F.A.U.D. U.N.C.

i2a TRABAJO PRÁCTICO CALEFACCION 2014

Esta guía pretende ayudar al alumno, a resolver un caso de anteproyecto de sistema de calefacción.

(si bien en este caso, se obliga al alumno a resolver un sistema por radiadores, es comprensible que con los mismos pasos, pueda resolver otros sistemas a partir de conocimientos que asimile a lo largo del curso)

El trabajo se desarrolla a través de semanas sucesivas 1) ubicación de los componentes del sistema. 2) Calculo del K de los distintos cerramientos del edificio 3) Estimación de carga térmica de invierno I 4) Estimación de carga térmica de invierno II 5) Determinación de modelo y cantidad de elementos de cada radiador y desarrollo de

la documentación, caldera, chimenea, cañerías, radiadores, etc. 6) Parcial de cierre 7 y 8 de Mayo de 2014 Para lo cual será necesario disponer de la documentación correspondiente al edificio,

en este caso tomaremos la vivienda desarrollada por el alumno en el curso del nivel anterior, es decir Arquitectura II, (PLANTA EQUIPADA y 2 CORTES esc 1:50) ya que de esa manera es bien conocido por el alumno (para el caso de alumnos que no hubieren cursado aun Arquitectura II tomará el trabajo realizado en Arquitectura I)

1) COMPONENTES DEL SISTEMA Estudio previo del edificio y locales motivo del ejercicio, (vivienda que el alumno

conoce por cuanto ha sido de su propio desarrollo en nivel II), y ubicación tentativa de los componentes del sistema de calefacción adoptado según pautas generales para cada uno de los componentes del sistema, y que luego el alumno verificara si resulta correcto o no en cuanto a su ubicación, cuando a través del desarrollo del ejercicio conozcas dimensiones, pesos, forma, requerimientos de espacios técnicos y/o afluentes (gas, electricidad) o efluentes. (gases de la combustión)

2) CALCULO DE K

Comenzando de manera analítica con el anteproyecto, se procede a determinar el K de los cerramientos, tomando en este caso, específicamente un techo exterior. (se supone que si se resuelve bien uno cualquiera, luego se podrá resolver los demás)

El Cálculo de K, tal como se indica en el apunte teórico, es un método analítico que

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permite determinar la cantidad de calor, expresado en Kilocalorías, que puede pasar por hora a través de un m2 de un cerramiento heterogéneo, es decir, compuesto por diferentes materiales y espesores, y por cada ºC de diferencia de temperatura entre sus caras.

K (Coeficiente Global de Transmitancia Térmica) = Kcal. / h m2 ºC

Para realizar el cálculo se utiliza una planilla elaborada por la Cátedra (Ficha para el T.P.Nº 2), y Tablas con características de los distintos materiales a utilizar en el cerramiento.

Método de Cálculo de K

Mediante la Planilla adjunta se procederá de la siguiente manera:

1.- En el espacio en blanco en la parte superior, trazar un esquema con las características constructivas del cerramiento a analizar, indicando los espesores de cada uno de los materiales que lo componen, incluyendo cámaras de aire si las hubiera. 2.- Indicar la época del año para la cuál se realiza el cálculo (verano o invierno), y la Zona Bioclimática donde se utilizará el cerramiento, según Norma IRAM 11.603 (gráfico 1). 3.- En la Planilla se asentarán los siguientes datos:

- Columna 1: Materiales utilizados, incluyendo cámaras de aire, si hubiera. - Columna 2: Espesor de cada material, e ( en metros ).

- Columna 3: Coeficiente de Conductividad Térmica (tabla Nº 2).

- Columna 4: Calcular la Resistencia Térmica parcial: R= e / En esta columna se anotarán también los valores de R correspondientes a las cámaras de aire (tabla Nº 3) y las Rsi y Rse ( tabla Nº 4 ). - Columna 5: Peso Específico (densidad) del material Pe (Kg. / m3) (tabla Nº 2 ). - Columna 6: Calcular el Peso por m2 del material P = e x Pe. 4.- Efectuar la sumatoria de todas las R (Resistencias Térmicas) calculadas en la columna 4, con lo que obtendremos el Valor de R total ( h m2 ºC / Kcal.). 5.- Sumar todos los valores de P (Peso), de la columna 6, que estará expresado en Kg/m2. 6.- Reducir el valor calculado anteriormente a Toneladas / m2 ( Tn / m2). 7.- Calcular el valor de K total = ( 1 / R total ) 8.- Calcular el valor de K máximo admisible según Temperatura exterior de diseño (tabla 5 a y 5 b ) Se deberán obtener 3 valores de k admisible (A, B, C) según el nivel de eficiencia energética que se pretenda obtener con la aislación térmica de la envolvente. 9.- Verificar que el valor de K obtenido en el cálculo sea igual o menor que el máximo admitido.

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Ejemplos de Resolución

Se adjuntan a la presente Guía, ejercicios resueltos, como los que deberá ejecutar cada alumno en la primera parte del Trabajo Práctico 2º Parte: Ubicación del Plano de Condensación (Esta segunda parte no es de desarrollo obligatorio y se ofrece como complemento a aquellos alumnos que deseen profundizar algunos aspectos de las características de los cerramientos) Este método gráfico-analítico permite verificar si en el muro que estamos considerando, la condensación superficial se produce dentro del mismo o si por el contrario, esta condensación se verifica sobre la cara interior del cerramiento. En el caso de resultar cierta la segunda alternativa, deberemos modificar las características constructivas del muro para evitar este serio inconveniente.

METODO GRAFICO PARA UBICAR EL PLANO DE CONDENSACIÓN Utilizaremos el mismo muro del Ejercicio Modelo, Cálculo de K , y los siguientes datos adicionales,

para Río Gallegos, en invierno:

Condición de diseño exterior - te -7,2º C - hr 70 % Condición de diseño interior - ti 19 ºC - hr 50 %

1.- En el Diagrama Psicrométrico se determina la temperatura de rocío ( tr ) del aire interior, ingresando

para ello, como datos, los valores de diseño interior establecidos ( ti y hr ).

