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3.- ANEXOS DE CLCULO.
3.1.- NECESIDADES DESHUMIDIFICACIN.
La evaporacin en la lmina de agua ser tanto mayor cuanto mayor sea la
ocupacin de la piscina, y en particular el nmero de baistas, porque la mayor
interaccin entre agua y aire en flujo turbulento que se crea como consecuencia del
chapoteo, favorece la evaporacin . Adems una elevada velocidad del aire tambin
favorece la evaporacin .
Existen dos factores adicionales que suponen un aporte de humedad extra al
ambiente y que debemos de considerar para calcular el incremento de humedad
absoluta:
1.- Carga latente de los propios baistas y del pblico en general, que es
un factor importante en las piscinas de competicin, porque la ocupacin de las gradas
es elevada.
2.- El aire exterior de ventilacin , que en algunos casos puede tener ms
humedad absoluta que el aire ambiente interior, y esto supone un aumento de la
humedad ambiental, aunque en la mayora de los casos ocurre justo lo contrario
ayudando a deshumectar por estar este aire exterior ms seco que el interior.
Para calcular la cantidad de agua evaporada se ha utilizado la frmula de
Bernier :
(Kg/h)
Me = masa de agua evaporada [kg/h]
S= superficie de piscina (m2)
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We=humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua (kgag/kga)
[Tabla: 0.0213 kg agua/kg aire]
Was=humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del aire interior
(kgag/kga) [Tabla: 0.024 kg agua/kg aire]
Ga=grado de saturacin [65%]
n= nmero de nadadores por m2 de superficie de lmina de agua.
N=nmero total de ocupantes (espectadores).
En la frmula de Bernier podemos ver que el agua evaporada depende de la
diferencia entre humedad absoluta en la saturacin a la temperatura del agua y la
humedad absoluta del aire ambiente, y por supuesto, del nmero de baistas. Por
tanto, cuanto mayor sea la temperatura del agua ser mayor su humedad absoluta en
la saturacin y como consecuencia aumentar la cantidad de agua evaporada, en las
mismas condiciones del aire ambiente. Por el contrario, si la temperatura del aire
interior, su humedad relativa, o ambas bajan, su humedad absoluta disminuye y, como
consecuencia, aumenta la evaporacin. Por tanto, es conveniente que la temperatura
del agua no sea excesivamente alta y que la temperatura del aire sea siempre mayor
que la del agua para que la evaporacin y las condiciones de confort sean las
adecuadas.
En las lneas siguientes se reflejan las condiciones de clculo que hemos
introducido en la frmula de Bernier y a partir de la misma hemos obtenido la masa de
agua que debemos de evaporar para obtener las condiciones climticas ptimas en la
piscina cubierta.
Nmero de nadadores en la piscina principal: 60
Nmero de nadadores en la piscina complementaria: 15
Nmero de espectadores (slo se ha considerado en el vaso principal): 25
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rea del vaso principal: 415 m2
rea del vaso complementario: 132,8 m2
Temperatura del aire ambiente : 28C
Temperatura de los vasos de piscina: 26C
Humedad relativa: 65%
Masa de agua evaporada en el vaso principal : 85,834 kg/h
Masa de agua evaporada en el vaso complementario : 23,48 kg/h
Despus de aplicar los datos especificados anteriormente a la frmula de
Bernier, la cantidad de agua que debemos de evaporar ser:
MASA TOTAL DE AGUA EVAPORADA: 104,314 kg/h
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3.2.- PRDIDAS DE CALOR EN LOS VASOS DE LAS PISCINAS.
3.2.1.- PRDIDAS POR EVAPORACIN.
Cuando el agua se evapora del vaso de la piscina se absorbe calor por lo
que se produce un enfriamiento del resto del agua de la piscina que no se evapora, es
decir, se poduce un descenso de la temperatura del agua del vaso. Por tanto, cuanto
mayor sea la evaporacin mayor ser el enfriamiento que sufre el agua del vaso y a su
vez mayores sern las necesidades que habr que aportar para mantener constante la
temperatura del vaso de la piscina. Para calcular las prdidas por evaporacin
utilizamos la frmula:
[w]
Todos los datos que se necesitan para realizar el clculo de las prdidas de
evaporizacin se han indicado en el apartado anterior (clculo de las necesidades de
deshumectacin) salvo el dato de 677.8 wh/kg que representa el calor de
vaporizacin del agua para una temperatura de 26C.
Las prdidas de EVAPORACIN que hemos obtenido son:
Prdidas por evaporacin en el vaso principal: 56.483,78 w
Prdidas por evaporacin en el vaso complementario : 15.916,68 w
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3.2.2.- PRDIDAS POR RADIACIN.
Para calcular las prdidas que el vaso de la piscina sufre debido a la
radiacin se utiliza la frmula de Stefan Boltzmann . Estas prdidas estn en funcin
de la diferencia entre la temperatura media de los cerramientos y la del agua. Ambas
temperaturas estn elevadas a la cuarta potencia y estn expresadas en grados Kelvin
(K=C+273):
[w]
D=constante de Stefan-Boltzmann= 5.67x10-8 w/m 2K4
E=emisividad del agua=0.95
Tag= Temperatura del agua (K)= 26 + 273 = 299K
Tc=Temperatura superficial de los cerramientos (K)= 25 + 273= 298 K
Svaso=Superficie de los vasos de las piscinas (Estn ya definidas)
En el caso de las piscinas cubiertas los cerramientos deben encontrarse a
muy pocos grados de temperatura por debajo (Tc=25C) dependiendo del tipo de
cerramiento y coeficiente de transmisin de calor, de la del aire ambiente, y por tanto a
muy poca diferencia con la del agua, por tanto estas prdidas por radiacin en piscinas
cubiertas se consideran generalmente despreciables.
Las prdidas por RADIACIN que hemos obtenido son:
Prdidas por radiacin en el vaso principal: 2.378 w
Prdidas por radiacin en el vaso complementario: 761 w
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3.2.3.- PRDIDAS POR CONVECCIN.
Las prdidas por conveccin en el caso de piscinas cubiertas son
prcticamente despreciables, y la explicacin es porque al aplicar la frmula que nos
permite calcular estas prdidas su valor resultante es muy pequeo, debido a que la
diferencia de temperatura con la cual trabajamos en las piscinas climatizadas es muy
pequea. Para calcular las prdidas por conveccin utilizamos la frmula que se
detalla a continuacin:
[w]
Constante =0.6246
Tag=Temperatura del vaso de agua (26C)
Ta=Temperatura del aire (28C)
Svaso=Superficie de los vasos de las piscinas.
Vaso principal: 415 m 2
Vaso complementario: 132,8 m2
Las prdidas por CONVECCIN que hemos obtenido son:
Prdidas por conveccin en el vaso principal: -653 w
Prdidas por conveccin en el vaso complementario: -209 w
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3.2.4.- PRDIDAS POR RENOVACIN.
