3. REDES DE FLUIDOS

- Redes de agua. Tuberías y bombas. Equipos auxiliares.- Redes de aire. Ventiladores. Conductos de distribución de aire.

Difusión de aire.- Redes de refrigerante. Cálculo de líneas frigoríficas.

DISTRIBUCION DE AGUA

BOMBAS

1.- Introducción.

En la industria y agricultura se presentan con frecuencia problemas de transporte delíquidos a través de tuberías, que hacen necesario el empleo de máquinas hidráulicasllamadas bombas.Existen dos tipos principales de bombas, las alternativas o de desplazamiento positivo ylas centrífugas. Por su mayor importancia nos dedicaremos en adelante a éstas últimas.

2.- La bomba centrífuga.

La bomba centrífuga es una máquina hidráulica compuesta básicamente por un impulsorcon álabes que accionado desde el exterior transmite la energía necesaria al fluido paraobtener una presión determinada.El cuerpo de bomba o voluta recibe el líquido salido del impulsor y transforma suenergía cinética en presión, dirigiéndolo hacia el exterior por la tubuladura de descarga.Las bombas centrífugas permiten su accionamiento director por motores eléctricos, loque unido a su pequeño tamaño y su seguridad de marcha y servicio han dado lugar a sugran difusión en la industria.

3.- Definiciones

Altura de impulsión.

Es el aumento de energía de presión que experimenta el fluido desde la entrada a lasalida de la bomba, y se expresa en metros de columna de líquido impulsado. Si seexpresa en kg/cm2, existe la siguiente relación: 1 kg/cm2 = 10/γ (m.c.líquido)

Altura de aspiración manométrica.

Es la altura efectiva negativa o depresión en la tubería de aspiración de la bomba,respecto a la atmósfera libre, expresada en metros de columna de líquido.

La altura manométrica viene expresada por:

Hm = Hg + DP + v2 /2g (metros de columna de líquido)

Siendo

Hg: altura geométrica entre el nivel inferior del líquido y el eje de la bomba.DP: Pérdida de carga en la tubuladora de aspiración.v: Velocidad del líquido en la descarga.

Si se llama Ha a la presión atmosférica, la presión absoluta en la tubería de aspiracióninmediatamente antes del oído del impulsor será:

H : (Ha – Hm) γ/10 (kg/cm2)

Siendo, γ, el peso específico del líquido.

4. Cavitación

El fenómeno de cavitación se caracteriza por la formación de espacios vacíos en puntosdonde la presión desciende por debajo de la tensión de vapor correspondiente al líquidobombeado y que son llenados por la vaporización del mismo.

Las burbujas que se forman se arrastran hacia zonas de mayor presión, donde aldestruirse de forma violenta producen una marcha inestable de la bomba, con caída decaudal, de rendimiento y aparición de ruidos y vibraciones.

La aparición súbita de líquido en los espacios dejados por las burbujas de vapor,provoca impactos que originan la destrucción por erosión de las paredes de las tuberías.

5. Altura neta positiva de aspiración (NPSH requerido).

Para cada caudal existe una presión mínima en la boca de aspiración por encima de latensión de vapor del líquido, en que para valores inferiores la bomba cavitará.Esta presión se expresa en metros de columna de líquido, denominándose NPSHrequerido. Este valor debe ser facilitado por el fabricante para cada tipo de bomba.

6. Altura de aspiración disponible (NPSH disponible).

Depende de la presión atmosférica del lugar, de la altura del eje de la bomba respecto alnivel del mar y de la temperatura del líquido.

El NPSHd, disponible puede calcularse según la expresión:

NPSHd = (Pa – Tv) 10/γ + Hg – DP (m.c. líquido)

Siendo:

Pa : presión atmosférica (kg/cm2)Tv : tensión del vapor del líquido (kg/cm2)γ : peso específico del líquido (kg/cm2)Hg : altura geométrica por encima o debajo del eje de la bomba. Si es por encima espositiva y si es por debajo es negativa (m).DP: pérdidas por rozamiento en la conducción de aspiración del sistema (m.c. líquido)

Para un funcionamiento correcto debe cumplirse que:

NPSH disponible ≥ NPSH requerido

7. Altura manométrica total.

Es la presión que debe vencer una bomba en un sistema para elevar un caudal de líquidodeterminado a través de una tubería desde un nivel inferior a otro superior.Esta altura, o presión, viene determinada por la presión:

Hm = Hg + (P2 – P1) 10/γ + DP + c 2 /2 g

Siendo:

Hg : Altura o desnivel entre el nivel superior y el inferior del líquido.P2, P1 : presiones absolutas de los niveles superior e inferior del líquidoDP: pérdida de carga a lo largo de toda la tuberíaγ: peso específico del líquido.c: velocidad en la descarga del líquido.

8. Pérdidas de carga en redes de agua.

Las pérdidas de carga en las tuberías se pueden calcular con las gráficas de la páginasiguiente, en función del diámetro nominal de la tubería y del caudal vehiculado. Losgráficos 3 y 4 son para tuberías de acero en sistemas cerrados y abiertos a la atmósfera.

Las pérdidas se carga por fricción producidas por los diferentes accesorios, seobtendrán, después de transformadas en longitudes equivalentes de tuberías con lasgráficas y tablas siguientes.

9. Potencia y rendimiento de una bomba.

La potencia útil desarrollada por la bomba viene expresada por la relación:

Nu : Q Hm γ / 75 (C.V.)

Siendo:

Q : caudal bombeado l/sHm : altura manométrica total (m.c. líquido)γ : peso específico del líquido (kg/l)

La potencia absorbida en el eje de la bomba, N, es siempre mayor que Nu, precisamenteen la cantidad necesaria para compensar las pérdidas internas (hidráulicas) y externas(mecánicas) de la bomba.

Su relación define el rendimiento de la bomba, η:

η = 100 Nu / N ( %)

De donde la potencia absorbida por la bomba adquiere la expresión

N : Q Hm γ / (75 η) (C.V.)

10. Líneas características de una bomba.

Representan gráficamente la relación entre caudal, altura, potencia y rendimiento de unabomba. Indican el comportamiento en condiciones de servicio diverso y sonfundamentales para la elección apropiada de la bomba.Al contrario de lo que pudiera pensarse, la bomba debe seleccionarse para trabajar conuna altura manométrica lo más ajustada posible a la realidad, para evitar que una vezinstalada tenga que elevar una altura menor que la prevista. En este caso, lo que sucedees que la bomba se autorregula para dar la altura real, que si es menor implicará unmayor caudal y una mayor potencia absorbida. Esto puede ser peligroso al sobrecargarinnecesariamente el motor eléctrico de accionamiento. En la práctica se ajustará elfuncionamiento de la bomba al sistema de tuberías con la ayuda de válvulas de ajuste,manuales o automáticas, para dar el caudal requerido en cada aplicación.

Las bombas siguen la llamada “Ley de semejanza de Newton”, que establece laproporcionalidad entre caudales, presiones y potencias consumidas cuando cambia lavelocidad:

n1/n2 = Q1/Q2 ; n12/n2

2 = H1/H2 ; n13/n2

3 = N1/N2

De esta forma, partiendo de una línea característica de una bomba se puede determinarcon bastante aproximación los puntos de funcionamiento para otras velocidades.

Cuando la regulación del punto de funcionamiento no se puede hacer variando lavelocidad, se puede modificar también cambiando el diámetro del rodete D, y secumple:

D1/D2 = Q1/Q2 ; D12/D2

2 = H1/H2

11. Acoplamiento de bombas.

Las bombas pueden acoplarse para su funcionamiento en serie o en paralelo.En el acoplamiento en serie la tubería de impulsión de una bomba es la de aspiración dela siguiente. La altura manométrica del conjunto es la suma de las alturas a que elevanlas bombas por separado. Las bombas han de ser iguales o muy semejantes, y se debemantener una distancia razonable entre ambas para que no interfieran mutuamente consus turbulencias.

El cálculo del punto de funcionamiento es sencillo. Basta con trazar la curvacaracterística del conjunto sumando alturas para cada caudal y el punto de intersecciónde esta curva del conjunto con la característica del sistema nos dará al punto defuncionamiento.

En el acoplamiento en paralelo las tuberías de aspiración son independientes y lastuberías de impulsión se unen.

De igual manera que para el acoplamiento en serie debe procurarse en general que lasbombas sean semejantes para procurar un funcionamiento estable del conjunto.

En esta caso el caudal del conjunto para cada presión es la suma de los caudalesindependientes de cada una de las bombas.

TUBERÍAS DE AGUA

Sistemas de tuberías de agua.

- Sistema abierto. El agua circula por el interior de un depósito que está encomunicación con la atmósfera, como ocurre en la torres de enfriamiento yen los lavadores de aire.

- Sistema cerrado. El agua no está en contacto con la atmósfera en ningúnpunto del circuito. En ocasiones puede tener un vaso de expansión encomunicación con la atmósfera, aunque lo normal es que sea un vasocerrado.

Sistemas de retorno de agua.

- Sistema de retorno inverso. Es recomendable en la mayoría de lasinstalaciones de sistemas cerrados, no pudiendo usarse en sistemas abiertos.La longitud de la tubería de suministro y retorno es la misma para todas lasunidades. Si las unidades tienen parecida la caída de presión no seránecesario equilibrar los circuitos.

- Colector de retorno inverso con tramos verticales de retorno directo. Aveces es más económico el empleo de colectores en la parte superior deledificio con retorno inverso y tramos de retorno directo a las unidades.

En este sistema no están equilibrados los montantes verticales. Para eliminarla necesidad de válvulas auxiliares para equilibrado, se recomienda proyectarla caída de presión en las tuberías de suministro y retorno verticales de formaque sea pequeña, (la cuarta parte), en comparación a la suma de la caída depresión en la unidad y en las válvulas y acoplamientos.

- Tuberías de retorno directo. Es necesario en los sistemas abiertos yrecomendable en algunos sistemas cerrados. El retorno inverso en sistemasabiertos no es necesario al existir la misma presión atmosférica en todos lospuntos abiertos del sistema.Se recomienda retorno directo cuando todas las unidades tienen diferentecaída de presión y se requieren válvulas de equilibrado.

Criterios para dimensionado de tuberías.

Se suelen limitar las pérdidas de carga y velocidades de paso por tuberías interiores yexteriores con los siguientes criterios:

En interiores:pérdida de presión < 400 Pa/mvelocidad < 2,5 m/s

En exteriores:pérdida de presión < 200 Pa/m

velocidad < 3,2 m/s

Consideraciones generales de diseño. Materiales y componentes de instalacioneshidráulicas

La primera consideración que podemos hacer sobre un sistema hidráulico es buscar undiseño de máxima sencillez, lo menos complicado y directo como sea posible.Reducciones, codos y cambios en altura han de ser evitados en lo posible. Cualquierválvula o acoplamiento que se pueda omitir, redunda no sólo en una reducción de costesde materiales, sino en una reducción de costes de explotación y mantenimiento.

Pero por otro lado, componentes tales como baterías, condensadores deben sersometidos periódicamente a mantenimiento o incluso reparación. Para este tipo deoperaciones, deben existir válvulas de aislamiento y conexión de drenaje de loselementos citados, permitiendo en muchos casos que el sistema continúe trabajando sinverse afectado. Es recomendable tener de trecho en trecho la posibilidad de desconexiónde tramos de tubería, previendo la posibilidad de obstrucción o fallo de la misma. Haypor tanto que encontrar un justo equilibrio entre la simplicidad de diseño y lasnecesidades de mantenimiento.

Materiales mas usados.

En las las aplicaciones de climatización podemos destacar la utilización de tubería decobre, hierro (en general de fundición aunque en aplicaciones especiales se usan aceros,como los inoxidables en el caso de aplicaciones marinas) y ganando terreno por lafacilidad de inserción de sus acoplamientos, los plásticos (polivinilo, polietilenoreticulado, polibutileno....etc).

El uso de espesores diferentes tiene relación con las presiones de trabajo a las que sevan a ver sometidas las tuberías e intercambiadores.

Dicha presión está fijada tanto por los el régimen de trabajo del dispositivo de bombeocomo de las características físicas de la instalación, sobre todo de la altura del edificio.

HPRESION DEBIDA A LA COLUMNA

DE AGUA

PRESIONESTATICA

TOTAL

BOMBABOMBA

PRESIONESTATICA

EN ASPIRACION

BOMBA BOMBA

EVAP.

VASO EXPANSION

Fan coil

Fan coil

Fan coil

PRESIONESTATICA

EN ASPIRACION

PRESIONESTATICA

EN DESCARGA

CIRCUITOS ABIERTOS: LA BOMBA TIENE QUE VENCER LA

PRESION TOTAL ESTATICA Y LA PERDIDA DE CARGA POR ROZAMIENTO

PRESIONESTATICA

TOTAL COMPENSADA

CIRCUITOS CERRADOS: LA BOMBA TIENE QUE VENCER SOLO LA PERDIDA DE CARGA POR ROZAMIENTO

PRESIONESTATICAEN DESCARGA

Figura 4: Presiones en diversos tipos de circuitos

La figura 4 nos muestra algunos de los casos que pueden presentarse, y que presionesdebe vencer la bomba según la disposición del circuito.

