246017,1

176,85

==⎟⎠⎞⎜

⎝⎛⋅

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−⋅⋅=⋅−⋅⋅=−=∆

Como la energía consumida para calentar el agua fue W = 5,468 kWh, la

energía pérdida con el ambiente es Q0 = 1,121 kWh.

Con todo esto, el rendimiento energético para el calentamiento de 85,76 litros

con el acumulador de simple potencia es el siguiente:

En referencia a la energía final:

795,0468,5347,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

En referencia a la energía primaria:

278,0623,15347,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

b.2) Balance exergético.

Para el balance energético se tiene que la diferencia de exergía entre los

estados inicial y final es:

48

( ) ( )

kWhkJKkgkJ

lkg

KkgkJ

lkgKkg

kJl

kg

kgkJ

lkglSSTUUEEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Sinicialx

Sfinalx

Sx

1844,07,663216,0

001,118186,0017,1

136,296484,60001,11

937,246017,1176,850,,

==⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

⋅⋅

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−⋅⋅⋅−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −⋅⋅=−−−=−=∆

Por lo que el rendimiento exergético será:

En referencia a la exergía final:

( ) ( )0337,0

468,51844,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

En referencia a la exergía primaria:

( ) ( )0118,0

623,151844,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

c) Pérdidas nocturnas

Para realizar este ensayo, se calentó nuevamente el acumulador hasta los 45

ºC marcados por el termostato. Una vez que la temperatura se homogenizó, el

termopar marcaba 46,83 ºC, entonces se dio comienzo a este ensayo. Para

evitar la estratificación, durante todo el ensayo se estuvo recirculando el fluido.

Para evaluar mejor estas pérdidas, el ensayo tuvo una duración de 60 horas. El

volumen de ensayo fue de 99,03 litros, y la temperatura final alcanzada fue de

35,59 ºC, con una temperatura ambiente de 22,92 ºC.

Por lo que las pérdidas en términos de energía final fueron de 1,261 kWh o en

términos de energía final de 3,095·104 Tep. Por lo que las pérdidas en 24

horas serán de 0,5044 kWh/24h.

49

En la siguiente gráfica se puede observar la evolución de la caída de

temperaturas en las primeras 24 horas.

Pérdidas nocturnas

41,0042,0043,0044,0045,0046,0047,0048,00

0 250 500 750 1000 1250

Tiempo (min)

Tª (º

C)

Evolución de temperaturas en pérdidas

d) Mantenimiento de temperatura 24 horas

A continuación se van a estudiar los resultados obtenidos para el

mantenimiento de la temperatura tanto a 45 ºC como a 60 ºC.

d.1) Mantenimiento a 45 ºC

En la siguiente gráfica se puede observar como evoluciona la energía

acumulada para mantener la temperatura especificada durante 24 horas. En

ella se puede observar que han sido necesarios dos arranques del acumulador

para mantener el agua a la temperatura del agua a unos 47,35 ºC.

El volumen de agua ensayado es el mismo que en el calentamiento, 93,80

litros.

50

Manteniento Tª 24 horas

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

010

020

030

040

050

060

070

080

090

01.0

001.1

001.2

001.3

001.4

00

Tiempo (min)

Ener

gía

acum

ulad

a (k

Wh)

Evolución de la energía eléctrica acumulada en el mantenimiento de Tª

Este proceso de mantenimiento requirió 0,453 kWh para mantener la

temperatura, que en términos de energía primaria es 1,112·10-4 Tep. El

proceso de calentamiento tiene una duración de 10 minutos aproximadamente,

lo que implica unos 0,2265 kWh por arranque.

Por lo que calentar y mantener la temperatura del agua 24 horas hasta los 45

ºC, requirió un consumo de energía eléctrica final de 4,067 kWh, por lo que el

rendimiento energético decae hasta el 76,72%.

7672,0067,4120,3

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

d.2) Mantenimiento a 60 ºC

Igualmente ocurre para el mantenimiento hasta esta temperatura. Se requieren

0,854 kWh (2,095·10-4 Tep), lo que hace que el rendimiento decaiga hasta el

68,76 %. El volumen ensayado fue de 85,76 litros. La temperatura de consigna

fue la misma que la del calentamiento, 59 ºC.

51

6876,0322,6347,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

7.2.- TERMO DE ACUMULACIÓN DOBLE POTENCIA

Para el termo de acumulación de doble potencia se han realizado los mismos

ensayos que con el acumulador anterior.

a) Calentamiento de 100 litros hasta 45ºC

Para el acumulador bipotencia, el tiempo de calentamiento fue de 162 minutos.

Al igual que ocurrió con el acumulador de simple potencia, la temperatura inicial

del agua debería haber sido del orden de 10 ºC, pero nuevamente no estaba

disponible, por lo que la temperatura inicial del agua fue de 15,06 ºC.

En este caso, la temperatura final del agua que se alcanzó fue de 45,89 ºC.

Este termo carecía de termostato digital, por lo que el control de la temperatura

hubo de realizarse de forma manual, hasta alcanzar la temperatura deseada.

El consumo total de energía final para calentar los 100 litros fue de 4,333 kWh,

lo que en términos de energía primaria es de 1.063·103 Tep.