RevoqueInterior (R1)

e = 0,03 m

HormigonArmado (R2)

e = 0,12 m

PoliestirenoExpandido (R3)

e = 0,05 m

LadrilloCerámico (R4)

e = 0,08 m

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El valor resultante ( tr, 8,5 ºC ), nos indica que el vapor de agua contenido esa masa de aire interior, comenzará a condensarse sobre las superficies que estén a una temperatura más baja que la calculada. Para evitar este inconveniente (las paredes transpiran), se hace necesario verificar si esta condensación se produce sobre la cara interior del muro y de ser así, deberán modificarse sus características constructivas para lograr que el vapor de agua se condense dentro de la masa del muro.

2.- Tomando los datos de la planilla de cálculo de K, determinamos R total: R total = Rsi + R1 + R2 + R3 + R4 + Rse R total = 0,140 + 0,040 + 0,069 + 1,429 + 0,190 + 0,050 = 1,918 h m

2 ºC / Kcal.

3.- En un sistema de ejes coordenados, representaremos en el eje de absisas los valores de R, expresado en h m

2 ºC/Kcal., dibujando el muro en estudio, con el ancho de cada material en escala proporcional

a su resistencia. En el eje de ordenada se representan los valores de temperatura, en ºC. 4.- Gráficamente, representaremos el gradiente de temperatura que se produce en cada uno de los materiales, comenzando con el valor de ti sobre la cara interior, finalizando con la te, sobre la cara exterior del muro. 5.- En la intersección del gradiente térmico y la temperatura de rocío tr, encontraremos el plano de condensación.

temp. rocio8,5 ºC

hr 50 %

ti 19 ºC

0

10

20

tem

pe

ratu

ra (

ºC

)

R (h m2 ºC/Kcal)

1 2

te (-7,2 ºC)

ti (19 ºC)

pr (8,5 ºC)

plano decondensación

Rsi R1 R2 R3 R4 Rse

0

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6.- Se puede observar que el plano de condensación se encuentra en el interior del muro, específicamente casi en el medio de la placa de poliestireno expandido ( R3 ), pudiéndose concluir en consecuencia que el muro verifica correctamente.

3 y 4) ESTIMACIÓN DE CARGA TÉRMICA DE INVIERNO I y II

La Estimación de las Cargas Térmicas o Balance Térmico, es un método analítico que permite determinar la cantidad de calor que se deberá suministrar (o eliminar en verano) de un ambiente a climatizar, para compensar las pérdidas (o ganancias en verano) de calor a través de los cerramientos, producidas por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, por las cargas internas y por el aire de renovación.

Los principios generales en que se fundamenta el cálculo, tanto para invierno como para verano, son muy similares, y los podemos agrupar en:

perdidas de calor por transmisión

ganancias internas

aire exterior

0 1

tem

pera

tura

(

ºC

)

0

R (h m2 ºC/Kcal)

2

10

20

- 10

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Las perdidas de calor por transmisión, se producen a través de los distintos cerramientos, y depende de manera directa de:

- El Coeficiente Global de Transmitancía Térmica ( K ), de cada uno de los cerramientos.

- La superficie de cada cerramiento ( m2 ).

- La diferencia de temperatura ( t ), entre ambas caras del cerramiento.

Las ganancias internas de calor, son generadas por artefactos, persona o la iluminación.

- En el caso del Balance Térmico para Invierno, por ejemplo, no se tendrán en cuenta los aportes de calor producidos por la iluminación, los artefactos o las personas, salvo situaciones muy particulares, ni los aportes de calor por radiación solar directa o difusa, ya que se considerará al local en la condición mas desfavorable.

En Invierno de manera habitual solo se calculan las perdidas de Calor Sensible, y en general los parámetros de confort no tienen en cuenta valores de humedad relativa.

Los pasos a seguir, para la realización de dicha estimación serán los siguientes:

A) Estudio previo del edificio y del local motivo del cálculo. A los efectos de obtener resultados confiables y realistas de las cargas, es requisito fundamental un estudio riguroso, preciso y completo del espacio a acondicionar y las cargas térmicas que pudieran actuar sobre él. Para ello, en forma previa deberemos evaluar los siguientes aspectos:

ORIENTACIONES, principalmente de los aventanamientos y las estructuras vecinas que pudieran afectar con sus sombras al conjunto en estudio.

DESTINO y USO, vivienda, oficina, comercio, salón para espectáculos, etc.

DIMENSIONES, ancho, largo, alto, volumen a acondicionar; espacios virtuales y reales, vacíos bajo piso o entretecho, etc.

MATERIALES Y CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVA, masa, densidad, resistencia térmica.

EQUIPAMIENTO, fundamentalmente en lo referido a probables fuentes de calor, sensible o latente, pero además su ubicación por cuanto condicionan la ubicación de componentes en los ambientes.

En todos los pasos se debe dejar constancia de los criterios seguidos o las decisiones tomadas, en la Memoria de Cálculo que acompañará al trabajo.

Para la realización del cálculo se utilizarán las planillas que se adjuntan en la presente guía, (Planillas para Estimación de Cargas Térmicas I y II )

B) Determinación de las Condiciones Exteriores e Interiores de diseño.