Puede verse que en el caso de las unidades fancoil del circuito cerrado, la situada en laposición inferior ha de soportar el peso de toda la columna de agua de la instalación. Eldiseño de la tubería y el diseño de intercambiador se rigen por normativas de diseñopara asegurar la resistencia a estos esfuerzos. La figura 5 muestra las presiones dediseño admisibles para diferentes tipos de tuberías.

Diámetro nom inal Diámetro exterior Diámetro interior Espesor Presión máximamm mm mm mm bar10 17,2 12,6 2,3 27,915 21,3 16,1 2,6 39,420 26,9 21,7 2,6 31,225 33,7 27,3 3,2 46,332 42,4 36,0 3,2 36,840 48,3 41,9 3,2 32,350 60,3 53,1 3,6 33,865 76,1 68,9 3,6 26,880 88,9 80,9 4,0 28,390 101,6 93,6 4,0 24,8

100 114,3 105,3 4,5 27,3110 127,0 118,0 4,5 24,6125 139,7 130,7 4,5 22,3150 168,3 158,3 5,0 22,1175 193,7 183,7 5,0 19,2200 219,1 208,3 5,4 19,2250 273,0 260,4 6,3 19,3300 323,9 309,7 7,1 19,3

Figura 5: Espesores y Presiones de las tuberías

El fenómeno de la de la corrosión en tuberías. La contaminación por Legionella

Sin entrar en profundidad en el tratamiento del fenómeno de la corrosión, como reglageneral hay que evitar el contacto directo de las aleaciones férricas con el cobre. Al sermetales de potencial diferente ( +0,33V para el Cobre y –0.44 V para el Hierro), lacorrosión galvánica del hierro en contacto con el cobre en presencia de un electrolitocomo el agua, es segura. Es común usar manguitos de latón para uniones entre ambosmetales, que salvo en el caso de aguas muy agresivas (que exigen el uso de manguitosdieléctricos) suele dar un buen resultado.

En circuitos de climatización, generalmente en circuito cerrado se mezclanfrecuentemente tuberías de hierro con los tramos de cobre representados por baterías eintercambiadores evaporadores. Se dan efectos de corrosión por la disolución de ionesde ambos metales en el agua, hasta que se consume el oxígeno contenido en el agua. Elproblema de corrosión se dará cuando sea preciso la renovación del agua por vaciadofrecuente de la instalación, o por contacto del agua con la atmósfera a través del vaso deexpansión, si este es de tipo abierto. La aireación constante del agua provocará unataque constante por parte del oxígeno, requiriendo el uso de aditivos anticorrosión.

La sedimentación de productos procedentes de corrosión tiene también comoconsecuencia la progresiva incrustación en las paredes de tuberías e intercambiadores,disminuyendo la eficiencia térmica de los segundos e incrementando la pérdida decarga de ambos.

Un caso especial y tristemente famoso en los últimos tiempos, es el provocado por laoxigenación del agua en las torres de refrigeración de tipo evaporativo. Los productosde corrosión son la base para la proliferación de la bacteria Legionella Pneumophila.Este microorganismo, endémico de aguas interiores, encuentra en el agua templada(entre los 20ºC y 40ºC incrementa su capacidad de reproducción) llena de productos decorrosión, óxidos de hierro y cobre, su hábitat ideal, ya que obtiene energía de estosóxidos. La formación de aerosoles provocada para incrementar el rendimiento deevaporación de la torre, favorece la difusión de la bacteria. Los aerosoles contaminadoscon la bacteria , al ser aspirados por pacientes con menores defensas (ancianos,personas con afecciones pulmonares etc...) provocan la infección, que en su forma másgrave, Legionelosis, puede llegar a causar la muerte.

El tratamiento de los circuitos con productos anticorrosión ( que evitan la formación dedepósitos “alimento” de las colonias de Legionella ) y sobre todo la limpiezaperiódica con compuestos de carácter germicida ( principalmente cloro) complementadacon choques térmicos ( En cumplimiento del Real Decreto sobre Prevención deinfección por Legionella.) son la mejor forma de lucha contra la bacteria. De esta formapueden seguir usándose, en condiciones de salubridad esos eficientes dispositivos deevacuación de calor que representan las torres de efecto evaporativo.

Componentes hidráulicos de una instalación.Tipos de válvulas:

Tanto para el control de caudal como para realizar el servicio de componentes esnecesario contar con elementos capaces de regular o detener el caudal de agua.

Las diferentes características constructivas de las válvulas las hacen apropiadas paradiferentes cometidos.

Válvulas de mariposa. Proporcionan la mínima pérdida de carga cuando estáncompletamente abiertas. Se usan por tanto para servicio, pero no para equilibrado ocontrol de caudal.

Válvulas de esfera. Proporcionan también poca pérdida de carga cuando estáncompletamente abiertas. Se usan por tanto para servicio, pero no para equilibrado ocontrol de caudal. Suelen ser accionadas por una maneta, que indica también el estadode la válvula.

Válvulas de asiento. Su característica fundamental es el uso de un cuerpo troncocónicoque asienta sobre superficie de la misma forma. La variación de caudal es casiproporcional a la posición de la válvula, pero en cambio su pérdida de carga auncompletamente abierta es elevada. Se usa principalmente para equilibrado y control decaudales. Al usarlas como válvulas de corte se pierde la referencia de regulación, por loque se aconseja montarlas conjuntamente con válvulas de corte, para no tener queregular de nuevo.

VASTAGO ROSCADO VOLANTE ( SE ELEVA CON EL EJE)

TAPON CON JUNTAS

CIERRE DELCUERPO DE VALVULA

CONEXIONES ROSCADAS

DISCO DE ASIENTO EN VASTAGO

ENTRADA

ASIENTO EN CUERPO DE VALVULA

VOLANTE ( SE ELEVA CON EL EJE)

TAPON CON JUNTAS

CIERRE DELCUERPO DE VALVULA

CONEXIONES ROSCADAS

Figura 6: Válvulas de asiento, en línea y en ángulo

Una variación sobre este tipo de válvula es la válvula en ángulo, que posee la mismacaracterística de casi proporcionalidad que la válvula de asiento, sirviendo para lasmismas funciones. Tiene además las ventajas de una menor pérdida de carga que laválvula de asiento, y ahorrar un codo en la instalación.

Válvulas antirretorno. Este tipo de válvula impiden el flujo de agua en sentidocontrario al de diseño. Hay varios tipos de válvulas antirretorno, unas destinadas aimpedir caudal en sentido contrario cuando opera la bomba y otras destinadas a evitarque el caudal de agua fluya a través de la bomba cuando esta está parada, o para evitarque se descebe en reposo por la presión de la columna de agua.

Una disposición muy habitual para montaje de elementos en paralelo es usar válvulasantirretorno que impidan la derivación indeseada del caudal hacia una bomba oenfriadora que no está en funcionamiento, figura 7..

ENTRADA

TAPA ATORNILLADA

BRIDA

CONEXIÓN ROSCADA

DISCO DEPLASTICO

TAPON ROSCADO

ENTRADA

Figura 7: Válvulas antirretorno

VALVULAS DECORTE

CONEXIONES A 45º

ANTIRRETORNO

VALVULA DE CORTE

Figura 8: Conexión de bombas en paralelo

Este montaje es muy útil para el montaje de varias máquinas en paralelo donde se quiereconseguir redundancia en el montaje de las bombas.

Válvulas reductoras de presión. Se usan sobre todo en las líneas de llenado decircuitos desde la tubería de suministro de agua corriente. Al ser la presión más elevadaen estas conducciones ( y muchas veces variable en función de los consumos de agua enlas proximidades), es preciso proteger intercambiadores, cierres de bombas y vasos deexpansión.

Válvulas de de seguridad. Son utilizadas para evitar daños por incremento excesivode la presión. Accidentes tales como cierres inadvertidos de válvulas pueden provocardaños de no existir estos dispositivos.

Filtros.

Suponen un componente fundamental para evitar que partículas, arena, piedras, restosde soldadura, y con el tiempo puede que también residuos de corrosión, puedan serarrastradas por la corriente y dañar los intercambiadores de calor, bombas, purgadores,etc...La normativa anterior al RITE, establecía la obligatoriedad de incluir filtros en lasinstalaciones hidráulicas, para la limpieza de las mismas. Sin embargo, con la intenciónde reducir la pérdida de carga de la instalación, permitía la retirada de la cazoleta demalla después del arranque de la instalación. Esto traía como consecuencia laposibilidad que de arrastre de partículas no retiradas en la primera limpieza, con elconsiguiente riesgo de obstrucción de intercambiadores o daño a las bombas.

Figura 9: Filtro de malla de acero

En la interpretación actual de la normativa permite mantener el filtro en la instalación,pero controlando la limpieza del mismo como una tarea más del mantenimiento.

La pérdida de carga de este elemento ha de controlarse, ya que su incremento esindicación de que se está colmatando, para ello es conveniente incluir tomas de presióna ambos lados, controlando periódicamente sus valores.

Depósito de expansión:

El agua dentro de un circuito experimenta fenómenos de contracción y dilatacióndebidos a los cambios de temperatura que experimenta. Los cambios de volumen han deamortiguarse para evitar daños por sobre presión o entrada indeseada de aire. Esta es lamisión del depósito de expansión.

Tomando como base el volumen de agua en el modo refrigeración (7ºC).

ºC % Aumento

30 0,545 0,955 1,4

El empuje creado es enorme, y ha de aliviarse con el uso de estos dispositivos.

Existen tres tipos principales de depósitos de expansión:

Rebosadero

Purga

P

Pa

Drenaje

Aire

P

Pa

GasComprimido

Membrana

P

Pa

Ph

Figura 10 : Tres tipos de depósitos de expansión

Depósito abierto: un depósito en contacto con el aire, con volumen suficiente paraabsorber la dilatación. Es el más barato pero presenta el inconveniente de tener una zonade aireación

Depósito cerrado. Se mantiene cautivo un volumen de aire fijo.

Depósito cerrado presurizado: Una membrana separa el gas del contacto con el agua.

Los últimos diseños de fabricantes de unidades de climatización incorporan ya estoselementos dentro de las unidades. Ha de conocerse el volumen de agua total de lainstalación, para de acuerdo a las temperaturas de uso, dimensionar uno ad hoc

Manómetros:

Es altamente recomendable incorporar manómetros a ambos lados de elementos delcircuito hidráulico como bombas, intercambiadores de calor o al menos tomas para lamedida de presiones. Estos dispositivos nos van a permitir comprobar si el modo deoperación de los citados elementos concuerda con las características presión –caudalsobre las que fueron diseñados.

Como ejemplo, dada por el fabricante de la enfriadora la curva presión -caudal delevaporador, la medida de la presión diferencial en el intercambiador, más el saltotérmico entre entrada y salida va a permitir diagnosticar problemas de la instalación:• Baja pérdida de carga y elevado salto térmico a plena potencia, que implica bajo

caudal por el enfriador• Alta pérdida de carga y bajo salto térmico a plena carga, que implica un excesivo

caudal por el enfriador• Alta pérdida de carga y elevado salto térmico a plena carga, que implica que el

intercambiador puede estar obstruido o sucio

Soporte de tuberías de agua.

El peso de las tuberías de agua no es desdeñable, y en diámetros importantes se precisade soportes adecuados, para darles la integridad estructural adecuada. Los soportesverticales de tuberías de gran diámetro deben asentarse sólidamente, sobre puntos de laestructura adecuados (figura 11).

CONEXIÓN “T”

TAPON LIMPIEZA

HORIZONTAL

DRENAJE

PLACA SOPORTE

SOLERA

ZAPATA

Figura 11: Soporte para tuberías de gran diámetro

Los soportes horizontales han de ser también cuidadosamente diseñados. Se debentomar precauciones también para evitar daño al aislamiento térmico que evita latransmisión térmica al soporte. ( figura 12).

PLACAMETALICA DE

SOPORTE

AISLAMIENTO

TUBERIA

Figura 12: Soporte horizontal de tuberías

Volumen de agua en instalaciones. Control de temperatura en enfriadoras.Depósito de inercia:

Las principales razones para la instalación de depósitos de inercia son el aumento de lacapacidad de almacenamiento de energía del agua dentro de un circuito y la proteccióncontra ciclos cortos de compresores .

Con tal fin, se suele disponer de un depósito de inercia en el retorno a máquinaenfriadora.

La energía que debe aportarse para reducir la temperatura de un volumen (masa) deagua dado desde un valor inicial hasta un valor final se calcula como sigue:

Q = m x Cp x ∆Tagua (ecuación 1)

Donde:Q: energía extraída para un volumen de agua dado (kJ)m: masa del volumen de agua (kg)Cp: capacidad calorífica del agua (kJ/kg °C)∆Tagua: salto de temperatura en el agua. = Tagua inicial –Tagua final

Entre otras cosas esta simple ecuación muestra que a mayor masa de agua, másenergía tiene que ser extraída del volumen de agua, para un cambio de temperaturaprefijado.

