Recuperación del calor de las aguas residuales de la ducha

La recuperación del calor de las aguas residuales de las duchas es el proceso de captar la energía térmica contenida en las aguas residuales calientes (por ejemplo, de las duchas) y transferirla al agua dulce fría entrante. En la práctica, se instala un intercambiador de calor de contracorriente o de película descendente para que las aguas grises calientes (por ejemplo, ~25-35 °C) pasen por un lado del intercambiador mientras que el agua fría entrante (~10-15 °C) fluye por el otro lado. El agua fría se precalienta (por ejemplo, a ~20-28 °C) antes de entrar en la caldera o el generador de agua caliente, reduciendo así el combustible o la energía eléctrica necesarios.

Este enfoque utiliza el flujo simultáneo de aguas residuales y agua dulce -especialmente en aplicaciones de duchas- para permitir la transferencia de calor en tiempo real sin necesidad de grandes sistemas de almacenamiento térmico.

El ahorro depende de varios factores (temperatura del agua residual, temperatura del agua fría entrante, caudales, eficacia del intercambiador de calor). Pero los sistemas industriales y comerciales típicos indican un ahorro de hasta el 50% de la demanda de agua caliente. Por ejemplo, una guía europea muestra que los sistemas de recuperación del calor de las aguas residuales de la ducha pueden recuperar hasta un ~60 % de la energía relacionada con la ducha en algunos casos.

Otra referencia para aplicaciones domésticas/menos intensivas informa de reducciones de ~31-36 % (o hasta ~41-47 % con respaldo de inmersión) en el consumo de agua caliente eléctrica.

Así pues, para un hotel o un complejo de piscinas, la implantación de un sistema del tamaño adecuado (con, por ejemplo, un intercambiador de película descendente de alto coeficiente de transferencia de calor) puede suponer un ahorro sustancial de costes de combustible/utilidad y una mejora de los parámetros de sostenibilidad.

Esta tecnología es especialmente eficaz en instalaciones que tienen un elevado uso continuo o repetido de duchas o ciclos de aclarado con agua caliente y, por tanto, un importante flujo de salida de aguas residuales calientes. Las áreas de aplicación típicas son:

• Hoteles, complejos turísticos y balnearios con muchas duchas para huéspedes
• Piscinas públicas o comerciales, centros de bienestar, instalaciones deportivas y de ocio
• Sistemas de duchas industriales (duchas para empleados, sistemas de enjuague de líneas de producción)
• Proyectos de renovación a gran escala en los que la demanda de agua caliente es elevada y existen objetivos de eficiencia energética
  Las referencias muestran que los sistemas se utilizan en "instalaciones deportivas, peluquerías, hoteles y piscinas".

En resumen: los escenarios de "gran caudal, alta rotación y uso predecible" ofrecen el mejor retorno de la inversión.

A la hora de especificar un sistema de recuperación de calor de duchas y aguas residuales para uso industrial/comercial, los parámetros técnicos clave incluyen:

• Coeficiente de transferencia de calor (valor U): Los valores altos (por ejemplo, hasta ~2000 W/m² K) indican un intercambio eficaz. (Véanse, por ejemplo, los datos del intercambiador de película descendente)
• Material e higiene: Se prefiere el uso de acero inoxidable (por ejemplo, AISI 316Ti) por razones de higiene, resistencia a la corrosión y longevidad en un entorno de ducha/aguas residuales.
• Simultaneidad del caudal: En los sistemas instantáneos, los flujos de aguas residuales y de agua fría deben coincidir (especialmente en la ducha) para una recuperación óptima.
• Rango de presión/temperatura del sistema: Deben definirse la temperatura de alimentación en frío, la temperatura del agua residual, la temperatura de retorno y la caída de presión admisible.
• Acceso para limpieza/mantenimiento: Especialmente en el caso de las aguas residuales que puedan arrastrar suciedad, pelusas, restos de jabón u otros contaminantes, el intercambiador debe ser accesible para su limpieza o disponer de elementos antiincrustantes.
• Integración/compatibilidad: Debe adaptarse a la generación de agua caliente/caldera existente, a los circuitos hidráulicos, a las limitaciones de espacio y a los regímenes de mantenimiento.

No, no necesariamente. La integración puede ser sencilla, dependiendo del diseño del sistema. Algunas consideraciones:

• En las nuevas construcciones, el intercambiador de calor puede integrarse en el desagüe de la ducha o en las tuberías adyacentes; en las reformas de hoteles/piscinas puede ser necesario adaptar las tuberías/el conducto y el espacio.
• Dado que el uso de la ducha es típico y predecible, el sistema no requiere necesariamente un gran almacenamiento térmico si se utiliza la recuperación instantánea.
• El mantenimiento debe planificarse, pero muchos sistemas modernos están diseñados para limpiarse sin necesidad de una parada total (especialmente los de película descendente). Esto limita las interrupciones operativas.

Por lo tanto, aunque se requiere cierta planificación y adaptación de las tuberías, las ventajas suelen compensar el esfuerzo de instalación.

El periodo de amortización depende de variables específicas del emplazamiento: volumen de consumo de agua caliente, costes de energía/combustible, eficiencia del sistema y coste de instalación. Las referencias típicas para sistemas residenciales indican periodos de amortización de entre 2,5 y 7 años (para recuperación de calor del agua de drenaje doméstico).

Para los sistemas comerciales/industriales (p. ej., hoteles, piscinas) con grandes cargas, el plazo de amortización puede ser significativamente más corto debido al mayor potencial de ahorro de energía (50%+). La mejor práctica consiste en realizar un análisis completo del coste del ciclo de vida (ACV) que incluya el coste de capital, el ahorro de energía previsto, el coste de mantenimiento y la durabilidad/vida útil del intercambiador.