El volumen de de agua medido en el ensayo fue de 95,94 litros.

A modo de resumen, en la siguiente tabla se recogen los resultados obtenidos:

Tªinicial

(ºC) Tªfinal (ºC)

Tªamb (ºC)

Volumen agua (l)

Tiempo de calentamiento

(min)

Consumo E.F. (kWh)

Consumo E.P. (Tep)

15,06 45,89 19,87 95,94 162 4,333 1.063·103

52

Para las condiciones iniciales, 15,06 ºC, se tiene:

vinicial (15,06 ºC) = 1,001 l/kg

uinicial (15,06 ºC) = 63,157 kJ/kg

sinicial (15,06 ºC) = 0,225 kJ/kgK

Para las condiciones finales, 45,89 ºC, se tiene:

vfinal (45,89 ºC) = 1,01 l/kg

ufinal (45,89 ºC) = 192,102 kJ/kg

sfinal (45,89 ºC) = 0,6501 kJ/kgK

a.1) Balance energético.

( )

kWhkJkgkJ

lkg

kgkJ

lkgluvuvVUUU inicial

finicialf

finalf

finalf

Sinicial

Sfinal

S

806,313701157,63001,11

102,19201,1194,95

==⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−

−⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ⋅⋅=⋅−⋅⋅=−=∆

El energía total consumida fue W = 4,333 kWh, por lo tanto las pérdidas con el

ambiente son Q0 = 0,527 kWh.

Con todo ello, el rendimiento energético es:

En referencia a la energía final:

8784,0333,4806,3

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

En referencia a la energía primaria:

307,0380,12806,3

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

53

a.2) Balance exergético.

Se tiene:

( ) ( )

kWhkJKkgkJ

lkg

KkgkJ

lkgKkg

kJl

kg

kgkJ

lkglSSTUUEEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Sincialx

Sfinalx

Sx

1183,09,425225,0

001,116501,001,1

187,292157,63001,11

102,19201,1194,950,,

==⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

⋅⋅

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−⋅⋅⋅−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −⋅⋅=−−−=−=∆

Por lo que el rendimiento exergético será:

En referencia a la exergía final:

( ) ( )0273,0

333,41183,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

incialSfinal

sincial

sfinal

Wx

Sx

exergη

En referencia a la exergía primaria:

( ) ( )0096,0

380,121183,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

incialSfinal

sincial

sfinal

Wx

Sx

exergη

b) Calentamiento de 100 litros hasta 60 ºC.

Nuevamente se ha vuelto a realizar el ensayo con los siguientes resultados:

Tªinicial

(ºC) Tªfinal (ºC)

Tªamb (ºC)

Volumen agua (l)

Tiempo calentamiento

(min)

Consumo E.F. (kWh)

Consumo E.P. (Tep)

15,22 59,85 23,74 95,28 216 5,909 1,450·10-3

54

A raíz de los resultados obtenidos se van a realizar los balances:

Para las condiciones iniciales, 15,22 ºC, tenemos:

vinicial (15,22 ºC) = 1,001 l/kg

uinicial (15,22 ºC) = 63,827 kJ/kg

sinicial (15,22 ºC) = 0,227 kJ/kgK

Para las condiciones finales 59,85 ºC, se tiene:

vfinal (59,85 ºC) = 1,017 l/kg

ufinal (59,85 ºC) = 250,474 kJ/kg

sfinal (59,85 ºC) = 0,8292 kJ/kgK

b.1) Balance energético.

( )

kWhkJkgkJ

lkg

kgkJ

lkgluvuvVUUU inicial

finicilf

finalf

finalf

Sinicial

Sfinal

S

831,417391827,63

001,11474,250017,1

128,95

==⎟⎠⎞⎜

⎝⎛⋅

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅−⋅⋅=⋅−⋅⋅=−=∆

Como la energía consumida para calentar el agua fue W = 5,909 kWh, la

energía pérdida con el ambiente es Q0 = 1,078 kWh.

Con todo esto, el rendimiento energético para el calentamiento de 95,28 litros

con el acumulador de simple potencia es el siguiente:

En referencia a la energía final:

8176,0909,5831,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

55

En referencia a la energía primaria:

287,0883,16831,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

b.2) Balance exergético.

Para el balance energético se tiene que la diferencia de exergía entre los

estados inicial y final es:

( ) ( )

kWhkJKkgkJ

lkg

KkgkJ

lkgKkg

kJl

kg

kgkJ

lkglSSTUUEEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Sinicialx

Sfinalx

Sx

2091,08,752227,0

001,118292,0017,1

174,296827,63001,11

474,250017,1128,950,,

==⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

⋅⋅

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅−⋅⋅⋅−⎟

⎞⎜⎝

⎛⋅−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −⋅⋅=−−−=−=∆

Por lo que el rendimiento exergético será:

Respecto a la exergía final:

( ) ( )0354,0

909,52091,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

Respecto a la exergía primaria:

( ) ( )0124,0

833,162091,00 ==

−−−=

∆=∑ kWh

kWhW

SSTUUEE S

inicialSfinal

sinicial

sfinal

Wx

Sx

exergη

c) Pérdidas nocturnas

Para evaluar las pérdidas nocturnas se calentó hasta una temperatura

homogénea de 43,41 ºC. La temperatura final alcanzada fue de 38,93 ºC,

56

siendo la temperatura ambiente media de 23,42 ºC. Y el volumen de ensayo

medido fue de 106,3 litros.

