El Agua Caliente Sanitaria (ACS) es imprescindible para el desarrollo de la Actividad en las Instalaciones hoteleras.

Su producción se ha venido realizando históricamente y aun se mantiene, mediante calderas que utilizan combustibles fósiles.

Últimamente se están empezando a utilizar bombas de calor térmicas que en algunos casos tiene ciertas limitaciones y requieren una inversión superior y un volumen mayor de almacenamiento.

Las bombas de calor térmicas extraen energía del exterior (aire, agua, terreno) y para ello necesita energía auxiliar eléctrica, que utiliza en su producción una parte de combustibles fósiles.

En un proceso frigorífico, para obtener frio hay que disipar calor.

En una enfriadora convencional ese calor se disipa al exterior y de el no se obtiene ninguna utilidad.

Si a una enfriadora convencional se le incorpora un intercambiador adicional, se convierte en una enfriadora con recuperación que permite el aprovechamiento de ese calor para ser utilizado en cualquier proceso.

• Producción de agua caliente sanitaria
• Calentamiento de piscina
• Calentamiento de SPA
• Calentamiento de jacuzzi
• Etc. etc.

Además con la ventaja, de que al ser un calor que se obtiene sin consumo energético, se puede utilizar sin ninguna restricción reglamentaria, incluso en piscinas exteriores.

Una gran parte de la producción de ACS en una instalación hotelera se puede obtener de forma totalmente gratuita mediante enfriadoras con recuperación.

Se trata de una solución ecológica, eficiente y sostenible, que reduce considerablemente la utilización de combustibles fósiles con lo que ello conlleva de emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero, reduciendo notablemente el impacto medioambiental y la factura energética.

Representa un ahorro muy importante en la explotación hotelera.

Su integración en cualquier sistema de producción de ACS es relativamente sencilla.

¿QUÉ ES UNA ENFRIADORA CON RECUPERACIÓN?

Una enfriadora con recuperación es una enfriadora convencional a la que se le adiciona un intercambiador para recuperar calor.

Por tanto a nivel de fabricantes es un opcional que se incorpora a una maquina estándar.

Guía Técnica Agua Caliente Sanitaria Central (pág. 35)

A la izquierda se representa un ciclo frigorífico normal:

• Evaporador
• Compresor
• Condensador
• Válvula expansión (indicada en la figura como Laminación)

A la derecha se representa un ciclo frigorífico con recuperación de calor:

• Se instala un intercambiador entre la salida del compresor y la entrada al condensador, indicado en el diagrama como “Recuperación de calor”

El ciclo de refrigeración se analiza en el Articulo publicado en las paginas de We Resolve denominado “Optimización Energética Producción de Refrigeración en Instalaciones Hoteleras”, en el que se expone como es el funcionamiento de una enfriadora.

Todo lo indicado es aplicable, debido a que la única diferencia es la integración del recuperador de calor.

¿QUÉ CALOR ES POSIBLE RECUPERAR DE UNA ENFRIADORA?

Una parte de la potencia calorífica disipada, o la totalidad.

• Recuperadores de carga parcial
• Recuperadores de carga total

Las mas usuales y que representan una inversión relativamente pequeña, con una amortización rápida, son los de carga parcial, que en la mayoría de los casos son suficientes para satisfacer las necesidades del hotel.

Los de carga total, se justifican solo si existe una demanda muy elevada de energía térmica, tienen un coste muy superior y su integración es mas compleja.

¿CUÁNTOS RECUPERADORES SE INSTALAN POR MAQUINA?

Las plantas enfriadoras están formadas por uno o varios circuitos frigoríficos.

Lo usual es que estén dotadas de dos circuitos frigoríficos.

En cada circuito frigorífico se instala un solo recuperador.

Por tanto en una maquina con dos circuitos frigoríficos se pueden instalar dos recuperadores.

Emplazamiento recuperadores de calor

En la parte inferior de la enfriadora, debajo de las baterías de condensación se visualizan los intercambiadores de recuperación (en este caso dos).