Es interesante destacar que si la variable m (masa de la volumen de aguaconsiderado) es reemplazado por el caudal másico (dado como m’ (kg/s)), la nuevaecuación permite calcular la potencia o capacidad frigorífica requerida para reducir latemperatura de ese caudal de agua corriente hasta una valor final dado:

P = m´ x Cp x ∆Tagua (ecuación 2)

Esta capacidad es normalmente suministrada por una enfriadora de líquido. Hayque destacar que la definición de ∆Tagua es ahora diferente:

∆Tagua = reducción de la temperatura del agua, o salto térmico producido por laenfriadora de líquido.

∆Tagua = Tagua entrada – Tagua salida

Para mantener el sistema en estado estacionario, sin incremento ni disminución detemperatura, ha de haber una fuente de calor en alguna parte del circuito de agua queaporte calor en una cantidad (carga térmica) que sea exactamente la misma que lacantidad de calor extraída ( Capacidad frigorífica de la máquina enfriadora).

T agua circuito

Enfriamientocapacidad extraída

(enfriadora)

Aportación de Calor(carga térmica)

Tiempo, seg

P

p

Figura 1: Ejemplo de evolución de temperatura con el tiempo

Si el calor aportado no es igual a la capacidad de enfriamiento, lo cual ocurre en lainmensa mayoría de casos, la variable ∆Tagua permanece más o menos constante a travésde la enfriadora de líquido, pero las temperaturas de entrada y salida a la enfriadora iráncambiando paulatinamente, reduciéndose poco a poco la temperatura de agua en elcircuito (Fig. 1). Para calcular la velocidad a la cual esta temperatura disminuye, esnecesario pensar en términos de energía:

Aquí P es la capacidad extraída por la enfriadora; y p es la aportación de calorsuministrada por lo que nosotros llamamos la carga térmica. Si por ejemplo, p es menorque P. La energía extraída del circuito de agua durante un período de tiempo ∆t es iguala:

E=(P-p) x ∆t (seg) (ecuación 3)

Se puede ahora unir la ecuación 3 y ecuación 1 :

E=Q=(P-p) x ∆t (seg) =m x Cp x ∆Tagua (ecuación 4)

Donde:

∆Tagua = reducción de la temperatura en el agua del circuito. (Tagua inicial – Tagua

final); destacar que la Tagua inicial y Tagua final son ahora las temperaturas medias del agua enel circuito, en el instante inicial y final respectivamente.

La reducción de la temperatura del agua es una función de la diferencia entre lacapacidad extraída y suministrada E ó calor almacenado Q de la masa de agua delcircuito.

Se ha de destacar que si p es mayor que P, la temperatura media del agua en elcircuito aumentará.

En la mayoría de instalaciones, el usuario quiere mantener la temperatura mediadel agua del circuito lo más constante posible. Esto se consigue generalmentecontrolando la capacidad de enfriamiento de la enfriadora respondiendo a la variaciónde la temperatura de entrada de agua o la temperatura de salida de agua.

La única forma para mantener la temperatura media del agua del circuitoconstante en el tiempo es asegurar que los valores P y p son idénticos (y por tanto lasvariaciones de la energía en el sistema son E = Q = 0). La temperatura media del aguadel circuito puede ser mantenida constante durante un cierto período de tiempo ∆t si laaportación de calor y la capacidad de enfriamiento (capacidad extraída) son iguales,como muestran en la siguiente ecuación: P x ∆t = p x ∆t (E = Q = 0). En este caso,durante un intervalo de tiempo ∆t, la temperatura media del agua en el circuito puedevariar respecto del valor requerido. El intervalo de la variación depende de la diferenciainstantánea (P - p), el tiempo durante el cual esta diferencia existe y de la masa de aguaen el circuito. Cambiando los parámetros en las ecuaciones se puede llegar a lassiguientes conclusiones:

Si P - p se incrementa, la variación de la temperatura media también seincrementa. Este parámetro se incrementa en la misma proporción que el período de

tiempo, durante el cual la condición P≠p existe. Si P > p para un cierto período detiempo, la temperatura del agua en el circuito disminuye. Si P < p para un cierto períodode tiempo, la temperatura del agua en el circuito se incrementa. En una configuracióndonde ambas condiciones alternan, es posible mantener un valor medio predefinido(Fig. 2).

La variación de la temperatura media disminuye en la misma proporción en quela masa de agua en el circuito se incrementa.

T Agua circuito

Enfriamientocapacidad extraída

(enfriadora)

Aportación de Calor(carga térmica)

tiempo

Figura 2 : Evolución de la temperatura del agua

Se puede establecer es deseable: 1. Reducir la diferencia P - p: esta se consigue normalmente usando un control de la

capacidad de la enfriadora (arranque y parada de múltiples compresores y/oreducción de capacidad en ciertos tipos de compresores)

2. Alternar la condiciones P > p y P < p tan rápidamente como sea posible, si se quierelimitar las variaciones entorno al valor medio (en general esto se consigue mediantearranque/parada del compresor o de toda la enfriadora)

3. Aumentar la masa de agua del circuito (usando depósitos de inercia)

Las dos primeras posibilidades están limitadas por la capacidad de los compresorespara realizar ciclos cortos arrancada/parada/arrancada, y dependen también de laprecisión del control electrónico de las unidades enfriadoras..

El retorno de aceite al compresor y la refrigeración de devanados son las principalesrazones para espaciar los ciclos, con el fin de mantener compresor/es en condicionesseguras. Las recomendaciones de los fabricantes de compresores han de ser seguidas sise quiere prolongar la vida útil de los mismos, evitando en lo posible los ciclos cortos.

Con tal fin, conociendo estas recomendaciones, se puede calcular el volumen mínimo deinstalación que cumpliría la condición de evitar ciclos cortos. En el mismo cálculo,puede integrase como variable la precisión en la temperatura de agua, es decir loslímites de variación de la temperatura de agua admisibles para no afectar a la capacidadde los fancoils.

Si en la ecuación 4 sustituimos despejamos el valor de la masa de agua :

( )TCp

tpPm

∆×∆×−= (ecuación 5)

Si expresamos esta fórmula en las unidades más comunes (volumen en litros, kW yminutos del control anticiclos cortos de compresor, y considerando el caso límite decarga térmica p nula queda :

T

tPV

∆∆××= 4,14

(ecuación 6)

siendo P la potencia de la última etapa de la máquina enfriadora, ∆t el tiempo mínimode protección de compresor ( que depende del tipo de compresor) y ∆T la variación detemperatura admisible para el suministro de agua a las unidades fancoil.

Las modernas enfriadoras dotadas de sistemas predictivos de control de la temperatura

de agua permiten reducir el límite inferior de funcionamiento, permitiendo la operación

ligeramente por encima de la consigna de protección antihielo, Esto permite llegar a

valores de ∆T cercanos a los 12ºC. Junto con el uso de compresores de tipo scroll con

protecciones accionadas por el software de control, los valores de volumen de agua

necesario para proteger la unidad se reducen drásticamente. Para ello sólo es necesario

respetar los valores (habitualmente expresados en l/kW de potencia frigorífica)recomendados por los fabricantes de las unidades enfriadoras. Ahora bien, si se deseareducir la variación ∆T para mantener más estable la humedad relativa de las zonasacondicionadas, es necesario usar volúmenes de inercia mayores.

Las modernas unidades enfriadoras y bombas de calor suelen incluir de serie lasprotecciones mínimas para una operación fiable. No obstante, es preciso añadir unaserie de protecciones adicionales:

Detector de caudal (Interruptor de flujo).

Un contacto cerrado cuando una clapeta empujada por el agua cierra circuito essuficiente como detector de caudal. Existen otros modelos que detectan diferencias detemperatura, diferencias de presiones etc... pero el citado anteriormente es el más usado.

Los fabricantes de unidades enfriadoras y bombas de calor están introduciendo cadavez más módulos con los componentes principales de la instalación. Creemos que estaincorporación presenta los siguientes pros y contras:

PROS CONTRAS• Ahorro de tiempo en la instalación A. Presión y caudal se ven constreñidas a las

características del material incluido por elfabricante

B. Suele sobrar presión disponible enaplicaciones primario/secundario

• Ahorro de espacio en instalación. Todoslos componentes incluidos

• El acceso a estos componentes puede sermás exiguo.

• Cableado y control comprobados enfábrica

Filtro

Vaso de ExpansiónBomba Doble

Manómetro conpurgadorManómetro conpurgador

Válvularegulacióncaudal

Interruptor deFlujo

Figura 3: Bomba de calor aire-agua con módulo hidráulico integrado

La utilización de esta opción esta en boga por las indudables ventajas mencionadas. Losfabricantes incluyen módulos muy versátiles con razonables presiones disponibles,perfectamente ensamblados y cableados en fábrica.

TORRES DE ENFRIAMIENTO

1. Generalidades.

Cuando el condensador de un sistema de refrigeración se enfría con agua debedisponerse de una fuente de agua fría, a una temperatura adecuada para el proceso. Enaquellos lugares donde se tiene agua suficiente, y a muy bajo costo, es posible que setire el agua una vez enfriados los condensadores. Este es el caso cuando se tiene agua depozo, o hay cerca un río o un lago que pueda utilizarse.

Lo normal, sin embargo, es utilizar un equipo que permite recuperar las condiciones detemperatura del agua que pasa por los condensadores, y se conoce como torre derefrigeración o de recuperación de agua.

Una torre de refrigeración enfría el agua por contacto directo con el aire y aprovechandoel efecto de evaporación que se produce cuando las condiciones del aire permitenabsorber humedad.

El aire puede moverse por circulación natural o de forma mecánica medianteventiladores, que impulsan o aspiran aire a través de la torre. Se dispone de una gransuperficie de agua pulverizándola mediante toberas o se hace salpicar el aguahaciéndola chocar en bandejas a lo largo de su recorrido.

El funcionamiento de una torre se expresa generalmente por los parámetros de “escala”y “aproximación”.

La escala, o salto térmico, es la diferencia entre la temperatura de entrada y salida delagua de la torre.

La aproximación es la diferencia de temperaturas entre la salida de agua de la torre y latemperatura de bulbo húmedo del aire ambiente.

Valores normales de la escala son entre 5ºC y 8ºC, soliendo coincidir con el saltotérmico de diseño de los condensadores de las plantas enfriadoras.

Valores normales de la aproximación son entre 3ºC y 5ºC. Cuanto menor es laaproximación, mayores tamaños de torre se necesitan para resolver un determinadoproblema térmico. Menos de 3ºC no suele ser económicamente rentable.

2. Componentes de una torre de enfriamiento.

Balsa o piscina.

Para acumulación y recogida del agua enfriada. Debe contener la salida del agua fríacon filtro para retener objetos extraños, aporte de agua de reposición, drenaje yrebosadero. Se debe mantener un nivel constante de agua para el funcionamientoapropiado de la bomba, por ejemplo con una simple válvula de flotador.

Ventilador y motor.

Hace circular el aire a través del relleno de la torre. El ventilador puede ser axial ocentrífugo, y en función del tamaño de la torre se pueden tener varios ventiladores, loque permite parcializar su funcionamiento en escalones.Si el ventilador aspira de la torre se denomina torre de tiro inducido. Si impulsa contrala torre se llama torre de tiro forzado. En ambos casos y en función de la dirección quesigue el agua y el aire se tienen flujo contracorriente, doble o cruzado.

Relleno.

Actúa como laminador del agua para aumentar la superficie de contacto con el aire.Debe ser fácilmente limpiable y ofrecer poca resistencia al paso de aire.

Colector de entrada.

Distribuye el caudal de agua a las toberas o elementos de proyección sobre el relleno.

Toberas.

Su misión es la de regar convenientemente el relleno en su totalidad. Debeen serfácilmente limpiables y tener poca pérdida de carga para ahorro de energía de bombeo.

Separador de gotas.

Tiene como misión reducir al mínimo las pérdidas de agua por arrastre de gotas. Debeser fácilmente desmontable para facilitar el acceso al sistema de distribución de agua.

3. Fundamento termodinámico de la torre de enfriamiento.

El proceso de transmisión de calor en una torre supone la transferencia de calor del aguaal aire no saturado. Se puede considerar con alguna aproximación que es un procesoadiabático, por lo que en el diagrama psicrométrico sigue una línea paralela a la detemperatura húmeda constante.

Dos son las fuerzas que actúan en el proceso de intercambio. Una la diferencia detemperaturas de bulbo seco entre el agua y el aire y otra la diferencia de presiones devapor entre la superficie del agua y la capa límite del aire en contacto directo con elagua.

Se puede expresar la ecuación de intercambio de la siguiente forma:

dQ = G ∆I dH = L c ∆T

Siendo:

dQ: Calor perdido por el aguaG: Gasto de aire∆H: Incremento de entalpía del aireL: Caudal de aguac: Calor específico del agua∆T: Salto térmico del agua

El calor transmitido de la superficie mojada al aire, en el volumen diferencial, puedeexpresarse:

dQ = Ke (Hs – H) dS

Siendo:

Ke: Coeficiente de evaporaciónHs: Entalpía del aire saturado a la temperatura del aguaH: Entalpía del aire no saturado, antes de la interfasedS: Superficie de interfase mojada

En la torre de enfriamiento el valor de Hs-H es variable a lo largo de todo el recorrido.Para estimar el intercambio global es necesario resolver la integral a lo largo de toda lasuperficie:

Ke S = ∫ L c ∆T / (Hs – H)

Cuando una torre resuelve un problema térmico determinado se cumple la ecuaciónanterior. La relación Ke S/G es una característica del relleno de la torre. La capacidadde enfriamiento aumenta con esta característica.

