Calefacción ETSA-ULPGC

CALEFACCIONManuel Roca Surez Juan Carratal Fuentes

ETSALP - DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION ARQUITECTONICA

2004

A MODO DE JUSTIFICACION DE ESTA EDICION.

Los primeros apuntes de Calefaccin datan de hace unos 9 aos y tuvieron un carcter marcadamente recopilatorio, por lo que, en 1998, se abord una demandada e inaplazable sistematizacin. La transformacin de las "asignaturas tcnicas" en cursos cuatrimestrales impuesta en el nuevo Plan - y la consiguiente compresin de los temarios convirtieron lo editado en poco ms que tierra para plantar. Y ms si, adems, queramos abordar temas que parecan imprescindibles (como "suelos radiantes") o tenamos que adaptar lo escrito a la Normativa Europea, de obligado cumplimiento. As pues, con poco tiempo y mucha voluntad, confeccionamos en el 2001 un nuevo texto apresurado, dnde aprovechamos la ocasin para intentar primar, sobre la pura tecnologa, aquellos conceptos que permitiesen "arquitecturar" - es decir "componer", en el sentido vitrubiano de la palabra - las instalaciones de calefaccin. Hoy, unos meses ms tarde, ms reposados, nos hemos limitado a perfilar y corregir. De momento, no hay ms.

Octubre de 2004

CALEFACCIONManuel Roca Surez Juan Carratal Fuentes

INDICETEMA I. CONCEPTOS FISICOS BASICOS. I.1.I.2.I.3.I.4.CALOR. PROPAGACION DEL CALOR. TRANSMISION. CALCULO DE LA CARGA TERMICA. 2 2 3 5

TEMA II. CALEFACCION POR AGUA CALIENTE. GENERALIDADES. II.1.II.2.SISTEMAS BASICOS DE CALEFACCION Y SUS CARACTERISTICAS. COMPARACION ENTRE LOS SISTEMAS DE EMISORES Y DE PANELES RADIANTES. 2 2

TEMA III. CALEFACCION POR EMISORES. SISTEMAS DE DISTRIBUCION. III.1.- SISTEMAS MONOTUBULAR. III.2.- SISTEMA BITUBULAR. III.3.- SISTEMAS MIXTOS. III.4.- RETORNOS DIRECTOS E INVERSOS EN LOS SISTEMAS BITUBULARES. III.5.- DISTRIBUCION MEDIANTE ANILLO SUPERIOR Y MEDIANTE ANILLO INFERIOR. III.6.EJEMPLOS. 2 3 3 4 4 5

TEMA IV. COMPONENTES BASICOS DE LAS INSTALACIONES DE CALEFACCION POR RADIADORES. IV.1.- COMBUSTIBLES. IV.2.- CALDERAS. IV.2.1 Calderas murales. IV.2.2 Grandes equipos. IV.3.- QUEMADORES. IV.3.1 Quemadores para fluidos. IV.3.1.1 Eleccin del quemador. Ejemplo.2 6 6 6 10 10 10

IV.3.2 IV.3.2.1

Quemadores para gas. Eleccin del quemador.

11 12 16 16 18 25 25 25 25 25 30 30 30 31 31 33

IV.4.- EMISORES. IV.4.1 Descripcin. IV.4.2 Frmulas. IV.4.3 Llaves de Reglaje. IV.4.3.1 IV.4.3.2 IV.4.3.3 IV.4.3.4 IV.5 Llaves monogiro. Detentores. Llave monotubo. Llaves termostticas.

TUBERIAS.

IV.5.1 Relacin. IV.5.2 Aislamiento. IV.6 CUARTO DE CALDERAS.

IV.6.1 UNE 100-020 sobre salas de mquina. IV.6.2 Recomendaciones de diseo. TEMA V. COMPONENTES AUXILIARES EN LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIN. V.1.V.2.V.3.V.4.V.5.CIRCULADORES. VASOS DE EXPANSION. VLVULAS DE SEGURIDAD. CUADRO DE CONTROL. CENTRALILLAS DE REGULACION.

2 3 7 9 9 9 10 11 17 17 19 20

V.5.1 Generalidades. V.5.2 Principios tericos de la Regulacin. V.5.3 Descripcin y funcionamiento de una centralilla de regulacin. V.6.PURGADORES Y SEPARADORES DE AIRE.

V.6.1 Aparatos y sistemas de purgas. V.7.V.8.DILATADORES. CHIMENEAS.

TEMA VI. CALCULO DE UNA INSTALACION BITUBULAR DE CALEFACCION.

VI.0.

PLANTEAMIENTO.

2 3 4 4 5 6 15 15 16 16

VI.1.- TEMPERATURAS. PERDIDAS CALORIFICAS DE LAS ESTANCIAS. VI.2.- POTENCIA DE LA CALDERA. VI.3.- APORTACIONES CALORIFICAS DE LOS RADIADORES Y CAUDALES NECESARIOS. VI.4.- TRAZADO Y CALCULO DE SECCIONES DE LAS TUBERIAS. VI.4.1 VI.4.2 VI.4.3 2. VI.4.4 VI.4.5 Circuito 1. Circuito 2. EQUILIBRIO DE LAS PERDIDAS DE CARGA DE LOS CIRCUITOS 1 Y PERDIDA DE CARGA TOTAL DE LA INSTALACION. ADOPCION DEL CIRCULADOR.

TEMA VII. INSTALACIONES MONOTUBULARES DE CALEFACCIN. EJEMPLO. VII.0.- PLANTEAMIENTO. METODO DEL CAUDAL CONSTANTE. EJEMPLO VII.1.- CALCULO TERMICO. VII.1.1 Circuito 1. 2 2 2 2 3 3 6 7 7 8 8 8 9 10

VII.1.1.1 Caudal circulante. VII.1.1.2 Temperaturas. VII.1.1.3 Nmero de elementos de cada radiador. VII.1.2 Circuito 2. VII.1.2.1 Caudal circulante. VII.1.2.2 Temperaturas y N de elementos de cada radiador. VII.1.3 Eleccin de la caldera. VII.2.VII.2.1 VII.2.2 VII.2.3 CLCULO HIDRULICO. Tramos no comunes. Tramos comunes. Circulador.

TEMA VIII. SUELOS RADIANTES. VIII.1.- GENERALIDADES. VIII.2.- DESCRIPCION DEL SISTEMA. VIII.3.- CONTROL DE LAS TEMPERATURAS. VIII.4.- ELEMENTOS DEL SISTEMA. VIII.4.1 Tubos. VIII.4.2 Trazado de tuberas. VIII.4.3 Montaje. VIII.4.4 Soluciones constructivas. 2 3 4 5 5 5 8 9

VIII.5.- CALCULO. SUMINISTRO CON CAUDALES VARIABLES A TEMPERATURA CONSTANTE. VIII.5.1 Procedimiento. VIII.5.2 Condicionantes previos. VIII.5.3 Formatos patrones de los circuitos. VIII.5.4 bacos de la casa "WIRSBO" para la obtencin de la temperatura media, Tm, del agua circulante. VIII.5.5 Ejemplo: Instalacin y Clculo de un suelo radiante (segn formato y bacos de la casa WIRSBO). ANEXOS. (BACOS Y FRMULAS) 10 10 10 11 12 18

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION ARQUITECTONICA ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

CALEFACCINTEMA I.CONCEPTOS FSICOS BSICOS.

MANUEL ROCA SUREZ JUAN CARRATAL FUENTES

INDICE I.1.I.2.I.3.I.4.CALOR............................................................................................................................2 PROPAGACION DEL CALOR........................................................................................2 TRANSMISION................................................................................................................3 CALCULO DE LA CARGA TERMICA............................................................................5

CALEFACCION.TEMA I.I.1.-

CONCEPTOS FISICOS BASICOS.

CALOR.

El calor es una forma de energa cintica que se considera como la manifestacin del movimiento molecular en la masa de una sustancia slida, lquida o gaseosa. Las molculas de mayor energa cintica transmiten parte de su energa a las molculas contiguas de menor energa. La energa cintica o intensidad del calor se mide en unidades de temperatura, o grados; la cantidad en unidades de calor, o caloras. I.2. PROPAGACION DEL CALOR.

El calor pasa de los cuerpos ms calientes a los ms fros por conduccin conveccin o radiacin. Conduccin.- Es la transmisin de energa calorfica de partcula a partcula dentro del mismo cuerpo o entre cuerpos en contacto. Conveccin.- Es el proceso de transporte de calor por las corrientes de lquidos o gases: al calentarse parte de un fluido aumenta su volumen, o lo que es lo mismo, pierde densidad, trasladndose a la parte alta del recinto que lo contiene. Radiacin.- Es un movimiento vibratorio, semejante al de la luz, por el que los cuerpos transmiten su calor a travs de cualquier medio, incluso del vaco.

2

La figura 1 representa los tres modos de transmisin del calor. En A hay un convector que se encuentra a la temperatura T. El aire que lo envuelve es calentado por conduccin; ascender por conveccin y se pondr en contacto con la pared de la fachada. All ceder parte de su calor a las paredes, se enfriar, bajar y volver al radiador para ocupar el espacio dejado por una nueva masa de aire caliente. Por otra parte el calor radiante emana del convector en lnea recta hacia la pared. As pues por medio de la conveccin y la radiacin se calienta la cara interna de la pared, que alcanza la temperatura t1. Parte de su calor es transmitido por conduccin a travs de la pared, llevando la temperatura exterior de la pared a t2, dnde se disipar por fenmenos de conveccin y radiacin (fext.) . La temperatura t1 es normalmente inferior a tint. por el fenmeno conocido por "transmisin superficial" fint . Por su parte t2 , evidentemente, ser mayor que text. Grfico de temperaturas.- Habitualmente las temperaturas interiores y exteriores se representan mediante las ordenas y abscisas de una grfica semejante a la de la figura 2.

3

Cantidad de calor.- El calor, como no es una sustancia, no puede ser medido sino por los efectos que produce. Se llama "calora" a la cantidad de calor que se necesita para hacer subir un grado a un gramo de agua, conocindose por "calor especfico" de una sustancia la cantidad de caloras que hacen falta para hacer subir a un gramo de la misma un grado de temperatura. (As pues el calor especfico del agua es igual a 1). Normalmente se usa la kilocalora en vez de la calora, por razones prcticas. I.3. TRANSMISION.

Resistencia.- La capacidad que tienen ciertos cuerpos de transmitir el calor es RETARDADA por determinadas propiedades de las substancias, conocidas con el nombre de "resistencias". Para "poderlas medir" se dice que "la cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo, en la unidad de superficie y por unidad de espesor, a travs de una substancia, es inversamente proporcional a la resistencia de la substancia y directamente proporcional a las diferencias de temperatura entre sus caras. (La resistencia total de un cuerpo compuesto es la suma de las resistencias de sus componentes Rt = R1 + R2 + ... + Rn ). As pues C = (1/ Rt ) x (tint text), siendo C la cantidad de calor transmitida. Conductividad "".- A (1/Rt )de un cuerpo se le llama "conductividad"; se le designa con la letra griega y se expresa en K cal x m x h x 0C (Kilocaloras por metro de espesor por hora de duracin y por grado de temperatura). Es la unidad calorfica en que se expresan los paneles o substancias que se denominan "aislantes". Por ejemplo: Lana mineral ---- = 0,033 K cal/ m x h x 0C

Hormign ligero ---- = 0,310 K cal/ m x h x 0C Es decir el hormign ligero tiene una conductividad 9 veces superior a la de la lana mineral. Coeficiente de transmisin "K".- Las paredes de las construcciones son normalmente heterogneas, con inclusin de cmaras de aire, revestimientos etc., de modo que, por razones prcticas, los coeficientes individuales se han reunido en un coeficiente de transmisin global en los que estn combinados los coeficientes de los varios elementos constructivos junto con los de transmisin superficial a los que antes aludamos. K, pues, designa la cantidad de calor que se transmite en una hora por metro cuadrado de superficie y por cada grado de diferencia de temperatura entre el aire interior y el exterior de la pared de un edificio. Por ejemplo: pared de ladrillo de 30 cm de espesor con enfoscado exterior de 1,2 cms y con enlucido interior de 1,2 cms, K = 2,24 k cal/m2 x h x 0C. Pared igual que la anterior pero de bloque de hormign ligero K = 1,70 K cal/m2 x h x 0C.

