Teknologia Berrikuntza Sistemas Energéticos U.D. 01: Conocimientos de Instalaciones Hidráulicas.

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Sistemas EnergéticosSistemas EnergéticosU.D. 01: Conocimientos de U.D. 01: Conocimientos de Instalaciones HidráulicasInstalaciones Hidráulicas


CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

• 1.-SEGÚN EL MODO DE OBTENER EL CALOR

• 2.-EN FUNCIÓN DEL FLUIDO CALOPORTADOR

• 3.-SEGÚN EL TIPO DE UNIDADES TERMINALES

• 4.-EN FUNCIÓN DE LA RED DE CONEXIÓN DE LOS APARATOS


SEGÚN EL MODO DE OBTENER EL CALOR

• Termodinámica (bomba de calor)• Geotérmica.• Eléctrica (Efecto Joule)• Solar.• Convencional:

GasCombustibles líquidosCombustibles sólidos.


Termodinámica (bomba de calor)


Geotérmica.


Solar


Convencional


En función del fluido caloportador

Calefacción por:• aire• agua• agua sobrecalentada• vapor• otros fluidos caloportadores (glicol, aceite

térmico, etc.)


Según el tipo de unidades terminales

• Radiadores• Convectores• Ventiloconvectores (Fan-coils, aerotermos,

etc.) • Superficies radiantes, (suelo, techo o

paredes radiantes)


En función de la red de conexión de unidades terminales

• Monotubular• Bitubular de retorno directo• Bitubular de retorno invertido• Colector o sistema Trilent


CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE

• Sistemas de circulación• Sistemas de expansión• Formas de distribución del agua• Unidades terminales (Emisores)• Red de tuberías• Circuladores• Válvulas


Sistemas de circulación

• Circulación por convección natural:

Elevadas secciones de tuberías

Actualmente en desuso

Pendiente en tuberías (2-3%)

• Circulación forzada:

Menores secciones de tuberías

Uso prioritario

Consumo eléctrico añadido


Sistemas de expansión

El agua, al calentarse, se dilata. Para absorber dichas dilataciones, debe incorporarse en el circuito de agua un depósito de expansión, que puede ser abierto o cerrado.

• Expansión abierta• Expansión cerrada


Expansión abierta

• Reposición del agua evaporada • Temperatura limitada a 95º C para evitar la

ebullición.• Oxidación de tuberías y equipos

• En la actualidad, el Reglamento de Instalaciones Térmicas en edificios, prohíbe el uso de vasos de expansión abiertos.


Expansión cerrada

1. Cámara de nitrógeno. 2. Cámara de expansión del agua. 3. Orificio de conexión a la caldera4. Membrana. 5. Válvula de llenado de nitrógeno. 6. Anclaje a caldera (instalación).


1.Orificio de inspección boca de hombre.2.Válvula de seguridad (lado aire).3.Válvula de purga (lado aire).4.Conexión del sistema-red de calefacción 5.Sujeción de la vejiga.6.Membrana.7.Depósito de acero soldado.8.Zapata indicación contenido agua.9.Equipo de mando y control.10.Compresor seco sin necesidad de engrase.11.Placa de timbrado.12. Purga para evacuación del aire contenido en la membrana (lado agua).13.Válvula de evacuación de aire de presurización.14. Sistema de llenado automático.

En instalaciones de gran volumen se utilizan vasos de expansión con compresor, que permiten la vigilancia y control de la presión y del contenido de agua en las mismas.