ESQUEMA RECUPERACIÓN DE CALOR

Se considera una maquina aire-agua con dos circuitos frigoríficos.

El numero de compresores de cada circuito (representado por 2) puede ser variable.

Por ejemplo pueden ir dos compresores en un circuito y tres en otro.

Pág. 146 Guía Técnica “Ahorro y recuperación de energía en las Instalaciones de Climatización”

En este esquema hay que distinguir dos partes:

• De la línea 17 hacia arriba se representa la enfriadora.
• De la línea 17 hacia abajo se representa la instalación.

En este caso, el recuperador (3) está en serie con el conjunto de compresores (2) y el condensador (4).

INTEGRACIÓN DE LA ENFRIADORA CON RECUPERACIÓN EN EL CIRCUITO DE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

Para integrar la recuperación de calor en el circuito de producción de agua caliente sanitaria es preciso:

Cumplir las exigencias del fabricante para:

• Aprovechar el calor producido, optimizando el aporte energético.
  • Regular los caudales de agua que atraviesan los recuperadores de las maquinas
    • Si en un recuperador dos compresores y en otro inciden tres compresores, los caudales serán distintos.

• Evitar que se produzcan graves patologías.
• Estableciendo un rango de temperaturas de funcionamiento.

Cumplir las exigencias de los Reglamentos de Instalaciones Térmicas, vigentes en cada país.

• Establecer sistemas de expansión que sean capaces de absorber las sobrepresiones que provocan el calentamiento de agua.

• Sistemas de seguridad que eviten que las sobrepresiones provoquen:
• Accidentes por roturas de tuberías o elementos.
• Deformaciones de los intercambiadores.

• Sistemas para control de temperatura

• Válvula de tres vías

• Filtros

• Sistemas de bombeo adecuados

• Interruptores de caudal.

• Purgadores.

• Sistemas de llenado.

• Valvulerías.

• Etc. etc.

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA CALORÍFICA EN EL CICLO DE COMPRESIÓN

Se analiza de una forma resumida el proceso frigorífico en una enfriadora aire-agua con dos circuitos frigoríficos.

El aire se utiliza para condensar el refrigerante.

El agua se utiliza como fluido caloportador para la distribución a fancoils y climatizadores.

Son circuitos independientes, que aportan frio al evaporador 1.

Esquema enfriadora con recuperación

• Las flechas del evaporador 1 (13 y 14) corresponden a la entrada y salida correspondiente al agua fría para distribución a fancoils y climatizadores
• Las flechas de los intercambiadores recuperadores (3), numeradas como(11 y 12) corresponden a la entrada y salida del agua caliente que se utiliza en la producción de calor.

Esquema circuito frigorífico

1. Evaporador
2. Compresor (o conjunto de compresores)
3. Intercambiador recuperador
4. Condensador
5. Válvula de expansión

Una enfriadora convencional sería exactamente igual sin el recuperador (3).

En una enfriadora convencional el funcionamiento es el siguiente:

• Evaporador (1)
  • El refrigerante sale en forma de gas.

• Compresor (2)
  • El gas refrigerante es comprimido.
  • Al comprimir el gas sale del compresor a alta presión y alta temperatura.
  • Como se ha indicado, puede haber uno o varios compresores.

• Recuperador (3)
  • No existe en una enfriadora convencional.

• Condensador (4)
  • El gas procedente del compresor entra en el condensador a alta presión y alta temperatura.
  • Por las baterías del condensador se hace pasar una corriente de aire a temperatura ambiente que disipa el calor al exterior.
  • A lo largo del condensador se produce un cambio de estado pasando el gas a liquido.

• Válvula de expansión (5)
  • Al atravesar el refrigerante en forma de liquido caliente la válvula de expansión entra en el sector de baja presión.
  • Al reducir la presión se evapora una parte del refrigerante.
  • Esta evaporación enfría el liquido restante.

• Evaporador (1)
  • En el evaporador entra el liquido frio.
  • Intercambia calor con el agua procedente de fancoils y climatizadores.
  • En la batería del evaporador se produce un cambio de estado, en el que todo el liquido pasa a gas.