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(ver en apuntes teóricos las Lecciones 2 y 3) B1) Para determinar las Condiciones Exteriores de diseño (ver Lección Nº 2), se recomienda la utilización de los valores indicados por la Norma IRAM 11603 para cada región del país (Tabla Nº 6), (antes de utilizar otros valores distintos a los aconsejados, releer los conceptos teóricos sobre como se determinan las condiciones exteriores de proyecto). B2) En cuanto a las Condiciones Interiores de Diseño, temperatura y humedad relativa requeridas en el local a acondicionar (ver Lección Nº 3), podrán ser establecidas por el comitente de acuerdo a sus necesidades específicas o por el proyectista, utilizando los valores recomendados (Tabla Nº 7). (con idéntico criterio al anterior, antes de utilizar otros valores distintos a los aconsejados, revisar los conceptos teóricos sobre confort y la manera en que los mismos se determinan). C) Ganancias y Pérdidas por los Cerramientos. (Lecciones Nº 4 y 5) C1) Mediante los planos de planta y cortes del local a acondicionar, con sus dimensiones, se identificarán y calcularán las superficies de cada uno de los cerramientos (muros, techos, pisos, puertas, ventanas, etc.), asentándose las superficies resultantes (S) en la planilla del T.P.Nº2, junto con su orientación, (esto ultimo resulta de interés para cuando debamos realizar el balance térmico de verano a dicho edificio). C2) Para los cerramientos opacos, procederemos a determinar el valor de K de cada uno de ellos. Para los de uso más común recurriremos a la Tabla Nº 8. Para los casos de cerramientos especiales que no figuren en dicha tabla, deberemos realizar el cálculo correspondiente, tal como se hizo en el primer trabajo practico, y verificar que cumpla con la norma IRAM 11603. C3) En el caso de cerramientos translúcidos, en invierno debemos calcular solamente las pérdidas por transmisión, asentando en la planilla los valores de K de los vidrios. D) Determinación de las Cargas Internas. (Lección Nº 7) solo si hemos considerado relevantes las mismas D1) PERSONAS, determinaremos el numero de ocupantes del local y el tipo de actividad que realizarán, para obtener los valores de calor Sensible que aportará cada una de ellas (Tabla Nº 11).recuérdese que siempre deberá tomarse en invierno valores de mínima D2) ILUMINACIÓN, determinaremos el consumo horario de energía eléctrica, en Vatios o Kw, recordando que para las lámparas de descarga gaseosa, habrá que tener en cuenta un adicional de potencia de un 100 % sobre su potencia nominal. recuérdese que siempre deberá tomarse en invierno valores de mínima Consultar valores indicativos en tabla 13

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D3) ARTEFACTOS, deberá tenerse en cuenta los artefactos que produzcan calor, encontrándose indicados en la Tabla Nº 12 los valores de artefactos de uso común, principalmente en cocinas de restaurantes y comedores.

E) Determinación del Caudal de Aire Exterior. E1) En primer término procederemos a determinar el caudal de aire exterior infiltrado por las aberturas, utilizando para ello el MÉTODO DE LAS RENOVACIONES (Tabla Nº 16), ( en viviendas suele en la practica comercial estimarse en un volumen hora)o bién utilizando el MÉTODO DE LAS HENDIJAS (Tabla Nº 15). Este último método permite un resultado más exacto del volumen de aire infiltrado en el local. E2) A continuación calcularemos el caudal de aire necesario para lograr una renovación higiénica, según la actividad y número de fumadores, pudiendo encontrar los valores recomendados en la Tabla Nº 14. E3) Por último, verificaremos si el aire infiltrado resulta suficiente para lograr la renovación higiénica calculada anteriormente, en caso de no resultarlo, deberemos completar el volumen requerido mediante una Toma de Aire Exterior (TAE).

F ) CÁLCULO MEDIANTE LAS PLANILLAS PARA B.T.

Se adjuntan a la presente, planilla en blanco (eventualmente para fotocopiar) y otra de un ejemplo resuelto

F1) DATOS BÁSE DE CÁLCULO: Procederemos a llenar según corresponda el encabezamiento de la planilla (Estimación de las Cargas Térmicas I ). Lo habitual resulta realizar el Balance Térmico de invierno para el día 21 de junio a las 6 Hs.

En caso de ser necesario realizar dicho balance en otros horarios, se dejará asentado en la memoria de cálculo dichas modificaciones y el porqué de ellas.

Los valores de temperatura interior y exterior serán los que se determinaron en el paso B. Una vez establecidos estos valores, se asentarán en el encabezamiento, todos los datos que allí se piden:

- Ubicación. - Destino. - Fecha y hora para invierno y verano. - tbs exterior “ “ “ - tbs interior “ “ “

- t (te-ti) “ “ “

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F2) GANANCIAS Y PERDIDAS POR TRANSMISIÓN: En la planilla de Estimación de las Cargas Térmicas ( I ), se asentarán los siguientes datos: - Columna 1: Cada uno de los cerramientos, opacos y translúcidos, ordenados según su identificación en el plano del local y, en lo posible, sus dimensiones. - Columna 2: La orientación de cada cerramiento.(este dato nos será de utilidad cuando realicemos la parte del verano) - Columna 3: Los valores de K correspondientes a los cerramientos opacos. Para los cerramientos translúcidos se asentarán los valores de K para calcular las pérdidas por transmisión ( tr. ) en invierno. - Columna 4: La superficie ( S ) neta de cada cerramiento.

- Columna 6: La diferencia de temperatura ( t ), en invierno, establecida previamente en el encabezamiento, entre la temperatura interior y la exterior ( te – ti ). Cuando se esté considerando algún cerramiento que no dé directamente al exterior (el caso de cerramientos medianeros, colindantes con otro local, o entrepisos con un local arriba o abajo), se considerará como temperatura exterior ( te ), la del local colindante. Si no se conociera dicha temperatura, o el local no estuviera acondicionado, se tomará como diferencia de temperatura la resultante de dividir por 2 la diferencia de los otros cerramientos que lindan con el exterior. ( te – ti / 2). En el caso de pisos en contacto con el terreno natural, en nuestro medio normalmente despreciamos sus pérdidas, pero si trabajásemos más al sur, podríamos considerar una franja perimetral de 1 metro de ancho, con un valor de K de 2 Kcal/h m2 ºC. Estos valores se asentarán solamente para el cálculo de pérdidas por transmisión en invierno. - Columna 7: Se efectuará la operación para determinar las pérdidas en invierno de cada uno de los cerramientos:

. Por transmisión, opacos y translúcidos

K x S x t Importante: Los valores obtenidos como resultados de estas operaciones se asentarán en la columna correspondiente, redondeados sin decimales. - Columna 8: Para cerramientos opacos que NO den al exterior, la diferencia de

temperatura ( t ), en verano, establecida previamente en el encabezamiento, entre la temperatura interior y la exterior ( te – ti ).

