La estratificación es la disposición natural en capas del agua caliente sobre la fría dentro de un depósito de acumulación: el agua a 60 °C es aproximadamente un 1,5 % menos densa que a 20 °C, por lo que flota. Un depósito bien estratificado suministra agua a plena temperatura desde la parte superior mientras entrega a los captadores solares o a las bombas de calor el agua más fría posible desde el fondo, y los estudios de simulación indican hasta un 20 % más de producción solar con acumuladores estratificados.
¿Qué es la estratificación en un depósito de agua caliente?
La estratificación es la disposición en capas de temperatura impulsada por la densidad: el agua a 60 °C es aproximadamente un 1,5 % más ligera que el agua a 20 °C, de modo que el agua caliente flota de forma estable sobre la fría, con una zona de transición nítida entre ambas: la termoclina. Si no se la perturba, un depósito alto se organiza por sí solo en una parte superior caliente, un fondo frío y una termoclina de unos pocos centímetros de espesor. La disposición en capas es física que trabaja gratis; cada decisión de diseño en torno a un depósito de acumulación la protege o la destruye.
¿Por qué aumenta la estratificación el agua caliente utilizable?
Como los grifos toman agua de la parte superior, un depósito estratificado suministra agua lista para la ducha incluso cuando la mitad de su volumen ya está fría. Si se mezcla por completo la misma energía en el depósito, todo queda tibio: un depósito de 200 L con 100 L a 60 °C sobre 100 L a 10 °C atiende duchas de inmediato, mientras que el equivalente mezclado queda uniformemente a 35 °C: el mismo contenido energético, pero ni una sola ducha utilizable hasta el recalentamiento. La estratificación es, por tanto, la variable oculta tras cuánta agua caliente utilizable da realmente un acumulador y tras la «recuperación» aparentemente rápida: un depósito que se estratifica restablece una capa caliente utilizable en la parte superior mucho antes de que se recaliente todo el volumen.
| Propiedad | Depósito estratificado | Depósito totalmente mezclado |
|---|---|---|
| Temperatura de salida | Plena temperatura de acumulación hasta que sube la termoclina | Temperatura media, en descenso continuo |
| Agua utilizable antes del recalentamiento | Alta: la capa caliente se mantiene intacta | Baja: todo está tibio |
| Retorno al captador o a la bomba de calor | El agua más fría del depósito | Temperatura media |
| Rendimiento del captador solar | Mayor: la entrada fría reduce las pérdidas | Menor |
| COP de la bomba de calor al cargar ACS | Mayor al inicio de la carga | Menor durante toda la carga |
¿Por qué dependen de ella las instalaciones solares y de bomba de calor?
El rendimiento de ambas tecnologías depende de la temperatura del agua que se les devuelve. Un captador solar alimentado con agua a 20 °C desde el fondo de un depósito estratificado rinde mucho más que uno alimentado con agua mezclada a 45 °C, porque las pérdidas del captador crecen con la diferencia entre la temperatura del absorbedor y la ambiente; los trabajos del programa de Calefacción y Refrigeración Solar de la IEA sobre acumuladores combinados encontraron que los depósitos bien estratificados pueden elevar la producción anual de la instalación hasta en torno a un 20 % respecto a los acumuladores mezclados, y la misma lógica eleva la fracción solar alcanzable. Una bomba de calor también gana: cargar contra la capa fría del fondo mantiene baja la temperatura de condensación, y el rendimiento de la bomba de calor baja aproximadamente un 2–3 % por cada grado adicional de temperatura de impulsión. En un depósito de inercia, la estratificación mantiene además caliente el agua de impulsión en la parte superior mientras el serpentín o las conexiones de retorno trabajan la zona fría; por eso importa tanto la colocación del serpentín, que se explica en qué serpentín calienta qué parte de un acumulador de doble serpentín.
¿Qué destruye la estratificación?
La velocidad y una mala instalación de tuberías. La carga o descarga con caudal alto proyecta agua al interior del depósito y agita las capas: las velocidades de entrada importan más que los volúmenes. Una colocación incorrecta de las conexiones inyecta agua caliente abajo o fría arriba, vertiéndola en la capa equivocada. Un circuito de recirculación de ACS que retorna a media altura del depósito introduce de forma continua agua tibia en la zona fría, una de las razones por las que el control de la recirculación de ACS requiere cuidado. Entre los destructores más lentos están la conducción vertical a través de la pared de acero, el termosifón interno a través de tuberías de conexión sin aislar y cualquier bomba que se deje funcionando cuando el diferencial de temperatura ya ha desaparecido.
¿Qué características de diseño protegen la estratificación?
Los fabricantes de depósitos luchan por las capas con geometría y componentes: una relación de aspecto alta y esbelta (altura de al menos el doble del diámetro) acentúa la estratificación; los difusores de entrada y las placas deflectoras reparten con suavidad el agua entrante al nivel de temperatura correspondiente; las lanzas de estratificación permiten que el agua de carga se deslice en su propia capa de densidad; y varias conexiones a distintas alturas permiten que la solar, la bomba de calor y la caldera trabajen cada una en su zona correcta. En el funcionamiento, mantenga moderados los caudales de carga y descarga, aísle las tuberías de conexión y conecte los retornos a la altura que corresponda a su temperatura; existen normas de ensayo como la EN 12977-3 precisamente para evaluar lo bien que un acumulador conserva sus capas.
Preguntas frecuentes
¿Es mejor un depósito de agua caliente alto y estrecho que uno bajo y ancho?
Para la estratificación, sí. Una relación altura-diámetro de aproximadamente 2:1 o más deja espacio a la termoclina para formarse y reduce la mezcla, y por eso los acumuladores y depósitos de inercia de calidad son altos y esbeltos, y no achaparrados.
¿Ahorra energía la estratificación?
Sí. Aumenta la parte utilizable del calor acumulado y permite que los captadores solares y las bombas de calor trabajen contra agua de retorno más fría, donde son más eficientes; los estudios sobre acumuladores combinados solares indican ganancias a nivel de instalación de hasta aproximadamente un 20 % frente a la acumulación mezclada.
¿Arruina un circuito de recirculación la estratificación?
Puede hacerlo. Una recirculación de ACS devuelve de forma continua al depósito agua enfriada pero todavía tibia; si retorna a una altura equivocada o funciona las 24 horas, erosiona la termoclina y aumenta las pérdidas estáticas. Un control temporizado o por demanda limita el daño.
¿Cómo sé si mi depósito se estratifica correctamente?
Toque la superficie del depósito o compruebe las lecturas de las sondas arriba y abajo durante un consumo: un depósito sano muestra una gran diferencia de temperatura, con la parte superior caliente mientras el fondo se enfría. Un depósito uniformemente tibio de arriba abajo se está mezclando.