martes, 5 de marzo de 2013

Diseño y cálculo de un depósito de inercia para calefacción

Especialmente en las instalaciones alimentadas con Biomasa es importante que la instalación disponga de un depósito de inercia.

Un depósito de inercia evita frecuentes ciclos de arranque paro, con lo que disminuye el rendimiento estacional de los generadores. Pues es preferible que cuando una caldera funcione caliente una reserva de agua y alargue su funcionamiento, pues quizás mientras la instalación térmica pueda demandar energía, y así evitemos que detenga su funcionamiento.

Cuando un generador se detiene simplemente se enfría, y al arrancar incia su funcionamiento que elimará el calor de la cámara de combustión, incrementando sus pérdidas estacionales.


Por ello igual que evitaremos los arranques de los compresores frigoríficos haciéndoles trabajar contra un depósito de inercia en los momentos que no exista demanda. Los generadores aumentarán su rendimiento estacional si en los momento que no hay demanda se dedican a calentar el depósito de inercia, que proveerá a la instalación de una energía suplementaria, que será suficiente para atender pequeñas demandas puntuales.


Además nos permite ajustar el generador a la demanda real o media de toda la vivienda, satisfaciendo el depósito de inercia las pequeñas puntas energéticas que se pueden producir, por temperaturas exteriores muy bajas, simultaneidades de funcionamiento, etc.


Es importante que esta reserva de energía se realice en depósitos bien aislados, para evitar pérdidas energéticas.

El depósito de inercia nos servirá para equilibrar las "bombas de primario" y las "bombas de los circuitos de consumo o circuitos secundarios". Nos servirá de separador hidráulico.

Además permitirá la estratificación de las temperaturas y poder utilizar las tomas  (en altura) en función de la temperatura del circuito de consumo.



Así los generadores trabajarán contra el depósito de inercia como puede ser el ejemplo del siguiente video:


En el caso de la biomasa el generador tal y como hemos visto trabajará contra un depósito de inercia, del que se alimentarán normalmente los circuitos de consumo. Además, es importante en este caso controlar las temperaturas de retorno para evitar la condensación en el circuito de humos de la caldera.

Para dimensionar el depósito de inercia, debemos estimar, un valor entre 15 y 30 litros por kW de potencia térmica nominal del generador. Ello nos garantizará un ciclo de funcionamiento de una duración mínima. En la Guia Técnica de la Biomasa, documento reconocido para la aplicación del RITE, recomienda un volumen entre 20 y 30 litros por kW.

Un generador de biomasa tiene un ciclo de arranque y de parada largo, pues ha de cargar el combustible y encender en caso de arranque, o quemar el que le quede al quemador, en caso de parada del mismo.

Podemos calcular el depósito de inercia y alguna información adicional utilizando la siguiente hoja Excel:


¿Cuánto tiempo tardará un generador en calentar un depósito de inercia?

Ello depénderá del volumen del acumulador y la potencia nominal útil del generador. Recordemos que para el caso del agua, donde el calor específico son 1,16 Wh/kg.ºC, y el peso específico son 1 kg/l :

Potencia = Caudal x Salto térmico x Ce
Caudal = Potencia / (Salto térmico x Ce)

Donde la potencia se expresa en vatios (W), el caudal en l/h, y el salto térmico en grados Celsius (ºC).

Así si un generador es de 25 kW (25000 W), podemos estudiar lo que tardará en calentar un depósito de 500 litros de capacidad, 50 a 80 ºC, es decir en producirle un salto térmico de 30 ºC.

Caudal = 25000 / (30 x 1,16) = 718 l/h.

Haciendo una proporción:
Si calentamos 718 litros en una hora (60 minutos), calentaremos los 500 litros en 42 minutos.

También podríamos estudiar el timpo de calentamiento desde una temperatura de 20 ºC, que podría ser un "arranque en frío".

Así el generador deberá producir un salto térmico de 80 - 20 = 60 ºC.

Caudal = 25000 / (60 x 1,16) = 359 l/h.

Haciendo una proporción:
Si calentamos 359 litros en una hora (60 minutos), calentaremos los 500 litros en 84 minutos.

¿Cuánta energía tiene acumulada el depósito?.

Depende del volumen del acumulador y de la temperatura que alcance. Teniendo en cuenta que la temperatura mínima de funcionamiento de un sistema de calefacción es de 20 ó 30 ºC y que en el caso de la biomasa es ideal una temperatura alta del circuito primario, en torno de 80 ºC. Tendremos un salto térmico de 50-60 ºC.

La energía acumulada en el caso del agua (peso específico 1 kg/l):

Energía = Volumen x Salto térmico x Ce

Donde la energía se mide en las unidades del calor específico, el volumen en litros, el salto térmico en ºC, y el calor específico del agua son 1,16 wh/ºC.kg

Así si un depósito es de 500 litros y almacena agua a 80 ºC (salto térmico 50 ºC), tendrá una energía almacenada de:

Energía = 500 x 50 x 1,16 = 29000 Wh = 29 kWh

Javier Ponce
FORMATEC

7 comentarios:

  1. Hola buenas,

    No puedo descargarme la hoja excel, cómo puedo hacer para descargarla?

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    1. Buenas tardes,

      Todas, o casi todas, las hojas de cálculo están en la zona libre de nuestra web de teleformación.

      Entre ellas:
      Calculadora depósitos de inercia

      Simplemente deberá registrarse (gratuitamente) y podrá acceder a esta y a otras hojas de cálculo.

      Saludos.

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  2. Para el cálculo, si tienes varios generdores, hay que sumar la poténcia de todoe ellos ó se coge la del mayo
    Gracias
    Saludos

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    1. Buenas tardes Mario.

      Buena pregunta. Me he ido a la Guia de la Biomasa y no especifica tanto, indica que se seleccione 20-30 l/kW y que se atiendan las recomendaciones del fabricante.

      Si tubiera que diseñar la instalación consultaría al fabricante, y si tuviera que apostar me iría a la potencia del mayor generador de calor instalado.

      Recordemos que la finalidad es evitar excesivas maniobras arranque-paro de la instalación. Y no es problema "sobredimensionar".

      Si consigue más información, no dude en comunicarla.

      Gracias por su consulta.

      Javier Ponce

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  4. Hola
    Me quiero cambiar de gas a biomasa.
    Es viable cambiar.
    Y que instalación. Con deposito inercia si o no .
    Saludos. Tengo un casa de 150 m

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  5. En las relaciones proporcionales de tiempos invertidos, los tiempos de calentamiento asumen ausencia de consumo durante ellos, no? Es decir, el tiempo es asumiendo que durante el mismo no haya nada que consuma parte de la energía?
    Saludos.

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