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Con igual criterio que en la Columna 6, (el caso de cerramientos medianeros, colindantes con otro local, o entrepisos con un local arriba o abajo), se considerará como temperatura exterior ( te ), la del local colindante. Si no se conociera dicha temperatura, o el local no estuviera

acondicionado, se tomará como t el 50 % de la diferencia de temperatura existente entre nuestro local en estudio y el exterior ( te – ti / 2). sub. total 1: Se sumarán los resultados obtenidos en las columnas 7 y 9, obteniéndose los subtotales 1 del Balance Térmico I , que representan el calor que se pierde, ( y se gana de manera excepcional en invierno) a través de todos los cerramientos. Estos resultados también se redondean sin decimales y se transportarán al comienzo de la siguiente planilla. F3) GANANCIAS POR CARGAS INTERNAS: En la planilla de Estimación de las Cargas Térmicas ( II ), se asentarán los siguientes datos: - Columna 10: Cantidad de personas que ocuparán el local.( en invierno si se justifican) - Columna 11: . Para personas, el coeficiente de calor sensible y latente, aportada por cada uno de los ocupantes, determinado según lo explicado en el apunte teórico (pag. 29) y tabla Nº 13. . Para Artefactos, calor sensible, 0,86, coeficiente de conversión de W a Kcal/h. . Para Iluminación, calor sensible, 0,86, coeficiente de conversión de W a Kcal/h. . Para Infiltración de Aire, Cal. Sensible y Cal. Latente: 0,31 y 0,71, Coeficientes de volumétricos de calor sensible y latente respectivamente. - Columna 12: . Para Artefactos, ( si están plenamente justificados) la Potencia eléctrica total consumida por estos dispositivos. . Para Iluminación, la Potencia por m2 o la potencia total instalada. . Para Iluminación, si el dato es la potencia por m2, se indicará la superficie del local. - Columna 13: . Para Infiltración de aire, el volumen calculado según lo explicado en la pag. 32 del Apunte Teórico.

- Columna 14: Para Infiltración de aire, la diferencia de temperatura t (te-ti) - Columna 15: Se efectuará la operación para determinar las perdidas de calor sensible en invierno,

0,31 x Vol. x t - Columna 16: Para Infiltración de aire: Calor Sensible, la diferencia de

temperatura t (te-ti). Calor Latente, la diferencia de

humedad específica he. - Columna 17: Se efectuarán las operaciones para calcular las ganancias de calor sensible en verano: . Para personas, Cant. x Coef.

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. Para artefactos, Pot. x 0,86 . Para Iluminación, 0,86 x Pot. x Sup. . Para Infiltración, 0,31 x Vol. x - Columna 18: Se efectuarán las operaciones para calcular las ganancias de calor latente en verano: . Para personas, Cant. x Coef. . Para artefactos, Pot x 0,86.

. Para Infiltración, 0,71 x Vol. x he. Todos los valores obtenidos en las columnas 15, 17 y 18 se redondearán sin decimales. Sub total 2: Se sumarán los resultados obtenidos en las columnas 15, 17 y 18, más los valores transportados de la planilla anterior como Sub total 1, obteniéndose los Sub totales 2 para invierno y verano.

F4) GANANCIAS POR AIRE EXTERIOR (ver lección Nº 8)

En la planilla se asentarán los siguientes datos: - Columna 19: No se usa. - Columna 20: Los coeficientes de Calor Sensible,

- Columna 21: No se usa. - Columna 22: Los volúmenes de TAE, calculados

- Columna 23: La t de invierno, calculada en el encabezamiento. - Columna 24: Se efectuará la operación para determinar las perdidas de calor sensible:

en invierno: 0,31 x Vol. x t. - Columna 25: no se usa en invierno

- Columna 26: no usamos. - Columna 27: no usamos Sub total 3: Se sumarán los resultados obtenidos en la columna 24 sub. totales 3 para invierno

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CARGAS TOTALES SOBRE EL EQUIPO

Se sumarán los sub. totales 2 + 3, de las columnas de invierno Obteniéndose los totales del Balance Térmico, expresado en Kcal. / h, que nos están indicando la capacidad de los equipos que deberemos instalar en cada uno de los locales a los estamos realizando su estimación de carga térmica ( por ahora solo los valores de INVIERNO), para calefaccionarlo.

5) CALCULO DE RADIADORES a- ESTUDIO PREVIO DEL EDIFICIO Y LOCALES MOTIVO DEL CÁLCULO

(VISTO EN LA PRIMERA SEMANA) A adquiere los fines de obtener resultados correctos, es requisito fundamental un

estudio riguroso, preciso y completo del espacio y las cargas térmicas que actúen sobre él. En el caso del cálculo de radiadores mucha importancia el estudio del equipamiento; en especial en cuanto a los lugares que el mismo puede ocupar y las obstrucciones que a la correcta ubicación de los mismos pueden ocasionar a los radiadores y viceversa, (en todos los pasos se debe dejar constancia de los criterios seguidos o las decisiones tomadas en la memoria de cálculo que acompañará al trabajo). b- UBICACIÓN DE RADIADORES

Del estudio anterior y teniendo en cuenta las recomendaciones sobre ubicación de radiadores, se procede a determinar el lugar y modo de montaje de cada radiador (nicho, pantalla o libre).

c- CALCULO DE LA CAPACIDAD O POTENCIA DE LA CALDERA

Para determinar la capacidad de la caldera, en Kcal /h, se deberá considerar: 1. La sumatoria de las pérdidas de calor de cada ambiente, (llamadas cargas netas),

calculadas mediante el balance térmico, ( B.T). 2. Un porcentaje de incremento sobre las cargas netas, para Lograr el estado de

régimen en un término de tiempo adecuado. Los incrementos por este concepto son los descriptos en tabla Nº 23. Coeficiente de Servicio ( I ).

La carga total resultante de estos dos ítems se denomina Carga Calorífica Máxima o

Bruta, expresada en Kcal/h, y será el valor que tendremos que considerar en el momento de elegir la caldera a instalar en el sistema.