4

I.4.

CLCULO DE LA CARGA TERMICA.

Carga trmica.- Se denomina carga trmica a la cantidad de calor que hay que transmitir a un local en una hora para conservar el aire interior a una temperatura dada ("temperatura de diseo"). Evidentemente esa cantidad de calor debe ser exactamente igual a la que dicho local pierde a travs de sus cerramientos en dicha unidad de tiempo. Tales prdidas se producen fundamentalmente por: 1.- transmisin calorfica a travs de los cerramientos, 2.- por infiltraciones y necesidades de ventilacin. Por otra parte se producen aportaciones de calor tales como la que proporcionan las luminarias y las personas, si bien, en general, no procede considerarlas. Prdidas por transmisin a travs de los cerramientos, Cc .Cc = K x S x (tint. - text). Tal como hemos visto

Con el fin de conseguir ahorro energtico es usual interrumpir el funcionamiento de las calderas durante perodos nocturnos, lo que intenta contrarrestarse incrementando la potencia del suministro durante las horas de funcionamiento, de acuerdo con el siguiente cuadro: PAREDES DE GRAN INERCIA TERMICA 1. (paredes de hormign, piedra, etc.) Suministro 14 h/da Aumento del 20% IDEM DE INERCIA TERMICA MEDIA (paredes de ladrillos o bloques, etc.) Suministro 14 h/da Aumento del 15% IDEM DE INERCIA TERMICA PEQUEA (forjados de bovedillas etc) Suministro de 14 h/da Aumento del 10% VENTANAS, CHAPAS, MUROS CORTINAS ETC. Cualquier tipo de suministro Aumento del 0%

Prdidas calorficas por infiltracin y ventilacin, qv.Las construcciones no son estancas; asimismo, es necesario suministrar aire puro a las personas, lo que se consigue, en las instalaciones colectivas, renovando mediante impulsores y/o extractores el aire del local. Si llamamos n al n de renovaciones por hora, en los casos normales, n estar entre 0,5 y 3. En casos especiales (cocinas colectivas, gimnasios etc.) consultar tablas especializadas 2. Normalmente en los locales de pblica concurrencia se instala un sistema de renovacin forzada que garantice la ventilacin requerida. En tales caso se desprecia el aire que se infiltra por las rendijas, y tenemos:

1

La inercia trmica de una pared es la resistencia que opone la misma para ganar (o perder) un grado. Se mide en unidades de tiempo y es proporcional al peso de dicha pared. 2 Gruy Fawcet "Instalaciones en los Edificios".

5

qv = V x Ce x D x n (tint. - text.) (Ce x D = 0,29) Siendo: qv = prdidas calorficas debidas a la ventilacin del local, en K cal/hora. V = volumen de la habitacin en m3. Ce = Calor especfico del aire ( = 0,24 K cal/kg/ 0C) D = densidad del aire ( = 1,21 kg/ m3) n = nmero de renovaciones. En caso de no existir renovacin forzada, y estar confiada sta a la eventual apertura de ventanas, no se puede despreciar el calor que se debe aportar en razn del aire infiltrado por las rendijas que tendr el siguiente valor: qr = Ce x D x Cantidad aire infiltrado (m3/h) x (tint. - text.), Siendo: qr = prdidas calorficas de aire infiltrado por rendijas, en K cal/hora. Ce = igual que antes D = Igual que antes. En cuanto a la cantidad de aire infiltrado habr que recurrir a tablas especializadas da por metro lineal de carpintera, en funcin de: - calidad de la construccin y carpintera. - tipo de carpintera - velocidad del aire En caso de habitaciones con ms de una fachada considrese solo la fachada que presenta ms rendijas pero, en ningn caso, deben contarse menos del 50% de todas las rendijas de la habitacin.3

que la

3

Gruy Fawcet "Instalaciones en los Edificios".

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CALEFACCINTEMA II.CALEFACCIN POR AGUA CALIENTE. GENERALIDADES

MANUEL ROCA SUREZ JUAN CARRATAL FUENTES 1

INDICE II.1.SISTEMAS BASICOS DE CALEFACCION Y SUS CARACTERISTICAS...................2

II.2.- COMPARACION ENTRE LOS SISTEMAS DE EMISORES Y DE PANELES RADIANTES................................................................................................................................2

CALEFACCION.TEMA II.II.1.

CALEFACCION POR AGUA CALIENTE. GENERALIDADES.

SISTEMAS BASICOS DE CALEFACCION Y SUS CARACTERISTICAS.

Los sistemas de calefaccin utilizan principalmente agua o aire caliente para calentar el aire de las habitaciones. Al agua, proveniente de una caldera, se la hace circular por tuberas "remansndola" en unos elementos, estratgicamente situados, denominados tcnicamente "emisores" , de modo que transfieran parte de su calor al aire de la habitacin. Otro sistema que utiliza el agua como vehculo calorfico es el denominado de "paneles radiantes", en el que un serpentn se coloca, bien bajo el pavimento, o bien sobre el cielo raso de las habitaciones. Es decir, se convierte el propio suelo o el techo en su totalidad en un radiador completo. En los sistemas por aire distinguiremos fundamentalmente entre aquellos en que se hace pasar el aire de un ventilador a travs de un pequeo serpentn, situado sobre muestras cabezas, que contiene agua caliente o fra (segn la estacin del ao), conocido como sistema "FAN-COIL", de aquellos otros en que se introduce directamente aire calentado y "acondicionado" en las habitaciones. En este curso nos limitaremos al estudio de los sistemas por agua caliente. II.2. COMPARACIN ENTRE LOS SISTEMAS DE EMISORES Y DE PANELES RADIANTES. Como veremos ms adelante, los emisores que estn a una temperatura media de unos 80C, concentran zonalmente el calor en las habitaciones, concentracin que es paliada slo parcialmente por el fenmeno de la conveccin. Para facilitar este fenmeno se desaconseja enmascararlos con repisas u otros artilugios "estticos". Por otra parte para equilibrar las diferentes demandas calorficas que coexisten en las habitaciones conviene que sean colocado, siempre que sea posible, en las paredes ms fras de la misma, particularmente bajo sus ventanas. 2

Las ventajas que presenta frente al sistema de paneles radiantes es la economa de su instalacin y la versatilidad de su funcionamiento, ya que los emisores pueden regularse o anularse individualmente. En los sistemas radiantes se pueden utilizar paneles (serpentines) colocados en el techo o bien en el pavimento; los techos no suelen pasar de 45C y los pavimentos se mantienen corrientemente a 30C . El emplazamiento en el techo es ms caro, pues se requiere ms trabajo para su colocacin. Suelen situarse los serpentines bajo el pavimento cuando las prdidas de calor no son muy acusadas (por ejemplo un chalet en el Monte); por el contrario en otros edificios con rpidas variaciones en las prdidas de calor (por ejemplo, un edificio de oficinas, tipo muro cortina, en Madrid) responder mejor la instalacin situada en el techo. En los sistemas radiantes, dentro de las habitaciones, la temperatura est mejor distribuida que en los dems sistemas de calefaccin, lo cual da como resultado una mayor sensacin de bienestar y un mayor grado de humedad relativa. Si bien los gastos de instalacin suelen ser algo ms altos que en el sistema de emisores, los gastos de mantenimiento pueden ser ms bajos al reducirse las prdidas del calor absorbido por los elementos estructurales o morfolgicos del edificio.

3

4

Por ltimo los sistemas por paneles permite las redistribuciones de los tabiques cuando los paneles ocupan toda la superficie del suelo o del techo.

5


CALEFACCINTEMA III.CALEFACCIN POR EMISORES. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN

MANUEL ROCA SUREZ JUAN CARRATAL FUENTES 1

INDICE III.1.- SISTEMAS MONOTUBULAR.......................................................................................2 III.2.- SISTEMA BITUBULAR..................................................................................................3 III.3.- SISTEMAS MIXTOS......................................................................................................3 III.4.- RETORNOS DIRECTOS E INVERSOS EN LOS SISTEMAS BITUBULARES...........4 III.5.- DISTRIBUCION MEDIANTE ANILLO SUPERIOR Y MEDIANTE ANILLO INFERIOR......................................................................................................................4 III.6EJEMPLOS....................................................................................................................5

CALEFACCION.TEMA III. CALEFACCION DISTRIBUCION.III.1

POR

EMISORES.

SISTEMAS

DE

SISTEMAS MONOTUBULAR.

El sistema consiste bsicamente en un anillo simple que va intercalando emisores a lo largo de su recorrido. Los emisores se conectan a los "bucles" en los que conecta con el anillo solo en un punto, dnde se coloca una vlvula doble que permite la conexin y reglaje del tubo de entrada y la del de salida. El anillo suele tener un dimetro constante. Es apropiado para pequeas instalaciones. No se aconseja la colocacin de ms de siete radiadores al mismo anillo (v. fig. 1 y 2).

2

III.2

SISTEMA BITUBULAR.

En este sistema no se reutiliza el agua que ya ha pasado por un radiador - como ocurre en el sistema monotubular - sino que se recoge mediante una red paralela para ser reconducida a la caldera. En este sistema no hay limitacin en el nmero de radiadores. Es el apropiado para grandes instalaciones (v. fig. 3 y 4).

III.3.

SISTEMAS MIXTOS. Son bastante frecuentes las instalaciones con ambos sistemas, tal como se representa en la fig. 5

3

III.4.

RETORNOS DIRECTOS E INVERSOS EN LOS SISTEMA BITUBULARES.

Los cuatro siguientes ejemplos ahorran explicaciones.

Caractersticas del retorno directo.- La suma de los recorridos de los tubos de ida ms retorno son diferentes para cada radiador. Ello complica los clculos y reglajes. (Notar que ida y retorno van en sentidos contrarios). Idem del retorno inverso.- Los recorridos de los tubos de ida ms de retorno son similares para todos los radiadores. Ello simplifica los clculos y reglaje. (Notar que ida y retorno van en el mismo sentido). III.5.- DISTRIBUCION INFERIOR. MEDIANTE ANILLO SUPERIOR Y MEDIANTE ANILLO

La distribucin m ediante anillo superior y mediante anillo inferior constituyen, realmente, soluciones de retorno inverso y directo, respectivamente, en el caso de distribucin por montantes. Se utilizan en edificios dnde se quiere colocar, tal como es aconsejable, los emisores en las paredes ms fras, es decir en las fachadas. 4

En el primer sistema la longitud del recorrido de ida es mayor (justo la altura del edificio) que en el segundo, lo que aumenta ligeramente el costo y las perdidas calorficas; sin embargo, y tal como dijimos tiene equilibradas las sumas de los recorridos de ida y de vuelta medidos desde cada radiador a la caldera, cosa que no ocurre en el segundo sistema.

III.6.

EJEMPLOS.

Adjuntamos ejemplos entresacados de las N.T.E.-ICR, con las siguientes notaciones.

ICR-13.- Canalizacin de acero calorifugada. ICR-14.- Canalizacin de acero sin calorifugar. ICR-15.- Vaso de expansin abierto instalado. ICR-18.- Grifo macho instalado (desage). ICR-19.- Sonda exterior instalada. ICR-22.- Radiador instalado en bitubular, con llave de dos vas, con purgador. ICR-23.- Radiador instalado en monotubular, con llave de 4 vas, con purgador. ICR-24.- Radiador instalado en monotubular, con llave de 2 vas, con purgador.

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7

8


CALEFACCINTEMA IV.COMPONENTES BSICOS DE LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIN POR RADIADORES.