En un ciclo de compresión para una enfriadora, el fin primordial es producir agua fría.

Se observa que para producir frio en evaporador (1),  es preciso disipar calor en condensador (4).

La energía calorífica que se obtiene en el proceso de condensación se lanza a la atmosfera y no se aprovecha.

CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA CALORÍFICA EN UNA ENFRIADORA CON RECUPERACIÓN

Para el aprovechamiento del calor de condensación es preciso instalar:

• Intercambiador recuperador (3)

• Es un intercambiador refrigerante-agua
• Por el circuito primario circula refrigerante en forma de gas a alta temperatura procedente del compresor.
• Por el circuito secundario circula agua procedente de un circuito cerrado (representadas por las flechas de entrada y salida).

• Se instala a la salida del conjunto de compresores (2)
• Es el punto donde el gas refrigerante se encuentra a mayor temperatura.

• En el recuperador (3) se produce un intercambio térmico.
• El refrigerante que entra en forma de gas a alta temperatura cede calor al circuito secundario (agua) que transfiere la energía calorífica al circuito de utilización.
• Con ello enfría el refrigerante
• Calienta el agua

• La energía calorífica que aporta el refrigerante es gratuita y se puede utilizar tanto para la producción de agua caliente sanitaria, como para cualquier otro proceso que necesite calentamiento.

• En los recuperadores de carga parcial (los que suelen instalarse en mayor medida) el intercambio térmico es mediante calor sensible. Entra gas a alta temperatura y sale el gas mas frio.
• Este gas pasa a la batería de condensación (4) donde se completa el proceso. Saliendo de esta batería en forma de liquido.
• Estos recuperadores de calor reciben el nombre en catálogos técnicos de los fabricantes de desuperheater.

• En los recuperadores de carga total (solo en instalaciones especiales) el intercambio es sensible y latente. El refrigerante entra en forma de gas y sale en forma de liquido, aprovechando la totalidad del calor de condensación.
• Si se recupera el 100% de la potencia calorífica, no entraría la batería de condensación (4)

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA CALORÍFICA

El aprovechamiento de la energía calorífica, se produce única y exclusivamente cuando si es necesario refrigerar.

No es posible producir calor, si la enfriadora no está aportando frío.

Una vez captada la energía calorífica en el recuperador (3), es preciso transmitirla a los procesos en los que se demanden calor, como por ejemplo el agua caliente sanitaria.

No es admisible pasar directamente el agua que se pretende calentar, (piscinas o agua caliente sanitaria), por el intercambiador recuperador (3), debido a que por su circuito primario circula refrigerante que no puede mezclarse en caso de rotura con el agua de utilización.

¿La producción de calor de una enfriadora es siempre la misma?

No, la producción de calor en una enfriadora con recuperación no es siempre la misma.

Depende de una serie de parámetros como puede ser:

• Temperatura exterior. (que varía)
• Temperatura de evaporación. (que varía)
• Numero de compresores que están en funcionamiento. (que dependen del consumo)

Si la temperatura exterior es elevada, los gases salen del compresor a mayor temperatura y la producción de energía calorífica que se puede recuperar es superior.

Si la enfriadora funciona a carga parcial, el aporte energético es menor y la producción de energía calorífica, es también menor.

En hoteles de costa durante la temporada estival, con temperaturas exteriores altas y mayor numero de horas de funcionamiento, la producción de agua caliente es superior y cubre una buena parte de la demanda.

Por tanto la producción de energía calorífica, así como la temperatura a la que la aporta es totalmente variable.

En las enfriadoras con recuperación parcial, se puede estimar que la producción gratuita de agua caliente puede oscilar entre el 15% y el 30%.

¿Es posible incrementar la producción de agua caliente?

Si es posible, estableciendo un control de condensación.

El aporte gratuito, se realiza con un funcionamiento de la enfriadora optimizado para la producción de frío.