La duración del ensayo fue 72 horas. Por tanto las pérdidas de calor con el

ambiente será de 0,540 kWh o 1,325·10-4 Tep. Por lo que las pérdidas en 24

horas serán de 0,18 kWh/24h.

d) Mantenimiento temperatura 24 horas

Los resultados obtenidos de los ensayos para el mantenimiento de la

temperatura se detallan a continuación:

d.1) Mantenimiento a 45 ºC

Observando los resultados del ensayo, se puede concluir que para el mantener

el agua caliente a 45,89 ºC durante 26 horas y un volumen de 95,94 litros

fueron necesarios un solo arranque de la resistencia, consumiendo en ello

0,777 kWh que en términos de energía primaria son 1,907·10-4 Tep.

Mantenimiento Tª 24 horas

00,20,40,60,8

1

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

0013

0014

00

Tiempo (min)

Ener

gía

acum

ulad

a (k

Wh)

Evolución de la energía eléctrica acumulada en el mantenimiento de Tª

El rendimiento energético cae hasta el 74,48%.

57

7448,0110,5806,3

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

d.2) Mantenimiento a 60 ºC

Como se puede apreciar en la siguiente gráfica, nuevamente únicamente es

necesario un arranque de la resistencia para mantener 95,28 litros de agua a

59,85 ºC durante 24 horas, consumiendo para ello 0,821 kWh (2,015·10-4 Tep).

Mantenimiento Tª 24 horas

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

010

020

030

040

050

060

070

080

090

010

0011

0012

0013

0014

00

Tiempo (min)

Ener

gía

acum

ulad

a (k

Wh)

Evolución de la energía eléctrica acumulada en el mantenimiento de Tª

Por ello el rendimiento energético decae hasta el 71,78 %, como se puede ver:

7178,0730,6831,4

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

7.3.- TERMO INSTANTÁNEO

a) Calentamiento 100 litros hasta 45 ºC con caudal másico de

extracción 0,155 kg/s

58

La temperatura promedio de entrada del agua durante el ensayo fue de 19,27

ºC. Mientras que la temperatura promedio de salida fue de 44,16 ºC. El tiempo

de calentamiento de los 100 litros fue de 10,88 minutos. El caudal total fue de

100,04 litros. La temperatura ambiente media fue de 18,64 ºC.

En la siguiente gráfica se puede observar las temperaturas instantáneas de

entrada y salida.

Calentamiento 100 litros

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

0,00

1,15

2,25

3,37

4,47

5,57

6,67

7,77

8,87

9,97

Tiempo (min)

Tª (º

C)

Tª entradaTª salida

Evolución de las Tª en el calentamiento de 100 litros

Se puede observar de los resultados obtenidos, que inicialmente la temperatura

de salida no es la esperada, debido a que todavía no ha alcanzado el régimen

permanente. El termo instantáneo tarda unos 4 minutos aproximadamente en

alcanzar este régimen permanente. Una vez alcanzado éste, el salto térmico

obtenido es de 27 ºC.

El consumo total de energía eléctrica en el ensayo fue de 3,419 kWh, o en

términos de energía primaria, 8,392·10-4. En la siguiente gráfica se puede

observar como evoluciona este a lo largo del ensayo.

59

Energia consumida

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

0,00 3,48 6,92 10,37 13,82 17,25

Tiempo (min)

Ener

gía

(kW

h)

Evolución de la energía eléctrica acumulada en el mantenimiento de Tª

Con los resultados obtenidos se va a realizar los balances energéticos y

exergéticos:

Para este ensayo se tiene un rendimiento instantáneo. De ahí que se va a ver

para tres instantes, el instante inicial del régimen permanente, el instante final y

un instante intermedio.

Para un tiempo de t = 4 min las condiones iniciales, 19,31 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,155 kg/s

hm,e = 81,89 kJ/kg

sm,e = 0,2863 kJ/kg·K

Para las condiciones finales, 45,63 ºC se tiene:

qm,s = 0,155 kg/s

hm,s = 193,6 kJ/kg

sm,s = 0,652 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,612 kW.

60

a.1) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWP FQSQ 29695,1=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )9279,0

612,18290,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

a.2) Balance exergético:

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ]042,0

612,1878386,0

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

Para un tiempo de t = 8 min las condiciones iniciales, 19,19 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,156 kg/s

hm,e = 81,39 kJ/kg

sm,e = 0,2846 kJ/kg·K

Para las condiciones finales, 46,70 ºC se tiene:

qm,s = 0, 08852 kg/s

hm,s = 196,4 kJ/kg

sm,s = 0,6608 kJ/kg·K

61

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,635 kW.

a.3) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWhP FQSQ 678,0=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )964,0

635,18957,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

a.4) Balance exergético:

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ]045,0

635,188361,0

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

Para un tiempo de t = 10,88 min las condiones iniciales, 19,06 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,153 kg/s

hm,e = 80,84 kJ/kg

sm,e = 0,2827 kJ/kg·K

62

Para las condiciones finales, 46,43 ºC se tiene:

qm,s = 0, 07748 kg/s

hm,s = 195,8 kJ/kg

sm,s = 0,6589 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,663 kW.

a.5) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWhP FQSQ 086,1=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )942,0

663,18577,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

a.6) Balance exergético:

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ]0438,0

663,188169,0

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

En las siguientes gráficas se pueden observar como evolucionan los

rendimientos energéticos y energéticos.