1

INDICE I.V.1.I.V.2.I.V.2.1 I.V.2.2 I.V.3.I.V.3.1 I.V.3.1.1 I.V.3.2. I.V.3.2.1. I.V.4.I.V.4.1. I.V.4.2. I.V.4.3. I.V.4.3.1. I.V.4.3.2. I.V.4.3.3. I.V.4.3.4. I.V.5. I.V.5.1. I.V.5.2. I.V.6. I.V.6.1. I.V.6.2. COMBUSTIBLES...............................................................................................2 CALDERAS........................................................................................................6 CALDERAS MURALES......................................................................................6 GRANDES EQUIPOS........................................................................................6 QUEMADORES................................................................................................10 QUEMADORES PARA FLUIDOS....................................................................10 ELECCIN DEL QUEMADOR. EJEMPLO......................................................10 QUEMADORES PARA GAS............................................................................11 ELECCIN DEL QUEMADOR.........................................................................12 EMISORES.......................................................................................................16 DESCRIPCIN.................................................................................................16 FRMULAS......................................................................................................18 LLAVES DE REGLAJE....................................................................................25 LLAVES MONOGIRO......................................................................................25 DETENTORES.................................................................................................25 LLAVE MONOTUBO........................................................................................25 LLAVES TERMOESTTICAS..........................................................................25 TUBERIAS........................................................................................................30 RELACIN.......................................................................................................30 AISLAMIENTO.................................................................................................30 CUARTO DE MAQUINAS................................................................................31 UNE 100-020 SOBRE SALAS DE MQUINA.................................................31 RECOMENDACIONES DE DISEO...............................................................33

CALEFACCIN.TEMA IV. COMPONENTES BSICOS DE LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIN POR RADIADORES.IV.1. COMBUSTIBLES.

Combustibles Lquidos.La normativa ms importantes que afecta a los sistemas que utilizan combustibles lquidos es la siguiente: - Orden del M de Industria 21/06/1968: Reglamento sobre utilizacin de productos petrolferos para calefaccin y otros usos no industriales (B.O.E: 03/07/1968). (Este antiguo Reglamento, que no ha sufrido modificacin, se haya perfectamente desarrollado en NTE-IDL "Instalaciones de Depsitos de combustibles lquidos" BOE 15/10/1977). 2

Combustibles Gaseosos.Las normativas que afecta a los sistemas que utilizan gas se est continuamente actualizando; las ms importantes son: NORMATIVA BASICA.- Real Decreto 1853/1993, del M de la Presidencia: Reglamento de instalaciones de gas en locales destinados a usos domsticos colectivos o comerciales (BOE 24/11/1993) conocida como NIGE. INSTALACIONES DE ALMACENAMIENTO.- Orden del M de Industria y Energa 29/01/1986: Reglamento sobre instalaciones de almacenamiento de gases licuados del petrleo en depsitos fijos (BOE 22/02/1986). (Dada la brevedad de este curso, remitimos a los textos y figuras de estas disposiciones). (Hay que decir que no se pueden seguir las recomendaciones de las NTE sobre estos temas por ser anteriores a las fechas reseadas). Las medidas a tomar en las instalaciones con combustibles lquidos son mucho menos exigentes que las que utilizan gas, (distancias de proteccin, conductos, ventilacin etc.) hasta el punto que permite la ubicacin dentro del edificio de depsitos de combustibles clase C hasta un total de 50.000 litros. Por el contrario, los depsitos de gas, tanto al aire libre como enterrados, han de quedar reglamentariamente separadas de la edificacin, por lo que se precisa para su instalacin de espacio exterior. Aunque es un proyecto de cercana realizacin an no ha llegado a todas las provincias espaolas, el suministro de gas mediante redes urbanas subterrneas. Hasta que llegue ese momento, y de acuerdo con lo dicho, pueden hacerse las siguientes recomendaciones genricas para las instalaciones de calefaccin, de ACS y cocinas. EDIFICIOS URBANOS SIN ZONAS LIBRES. A.1 Hoteles y similares. gasleo gasleo GLP mediante bateras de bombonas de propano de 35 kg.

Calefaccin ------------> ACS ---------------------> Cocinas -----------------> A.2

Viviendas colectivas. gasleo gasleo termos elctricos electricidad (vitrocermicas)

Calefaccin -----------> ACS centralizada ----> ACS no centralizada-> Cocina ------------------>

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EDIFICIOS CON ZONAS LIBRES. Hoteles y similares. Calefaccin, ACS y cocina -> gas Viviendas. Colectivas. Calefaccin y ACS --->gas. ACS no Centralizada --> termos elctricos Cocinas -----------------> electricidad (Vitrocermicas) Viviendas Unifamiliares. Calefaccin y ACS ---> GLP mediante batera de bombonas de propano de 35 kg. Cocina -------------------> electricidad (vitrocermica) Las caractersticas ms relevantes de tales combustibles se expresan en el siguiente cuadro: Combustibles lquidos.CLASE A CARACTERISTIC AS Gran tensin superficial (> 1 kg/cm2 a C) Inflamables a menos de 55 C. Inflamables a ms de 55 C y a menos de 120 C. UITLIZACION EN EJEMPLOS CALDERAS S (pero tienen la Propano, butano, consideracin de metano. gases). NO SI Gasolina, petrleo, nafta. Gasoil fueloil.

B C

Combustibles Gaseosos.(Se utilizan todos en calderas). CLASE ORIGEN-OBTENCION EJEMPLO

1 familia segn ndice Destilacin seca de la Gas ciudad. 1 de WOBBE hulla. Mezcla hidrocarburosCracking de nafta. aire. 5.700 < W < 7.500 Mezcla de hidrocarburosaire.1 El ndice de WOBBE hace referencia al poder calorfico del gas PCS W = ------- siendo PCS = poder calorfico superior y d = densidad respecto al aire d

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2 familia segn ndice Licuacin y distribucin mediante gasoductos de de WOBBE gas natural (G.N.L.) 9.860 < W < 13.850 Mezcla hidrocarburosaire. 3 familia segn ndice Licuacin, mediante de presin, de los gases WOBBE producidos por 18.500< W < 22.070 destilacin del petrleo (G.L.P.)

Gas natural. Mezclas de hidrocarburos-aire. Propano. Butano.

Se llama PCI, PODER CALORIFICO INFERIOR, a la cantidad de calor producido por la unidad de volumen o de masa de un combustible, incluyendo el vapor de agua que contiene, en la combustin realizada en las siguientes condiciones: combustible a OC y a presin de 1.031 m. bar. Aire seco a C. Se expresa en k cal/N m3 k cal/kg, (N expresa que el gas est considerado en las condiciones indicadas de presin y temperatura). Se llama PCS, PODER CALORIFICO SUPERIOR a tales resultados considerando condensada el agua de combustin. Estos datos son imprescindibles en la tabulacin de caldera y/o clculo de tuberas de suministro de combustible. COMBUSTIBLE Gasleo PODER CALORIFICO PCI = 10.200 k cal/kg 0,85 PCS = 10.400 k cal/kg Gas Ciudad PCI = 3.750 k cal/Nm3 0,67 * PCS = 4.200 k cal/Nm3 Gas Natural PCI = 9.300 k cal/Nm3 0,62 * PCS = 10.300 k cal/Nm3 Propano PCI = cal/Nm3 22.300 k 1,60 * DENSIDAD

PCS = 24.260 k cal/Nm3 * Densidad relativa con respecto al aire IV.2. CALDERAS.

Son los elementos encargados de generar el calor. 5

Se fabrican para todo tipo de combustibles: slidos (carbn o lea) lquidos (gasleo) y gaseoso (propano, gas natural). Existen asimismo las llamadas calderas "policombustibles" que, mediante la incorporacin de los equipos adecuados, pueden utilizar combustibles alternativos. Las ms usadas son las de gas y gasleo, y se clasifican en funcin de sus potencias calorficas expresadas en kcal/hora kw. Muchas veces se expiden formando KITS con sus complementos fundamentales, como son quemador, circulador, depsito de expansin y cuadro de control. La misma caldera, en general, se utiliza para los servicios combinados de calefaccin y ACS de los edificios. IV.2.1 Calderas murales. Dentro de estas ltimas cabe destacar las nuevas calderas murales que utilizan gas propano. Deben situarse en espacio que tenga ventilacin fija garantizada. Dadas sus dimensiones y cuidada esttica puede colocarse entre los roperillos de la cocina. Con una capacidad calorfica de hasta 24.000 k cal /h, suelen utilizarse para suministrar simultneamente calefaccin y A.C.S. en los chalets de dimensiones medias. El funcionamiento se base en el cierre automtico total o parcial, del suministro de agua para la calefaccin en los momentos en que se utiliza ACS. El confort de las habitaciones no se resiente dada la normal gran inercia trmica de la edificacin. Si bien existen modelos con tanque acumulador independiente, son ms frecuentes los que incorporan en su interior un intercambiador de placas para el servicio de ACS. IV.2.2 Grandes equipos. En los grandes edificios, y dado que las demanda de calor pueden ser muy variables, se utilizan equipos formados por varias calderas en serie, comandadas por una centralilla electrnica a la que se acopla un programador. El ordenador establece la apertura de vlvulas y funcionamiento de aceleradores de acuerdo al programa base. Por otra parte en la centralilla se recibe continuamente, mediante sondas, informacin, tanto de los circuitos de agua como de las temperaturas exterior e interiores. Si se acusan desviaciones con respecto a la programacin establecida, las mismas son enviadas en forma de impulsos al programador que, a travs de su automatismo ordena, de forma escalonada, mediante electrovlvulas, el funcionamiento o paro de las calderas instaladas.

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IV.3.

QUEMADORES.

Los quemadores se clasifican inicialmente por el combustible a utilizar. En nuestras latitudes los ms usados son los de gasoil y los de propano, aunque en la Pennsula son igualmente normales los de fuel-oil, gas ciudad y gas natural. Pueden ser de una llama etapa, de dos etapas o, por ltimo modulantes (con potencias escalonadas, conforme a la demanda). Estos ltimos reducen sobremanera las secuencias "encendido-paro" con el consiguiente ahorro energtico. Asimismo pueden estar preparados para trabajar bien con la cmara de combustin con entradas de aire (a depresin) o bien hermtica (a sobrepresin). Para potencias pequeas y medianas resulta usual que el quemador se suministre formando bloque con la caldera, realizndose, entonces, la eleccin y acople en fbrica. IV.3.1 Quemadores para fluidos.Para que un quemador funcione hace falta que exista una pequea llama o piloto permanentemente encendida a la cual llega el combustible, convenientemente dosificado y pulverizado, mezclado con el aire que proporciona un ventilador, producindose una potente llama que se introduce en la cmara de combustin de la caldera a travs de un can adaptador. En los quemadores para fluidos lquidos hay que hacer que el fluido llegue a la boquilla bien mediante la gravedad, o bien mediante una pequea bomba incorporada al cuerpo del quemador. En ambos casos debe dotarse el cuarto de calderas de un pequeo depsito nodriza. Los quemadores estn automatizados: el circulador del circuito de calefaccin exita el funcionamiento de la microbomba de la que van provistos; asimismo mediante sondas, que realizan lecturas trmicas en la instalacin - incluso en el exterior -, se enva seales a una centralilla que, por medio de electrovlvulas, modula o cierra el paso del combustible, incluso cuando no funciona el circulador. En pginas posteriores reproducimos grficos explicativos del funcionamiento del quemador PRESOMATIC 30/G-0, para gas-oil, de la casa ROCA. IV.3.1.1 Eleccin del quemador. Ejemplo.-

Las caractersticas de los quemadores de fluidos lquidos se representan mediante una curva Sobrepresin-Caudal, semejante a la de las bombas centrfugas. Tal curva debe cubrir las demandas de la caldera, tal como explicamos seguidamente. De la frmula general Q x PCI = P/ deducimos: P Q = ------------- [1], siendo PCI x Q= P= Caudal en kg/h, de combustible Potencia nominal de la caldera en kg/h. PCI = Poder calorfico inferior del combustible en kcla/kg= 10.200 en el caso del gas-oil). = Rendimiento de la caldera < 1

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Supongamos una caldera de 530.000 kcal/hora que, segn catlogo, tiene una = 0,87 y que trabaja a 5,5 m. bar de sobrepresin. Sustituyendo en [1], tenemos en primer lugar: 530.000 Q = ---------------------- = 59,7 kg/h 10.200 x 0,87 Con este dato acudiremos a las curvas sobrepresin-caudal, de diferentes quemadores del mercado.