En una piscina cubierta existen prdidas continuas de agua, desde la
evaporada, a la que los propios baistas sacan del vaso del agua, o la gastada en la
limpieza de fondos y filtros. Sin embargo, estas cantidades son muy inferiores al 5%
del volumen total del vaso que obligatoriamente por normativa, debido a razones
higinicas sanitarias, debe reponerse diariamente. Esta renovacin, conlleva que las
prdidas de calor por este concepto sean importantes, y en todo caso dependern de
la temperatura del agua de la red y de la temperatura del agua de la piscina que se
pretenda alcanzar. Estas prdidas se pueden calcular utilizando la siguiente frmula:
[w]
Vr=Volumen de agua de renovacin (m3) (5% volumen del vaso )
Volumen de la piscina principal/ (5% Vtotal): 747 m3 /37,35 m3
Volumen de la piscina complementaria/ (5% Vtotal): 159,36 m3 /7,97 m3
D= Densidad del agua=1000kg/m 3
Ce=Calor especfico del agua=1.16 (wh/kgC)
Ta= Temperatura del agua de la piscina (26C=299 K)
Tx=Temperatura del agua de la red (10C=283 K)
(1/24): Este trmino se coloca en la expresin para cambiar las prdidas por
renovacin de las unidades de wh a prdidas diarias en ambos vasos de la piscina.
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Las prdidas por RENOVACIN (diarias) que hemos obtenido son:
Prdidas por renovacin en el vaso principal: 28.884 w
Prdidas por renovacin en el vaso complementario: 6.161,92 w
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3.2.5.- PRDIDAS POR TRANSMISIN.
Estas prdidas dependern de las caractersticas constructivas del vaso (enterado, vistoetc.) y del coeficiente de transmisin trmica del material empleado.
En el caso ms habitual del vaso de hormign construido dentro del propio stano del
recinto las prdidas por transmisin se calculan utilizando la frmula:
[w]
Ct= Coeficiente de transmisin de muros y solera (1.50w/m2C)
S= Superficie de cerramiento del vaso
Piscina principal = Permetro +Tapa inferior: 149,76+415=564,76 m2
P. complementaria =Permetro + Tapa inferior: 59,04+132,8=191,84 m2
Tag=Temperatura del agua de la piscina (26C)
Tex=Temperatura exterior al cerramiento (stano) (15C)
Las prdidas por TRANSMISIN que hemos obtenido son:
Prdidas por transmisin en el vaso principal: 9.318,54 w
Prdidas por transmisin en el vaso complementario: 3.165,36 w
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En la tabla siguiente mostramos un cuadro resumen de todas las prdidas
que tenemos en una piscina climatizada y que hemos ido detallando anteriormente con
las definiciones de cada una de las mismas:
VASO PRINCIPAL (W) VASO COMPLEMENTARIO(W)
PRDIDAS EVAPORACIN 56.483,78 15.916,68
PRDIDAS RADIACIN 2.378 761
PRDIDAS CONVECCIN -653 -209
PRDIDAS RENOVACIN 28.884 6.161,92
PRDIDAS TRANSMISIN 9.318,54 3.165,36
PRDIDAS TOTALES 96.411,32 (w) 25.795,96 (w)
Para cubrir las prdidas del vaso de la piscina se utiliza inicialmente los
condensadores de agua-agua de la BCP, para aquellos casos en que stos sean
insuficientes entonces utilizaremos la energa solar (circuito primario) y como ltima
alternativa para cubrir las prdidas utilizaremos la caldera de Biomasa.
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En la siguiente grfica se recogen las prdidas de calor que existen en los
vasos de ambas piscinas de nuestro complejo deportivo.
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3.3.- POTENCIA NECESARIA PARA PUESTA A REGIMEN.
Cuando haya que llenar el vaso de la piscina completamente con agua de la
red, la potencia calorfica necesaria es superior a la de mantenimiento, que es la suma
de todas las potencias que hemos calculado en el apartado 4.2. Para calcular la
potencia de puesta a rgimen debemos de utilizar la frmula siguiente:
[w]
V=Volumen del vaso de la piscina.
Vaso principal: 747 m 3.
Vaso pequeo: 159,36 m3.
D=Densidad del agua (1000 kg/m 3)
Ce=Calor especfico del agua (1.16 wh/kgC )
Tag=Temperatura del agua de la piscina (26C)
Tx=Temperatura de llenado de la red (10C)
T=Tiempo de puesta en rgimen (6 das=144h )
En este proyecto se han considerado 6 das de puesta a rgimen porque
para esta situacin la potencia que tenemos que utilizar tiene un valor aproximado a la
suma total de todas las prdidas que existen en los vasos de nuestra piscina, y de esta
forma evitamos utilizar aparatos de mayor potencia de la necesaria. Esta medida
tambin la hemos podido tomar porque durante la puesta a rgimen la piscina estar
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cerrada. Dicha puesta a rgimen se realizar cada vez que sea necesaria tanto por
motivos higinicos o de normativa.
Las potencia por PUESTA EN MARCHA que hemos obtenido son:
Potencia por puesta en marcha en el vaso principal: 96.280 w
Potencia por puesta en marcha en el vaso complementario: 20.539,73 w
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3.4.- PERDIDAS DE CALOR POR PAREDES (CERRAMIENTOS).
La transmisin de calor por paredes (cerramientos en general) se entiende a
efectos de clculo como la energa que se transfiere a travs de las mismas. Su
expresin de clculo se desprende da la ecuacin de transferencia de calor por
conduccin, para el caso unidimensional:
[w]
K: coeficiente de conductividad del material (W/m2K)
S: Superficie neta del cerramiento (m2)
Tinterior -Texterior : Diferencia de temperatura (K).
3.4.1.- SUPERFICIE NETA DEL CERRAMIENTO (S)
La superficie neta se considera aquella que es perpendicular a la transmisin
de calor entre los dos espacios, y consta del mismo material constructivo. Por ejemplo,
en una pared, si a la superficie total le restamos la debida a la superficie de las
ventanas, puertas. etc., obtendremos la superficie neta con un mismo valor de K.
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3.4.2.- COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TRMICA.
El K de un material nos indica el grado de aislamiento que este proporciona a
ambos lados del cerramiento. Cuanto mayor es el valor de la K ms energa calorfica
puede transmitir.
Este coeficiente vara en funcin del material que compone la pared, as
como de las caractersticas del fluido a ambas partes del cerramiento. En este
proyecto hemos especificado todas los cerramientos y cada una de las K
correspondientes han sido tomadas del libro MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO
donde aparecen tabuladas.
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3.4.3.- FACHADA (ZONA SUR) DE LA PISCINA.
Las caractersticas de la fachada son las recogidas en el siguiente prrafo:
rea de la fachada: 117.21 m2
Temperatura interior: 28 C
Temperatura exterior: (consideramos la temperatura inferior de todo el rango
de valores que podemos considerar entre los meses comprendidos entre octubre y
mayo) 6 C
K: Coeficiente de transmisin global con las siguientes caractersticas:
Constitucin del paramento: Paneles prefabricados (hormign o arena) 10
y 15 cm.
Constitucin del muro: Hormign (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2C)
El calor transferido a travs de la fachada se obtiene aplicando la frmula
definida en el apartado 3.4:
Qtransferido = 4.022,65 Kcal/h=4.667,5 w
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3.4.4.- CUBIERTA (ZONA SUR) DE LA PISCINA.