63

Rendimieno Energético

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

0,00 1,15 2,25 3,37 4,47 5,57 6,67 7,77 8,87 9,97

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o

Rendimiento energético en el calentamiento de 100 litros

Rendimiemto Exergético

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,00 1,15 2,25 3,37 4,47 5,57 6,67 7,77 8,87 9,97

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o ex

ergé

tico

Rendimiento exergético en el calentamiento de 100 litros

Se puede observar que el rendimiento energético tiende a estabilizarse a un

valor del 96,5 %, mientras que el exergético tiende a 4,5 %.

b) Calentamiento 100 litros hasta 45 ºC con caudal másico de

extracción 0,115 kg/s

La temperatura promedio de entrada del agua durante el ensayo fue de 9,52

ºC. Mientras que la temperatura promedio de salida fue de 43,48 ºC. El tiempo

de calentamiento de los 100 litros fue de 14,5 minutos aproximadamente. El

volumen total de agua fue de 100,48 litros. La temperatura ambiente media fue

de 8,24 ºC.

64

En la siguiente gráfica se puede observar las temperaturas instantáneas de

entrada y salida.

Calentamiento de 100 litros

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,000,

00

1,43

2,83

4,22

5,60

7,00

8,38

9,80

11,1

8

12,5

7

13,9

5

Tiempo (min)

Tª (º

C) Tª entrada

Tª salida

Evolución de temperaturas

En este ensayo, el termo instantáneo tarda unos 10 minutos aproximadamente

en alcanzar este régimen permanente. Una vez alcanzado éste, el salto térmico

obtenido es de 35,3 ºC.

El consumo total de energía eléctrica en el ensayo fue de 4,397 kWh que en

términos de energía primaria es 1,079·10-3 Tep.

Con los resultados obtenidos se va a realizar los balances energéticos y

exergéticos:

Para un tiempo de t = 7 min las condiones iniciales, 8,21 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,112 kg/s

hm,e = 34,68 kJ/kg

sm,e = 0,124 kJ/kg·K

65

Para las condiciones finales, 42,82 ºC se tiene:

qm,s = 0,112 kg/s

hm,s = 179,5 kJ/kg

sm,s = 0,6097 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,24 kW.

b.1) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWP FQSQ 0202,2=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )8892,0

240,182198,16,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

b.2) Balance exergético:

El rendimiento exergético quedará:

( ) ( )[ ]0523,0

240,189533,0

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

Para un tiempo de t = 14,5 min las condiciones iniciales, 8,21 ºC, por lo que se

tiene:

66

qm,e = 0,116 kg/s

hm,e = 34,68 kJ/kg

sm,e = 0,124 kJ/kg·K

Para las condiciones finales, 43,48 ºC se tiene:

qm,s = 0, 116 kg/s

hm,s = 182,2 kJ/kg

sm,s = 0,6184 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,090 kW.

b.3) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWhP FQSQ 9777,0=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )9459,0

090,181123,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

b.4) Balance exergético:

El rendimiento exergético viene dado por:

( ) ( )[ ]

05583,0090,18

010,1

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

67

A continuación se puede observar tanto el rendimiento energético como

exergético del termo.

Rendimiento energético

00,20,40,60,8

11,2

0,00

1,00

1,98

2,97

3,93

4,92

5,88

6,85

7,82

8,80

9,8010

,7711

,7312

,7013

,6714

,63

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o

Rendimiento energético en el calentamiento de 100 litros

Rendimiento exergético

00,010,020,030,040,050,060,07

0,00

1,00

1,98

2,97

3,93

4,92

5,88

6,85

7,82

8,80

9,8010

,7711

,7312

,7013

,6714

,63

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o

Rendimiento exergético en el calentamiento de 100 litros

El rendimiento energético se estabiliza en rendimientos del orden del 95%,

mientras que el rendimiento energético se estabiliza en 5,58%.

68

c) Calentamiento 100 litros hasta 60 ºC con caudal másico de

extracción 0,088 kg/s

La temperatura promedio de entrada del agua durante el ensayo fue de 17,79

ºC. Mientras que la temperatura promedio de salida fue de 60,90 ºC. El tiempo

de calentamiento de los 100 litros fue de 19 minutos. La temperatura ambiente

media fue de 17,28 ºC.

En la siguiente gráfica se puede observar las temperaturas instantáneas de

entrada y salida.

Calentamiento de 100 litros

010203040506070

0,00

1,67

3,32

4,97

6,62

8,27

9,9211

,5713

,2314

,8816

,5318

,18

Tiempo (min)

Tª (º

C)

Tª entradaTª salida

Evolución de las Tª en el calentamiento de 100 litros

El termo instantáneo tarda unos 13 minutos aproximadamente en alcanzar este

régimen permanente. Una vez alcanzado éste, el salto térmico obtenido es de

47,5 ºC. El volumen total fue de 100,79 litros.