4. Mantenimiento

El tratamiento del agua en las torres es una parte importante su mantenimiento. Apartede lo indicado por la normativa vigente para prevenir la legionella, es necesariocontrolar la formación de depósitos calcáreos debidos a la evaporación. Si no seemplean aditivos al respecto, se recomienda hacer una purga continua para mantener laconcentración. De forma aproximada se puede estimar el agua de purga como:

P = L ∆T / 1000

Siendo:

P: Caudal de agua de purga (l(h)L: Caudal de agua recirculada (l/h)∆T: Salto térmico del agua en la torre

La cantidad de agua de reposición es la suma del agua de purga, el agua evaporada y lapérdida por arrastre de gotas.

Desde un punto de vista mecánico, el mantenimiento es sencillo

CONDENSADORES EVAPORATIVOS.

El condensador evaporativo es un tipo de condensador, refrigerado por agua, quecombina en un mismo conjunto el condensador y la torre de refrigeración.

Como se observa en la figura, el gas que procede del compresor entra por la partesuperior del serpentín condensador, pasando a fase líquida a medida que avanza por elmismo y recogiéndose el refrigerante líquido en un recipiente a la salida.

El agua pulverizada cae sobre el serpentín condensador, formado normalmente por unabatería de tubo aleteado, cayendo a la balsa para ser aspirada por la bomba derecirculación. Esta la impulsa de nuevo al sistema de distribución y rociado de agua.

Un ventilador fuerza el paso del aire en contracorriente con el agua, y ésta mantiene lasuperficie de condensación húmeda, transfiriendo calor a la corriente de aire. El calorlatente necesario para evaporar el agua de la superficie del serpentín, se extrae delrefrigerante que está condensando dentro de los tubos.

Al estar húmeda la superficie de intercambio, el factor gobernante del funcionamientodel condensador es la temperatura de bulbo húmedo del aire.

COMPARATIVO ENTRE TORRES Y CONDENSADORES EVAPORATIV OS

En general, las ventajas del condensador evaporativo frente a la torre son:

- Requieren menos espacio y peso que la combinación torre y condensador.- Tienen conducciones de agua más cortas y menor caudal de agua, lo que

reduce el tamaño de la bomba y el gasto de funcionamiento.

Las ventajas de la torre frente al condensador evaporativo son:

- Las conducciones de refrigerante limitan la distancia y la ubicación en elcaso del condensador, con las torres en principio no hay limitación en laconducción de agua.

- Son más adaptables a tamaños grandes.- La incidencia del ensuciamiento por depósitos en el agua es menor en el caso

de las torres. En el condensador afecta más a las condiciones de presión decondensación.

DISTRIBUCION DE AIRE

1. Generalidades.

Para combatir las cargas térmicas del local es preciso introducir en el mismo uncierto caudal de aire, convenientemente tratado, es decir a una determinada temperaturay humedad.

Sin embargo, esto no es suficiente, sino que se requiere que además el aire sea“adecuadamente distribuido”.

La necesidad de una correcta distribución se comprende fácilmente si se consideraun recipiente lleno de agua en el que se introducen unas gotas de tinta. Para lograruniformidad en el color en un plazo corto de tiempo, lo más eficaz es producir unacierta agitación, ya que de oro modo la tinta se difundiría lentamente y el aguaaparecería teñida de forma heterogénea durante bastante tiempo.

De igual forma, si se desea evitar una heterogeneidad de temperatura y humedad enel local, se hace imprescindible que el aire impulsado se mezcle eficazmente con el airedel recinto, para lo cual es esencial una adecuada distribución del aire que se introduce yretorna.

Se puede afirmar que la homogeneidad de las condiciones interiores se logra aexpensas de producir un cierto movimiento de aire en el local. Sin embargo, esnecesario controlar dicho movimiento para no producir corrientes de aire que alteran elequilibrio térmico del cuerpo, produciendo sensaciones de molestas que alteran elconfort.

Resumiendo, una correcta distribución de aire tiene que asegurar simultáneamente:

a) Homogeneidad de las condiciones termohigrométricas interiores (evitar zonasmuertas y estratificadas)

b) Ausencia de corrientes perjudiciales de aire.

Por tanto, al plantearse una problemática de distribución de aire, debe tenerse encuenta cómo se canalizan los caudales de aire necesarios y como se reparten en loslocales acondicionados. La importancia de estos dos aspectos, denominadosgenéricamente “distribución de aire”, es notable ya que:

• La sensación de confort va muy ligada a como se distribuye el aire en loslocales.

• Presenta fuertes interrelaciones con el resto del edificio, o sea con los espaciosdisponibles, iluminación, estructura, decoración, ...., etc.

VENTILADORES(Imágenes cedidas por cortesía de S&P, Soler y Palau)

1. Definición.

Un ventilador es una máquina capaz de transferir energía al aire comunicándoleuna determinada sobrepresión y aumentando su movimiento, todo ello con undeterminado rendimiento.

2. Clasificación.

Los ventiladores han venido clasificándose de muy diferentes maneras y no esextraño que un mismo aparato puede aceptar dos, tres o más denominaciones. Esbastante común adoptar la designación atendiendo a alguna de sus característicasadaptadas al caso que se está tratando.

Según la función para la que están diseñados se clasifican en:

2.1.1 Ventiladores con Envolvente, que suele ser tubular. A su vez pueden ser:

Impulsores: Entrada libre, salida entubada.Extractores: Entrada entubada, descarga libre.Impulsores-Extractores: Entrada y salida entubadas Fig. 4

2.1.2 Ventiladores Murales. Conocidos también como simplemente Extractores,tienen la función de trasladar aire entre dos espacios separados por un muro o pared,Fig. 5.

2.1.3 Ventiladores de Chorro. Aparatos usados para proyectar una corriente deaire incidiendo sobre un determinada zona. Fig. 6.

Atendiendo a la trayectoria del aire se clasifican en:

2.2.1 Ventiladores Centrífugos. En estos aparatos la trayectoria del aire sigueuna dirección axial a la entrada y paralela a un plano radial a la salida. Entrada y salidaestán en ángulo recto. El rodete de estos aparatos está compuesto de álabes que puedenser hacia ADELANTE (fig. 7a), RADIALES (7b) o ATRÁS (7c).

2.2.2 Ventiladores Axiales. La entrada de aire al aparato y su salida siguen unatrayectoria según superficies cilíndricas coaxiales.Los ventiladores descritos en 2.1.1, 2.1.2 y 2.1.3 pueden ser, también, axiales.

2.2.3 Ventiladores Transversales. La trayectoria del aire en el rodete de estosventiladores es normal al eje tanto a la entrada como a la salida, cruzando el cuerpo delmismo. Fig. 8.

2.2.4 Ventiladores Helicocentrífugos. Son aparatos intermedios a los anteriores.El aire entra como en los axiales y sale igual que en los centrífugos. Fig.9.

Atendiendo a la presión que comunican al aire se clasifican en:

2.3.1 Ventiladores de Baja Presión. Se llaman así a los que no alcanzan los 700Pa. Suelen ser centrífugos y se designan así los utilizados en pequeños climatizadores.Fig. 10.

2.3.2 Mediana Presión. Si la presión está entre los 700 y 3.000 Pa. Fig 11.

2.3.3 Alta Presión. Cuando la presión está por encima de los 3.000 Pa. Suelenser centrífugos con rodetes estrechos y de gran diámetro. Fig 12

3. Ventiladores centrífugos.

La trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y esperpendicular al mismo a la salida.

Si a la salida se deja libre el paso del fluido se llama radial. Si se recoge en unaenvolvente en espiral para descargarlo en una sola dirección se llama de voluta.Estos son los más comunes y a los que nos referiremos en adelante.

Constan de un rodete con palas o álabes y una envolvente que canaliza la salidade aire en dirección perpendicular al eje. Según la forma de los álabes, losventiladores centrífugos se pueden clasificar en:

• Alabes curvados hacia delante• Alabes rectos• Alabes curvados hacia atrás

Los centrífugos con álabes curvados hacia delante son adecuados para altaspresiones. Suelen construirse con álabes cortos y en gran cantidad. Al crecer muydeprisa su característica de potencia absorbida, se recomienda un cálculo cuidadosode la pérdida de carga de la instalación, para no sobrecargar el motor.

No se recomiendan para funcionar en paralelo con otro ventilador a no ser quelos dos funcionen con el mismo motor.

Los centrífugos con álabes rectos o radiales son de funcionamiento bastanteestable y permiten acoplarse en paralelo con buen rendimiento.

Los centrífugos con álabes curvados hacia atrás son lo mas usados en laindustria, aparte de los de mayor rendimiento y más silenciosos. Para alcanzar elmismo caudal y presión que lo otros deben girar a mayor velocidad, lo queconstituye un inconveniente pues obliga a una construcción más sólida.

La resistencia del circuito de conductos debe calcularse con más cuidado en elcaso de un ventilador con álabes curvados hacia delante. Si la pérdida de carga esmenor, este ventilador para una determinada velocidad impulsará un caudal mayor yconsumirá una mayor potencia. Por el contrario, la energía absorbida por unventilador con álabes curvados hacia atrás pasará por un máximo para cadavelocidad.

4. Ventiladores axiales.

En este tipo de ventilador, la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje delrodete a la entrada y a la salida. Constan básicamente de un rodete con álabesinclinados respecto al eje de giro, que suele ir directamente acoplado a un motor,con lo que representa una ventaja respecto a los centrífugos, al prescindir demecanismos de transmisión.

Como resultado de utilizar longitudes de paso de aire más cortas y evitarcambios de dirección perpendiculares como los centrífugos, se han rebajadonotablemente los rozamientos, consiguiéndose rendimientos del 70% y 80%, y másaún en grandes ventiladores en lo que incluso puede llegarse al 90%.

La capacidad de propulsión de las palas de una hélice axial varía según su forma.Así para un mismo diámetro y velocidad de giro, desplazarán más aire y de formamás silenciosa unas palas anchas y curvadas que unas planas y estrechas. Una hélicede álabes estrechos deberá girar a mayor velocidad que una de palas anchas, para elmismo caudal, provocando mayor turbulencia y ruido en su funcionamiento.

Las hélices de palas anchas, tienen el inconveniente de no poder vencer apenaspresiones, siendo su principal aplicación la descarga libre. Si se les opone una ciertaresistencia, por encima de 100 Pa, se tienden a formar remolinos de aire de losextremos de las palas hacia el cubo y desprendimientos radiales, perdiendoprestaciones.

5. Presión estática, dinámica y total.

Se define la presión estática de un fluido como la fuerza por unidad de superficieejercida en todas direcciones, independientemente de la velocidad del mismo.

Se mide como un manómetro unido a una apertura cuyo eje debe serperpendicular a la dirección de desplazamiento del fluido, para así eliminar el efectoque produce el movimiento del mismo en el conducto.

La presión dinámica de una corriente gaseosa es la fuerza por unidad desuperficie que equivale a la transformación de la energía cinética en energía depresión.

Se mide con un manómetro una de cuyas tomas se coloca en el eje paralelo a ladirección del fluido y en sentido contrario a la corriente, y la otra toma unida a lapared del conducto.

Se define la presión total como la suma de las presiones estática y dinámica de lacorriente gaseosa. Se mide con un manómetro con una de las tomas en sentidocontrario a la corriente y paralela a la misma y con la otra colocada fuera delconducto y en contacto con la atmósfera libre.

La fórmula que expresa la presión dinámica se puede deducir del teorema deBernouilli, considerando el aire como un fluido incompresible (velocidades hasta 50m/s)

Z1 + P1 / d + v12 / 2g = Z2 + P2 / d + v2

2 / 2g

Despreciando el término de la altura geométrica, al tratarse de fluido aeriforme,se puede escribir:

P1 / d + v12 / 2g = P2 / d + v2

2 / 2g = Pt = Cte, o sea Pe + Pd = Pt

Para el caso del aire, sustituyendo la densidad por su valor, se tiene:

Pd = 0,5 x 1,22 Kg/m3 x v2 / 9,8 = 0,06 x v2 (mm.c.a.), con v (m/s)

6. Curva característica de un ventilador.

El ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad que tiene elaparato para transferir potencia al aire que mueve, siendo su expresión máscaracterizada la que resulta de relacionar el caudal que proporciona con la presión que lecomunica.

Para ello se hace funcionar el ventilador en las condiciones que definen las normasque se están empleando, obteniéndose una relación de caudales y presiones en la zonade trabajo del ventilador, para cada velocidad de giro.

Representando los caudales en abscisas y sus correspondientes presiones enordenadas se obtiene la curva característica para velocidad. Completando la curva conlos valores de potencia absorbida y rendimiento en cada punto se obtiene la siguientefigura:

A escape libre, es decir con presión estática cero (igual a la atmosférica), la presióntotal es igual a la dinámica. En este punto el caudal será máximo. Con el ventiladorcompletamente obturado, la presión dinámica será cero (caudal cero), y la presión totalcoincide con la estática.