En el caso de la cubierta (situacin de los paneles solares) hemos decidido
dividir la misma en cuatro zonas donde en cada una de las cuales hemos determinado
las correspondientes reas:
rea de la cubierta zona 1: 68.88 m2
rea de la cubierta zona 2: 497.3 m2
rea de la cubierta zona 3: 262.89 m2
rea de la cubierta zona 4: 169.62 m2
Temperatura interior: 28 C
Temperatura exterior: 6 C
K: Coeficiente de transmisin global de todas las zonas que componen la
cubierta con las siguientes caractersticas:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acsticas y aislante encima del pavimento de
50mm 0.49 Kcal/ (hm 2C)
El calor transferido a travs de cada una de las zonas de la cubierta se
obtiene aplicando la frmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Zona 1)= 742,53 Kcal/h=863,41 w
Qtransferido (Zona 2)= 5.360,9 Kcal/h=6.233,5 w
Qtransferido (Zona 3)= 2.833,95 Kcal/h=3.295,3 w
Qtransferido (Zona 4)= 1.828,50 Kcal/h=2.126,16 w
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3.4.5.- FACHADA (ZONA NORTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona norte est constituida por una gran
cristalera, que permite el paso de la luz a travs de la misma iluminando la zona de la
piscina cubierta.
rea de la cristalera: 107.18 m2
rea de la puerta de acceso: 3.68 m2
rea de la fachada encima de la cristalera: 106.04 m2
Temperatura interior: 28 C
Temperatura exterior: 6 C
K: Coeficiente de transmisin global de la fachada encima de la cristalera
con las siguientes caractersticas:
Constitucin del paramento: Paneles prefabricados (hormign o arena) 10
y 15 cm.
Constitucin del muro: Hormign (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2C)
K: Coeficiente de transmisin global de la cristalera con las siguientes
caractersticas:
Vidrio: Tipo de posicin vertical doble con un espesor de la lmina de aire de
13 mm con un chasis doble 2.7 Kcal/ (hm 2C)
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K: Coeficiente de transmisin global de la puerta de acceso con las
siguientes caractersticas:
Puerta de acceso: Con un doble chasis para un espesor de la puerta de 2.5
cm. 1.7 Kcal/ (hm 2C)
El calor transferido a travs de cada una de las zonas de la fachada norte se
obtiene aplicando la frmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormign)= 3.639,30 Kcal/h=4.231,73 w
Qtransferido (Cristalera)= 6.366,5 Kcal/h=7.403 w
Qtransferido (Puerta)= 137,64 Kcal/h=160 w
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3.4.6.- FACHADA (ZONA ESTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona este est constituida por varias puertas, una ventana y el resto es una fachada de hormign.
rea de la puerta de acceso 1: 7.13 m2
rea de la puerta de acceso 2: 3.8 m2
rea de la fachada sin puerta y sin ventana: 88.76 m2
rea de la zona de acceso a la pista de baloncesto: 32.1 m2
Temperatura interior: 28 C
Temperatura exterior: 6 C
K: Coeficiente de transmisin global de la fachada sin puerta y sin ventana
con las siguientes caractersticas:
Constitucin del paramento: Paneles prefabricados (hormign o arena) 10
y 15 cm.
Constitucin del muro: Hormign (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2C)
K: Coeficiente de transmisin global de la cristalera con las siguientes
caractersticas:
Vidrio: Tipo de posicin vertical doble con un espesor de la lmina de aire de
13 mm con un chasis doble 2.7 Kcal/ (hm 2C)
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K: Coeficiente de transmisin global de la puerta de acceso con las
siguientes caractersticas:
Puerta de acceso: Con un doble chasis para un espesor de la puerta de 2.5
cm. 1.7 Kcal/ (hm 2C)
K: Coeficiente de transmisin global de la zona de acceso al polideportivo
que est en la zona superior de la piscina con las siguientes caractersticas:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acsticas y sin aislante.
1.02 Kcal/ (hm 2C)
El calor transferido a travs de cada una de las zonas de la fachada este se
obtiene aplicando la frmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormign)= 3.046,24 Kcal/h=3.542,14 w
Qtransferido (Puertas de acceso)= 408,6 Kcal/h=475,1 w
Qtransferido (Ventana)= 314,23 Kcal/h=365,37 w
Qtransferido (Zona acceso)= 987,25 Kcal/h=1.148 w
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3.4.7.- FACHADA (ZONA OESTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona oeste est constituido por una fachada de hormign principalmente.
rea de la fachada de hormign: 132.75 m2
rea de la zona de acceso a la pista de baloncesto: 44 m2
Temperatura interior: 28 C
Temperatura exterior: 6 C
K: Coeficiente de transmisin global de la fachada de hormign con las
siguientes caractersticas:
Constitucin del paramento: Paneles prefabricados (hormign o arena) 10
y 15 cm.
Constitucin del muro: Hormign (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2C)
K: Coeficiente de transmisin global de la zona de acceso al polideportivo
que est en la zona superior de la piscina con las siguientes caractersticas:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acsticas y sin aislante.
1.02 Kcal/ (hm 2C)
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El calor transferido a travs de cada una de las zonas de la fachada este se
obtiene aplicando la frmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormign)= 4.556 Kcal/h=5.297,7 w
Qtransferido (Zona acceso)= 987,36 Kcal/h=1.148 w
Sumando todas las reas finalmente obtendremos que el calor total que se
pierde a travs de los cerramientos, es aproximadamente:
Qtransferido (total)=35.223 Kcal/h=40.957 w
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3.5.- PERDIDAS POR VENTILACIN.
La ventilacin es el sistema por el cual se asegura que el local a condicionar
presenta un aire de una calidad aceptable para las personas que lo ocupan. Se
encarga de realizar el aporte de aire del exterior y retirar parte del aire interior,
asegurando una recirculacin y renovacin del aire.
La ventilacin siempre ser un factor desfavorable para el clculo de cargas,
ya que siempre retira aire del interior a la temperatura y humedad deseadas para
introducir aire del exterior, que deber ser tratado.