El consumo total de energía eléctrica en el ensayo fue de 5,874 kWh o

1,442·10-3 Tep. En la siguiente gráfica se puede observar como evoluciona este

a lo largo del ensayo.

69

Energía acumulada

0,01,02,03,04,05,06,07,0

0,00

1,85

3,68

5,52

7,35

9,18

11,02

12,87

14,70

16,53

18,37

Tiempo (min)

Ener

gía

acum

ulad

a (k

Wh)

Evolución de la energía eléctrica acumulada en el mantenimiento de Tª

Con los resultados obtenidos se va a realizar los balances energéticos y

exergéticos:

Para un tiempo de t = 10 min las condiones iniciales, 17,80 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,089 kg/s

hm,e = 74,82 kJ/kg

sm,e = 0,265 kJ/kg·K

Para las condiciones finales, 64,24 ºC se tiene:

qm,s = 0,089 kg/s

hm,s = 269 kJ/kg

sm,s = 0,884 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,489 kW.

c.1) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

70

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWP FQSQ 9347,0=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )9347,0

489,18282,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

c.2) Balance exergético:

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ]

0691,0489,18

2784,1

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

Para un tiempo de t = 19 min las condiciones iniciales, 17,67 ºC, por lo que se

tiene:

qm,e = 0,088 kg/s

hm,e = 74,28 kJ/kg

sm,e = 0,263 kJ/kg·K

Para las condiciones finales, 65,84 ºC se tiene:

qm,s = 0,088 kg/s

hm,s = 275,7 kJ/kg

sm,s = 0,9038 kJ/kg·K

Para esta situación, la potencia eléctrica instantánea es de 18,450 kW.

71

c.3) Balance energético:

( )smemmFWS

WFQS

Q hhqPP ,,0 −++= →→

Por lo que las pérdidas con el ambiente serán:

kWhP FQSQ 725,0=→

Por lo que el rendimiento quedará:

( )9591,0

480,18725,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

c.4) Balance exergético:

Igual que antes, se hace un balance de exergías. Siendo la exergía que entra

igual a la exergía que sale más la exergía perdida.

( ) ( )[ ]07357,0

480,183596,1

,

,,0,, ==−−−

=Wx

smemsmemmexerg P

SSThhqη

En las siguientes gráficas se pueden observar como evolucionan los

rendimientos energéticos y energéticos.

72

Rendimiento energético

00,20,40,60,8

11,2

0,00 1,85 3,68 5,52 7,35 9,18 11,02 12,87 14,70 16,53 18,37

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o

Rendimiento energético en el calentamiento de 100 litros

Rendimiento exergético

00,010,020,030,040,050,060,070,08

0,00 1,85 3,68 5,52 7,35 9,18 11,02 12,87 14,70 16,53 18,37

Tiempo (min)

Ren

dim

ient

o

Rendimiento exergético en el calentamiento de 100 litros

Se puede observar que el rendimiento energético tiende a estabilizarse a un

valor del 95 %, mientras que el exergético tiende a 7,2 %.

73

8.- ESTUDIO COMPARATIVO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

A modo de resumen, a continuación se recogen los resultados obtenidos en

todos los ensayos.

Para el calentamiento de 100 litros a 45 ºC se tiene:

Tªent. (ºC)

Tªsal. (ºC)

V (l) Tiempo (min) (1)

Energ. Eléct.

Consumida (kWh)

Rend. Energético

(%)

Rendimiento energético

(%)

Simple

pot. 18,24 47,35 93,80 118 3,614 86,33 2,63

Doble

pot. 15,06 45,89 95,94 162 4,333 87,84 2,73

Instant.

(0,155

kg/s)

19,27 44,16 100,04 10,88 3,419 96,50 4,50

Instant.

(0,115

kg/s)

9,52 43,48 100,48 14,5 4,397 95,00 5,58

(1) En el caso de los termos de acumulación es el tiempo de calentamiento de 100 litros

aproximadamente sin extracción. Mientras que en el caso del instantáneo es el tiempo

transcurrido para disponer de 100 litros para los caudales dados.

74

Para el calentamiento a 60 ºC se tiene:

Tªent. (ºC)

Tªsal. (ºC)

V (l) Tiempo (min) (1)

Energ. Eléct.

Consumida (kWh)

Rend. Energético

(%)

Rendimiento energético

(%)

Simple

pot. 14,42 59,00 85,76 179 5,468 79,50 3,37

Doble

pot. 15,22 59,85 95,28 216 5,909 81,76 3,54

Instant.

(0,088

kg/s)

17,79 60,90 100,79 19 5,874 95,00 7,20

Para el ensayo de pérdidas nocturnas se tiene:

Tªent. (ºC)

Tªsal. (ºC)

Tªamb (ºC)

V (l) Tiempo (min) (2)

Energ. perdida

(kWh/24h)

Coef. De pérdidas (kWh/ºC)

Simple

pot. 46,83 35,59 22,92 99,03 60 0,5044 0,000907

Doble

pot. 43,41 38,93 23,42 106,3 72 0,18 0,000304

(1) En el caso de los termos de acumulación es el tiempo de calentamiento de 100 litros

aproximadamente sin extracción. Mientras que en el caso del instantáneo es el tiempo

transcurrido para disponer de 100 litros para los caudales estudiados.