Vemos en las grficas que el quemador Presomatic 60 GO no es suficiente, debiendo utilizarse el 100 GO Nota.- En caso de que la cmara de combustin de la caldera trabajase depresionada las lecturas se haran sobre el eje de las abcisas, siendo entonces suficiente el quemador 60 GO. IV.3.2. Quemadores para gas.Son los adecuados para las calderas de gran potencia. Los quemadores para gas no precisan microbombas, ya que el combustible llega, en general, con presin suficiente. En ellos cabe distinguir al quemador en s - en el que se controla fundamentalmente el paso del aire comburente - de lo que se denomina "lnea de gas" - o dispositivos que regulan la presin y caudal del gas. Las partes bsicas de los quemadores son: cuadro elctrico incorporado, ventilador y can adaptador. Sus elementos funcionales ms importantes son: Sistema de control de la presin del aire mediante presostato regulable. Sistema de seguridad de presin mxima, o tope, del gas mediante presostato regulable. 11

Por su parte los elementos ms sobresalientes de la "lnea de gas" son: Electrovlvula de regulacin: mecanismos con el que se regula el caudal de gas que se necesita. Su funcionamiento viene comandado desde la centralilla. Electrovlvula de seguridad: su misin es doblar la accin de cierre de la electrovlvula de regulacin del quemador al pararse ste. Presostato de mnima del gas: su misin en la lnea es controlar la presin mnima de gas para una perfecta combustin. Si se llegara a un valor de la presin inferior al preestablecido, el presostato cortara la alimentacin elctrica de todo el sistema, con lo que se cortara el paso de gas. Eleccin del quemador.

IV.3.2.1

Las caractersticas de los quemadores a gas se expresan mediante una curva "Sobrepresin-Potencia" que debe cubrir, sin ms, la potencia y sobrepresin de trabajo de la caldera aportadas por los catlogos comerciales, ya que debern trabajar siempre a sobrepresin. En hoja aparte representamos el quemador modulante PR-250/MG de la casa ROCA junto con su curva caracterstica.

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baco.- Se entra con la presin y potencia de la caldera.El punto resultante debe ser cubierto por la curva (recta) de funcionamiento del quemador. Ejemplo: Potencia de 8.000.000 Kcal/hora que trabaja a 9 bars de presin PR-250Mb. Si trabajara a 16 bars no sera suficiente dicho quemador. 15

I.V.4.- EMISORES. IV.4.1 Descripcin.Los emisores son los artefactos encargados de ceder el calor a las habitaciones que queremos calentar. Los emisores ms usados son los radiadores 2 y los paneles. Los radiadores estn constituidos por ELEMENTOS acoplables, cuyo nmero se determina segn la potencia deseada. Los elementos estn compuestos por un corto tubo superior, otro inferior y por 2,3 4 columnas que los intercomunican. Los tubos tanto superior como inferior acaban en roscas hembras que sirven - mediante manguitos machos - para acople de ms elementos, o bien - mediante reducciones de "3/8 1/2" - para conectar con las tuberas de distribucin y/o retorno. Los orificios finales no utilizados se obturan mediante tapn "ad hoc". Los radiadores se construyen: - de fundicin - de chapa de acero - de aluminio Unos y otros tienen sus defensores, destacando los de aluminio por su buen aspecto y ligereza. Para las mismas dimensiones superan en potencia a los de fundicin, si bien hay que tener en cuenta que debe tratarse el agua de la instalacin para que su PH est entre 5 y 8 y evitar as corrosiones prematuras. La documentacin tcnica de los diferentes tipos de emisores debe hacer referencia a los siguientes aspectos: Dimensiones. Peso propio. Contenido de agua por elemento. Potencia calorfica por elemento, en las condiciones patrn 3 Exponente n 4 para otras condiciones.

Los radiadores deben separase 4 cms., al menos, de las paredes y quedar levantados 10 cms, como mnimo, del suelo.

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No est claro si tienen este nombre porque "irradian" - como todo cuerpo caliente - calor - aunque en, realidad trabajan ms como convectores - o porque su forma recuerda a la de los radiadores de los antiguos automviles. 3 Se explicar el concepto ms adelante. 4 Se explicar el concepto ms adelante.

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La desaconsejada colocacin en nichos o bajo repisas de los radiadores supone una reduccin del 5% de su potencia calorfica. Por su parte, los paneles se fabrican a partir de planchas estampadas de acero de 1,25 mm de espesor, y se expiden en longitudes fijas, desde 300 mm hasta 3.000 mm., segn la potencia calorfica requerida. Pueden ser simples o dobles. La separacin de los paneles a la pared debe ser, al menos, de 2 cms. y deben quedar elevados del piso 10 cms. como mnimo. La colocacin de los paneles en nichos o bajo repisa supone una reduccin del 10% de su potencia calorfica. IV.4.2. Frmulas. Notacin. Establezcamos las siguientes abreviaturas. te: ts: ta: temperatura del agua a la entrada del emisor. temperatura del agua a la salida del emisor. temperatura ambiente (o de diseo).

te + ts tR (= ----------) : temperatura media del radiador 2 te = (te - ta ) : diferencia entre la temperatura de entrada y la temperatura ambiente ts = (ts - ta ) : diferencia entre la temperatura de salida y la temperatura ambiente t = (tR - ta ) : salto trmico o diferencia entre la temperatura media del radiador y la de ambiente.

Emisin calorfica, C 5. La cantidad de calor, C, que aporta al ambiente un determinado tipo de emisor (o, tanto da, uno de sus elementos) tiene una expresin exponencial, funcin de t, que determina la que se denomina "curva caracterstica del emisor". La actual Normativa parmetro, C50:6

establece que dicha curva se expresa en funcin de un determinado

Aunque muchos autores la designan con la letra Q, preferimos esta notacin para diferenciarla de la de los caudales de agua circulante. 6 Por razones anticontaminantes y de ahorro energtico, el B.O.E. de fecha 28-06-2000 publica O.M. mediante la cual queda sustituida la NORMA UNE 9-015-86 por la NORMA TECNICA EN 442. En virtud de ello el salto trmico de REFERENCIA pasara ser de t = 60 C t = 50 C, es decir el que corresponde a una temperatura media del radiador de 70 C y una temperatura de diseo de 20 C.

5

18

FRMULA GENERAL siendo, C50 : n:

t C = C50 (-------) 50

n [1]

emisin calorfica por elemento cuando t= 50C (los valores C50 estn tabulados para cada modelo de panel o radiador). exponente (los valores de "n" estn tabulados para cada modelo de panel o radiador).

La razn por la que se ha adoptado C50 es la de que se propugna una temperatura media del radiador de 70 C, (generalmente te = 75 C y 65 C). Siendo normalmente la temperatura de diseo de 20 el salto trmico ser, t = 70 - 20 = 50 C. (Evidentemente cuando el salto trmico coincide con 50 C la formula [1] ser simplemente C = C50) Determinacin del salto trmico, t. Normalmente se trabaja con el agua a altas temperaturas, dndose entonces la siguiente circunstancia: ts ts - ta ------- = ------------ 0,7 te te - ta En este caso el salto trmico viene dado, simplemente, por la expresin:t = tR - ta

Cuando el agua se utiliza a temperaturas ms bajas se podr llegar al siguiente valor: t ts - ta ------- = ------------- < 0,7 te te - ta Entonces se ha comprobado experimentalmente que el salto trmico responde a la siguiente frmula: te - ts t = ---------te ln -----ts

[2]

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Los valores ln(te /ts ) vienen, igualmente tabulados en los catlogos comerciales. A continuacin reproducimos una hoja de un catlogo comercial con las caractersticas de modelos de radiadores y paneles, as como una tabulacin de valores ln (te/ts)

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IV.4.3 Llaves de Reglaje. IV.4.3.1 Llaves monogiro.

Dado que en los sistemas bitubulares - que son los ms usados - la tubera de ida y la de retorno quedan unidas peridicamente mediante los radiadores, deben equilibrarse las presiones de los puntos de encuentro - entrada y salida de los radiadores - para que los caudales circulantes sean los previstos en el clculo para atender a los requerimientos calorficos. Primer reglaje.- Inicialmente el proyectista establece y fija la resistencia que debe aporta la llave de entrada mediante una operacin - giro de una placa sobre una base con numeracin de 1 a 8. Tal resistencia depende del caudal circulante y del nmero adoptado, tal como establece un baco que suministra el fabricante. Segundo reglaje.- El segundo reglaje corresponde al usuario que, en funcin de la temperatura ambiente, cerrar o abrir a su gusto la entrada de agua girando el volante que rodea a la vlvula. 4.3.2 Detentores. Los detentores son unas llaves que se instalan a la salida de los emisores y que, en combinacin con la monogiro, de entrada, permite retirar el bloque emisor o panel sin necesidad de vaciar el agua de la instalacin. Asimismo puede completarse la regulacin primaria realizada en la llave monogiro, estando tabuladas las resistencias que aporta en funcin del n de vueltas que se le da a la cabeza de giro, operacin que se realiza mediante herramienta de llave. 4.3.3 Llave monotubo. En caso de instalaciones monotubo la llave tiene mayor complicacin al disponer en la misma pieza las regulaciones de entrada y salida. Es curioso observar que el primer y segundo reglaje se realizan en el conducto de salida, en vez del de entrada, aunque es evidente que el resultado es el mismo ya que si no sale agua del radiador tampoco entra. 4.3.4 Llaves termostticas. Existen llaves monogiro y monotubo termostticas, es decir que el volante puede fijarse, en el 2 reglaje, en la temperatura deseada. Prctico cuando hay nios. En sitios pblicos, sobre todo cuando la temperatura sube por la aglomeracin de pblico, casi imprescindible.

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IV.5.

TUBERAS.

IV.5.1 Relacin. a) Tuberas de hierro galvanizo, roscadas. No es de uso muy frecuente dadas las tensiones que se crean con las altas temperaturas en las soldaduras longitudinales de los tubos. b) Tuberas de hierro negro roscadas. Se utiliza en las instalaciones econmicas, con la precaucin de recubrirlas exteriormente con pinturas anticorrosivas. c) Tuberas de cobre.- Cobre "crudo", rgido dexoxidado con fsforo, con uniones soldadas a accesorios siempre de cobre o latn. Muy utilizado, aunque el aumento de la temperatura lo hace muy sensible a la corrosin, y el cobre puede ser atacado por aguas amoniacales, aguas blandas (sin carbonatos), xido cuproso, etc. d) Tuberas de acero estirado.- Pueden unirse mediante soldaduras, o bien, hasta 50 mm, mediante roscas. Solucin ideal, aunque ms caras. Los accesorios pueden ser de acero, latn o bronce. e) Tuberas de materiales plsticos.-

El polietileno reticular (PE-R PEX) es el ms empleado para instalaciones con agua hasta 60 C. Muy utilizadas en los sistemas de suelos y techos radiantes. IV.5.2 Aislamiento. Un aspecto muy descuidado es la calorifugacin de las tuberas que conducen agua a altas temperaturas, con el pretexto de que todo el calor transmitido se aprovecha en calefactar el edificio. A ello hay que oponer, entre otras, las siguientes razones: Que los clculos calorficos quedan, de ese modo, descompensados. Que representan un plus importante en el gasto energtico. Que las dilataciones de las tuberas en contacto directo con las obras suelen producir en stas patalogas no deseadas. No en balde los Reglamentos e Instrucciones 7 establecen la obligacin de realizar calorifugaciones en las tuberas mediante coquillas, de acuerdo con el siguiente cuadro que indica los espesores de recubrimiento en mm.:

7

Reglamento de Instalacines Trmicas en los Edificios (RITE) R.D. 1751/1998 BOE 29-10-98.