[w]
Q: Caudal de aire por persona: 10 l/s persona 36 m 3/h persona
N: Nmero de personas: 100 personas
Texterior : Temperatura del exterior: 28C
Tinterior : Temperatura del interior del recinto: 6C
: Densidad del aire: 1.2 kg/m 3
Cespecfico : Calor especfico del aire: 0.24 Kcal/ (kg C) (1kw=860 Kcal/h)
Aplicando la frmula obtenemos unas prdidas por ventilacin de:
Prdidas por ventilacin: 26.523 w
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CUADRO RESUMEN DEMANDA DE ENERGA
PRDIDAS VASO PISCINA PRINCIPAL
PRDIDAS POR EVAPORACIN 56.483,78 (w)
PRDIDAS POR RADIACIN 2.378 (w)
PRDIDAS POR CONVECCIN -653 (w)
PRDIDAS POR RENOVACIN 28.884 (w)
PRDIDAS POR TRANSMISIN 9.318,54 (w)
PRDIDAS TOTALES 96.411,32 (w)
PRDIDAS VASO PISCINA COMPLEMENTARIA
PRDIDAS POR EVAPORACIN 15.916,68 (w)
PRDIDAS POR RADIACIN 761 (w)
PRDIDAS POR CONVECCIN -209 (w)
PRDIDAS POR RENOVACIN 6.161,92 (w)
PRDIDAS POR TRANSMISIN 3.165,36 (w)
PRDIDAS TOTALES 25.795,96 (w)
PRDIDAS CALEFACCIN
FACHADA SUR 4.667,50 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 1) 863,41 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 2) 6.233,50 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 3) 3.295,60 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 4) 2.126,16 (w)
PRDIDAS CERRAMIENTOS (SUR) 17.186,17 (w)
FACHADA NORTE (HORMIGN) 4.231,73 (w)
FACHADA NORTE (PUERTA) 160 (w)
FACHADA NORTE (CRISTALERA) 7.403 (w)
PRDIDAS CERRAMIENTOS (NORTE) 11.794,73 (w)
FACHADA ESTE (HORMIGN) 3.542,14 (w)
FACHADA ESTE (PUERTA) 475,1 (w)
FACHADA ESTE (VENTANA) 365,37 (w)
FACHADA ESTE (ZONA ACCESO) 1.148 (w)
PRDIDAS CERRAMIENTOS (ESTE) 5.530,61 (w)
FACHADA OESTE (HORMIGN) 5.297,70 (w)
FACHADA OESTE (ZONA OESTE) 1.148 (w)
PRDIDAS CERRAMIENTOS (OESTE) 6.445,7 (w)
PRDIDAS TOTALES CERRAMIENTOS 40.957,21 (w)
PRDIDAS POR VENTILACIN
VENTILACIN 26.523 (w)
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En la siguiente grfica se recogen las prdidas de calor que existen en este tipo de instalacin expresadas porcentualmente.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.- SELECCIN DE INTERCAMBIADORES.
El criterio que hemos seguido para elegir los intercambiadores es eligiendo
aquellos que tienen mayor superficie de intercambio efectiva porque presentan las
siguientes ventajas:
Permite trabajar con mayores saltos trmicos entre el fluido frio y el
fluido caliente.
El calor transferido es mucho mayor porque aunque sea menor el
coeficiente global de transferencia de calor al aplicar la formula de calor
transferido por un intercambiador siempre nos da mayor transferencia
de calor. En aquello casos dudosos, lo que se ha hecho es multiplicar
el coeficiente global por el rea efectiva y siempre se ha tomado de
todas las posibilidades aquellas que nos dan una transferencia de calor
mayor.
Q (calor transferido)= UA (T-t)
U: Coeficiente global de transferencia (W/m2K)
A: rea de transferencia (m2)
T-t: Salto de temperatura entre el fluido caliente y el fluido frio (K).
El nivel de ensuciamiento del intercambiador es ms pequeo y esto
nos ayuda a tener menor nmero de prdidas. Se produce una
desaceleracin del proceso de ensuciamiento.
Aunque la ventaja ms importante es que presentan menores prdidas con el
exterior y esto mejora el equipo que utilizamos desde el punto de vista energtico.
En el RITE se define la eficiencia de un intercambiador de calor como la
relacin entre la potencia trmica recibida por el fluido secundario y la mxima
potencia trmica que puede recibir y que depende de las condiciones de los fluidos
primarios y secundarios a la entrada del aparato.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.1.- GENERACIN DE AGUA CALIENTE SANITARIA.
Previamente vamos a determinar la potencia que necesitamos para
conseguir que el agua acumulada se mantenga a 60 C. Hemos realizado el clculo
para el circuito primario y finalmente el clculo para el circuito secundario, donde la
nica diferencia est en el tiempo mnimo que necesitamos. La potencia se calcula
utilizando la siguiente frmula:
( )acumulacin redV T TPotenciaTiempo
=
CONDICIONES DE DISEO en el caso de PANELES SOLARE S:
Temperatura de agua en la red (C) 10
Temperatura de acumulacin (C) 60
Volumen de acumulacin (l) (2 depsitos de 1500 litro) 3.000
Tiempo de calentamiento mnimo (h). 5 h
Potencia de generacin del conjunto (Kcal/h)/Kw 30.000/34,88
CONDICIONES DE DISEO en el caso de CALDERA:
Temperatura de agua en la red (C) 10
Temperatura de acumulacin (C) 60
Volumen de acumulacin (l) (2 depsitos de 1500 litro) 3.000
Tiempo de calentamiento mnimo (h) 2 h
Potencia de generacin del conjunto (Kcal/h) /Kw 75.000/87,21
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CLIMATIZADAS.
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3.6.2.- INTERCAMBIADOR DE PANELES.
En este caso existe un nico intercambiador, situados entre el circuito primario de paneles y el depsito de acumulacin solar. En este caso, en el esquema
de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES. Se ha optado por un
intercambiador de placas realizado en acero inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 3.000 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65C
Temperatura de salida (primario): 55C
Caudal del secundario(circuito del depsito): 3.000 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 50C
Temperatura de salida (secundario): 60C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 30.000 Kcal/h ; 34,88 Kw
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CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.3.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DE ACS.
En este caso, existe un nico intercambiador, situado entre el circuito
secundario de apoyo de caldera, y el depsito de apoyo de ACS. En este caso, en el
esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ACS. Se ha optado por un
intercambiador de placas realizado en acero inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 7.500 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85C
Temperatura de salida (primario): 75C
Caudal del secundario(circuito del depsito): 7.500 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 50C
Temperatura de salida (secundario): 60C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 75.000 Kcal/h ; 87,21 Kw
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CLIMATIZADAS.
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3.6.4.- INTERCAMBIADOR DEL VASO DE LA PISCINA PRINCIPAL.
En este caso existe un nico intercambiador, que est situado entre el
circuito primario de paneles y el vaso principal de la piscina. En este caso, en el
esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES 1 y debe cubrir las
prdidas de calor del vaso principal de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 96,5 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65C
Temperatura de salida (primario): 55C
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26C
Temperatura de salida (secundario): 36C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 82.990 Kcal/h ; 96,5 Kw
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CLIMATIZADAS.
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3.6.5.- INTERCAMBIADOR DEL VASO DE LA PISCINA
COMPLEMENTARIO.
En este caso existe un nico intercambiador, que est situado entre el
circuito primario de paneles y el vaso complementario de la piscina. En este caso, en
el esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES 2 y debe cubrir las
prdidas de calor del vaso complementario de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 25,8 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 2.218 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65C
Temperatura de salida (primario): 55C
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 2.218 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26C
Temperatura de salida (secundario): 36C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 22.188 Kcal/h ; 25,8 Kw
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CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.6.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DEL VASO PRINCIPAL
(CALDERA)
En este caso existe un nico intercambiador, situado entre el circuito secundario de apoyo de la caldera, y el vaso de la piscina principal. En este caso, en
el esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de P1 y debe cubrir las
prdidas de calor del vaso principal de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 96,5 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85C
Temperatura de salida (primario): 75C
Caudal del secundario(circuito de vaso piscina): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26C
Temperatura de salida (secundario): 36C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 82.990 Kcal/h ; 96,5 Kw
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CLIMATIZADAS.