7. Punto de trabajo de un ventilador.

De igual modo que para un ventilador se representa su curva característica, seobtiene la curva de resistencia del sistema representando los valores de las presionesnecesarias para hacer circular diferentes caudales por el mismo

Se llama punto de trabajo del ventilador en un sistema determinado al definidopor la intersección de ambas curvas

La característica del ventilador depende únicamente de éste y para un ventiladorconcreto sólo variará si trabaja a una velocidad distinta, independiente del sistema deconductos al que esté acoplado. Igualmente la característica del sistema esindependiente del ventilador acoplado, modificándose únicamente si cambia laresistencia al paso del aire, por ejemplo si se ensucian los filtros, o se cierran losregistros, etc.

8. Regulación del punto de trabajo.

Precisamente variando la curva de resistencia del sistema se puede modificar elpunto de trabajo del ventilador en ese sistema. Este es un procedimiento habitualmenteempleado para regular el caudal de aire de una instalación. Este método tiene elinconveniente de que no se reduce sensiblemente el consumo del ventilador. Una formamejor de variar el caudal es modificando la velocidad de giro del ventilador, lo quesupone un gran ahorro en potencia consumida. Si se trata de ventiladores centrífugoscon transmisión polea correa, la velocidad de giro puede modificarse de manera sencillay económica cambiando los diámetros de las poleas o empleando poleas regulables.

En general, si se pretende cambiar las condiciones de funcionamiento de losventiladores, se tienen las siguientes opciones:

· Compuertas· Regulación por by-pass· Regulación de velocidad· Variación de ángulo de álabes

Escoger uno u otro de estos sistemas dependerá de varios factores, que se resumen en latabla siguiente:

9. Acoplamiento de ventiladores.

Cuando el suministro de aire a un sistema de conductos deba variar en grandessaltos, puede ser aconsejable hacerlo con más de un ventilador, acoplándose en sufuncionamiento para conseguir el caudal y presión requeridos en cada situación, o biende forma conjunta para la máxima exigencia, o bien separadamente de formaescalonada.

Hay dos formas posibles de acoplamiento, en serie o en paralelo. En el acoplamientoen serie se colocan los ventiladores uno tras otro. El caudal resultante esaproximadamente el mismo que con un sólo ventilador, y la presión obtenida en cadacaso será la suma de la correspondiente a cada uno por separado.

Si se consideran dos ventiladores en serie, con igual característica Pe (presiónestática) y Pt (presión total), la presión estática resultante para el conjunto PE se calculasumando la presión total del primero a la presión estática del segundo, PE = Pe + Pt.

En el punto M en que los ventiladores si trabajan solos darían el caudal máximo(Pe=0), el conjunto daría una presión estática de ordenada MN, pudiendo llegar aalcanzar el caudal de abscisa R, con PE=0. Este exceso de caudal MR puedesobrecargar los motores de ambos ventiladores, por lo que habría que tenerlo en cuentaen su selección.

En el acoplamiento en paralelo, los ventiladores aspiran del mismo lugar ydescargan hacia el mismo sentido en la canalización, uniendo allí sus caudales. La curvacaracterística resultante se halla sumando los caudales correspondientes a cada presiónp, q = q1 + q2 , como se ve en la figura.

En seguida se comprueba que el caudal conseguido con los dos aparatos en paralelono es nunca la suma del que se conseguiría con cada uno por separado, al no ser lacaracterística del sistema una horizontal, sino que crece con el cuadrado de la velocidad

10. Leyes de los ventiladores.

Cuando un mismo ventilador se somete a un régimen distinto de funcionamiento, ovarían las condiciones del fluido, se pueden estimar por anticipado los resultados que seobtienen a partir de los ya conocidos. Esto basándose en las leyes relacionan lasvariables de funcionamiento de los ventiladores.

Estas leyes se basan en que dos ventiladores de una serie homóloga tienenhomólogas sus curvas características, teniendo igual rendimiento para puntos de trabajosemejantes.

Las variables que intervienen en el proceso de funcionamiento son:

• Velocidad (v)• Diámetro del rodete (D)• Presión estática, dinámica y total (Pe, Pd, Pt)• Caudal (Q)• Densidad del gas (d)• Potencia absorbida (W)• Rendimiento (n)• Nivel de ruido (S)

Las leyes más usuales se resumen a continuación:

Para el mismo ventilador, si cambia la velocidad de giro n:

Q2 = Q1 x (n2 / n1)

Pt2 = Pt1 x (n2 / n1 )2

W2 = W1 x (n2 / n1 )3

S2 = S1 + 50 lg (n2/n1)

En caso de ser una serie de ventiladores homólogos, si cambia el diámetro D:

Q2 = Q1 (D2 / D1)3

Pt2 = Pt1 x (D2 / D1)3

W2 = W1x (D2 / D1)5

S2 = S1 + 70 lg (D2 / D1)

11. Aplicación. Selección del punto de funcionamiento de un ventilador.

Ejemplo 1. Se trata de determinar la velocidad de giro necesaria para conseguiren una determinada aplicación un caudal de 10.000 m3/h con una presión estáticadisponible de 210 Pa . Calcular la potencia necesaria en el motor y las variables defuncionamiento.

Partimos del ventilador modelo CBP 15/15 de Soler y Palau:

En la gráfica siguiente, se determina la presión dinámica que corresponde a lavelocidad de salida del ventilador: Pd = 140 Pa.

Entrando en ordenadas con el valor de la presión total Pt = 140 + 360 = 500 Pa,y en abscisas con el caudal 10.000 m3/h, se tiene el punto de trabajo del ventilador.

Interpolando en las curvas de potencia absorbida en el eje, velocidad de giro yrendimiento, se tiene:

Velocidad giro : n = 950 rpmPotencia absorbida en el eje : W = 2,0 KwRendimiento : η = 70 %

Al tratarse de un ventilador centrífugo, la transmisión polea correa implica unaspérdidas que se contemplan mayorando un 20% la potencia del motor:

Potencia absorbida motor = 1,2 x 2,5 = 3 Kw . Motor seleccionado: 3 Kw.

Ejemplo 2. Se tienen de la estimación de cargas los siguientes datos:

- Carga sensible : 26,5 Kw- Carga Total : 33,0 Kw- Caudal aire : 1970 l/s- Condiciones entrada batería : 27/19 ºC, Ts/Th. Temperatura exterior . 35ºC.

Se trata de ajustar el funcionamiento de la unidad elegida para dar el caudalcalculado, con una pérdida de carga en el sistema de conductos de 120 Pa.Se parte del modelo Carrier 50PZ040, cuyos datos se tienen a continuación :

El modelo 040, para las condiciones de proyecto da 34,35 Kw Total y 27,98 KwSensible. Caudal nominal 2190 l/s. La regulación de poleas de fábrica es 2,5 vueltasy la presión disponible 150 Pa.

De las curvas de ventilación se tiene: Cerrada 4,6 vueltas. Caudal 1970 l/s. PD 120Pa.

Falta comprobar que las nuevas prestaciones de la unidad cumplen con lascondiciones de proyecto:

1970/2190 = 0,9 (90% del caudal nominal). Los factores de corrección son:

Fsens = 0,97. Capacidad sensible corregida : 0,97 x 27,98 = 27,14 > 26,5 . Cumple

Ftotal = 0,98. Capacidad total corregida : 0,98 x 34,35 = 33,66 > 33,0 . Cumple

BOCAS DE DISTRIBUCION

La distribución de aire en los locales puede presentar como caso general tres aspectos:a) Distribución del aire de impulsiónb) Recogida del aire de retornoc) Recogida del aire de extracción o expulsión.

Para cada una de ellas se emplean las llamadas “bocas de distribución” que pueden serde dos tipos: rejillas y difusores.

Parámetros asociados a las bocas de distribución de aire.-

1.- Caudal de aire o cantidad de aire manejado en la unidad de tiempo.2.- Inducción. El aire que sale de la boca se llama primario, y el arrastrado se llamasecundario o inducido. Se llama relación de inducción al cociente del aire total(primario más secundario) dividido por el aire primario. Esto homogeniza el aire dellocal, al aumentar el movimiento del aire.

3.- Alcance. Se llama sí a la distancia a partir de la boca de distribución para la cual lavelocidad del aire es del orden de 0,25 m/s. A esta velocidad no se produce ningunaincomodidad para los ocupantes.

Si el alcance es reducido el aire no llega a determinadas zonas y se producenestancamientos. Si es excesivo chocaría con las paredes y volvería a la zona deocupación con velocidad excesiva.

En la práctica el alcance de las rejillas se debe elegir entre el 70% y el 100% de ladistancia a cubrir.

Cuando se habla de difusores, el alcance se llama radio mínimo. Dos difusores debenestar separados a una distancia no inferior al doble del radio mínimo y no superior aldoble del radio máximo.

4.- Caída y elevación.. Al tener el aire de impulsión diferente temperatura que el local eldardo de aire no sigue una trayectoria horizontal. En invierno la trayectoria esascendente llamándose elevación a la diferencia de alturas entre el punto de impulsión ycualquier punto de la trayectoria.

En verano el aire de impulsión pesa más que el del local y cae, llamándose caída a ladiferencia de alturas respecto a la salida de aire.

Tanto la elevación como la caída son máximas para la distancia horizontal dada por elalcance.

Los efectos son los siguientes.

- La elevación produce estratificación del aire ya que éste tiende aacumularse en la parte alta de la habitación, dejando más fría la zona deocupación.

- La caída puede originar la entrada de aire frío en la zona de ocupaciónoriginando molestias.

El efecto de la caída y de la elevación puede disminuirse o corregirse actuando sobre lasaletas horizontales de las rejillas, como puede verse en las dos figuras a continuación:

Para corregir la caída se elevan las lamas horizontales de las rejillas. La trayectoria queseguiría el aire con las aletas horizontales son las que se ven con línea de puntos. Alactuar sobre las aletas se consigue que una caída neta de valor nulo, respetando la zonade ocupación. Si la rejilla está muy cerca del techo no es posible hacer la corrección.

5. Dispersión. El flujo de aire, a medida que progresa en el recinto, aumenta la secciónde salida de la rejilla en sentido horizontal y vertical, pudiendo provocar corrientesmolestas en la zona de ocupación.

Actuando sobre las aletas verticales puede modificarse la dispersión.Es importante tener en cuenta la separación entre rejillas para que no choquen lascorrientes de aire.

6. Ruido. El ruido que produce el aire al salir por las bocas de distribución dependeesencialmente de la velocidad de salida del aire.De modo aproximado puede emplearse la Tabla que sigue a continuación en la queaparecen las velocidades de salida de aire recomendadas en cada aplicación

Es generalmente la velocidad de salida la que condiciona la selección del tamaño derejilla, comprobando después que se cumplen los requisitos restantes en función delalcance, caída, inducción y dispersión.

Características de las bocas de distribución empleadas para retorno.-

En este caso solo es preciso tener en cuenta la velocidad de paso, que condiciona laformación de corrientes de aire en sus proximidades, el nivel sonoro y la caída depresión.La tabla siguiente da valores de las velocidades recomendadas en rejillas de retorno.

Modalidades de rejillas.

1) Rejillas de impulsión.Con forma rectangular están compuestas de una serie de lamas horizontales y/overticales. Estos pueden ser fijas o móviles.En caso de que sean fijas no puede modificarse la caída ni la dispersión

Las llamadas rejillas lineales se caracterizan por tener una dimensión del rectángulomucho mayor que la otra. Este tipo de rejilla suelen tener las láminas horizontalesfijas, aunque con un ángulo de deflexión a elegir entre 0ºC, 5ºC o 15

La rejilla lineal puede ser colocada en el suelo para lo que se refuerza suconstitución. Suele utilizarse cuando se tienen suelos técnicos.

2) Rejillas de Retorno.El aspecto es similar a las de impulsión aunque las lamas suelen ser fijas,normalmente inclinadas. Las hay de tipo retícula, que se caracterizan por tenermayor sección efectiva, y poca pérdida de carga.

3) Rejillas de toma de aire exterior.Las lamas son fijas, con una disposición especial para evitar la entrada de agua delluvia. Pueden llevar una malla metálica para impedir la penetración de cualquierobjeto extraño.

4) Rejilla de expulsión de aire.Pueden emplearse las de retorno de aire, aunque con frecuencia se emplean las que

abren sus láminas por efecto de la sobrepresión interior, manteniéndose cerrados encualquier caso.

5) Accesorios de las rejillas.Todas las rejillas requieren un marco metálico que se fija al paramento y que a suvez recibe la rejilla.

Cualquier rejilla puede aceptar un dispositivo de control de volumen, que permiteregular el caudal de aire.

Modalidades de difusores.

El difusor es una boca de aire de localización preferente en el techo.Las principales versiones de difusores son:

1. Difusores circulares o cuadrados. Según su forma o geometría exterior.

Normalmente la decisión por uno u otro tipo es puramente estética.

2. Difusores direccionales u omnidireccionales. Estos últimos distribuyen el aireen todas las direcciones.

Se utilizan para adaptar el reparto de aire a la geometría del local.

3. Difusores especiales.

3.1. Difusores rotacionales o tangenciales. Este tipo de difusores se caracterizaporque su geometría provoca una salida del aire en forma de torbellino rotativo, conlo que se consigue una alta inducción. Están indicados para aplicaciones concaudales de aire elevados (normalmente en locales con cargas internas altas). Unavalor práctico para seleccionar este tipo de difusor es cuando el caudal de aire aimpulsar está entre 15 y 30 veces el volumen del local.