Formas de distribución del agua(Monotubular)

• Máximo 5 emisores por anillo

• Conexión en serie de emisores

• Coste reducido

• Válvulas especificas de 4 vías

• Equilibrado complejo

• Bajo rendimiento


Formas de distribución del agua(Bitubular retorno directo)

• Conexión en paralelo de emisores

• Válvula y detentor en cada emisor

• Requiere equilibrado hidráulico

• Rendimiento en función del equilibrado

• Instalación muy empleada


Formas de distribución del agua(Bitubular retorno invertido)

• Conexión en paralelo de emisores

• Válvula y detentor en cada emisor

• Instalación auto-equilibrada

• Rendimiento excelente

• Instalación poco empleada en pequeñas instalaciones

• Mayor complejidad


Formas de distribución del agua(Colectores o Trilent)

• Ida y retorno desde colector hasta cada emisor

• Perfecta distribución del rendimiento calorífico

• Válvula y detentor en cada radiador

• Colectores de distribución

• Coste elevado


Emisores(radiadores)

• Radiación• Convección


Emisores(Rendimiento de radiadores)


Emisores(cálculo de radiadores)

La potencia calorífica emitida por un emisor viene dada por la expresión:

Q EMISOR = K S ( tm - ta )

Donde:• Q EMISOR = Potencia instalada en radiadores W (kcal/h).• K = coeficiente de transmisión del emisor en W/m2 °C (kcal/h m2 °C). Es un dato que viene dado de fábrica.• S = superficie de transmisión del emisor (m2)• tm = temperatura media del agua en el emisor (ºC). • ta = temperatura ambiente, en el local (°C).

Conforme a las indicaciones del RITE, las temperaturas habituales de trabajo en los sistemas de calefacción por agua caliente suelen ser:

ti =Temperatura de ida fluido calefactor.= 80°C

tr =Temperatura de retorno fluido calefactor.= 60°C

tm =Temperatura media radiador o panel.= 70°C

a =Temperatura ambiente.= 20°C

En estas condiciones, el salto térmico que se produce es: t = tm - ta = 50°C


Emisores(Superficies radiantes)

• Este sistema consiste en crear un circuito empotrado en el suelo, techo o paredes, de modo que por radiación transmita el calor del agua al aire ambiente.

• La distribución del agua debe realizarse a baja temperatura (35-45ºC).

• El cuerpo de emisión esta compuesto por tubería empotrada en el suelo, techo o paredes.

• Temperatura superficial máxima 28º C.

• La transmisión de calor es totalmente por radiación, por lo tanto no hay movimiento de aire


Emisores(Superficies radiantes)


Red de tuberías• La red general de tuberías de una instalación de calefacción, tiene por

misión conducir el fluido calefactor, que es portador de la energía calorífica, desde la caldera hasta los distintos emisores que componen la instalación.

• Una vez determinada la potencia calorífica real de cada emisor, se trazará el esquema de la red de tuberías.

• El caudal "Q" que circula por cada tramo de tubería es proporcional a la potencia calorífica en el mismo, para un salto térmico determinado.

Potencia calorífica = Q ce t

Siendo para el agua: Calor específico = ce = 4,18kW/kgºC Densidad = = 1 kg/l

Q = (l/h)) t - (t 4,18

kW calorífica Potencia

retornoida


Red de tuberías

• El caudal es un primer dato ya calculado. El otro puede ser que la pérdida de carga por metro de tubería esté comprendida entre unos valores admisibles (normalmente entre 10 y 30 mm.c.a/m), o que la velocidad de circulación del agua esté dentro de límites admisibles para evitar ruidos molestos (>0.5<2 m/s)

• Para obtener el caudal total o parcial de una instalación (en l/h), se dividirá la potencia calorífica de la caldera o radiador (kcal/h) entre el salto térmico del agua.


Circuladores• Un elemento fundamental en la instalación es la bomba o circulador.

Su misión es producir el movimiento del fluido venciendo las resistencias del circuito..

