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ISSN 0254-0770 / Depósito legal pp 197802ZU38
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
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DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
REVISTA TÉCNICAREVISTA TÉCNICA
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
VOLUMEN 43 MAYO - AGOSTO 2020 NÚMERO 2
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, 58-64
Luis E. Juanicó1 , I. Bove2
1Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales, Argentina.
2Laboratorio de Energía Solar, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Uruguay.
*Autor de Correspondencia: juanico@comahue-conicet.gob.ar
https://doi.org/10.22209/rt.v43n2a01
Recepción: 17/04/2019 | Aceptación: 31/01/2020 | Publicación: 01/05/2020
This work introduces a thermal model and its numerical code to compute the household energy consumption
related to domestic tank-style water heater. Several strategies are studied for energy saving by means of using controlling
countries.
sanitary hot water demand; household water heaters.
Resumen
Este trabajo presenta un modelo térmico y su código numérico para calcular el consumo energético de calentadores
eléctricos con tanque de agua para uso en el hogar. Se estudian varias estrategias de ahorro mediante dispositivos de control
a otros países.
demanda de agua caliente; calentadores de agua para el hogar.
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 2, 2020, Mayo-Agosto, pp. 58-110
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Eficiencia Energética en el Hogar: el Calentador Eléctrico con Tanque de Agua
térmicamente aislado.
A diferencia de los calentadores a gas, en los cuales su
del quemador, en los calentadores eléctricos se considera
sólo la calidad del aislamiento térmico del tanque,
siendo que toda resistencia eléctrica alcanza 100% de
Sin embargo, su potencial de ahorro es considerable, ya
que la demanda de agua caliente de uso sanitario para la
representa el 40% del consumo total de energía del
es recomendable utilizar electricidad, ya que el precio
del gas envasado es notablemente mayor. Para realizar
esta comparación, recuérdese que 1 m3 de gas natural
ó
10 kWh eléctricos, pero a diferencia de los eléctricos
65%. Siendo el costo en Buenos Aires de la electricidad
envasado sería más del doble que con electricidad. Otros
matriculado, mantenimiento de conductos de ventilación,
igualmente válidos para hogares con gas natural, pero
el bajísimo costo que tradicionalmente ha tenido este
3 al 1/4/19, ¡pero diez
sanitaria como son las bombas de calor, donde se pueden
reduciendo el consumo eléctrico a la tercera parte respecto
amortización para un uso familiar no los vuelve atractivos.
una fuerte tradición en la Argentina que favorece la elección
de equipos de gas envasado por parte de los usuarios de
bajos recursos, empleando calentadores a gas con o sin
el riesgo asociado, sobre todo en el caso del calentador
sin tanque, el cual por contar con grandes quemadores
últimos son aceptados por los usuarios de bajos recursos
de mayores recursos, a pesar de que su elección no sea
económicamente redituable ni mucho menos segura.
como será demostrado muy importante la potencialidad
de ahorro energético que permite un calentador eléctrico,
en este trabajo se desarrollará el cálculo de su rendimiento
En primer lugar, debe notarse que el tanque de
será 5,5 veces mayor en el primero, y que las pérdidas de
calor son proporcionales a dicho salto. Esta comparación
se traduce en que el primer equipo necesitará encender
su resistencia eléctrica para mantener la temperatura
con una frecuencia 5,5 veces mayor, dando un mayor
stand-by. Es importante aclarar que este consumo stand-
by es independiente del consumo directo asociado a la
del calentador. Sin embargo, se debe reconocer que el
usuario promedio será reticente a adoptar esta sugerencia
confortable requiere en promedio 50 l a una temperatura
esta incomodidad, pero que nos permitan minimizar el
consumo stand-by.