Carga Bruta(Kcal/h) = B.T. x Coef.( I ). (a)

CARACTERÍSTICA DE LOS RADIADORES. Dado que los radiadores son cuerpos calefactores constituidos por módulos (llamados

elementos), que transfieren el calor justamente por radiación a través de su superficie, la

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cantidad neta de calor que cada uno de estos elementos puede emitir dependerá de las características de diseño propias de cada marca y modelo.

En la actualidad la mayoría de las instalaciones de calefacción por radiadores funciona

con agua caliente con circulación forzada y los fabricantes proporcionan los datos de capacidad neta de emisión de sus modelos, para un salto térmico (Δt) de 60º C, entre el agua proveniente de la caldera y el ambiente a calefaccionar. (en caso de utilizar Vapor o tener un sistema sin bomba, o agua a menor temperatura CONSULTAR con el fabricante)

Este dato se lo designa indistintamente como: Rendimiento; Emisión por Elemento; Emisión Térmica, en todos los casos, expresado en Kcal/h o w/h por cada elemento.

A título indicativo se incluyen en el apunte de Tablas y Ábacos características de algunas de las marcas y modelos existente en el mercado, Tabla Nº 27.

La cantidad de calor emitida dependerá también del color con el cual se encuentran pintados los elementos (si bien hoy en día los radiadores vienen pintados de fabrica con pinturas horneadas, las que no afectan el rendimiento según el color, recuerde que si quiere pintar los radiadores por cuestiones estéticas con pinturas de base metálica aluminio, bronce o cobre va tener una pérdida de eficiencia del orden del 15 al 18 % por lo que deberá incrementar en ese porcentaje la cantidad de elementos) Véase tabla 25 (coef III)

La condición de ubicación de los radiadores también modifica su rendimiento por lo que también deberá incrementar la cantidad de elementos según valores de la tabla Nº 26 Si la ubicación no es la de simplemente adosad a la pared.

En las siguientes figuras se representan las condiciones de ubicación posibles, indicándose las dimensiones mínimas a tener en cuenta en el momento del diseño.

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d - CALCULO DEL TAMAÑO DE LOS RADIADORES

Elegida la marca y el modelo a utilizar, y con los datos del balance térmico de cada local, procederemos a determinar la cantidad de elementos que compondrán cada uno de los radiadores, para lo cual se dividen las pérdidas de cada local (Q local, Kcal/h) por la capacidad de emisión de cada elemento, (Rendimiento, kcal/h)

Q (local) (Kcal/h) Cantidad de elementos = Rendimiento (kcal/h)

RECUERDE si va a pintarlo con pintura de base metálica incremente según Tabla Nº 25. Coef III RECUERDE si va colocarlo en otra ubicación distinta que simplemente adosado deberá

incrementar según los valores consignados en Tabla Nº 26. Coef IV

DETERMINACION DE LAS DIMENSIONES DE CADA RADIADOR El valor resultante tendrá que ser siempre un número entero. En caso de obtener una

cifra con decimales, se efectuará el redondeo, siempre hacia un número mayor (redondear para arriba) pudiéndose entonces volcar el resultado sobre los planos de ejecución con la ubicación del radiador y la anotación del mismo, que se indica así (valores tomados del ejercicio de aplicación).

X – M500 - 560. Donde:

el primer valor indica la cantidad de elementos que componen el radiador, según cálculo(X)

el segundo valor indica el tamaño (M500) el tercer valor indica la altura (56 cm de alto).

De acuerdo a las dimensiones y la forma del local a calefaccionar, puede resultar

necesario, para lograr una mejor distribución del calor, dividir la cantidad total de elementos en dos o más radiadores.

En todos los casos se deberá tener en cuenta que los radiadores ubicados bajo las

ventanas permiten obtener una mejor y más confortable distribución del calor por convección.

De la misma tabla de características obtendremos las dimensiones de cada elemento,

lo que nos permitirá conocer las dimensiones totales de cada radiador, (ancho, largo y alto del mismo).

Cuando la disposición del radiador sea dentro de un nicho, se deberán respetar las

medidas mínimas indicadas en la figura anterior, a los efectos de permitir la Correcta circulación del aire así como también la facilidad para su instalación y operación.

Para conocer el ancho total del radiador deberemos multiplicar el numero de

elementos por el ancho de cada elemento (recordar que en caso de ubicar el radiador en

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un nicho el mismo debe tener unos 20 cm adicionales para ubicar las llaves de corte y regulación y ademas posibilitar las conexiones a la red del fluido.)

Ancho del Radiador = Número de Elementos x espesor de cada elemento (A de tablas) Ancho mínimo del nicho = ancho total del radiador + 20 cm.

Alto mínimo del nicho = altura del elemento (H de tabla) + 15 cm.

Profundidad del nicho = profundidad del radiador (E de tabla) + distancias mínimas, según situación (gráfico de pagina 2)

Se adjunta planilla en blanco (eventual fotocopias) y planilla de ejercicio resuelto

CALCULO DEL VASO DE EXPANSION (para pequeñas instalaciones domiciliarias y comerciales, habitualmente el tanque viene incorporado a la caldera mural o bajo mesada, por lo tanto este calculo no es obligatorio ni exigido en el practico, y se lo agrega como ayuda en caso de tener una gran instalación)

El vaso de expansión se utiliza únicamente en instalaciones de agua caliente, con circulación natural o forzada, es decir que no se ha de calcular en instalaciones que funcionan con vapor.

El volumen que se asigna a este tanque estará en relación directa con la cantidad de agua de todo el sistema y existen varios métodos para calcularlo. En este caso utilizaremos el que estima que su capacidad, en litros, será igual a la capacidad de cada elemento (de tabla Nº 27) multiplicado por la cantidad de elementos; y luego tomamos el 10% de este valor resultante.-

Capacidad del elemento (lts) x Nº de elementos

Volumen del Tanque de Expansión (lts) = 10 Al valor resultante se lo redondeará sin decimales.