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3.6.7.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DEL VASO
COMPLEMENTARIO (CALDERA)
En este caso existe un nico intercambiador, situado entre el circuito
secundario de apoyo de la caldera, y el vaso de la piscina complementario. En el
esquema de inicio, este intercambiador recibe el nombre de P2 y debe cubrir las
prdidas de calor del vaso complementario de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 25,8 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseo considerados en su seleccin son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 2.219 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85C
Temperatura de salida (primario): 75C
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 2.219 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26C
Temperatura de salida (secundario): 36C
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 22.219 Kcal/h ; 25,8 Kw
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CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.7.- CALDERA.
En nuestra instalacin hemos decidido colocar una caldera de biomasa, la
cual debe tener un rango de potencia mayor de la que necesitamos en nuestra
instalacin.
La caldera debe de tener una capacidad para afrontar las prdidas por
renovacin y por calefaccin adems de las potencias de los intercambiadores P1, P2
y ACS.
EQUIPOS ALIMENTADOS POR LA CALDERA POTENCIA
PRDIDAS POR VENTILACIN 26.523 (w)
ACS (INTERCAMBIADOR DE LA CALDERA) 87.210 (w)
PRDIDAS EN EL VASO PRINCIPAL (P1) 96.411,32 (w)
PRDIDAS EN EL VASO COMPLEMENTARIO (P2) 25.795,96 (w)
PRDIDAS POR CERRAMIENTOS 40.957,21 (w)
POTENCIA TOTAL 276.897,49 (w)
Para abastecer la potencia de 277 Kw vamos a colocar una caldera, para
produccin tanto de agua caliente como para abastecer las diferentes prdidas que se
han detallado en este anexo, la cual est alimentada con combustible ecolgico
proveniente de fuentes de energa renovable, como es en este caso, la biomasa .
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.7.1.- CARACTERSTICAS DE LA CALDERA SELECCIONADA.
La caldera seleccionada presenta las siguientes caractersticas tcnicas:
Potencia trmica nominal para W20. 320 Kw
Sobrepresin de trabajo permitida en la caldera. 6 bar
Temperatura de descarga permitida. 95C
Temperatura mnima de la alimentacin de retorno. 65C
Capacidad de la caldera (agua): 560 litros
Masa total de la caldera: 5.070 Kg
Peso de los ladrillos refractarios. 2.150 Kg
Cmara/Intercambiador de calor. 1.450/1.470 Kg
Resistencia al agua dT=20 K. 1.800 Pa
Flujo continuo (dt=20 K). 13,80 m3/h
Flujo continuo (dt=15 K). 18,34 m3/h
Adicionalmente, los datos sobre el diseo de la chimenea sern:
Temperatura de los gases de combustin: 140C
Cantidad necesaria de combustible en forma de astillas y biomasa
granuladas W30: 110 Kg
Circulacin de la masa de gases de combustin con W50 14% 02. Carga
nominal (kg/h; m3/h) 1.828/2.200
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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Presin de alimentacin necesaria. Carga nominal. 2 Pa
Dimetro del tubo de gases de combustin. 300 mm
Las dimensiones estructurales de la caldera de biomasa son:
B: Anchura de la caldera 2.130 mm
L: Profundidad de la caldera: 2.170 mm
H: Altura de la caldera: 2.295 mm
H1: Altura de la descarga: 1.820 mm
H2: Altura de la conexin de alimentacin de retorno. 620 mm
H3: Altura del tubo de gases de combustin: 2.730 mm
H4: Altura del enlace del cargador (con aleta de contrafuego)
2.440 mm
H5: Unidad de tiro inducido. 2.940 mm
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CLIMATIZADAS.
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Descarga y alimentacin de retorno. DN/PN6 100
Conexin del dispositivo de seguridad de descarga trmica Manguito
L1: Longitud de la caldera 920 mm
L2: Longitud de la compuerta de limpieza 160 mm
B1: Anchura de la cmara 1.072 mm
Dimensiones necesaria para la cmara (L/A/H) 2.490x980x2.020 mm
Dimensiones necesarias para el intercambiador de calor (L/A/H)
1.250x1.190x2.450 mm
Altura mnima del almacn: 3.000 mm
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.8.- CLCULO DE LA ENERGA SOLAR.
3.8.1.- DETERMINACIN DE PRDIDAS POR ORIENTACIN.
Con objeto de minimizar el impacto visual de las instalaciones de captacin,
se ha previsto orientar los paneles solares orientados al sur y apoyados sobre los
tragaluces orientados a norte.
Para la determinacin de las prdidas por orientacin, se ha utilizado la
expresin 3.5 del Documento Bsico HE-4 , apartado 3.5. Clculo de las prdidas por
orientacin e inclinacin. La expresin a la cual nos referimos es la siguiente:
Prdidas (%)= 100x (1,2x10 -4x (-opt )2+3,5x10-5x2)).
Siendo:
= Inclinacin en grados sexagesimales (47 en este caso)
opt =latitud + 10 , (47 en este caso)
=desviacin respecto al sur, positivo al oeste, (0 en este caso)
Como no existe desviacin, sustituyendo valores, se obtienen unas prdidas
por orientacin del 0%, y ya que no existen prdidas por inclinacin al adoptarse la
inclinacin ptima para la situacin de la instalacin.
Estas prdidas se tendrn en cuenta a la hora de determinar la fraccin del
aporte solar respecto a la demanda anual de la instalacin.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 46
3.8.2.- CALCULO DEL NMERO DE COLECTORES.
Segn el HE-4 en el apartado referido a la contribucin solar mnima, se considera, sta como la fraccin entre los valores anuales de la energa solar aportada
exigida y la demanda energtica anual, obtenidos a partir de los valores mensuales.
En nuestro caso estamos en la zona climtica V y por tanto, en funcin de los
diferentes niveles de demanda de agua caliente sanitaria a una temperatura de 60 C,
la contribucin solar mnima debe de ser de un 70% (Este valor tambin es la
contribucin solar mnima para el caso de piscinas cubiertas)
Adems, segn el nuevo cdigo tcnico de la edificacin, al estar Punta
Umbra situada en la zona climtica V la demanda por cada usuario ser de 20 litros
A.C.S./da a 60 C.
Con la energa solar pretendemos cubrir la siguiente demanda energtica,
que es detallada a continuacin:
Potencia de generacin del ACS: 30.000 Kcal/h
Prdidas en el vaso principal: 82.913,74 Kcal/h
Prdidas en el vaso complementario: 2 2.185,86 Kcal/h
Las prdidas que han sido detalladas arriba, son las prdidas que tiene
nuestra piscina en una hora de funcionamiento. Las horas que vamos a considerar de
funcionamiento en nuestro proyecto sern las siguientes. La potencia de generacin
del ACS tendr un tiempo de funcionamiento de 5 horas diarias, mientras que las
prdidas en el vaso de la piscina se considerarn para 9 horas diarias, que es el
tiempo que estar en funcionamiento la piscina para los usuarios.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 47
Con las condiciones de diseo que hemos propuesto la demanda total que
necesitamos de energa solar para abastecer las necesidades energticas de un da
de funcionamiento de la piscina sern:
Demanda total: 1. 215.896,4 Kcal/da ; 1.045,67 Kw/da
Para realizar el clculo de placas solares que necesitamos para cubrir las
prdidas de la piscina y el agua caliente sanitaria lo que hemos decidido es calcular de
forma independiente las placas solares que necesitamos para cubrir las prdidas de
los dos vasos de la piscina y a stas les sumaremos las placas solares que
necesitamos para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria.