El tiempo de precalentamiento es directamente
tanque
cal
cal,
precalentamiento, donde Cagua el calor
regla de tres otros casos de interés. Por ejemplo, si se
, el
tiempo de precalentamiento se cuadruplicará, siendo de
2 horas. Este lapso puede ser demasiado para el usuario
promedio y le impulsará a dejar el termostato a la mayor
temperatura posible.
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60 Juanicó y Bove
Dtprecal. = CaguatanqueDTcal. / Pcal.
Siguiendo con este ejemplo, un calentador
precalentamiento. Es interesante notar que la potencia de
calentamiento del calentador no guarda relación con su
consumo energético. Cabe preguntarse por qué entonces
la mayoría de los modelos vienen provistos de una
resistencia de 1500 W, siendo que a mayor potencia menor
tiempo de precalentamiento. La respuesta se encuentra en
que el fabricante desea que su equipo pueda ser instalado
en la mayoría de los hogares, muchos de los cuales cuentan
aumenta conforme aumente ésta, por lo cual contratar
un plan de mayor potencia conllevará un encarecimiento
del consumo global. Sumado a ello, si los calentadores
tuvieran más potencia, como gran parte de la población
sufriría un indeseable pico de consumo. Por todo esto, se
descartará el aumento de la potencia del calentador, y se
considerará sólo las dos restantes variables: la capacidad
del calentador y la regulación del termostato.
Esta es una variable útil, siendo que un calentador
pérdidas de calor por su menor área
posee poca capacidad para satisfacer una gran demanda de
agua caliente. Por este motivo, es frecuente que el usuario
opte por la solución simple de dejar siempre el termostato
50 l para disponer de un único
stand-by
Como regla general se suelen utilizar aislamientos
o de poliuretano inyectado en nuevos, que proporcionan
y de 0,6 W/m2 tiplicando este
tanque amb. tanque,
se calcula la potencia térmica como consumo de stand-by
stand-by
Pstand-by = UAtanquetanque Tamb.
1,5 m2
stand-by calculada es de 60 W. Puede parecer modesto,
pero sostenido a lo largo del día representa un consumo
h/día. Con la tarifa
respectivamente, de donde se calcula un ahorro anual de
anticipar el consumo, subiendo la temperatura una hora
Para completar este punto, debe recordarse que
stand-by
stand-by
ambos factores:
Estand-by = Pstand-by Dt
energía necesario para disponer de un ba
50 l a 42
se deberá calentar el agua desde la temperatura de la
red
agua = Tred, el cual
agua
agua
consumo
Econsumo = Caguaagua- Tred
Por ejemplo, si la temperatura de ingreso de
consumida sería de 1,39 kWh.
es el solventar una mayor demanda continua de agua
á esperar una
hora. Si en cambio este proceso iniciara con el calentador
ducha reduciría el volumen de agua caliente consumida.
La ecuación 5 plantea el balance de energía que permite
eq
partiendo de un termostato a una cierta temperatura
termos.
tanque
cálculo no se contabiliza el efecto de mezclado dentro del
calentador por ser mínimo en lapsos cortos.
eq. agua– Tredtermos. – Tred
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Eficiencia Energética en el Hogar: el Calentador Eléctrico con Tanque de Agua
tanque eq.
calentador como el cociente entre la energía utilizada
de varios factores que serán estudiados a continuación
stand-by
consumo / Eeléctrica
Con los modelos antes desarrollados, se calculó
consumo anual en función de los siguientes parámetros:
Se considerarán las siguientes hipótesis de
trabajo:
amb
temperatura promedio mensual ambiental a lo largo del
ía y por persona.
red
tubería enterrada o grandes tanques, pero en tanques
valor promedio estacional.
2, y
2
También se calculará el tiempo de
precalentamiento. Se programa en una hoja de
quien podría simular otros casos de interés.