Ello supone que la condensación del refrigerante va a depender de la temperatura exterior en cada momento.

Las enfriadoras con recuperación permiten condensar el refrigerante a mayor temperatura, con lo que aumenta la producción de agua caliente, si bien con un incremento en el consumo energético.

Siempre que ese incremento del consumo energético sea inferior al coste de la producción de agua caliente, resultaría rentable.

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA CALORÍFICA A LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

Las plantas enfriadoras establecen puntos de conexión para las redes exteriores.

En esta figura solo se analiza

3    Recuperadores (conexión agua caliente)

21  Válvulas conexión circuito recuperación

La conexión del elemento 1 (evaporador) es para refrigeración.

Las conexiones de los recuperadores (3) se han unificado para establecer un único circuito de recuperación.

La válvula 21 situada a la derecha es la impulsión de calor.

La válvula 21 situada a la izquierda es el retorno de calor.

En esta figura solo se analiza

21  Válvulas conexión circuito recuperación

27  Intercambiador agua agua para calentamiento ACS

20  Bomba primario (Captación calor de los recuperadores)

Cuando se produce agua caliente en los recuperadores (3) se pone en marcha la bomba (20) que transfiere el calor generado en los recuperadores de la enfriadora al primario del intercambiador (27).

En esta figura solo se analiza

27  Intercambiador de placas

30  Bomba secundario (circuito agua caliente sanitaria)

33  Entrada de agua caliente sanitaria (del acumulador de precalentamiento)

34  Salida de agua caliente sanitaria (al acumulador de precalentamiento)

En el intercambiador (27) se produce la transferencia energética del agua caliente producida en la enfriadora (recuperador 3) al circuito de consumo de agua caliente sanitaria.

El (27) es un intercambiador agua-agua:

• Primario
  • Agua procedente de la enfriadora (recuperador 3, accionada por la bomba 20).

• Secundario
  • Agua que se pretende calentar, (accionada por la bomba 30).
    • El agua caliente sanitaria procede del acumulador o acumuladores de precalentamiento.

PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

El acumulador desde el que parte el circuito de agua caliente sanitaria debe estar siempre a una temperatura mínima de 60ºC., para combatir la bacteria de la Legionela.

El resto de los acumuladores instalados en serie, se consideran de precalentamiento y no tienen ninguna exigencia en lo relativo a temperatura.

Una enfriadora con recuperación solo aporta agua caliente si hay demanda de refrigeración y además lo hace a temperaturas variables.

Por tanto la energía calorífica que produce, es preciso llevarla siempre al acumulador o acumuladores de precalentamiento.

En la figura se representa.

• Conexiones hidráulicas que irían al acumulador precalentamiento (izquierda).
• El Acumulador de precalentamento (izquierda), está en serie con el de calentamiento.
• Del acumulador de calentamiento (derecha y siempre como mínimo a 60ºC.) es de donde se distribuye el agua caliente sanitaria.

EQUIPOS DE BOMBEO

En el aprovechamiento del agua caliente sanitaria son precisos dos intercambiadores (3) y (27).

• Intercambiador recuperador (3)
  • Integrado en la propia enfriadora

• Intercambiador (27)
  • Intercambiador externo

Son necesario dos grupos bomba

Grupo bomba (20)

• Conecta el secundario del recuperador (3) con el primario del intercambiador (27).

Grupo bomba (30)

• Conecta el secundario del intercambiador (27) con el acumulador de precalentamiento de agua caliente sanitaria.

Es necesario tener en cuenta a la hora de diseñar estas bombas que la producción de calor es totalmente variable.

Si por ejemplo una enfriadora tiene 5 compresores y solo funciona 1, el calor que aporta al circuito es muy inferior que si funciona por ejemplo al 50% o a plena carga.

Siempre que la enfriadora trabaje a carga parcial (que es la mayor parte de su tiempo), la producción de agua caliente sanitaria no va a ser del 100%.

Por tanto, lo correcto es utilizar bombas de caudal variable que se adapten a la producción existente en cada momento.