El caudal necesario en el circulador se determina mediante la fórmula siguiente:

Siendo : Q = caudal en l/h

Pu = potencia calorífica del circuito en kcal/h

Ce = calor específico (para el agua = 1 Kcal/hkgºC)

= peso específico (para el agua = 1kg/l)

• En ningún caso debemos propiciar una velocidad mayor de 2 m/seg., para evitar ruidos molestos por exceso de velocidad

• Con el caudal y las pérdidas de carga en m.c.a. calculadas en el circuito, se busca la bomba adecuada en las gráficas de los fabricantes.

tCe

PuQ


Elección del circulador

Ejemplo de elección de circulador

Perdida de carga: 4 m.c.a.Caudal necesario: 2 m3/h


Válvulas

• Son elementos de corte, distribución o mezcla que tienen una o varias entradas y una o varias salidas. Se controla el caudal de paso con la apertura de la válvula por medio del mando que puede ser automático o manual.

• Cada una de las entradas y salidas se representa por un triángulo, bien en posición horizontal , bien vertical . Para diferenciarlas, las entradas o las salidas a veces suelen ir ennegrecidas.

• El paso del fluido por las válvulas produce una pérdida de carga, también llamada presión diferencial. Cuando la válvula está totalmente cerrada, la pérdida de carga es máxima; y cuando está totalmente abierta, la pérdida de carga es mínima.


Parámetros importantes de las válvulas

Presión Nominal Es una indicación de las características constructivas de la válvula, que refleja

la presión estática que la válvula podría soportar sin sufrir daños. Esto no quiere decir que deba considerarse esta presión como presión normal de trabajo. Este valor aparece marcado en el cuerpo de la propia válvula con las letras PN seguidas de la presión nominal expresada en bares.

Presión de trabajo Es la máxima presión estática a la que la válvula puede trabajar en

condiciones normales (de forma permanente). Máxima presión diferencial Es la máxima presión diferencial entre las vías principales (entrada / salida)

que la válvula puede soportar, de forma que pueda abrir y cerrar correctamente y que las fugas en el cierre se mantengan por debajo de los valores permisibles.

Temperaturas de trabajo (del fluido y del ambiente) Son las máximas / mínimas temperaturas tanto del medio (fluido a controlar),

como del ambiente, en cuyo rango la válvula funciona correctamente.


VÁLVULA DE CONTROL DE 2 VÍAS

Este tipo de válvula tiene una entrada y una salida, de forma que existen dos posibles posiciones: apertura y cierre.


VÁLVULA DE CONTROL DE 3 VÍAS

Este tipo de válvulas pueden ser:

• mezcladora

• diversora


VÁLVULA DE 3 VÍAS MEZCLADORA

• Tiene dos entradas y una salida.• La ida a temperatura ti se

mezcla con el retorno a temperatura tr en la proporción necesaria para obtener la temperatura de mezcla tm deseada.

• La válvula de tres vías se puede sustituir por dos de dos vías trabajando en oposición

• Aplicaciones:Control de temperaturaProcesos de

pasterización


VÁLVULA DE 3 VÍAS DIVERSORA

• Tiene una entrada y dos salidas

• Su misión en el circuito es la de dirigir el fluido desde la entrada, hacia una de las dos salidas

• La válvula de tres vías se puede sustituir por dos de dos vías trabajando en paralelo

• Aplicaciones:Priorización de

circuitosAlternancia de

circuitos


VÁLVULA DE 4 VÍAS

Tiene dos entradas y dos salidas y un número infinito de posiciones

•Válvula totalmente abierta

Cada entrada está conectada con una salida, uniendo las ti de ambos circuitos entre sí, así como las tr entre ellas.

•Válvula en cualquier posición intermedia

Se comporta como válvula mezcladora, resultado la ti del circuito B como la mezcla de la ti de circuito A y la tr del circuito B. Así mismo, la tr del circuito A será la mezcla de la ti del circuito A y la tr del circuito B.

•Válvula totalmente cerrada.

La ti y la tr del circuito A se comunican entre sí, e igualmente la ti y tr del circuito B, quedando independizados ambos circuitos


DIAGRAMAS DE PÉRDIDA DE CARGA PARA DIFERENTES

TEMPERATURAS Y MATERIALES

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