30

Fluido interior caliente (agua o vapor) Dimetro exterior mm Temperatura del fluido C 40 a 65 66 a 100 101 a 150 35 60 90 140 20 20 30 30 30 20 30 30 40 40 30 40 40 50 50

151 a 200 40 40 50 50 60

35 60 90 140

< < < 0,7) Salto trmico del emisor t = [(te + ts )/2] - ta = [(65 + 75)/2] -18= 52C C que debe aportar cada elemento : En estancias (ta = 20 C ). dts /dte= (65-20) / (75-20)=0,81 (> 0,7) Salto trmico del emisor t = [(te + ts )/2] - ta = [(65 + 75)/2] -20= 50C1

1,29 50,7 (52/50) = 53,3 k cal/h

Como ya dijimos, adoptamos esta letra para evitar confusiones con la de los caudales de agua, Q.

4

C que debe aportar cada elemento (coincidente con el de referencia) : 50,7 k cal/h En bao (ta = 22 C ). dts /dte= (65-22) / (75-22)=0,81 (> 0,7) Salto trmico del emisor t = [(te + ts )/2] - ta = [(65 + 75)/2] -22= 48C 1,29 C que debe aportar cada elemento : 50,7 (48/50) = 48,1 k cal/h A continuacin dividiremos el listado [1] por los resultados recin obtenidos para hallar el nmero de elementos que hay que situar en cada habitacin. Estos elementos se agrupan formando uno o varios radiadores. Por ltimo, y teniendo en cuenta que te - ts = 10 C y, por tanto, cada l/h supone 10 k cal/h, la emisin calorfica exigida a cada radiador se corresponde con la necesidad de circulacin de determinados caudales de agua. Queda as confeccionado el siguiente cuadro:Habitacin Carga termica (k cal/h) N de elementos necesario Formacin de Radiadores por acople de elementos RAD 1:12el. RAD 2:22el. RAD 3:22el. RAD 4:23el. RAD 5: 8el. RAD 6: 4el. RAD 7:14el. RAD 8:13el. RAD 9:12el. RAD 10:9el. Aportacin calorfica de c/radiador (k cal/h) Caudal necesario l/h

Cocina Saln

580 3.360

580/50,7 3.360/50,7

12 67

Bao Pasillo Dormit. 3 Dormit. 2 Dormit. 1 Vestbulo

385 210 700 650 565 470

385/48,1 210/53,3 700/50,7 650/50,7 565/50,7 470/53,3

8 4 14 13 12 9

608 1.115 1.115 1.166 385 213 709 659 608 480 = 705,8 l/h

60,8 111,5 111,5 116,6 38,5 21,3 70,9 65,9 60,8 48

[2] VI.4.- TRAZADO Y CLCULO DE SECCIONES DE LAS TUBERAS. El trazado adoptado , como vimos, consiste en dos recorridos con sus correspondientes retornos, circuitos 1 y 2, que salen de un distribuidor comn y convergen en un colector, tambin comn.

5

Cada circuito se calcula independientemente. Como los circuitos son en realidad "mallas", en que los "puentes" son precisamente los diferentes radiadores, desglosamos los circuitos en subcircuitos formados por dos recorridos anulares con dos puntos de convergencia; en dichos puntos las perdidas de cargas deben ser comunes. Para conseguirlo operamos por tanteo ajustando luego los resultados mediante las vlvulas de regulacin de los emisores. Con los datos obtenidos calculamos los posibles, recorridos calefactores (es decir: distribuidor-emisor-retorno-colector) que deberan asimismo estar equilibrados. Una vez precalculados los circuitos 1 y 2 habr que reconsiderar algunos dimetros para que las perdidas de carga en los puntos comunes 2 y 3 sean equivalentes. VI.4.1 Circuito 1.

POSIBLES DIMETROS A ADOPTAR. Para la conexin con los radiadores contamos en la seccin de accesorios 2con bocas de 3/8", 1/2" y 3/4" con las siguientes posibilidades para los tubos de cobre del circuito: Accesorio de 3/8" ----> 8,5 y 10,5 mm de interior

Accesorio de 1/2" ----> 12,5 y 14,5 mm de interior Accesorio de 3/4" ----> 20 mm de interior

2

Ver pginas 26 y 27 correspondientes al tema IV.

6

RECORRIDOS a: AC/CD (RAD.1)/DG.TRAMO Q l/h mm V m/seg J3 L1 mm m c.a./m 7 7 7 1,5 0,9 +4 L2 m L (L1+ L2) m 1,06 3,50 2,56 3,50 JxL mm.c.a

AC RAD.1* DG

60,8 60,8 60,8

10,5 10,5 10,5

0,2 0,2 0,2

2L 2x0,53=1,06 RAD 1 = 3,50 4 2L x0,53=1,06 2L 45;2x0,28= 0,56

17,92 24,50

1,62

6,52

45,64

=

87,78

* RAD. 1. Con llave monogiro de 3/8, se conseguir 10,5 para todo el radiador, segn pgina 19 correspondiente al tema VIII.

3 4

Segn pgina 18 correspondiente al tema VIII. Segn pgina 19 correspondiente al tema VIII.

7

RECORRIDO b: AB/BE/EF (RAD.2)/FG.TRAMO Q l/h mm V m/seg J L1 m mm c.a./m 4 8 4,5 8 4 L2 m L (L1+ L2) m 1,20 1,22 4,20 1,22 = 5,20 2,72 4,20 2,12 JxL mm.c.a

AB BE RAD.2** FG

339,6 (1) 111,5 111,5 111,5

20 12,5 14,5 12,5

0,3 0,25 0,17 0,25

2L45X0,60=1,20

36,40 21,76 18,90 16,96 94,02

1,5 2L X0,61=1,22 RAD 2 = 4,20

0,9 2L X0,61=1,22

(1)111,5 + 111,5 + 116,6 = 339,6 **RAD. 2. Con llave monogiro de , se conseguir 14,5 para todo el radiador , segn pgina 19 correspondiente al tema VIII. En el punto G las perdidas de carga han de ser nicas y vemos que, en nuestro caso, estn prcticamente equilibradas. Pero el problema se complica al tener que introducir las prdidas que suponen las llaves de regulacin y detentores. Tanteando, vemos que la solucin est en cerrar moderadamente las llaves en el radiador 1 y abrirlas a tope en el radiador 2.

RADIADOR 1 (CON LLAVES DE 3/8") LLAVE DE REGULACIN: Q = 60,8 l/h; Posicin: 4; Prdida de carga = 65 mm.c.a. DETENTOR: Q = 60,8 l/h; Posicin 2; Prdida de carga = 60 mm.c.a.

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RADIADOR 2 (CON LLAVES DE 1/2") LLAVE DE REGULACION: Q = 111,5 l/h; Posicin: 8; Prdida de carga = 90 mm.c.a. DETENTOR. Q = 111,5 l/h; Posicin: todo abierto; Prdida de carga = 27 m.c.a. Con esta operacin tenemos: RECORRIDO a.- Prdida de carga : 87,78 + 60 + 65 = 212,78 mm.c.a. RECORRIDO b.- Prdidas de carga: 94,02 + 90 + 27 = 211,02 mm.c.a. Con lo que ambos recorridos quedan prcticamente equilibrados.

Los tramos BE/RADIADOR 2/FG han sido fijados anteriormente con una prdida de carga de 21,76 + 18,90 + 16,96 + 90 + 27 = 174,62 mm.c.a. Aadmosle el tramo GK.

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TRAMO

Q l/h

mm

V m/seg

J L1 m mm c.a./m 10 4

L2 m

L (L1+ L2) m 0,70 4,70

JxL mm.c.a

GK

172,3 (1)

14,5

0,3

L X 0,70=0,70

47,00 221,62

= 174,62 + 47 =

(1)

60,8 + 111,5 = 172,3 litros / hora.

RECORRIDO b: BH/HI/RADIADOR 3/JKTRAMO Q l/h mm V m/seg J L1 mm m c.a./m 8,5 8 4,5 8 4 1,5 0,9 L2 m L (L1+ L2) m 0,77 1,22 4,20 1,22 = 4,77 2,72 4,20 2,12 JxL mm.c.a

BH HI RAD.3 JK

228 (1) 111,5 111,5 111,5

16,5 12,5 14,5 12,5

0,32 0,25 0,17 0,25

L X 0,77=0,77 L X 0,61=1,22 RAD 3 = 4,20 2 L X0,61=1,22

40,55 21,76 18,90 16,96 98,17

(1) 111,5 + 116,6 = 228,1 litros / hora. A la vista de los resultados procede manipular las vlvulas del radiador 3, ya que el radiador 2 ya fu regulado.

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Con esta operacin tenemos: Prdidas de carga: 98,17 + 90 + 30 = 218,17 m.c.a. Cantidad equiparable a la de 221,61 obtenida para el recorrido a.

RECORRIDO a: HI/RADIADOR 3/JK/KN. En los tramos HI/RADIADOR 3/ JK, segn clculo anterior, J = 21,76 + 18,90 + 16,96 + 90 + 30 = 177,62 Aadmosle el tramo KNTRAMO Q l/h mm V J L1 m m/seg mm c.a./m 0,35 11,5 4,8 L2 m L (L1+ L2) m 1,06 5,86 JxL mm.c.a

KN

283,8 (1)

16,5

2 L 45X0,53=1,06

67,39

= 177,62 + 67,39 =

245,01 m.c.a.

(1) 60,8 + 111,5 + 111,5 = 283,8 litros / hora.

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RECORRIDO b: HL/RADIADOR 4/MN.TRAMO Q l/h mm V J L1 m m/seg mm c.a./m 0,26 8,2 L2 m L (L1+ L2) m 1,96 6,76 JxL mm.c.a

HL

116,6

12,5

4,80 2L 45x0,37=0,74 2L x 0,61 = 1,22

55,43

RAD.4 MN

116,6 116,6

14,5 12,5

0,18 0,26

4,6 8,2

-

4,20

4,20 1,22 =

4,20 2,12

19,32 17,38 92,13

0,90 2L x 0,61 = 1,22

Realizando la regulacin primaria indicada en los bacos tenemos: Prdidas de carga = 92,13 + 120 + 30 = 242,13 mm.c.a., resultado equiparable al obtenido para el recorrido I.

12

PERDIDAS DE CARGAS EN LOS RECORRIDOS CALEFACTORES DEL CIRCUITO 1.RECORRIDO CALEFACTOR I AC 17,92 RAD,1 (24,5+65+ 149,50 60) DG 45,64 RECORRIDO CALEFACTOR II AB 36,40 BE RAD.2 18,9+90+ 27 FG 21,76 RECORRIDO CALEFACTOR III AB 36,40 BH 40,55 RECORRIDO CALEFACTOR IV AB 36,40 BH 40,55

135,90 16,96

HI RAD.3 18,9+80+40 JK KN =

21,76

HL

55,43

GK

47,00

RAD.4 138,90 19,3+ 120+30 16,96 MN 67,39 321,96 mm.c.a =

169,30 17,38

KN

67,39

GK KN

47,00 67,39 = 325,41 mm.c.a

=

327,45 mm.c.a

319,06 mm.c.a

13

Nota : Al haber equilibrado los puntos comunes G,K, etc... es evidente que no es sorpresa el que sean casi iguales. Estos recorrido de agua (arrastrando todo el caudal) son los que interesan para calcular las prdidas de carga ms complejas. Las diferencias son los suficientemente pequea como para considerar equilibrado todo el circuto 1. Tomemos como dato el RECORRIDO I, que es el que nos arroja la mayor prdida de carga, es decir, 327,45 mm.c.a. PERDIDAS DE CARGAS LOCALES. En el recorrido seleccionado aadimos resistencias puntuales omitidas anteriormente por razones de simplicidad. PUNTO G. (1) J = 7 mm.c.a/m.l. J x L = 7 x 0,77 = 5,39 mm.c.a

T de reunin, 14,5 = 3,5 m.l. J = 10 mm.c.a/m.l. PUNTO K. (1) J = 10 mm.c.a/m.l J X L = 10 x 0,54 = 5,40 mm.c.a J x L = 10 x 3,5 = 35 mm.c.a

T de reunin 16,5 = 3,8 m.l J = 11,5 mm.c.a/m.l J X L = 11,5 x 3,8 = 43,7 mm.c.a =

Sumando esto al dato anterior tenemos: 327,45+(5,39+35+5,40+43,7) = 327,45 + 89,49 = 416,94 mm.c.a. TOTAL PERDIDAS DE CARGA DEL CIRCUITO 1 (SIN EQUILIBRAR) = 416,94 mm.c.a.