Nmero de colectores solares para cubrir las prdidas de los vasos : 168
(Superficie de absorcin): 76,50 m2
Nmero de colectores solares para cubrir el ACS de los vestuarios: 30
(Superficie de absorcin): 428,40 m2
Nmero de colectores TOTAL : 198
(Superficie de absorcin total): 504,9 m2
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CLIMATIZADAS.
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3.9.- REDES DE TUBERAS.
3.9.1.- INTRODUCCIN.
Existen diversos medios transportadores de la energa calorfica /frigorfica,
que mediante el intercambio de calor con el aire del local a climatizar consiguen que
ste se encuentre en las condiciones deseadas. Algunos medios pueden ser aire (en
mquinas del tipo roof-fop) o los gases refrigerantes (en los sistemas VRV).
El agua es el fluido ms frecuentemente utilizado como transmisor de
energa, desde la produccin (calderas, bombas de calor o plantas enfriadoras) hasta
las unidades climatizadoras (fan-coils, climatizadorasetc.) el hecho de ser un fluido
muy comn, barato, de elevado calor especfico, lo hacen atractivos para las
instalaciones. Mediante las redes de tuberas se consigue hacer llegar esta energa
necesaria para la climatizacin. Ser necesario dimensionar estas redes de tuberas
para que por ellas pueda circular el caudal necesario, con una prdida de carga que
no sobrepase los lmites reglamentarios y con una velocidad adecuada.
El reglamento RITE limita a 40 mm.c.a. /m.l. la prdida de carga mxima en
tramos rectos.
Los materiales utilizados en la actualidad para las tuberas de agua son:
Cobre: es un material caro pero su mano de obra es muy barata.
Acero: Es un material barato pero su mano de obra es bastante cara.
Actualmente existe tambin la posibilidad de utilizar otros materiales, como
es el caso del polipropileno, con el que se consiguen bajos niveles sonoros y resulta
ser un material barato y de poco mantenimiento, pero como en todas las innovaciones
presenta dificultades en la mano de obra y todava no est del todo implantado como
alternativa real.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 57
La prdida de carga par unidades de climatizacin se obtiene directamente
del fabricante.
La diferencia de presiones debida a las curvas, reducciones,etc., se calcula
como un nmero determinado de tramo recto. Por tanto, cada impedancia del circuito
equivaldr a un determinado nmero de metros rectos que habr que sumar a los
reales (longitud equivalente). Por ejemplo:
1.- Curvas de 90 = 3 metros de longitud equivalente.
2.- Cambios de seccin= 1 metro de longitud equivalente.
Normalmente las instalaciones se disean con las tuberas de impulsin y de
retorno en un mismo recorrido, por lo que la longitud del circuito de impulsin es igual
al de retorno. Para el clculo de la bomba necesaria, se calcula y se multiplican por 2
sus tramos.
En las instalaciones pequeas y medianas, la prdida de carga total (debida
a los equipos y la longitud de los tramos) viene muy determinada por la prdida de
carga de los equipos, muy superior al resto.
3.9.2.- LMITES DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LA TUBERA.
El ruido, la erosin y los costes de instalacin y mantenimiento limitan la
velocidad mxima y mnima en redes de tuberas. Si las medidas de las tuberas son
demasiado pequeas, los niveles de ruido, erosin y los costes de bombeo son
desfavorables. Si las tuberas son demasiado grandes, el coste de la instalacin es
excesivo. Por consiguiente, las medidas de las tuberas se eligen para minimizar el
coste inicial de la instalacin evitando los indeseables efectos del exceso de velocidad.
En nuestra instalacin hemos elegido que el agua que recorre nuestra instalacin lleva
un rango de velocidad comprendido entre 0.5 2.5 m/s.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.9.3.- EQUILIBRADO DE LOS CIRCUITOS.
En una instalacin, hay que conseguir que todos los circuitos tengan la
misma prdida de carga, ya que si no se equilibran, los caudales NO sern los que
necesitamos para cubrir las necesidades trmicas sino que sern los necesarios para
el equilibrado de tuberas (circular ms agua por los circuitos con menor variacin de
presin, mientras que circular menos agua por los circuitos con mayor variacin de
presin)
Para equilibrar una instalacin, lo que se hace es aumentar la prdida de
carga de los circuitos con menor prdida con el ms desfavorable.
Los elementos utilizados para equilibrar una red de tubera consisten en
disminuir algunos dimetros de tuberas, o bien colocar vlvulas de equilibrado en los
retornos de las unidades climatizadoras.
3.9.4.- DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERAS.
Para el dimensionamiento de las tuberas tomaremos como limitaciones de
clculo una prdida de carga mxima por metro de tubera de 40 mmca/m y una
velocidad mxima del agua de 2.5 m/s.
Teniendo en cuenta todo esto y aplicando un mtodo de clculo que
relaciona la velocidad del agua con la prdida de carga y el dimetro de la tubera se
puede dimensionar los dimetros. La frmula de Hazen-Williams relaciona estos
parmetros:
P: Perdida de carga en Pa (1m de columna de agua es equivalente a 9,81
Kpa.)
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 59
L: Longitud de la tubera en metros
V: velocidad que es funcin del caudal y del dimetro interior.
D: Dimetro interior de la tubera
C: factor de rugosidad de la tubera, que en el caso de tuberas de acero se
puede considerar entre 100 y 140 dependiendo del estado de corrosin en que se
encuentre. En este proyecto se va a tomar un valor de 140 que es el mximo.
Tambin se ha de tener en cuenta las prdidas de carga de las vlvulas,
filtros...etc., que forman parte del circuito. Se puede aplicar la siguiente frmula:
h: Prdida de carga en metros de columna de agua.
V: Velocidad del agua (m/s)
G: gravedad (9,81 m/s 2)
K: coeficiente de prdida de la vlvula, los valores de estos coeficientes se
recogen en la siguiente tabla donde estos coeficientes son sin dimensiones para
obtener finalmente los valores de las alturas de las prdidas de carga en metros por
columnas de agua que es la variacin de altura que debemos de obtener.
DIMETRO NOMINAL TIPOS DE VLVULAS
PULGADAS MM REGULACIN ANTI-RET. FILTRO
(1/4) 10 8 0.4
(1/2) 15 5.5 0.3
(3/4) 20 6.1 3.7 0.3
1 25 4.6 3 0.2
1 1/4 32 3.6 2.7 0.2
1 1/2 40 2.9 2.5 0.2
2 50 2.1 2.3 0.2
2 1/2 65 1.6 2.2 0.2
3 80 1.3 2.1 0.1
4 100 1 2 0.1
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CLIMATIZADAS.
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3.9.5.- HOJAS DE CLCULO DE LAS REDES DE TUBERIA.
3.9.5.1.- ESQUEMA DE ENERGA SOLAR.