3.2. Difusores lineales. El carácter lineal se adquiere cuando una de las dimensioneses mucho mayor que la otra. Pueden tener salida en una dirección o en las dos. Seadaptan bien con amplios márgenes de caudal, por lo que son aptos paraaplicaciones de caudal variable.

3.3. Difusores de proyección.Cuando la altura de los locales es grande, para evitar la estratificación puede acudirse aldifusor de proyección que, como su nombre indica, proyecta el flujo de aire hacia abajoantes de abrirse en horizontal. Los hay regulables para adaptarse al régimen decalefacción o refrigeración, por lo que también se llaman de geometría variable

4. Toberas. Su diseño permite conseguir largos alcances, con pérdidas de cargarazonables y bajos niveles sonoros . En locales de grandes dimensiones son muyutilizados, tanto en disposición individual como en placas multitoberas.

Permiten una gran versatilidad para adaptarse en campo a cada aplicación. Las hayorientables tanto en vertical como en horizontal. Aparte se pueden suministrarmotorizadas, para ajustar el ángulo de inclinación en funcionamiento en frío y en calor,de forma individual.

4. Accesorios de los difusores.

Al igual que las rejillas, los difusores pueden disponer de un controlador de volumen yde un dispositivo para distribuir uniformemente el flujo de aire en las caras internas deldifusor. Los hay de tipo mariposa, o regulación con lamas opuestas:

CONSIDERACIONES GENERALES RESPECTO A LA UBICACIÓN YEMPLEO DE BOCAS DE DISTRIBUCIÓN

- En general el flujo de aire debe dirigirse hacia la carga que se pretendecombatir, siendo por tanto deseable que el aire de impulsión se orientehacia los paramentos exteriores.

- Casi siempre la impulsión tiene lugar desde emplazamientos elevados(difusores en el techo y rejillas próximas a él)

- En instalaciones para calefacción si las pérdidas por suelos, cristales oparedes son importantes conviene proveer de rejillas de retorno situadasen la parte baja.

- Si existen superficies vidriadas muy amplias, puede ser convenienteemplear rejillas de suelo con impulsión vertical, cuidando a toda costaque el dardo de aire no penetre en la zona de ocupación.

- En instalaciones para enfriamiento con grandes alturas de techo esrecomendable permitir la estratificación de aire caliente utilizandovelocidades bajas de descarga y situando las bocas a un nivelrelativamente bajo para limitar la inducción de aire caliente próximo altecho.

- Por razones de economía se pueden ubicar rejillas de retorno en laspuertas y recoger el aire a través de una rejilla de retorno común situadasen el pasillo central.

- Ha de evitarse la ubicación de rejillas de retorno dentro del alcance deuna boca de impulsión, lo que produciría cortocircuitos de aire.

- Las rejillas de extracción se deben colocar preferentemente en las partesaltas.

- Ubicación de rejillas de retorno:

a) Rejillas en el techo. Buen resultado si no hay riesgo de estratificación delaire frío en invierno. Evitar cortocircuitos de aire. Excelente paraextracciones de humos en bares…

b) Rejillas en el suelo: No recomendado para aplicaciones comerciales puesacumulan polvo y basura. Satisfactorio para instalaciones de calefacción.

c) Rejillas murales: Las mismas consideraciones que para las rejillas ensuelo o en techo.

Cuando los caudales de retorno son importantes se pueden evitar corrientes deaire colocando una rejilla cerca del suelo y otra cerca del techo.

DIFUSION DE AIRE

Generalidades.

Una instalación de acondicionamiento de aire se ha de plantear como un conjunto deelementos o actuaciones como son:

- Producción de calor- Producción de frío- Tratamiento de aire- Distribución de aire- Regulación y control- Difusión de aire

Todos ellos son muy importantes y requieren un correcto dimensionamiento yselección. Pero entre todos, el único que puede alterar fundamentalmente lascondiciones a mantener en los locales es la difusión de aire.

Efecto Coanda.

Se llama así a la adherencia que se produce al impulsar el aire en las cercanías deuna superficie plana y horizontal. Por efecto de la depresión que se produce entre lazona próxima a la salida del chorro de aire y el techo, la vena de aire tiende aadherirse inicialmente, permitiéndose una mayor penetración en el local yproduciéndose una mejor mezcla del aire impulsado con el aire ambiente.

El efecto Coanda es función de diferentes parámetros, como son el tipo de unidadterminal, distancia de la boca de difusión al techo, velocidad de impulsión ydiferencia de temperatura con el ambiente. En general, para valores normales (v =2,5 m/s y DT = 13ºC) podemos decir que la distancia máxima de la boca al techo hade ser 30 cm.

1. Tipos de difusión

Para que un aire impulsado pueda cumplir la función asignada debe ser estudiado deforma que se distribuya uniformemente, se eviten diferencias de temperatura elevadasen la zona de ocupación y no existan velocidades de aire molestas. En la práctica noexisten formas ideales de movimiento del aire ya que normalmente dependen defactores como:

- Geometría de las propias unidades de impulsión.- Disposición de las unidades de impulsión.- Diferencia de temperatura entre el aire impulsado y el ambiente.- Velocidad de impulsión del aire.- Situación de las unidades de retorno.- Geometría del local y situación del mobiliario.- Situación de las unidades de impulsión respecto a los cerramientos exteriores.- Tipo y situación de las fuentes de calor.

Existen básicamente tres tipos de difusión, por desplazamiento, por mezcla y porflujo laminar.

1.1 Difusión por mezcla.

Es el sistema que habitualmente se utiliza en climatización. Se impulsa un caudal deaire con velocidad elevada (2 m/s a 6 m/s) y saltos de temperatura con el ambiente entre6 ºC a 10ºC. El objetivo es una mezcla rápida del aire impulsado para conseguir lahomogeneidad y la reducción de velocidad en la zona de ocupación hasta los límitesestablecidos.

Como se ve en la figura, con un sistema de mezcla ideal, se tiene prácticamenteen cada punto del local la misma temperatura, velocidad del aire y concentración departículas excepto en las cercanías de la unidad terminal.

1.2 Difusión por desplazamiento.

Consiste en impulsar un caudal de aire en las cercanías del suelo, sin turbulencia ycon escasa velocidad. Se utiliza generalmente para crear “microclimas” en la zona deocupación, en espacios con alturas considerables y con carga interna importante.

Se inyecta el aire desde la zona de ocupación a velocidades de 0,25 m/s a 1 m/s, demodo que desplaza el aire ambiente hasta los elementos de retorno o extracción, sin quese mezcle. Los saltos de temperatura con el ambiente son pequeños (entre 3 ºC a 5ºC).

Como se ve en la figura, con el sistema por desplazamiento se tienen temperaturas yconcentración de partículas en la zona de ocupación inferiores a las que se tienen en lazona de retorno.

Este sistema de difusión tiene ventajas respecto al clásico por mezcla de aire comoson:

- Mayor calidad de aire en la zona de ocupación- Mayor confort térmico con menores velocidades de aire- Menor caudal de aire impulsado (“microclima”)- Menor consumo de energía

1.3 Difusión por flujo de aire laminar.

Se dice que existe flujo de aire laminar cuando el aire, al salir de la unidad deimpulsión, fluye como un conjunto de hilos rectilíneos paralelos con la mismavelocidad, desplazándose sin turbulencia y con deslizamiento uniforme, con velocidadesde impulsión entre 0,4 m/s y 0,6 m/s.

Con este sistema, en condiciones ideales, se tiene temperatura y concentración departículas en el local iguales a la del aire impulsado.

La difusión por flujo laminar tiene aplicación en locales en los que haya grandesexigencias de pureza de aire, como en quirófanos y salas blancas, integrándose en lasunidades de impulsión la célula de filtro absoluto.

RED DE CONDUCTOS

Generalidades

Para la determinación de una red de conductos de aire se siguen en la práctica lossiguientes pasos:

1) Estudio de los planos o inspección del edificio, escogiendo elsistema que mejor se adapte a las necesidades y limitaciones encada caso. Si es necesario, se debe prever la posible agrupaciónde áreas del edificio en zonas.

2) Realización de un anteproyecto del sistema y de la red dedistribución de aire, donde se colocan las rejillas de impulsión yde retorno. A continuación se asigna el caudal de aire a cadaboca de acuerdo con la carga del local.

3) Determinación del tamaño de las bocas y de los conductos,calculando las pérdidas de carga para luego escoger elventilador y el motor.

Parámetros referentes a la red de conductos.

1) Caudal.Se define como el volumen de aire que fluye en la unidad de tiempo a través de unasección determinada.

2) Sección recta de paso.Es el área interior del conducto, normal a la dirección de la circulación del aire. Debetenerse presente el espesor del conducto junto con las dimensiones exteriores paracalcular las secciones de posos útiles.

3) Velocidad de circulación.Cuando se habla de velocidad en un conducto se hace siempre referencia a la velocidadmedia en la sección de paso considerada. Resulta de dividir el caudal por la sección depaso correspondiente. Este parámetro influye en la pérdida de carga de la instalación yen el nivel sonoro de la misma, por que su valor no debe pasar de ciertos límites. Latabla que sigue es de uso en los sistemas de conductos de “baja velocidad”, es decir,cuando la velocidad no supera los 12 m/s

4) Presión y pérdida de carga.La presión total que existe en un conducto por el que circula una masa de aire es unamedida de la energía de dicha masa en movimiento, pudiéndose expresar como la sumade la presión dinámica (debida a la velocidad) y la estática:

P total = P dinámica + P estática

La energía mecánica de la masa de aire es suministrada por el ventilador del equipoacondicionador y se va disipando a lo largo de la red de conductos. Esta disipación estáoriginada por dos causas:

a) El aire roza con las paredes de los conductos.b) Los cambios de dirección del aire dentro de los conductos, las expansiones o

contracciones debidos a cambios de sección, etc., originan “remolinos” queconsumen energía.

Ya que las pérdidas de carga son en definitiva una pérdida de energía, es lógico quese intente limitarlas, para lo cual el acotar la velocidad es esencial.

5) Nivel sonoro

El aire debido a la formación de remolinos y a otros factores, puede ser origen deruidos que se propagan desde los propios conductos a los recintos habitados y muyespecialmente a través de las bocas de distribuciónLa medida más recomendable para impedirlo es no sobrepasar las velocidadesindicadas en la tabla anterior, así como evitar cambios bruscos de dirección ovelocidad.

Materiales constructivos.-

Tanto en la elección del material de fabricación como en lo que se refiere a laejecución y detalles de instalación, se debe remitir a la normativa UNE vigente.

En general, podemos decir que los materiales que más se emplean son la chapagalvanizada y la fibra de vidrio, esta última en diferentes composiciones paraseparar la fibra del contacto con el aire tratado.

Los conductos de fibra de vidrio de por sí están aislados. Con frecuencia losconductos de chapa tienen que se aislados, debiendo comprobarse que no seproducirán condensaciones en su superficie. (Temperatura de rocío inferior a latemperatura de superficie exterior del conducto).

Finalmente, se admite por la Normativa el empleo de materiales diferentes(conductos de obra civil u otros) tras la aprobación del Director de Obra. Estosconductos encuentran su mayor aplicación en las redes de retorno.

De igual forma, pueden emplearse los espacios disponibles en el falso techo,como plenum de retorno del aire (ver figura 4)

Formas y dimensiones.-

Los conductos pueden ser circulares o rectangulares. En las instalaciones deequipos autónomos los conductos adoptan por lo general una forma rectangular,llamándose relación de forma al cociente entre el lado mayor y el lado menor delconducto. A mayor relación de forma mayor perímetro por lo que se encarece elcosto por metro lineal y las pérdidas térmicas, pudiendo en general decir quetambién se dificultan la hermeticidad y la resistencia mecánica del conducto.

Por tanto la relación de forma debe mantenerse tan baja como sea posible, noaconsejándose valores superiores al cociente 5:1.

Equilibrio de conductos.-

El proyectista calcula la red de forma de que se impulsen por cada boca dedistribución los flujos de aire estipulados. Cuando así ocurre se dice que la red estáequilibrada. Si por el contrario no se puede garantizar dicho equilibrio seránecesario realizar pequeños ajustes mediante elementos de regulación de las bocas ocon la ayuda de compuertas situadas en el interior de los conductos.

Transformaciones en la red de conductos.-

Los detalles de ejecución recomendados, espesores, uniones, refuerzos, sedetallan en las normas UNE vigentes. En concreto y al respecto podemos indicar lassiguientes:

- UNE 100.101: Dimensiones y tolerancias (conductos circulares yrectangulares

- UNE 100.102: Conductos de chapa metálica. Espesores, uniones yrefuerzos.

- UNE 100.103: Conductos de chapa metálica. Soportes.- UNE 100.104: Conductos de chapa metálica. Pruebas y recepción.- UNE 100.105: Conductos de fibra de vidrio.

Como ideas generales a tener en cuenta en la ejecución podemos destacar lassiguientes:

Transiciones.

El ángulo de inclinación no debe superara los 15º salvo excepcionales casos..

Reducciones de sección.

Batería de calefacción en el interior del conducto.