Resta, por ltimo, considerar los tramos que faltan para converger; junto con el circuito 2, en el distribuidor y colector generales.

(1) Se toma la prdida de carga del tramo del menor. 14

TRAMO 2-A N-3

Q l/h 400,4 (1) 400,4

mm 16,5 16,5

V J L1 m/seg mm m c.a./m 0,35 8,50 2,50 0,35 8,50 7,00

L2 m = = 0,28 4,20 0,28 6,73

L (L1+ L2) m 2,78 13,73

JxL mm.c.a 23,63 116,71

2L x 0,88 = 1,76 = Ampl. punto N Reducc. punto A 283,8 60,8 16,5 20 0,35 0,20 11,50 7,00 a a a a a 20 = 16,5 = 14,5 = 12,5 = 10,5 = 0,77 0,70 0,54 0,42 0,35 0,28 0,70 1,59 0,70 1,59 8,05 11,3

=

159,52

(1) 60,8 + 111,5 + 111,5 + 116,6 = 400,4 TOTAL = 416,94 + 159,52 = 576,46 mm.c.a VI.4.2 CIRCUITO 2. De un modo anlogo operaramos con el Circuito 2. Obviando el proceso en aras de la brevedad demos el dato final (v. apuntes "CALEFACCION II, 4 CURSO", PLAN ANTERIOR). TOTAL PERDIDAS DE CARGA DEL CIRCUITO 2 = 785,51 mm.c.a Vemos que ambos circuitos estn descompensados, con una diferencia de 209, 05 mm.c.a. VI.4.3 EQUILIBRIO DE LAS PERDIDAS DE CARGA DE LOS CIRCUITOS 1 Y 2. Para equilibrar la diferencia apuntada disminuyamos los dimetros de los tramos A-2 y N-3.TRAMO A-2 N-3 Q l/h 400,4 400,4 mm V J L1 m m/seg mm c.a./m 16,5( 0,52 23 2,50 1) 16,5( 0,52 23 7,00 1) L2 m = 0,24 0,24 5,91 L (L1+ L2) m 2,74 12,91 JxL mm.c.a 63,02 296,93

2L x 0,77 = 1,54 = 0,57 a a a = 14,5 = 12,5 = 10,5 = 3,80 0,42 0,35 0,28

Reducc. punto A

60,8

10,5

0,20

7,00

-

1,05 =

1,05

7,35 367,30 mm.c.a

15

(1) Antes eran de 20. TOTAL PERDIDAS DE CARGA DEL CIRCUITO 1 EQUILIBRADO = 416,94 + 367,30 = 784,24 mm.c.a resultado equivalente al del Circuito 2, que es el que elegimos a efectos de clculo. VI.4.4 PRDIDA DE CARGA TOTAL DE LA INSTALACION. Por ltimo, veamos los tramos del distribuidor y colector.TRAMO 3-4 1-2 Q l/h 705,8 705,8 mm 20 20 V J L1 m m/seg mm c.a./m 0,68 26 2,50 0,68 26 2,50 = 4,20 13,7 CALDERA = 6,86 3 x 0,88 = 2,64 = 16,2 421,20 664,04 L2 m = 3L x 0,88 = 4,20 6,84 2,64 L (L1+ L2) m 9,34 JxL mm.c.a 242,84

TOTAL = 784,24 + 664,04 = 1.448,28 mm.c.a VI.4.5 ADOPCIN DEL CIRCULADOR. Habiendo obtenido como datos J1 = 1.448,28 mm.c.a y Q1 = 705,8 l/h, dibujemos la curva caracterstica de la instalacin dndole valores a Jn en la conocida expresin Jn Jn Qn = Q1 ------- que quedara Qn = 0,706 -------J1 1,45 utilizando unidades comerciales: J en m.c.a y Q en m3/h Jn m.c.a. 0,5 1 1,45 (J1)* 2 2,5*

Qn m3/h 0,414 0,58 0,706 (Q1)* 0,829 0,927

Punto A obtenido en el clculo anterior

Con estos datos dibujemos la curva caracterstica de la red de emisores, sobre la curva Q-H de la bomba elegida, que es la PC - 1025/1 de la casa ROCA, curva que cubre, con suficiente aproximacin, el punto A (v. fig. 3) 16

El circulador, vendr comandado por un termostato en el que se ha enclavado una temperatura mnima (o de arranque) y una temperatura mxima (o de parada). Inicialmente la bomba se pone en marcha, recorriendo su curva Q-H, y se estabiliza en el punto de encuentro con la curva caracterstica. Ello nos aporta un caudal y, por tanto, a la larga, una temperatura, ligeramente superiores a las estrictamente necesarias. Dando un lgico margen, tanto por imprecisiones de clculo como por probables regulaciones secundarias, tasamos, por ejemplo, el termostato de mnima en te y el de mxima en 1,1 te con lo que la bomba estar trabajando, casi estabilizada, con muy pocas interrupciones y en condiciones muy cercanas a las tericas o ideales que seala el punto A de la curva caracterstica. Hay ocasiones en que no se puede elegir la bomba por formar cuerpo con la caldera. En estos casos, y cuando el punto A quede muy alejado de la curva Q-H, convendr introducir una vlvula de regulacin que incremente las prdidas de carga de la instalacin y acerque, consecuentemente, el punto A a la citada curva.

17


CALEFACCINTEMA VII.INSTALACIONES MONOTUBULARES DE CALEFACCIN. EJEMPLO.


INDICE 0.1.1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.3. 2.2.1 2.2 2.3 PLANTEAMIENTO........................................................................................................2 METODO DEL CAUDAL CONSTANTE. EJEMPLO...................................................2 CIRCUITO.....................................................................................................................2 CAUDAL CIRCULANTE................................................................................................3 TEMPERATURAS.........................................................................................................3 NMERO DE ELEMENTOS DE CADA RADIADOR....................................................6 CIRCUITO 2..................................................................................................................7 CAUDAL CIRCULANTE................................................................................................7 ELECCIN DE LA CALDERA.......................................................................................8 CLCULO HIDRULICO..............................................................................................8 TRAMOS NO COMUNES.............................................................................................8 TRAMOS COMUNES....................................................................................................9 CIRCULADOR.............................................................................................................10

CALEFACCIN.TEMA VII. INSTALACIONES EJEMPLO.0.PLANTEAMIENTO.

MONOTUBULARES

DE

CALEFACCIN.

Como se ha dicho, las instalaciones monotubulares utilizan un solo tubo a travs del cual, y mediante unas vlvulas especiales, se va suministrando, sucesivamente, agua caliente a todos los radiadores, para volver finalmente a la caldera. La diferencia bsica con respecto al sistema bitubular consiste en que el agua de la lnea general se va enfriando a medida que va proporcionando calor a los radiadores, dificultad de clculo que puede solucionarse por varios procedimientos del que vamos a exponer uno de los ms usados. MTODO DEL CAUDAL CONSTANTE. EJEMPLO. Arbitrado el caudal circulante en cada circuito, el mtodo consiste en desviar, mediante la vlvula del radiador, un porcentaje fijo de dicho caudal que, normalmente, es del 40%. Primeramente, y de acuerdo con los requerimientos calorficos, a cada radiador se le asignaun determinado nmero de elementos (CALCULO TERMICO). Posteriormente, y previo un tanteo de dimetros, se calculan las prdidas de carga para, as, escoger el circulador conveniente (CALCULO HIDRAULICO). VII.1 CLCULO TERMICO.

VII.1.1 Circuito 1. Consideremos el CIRCUITO 1 del ejemplo anterior, en el que ya habamos hallado las cargas trmicas demandadas en cada uno de sus estancias. 2

Cocina: 580 k cal/h (RADIADOR 1) Saln: 3.360 k cal/h que, repartidas igualitativamente entre 3 nos da 1.120 kcal/h (RADIADORES 2,3 y 4)

VII.1.1.1

Caudal circulante.

En primer lugar hay que decir que es conveniente - por razones de seguridad del buen funcionamiento- aumentar los caudales de agua que hay que suministrarles. Ello se hace multiplicando por un factor variable conforme a una tabla, que aportamos en los ANEXOS, elaborada en funcin del orden de colocacin del radiador con respecto a la caldera. De acuerdo con lo anterior establezcamos el siguiente cuadro : RADIADOR N 1 2 3 4 CARGA TERMICA FACTOR DE CALCULO (k cal/h) 580 1.120 1.120 1.120 = 3.940 k cal/h 1,03 1,10 1,17 1,25 CARGA TERMICA CORREGIDA (k cal/h) 597,4 1.232 1.310 1.400 = 4.539,4 4.540 k cal/h

Conforme al salto trmico preestablecido, (te - ts = 10 C) lo anterior equivale a decir que el caudal circulante total en este circuito es de 454 l/h y que dentro de cada radiador circula un 40% de este caudal, es decir, 4/100 x 454 = 181,6 l/h.1 VII.1.1.2 Temperaturas

Vallamos, pues a calcular las temperaturas en cada radiador, obtener as el salto trmico y, consecuentemente, adjudicar a cada uno el apropiado nmero de elementos.En el sistema bitubular el caudal necesario para nutrir a estos 4 radiadores era de 60,8 + 111,5 + 111,5 + 116,6 = 400,4 litros/hora.1

3

La regulacin se realiza mediante las LLAVES MONOTUBO, descritas anteriormente. Hagamos unos esquemas que nos facilite comprender cmodamente las sencillas frmulas que vamos a aplicar.

llamando a te ts tR tm->n Q QR = temperatura de entrada a cada radiador numerado. = temperatura de salida a cada radiador en C. = temperatura media de cada radiador en C. = temperatura del distribuidor entre el radiador "m" y el radiador siguiente (radiador "n"). = caudal que circula por el distribuidor (constante). = caudal que circula por los radiadores (% fijo de Q).

tenemos en cada radiador te + ts tR = ---------------, en C 2 [1]

Teniendo ahora en cuenta la frmula general de aportacin de caloras C = QR (te - ts) y despejando ts tenemos segn : QR x te - C ts = ---------------, en C QR [2]

Por ltimo, considerando la temperatura del agua del distribuidor tras el paso por cada radiador, tenemos: Q x tm->n = QR x ts + (Q - QR) te ; de dnde QR x ts + (Q - QR) te tm->n = ----------------------------, en C Q [3]

Supongamos ahora nuestra serie de radiadores 1,2,3 y 4. Primeramente regulemos sus vlvulas monotubos para que pase por los radiadores un 40% del caudal principal. As pues, tenemos en todos los casos: 4

Hallando los sucesivos valores de te, ts, tR y aplicando tales valores a las frmulas [1] [2] y [3] tenemos RADIADOR 1 temp. de entrada, te = 75 C temp. de salida, 181,6 x 75 - 580 ts = ------------------------ = 71,81 C 181,6

75 + 71,81 temp. del radiador, tR = -------------------- = 73,4 C 2 181,6 x 75,81 + 272,4 x 75 t entre R1 y R2, t1->2 = --------------------------------------- = 73,72 454 RADIADOR 2 temp. de entrada, te = 73,72 C 5

temp. de salida,

181,6 x 73,72 - 1.120 ts = -------------------------------- = 67,55 C 181,6

73,72 + 67,55 temp. del radiador, tR = -------------------- = 70,63 C 2 181,6 x 67,55 + 272,4 x 73,22 t entre R2 y R3, t2->3 = ------------------------------------------- = 71,25 C 454 Operando anloga y sucesivamente, obtendramos: RADIADOR 3 te = ts = tR = 71,25 C 65,08 C 68,16 C

t3->4 = 68,78 C RADIADOR 4 te = ts = tR = 68,78 C 62,61 C 65,69 C

VI.1.13 Nmero de elementos de cada radiador. Teniendo en cuenta los datos de temperatura obtenidos y la temperatura de diseo, de 20 C, tenemos: En el radiador 1 dts 73,2 - 20 ------- = ---------------- = 0,96 > 0,7, luego, sin ms problemas dte 75 - 20 t = tR - ta = 73,4 - 20 = 53,40 C Como t 50 C, C = C50 t ( ------)n 50

Segn el catlogo "ROCA", para cada elemento del radiador DUBA N61-2D para t = 50C, C es de 50,7 k cal/h, con un valor de n = 1,29, as pues, en nuestro caso 6

53,4 C = 50,7 (-----------)1,29 = 55,19 k cal/h/elemento 50 Como las caloras/hora demandadas en este radiador son 580 580 N de elementos = --------- = 10,5 55,19 11

Anlogamente obtendramos en el resto de radiadores. En el radiador 2: N de elementos = 22 En el radiador 3: N de elementos = 24 En el radiador 4: N de elementos = 25 VII.1.2 Circuito 2.