Si se instalan bombas de caudal fijo el consumo energético será muy superior al necesario.

GESTIÓN Y CONTROL PRODUCCIÓN AGUA CALIENTE SANITARIA

Para que la instalación funcione de forma correcta y optimizar el aprovechamiento energético, es preciso establecer una serie de controles.

En el caso que se analiza, existen dos recuperadores (3).

Los caudales que deben atravesar cada uno de estos recuperadores va a ser función del numero de compresores conectados a su circuito.

• Si en un circuito el numero de compresores es 2 y en el otro 3, los caudales que atraviesan los recuperadores (3) tienen que ser diferentes.

El volumen del circuito de agua del recuperador debe ser mínimo y el fabricante exige un control de la temperatura en la entrada de los recuperadores (3).

Por ello es conveniente instalar una válvula de 3 vías, dotada de controlador.

En esta figura solo se analiza

20  Bomba primario (Captación calor de los recuperadores)

29  Interruptor de caudal (Debe verificar que pasa caudal)

30  Bomba secundario (circuito agua caliente sanitaria)

31  Válvula de tres vías + Controlador.

34  Temperatura de salida a acumulador de precalentamiento

• Puesta en marcha bomba (20)
  • Es necesario que haya demanda de agua caliente.
    • En caso que el acumulador de precalentamiento esté a una temperatura superior a la que se puede aportar, la bomba 20 no entraría en funcionamiento
  • Si entra en funcionamiento se pondría en marcha al entrar el primer compresor.
  • Se desconectaría cuando se desconecte el ultimo compresor y se detenga la enfriadora.

• Puesta en marcha bomba (30)
  • Es necesario que funcione al mismo tiempo que la bomba 20

• Controlador de caudal (29)
  • Si no hay caudal se provoca alarma y desconecta la bomba (20)
  • Al desconectar la bomba (20) se desconecta también la bomba (30)

• Temperatura mínima entrada a recuperador (3) de maquina.
  • Los fabricantes establecen una temperatura mínima con recuperación parcial (por ejemplo 25ºC.)
  • La regulación de esta temperatura se realiza actuando sobre la válvula de 3 vías (31).
  • Si es inferior a esos 25ºC., la recirculación del circuito controlado por la bomba (30), se realiza a través de la vía central de la válvula de 3 vías.

• Válvula de 3 vías + Controlador (31)
  • Garantiza el aporte de agua a mas de 25ºC., a los recuperadores (3)
  • Cuando el agua sanitaria (34) es superior en varios grados a la temperatura del acumulador de precalentamiento, y se cumple que la entrada a (3) es mayor de 25ºC., la válvula de tres vías deja pasar la totalidad del caudal.
  • Si el agua en el acumulador de precalentamiento es igual o inferior al agua que se aporta, cierra el paso (34) se hace recircular a través de la válvula de 3 vías.
  • Para ello la temperatura de producción debe ser superior a la acumulada. Si no es así, desconectaría las bombas (20) y (30)

• Regulación caudal bombas (20 y 30)
  • La energía calorífica producida como se ha indicado depende de varios parámetros, por lo que es muy variable.
  • Es absurdo invertir un elevado consumo energético para bombeo, en los momentos que se capta muy poca energía.
  • Por ello, lo recomendable es que estas bombas estén dotadas de variación de velocidad y adapten su caudal a la producción energética en cada momento.

• Incremento en la producción de Agua Caliente Sanitaria
  • Es posible incrementar la producción de ACS, aumentando la temperatura de condensación.
• Debido a que esta opción representa un incremento de coste en la Producción de Refrigeración, se haría dentro de los parámetros en los que pueda resultar rentable frente a las energías que se utilizan para producir ACS.

CONCLUSIONES

• La Producción de ACS representa un consumo energético elevado en las instalaciones hoteleras.

• Siempre que es necesario producir refrigeración, es preciso disipar calor.

• En una enfriadora convencional el calor se disipa al exterior.

• Las enfriadoras con recuperación son enfriadoras estándar a las que se incorpora un recuperador de calor.