Curvas.

Las curvas o codos tendrán un radio mínimo de curvatura. Se suele aceptar lasiguiente relación: R = ¾ D + ½ D

Si esto no es posible se colocarán álabes directores.

Derivaciones

Las siguientes figuras muestran algunos trazados aconsejables para ejecutarderivaciones en conductos

Bocas adosadas a la pared del conducto.

Si se une una rejilla directamente a la pared del conducto el flujo de aire nosaldrá normalmente al mismo y se alterarán las características previstas del dardo deaire.

Una de las formas de evitar esta situación es realizar la conexión de la rejillamediante un collarín con un dispositivo de deflexión, según se muestra en la figura.

Conexiones al equipo acondicionador.

La salida de los conductos desde el equipo suele ser uno de los puntos críticos dela red de distribución, puesto que la velocidad de circulación es máxima y el espaciodisponible se reduce por la presencia del equipo.

En lo posible debe respetarse lo siguiente:

- La salida del ventilador debe continuar en un tramo recto longitud entre1,5 y 2,5 la dimensión mayor de la boca del ventilador.

- Cualquier transformación debe tener una inclinación máxima de 15º- Si se ha de efectuar un codo el sentido de circulación del aire se debe

corresponder con el de giro del ventilador.

- La conexión de conductos al equipo ha de ejecutarse interponiendo unacoplamiento flexible para evitar la propagación de vibraciones.

CALCULO DE CONDUCTOS

La expresión general que se emplea para evaluar la caída de presión porrozamiento debida a la circulación de un fluido por una conducción circular es:

DP/L = λ v2/2g × ρ/d (DARCY)

Siendo:

λ: Coeficiente de rozamientov: Velocidad del fluido por la conducción (m/s)ρ: Densidad del fluido (Kg/m3)d: Diámetro de la conducción.DP/L: Caída de presión por unidad de longitud equivalente (mm.ca/m)

En función del número de Reynolds, se puede calcular el valor delcoeficiente de rozamiento:

Para tubos lisos:

- Régimen laminar Re≤ 2300 λ=64/Re

- Régimen turbulento Re>2300 ; Re<105 λ=0,3164/(Re)1/4

- Régimen Turbulento Re>105 1/√λ=2 lg(Re√λ)-0,8

Para tubos rugosos, que es el caso más corriente, se tiene:

1/λ = 1,14 – 2 lg(ε/d)

Siendo ε la rugosidad absoluta

Para regímenes en la transición de lisos a rugosos, el coeficiente de rozamientoestá descrito por la fórmula:

1/√λ + 2 lg(ε/d) = 1,14 – 2 lg(1 + 9,35 d/ε (Re √λ)-1 )

Esta ecuación es asintótica a la ecuación para tubos lisos y a la de tubos rugosos.Los valores para coeficientes de rozamiento correspondientes a diferentes

rugosidades fueron usados por Moody para elaborar un diagrama general deresistencia para flujos uniformes en conductos, como el que aparece en la figurasiguiente.

Para el caso en que el fluido sea aire, Carrier emplea en su Manual de AireAcondicionado la siguiente expresión:

DP = 0,4 f v1,82 L / d1,22

Siendo:

f: Rugosidad del material (0,9 para conductos de chapa)v: Velocidad del aire (m/s)d: Diámetro del conducto circular (cm) equivalente a otro rectangularL: Longitud del conducto (m)

Esta ecuación es la que se usa para construir el gráfico siguiente de pérdidas decarga para conductos de chapa galvanizada. Puede emplearse en los sistemas quetransportan aire entre 0ºC y 50ºC y para altitudes de hasta 600 m., sin necesidad decorregir la densidad del aire.

Pérdida de carga.

Para determinar la pérdida de una sección del conducto se multiplica la pérdidacarga deducida del gráfico 7 por la longitud equivalente del tramo en cuestión. Estalongitud equivalente incluye los codos y acoplamientos que puede haber en dichasección. Para determinar la longitud equivalente de los codos y acoplamientos sepueden emplear las tablas siguientes:

Notas para la tabla 9:

(*) L y D están en m. La longitud equivalente adicional del conducto sumada a lalongitud medida, es igual a D por la relación L/D.(**) Para convertir n en longitud equivalente se emplea la siguiente expresión:L = n x hv/hf

Siendo hv la presión dinámica en V2, (mm.c.a) y hf la pérdida por rozamiento pormetro lineal (mm.c.a), para el diámetro en V2 del gráfico 7.

Notas para la tabla 10:

(*) 1,25 es valor standard para un codo de radio completo sin guías(**) L y D están en m. D es la dimensión del conducto. L es la longitud adicionalequivalente del conducto añadido al conducto medido, es igual a D por la relaciónL/D.(***) Para convertir n en longitud equivalente se emplea la siguiente expresión:L = n x hv/hf

Siendo hv la presión dinámica en V1 o V2 (mm.c.a), y hf la pérdida por rozamientopor metro lineal (mm.c.a), sección recta del conducto en hv del gráfico 7.

Este método es sencillo pero adolece de falta de datos referentes a multitud devariaciones cuando las conducciones son complicadas. Existen otros métodosbasado en el cálculo de la pérdida de presión estática de un elemento en función dela presión dinámica del fluido que circula por el mismo, estableciendo unoscoeficientes “n” de proporcionalidad para cada tipo de elemento según sean suforma y dimensiones.

DP = n Pd (mm.c.a)

Siendo Pd la presión dinámica (mm.c.a)

En las tablas siguientes se dan los coeficientes “n” más normales en las tuberíadestinadas a ventilación.

Pérdida o ganancia debida al cambio de velocidad respecto al ventilador.

La diferencia de velocidades entre el primer y el último tramo de un ramaldeterminado supone una diferencia de presión estática que habrá que tener encuenta. Si la velocidad final es mayor que la inicial se tiene una pérdida de presiónestática

DP = 1,1 ( (Vf /242,4)2 − (Vi /242,4)2 ) ; (mm.c.a)

Siendo:

Vf: velocidad al final del conducto (m/min)Vi: Velocidad al comienzo del conducto (m/min)

Si la velocidad final es menor que la inicial se tiene una recuperación de presiónestática:

DP = 0,75 ( (Vi /242,4)2 − (Vf /242,4)2 ) ; (mm.c.a)

Métodos de cálculo de conductos

CONDUCTOS A BAJA VELOCIDAD

La velocidad en el sistema de distribución de aire depende en general devarios factores, como son el ruido, la inversión inicial, y el gasto de energíaasociado a la distribución.Las velocidades que se consideran límite para distinguir un sistema de bajavelocidad en alta velocidad suele ser entre 12m/s y 15 m/s. En los sistemasde alta velocidad, ésta suele limitarse a 25 m/s. Por encima de ese límite seplantean problemas de ruidos, y sobre todo gastos de energía excesivoscomo consecuencia de las pérdidas de carga ocasionadas.

1º) Método de reducción de velocidad.

Consiste en seleccionar una velocidad de salida en la descarga del ventiladory establecer arbitrariamente una serie de reducciones de sección a lo largodel conducto.Este método de cálculo normalmente no se emplea si no es en casos muyelementales e instalando compuestos para equilibrado del sistema. Requieregran experiencia del proyectista para lograr una precisión razonable.

2º) Método de pérdida de carga constante.

En la práctica es el método de cálculo que más se utiliza. Se recomiendasiempre en el caso de conductos de retorno y extracción.

Consiste en calcular los conductos de forma que tengan la misma pérdida decarga por unidad de longitud a lo largo de todo el sistema.

Se elige una velocidad inicial en el conducto descarga del ventilador, con laayuda de la tabla siguiente, en el que el factor restrictivo es el nivel de ruido:

Con este método el sistema es difícil de equilibrar, si no es con el diseñoprevio, porque no está provisto de medios para igualar la caída de presión enlas distintas ramas.Es evidente que a recorridos más largos le corresponden mayores pérdidasde carga, aproximadamente en proporción a las longitudes equivalentes.

En la gráfica 7 de pérdida de carga por rozamiento del aire se calcula, para lavelocidad seleccionada, la pérdida de carga por unidad de longitud. Estevalor deberá mantenerse constante a lo largo del sistema.

Si la conducción es rectangular, se emplea la gráfica siguiente para calcularel diámetro equivalente del conducto circular y entrar en la gráfica depérdida de carga. También puede aplicarse la siguiente fórmula:

De = 1,3 (ab)0,625 (a+b)−0,25

Siendo a y b los lados del conducto rectangular

Para el cálculo de la caída de presión se toma el ramal con longitudequivalente mayor, es decir, el que tiene mayor caída de presión.A la caída de presión calculada habrá que sumarle o restarle la presiónestática correspondiente a la diferencia de velocidades al final y al principiodel conducto.Este método se considera como bueno en la mayoría de las instalaciones,pero al tener diferente presión estática en cada ramal sobre todo en el caso deconducciones con poca simetría y tramos más largos que otros, es necesarioregular.

Para facilitar los cálculos se puede utilizar la curva de la figura 31 que nos dauna correlación de valores entre los porcentajes de capacidad de aire en losdistintos tramos, en relación al primero calculado, y los tantos por ciento delas secciones correspondientes, también referidos al tramo previo. De estaforma estaremos seguros que la caída de presión por metro lineal permanececonstante a lo largo del conducto.

3º) Método de recuperación estática.

Su fundamento se basa en dimensionar el conducto de forma que el aumentode presión estática, como consecuencia de la reducción de velocidad en cadarama o boca de impulsión, compense las pérdida por rozamiento en lasiguiente sección del conducto. De esta forma la presión estática será lamisma en cada boca y en cada ramal.

Para calcular un conducto por este procedimiento se sigue el siguientemétodo:

Se selecciona una velocidad inicial con ayuda de la tabla 7 vistaanteriormente.Con esta velocidad se dimensiona la primera sección del conducto.

D = ( Q / 900 π V) 1/2

Q:caudal de aire (m3/h)V: velocidad (m/s)

Las demás secciones del conducto se dimensionan con la ayuda del gráfico 10 yel gráfico 11, que siguen a continuación, donde

L: Longitud equivalente entre dos bocas o entre dos ramas de la sección deconducto que va a dimensionar (m)Q: Caudal de aire en esa sección (m3/h).

En la longitud equivalente L se incluyen los codos pero no las transformaciones,cuyo efecto se tiene en cuenta después.

El gráfico siguiente se emplea para determinar la velocidad del tramo que se estácalculando. Se entra con la relación L/Q hallada anteriormente y con lavelocidad V, (m/s) antes de la derivación. Así obtenemos la velocidad del aire enel tramo, lo que junto con el caudal nos da la sección del conducto. El efecto dela transformación se tiene en cuenta en este gráfico de recuperación estática.

La sección así calculada hace que la pérdida de carga en ese tramo se compensecon la ganancia de presión estática debida al cambio de velocidad.

En muchos casos, la reducción de la sección del conducto es muy pequeña para quemerezca la pena realizarse. En otros casos la reducción podría resultar mayor de lonecesario. Esto produce una ganancia o pérdida que debe repercutir sobre el ventilador,aunque normalmente se desprecia.

CONDUCTOS A ALTA VELOCIDAD

Este método de cálculo está fuera de los objetivos de este curso. Se comentan de manerageneral las principales características del mismo:

En estos sistemas se emplean presiones estáticas y velocidades mayores que lasadoptadas en los sistemas convencionales. Siempre se plantea la cuestión del empleo deconductos de menores dimensiones y ventiladores de mayor potencia.

El aumento de presión estática hace que normalmente se utilicen ventiladores especialespara este tipo de aplicaciones y que se cuide especialmente la ejecución y el diseño de

los conductos para evitar fugas y ruidos. Se prefieren conductos de sección circular porsu mayor rigidez.

Una consideración importante en el proyecto de estos documentos es la simetría, con loque se reduce el tiempo necesario para equilibrar el sistema y se abrevia el cálculo, asícomo el costo de construcción e instalación.

Para evitar excesivas pérdidas de carga debe mantenerse unas distancias mínimas:

- 6 diámetros entre codos y T de 90º- 0,5 diámetros entre conexión y conexión con T cónica.

Hay que tener en cuenta lo siguiente:

1º) Las pérdidas por rozamiento desde la descarga del ventilador, hasta el punto dederivación del primer montante deben ser en todas ramas lo más iguales posible.

2º) Para que lo anterior pueda cumplirse en el caso en que partan del ventilador variosconductos principales, la relación L/D entre longitud equivalente y diámetro de cadaconducto principal (desde la descarga del ventilador hasta el primer montante) debe serprácticamente constante. De este forma el conducto más largo podrá tener más caudalde aire y se podrán utilizar mayores velocidades.

3º) Mientras el espacio disponible no obligue a lo contrario, la salida que se tome delconducto principal debe hacerse por medio de una T de 90º mejor que de 45º

El cálculo es muy parecido al de conductos de baja velocidad por recuperación estática.La velocidad del aire se reduce en cada derivación y se produce un aumento de lapresión estática que compensa la pérdida de carga en la siguiente sección del conducto.La velocidad inicial depende del número de horas de funcionamiento del sistema. Paraconseguir un equilibrio económico entre precio de costo y gastos de explotación serecomiendan las siguientes velocidades:

* CONDUCTO PRINCIPAL

12 horas fun.. 15-20 (m/s)24 horas fun. 10-18 (m/s)

* RAMALES (1)

T Cónica 90º 20-25 (m/s)T 90º 18-20 (m/s)

(1) Se considera ramal una derivación que tenga 4 o más salidas hacia bocas deimpulsión.

