El gemelo digital en casa: La tarifa eléctrica

La llegada de la nueva tarifa eléctrica ha traído numerosas noticias, especialmente sobre el incremento de precio de la electricidad y las medidas para reducirlo. Se ha propuesto poner la lavadora a las 12 de la noche, una medida que además del ahorro conlleva un aumento en las hostilidades vecinales. Si analizamos los perfiles del precio en día laborable observamos que la diferencia en precio entre las 00:00 y la franja de mediodía (de 14 a 18) no es tan significativo como el ahorro que se realiza respecto a hacerlo a la horas punta. 

Ejemplo de precios en un día laborable

Lo curioso ocurre en los mediodías de los fines de semana, donde el precio de la electricidad cae en picado (aunque no siempre) en las primeras horas de la tarde. Esta especie de “happy hour” eléctrica ofrece una oportunidad de oro para ahorrar, pero ¿Cómo poder optimizarlo?.

La “happy hour” eléctrica de los Domingos (y algún sábado)

Lo mas sensato es usar toda la potencia disponible. Es el momento idóneo para programar las secadoras, lavadoras, lavavajillas, etc… Además, las curvas de disparo de los nuevos contadores inteligentes permite exceder la potencia contratada en mayor grado (https://nergiza.com/contadores-inteligentes-saltan-mas/) que los antiguos ICP. En mi experiencia, para 15A contratados es posible estar una hora a 20A en promedio sin cortes.

Los que disponen de agua caliente mediante termo eléctrico saben que éste se lleva entre 1/4 y 1/3 del consumo total (sin contar con calefacción o AACC). Una estrategia sería calentar al máximo el termo en esta “happy hour” y usarla hasta que por temperatura necesitemos calentarlo de nuevo. Pero acumular agua muy caliente en el termo hace que se pierda más calor por la superficie del mismo a la espera de que usemos el agua.  ¿Lo que pretendemos ahorrar lo vamos a perder por un mal aislamiento?. Analizaremos las dos alternativas: un calentamiento del agua diario y otro maximizando el calentamiento en fin de semana.

Para ello empezamos por establecer un perfil de uso para una vivienda de dos personas, con un consumo de agua caliente, que consta de los siguiente eventos: 

Dos duchas de aproximadamente 50 litros todas las tardes con inicio a las 20:00 horas, un lavado de cara por persona todas las mañanas a las 8:00 horas y también se incluye un lavado de manos diario en agua caliente a las 14:00 horas del mediodía. 

Se modeliza un sistema simplificado de agua caliente para uso domestico, el cuál consta de los siguientes elementos:

Un termo eléctrico de 200 litros y 2400W que calienta el agua a una determinada temperatura. El agua de entrada pasa a través de una válvula, similar a la válvula de cierre presente en cualquier hogar. Esta válvula en el modelo nos permite simular un perfil de consumo, tal y como se indica en el párrafo anterior, mediante su apertura y cierre. La salida del termo está conectada a una válvula mezcladora que permite regular la salida del agua caliente, en este caso a 46ºC, considerando empíricamente, que la perdida de temperatura desde el termo hasta la salida del agua en la ducha es de aproximadamente 6ºC. Por otra parte se simula un programador de encendido y apagado de la caldera con un horario predeterminado y por ultimo un medidor de energía que nos monitorizará el consumo de cada una de las secuencias de calentamiento.

Esquema del gemelo digital de la instalación doméstica

Se estudian dos estrategias de calentamiento. Empezaremos por la que llamamos anteriormente calentamiento diario programado en el cual el termo funciona de lunes a viernes 1,68 horas terminando a las 8:00h y los fines de semana funcionará también 1,68 horas terminando a las 16:00h de esa formas se aprovecha la tarifa valle todos los días. En esta estrategia se busca minimizar la temperatura dentro del termo para evitar pérdidas, por lo tanto el termo se calienta hasta 50ºC.

La siguiente grafica muestra la temperatura de agua de salida del termo en  azul y la temperatura promedio del termo en rojo, la temperatura del agua de salida en la ducha en verde. Como se explica en esta figura:

Curvas de temperatura del agua en varios puntos del modelo durante la ducha

En esta figura se puedo observar que la temperatura a la salida del termo es mayor que la temperatura media del termo, esto es debido a la estratificación en el interior del termo. Durante la ducha primero se consumen las capas de mayor temperatura, después la temperatura de salida decae muy rápido, como se puede observar en la gráfica, pero nunca es menor que la temperatura del agua de salida de la ducha. Este patrón también se repetirá en la otra estrategia de calentamiento.

Estrategia de calentamiento diario: Minimizar las pérdidas de calor con la mínima temperatura en el termo

En la gráfica anterior se puede observar el consumo de agua a lo largo de la semana para el calentamiento diario. Cada uno de los picos representa un consumo de agua de los mencionados en párrafos anteriores, en donde se puede observar que la ducha es la que tiene una mayor duración.

Para poder evaluar esta forma de calentamiento tenemos que medir el consumo eléctrico, como se puede observar en la gráfica siguiente el consumo del termo durante 7 días es de 28,31 kWh. Considerando que el promedio de la tarifa eléctrica en los horarios establecidos es de 0,125€/kWh. El gasto semanal para el funcionamiento del termo sería de 3,54€ (sin impuestos).

Estrategia de calentamiento diario: Consumo eléctrico

Una vez evaluada la la estrategia de calentamiento del termo diariamente, se evaluará la siguiente estrategia de calentamiento que le llamaremos de fin de semana.

La estrategia de calentamiento en fin de semana se basa en calentar el agua al máximo dentro de las “Happy hour” de los domingos, que en el caso de estudio se traduce en 5 horas con un horario de 13:00h a 18:00h. De ese modo se eleva la temperatura del termo a 80ºC (máxima Tª del termo) aprovechando así al máximo este calentamiento, para utilizarlo durante 3 duchas a lo largo de la semana (domingo, lunes y martes). A partir del miércoles se necesitará calentar el termo en el mismo horario que el modelo todos los días, es decir 1,95 horas antes de las 8:00h. El criterio de calentamiento fuera de las “happy hour” es que sea el justo para cumplir con la temperatura de salida. En la siguiente gráfica se representa la temperatura media del termo, la de salida del termo y la de la ducha.

Estrategia de calentamiento en fin de semana: Aprovechar al máximo las “happy hour”

La grafica de consumo de esta estrategia es de 28,5 kWh durante la semana. Este valor es mayor que la estrategia de calentamiento diario, debido a unas mayores perdidas de calor, a pesar de que el termo esta bien aislado. Si se considera un precio medio de la electricidad teniendo en cuenta el coste durante la semana igual al modelo anterior y teniendo en cuenta el bajo precio de la “Happy Hour” nos sale una promedio de 0,084€/kWh. Suponiendo un coste semanal de 2,4€ (sin impuestos)

Estrategia de calentamiento en fin de semana: Consumo eléctrico

Esto proporciona un ahorro de aproximadamente 65€ al año, impuestos incluidos.

Como podemos ver, este gemelo digital nos muestra que podemos ahorrar una factura al año reprogramando el termo doméstico.

Jefa de Arquitectura Naval en Techno Pro Hispania | Web | + posts

Especialista en control de pesos y miembro de SAWE (Society of Allied Weight Engineers). Ingeniera Naval especialista en protección pasiva al fuego, cálculos de estabilidad, compartimentado, disposición general y cumplimento de normativa IMO y SSCC en proyectos conceptuales y básicos. Desarrollo de modelos y simulaciones de gemelos digitales en Modelica.

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