• La recuperación de calor puede ser:
  • Parcial
    • Es la que se suele instalar en hoteles.
  • Total

• En una recuperación parcial, se aprovecha una cantidad significativa de la energía calorífica que disipa la enfriadora.
  • Depende de variables como son la temperatura exterior y el numero de compresores en servicio.
  • Puede estar entre el 15% y el 30% de la energía disipada.

• Es posible incrementar la recuperación de calor.
  • Para ello es necesario incrementar la temperatura de condensación, con el consiguiente consumo energético.
  • Solo sería factible cuando resulte rentable.

• Además del agua caliente sanitaria se pueden atender otros servicios como el calentamiento de piscinas, de SPAs, jacuzzi o cualquier otra necesidad de calor que se plantee.

• La aportación energética de la enfriadora a la producción de agua caliente sanitaria tiene que realizarse en los acumuladores de precalentamiento, debido a que el aporte es muy variable y va a depender de la energía frigorífica que sea necesario producir en cada momento.
  • Por tanto no puede garantizar 60ºC. en el acumulador de calentamiento.
  • El acumulador del que parte el ACS tiene que estar a una temperatura mínima de 60ºC., y disponer de una fuente energética fiable que garantice esta temperatura en todo momento, para combatir la bacteria de la Legionela.

• La integración de la enfriadora en la producción de agua caliente requiere de un Estudio Técnico.
  • El diseño se realiza de acuerdo con las exigencias de las reglamentaciones de cada país y del fabricante de la enfriadora.

• Para extraer la energía que se produce en las enfriadoras y transmitirla al circuito de precalentamiento, son necesarios grupos bomba.
  • Dada la variabilidad de las condiciones en la producción, es recomendable que sean de caudal variable.
    • De esa forma el consumo energético es solo el necesario.
  • Los grupos bombas de caudal fijo incrementan considerablemente el consumo energético en bombeo.

• Es necesario establecer un sistema de control que permita extraer en cada momento la aportación energética que produce la enfriadora, asegurando el correcto funcionamiento de maquinaria elementos y equipos.

• Las Instalaciones Térmicas requieren ser atendidas por técnicos cualificados que conozcan las técnicas aplicables a las mismas.
• Los Reglamentos de Instalaciones Térmicas obliga a Mantenimientos Preventivos realizados por Empresas Habilitadas que tienen que quedar perfectamente documentados.
• Un buen mantenimiento preventivo reduce el consumo energético, evita averías e incrementa el confort

• We Resolve como Empresa de Mantenimiento Integral de edificios singulares, con una amplia experiencia e implantación en el Sector Hotelero (en España y América), dispone de un Dpto. Técnico en el que se analizan las patologías, integración, optimización y mejoras que se presentan en el campo de las Instalaciones.
  • En el caso de la Producción Gratuita del ACS con una inversión relativamente pequeña se obtiene una rentabilidad de por vida, siendo los periodos de amortización relativamente rápidos.
  • Reducir el consumo energético supone una importante reducción en los costes de producción, incrementando la Sostenibilidad y reduciendo el Impacto Medioambiental.

BIBLIOGRAFÍA

Reglamento de Instalaciones Térmicas

https://www.miteco.gob.es/es/energia/eficiencia/rite.html

We Resolve Casos de Estudio (Optimización Energética en la Producción de Refrigeración)

Guía Técnica “Ahorro y recuperación de energía en las Instalaciones de Climatización

https://www.idae.es/publicaciones/guia-tecnica-ahorro-y-recuperacion-de-energia-en-instalaciones-de-climatizacion

Guía Técnica Agua Caliente Sanitaria Central

https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_08_Guia_tecnica_agua_caliente_sanitaria_central_906c75b2.pdf

Catálogos Técnicos Carrier

https://www.carrier.com/commercial/es/es/soluciones/enfriadoras/enfriadoras-aire-agua/30rb—30rbp

1/08/2025
José Arroyo Martín

Ingeniero Tecnico Industrial en Electricidad y Mecánica