Para efectuar el cálculo por este método se recomienda consultar manuales al uso. Amodo de referencia se cita el Capítulo 2 del Manual de Aire acondicionado Carrier.

GENERALIDADES

El tendido de la línea de refrigerante en instalaciones con unidades partidas esuno de los requisitos más importantes para el éxito de la instalación. El proyectistadebería incluir en su proyecto el tamaño y la disposición de las tuberías deinterconexión .

Hay ciertos principio básicos a tener siempre en cuenta:

- Las líneas deben ser lo más cortas posible, para reducir el costo deinstalación y las pérdidas de rendimiento al aumentar las caídas de presión.

- Los acoplamientos y soldaduras deben minimizarse para evitar la posibilidadde fugas.

- Los recorridos deben evitar interferencias con el uso normal del edificio.

El material utilizado es tubo de cobre especial para refrigeración, recocido oduro y desoxidado y sellado, para conseguir un sistema más limpio y exento dehumedad. El tubo recocido puede curvarse con herramientas manuales. Los tubos durosnecesitarán normalmente acoplamientos, entre los que son preferibles los de radiogrande que tienen menor pérdida por rozamiento.

LINEA DE ASPIRACION

Es la tubería más delicada de dimensionar. Su misión es conducir el gasrefrigerante desde el evaporador al compresor. El cálculo debe efectuarse con un

compromiso entre la pérdida de presión del refrigerante y la necesidad de asegurar elretorno de aceite conservando una velocidad de paso adecuada.

1. Forma

Se pueden presentar tres casos, en función de la situación relativa de la unidadcondensadora y la unidad climatizadora.

1.1 Unidad condensadora debajo de la unidad climatizadora.

A la salida del evaporador debe hacerse un sifón y elevar la línea por encima de labatería para retener el líquido y que no pueda fluir por gravedad hacia el compresor.Esto ocurre durante las paradas, y de no evitarse podrían dañarse por golpes de líquidolas válvulas del compresor.

El tramo horizontal debe tener una pendiente de un 2% hacia el compresor, parafavorecer la recuperación del aceite durante las paradas.

En la condensadora no es necesario sifón. En el tramo vertical se recupera el aceiteen las paradas, junto al compresor.

1.2 Unidad condensadora encima de la unidad climatizadora.

Esta ubicación es la más frecuente. A la salida de la climatizadora no es necesariosifones, pero sí en la base del tramo vertical, y también cada 8 a 10 m de tramo

ascendente. Estos sifones permiten almacenar el aceite de los tramos verticales en lasparadas, y facilitan el arrastre del mismo por el refrigerante durante el funcionamientodel compresor.

El tramo horizontal debe tener pendiente de un 2% hacia el compresor. En lacondensadora no es necesario sifón.

1.3 Unidad condensadora y climatizadora al mismo nivel.

A la salida del evaporador debe hacerse un sifón y elevar la línea por encima de labatería para retener el líquido y que no pueda fluir por gravedad hacia el compresor.Esto ocurre durante las paradas, y de no evitarse podrían dañarse por golpes de líquidolas válvulas del compresor.

El tramo horizontal debe tener una pendiente de un 2% hacia el compresor, parafavorecer la recuperación del aceite durante las paradas.

En la condensadora no es necesario sifón. En el tramo vertical se recupera el aceiteen las paradas, junto al compresor.

2. Dimensionado.

Para efectuar el cálculo de la línea de aspiración se tienen en cuenta dos factorescontrapuestos, la velocidad para favorecer el arrastre de aceite y la caída de presión quedebe minimizarse.

El gas refrigerante cuando recorre la tubería origina una pérdida de presión por elrozamiento con las paredes del tubo. La caída de presión entre el evaporador ycondensador aumenta con la longitud de la tubería y con la velocidad del gas, es decir aldisminuir el diámetro del tubo adoptado. La densidad del refrigerante disminuye con lapresión, y el compresor bombeará entonces menor caudal másico y en consecuenciadisminuirá el efecto refrigerante y con ello la capacidad de refrigeración del sistema.

Aparte, con la pérdida de presión en la aspiración aumenta la relación decompresión y disminuye el rendimiento volumétrico y con ello el rendimiento delcompresor. Se establece una pérdida de presión limite de 3 psi (lb/in2 ) ó 20 KPa = 0,2bar, como límite recomendada.

El refrigerante en estado líquido es miscible con el aceite, por lo que siemprecontendrá una cantidad de él en circulación (entre 1% y 4%). En las condiciones quenormalmente se tienen en la línea de aspiración, el aceite tiende a separarse delrefrigerante en estado gaseoso, por lo que habrá que limitar la velocidad de circulaciónpara asegurar el conveniente arrastre. En los tramos verticales ascendentes se estableceuna velocidad mínima de 6 m/s. En los tramos horizontales deben mantenersevelocidades de 3 m/s si no se cumple con la pendiente del 2% hacia el compresor.

En cualquier caso, por motivos de ruido, deben mantenerse velocidades menores de15 m/s.

Para el cálculo, una vez hecho el trazado, es necesario conocer la longitudequivalente de la línea. En caso necesario puede estudiarse por separado el tramohorizontal y vertical, asignando diámetros diferentes para optimizar el dimensionado.

En las tabla 2 siguiente (puede usarse para R22 y R407c con suficienteaproximación), se tienen las capacidades en Kw que corresponden a diferentesdiámetros de tubo, y que producen una caída de presión de 0,04 ºK/m, siempre enlongitud equivalente. En la práctica se elige como saturación 5ºC, y la pérdida real sedetermina con la fórmula de la parte inferior, aplicando los valores de Capacidad real yLongitud equivalente en cada caso. Las capacidades de la tabla están dadas para unacondensación de 40ºC. Para otras temperaturas se aplica el factor de correccióncorrespondiente.

La velocidad que asegura arrastre de aceite en los tramos verticales ascendentespuede comprobarse con la tabla 11

Línea de aspiración

LINEA DE LIQUIDO

La línea de líquido presenta menos problemas que la línea de aspiración, peropara asegurar un buen funcionamiento del sistema hay que vigilar que no lleguerefrigerante en estado gaseoso al sistema de expansión. Aparte limitar la caída depresión a un valor razonable.

1. Forma.

En este caso no hay que cumplir ningún requisito al ser miscible el aceite con ellíquido refrigerante. Será aconsejable el tendido junto a la línea de aspiración, para usarlas mismas abrazaderas y, según en qué caso, un aislamiento común.

2. Dimensionado.

En cuanto a pérdida de carga se estima suficiente mantenerla por debajo de 6 psi ó40 Kpa (2ºC), no afectando en este caso de manera apreciable al rendimiento del ciclo.Para asegurar que no lleguen burbujas de gas a la entrada del sistema de expansión seconsidera suficiente que el subenfriamiento con el que llegue el líquido refrigerante seade 1ºC. Esto es importante para su buen funcionamiento.

El subenfriamiento es la diferencia de temperatura entre la condensación y latemperatura del líquido (subenfriado). En los intercambiadores condensadores, se diseñala superficie de intercambio para asegurar la totalidad del cambio de fase más una partefinal que se emplea para subenfriar el líquido. Es habitual un valor cercano a los 5ºC

El líquido sale del condensador a una cierta presión y llega a la entrada del sistemade expansión con una presión menor debido a la pérdida en el recorrido a lo largo de lalínea. Esto implica que también disminuye la temperatura de saturación, que de nolimitarse supondría la entrada de parte del fluido en estado gaseoso (flash gas), con laconsiguiente disminución del efecto refrigerante.

La diferencia de presión y temperatura de saturación en una línea de líquido se debea dos factores:

- Rozamiento en la línea (para cada caso función del diámetro del tubo y de lalongitud)

- Diferencia de altura entre los dos extremos de la línea, que produce unasobrepresión en el sentido de circulación descendente y depresión en sentidoascendente.

Como se observa en la tabla de presiones y temperaturas de refrigerante, parauna temperatura de 40ºC, una columna de líquido de 1m produce una presión de 1,609psi.. Aparte, en esa zona de utilización, a cada grado centígrado le corresponde unapresión de 5,4 psi. Con esto se deduce que cada 5,4/1,6 = 3,3 m de línea ascendente sepierde un grado de subenfriamiento y cada 3,3 m de línea descendente se gana un gradode subenfriamiento.

INSERTAR TABLA

En la práctica, se considera un subenfriamiento de partida de 5ºC. Si la pérdida depresión es superior a la permitida habrá que emplear algún método para corregirla. Si elequipo es sólo frío se puede embridar la línea de líquido ascendente con la deaspiración, estando limitada a 15 m la operación para no aumentar mucho elrecalentamiento.

Línea de líquido

LINEA DE DESCARGA

En las líneas de descarga podemos hacer las mismas consideraciones que en lasde aspiración. El diseño y la velocidad deben ser tales que se asegure el retorno deaceite al compresor, arrastrado por el gas, sin producirse una caída grande de presión.

1. Forma

Debe ser la adecuada para favorecer el retorno de aceite al compresor. Serecomienda pendiente del 2% hacia el compresor en los tramos horizontales. En losverticales ascendentes deben hacerse sifones en la base de la vertical y también cada 8 a10 m de tramo ascendente, para recoger el aceite en las paradas..

2. Dimensionado

En la línea de descarga la pérdida de presión no es tan crítica como en la deaspiración, pudiendo aceptarse razonablemente valores de hasta 6 psi. Sin embargo, espráctica común establecer la pérdida de 3 psi como límite. La velocidad mínimarecomendada para arrastre de aceite es de 3 m/s en tramos horizontales y 6 m/s entramos verticales ascendentes. En todos los casos se limita a 15 m/s la máximavelocidad permitida, para no producir ruidos innecesarios.

Al ser la velocidad de descarga aproximadamente la mitad que la de aspiración, engeneral, para unas condiciones dadas, se requieren diámetros de líneas menores. Aparte,si el equipo es reversible, será normalmente más crítico el cálculo de la línea comoaspiración que funcionando como descarga.

Línea de descarga

INS

EJEMPLO PRACTICO.

Se trata de un sistema partido de 23 Kw de potencia frigorífica, con la condensadoraencima de la climatizadora. Refrigerante R407c. Se consideran los siguientes datos defuncionamiento:

- Temperatura de evaporación 5ºC- Temperatura de condensación 40ºC- Subenfriamiento 5ºC- Longitud horizontal 20m- Longitud vertical 10m

Línea de aspiración.

Consideramos en un primer tanteo una Lequivalente = 1,3 x 30 = 40m. En latabla 2, para 5ºC evaporación y 35 mm de diámetro (1 3/8”), se tiene una ∆t = 0,04ºK/m para una potencia de 37,3 Kw.

Si se tienen 5 codos de radio largo en vertical , Leq = 5 x 0,7 + 30 = 33,5 m.

Aplicando la fórmula:

∆t = 0,04 x 33,5/1 x (23/37,3)1,8 = 0,6 < 1ºC ; Podríamos comprobar el diámetromás pequeño 1 1/8” (28 mm). Leq = 5 x 0,5 + 30 = 32,5 m.

∆t = 0,04 x 32,5/1 x (23/20.3)1,8 = 1,6 > 1ºC. No sirve.

Comprobamos la velocidad de arrastre en la tabla 11. La capacidad mínima espara ambos diámetros inferior a la que nos ocupa, luego se aseguraría en ambos casos elarrastre de aceite.

Si se quiere optimizar, se puede comprobar el caso de cambiar de tubo en eltramo vertical, al diámetro 28 mm:

∆t = 0,04 x 13,5/1 x (23/20,3)1,8= 0,68 (tramo vertical, 35 mm)

∆t = 0,04 x 20/1 x (23/37,3)1,8 = 0,33 (tramo horizontal, 28 mm)

La suma da un total de 1,01ºC. Puede valer.

Línea de líquido.

Tanteamos con un diámetro de 12 mm (1/2”). Lequivalente = 30 m

∆t = 0,02 x 30/1 x (23/11,24)1,8= 2,18 > 2ºC. Se considera un diámetro de 3/8”

∆t = 0,02 x 30/1 x (23/21,54)1,8= 0,7 < 2ºC.

Al ser la línea de líquido descendente, no se pierde subenfriamiento. Si la unidades una bomba de calor reversible, cuando funcione en ciclo de calor, la línea de líquidoserá ascendente, y en este caso se perdería por el peso de la columna:

DP = 10 m x 1,6 psi = 16 psi = 107 KPa.

El subenfriamiento perdido será 3ºC por la subida y 0,7ºC por el rozamiento, lo quepermite asegurar 1ºC a la entrada del sistema de expansión.

Línea de descarga.

Se comprueba la línea de aspiración ya dimensionada, como línea de descarga cuandofuncione la unidad en ciclo de calor:

∆t = 0,02 x 13,5/1 x (23/54,37)1,8= 0,06 (tramo vertical)

∆t = 0,042 x 20/1 x (23/29,70)1,8= 0,25 (tramo horizontal)