VII.1.2.1 Caudal circulante. Procederemos anlogamente para calcular el caudal circulante por el circuito 2.

7

Radiador N 5 6 7 8 9 10

Carga trmica clculo (k cal/h) 385 210 700 650 565 470 = 2.980 k cal/h

de Factor

Carga corregida k cal/h 1 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25

trmica

385 220,5 770 747 678 587,5 = 3.388 k cal/h 3.390 k cal/h

lo anterior equivale a decir que el caudal circulante por el circuito 2 es, redondeando, Q = 339 l/h, del que desviaremos a cada radiador el 40% de este caudal, es decir, 4/100 x 339 = 135,6 l/h. VII.1.2.2 Temperaturas y N de elementos de cada radiador.

Procediendo de igual modo que en el Circuito 1 obtendramos las temperaturas, caudales circulantes y, consecuentemente el n de elementos requeridos en cada radiador. Obviamos tal proceso por no ser reiterativos y por no aportar nada a los propsitos de este ejemplo. VII.1.3 Eleccin de la caldera.

Anlogamente como en el sistema bitubular, convendr que la potencia de la caldera sea mayor que la suma de las cargas trmicas de clculo P = 1,2 (3.940 + 2.980) = 8.304 k cal/h Escogemos la NMG-16A que tiene una potencia modulane de 5.330 a 16.000 k cal/h, con circulador incorporado, apta para el servicio simultneo de calefaccin y produccin por acumulacin de A.C.S. sin perjuicio de la comprobacin de la idoneidad de su circulador. V.I.I.2 V.I.I.2.1 CLCULO HIDRAULICO. Tramos no comunes.

Como los caudales circulantes son constantes en cada circuito consideremos solo su longitud total. Tanteemos unos comerciales en consonancia con los caudales circulantes. CIRCUITO 1. (B-1-2-3-4-5-6-C) = 18,8 m.

CIRCUITO 2. (B-5-6-7-8-9-10-C) = 29,3 m.

8

CIRCUITO 1 Tanteemos un 20 mm.TRAMO CIRC. 1 CAUDAL l/h mm 454 20 V m/ seg 0,40 J mm c.a./m 12 L1 m 18,8 L2 m 9 x0,88=7,92 445x0,6=2,40 11,09 v.retencin=0,77 L JXL L1 +L2 mm.c.a m 29,89 358,68

4 llaves monotubo para 20: 4 x 675 (v. baco) = 3.058,68 mm.c.a.

2.700

CIRCUITO 2 Tanteemos un 14,5 mmTRAMO CIRC. 2 CAUDAL l/h mm 339 V m/ seg 14,5 0,55 L2 J L1 m m mm c.a./m 32 29,3 14 x0,70=8,80 445x0,47=1,88 12,10 v.retencin=0,42 L JXL L1 +L2 mm.c.a 1.324,8

6 llaves monotubo para 14,5: 6 x 300 (v. baco) = 3.124 mm.c.a.

1.800

Vemos que los circuitos estn suficientemente equilibrados, adoptando la mayor de las resistencias (J x L = 3.124 mm.c.a.). Si quisiramos ajustar ms, es decir disminuir ligeramente la prdida de carga del circuito 2, bastara con asignarle a algn tramo un 16,5. VII.2.2 Tramos comnes. Tanteamos para estos tramos un 20 mm para un caudal de Q = 459 + 339 = 793 l/h, lo que nos da una perdida de carga de 764,40 mm.c.a. que, sumados a los 3.124 que hemos obtenido, supera a las prestaciones de la bomba. Asi pues optamos por un de 34 mm en un segundo tanteo que, como veremos, resultar acertadoTRAMO CB BA (CALDE RA) AD CAUDAL l/h mm 793 793 793 34 20 34 V m/ seg 0,24 0,66 0,24 L2 J L1 m m mm c.a./m 2,3 2,50 2 x 1,41=2,82 30 2,3 = 5,75 6,86 8,57 6,86 11,07 8,57 205,80 25,46 L JXL L1 +L2 mm.c.a 11,07 25,46

2,50 2 x 1,41=2,82 = 5,75

= 256,72 mm.c.a.

9

Notas1. Se ha tomado L2 de la caldera para 20, ya que sus bocas o conexiones son de 18. 2. Las prdidas por T de paso no se consideran por irrelevantes.

VII.23 Circulador. De los dos circuitos consideraremos el de mayor prdida de carga y a ella le sumaremos la obtenida para los tramos comunes. R = 3.124 + 256,7 = 3.380,72 mm.c.a. = 3.380 m.c.a. Veamos ahora la suficiencia o no del circulador incorporado a la caldera.

Como puede verse el punto de funcionamiento de la instalacin cae, prcticamente, sobre la curva caracterstica del circulador. La instalacin se considera ajustada hidrulicamente.

10


CALEFACCINTEMA VIII.SUELOS RADIANTES.


INDICE VIII.1. GENERALIDADES..........................................................................................................2 VIII.2.- DESCRIPCIN DEL SISTEMA......................................................................................3 VIII.3.- CONTROL DE LAS TEMPERATURAS................................................................... ......4 VIII.4.- ELEMENTOS DEL SISTEMA.........................................................................................5 VIII.4.1. TUBOS..........................................................................................................................5 VIII.4.2.........................................................................................................................................5 VIII. 4.3 MONTAJE....................................................................................................................8 VIII. 4.4 SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS.............................................................................9 VIII. 5.-CALCULO. SUMINISTRO CON CAUDALES VARIABLES A TEMPERATURA CONSTANTE.............................................................................. .....................................10 VIII.5.1 PROCEDIMIENTO.......................................................................................................10 VIII.5.2 CONDICIONANTES PREVIOS...................................................................................10 VIII.5.3 FORMATOS PATRONES DE LOS CIRCUITOS........................................................10 VIII.5.4 ABACOS DE LA CASA "WIRSBO" PARA LA OBTENCIN DE LA TEMPERATURA MEDIA, TM, DEL AGUA CIRCULANTE................................................11 VIII.5.5 EJEMPLO: INSTALACIN Y CLCULO DE UN SUELO RADIANTE (SEGN FORMATO Y BACOS DE LA CASA WIRSBO)...................................................................12 ANEXOS. (BACOS Y FRMULAS).....................................................................................18

CALEFACCIN.TEMA VIII. SUELOS RADIANTES.1.GENERALIDADES.

En el tema II hacamos una breve introduccin al sistema de paneles radiantes, indicando sus caractersticas bsicas y diferenciando las circunstancias que aconsejaban la adopcin de techos radiantes o de paneles radiantes. Si bien los principios funcionales y tcnicos en que ambos se sustentan son idnticos, el sistema de suelos radiantes, salvo en edificaciones especficas, se impone al de techos radiantes, tanto por razones de economa como por proporcionar mayor sensacin de confort, por lo que a l nos limitaremos en el presente tema. Empecemos por enumerar algunas de sus ventajas frente a los sistemas clsicos de radiadores. CONFORT. Se ha demostrado que la distribucin vertical ideal de temperaturas en una habitacin es la que muestra ,la figura 1, con los pies ligeramente ms caliente que la cabeza. Comprese con la que proporciona los suelos radiantes, figura 2, y los radiadores, figura 3. 2

Los suelos y techos radiantes ofrecen una distribucin horizontal uniforme, ya que el suelo o techo son, en s, los elementos calefactores. Por el contrario los dems sistemas establecen focos aislados de calor y, por tanto, una acusada heterogeneidad horizontal de temperaturas. ECONOMIA. Los sistemas de paneles radiantes utilizan agua a baja temperatura, lo que contribuye a la conservacin de la energa en su produccin. Por otra parte, se reducen considerablemente las prdidas de calor de las tuberas en el camino que va desde el generador al rea a calefactar. DISEO. Ofrece un alto grado de libertad en la distribucin de los espacios interiores. No establece problemtica esttica ni funcional, al no tener presencia visual.

SEGURIDAD E HIGIENE. No existe riesgo de quemaduras. Simplifica la limpieza de la habitacin

Al no originar movimientos acusados de conveccin en el aire de las habitaciones no produce zonas de concentracin de polvo.

VIII.2. DESCRIPCION DEL SISTEMA. El sistema de suelos radiantes consta de uno o varios colectores de alimentacin de los que arrancan distribuidores que se desarrollan en serpentines bajo los pavimentos que, despus de aportar su calor al ambiente, convergen en uno o varios colectores de retornos. Naturalmente, la cantidad de agua circulante bajo el pavimento est relacionada con la aportacin calorfica demandada y las prdidas de carga de los diferentes circuitos subsidiarios de unos mismos colectores deben estar equilibrados. Para lograr lo anterior el 3

colector de alimentacin va equipado con vlvulas detentor, normalmente reguladas a mano. El resto de componentes exigibles al sistema (centralilla, circulador/es, purgadores, vaso de expansin etc.) son similares a los del sistema por radiadores, diferencindose, no obstante, en los de control de temperaturas: as como en los sistemas por radiacin se confiaba en la centralilla-sonda exterior complementada con el afine proporcionado por la manipulacin del usuario sobre el radiador, en los suelos radiantes el ltimo ajuste viene proporcionado por termostatos de habitaciones que, normalmente, actan mediante servomotor (o actuador) sobre vlvula de 3 vas. Describamos estos elementos. Termostato de habitacin.- Accionados a un voltaje de 24 v. Desviacin mxima 0,2 C. Equipado por dial de posiciones: en la posicin "1" se respeta la temperatura de diseo; en las otras posiciones se establece una reduccin constante de dicha temperatura. Servomotores.- Actan, a 220 a 24 v. y controlan l lado del suministro de las vlvulas de 3 vas. Los servomotores, o actuadores, pueden ser del tipo "on-off" (dos posiciones) y las vlvulas de 3 vas del tipo "todo-nada", si bien, actualmente, son sustituidos por sistemas proporcionales. Como veremos existen, asimismo, equipos individuales, modulantes o proporcionales, puestos en relacin con sondas, bien sean estas ltimas ambientales o exteriores. VIII.3 CONTROL DE LAS TEMPERATURAS. A) SUMINISTRO CON CAUDAL CONSTANTE A TEMPERATURA VARIABLE, EN FUNCION DE LAS TEMPERATURAS QUE SE ORIGINEN EN EL INTERIOR DE LAS ESTANCIAS. Control adecuado para grandes zonas abiertas y prestas para recibir masas de pblico, tales como iglesias o palacios de deportes. Sin embargo reacciona lentamente ante cambios de temperatura exterior. B) SUMINISTRO CON CAUDAL CONSTANTE A TEMPERATURA VARIABLE EN FUNCION, DE LA TEMPERATURA EXTERIOR. El sistema supone, por supuesto, un tiempo de reaccin ms corto que el anterior a los cambios trmicos exteriores. Es adecuado para habitculos compartimentados con regulacin manual cuando la fuente de calor trabaja a bajas temperaturas, por ejemplo la bomba de calor. Por el propio principio del sistema de suelos radiantes una variacin, por ejemplo, de 1C en el agua de aportacin puede suponer en una habitacin un aumento de transmisin calorfica de un kilovatio. SUMINISTRO CON CAUDALES VARIABLES A TEMPERATURA CONSTANTE. En los orgenes fue sta la forma de control, hoy reactualizada a caballo de las nuevas tecnologas, dnde los actuadores (on-off) son sustitudos por vlvulas proporcionales movidas por mandos individuales o por cuadros de control remotos. Sin embargo existe dos riesgo: Por una parte caudales bajos propician la formacin de burbujas y tambin establecen notables diferencias de temperaturas del agua - y por tanto de los suelos - entre el principio y el final del circuto. 4

D)

SONDA-TERMOSTATOS DE HABITACION.