TRAMOS Q V LON. L. EQV. P. CARGA P.CARGA
m3/h m m/s m m mmca/m mmca
ACS-DEP. ACUMULAD.(B12)
TR. INICIAL 7,9 0,06 0,80 6 13,35 80,09
TR. FINAL 7,9 0,06 0,80 6 13,35 80,09
TOTAL 160,18
DEP.-LLENADO DE AGUA
(B10)
TR. NICO 5 0,03 1,97 3,5 154,27 539,95
TOTAL 539,95
ES-DEP. ACUMULADOR(B11)
TR. INICIAL 3,1 0,054 0,38 6 3,42 3,63 34,23
TR. FINAL 3,1 0,054 0,38 6 3,42 3,63 34,23
TOTAL 68,46
PANELES
TR.INIC.(ES) 3,1 0,059 0,32 9 3,42 2,36 29,32
TR. FIN.(ES) 3,1 0,059 0,32 9 3,42 2,36 29,32
T.INIC.(ES1) 10,6 0,059 1,08 27 3,42 23,01 699,93
TR.FIN.(ES1) 10,6 0,059 1,08 27 3,42 23,01 699,93
T.INIC.(ES2) 2,7 0,059 0,27 25,5 1,71 1,83 49,73
TR.FIN.(ES2) 2,7 0,059 0,27 25,5 1,71 1,83 49,73
TOTAL 1.557,97
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 61
3.9.5.2.- ESQUEMA DE CALEFACCIN.
TRAMOS CAUDAL V LON. L. EQV. P. CARGA P. CARGA
m3/h m m/s m m mmca/m mmca
CALDERA-ACS (B2)
TR. INICIAL 8 0,05 1,13 9 3,42 30,60 380,03
TR. FINAL 8 0,05 1,13 9 3,42 30,60 380,03
TOTAL 760,05
CALDERA-DESHUMIDIFICAD.(B1)
TR. INICIAL 15 0,07 1,26 30 3,42 27,31 912,60
TR. FINAL 15 0,07 1,26 30 3,42 27,31 912,60
TOTAL 1.825,19
CALDERA-INTERCAMB.(B3)
T. INIC.(P1) 10,6 0,05 1,50 27 3,42 51,53 1.567,45
T. FIN (P1) 10,6 0,05 1,50 27 3,42 51,53 1.567,45
T. INIC.(P2) 2,7 0,05 0,38 25,5 1,71 4,09 111,37
T. FIN (P2) 2,7 0,05 0,38 25,5 1,71 4,09 111,37
TOTAL 3.357,65
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 62
3.10.- DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIN DE UNA BOMBA.
Para hallar una bomba necesitamos dos parmetros:
1.- Caudal: debe ser el de la instalacin, segn las necesidades trmicas.
2.- Presin disponible: hallar la presin que deber vencer en el tramo ms
desfavorable. Normalmente se aplica un coeficiente de seguridad (10%-20%)
Los fabricantes proporcionan las curvas de funcionamiento de sus bombas,
en base al caudal y presin disponible para un mismo rodete.
Si observamos la grfica podemos realizar los siguientes comentarios:
El punto ms estable de trabajo, donde el rendimiento es el ms alto, se
corresponde a la zona central.
Nunca se debe elegir la bomba de la curva ms alejada, que se
corresponde con el ltimo rodete, ya que si por algn motivo se tiene
que aumentar las prestaciones, no se tenga que cambiar la bomba.
Los purgadores de vapor se acostumbran a colocar en las partes altas
de la instalacin. Para permitir que salga el aire que pueda hacer en la
tubera.
Normalmente se colocan dos bombas 1 en funcionamiento.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 63
Los manmetros sirven por el hecho de medir la presin, como instrumentos
para saber si una instalacin tiene fugas (antes de aislarla se deben efectuar las
pruebas). El punto ms desfavorable (con menos presin) ser el de retorno que
posee ms altura, y por tanto servir para el llenado de agua de la instalacin.
Una vez dimensionados las canalizaciones que constituyen los circuitos
primarios y secundarios, y evaluadas las prdidas de carga de los distintos elementos
previstos en los mismos, se procede al dimensionamiento y seleccin de las bombas
de circulacin de los distintos circuitos.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 64
3.10.1.- ESQUEMA DE ENERGA SOLAR.
3.10.1.1.- CIRCUITO PRIMARIO DE PANELES (B13)
La bomba B13 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 17
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, colectores solares, intercambiadores, etc.). En
la tabla que se detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 8,2 mca.
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B13
Circuito tubera 0,054 1 1.558 1.558 Vlv. regulacin 0,054 4 17,00 2,06 2 434,3 1.737,05
Vlv. regulacin 0,054 2 10,60 1,29 2 168,84 337,67 Vlv. regulacin 0,054 2 2,70 0,33 2 10,95 21,91
Intercamb. ES 1 3,10 1.641,18 1.641,18 Intercamb. ES 2 1 2,26 2.089,71 2.089,71
TOTAL 7.385,52
TOTAL(+10%) 8.214,07
NOTA: El valor de la constante K es a dimensional y est recogido en el apartado 3.9
donde est especificado para cada uno de los valores correspondientes a las distintas
vlvulas en funcin del dimetro de las tuberas donde estn colocadas.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.2.- CIRCUITO SECUNDARIO DE CALDERA ACS (B12)
La bomba B12 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 7,9
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 6,1 mca.
TIPO
UNID CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B12 (ACS)
Circuito tubera 0,059 1 160,2 160,2 Vlv. regulacin 0,059 2 7,9 0,80 2 65,8 131,62 Vlv. regulacin 0,059 2 7,9 0,80 2 65,8 131,62 Interc. CALDERA 1 3,1 5.056,1 5.056,07
TOTAL 5.479,50
TOTAL(+10) 6.027,44
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 70
3.10.1.3.- CIRCUITO PRIMARIO DE PANELES (B11)
La bomba B11 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 3,1
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, intercambiador ES, etc.). En la tabla que se
detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 2 mca .
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B11
Circuito tubera 0,054 1 68,5 68,5
Vlv. regulacin 0,054 3 3,1 0,38 2 14,44 43,32
Vlv. regulacin 0,054 2 1,55 0,19 2 3,61 7,22
Intercambiador ES 1 3,1 1.641,18 1.641,18
TOTAL 1.760,22
TOTAL(+10%) 1.936,25
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.4.- BOMBA QUE INTRODUCE AGUA EN LOS DEPSITOS. (B10)
La bomba B10 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 5
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, etc.). En la tabla que se detalla a continuacin,
se resumen los principales datos utilizados en el dimensionamiento de las bombas del
circuito primario, resultando una prdida de carga mnima de 3,8 mca.
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B10
Circuito tubera 0,03 1 540 540
Vlv. regulacin 0,03 2 5 1,97 3,6 709,83 1.419,67
Vlv. regulacin 0,03 2 5 1,97 3,6 709,83 1.419,67
TOTAL 3.379,34
TOTAL(+10%) 3.717,27
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.2.- ESQUEMA DE CLIMATIZACIN.