150 l
stand-by y
bajo consumo directo, pero plantea algunas estrategias
interesantes, ya que este usuario solitario tiene la
oportunidad de anticiparse a todos los consumos y obtener
así importantes ahorros. Se observa en los resultados
y a malgastar 675 kW
kW stand-by
stand-by
tendencia, se recomienda mantener apagado el calentador
minimizar el consumo stand-by. Si bien esto requeriría un
podría anticiparlo mediante algunos recursos:
temporizador para programar el encendido; su modesto
“switch digital de enlace wifi”
remotamente el calentador; su inversión se amortiza en
cuatro meses.
Nótese que una persona promedio gasta 50 l
de agua caliente por día, y por ende este usuario estaría
necesarios. Por ello, otra solución interesante es el sustituir
descarta todas las estrategias anteriores, pero en cambio
está dispuesto a cambiar su enorme calentador. Es claro
pérdidas como consumo stand-by, pero también es cierto
sobrecalentado para estirar el consumo y satisfacer la
contrabalancear su ventaja inicial. Considérense entonces
similares prestaciones. Obsérvese con el programa de
cálculo desarrollado que el calentador de 50 l pierde
casos la sustitución permitió un importante ahorro, y su
costo se amortizaría en 3 ó
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Termostato
(°C)
Estand-by
anual (kW·h / $)
Tiempo
precal. (min)
Eciencia
global
20 --- 153 100%
30 123 / $ 368 83 82%
42 270 / $ 810 --- 68%
50 368 / $ 1105 --- 61%
75 675 / $ 2025 --- 46%
Volumen
(l)
Tiempo precal.
(min)
25 51
50 51
80 82
100 102
150 153
Ahora será estudiada la capacidad del calentador
a adquirir, sabiendo que uno muy grande sufre grandes
caso anterior, se deberá aquí considerar que es necesario
disponer de agua caliente durante todo el día para otros
en cuanto a la capacidad del termotanque con nuestro
programa, permite estimar que uno de 80 litros puede
brindar una solución óptima, porque con su termostato
stand-by
los cuales se pueden estiran hasta 3,8 partiendo del
los cuatro si se suma el tiempo de este mismo proceso,
55 min. Para calcular este tiempo de precalentamiento
red puede tener variaciones estacionales importantes,
y por ende el tiempo de calentamiento aumentará
sensiblemente en invierno, disminuyendo en verano. En
este trabajo será considerada la temperatura de la red
constante, pero debería considerarse dicha variación
estacional en un estudio más detallado. Por último, nótese
superior al caso anterior, debido a que aquí satisface
una mayor demanda útil y entonces las pérdidas como
consumo stand-by tienen un menor peso relativo.
Como corolario de todo el análisis anterior, será
stand-by fue
y reduzca costos. Considerando que una gran vivienda
habituales por ejemplo en Uruguay. La ventaja de este
equipo muy compacto es que se calienta rápidamente y
permite disponer todo el día de agua caliente para lavar
stand-
by
érese una gran casa con un
cocina igualmente alejados del calentador por 19 m de
se debe llenar de agua caliente antes de que ésta salga por
que cierro el grifo si no la vuelvo a utilizar rápidamente
un gran consumo en grifos de uso esporádico como los
lavamanos. Cabe comentar que antiguamente, cuando
el usuario solía abrir únicamente la de agua fría para un
uso breve, pero desde que se generalizaron los grifos
con lo cual se demanda agua caliente del calentador sin
que muchas veces ésta se llegue a utilizar efectivamente.