(2) Tiempo de duración del ensayo de pérdidas nocturnas.

75

Para el ensayo de mantenimiento de temperatura durante 24 horas hasta una

temperatura de 45 ºC se tiene:

Tªconsig.

(ºC) Tiempo (min) (1) V (l)

Nº de arranques

Energ. Eléct.

Consumida (kWh)

Rend. Energético

(%)

Simple

pot. 47,35 24 93,80 2 0,453 76,72

Doble

pot. 45,89 26 95,94 1 0,777 74,48

Para el ensayo de mantenimiento de temperatura durante 24 horas hasta una

temperatura de 60 ºC se tiene:

Tªconsig.

(ºC) Tiempo (min) (1)

V (l) Nº de

arranques

Energ. Eléct.

Consumida (kWh)

Rend. Energético

(%)

Simple

pot. 59,00 24 85,76 2 0,854 68,76

Doble

pot. 59,85 24 95,28 1 0,821 71,78

(1) Tiempo de duración del ensayo de mantenimiento de temperatura durante 24 horas.

76

Con los datos facilitados por el fabricante se pueden estimar los rendimientos

energéticos.

a) Termo de simple potencia:

Tiempo de calentamiento de 10 ºC -> 60 ºC: 3h 47’

Potencia eléctrica: 2000 W

Volumen: 100 litros

7524,0566,7693,5

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

b) Termo de doble potencia:

Tiempo de calentamiento de 15 ºC -> 65 ºC: 3h 15’

Potencia eléctrica: 1800 W

Volumen: 100 litros

9682,0850,5664,5

==−

=∆

=∑ → kWh

kWhW

UUW

U Sinicial

Sfinal

FWS

S

energη

c) Termo instantáneo:

Caudal de agua con potencia nominal y ∆T de 12 ºC -> 60 ºC: 5,4 l/min

Potencia eléctrica: 18 kW

( )9869,0

000,18764,17,, ==

−= →FWS

W

emsmmenerg P

hhqη

En la siguiente tabla se puede comparar los rendimientos reales y los

facilitados por el fabricante:

77

ηreal ηfabricante

Simple

potencia 79,50 75,24

Doble

potencia 81,76 96,82

Instantáneo 95,00 98,69

Se puede ver como el rendimiento obtenido por los datos del fabricante en el

caso del acumulador de simple potencia y el termo instantáneo son del mismo

orden, mientras que en el caso de acumulación de doble potencia el

rendimiento obtenido por los datos del fabricante es muy superior.

De los resultados obtenidos, se observa que para el calentamiento de los 100

litros, el termo de mayor rendimiento energético es el termo instantáneo, con un

rendimiento del 95 %, tanto para calentar el agua hasta 45 ºC como a 60 ºC,

mientras que los otros tienen 86,33% y 87,84%.

También se puede ver como el rendimiento energético de los termos de

acumulación se ve disminuido al aumentar la temperatura de calentamiento.

Pasan de 86,33% al 79,50% del termo de simple potencia y del 87,84% al

81,76% en el de doble potencia.

Respecto al rendimiento exergético nuevamente el termo instantáneo es el de

mayor rendimiento exergético, que varía desde el 4,5% con un caudal de 0,155

kg/s y una temperatura de 45 ºC hasta el 7,2% para un caudal de 0,088 kg/s.

También se puede ver que el consumo de energía eléctrica es del mismo orden

en todos los termos. Para el calentamiento a 45 ºC la energía consumida es del

orden de 4 kWh, mientras que para el calentamiento hasta 60 ºC es del orden

de 5,8 kWh.

78

En el ensayo de pérdidas nocturnas, se observa que el termo de simple

potencia tiene unas pérdidas mayores. Las pérdidas de este son de 0,5044

kWh/24h, mientras que las del termo de doble potencia son de 0,18 kWh/24h.

Para el ensayo de mantenimiento de temperatura durante 24 horas se puede

ver como el rendimiento energético disminuye sensiblemente, como era de

esperar. El termo de simple potencia requiere de dos arranques de la

resistencia para mantener caliente el agua, tanto a 45 ºC como a 60 ºC,

mientras que el de doble potencia sólo requiere un arranque.

Se puede apreciar, que para mantener el agua a 45 ºC, el termo de

acumulación simple consume bastante menos energía eléctrica (0,453 kWh)

que el acumulador de doble potencia (0,777 kWh), mientras que para

mantenerla a 60 ºC, el de doble potencia consume menos (0,821 kWh) que el

otro (0,854 kWh).

79

9.- CONCLUSIONES

Como puede verse después de los ensayos realizados, para el calentamiento

de los 100 litros de agua, el termo que tiene un mayor rendimiento, tanto

energético como exergético es el termo instantáneo. Éste alcanza un

rendimiento energético del orden del 95%, mientras que los termos de

acumulación a lo máximo que llegan es al 87,84% del acumulador de doble

potencia o 86,33% del acumulador de simple potencia.