DOCUMENTACION DEL SISTEMA Desarrollara en una planta equipada (esc 1:50) toda la instalación con sus radiadores, cañerías, caldera etc. Corte esquemático de su vivienda que pase por la caldera y un radiador esc 1:25

6) SEMINARIO DE CIERRE El alumno deberá concurrir ese día con la bitácora completa, quienes no tengan 4 firmas

por trabajos en clase deberán traer todo pasado en limpio incluyendo un alzado en 3D. En taller se trabajara sobre algún trabajo elegido al azar por el P.A.

7) PARCIAL

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EJERCICIOS RESUELTOS A continuación se desarrollan Ejercicios Modelos, similares a los que se ejecutaran durante los Trabajos Prácticos que se desarrollaran durante el curso lectivo, estos son de Cálculo de K, Balance Térmico, y Calefacción.

Cálculo de K

En los ejercicios que ha continuación veremos, se han ido variando la conformación de los muros y/o techos En el 2 y 3 se repiten las condiciones del anterior (1), pero se ha agregado una placa de poliestireno y cámara de aire, observar como varió (aumento) el valor de K, superando el valor máximo admisible según la norma IRAM 11.603.

Los valores de K de un muro y un techo se calculan en base a los siguientes datos:

- Ubicación: Córdoba - Época del año: Invierno

- Zona Bioclimática: IIIa - Temp. Exterior de invierno: - 0,4ºC.

- Características constructivas:

Muro - 1 Muro 2 Hormigón Armado, espesor 0,15 m Hormigón Armado, espesor 0,15 m Ladrillo cerámico, 0,10 m Poliestireno expandido 0.075 m Revoque interior 0.030m Ladrillo Cerámico 0,10 m Revoque interior 0.030m

Muro 3 Hormigón Armado espesor 0,15 m Cámara de aire A 0.02 m Ladrillo Cerámico 0,10 m Revoque interior 0.03m

Techo - 1 Techo - 2

Revoque interior, espesor 0,03 m Revoque interior espesor 0,03 m Ladrillo cerámico, 0,09 m Ladrillo Cerámico 0,09 m Hormigón Armado 0.05 m Hormigón Armado 0.05 m Hormigón de Cascotes 0,15 m Poliestireno Expandido 0.04 m Bovedillas 0,025 m Hormigón de Cascotes 0,15 m Bovedillas 0,025 m

El Poliestireno Expandido utilizado es de una densidad de 15 Kg/m3

Importante: Los valores de R, R total y Peso Total (en Tn/m²) se calcularán redondeando los

resultados con 3 decimales, los valores finales de K Total y K máximo admisible, se calcularán

redondeando solamente con 2 decimales.

I2a

17

CALCULO DE K MURO - Ejemplo 1

Esquema del cerramiento Ubicación:Córdoba….

Epoca del año: Invierno

Zona bioclimatica: IIIa

Material Espesor R Peso Espec. Peso

(m) Kcal/h m ºC h m2 ºC /Kcal kg/m³ kg/m²

Rse 0,150

Hormigon Armado 0,150 1,750 0,086 2.400 360,00

Ladrillo Ceramico 0,100 0,420 0,238 1.200 120,00

Revoque Interior 0,030 0,750 0,040 1.800 54,00

Rsi 0,050

R Total = 0,564 534,00

(h m2 ºc / Kcal)

1,774 0,53

(Kcal / h m2 ºC) (tn/m²)

K máximo admisible:

a b c

invierno 0,31 0,85 1,51

Verifica?

K(1/RTotal) =

no verifica

I2a

18

CALCULO DE K MURO - Ejemplo 2

Esquema del cerramiento Ubicación:Córdoba….

Epoca del año: Invierno

Zona bioclimatica: IIIa

Material Espesor R Peso Espec. Peso

(m) Kcal/h m ºC h m2 ºC /Kcal kg/m³ kg/m²

Rse 0,150

Hormigon Armado 0,150 1,750 0,086 2.400 360,00

Poliestir. Expandido 0,075 0,035 2,143 15 1,13

Ladrillo Ceramico 0,100 0,420 0,238 1.200 120,00

Revoque Interior 0,030 0,750 0,040 1.800 54,00

Rsi 0,050

R Total = 2,707 535,13

(h m2 ºc / Kcal)

0,369 0,54

(Kcal / h m2 ºC) (tn/m²)

K máximo admisible:

a b c

invierno 0,31 0,85 1,51

Verifica?

K(1/RTotal) =

niveles B y C

I2a

19

CALCULO DE K MURO - Ejemplo 3

Esquema del cerramiento Ubicación:Córdoba….

Epoca del año: Invierno

Zona bioclimatica: IIIa

Material Espesor R Peso Espec. Peso

(m) Kcal/h m ºC h m2 ºC /Kcal kg/m³ kg/m²

Rse 0,150

Hormigon Armado 0,150 1,750 0,086 2.400 360,00

Cámara de aire A 0,020 0,190

Ladrillo Ceramico 0,100 0,420 0,238 1.200 120,00

Revoque Interior 0,030 0,750 0,040 1.800 54,00

Rsi 0,050

R Total = 0,754 534,00

(h m2 ºc / Kcal)

1,327 0,53

(Kcal / h m2 ºC) (tn/m²)

K máximo admisible:

a b c

invierno 0,31 0,85 1,51

Verifica?

K(1/RTotal) =

solo nivel C

I2a

20

CALCULO DE K TECHO - Ejemplo 1

Esquema del cerramiento Ubicación:Córdoba….

Epoca del año: Invierno

Zona bioclimatica: IIIa

Material Espesor R Peso Espec. Peso

(m) Kcal/h m ºC h m2 ºC /Kcal kg/m³ kg/m²

Rse 0,050

Bovedillas 0,025 0,700 0,036 1.600 40,00

Hormigon de Cascotes 0,150 0,670 0,224 1.600 240,00

Hormigón Armado 0,050 1,750 0,029 2.400 120,00

Ladrillo Cerámico 0,090 0,420 0,214 1.200 108,00

Revoque Interior 0,030 0,750 0,040 1.800 54,00

Rsi 0,120

R Total = 0,712 562,00

(h m2 ºc / Kcal)

1,404 0,56

(Kcal / h m2 ºC) (tn/m²)

K máximo admisible:

a b c

invierno 0,27 0,69

Verifica?