Es pues recomendable disponer un calentador en cada
estima 5 usos parásitos por persona a diario estaríamos
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Eficiencia Energética en el Hogar: el Calentador Eléctrico con Tanque de Agua
stand-by:
simultáneos, y el tiempo de precalentamiento será menor
El consumo stand-by
ía
La idea en este caso es poder programar el consumo del
stand-by más que
en el caso A
¿
Se han realizado todos los cálculos considerando
un viejo calentador, cuya calidad de aislamiento se
caracteriza por U = 0,8 W/m2 fuese
m2 cabe esperar un menor consumo stand-by. Aquí
stand-
by
lo cual la reducción obtenible por este recambio será
sólo del 25%. Por otra parte, recordando que el consumo
o visto de otra manera, si no sería conveniente recurrir a
otro tipo de solución en donde la inversión se amortizase
más rápidamente. Por ejemplo, una familia numerosa con
stand-by
analizado en este trabajo, se pueden ahora evaluar otras
opciones más inteligentes:
calentador y programando su encendido con un reloj
Se analizarán en detalle todas estas opciones:
Opción 1. No requiere inversión y por su menor consumo
stand-by
que la única molestia es la necesidad de anticipar el
Opción 2. Se logra eliminar el consumo parásito de la
Pero también, al habilitar la posibilidad de que el gran
stand-by
stand-by del nuevo
stand-by
anterior, pero con la gran desventaja de disponer siempre
estrategias para ahorrar energía. Las moderadas
inversiones propuestas se amortizan en pocos meses,
siendo entonces asequibles. Las ventajas obtenidas no
se limitan al ahorro energético y monetario, sino que
además permiten sumar otros aspectos, como el confort
térmico y la apropiación de la tecnología por parte del
usuario a partir del mayor conocimiento térmico del
calentador. Es esperable que este conocimiento práctico
y/o aplicado junto con la herramienta sencilla de cálculo
desarrollada, ayudarán al usuario promedio a seguir
alguna de estas estrategias sugeridas. Se ha demostrado
que las posibilidades potenciales van más allá del simple
recambio de un viejo calentador, empleando creatividad y
conocimiento.
El programa de cálculo presentado permite
además que el lector pueda simular otros casos de interés,
cuestiones de espacio no fueron aquí desarrolladas, pero
resultados igualmente interesantes.
El modelo térmico desarrollado podría ser
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64 Juanicó y Bove
también fácilmente aplicado al cálculo de calentadores
fue discutido en la introducción, el usuario argentino ha
por el bajísimo costo histórico del gas natural, el cual
se mantiene en valores relativamente bajo. Sin embargo,
no es válido para los usuarios sin red de gas, quienes
generalmente constituyen los hogares más pobres y que
gas envasado en Buenos Aires el doble de su equivalente
energético en electricidad, ni siquiera desde el punto de
a favor del gas envasado. Por otra parte, el uso de este
tipo de combustible conlleva implicaciones muy fuertes
en cuanto a los riesgos potenciales que implican hacia la
vida de los usuarios y sus viviendas, que no se presentan
en el caso de utilizar equipos eléctricos. Por último, debe
ser notado que algunas de las estrategias aquí estudiadas
timer
González, A.D. Residential energy use in one-family
households with natural gas provision in a city of
the Patagonian Andean region, Energy Policy, 35
Rosenfeld, E. El uso de la energía en el sector
residencial del Gran La Plata. Discriminación de
consumos, cambios tecnológicos y opinión de los
usuarios en las décadas del´80 y´90, Avances en
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07.2507.30, www.asades.org.ar
Iannelli, L., Prieto, R. Eficiencia en el calentamiento
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convencionales y solares híbridos. Petrotecnia,
95.
and CO2 emissions impacts of shifts in residential
water heating in the United States. Energy, 81
327.
cost comparison of residential water heating
technologies. Energy,
Vieira, A.S., Beal, C.D., Stewart, R.A. Residential
water heaters in Brisbane, Australia: Thinking
beyond technology selection to enhance energy
Energy and Buildings,
Energy and
Buildings1073.
REVISTA TECNICA
DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
www.luz.edu.ve
www.serbi.luz.edu.ve
www.produccioncientica.luz.edu.ve
Esta revista fue editada en formato digital y publicada
en Abril de 2020, por el Fondo Editorial Serbiluz,
Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela
Vol. 43. N°2, Mayo - Agosto 2020, pp. 58 - 110__________________