Deben abordarse varias cuestiones, especialmente en las instalaciones comerciales-industriales (hoteles/piscinas):

• Separación del agua potable y no potable: El intercambiador de calor debe garantizar que no se mezclen las aguas residuales y el agua dulce. Dependiendo de la normativa local, pueden ser necesarias opciones de doble pared o de detección de fugas.
• Rendimiento térmico y descenso de la temperatura: El sistema no debe reducir la temperatura de las aguas residuales por debajo de umbrales que puedan afectar al tratamiento posterior (si se vierten al alcantarillado) o provocar crecimiento microbiano. Algunas orientaciones sugieren que las aguas residuales no deben enfriarse por debajo de ~10 °C en los sistemas de alcantarillado.
• Idoneidad del material y limpieza: En un entorno de duchas y aguas residuales con jabón, aceites, pelusas, etc., los materiales deben resistir las incrustaciones y la corrosión, y los diseños deben facilitar la limpieza.
• Cumplimiento de las normas de edificación y eficiencia energética: Muchas jurisdicciones reconocen la recuperación de calor de las aguas residuales en los códigos energéticos de los edificios o en los métodos de cálculo.

Por lo tanto, las especificaciones de ingeniería deben incluir la separación higiénica, los materiales correctos, el acceso para el mantenimiento y el cumplimiento de la normativa.

En la recuperación de calor de aguas residuales industriales (como duchas, lavandería, aguas residuales de procesos), la elección del tipo de intercambiador es importante:

• Los intercambiadores de calor de película descendente (diseño abierto, acero inoxidable) ofrecen coeficientes de transferencia de calor muy elevados, bajas caídas de presión y facilidad de limpieza y acceso durante el funcionamiento. Por ejemplo, la documentación del producto muestra que el sistema abierto de acero inoxidable Falling Film Chiller permite la limpieza incluso durante el funcionamiento.
• Los intercambiadores de calor de placas pueden funcionar bien, pero pueden sufrir un mayor ensuciamiento en aplicaciones de aguas residuales y requerir tiempos de inactividad para su mantenimiento.
• En entornos con mayor contaminación/flujo variable (por ejemplo, duchas industriales, grandes hoteles, piscinas), la robustez y facilidad de limpieza del diseño de película descendente lo convierten a menudo en la opción preferida.

Por lo tanto, cuando se especifica para una instalación comercial/industrial, los intercambiadores de película descendente suelen ofrecer una mayor fiabilidad operativa y un menor tiempo de inactividad por mantenimiento.

Durante el diseño deben evaluarse varios factores limitantes o riesgos:

• No simultaneidad de caudales: Si el agua residual caliente (fuente) y la alimentación de agua fría (sumidero) no coinciden en tiempo o caudal, la recuperación disminuye (a menos que se añada almacenamiento).
• Baja temperatura del agua residual o bajo caudal: Si el agua residual está poco caliente o el caudal es bajo, la energía disponible para la recuperación puede no justificar el coste. La eficiencia puede disminuir.
• Suciedad y mantenimiento: Los contaminantes de las aguas residuales (jabón, pelusas, sedimentos) pueden reducir la eficiencia de la transferencia de calor y aumentar los costes de mantenimiento, lo que exige una cuidadosa selección del diseño del intercambiador y del régimen de limpieza.
• Problemas de integración: Las adaptaciones pueden encontrar limitaciones en las tuberías, el espacio o la configuración hidráulica existentes, o requerir tiempos de inactividad.
• Viabilidad económica: Los cálculos específicos del emplazamiento deben confirmar que el ahorro en costes de combustible/utilidad, el coste de mantenimiento y el coste de capital se ajustan para ofrecer una rentabilidad de la inversión aceptable.

Mediante la evaluación proactiva de estos factores, los directores de planta y los ingenieros pueden mitigar los riesgos y optimizar el rendimiento del sistema.

• Evaluación de referencia: Medir el uso actual de agua caliente (volumen de agua de la ducha, temperaturas, caudales), temperatura de las aguas residuales y volumen de vertido, costes de servicios públicos/combustible, rendimiento actual de la caldera/sistema de agua caliente.
• Estudio de viabilidad: Definir la temperatura del agua fría entrante, la temperatura de las aguas residuales, la simultaneidad de caudales, las limitaciones de espacio, los plazos, el régimen de mantenimiento. Cuantificar el ahorro potencial de energía/combustible (utilizar valores de referencia: hasta ~50 %).
• Especificación de la unidad de recuperación de calor: Seleccionar el diseño del intercambiador (por ejemplo, acero inoxidable de película descendente), tamaño para los flujos, garantizar la separación higiénica, materiales, acceso para la limpieza, valores nominales de presión/temperatura, integración en el sistema existente.
• Análisis económico: Coste de capital, coste de instalación, tiempo de inactividad, coste de mantenimiento, ahorro previsto, periodo de amortización.
• Planificación de la integración: Alineación con los sistemas existentes de calefacción, ventilación, fontanería y agua caliente, controles, supervisión (para obtener ahorros), cumplimiento de la normativa (código de edificación, higiene).
• Instalación y puesta en marcha: Instalación con el mínimo trastorno, integración correcta del bucle de precalentamiento, validación del rendimiento (temperaturas, caudal, consumo energético) y monitorización para verificar el ahorro.
• Supervisión y optimización: Tras la puesta en marcha, supervise el consumo real de energía, garantice el plan de mantenimiento, limpie las superficies del intercambiador según sea necesario, compare el ahorro real con el previsto y ajuste los controles/flujos en consecuencia.