El rendimiento exergético del termo instantáneo alcanza el 7,2% para el

calentamiento de agua hasta 60 ºC, mientras que el rendimiento exergético

para los termos de acumulación sólo llegan al 3,5 % aproximadamente, cuando

se calienta el agua también hasta los 60 ºC.

Tª calent. (ºC) ηenerg. ηexerg.

Acum. simple

pot. 45 86,33 2,63

Acum. simple

pot. 60 79,50 3,37

Acum. doble

pot. 45 87,84 2,73

Acum. doble

pot. 60 81,76 3,54

Termo

instant. 45 96,50 4,50

Termo

instant. 45 95,00 5,58

Termo

instant. 60 95,00 7,20

80

Comparando los resultados obtenidos experimentalmente con los obtenidos

teóricamente con los datos del fabricante, se pueden considerar aceptables en

el caso del acumulador simple y el termo instantáneo, mientras que en el caso

del acumulador de doble potencia, el fabricante asegura tener un rendimiento

muy superior al real.

ηreal ηfabricante

Simple

potencia 79,50 75,24

Doble

potencia 81,76 96,82

Instantáneo 95,00 98,69

Observando el tiempo de calentamiento del volumen de agua estudiado, se

puede concluir, que el termo instantáneo al calentar al paso, tardan mucho

menos tiempo de calentamiento que los de acumulación. En el calentador

instantáneo, el tiempo variará en función del caudal de extracción. Pero está

en el orden de los 15-20 minutos, mientras que para el termo de acumulación

simple se requieren 118 minutos para calentar hasta 45 ºC ó 162 minutos en el

caso de acumulador de doble potencia. Tardando como es normal algo más

para calentar hasta los 60 ºC (179 el de simple potencia, 216 el de doble

potencia).

Otra gran ventaja que tiene el termo instantáneo es que energía eléctrica

consumida es similar a la de los termos de acumulación, incluso en algunos

casos hasta consume menos. Por ejemplo, para calentar agua hasta 45 ºC con

un caudal de agua de 0,155 kg/s fueron necesarios 3,419 kWh frente a los

3,614 kWh del termo de acumulación simple.

Los grandes inconvenientes que tienen estos termos son que requieren de una

gran potencia eléctrica contratada, lo que hace que desde el punto de vista

económico no sean tan interesantes, ya que el coste de la potencia contratada

81

y de la energía eléctrica aumentan. El otro gran inconveniente es que este

termo no permite el suministro de varios consumos a la vez.

Sin embargo, tienen otra ventaja, y es que como calientan al paso, únicamente

requieren entre 10-20 minutos en calentar 100 litros de agua, según el caudal

de extracción y temperatura de calentamiento. Prácticamente, el rendimiento

energético del termo se mantiene constante en un 95%.

Desde el punto de vista de la inversión inicial, decir también que es otro de los

inconvenientes que tiene el termo instantáneo, ya que su precio es superior a

los de acumulación del orden de los 700€, mientras que los termos de

acumulación están en el orden de los 300€. Por lo que son mucho más

asequibles para los usuarios.

Por todo ello, se puede concluir que desde el punto de vista energético y

exergético, el termo instantáneo es el más eficiente, lo cual no significa que

también lo sea económicamente, ya que no se ha realizado este estudio.

Como se pensaba, al aumentar la temperatura de calentamiento en los termos

de acumulación, los rendimientos disminuyen. En el de acumulación simple se

pasa desde un 86,33% hasta un 79,50% frente a descenso desde 87,84%

hasta el 81,76% en el caso del bipotencia.

También puede verse desde el punto de vista de la energía consumida, como

en el caso de los termos de acumulación, parece más interesante dejar

encendido el calentador cuando no se esté usando que conectarlo y

desconectarlo, siempre y cuando este tiempo de espera sea inferior a 5 ó 6

días, ya que la factura eléctrica será menor. Sin embargo, desde el punto de

vista energético no ocurre lo mismo, ya que el rendimiento energético

disminuye al mantener el agua caliente durante 24 horas, pasa desde un

86,33% a 76,72% en el caso del acumulador de simple potencia o desde un

87,84% hasta el 74,48% en el caso del termo bipotencia. Por lo que mantener

82

caliente durante todo ese tiempo implicaría una caída importante del

rendimiento energético.

Respecto a las pérdidas nocturnas estudiadas en los termos de acumulación,

se ve como el termo de acumulación simple tiene mayores pérdidas (0,5044

kWh/24h) que el de doble potencia (0,18 kWh/24h). Cosa que no se esperaba

de los ensayos, ya que el de acumulación simple tiene un espesor de

aislamiento mayor que el otro.

Por todo ello, se puede concluir, que entre los termos de acumulación el de

doble potencia es el más eficiente energéticamente.

83

10.- ANEXOS 10.1- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS TERMOS

A continuación a modo de resumen, se tiene las características técnicas

existentes en el mercado de todas las marcas de termos.