3.10.2.1.- CIRCUITO CALDERA-INTERCAMBIADORES VASOS PISCINA
(B3)
La bomba B3 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 13,3
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 10,9 mca
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO CALDERA B3
Circuito tubera 0,04 1 3.358 3.358
Vlv. regulacin 0,05 4 13,3 1,88 2,1 379,31 1.517,26
Vlv. antiretorno 0,05 1 13,3 1,88 2,3 415,44 415,44
Vlv. regulacin 0,08 2 2,7 0,15 1,3 1,48 2,95
Intercamb. P2 0,05 1 2,3 4.617,74 4.617,74
TOTAL 9.911,39
TOTAL(+10%) 10.902,53
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 79
3.10.2.2.- CIRCUITO CALDERA ACS (B2)
La bomba B2 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 8 m3/h
y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 6,8 mca.
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO CALDERA B2
Circuito tubera 0,05 1 761 761
Vlv. regulacin 0,05 5 8 1,13 2,1 137,24 686,19
Intercamb. (ACS) 0,05 1 8 4.699,29 4.699,29
TOTAL 6.146,48
TOTAL(+10%) 6.761,13
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 82
3.10.2.3.- CIRCUITO CALDERA-DESHUMECTADORA (B1)
La bomba B1 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 15
m3/h y la prdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, vlvulas de regulacin, deshumectadora, etc.). En la tabla que se
detalla a continuacin, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una prdida de
carga mnima de 5,3 mca.
TIPO
UNID. CAUDAL V
K PRDIDA PRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO DESHUMECTADORA B1
Circuito tubera 0,04 1 1.825,20 1.825,2
Vlv. regulacin 0,04 2 7,2 1,59 2,9 374,78 749,57
Vlv. regulacin 0,065 3 15 1,26 1,6 128,71 386,12
Deshumectadora
2 7,2 900 1.800
TOTAL 4.760,89
TOTAL(+10%) 5.236,98
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 85
3.11.- VASOS DE EXPANSIN.
3.11.1.- INTRODUCCIN.
En las redes de tuberas, al aumentar la temperatura, aumenta tambin el
volumen del agua y este aumento va acompaado de un incremento del volumen
disponible, debido a la dilatacin simultnea de los componentes del circuito.
Este hecho provoca un aumento de la presin en el circuito. Los sistemas de
expansin son los encargados de compensar este aumento de volumen del agua para
que la presin del circuito no sobrepase la presin nominal de sus componentes.
Existen varios sistemas de expansin:
1.- Vasos de expansin cerrados. Consiste en un recipiente o depsito de
agua conectado a la tubera que alberga en su interior una membrana elastmera
formando una cmara de aire, al aumentar la presin el agua comprime este aire y
aumenta el volumen de agua en el vaso aliviando as el exceso de volumen en el
circuito.
2.- Vasos de expansin abiertos. Consiste en un recipiente que est
abierto por la parte superior y permite el trasiego de fluido fuera del sistema. En el
caso de expansin el agua se elimina a travs de un desage y en caso de
contraccin se llena el circuito con una acometida conectada a una vlvula con boya
que abre cuando baja el nivel del vaso.
3.-Sistemas de expansin con transferencia de masa. Con estos sistemas
se recurre a un trasiego de fluido desde el circuito hasta un depsito de
almacenamiento exterior y viceversa.
Para este tipo de aplicacin, los vasos de expansin ms adecuados son los
vasos de expansin cerrados que son lo que vamos a calcular.
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 86
3.11.2.- CLCULO DE LOS VASOS DE EXPANSIN CERRADOS.
En nuestro proyecto hemos colocado dos vasos de expansin. El primer vaso
de expansin est colocado en el circuito primario, que es aquel circuito cerrado que
relaciona los paneles solares, los intercambiadores ESI 1 y ESI 2 y adems dos
depsitos de acumulacin de agua.
Por otra parte, el segundo vaso de expansin est colocado en el circuito
secundario, que es aquel circuito cerrado que comprende las calderas, las bateras de
calor de los equipos de deshumectacin, los intercambiadores P1 y P2, y los dos
depsitos de acumulacin de agua.
Condiciones de diseo de los vasos de expansin:
Temperatura mxima de trabajo ser de 100 C (esta temperatura es lo
que corresponde al tarado de diseo del sistema de disipacin previsto a
la salida del sistema de captacin)
Temperatura mnima de trabajo ser de 4C (temperatura correspondiente
a la mxima densidad del agua).
Presin mxima de trabajo al caso ms desfavorable (4.0 kg/cm 2)
Presin mxima de trabajo corresponde al 90% de la mxima de trabajo
segn UNE 100.155.87 resultando en este caso 3,6 kg/cm 2 (esta es la
presin a la cual debe tararse la vlvula del circuito)
Presin mnima de trabajo 0,5 kg/cm 2
Para calcular el volumen del vaso de expansin Vt en litros debemos de
utilizar la siguiente frmula:
VE e pV V C C=
Vve: Volumen til del vaso de expansin (l).
V: Volumen total del circuito (l).
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 87
Ce: Coeficiente de dilatacin del fluido, el cual se calcula utilizando la frmula
para temperaturas comprendidas entre 70 C y 140 C:
Ce= (-33,48 + 0,738xT) x10-3 T: temperatura mxima=100C
Cp: Coeficiente de presin del gas el cual se obtiene a partir de la expresin:
p
PMC
PM Pm=
PM: Presin mxima de diseo del vaso. (3,6 kg/cm 2)
Pm: Presin mnima de trabajo (0,5 kg/cm 2)
En las siguientes tablas se recogen el volumen de tuberas que necesitamos
para el clculo de los vasos de expansin.
CIRCUITO PRIMARIO.
DIMETRO VOLUMEN
(L/M) LONGITUD
(M) VOLUMEN
(L)
0,059 2,73 12 32,76
0,03 0,7 7 4,9
0,054 2,29 12 27,48
0,059 2,73 24,84 67,8132
0,059 2,73 60,84 166,0932
0,059 2,73 54,42 148,5666
TOTAL 447,613
DISEO DE INSTALACIONES DE MXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Pgina 88
CIRCUITO SECUNDARIO.
Por tanto, los clculos necesarios para determinar los vasos de expansin
que hemos instalado se recogen en la siguiente tabla.
Presin de precarga del vaso de Expansin (kg/cm ) 2
Presin de tarado de la vlvula de seguridad (kg/cm ) 4
Presin Mnima de trabajo (kg/m ) 0,5
Presin Mxima de trabajo (kg/m ) 3,6
Coeficiente de presin Cp (Adimensional) 1,16
Temperatura mxima de trabajo del circuito (C) 100
Coeficiente de temperatura Ce (Adimensional) 0,04032
Volumen de tuberas primario/secundario (l) 448/497
Volumen de bateras y equipos (l) 220
Volumen de depsito 0
Volumen total del circuito primario (l) 668
Volumen total del circuito secundario (l) 717
Volumen seleccionado del vaso de expansin del primario (l) 31,28
Volumen seleccionado del vaso de expansin del secundario (l) 33,57
DIAMETRO VOLUMEN
(L/M) LONGITUD VOLUMEN
0,05 1,96 24,84 48,6864
0,065 3,32 66,84 221,9088
0,05 1,96 60,84 119,2464
0,05 1,96 54,42 106,6632
TOTAL 496,5048
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