K(1/RTotal) =

no verifica

I2a

21

CALCULO DE K TECHO - Ejemplo 2

Esquema del cerramiento Ubicación:Córdoba….

Epoca del año: Invierno

Zona bioclimatica: IIIa

Material Espesor R Peso Espec. Peso

(m) Kcal/h m ºC h m2 ºC /Kcal kg/m³ kg/m²

Rse 0,050

Bovedillas 0,025 0,700 0,036 1.600 40,00

Hormigon de Cascotes 0,150 0,670 0,224 1.600 240,00

Poliestireno Expandido 0,040 0,035 1,143 15 0,60

Hormigón Armado 0,050 1,750 0,029 2.400 120,00

Ladrillo Cerámico 0,090 0,420 0,214 1.200 108,00

Revoque Interior 0,030 0,750 0,040 1.800 54,00

Rsi 0,120

R Total = 1,855 562,60

(h m2 ºc / Kcal)

0,539 0,56

(Kcal / h m2 ºC) (tn/m²)

K máximo admisible:

a b c

invierno 0,27 0,69

Verifica?

K(1/RTotal) =

verifica B y C

I2a

22

BALANCE TERMICO

Memoria de Cálculo

El trabajo consiste en estimar las pérdidas de calor, en invierno, de un local, cuya planta se adjunta, con las siguientes características y condiciones:

Local se desarrolla en un solo nivel, sin edificación en la parte superior Una de las dos caras menores (M2), es la fachada y está orientada al Oeste, en ella se encuentran la puerta de acceso y una vidriera (V2), y una de las caras mayores (M3), orientada al Norte, tiene dos vidrieras (V3), todas las dimensiones indicadas en el plano. La otra cara menor (M4), limita con un local, cuya temperatura se sabe es de 18 ºC durante todo el año y la cara mayor restante (M1), colinda con un local cuya temperatura se desconoce.

I2a

23

Ubicación: Córdoba Destino: Comercio CONDICIONES DE DISEÑO EXTERIOR Fecha y Hora. Tbs hr Vel. Viento INVIERNO 21 de junio 6 hs - 0,4 ºC VERANO 21 de enero 15 hs 34,3 ºC

CONDICIONES DE DISEÑO INTERIOR Fecha y Hora. Tbs hr INVIERNO: 21 de junio 6 hs 18 ºC 50 % VERANO 21 de enero 15 hs 26 ºC 50 %

CARACTERÍSTICAS DE LOS CERRAMIENTOS Muros externos: K = 1,6 Kcal/h m2 ºC Muros internos: K = 2,0 Kcal/h m2 ºC

Techo: K = 1,4 Kcal/h m2 ºC Vidrios: K = 5,5 Kcal/h m2 ºC Puerta: K = 1,3 Kcal/h m2 ºC Metálica, de una hoja sin burletes, sin cierre. Ventanas:

V2: Fijos, sencillo ordinario de 6 mm. Con persianas venecianas interiores, color claro. V3: Metálica, dos hojas, sin burletes, sin cierre, con vidrio

sencillo ordinario de 6 mm. Cantidad de personas: 15 Actividad: De pie, marcha lenta. Caudal de aire de renovación: Grandes almacenes. Número de fumadores pequeño: 13 m3 / h por persona

I2a

24

CÁLCULOS AUXILIARES: Q aire renovación: 13 m3/h persona x 15 personas = 195 m3

Cálculo de hendijas: V3: (( 3,40 x 2 ) + (1,40 x 3)) x 2 ventanas = 22 m lineales P1: (2 X 2 jambas ) + ( 1 X 2 arriba y abajo ) = 6 m lineales Total de hendijas: = 28 m lineales Q aire infiltración: aire de hendijas x coeficiente de tabla. (adopto el valor más cercano al valor del viento en la localidad). Q. infiltración : 28 m.hendija x 1,86 m³/m hendija = 52,08 m³ Q aire TAE : (13m3/h.persx15pers)=195 – 52.08 = 142.92 m³ M1 : 10,50 x 3,50 = 36,75 m2

M2 : (6,50 x 3,50) – ((2,80 x 1,40) + (1 x 2)) = 16.83 “ M3 : (10,50 x 3,50) – ((3,40 x 1.4) x 2) = 27,23 “ M4 : 6,50 x 3,50 = 22,75 “

V2 : 2,80 x 1, 40 = 3,92 “ V3 : (3,40 x 1,40) x 2 = 9,52 “ P1 : 1 x 2 = 2,00 “ Techo : 10,50 x 6,50 = 68,25 “

I2a

25

ESTIMACION DE CARGAS TERMICAS

UBICACIÓN : CORDOBA DESTINO : COMERCIO

Condiciones de Diseño INVIERNO Condiciones de Diseño VERANO

Fecha y Hora : 21 de Junio 6 hs

Fecha y Hora :

21 de enero 15 hs

t.b.s. Exterior ºC : -0,4

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " : 18,0 t : -18,4 t.b.s. Interior " : t :

h.rel. Exterior % : h.rel. Exterior % :

h.rel. Interior " : he: h.rel. Interior " : he:

Cargas Externas por TRANSMISIÓN y RADIACIÓN INVIERNO

CERRAMIENTOS K ó CALOR Desig. Medidas Orient RS S fr t : SENSIBLE M1 interior 2,00 36,75 -9,20 -676

M2 O 1,60 16,83 -

18,40 -495

M3 N 1,60 27,23 -

18,40 -802 M4 interior 2,00 0,00

V2 Tr. O 5,50 3,92 -

18,40 -397 " Rd.

V3 Tr. N 5,50 9,52 -

18,40 -963 " Rd.