Volumen (l) 10, 12, 15, 30,50,75, 80, 100,150,200, 300

Tipo de aislamiento poliuretano expandido

Espesor de aislamiento (mm) (*)

28, 32.5, 33, 37.5, 41.5, 50, 55

Potencia eléctrica (W) (*)

1150,1200, 1400, 1500, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2500

Tensión de alimentación (V)

230, 400

Tiempo de calentamiento (*)

1h 56’, 2h, 2h 6’, 2h 19’, 2h 25’, 2h 36’, 2h 45’, 2h 54’, 2h 55’,

3h, 3h 15’, 3h 21’, 3h 29’, 3h 30’, 3h 33’, 3h 39’, 3h 40’, 3h 47’,

3h 50’, 3h 51’, 3h 52’, 3h 55’, 3h 57’, 4h, 4h 2’, 4h 10’, 4h 20’,

4h 21’, 4h 30’, 4h 36’, 4h 38’, 4h 40’, 4h 45’, 4h 47’, 4h 50’, 5h

40’

Temperatura de consigna (ºC) (*)

65, 70, 75, 80, 81, 85

Presión máxima (bar) (*)

5.5, 6, 7, 8, 9, 10

Esmalte del depósito (*)

acero vitrificado de titanio a 850ºC o a 900ºC

Disposición vertical, horizontal, vertical/horizontal, suelo

Topo de ánodo magnesio, titanio

Tipo de resistencias cerámica, cerámica envainada, blindada envaina, blindada

sumergida

Grado de protección IPX1, IPX4, IP23, IP24, IP24D, IP25, IP25D, IP44

84

(*)

Pérdidas de calor (kW/24h) (*)

0.6, 1.02, 1.06, 1.08, 1.09, 1.1, 1.11, 1.16, 1.22, 1.24, 1.25,

1.3, 1.36, 1.39, 1.4, 1.45, 1.5, 1.51, 1.53, 1.54, 1.55, 1.58,

1.59, 1.6, 1.62, 1.65, 1.68, 1.69, 1.7, 1.72, 1.78, 1.8, 1.85, 1.9,

2.05, 2.08, 2.1

Peso (kg) (*) 21.6, 23, 26, 26.2, 26.5, 29, 31, 31.4, 32, 32.5, 33, 33.5, 34,

39, 40, 41, 43, 44, 44.2, 44.5, 45, 46, 50, 53, 58

(*) Sólo para volúmenes de 100 y 150 litros.

Las características de los termos instantáneos se recogen a continuación.

Potencia (kW) 3.3, 4.4, 5.7, 6, 6.6, 7, 8, 8.8, 9, 10.5, 12, 13.2,

13.5, 14, 16, 18, 21, 24, 27

Tensión de alimentación (V)

230, 400

Presión máxima (bar) 6, 9, 10

Tipo de resistencia blindada, desnuda, tubular

Tipo de aislamiento poliuretano

Caudal característico (l/min)

3.5, 6.9, 10.3, 12, 13.8

Caudal de ACS con ∆t= 25ºC (l/min)

2, 2.5, 3.3, 3.8, 5, 7.3, 7.7, 9.9, 10.3, 11.6, 12,

13.2, 13.7, 15.4

Caudal de ACS con ∆t= 38ºC (l/min)

1.24, 1.65, 2.15, 2.5, 3.3, 5, 5.1, 6.8, 7.9, 9.1,

10.1

Peso con agua (kg) 1.3, 1.9, 2, 2.3, 2.4, 3.25, 3.7, 3.9, 4.2

10.2.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS EQUIPOS DE MEDIDA

En este anexo, se van a detallar las características técnicas de los equipos de

medida. Estos datos son aportados por el suministrador. Únicamente aparecen

las características de los equipos que son de nueva adquisición ya que de los

equipos que ya se tenían anteriormente no se tiene dicha documentación.

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• CAUDALÍMETRO: KROHNE OPTIFLUX 1010 C/D

Tamaño DN 15 PN 40 conexión wafer

Tubo de medida en AISI 304

Recubrimiento interno de teflón PFA

Electrodos Hastelloy C4

Temperatura máxima de operación 90ºC

Protección IP 67

Convertidor IFC 1 C/D versión compacta

Alimentación 220 Vac

Salida 4-20 mA, pulsos, e indicador de estado

Precisión 0,5 %

Caudal de aplicación de 0-15 l/min, 60ºC

Precio 1215,00 €

• SONDA DE TEMPERATURA: PROCOM PT-100

Sonda de temperatura Pt-100 para medir agua en tubería de 3/4”

Diámetro 3 mm, longitud 80 mm

Cabzal DIN B con convertidor 4-20 mA

Rango 0-50 ºC 0-100 ºC

Precio 96,00 €

• TRANSMISOR DE PRESIÓN: PROCOM 26,600

Rango 0-16 bar

Salida 4-20 mA

Conexión rosca 1/2” G

Precisión 0,25 % FE

Precio 165,00 €

10.3.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS TERMOS

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11.- BIBLIOGRAFÍA

Apuntes transmisión de calor

Apuntes de termodinámica

Tablas de termodinámica

Catálogo termos eléctricos Saunier Dauval año 2007

Catálogo termos eléctricos Junkers año 2007

Catálogo termos eléctricos Fagor año 2007

Catálogo termos eléctricos Aparici año 2007

Catálogo termos eléctricos Siemens año 2007

Catálogo termos eléctricos Cointra año 2007

Catálogo equipos de medida Salvador Escoda año 2007

Programa informático: EES