Cuando se desea alcanzar un nivel mximo de confort se hace preciso el sistema de "sonda-termostato de habitacin", ya que pueden existir diferentes variables de carcter externo (orientacin vientos etc) o internos (iluminacin, personas, etc) que afectan exclusivamente a un determinado mbito. Tales termostatos conectan elctricamente sobre "actuadores" o servomotores que actan sobre vlvulas de 3 vas al comienzo del suministro del circuito. (v. esquema en el punto 2 del Tema II). Los equipos pueden aportar la regulacin llamada de "encendido-apagado", o bien la regulacin de "flujo proporcional". Para las primeras los "actuadores" dan impulsos que duran 3 4 minutos, que es el tiempo necesario para reemplazar toda el agua del circuito; la frecuencia de tales impulsos estar relacionada con las demandas de calor sucesivas. Con la segunda el termostato de la habitacin proporciona una seal proporcional a la demanda mientras que el "actuador" modula las aperturas de vlvulas slo en funcin de dicha demanda. No obstante en este tipo de regulacin pueden originarse flujos muy escasos, con lo que se corre el peligro de que se formen burbujas de aire as como que ocasionen cadas importantes de temperatura en el suelo. En resumen: no existe criterio nico y, por tanto, convendr la adopcin de uno u otro sistema e, incluso a la combinacin de ellos, segn las condiciones climticas del lugar y las caractersticas y funcionamiento del edificio. VIII.4 ELEMENTOS DEL SISTEMA. VIII.4.1 Tubos.

Los materiales tradicionales usados para suelos radiantes son el tubo de acero, debido a su resistencia y a que, por ser soldable, se presta a la realizacin de emparrillados. El cobre se usa igualmente en serpentines, dada su ductilidad tanto en suelos como, sobre todo, en techos radiantes; en este ltimo caso se interpone entre el forjado y las tuberas una capa de aislamiento y, despus de las necesarias fijaciones, se enyesan los serpentines desde abajo. Actualmente ciertas clases de tubos de plsticos que se presentan en rollos como el polietileno reticular (PEX), por su economa y facilidad de montaje han venido a sustituir a los anteriores. Los empalmes son siempre soldados y las conexiones se realizan mediante accesorios de compresin. VIII. 4.2 Trazado de tuberas.

VIII .4.2.1 Tubos de alimentacin.Tal como se esquematiza en el tema II los suelos radiantes parten de dos tuberas, horizontales y paralelas, que llamaremos TUBOS DE ALIMENTACIN.

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Los tubos de alimentacin y colectores se fijan a la pared - stos ltimos tras caja registrable - a unos 50 cms del suelo, en un lugar centrado respecto a las habitaciones. En caso de casas de piso hay que procurar que los tubos de alimentacin estn cercanos a los montantes y bajantes principales. Los colectores pueden alimentar de 1 a 12 circuitos. Acoplados a los elementos de regulacin y control estn los RAMALES DE IDA Y RETORNO de los respectivos serpentines calefactores. Los tubos de alimentacin y los ramales no irn nunca por una zona ms baja que la de los serpentines.

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VIII .4.2.2 TRAZADOS

Serpentines.

- Para tubera muy flexible. - Adecuada para la mayor parte de las instalaciones en viviendas. - El salto te - ts se acusa ntegramente entre los extremos de la habitacin, por lo que te - ts debe ser 5 C.

- Para tubera muy flexible. - Adecuada para todo tipo de instalaciones. - El salto te - ts se aprecia en tuberas contiguas, por lo que no es buena solucin para lugares de andar descalzo, (cuartos de bao) - Se admite te - ts 10

Para tuberas menos flexibles - Adecuado para locales grandes y/o gran demanda de calor. - Calor bien repartido ya que va de ms a menos desde el permetro hacia el centro de la habitacin .

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Los diagramas te - ts dibujados tienen un carcter terico, ya que, evidentemente, el mortero que envuelve a los tubos tiende, por conduccin, a uniformizar las temperaturas del suelo. De todos modos en espacios marcadamente rectangulares se colocarn los serpentines con sus tramos rectos en sentido paralelo al eje menor de la habitacin para minimizar el salto trmico en dicho sentido (v. figuras).

VIII.4.3

Montaje.

Describamos las fases bsicas del montaje del sistema: 1. 2. 3. 4. 5. Colocacin de aislamientos.- Ajustando bien, colocar primero las franjas laterales y, posteriormente las zonas centrales, sin que queden huecos o rendijas. Colocacin del sistema de fijacin. Colocacin de los tubos.- Cuidar que quede, al menso, 15 cms bajo ellos para el mortero. Soldadura de tubos.- Encarar los tubos, amarrarlos provisionalmente y acabar de colocar; despus realizar las soldaduras conforme las normas de la casa comercial. Prueba de presin.- Imprescindible e insustituible. Someter la instalacin a una sobrepresin al menos durante 24 horas, dejando conectado un manmetro. Si en este tiempo baja la presin es seal de que existe una fuga. La presin utilizada para la prueba suele ser de 1 kg/cm2. Colocacin del mortero.- Utilizar plastificantes para evitar coqueras que dificultaran la adecuada transmisin del calor. Pavimentacin.-

6. 7.

VIII.4.4 Soluciones constructivas.En los dibujos siguientes aportamos variantes constructivas de suelos radiantes:

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VIII.5.- CLCULO. CONSTANTE.

SUMINISTRO CON CAUDALES VARIABLES A TEMPERATURA

VIII.5.1 Procedimiento. Se comienza calculando la demanda energtica, P, del edificio segn la frmula expuesta en el Anexo 4 (La caldera, al igual que en el caso de radiadores, se escoge multiplicando dicha demanda por un factor de seguridad normalmente 1,2). P se divide por la superficie a calefactor para darnos una demanda por m2, cantidad que se denomina flujo calorfico, f. Se adopta, a priori, un cierto salto trmico del agua, t (tida - tretorno), se calcula la energa necesaria para cada circuito en caloras/hora y stas en caudales de agua caliente en l/seg. A continuacin se calculan las prdidas de carga de los circuitos de un mismo colector, prdidas que han de ser equilibradas mediante las llaves detentoras. A la mxima prdida as obtenida se le aaden las provenientes de los elementos comunes (caldera, vlvulas, tubos de alimentacin) con lo que podemos escoger el circulador de caudal y presin suficientes. Por ltimo, mediante bacos "ad hoc", se establece la temperatura media, tm, del agua circulante, con ella la tida (tmedia + t/2), parmetro que, mediante termostatos y actuadores o vlvulas proporcionales, rige el funcionamiento del sistema. VIII.5.2 Condicionantes previos. Los condicionantes que han de considerarse previamente al clculo son los siguientes: ta.- Temperaturas de diseo del ambiente: de 18 a 24C. T.- Tida - Tretorno del agua de los circuitos: de 5 a 10C. f.Flujo calorfico aportado a los interiores: de 50 a 100 w/m2. tp.- Temperaturas mximas recomendables de la superficie pisable, segn tipo de local. actividades deportivas: 25C viviendas y oficinas: 27C salas de reuniones: 28C piscinas y baos: 30C

VIII.5.3 Formatos patrones de los circuitos. El auge de los suelos radiantes al socaire de los nuevos materiales as como las correspondientes tcnicas para su colocacin, ha llevado a que las casas comerciales preconicen unas "determinaciones patrn" por las evidentes ventajas comerciales que se derivan de la standardizacin. As pues los bacos que proporcionan las casas para el clculo estn referidos a tales determinaciones, bacos que, sin ms, adoptaremos para su uso en este curso ya que adentrarse en profundidad en el terreno de la teorizacin no procede por evidentes razones de tiempo. Determinaciones patrn de la casa "WIRSBO". Temperatura ambiente, ta : 20C Tuberas: PER, D.N. 20 x 2 mm Profundidad: 40 mm de mortero sobre el tubo (aparte el espesor del pavimento) 10

-

Separacin (que denomina "paso"): 200 mm entre ejes de tuberas.

VIII.5.4 bacos de la casa "WIRSBO" para la obtencin de la temperatura media, Tm, del agua circulante. A) DETERMINACIONES PATRON.

Es evidente que la temperatura del agua circulante debe ser superior a "ta" o temperatura ambiente, cuestin que WIRSBO resuelve mediante los tres abacos que pasamos a describir: Mediante un primer baco se determina el salto trmico, T, que tiene que haber entre la temperatura de la superficie del suelo (tp) y la temperatura ambiente (ta), salto que viene determinado fundamentalmente por el valor del flujo (f). (Nota: ta + T no debe superar las temperaturas tp recomendadas en el punto 5.2. Otro baco establece un segundo sumando, Trecubrimiento, que viene dado en funcin igualmente de f as como de 1/R, siendo R la resistencia trmica de dicho recubrimiento. Un tercer baco aporta un ltimo componente, Testructura solo en funcin de f para la profundidad patrn. La temperatura media del agua ser: Tm = Ta + T + Trecubrimiento + Testructura, tal como diagramamos a continuacin, resolviendo el ejemplo que desarrollaremos siguidamente, ahorrndonos, as, una explicacin

B)

OTRAS DETERMINACIONES

En caso de que el proyecto no se ajustase a las determinaciones patrn, la casa comercial aporta unos bacos para hallar los oportunos factores correctores de los resultados patrones, bacos que aqu se incluyen en las pginas de ANEXOS.

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VIII.5.5 Ejemplo: Instalacin y Clculo de un suelo radiante (segn formato y bacos de la casa WIRSBO).

A)

DATOS.-

Sea el chalet representado al que se va a dotar de un sistema de suelo radiante formado por serpentines de tubos de polietileno de 20 x 2, con un paso de "greca simple" de 200 mm. y con un salto trmico, t, de 5 grados. Se ha calculado la demanda energtica para obtener ta = 20 C con el siguiente resultado: P = 9.950 W La superficie neta a calefactar es de: S = 133 m2 de suelo. El calor medio a aportar por m2, o flujo calorfico es 9.950 f = ---------- = 74,8 w 133 75 w.

Nota.- Otros autores designan el flujo calorfico con la letra q, lo que se presta a confundirlo con los flujos hidrulicos o caudales de las tuberas.

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B)

CRITERIOS DE DISEO.

Se prev , en principio, un circuito por habitacin. En caso de habitaciones muy grandes se las dotara de dos circutos, ya que uno solo acusara una prdida de carga difcilmente compensable aconsejndose circuitos de longitud inferior a los 100 m.. Por el mismo motivo deben agruparse en uno los circuitos de las habitaciones pequeas y contiguas. Se excluye de esta regla los baos, que poseen circuito independiente para, as, poder

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