P1 Tr. O 1,3 2,00 -

18,40 -48 " Rd. " Tr. " Rd. Piso

Techo Tr. Hor 1,40 68,25 -

18,40 -1758 " Rd.

Sub Total 1 :

5139 Cargas Internas

Pot. Vol. CALOR

Cant. Coef. W o Sup. t SENSIBLE

Personas C. Sensible " C. Latente Artefactos C. Sensible Artefactos C. Latente Iluminación

Infiltración C. Sensible --- 0,31 --- 52,08 -

18,40 -297

" C. Latente ---

Sub Total 2 : -297

Cargas Por Aire Exterior

CALOR

Coef. M3 t SENSIBLE

T.A.E. C. Sensible --- 142,92 ---

-18,40

-815

" C. Latente --- --- ---

Sub Total 3 : -815

I2a

26

TOTAL (Kcal/h) 1+2+3 -6251

Cálculo de Radiadores Realizaremos un ejercicio práctico de aplicación, calculando el sistema de calefacción a utilizar en la vivienda de la figura de más abajo, con los datos que a continuación se indican: Fluido a utilizar: Agua Caliente Circulación: Forzada Servicio: continuo. Marca de Radiador: TSA Modelo: en el Baño, toallero Sile, en el resto de los ambientes Pluss Tamaño: en el baño 20, en el resto de los ambientes, 600. Color: Blanco en todos salvo Estar que por cuestión estética se pintara Aluminio Ubicación: en el baño, adosado a pared, en el resto de los ambientes, nicho común Valores de B.T. de cada local: Estar: 1.800 Kcal/h Comedor: 1.747 Baño: 269 Dormitorio 1: 941 Dormitorio 2: 941 Dormitorio 3: 1082

Servicio (I): Continuo

Fluido a utilizar (II): agua circulacion forzada

Denominación local

Carg

a t

ém

ica d

el lo

ca

l

Kcal/h

Radiador Nº

Coeficientes corrección

Radiador Elegido

Cantida

d d

e e

lem

ento

s Dimensiones

Marca Modelo o

tipo Tamaño

Ancho (

A)

Alto (

H)

Espesor

( E

)

Rend

imie

nto

conte

nid

o a

gua

Ancho n

eto

Nicho

Flu

ido (

II)

Colo

r(III)

Ubic

ació

n (

IV)

Ancho

Alto

Pro

fundid

ad

mm mm mm Kcal/h lts. m m m m

Estar 1800 1 1,15 1,15 TSA Pluss 600 80 677 95 254 0,66 10 0,8 1 0,85 0,15

Comedor 1747 2 1 1,15 TSA Pluss 600 80 677 95 254 0,66 8 0,64 0,85 0,85 0,15

Baño 269 3 1 1 TSA Sile 20 500 855 480 5,5 1 0,5

Dormitorio 1 941 4 1 1,15 TSA Pluss 600 80 677 95 254 0,66 5 0,4 0,6 0,85 0,15

Dormitorio 2 941 5 1 1,15 TSA Pluss 600 80 677 95 254 0,66 5 0,4 0,6 0,85 0,15

Dormitorio 3 1082 6 1 1,15 TSA Pluss 600 80 677 95 254 0,66 5 0,4 0,6 0,85 0,15

∑ B.T.= 6780

Total de elementos

34

Cálculo de la Caldera

(Carga Bruta)

Cálculo del Tanque de Expansion

6780 x 1,00

6780 Kcal/h

((0,66x34)+(5,5x1))x0,1 = 2,794 Lts

ESTIMACION DE CARGAS TERMICAS

UBICACIÓN : CORDOBA DESTINO : COMERCIO

Condiciones de Diseño INVIERNO Condiciones de Diseño VERANO

Fecha y Hora : 21 de Junio 6 hs Fecha y Hora : 21 de enero 15 hs

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " : t : t.b.s. Interior " : t :

h.rel. Exterior % : h.rel. Exterior % :

h.rel. Interior " : he: h.rel. Interior " : he:

Cargas Externas por TRANSMISIÓN y RADIACIÓN INVIERNO

CERRAMIENTOS K ó CALOR

Desig. Medidas Orient RS S fr

t : SENSIBLE

M1 interior M2 O M3 N M4 interior V2 Tr. O " Rd.

V3 Tr. N " Rd. P1 Tr. O

" Rd. " Tr. " Rd. Piso

Techo Tr. Hor " Rd.

Sub Total 1 :

Cargas Internas

Pot. Vol. CALOR

Cant. Coef. W o Sup. t SENSIBLE

Personas C. Sensible " C. Latente Artefactos C. Sensible Artefactos C. Latente Iluminación Infiltración C. Sensible --- 0,31 ---

" C. Latente ---

Sub Total 2 :

Cargas Por Aire Exterior

CALOR

Coef. M3 t SENSIBLE

T.A.E. C. Sensible --- ---

" C. Latente --- --- ---

Sub Total 3 :

TOTAL (Kcal/h) 1+2+3

T.P. 1 CALCULO DE UN SISTEMA DE CALEFACCION CON RADIADORES

Servicio (I):

Fluido a utilizar (II):

Color (III):

Ubicación(IV):

Denominación local

Carg

a t

ém

ica d

el lo

ca

l

Kcal/h

Radiador Nº

Coeficientes corrección

Radiador Elegido

Cantida

d d

e e

lem

ento

s Dimensiones

Marca Modelo o

tipo Tamaño

Ancho (

A)

Alto (

H)

Espesor

( E

)

Rend

imie

nto

Capacid

ad

Ancho n

eto

Nicho

Flu

ido (

II)

Colo

r(III)

Ubic

ació

n (

IV)

Ancho

Alto

Pro

fundid

ad

mm mm mm Kcal/h lts. m m m m

∑ B.T.=

Total de elementos

Cálculo de la Caldera (Carga Bruta)

Cálculo del Tanque de Expansion Nota: En el cálculo no se utiliza el Coeficiente de Fluido (II) porque los fabricantes, en sus especificaciones de rendimiento, ya consideran el uso de agua caliente con circulación forzada

x = Kcal/h

x = lts