CALCULO DE CALEFACCIÓN Elementos De Un Sistema De

calculo de calefacción * elementos de un sistema de calefacción: generación, distribución y emisión de calor. *

CALCULO DE CALEFACCIÓN
*
Elementos de un sistema de calefacción: generación, distribución y
emisión de calor.
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Características deseables de una instalación: mantener la
temperatura deseada, ser fácilmente regulable, simple,
aprovechamiento de energía al máximo, y no contaminar el medio
ambiente.
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Formas de generar calor: energía eléctrica, combustibles sólidos,
líquidos y gaseosos, energías alternativas.
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Fluidos térmicos que distribuyen el calor: agua caliente, vapor de
agua, aire caliente, placas cerámicas, aceites térmicos.
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Formas de emisión de calor: radiación y convección.
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Atendiendo a los usuarios: podemos clasificar los sistemas:
1.
Instalaciones individuales: la producción de calor es
independiente para cada usuario. Varios tipos:
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Calefacción por energía eléctrica: aprovechamiento de tarifa
nocturna. Utiliza calderas de acumulación, convectores murales,
cables o láminas calefactoras en techo y suelo y acumuladores
cerámicos con carga en 8 horas y descarga en 16.
Dentro de este sistema podemos utilizar una bomba de calor, aire-agua,
sustituyendo a una caldera para producción de agua caliente que se
conduce a fan-coil o radiadores, o aire-aire, generando aire caliente
distribuído por conductos.
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Calefacción por combustibles líquidos y gaseosos: caldera que
calienta el agua y lo distribuye por una red de tuberías a los
radiadores. Incorporan producción de acs mediante un grupo mixto.
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Otros sistemas: radiadores murales a gas con circuito estanco,
estufas por combustibles sólidos.
2.
Instalaciones colectivas: centralizadas en las que la producción
de calor sirve a un conjunto de usuarios dentro de un mismo
edificio. El calor se distribuye por agua caliente, empleando
radiadores como elementos terminales.
3.
Instalaciones centralizadas: la producción de calor se realiza en
una central desde la que se aporta energía térmica a diversos
subsistemas o unidades terminales por medio de un fluido portador.
Este fluido sale a alta temperatura y en cada subsistema esta
temperatura se regula mediante válvulas de 3 vías y otros
elementos. En sistemas grandes puede haber varios generadores para
calefacción y acs que calientan un fluido primario (agua caliente
o vapor de agua) que a su vez cede calor en cada subsistema a un
fluido secundario (agua caliente) mediante un intercambiador.
4.
Instalaciones semicentralizadas: la producción de frío o calor
está total o parcialmente centralizada, siendo la unidad receptora
individual o unitaria.
A- Cálculo de cargas térmicas: son los factores que alteran la
temperatura o humedad del ambiente que se quiere acondicionar. En
invierno supondrán pérdidas de calor que hay que compensar.
Cargas sensibles son las que afectan a la temperatura seca, y cargas
latentes las que afectan a la humedad.
Cargas totales: suma de pérdidas por transmisión y por ventilación en
kcal/h
1.
Pérdidas por transmisión: Qt= K x S x (ti-te) x C₁ x C₂
*
Temperatura exterior de cálculo: Uso sanitario, percentil 99%
(tabla pag. 93), resto, percentil 97,5%. Si los cerramientos no
están en contacto con el exterior, sino con otros locales sin
calefacción, utilizar tabla pag. 95.
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Temperatura interior de cálculo: el cálculo, según RITE se hará
para un máximo de 23ºC, una velocidad media del aire de 0,15 a
0,20 m/s y una humedad relativa de 40-60%.
Temp de confort: invierno entre 20 y 24ºC, verano entre 24 y 26ºC.
Zona ocupada: espacio en el que normalmente residen los ocupantes y
donde deben satisfacerse los requisitos del ambiente interior.
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Pared ext con ventanas o puertas: 100cm
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Pared ext sin ventanas o puertas y pared int: 50cm
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Suelo límite inferior: 10cm
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Suelo límite superior sentado: 130cm
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Suelo límite superior de pie: 200cm
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Suelo límite superior si desconocemos sentado o de pie: 180cm
Quedan excluidas de zona ocupada las zonas en las que puedan darse
importantes variaciones de temp y pueda haber presencia de corrientes
de aire, zonas de tránsito, próximas a puertas y ventanas, a unidades
terminales que impulsen aire o a aparatos con producción de calor.
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K: coeficiente de transmisión térmica: expresa el nº de Kcal/h que
pasan a través de 1m² de un material cuando la dif de temp entre
sus caras es de 1ºC. Su fórmula es:
= + + + + +
===========
(e: espesor del material en m. / λ: coeficiente transmisión material /
K: se despeja y el valor sale en Kcal/h x m² x ºC) Tablas en pag 98 a
101.
*
C₁: Coeficiente de mayoración por orientación: se utiliza para
muros exteriores, y es 1,10 para Norte, 1,05 Este-Oeste, y 1 para
Sur (y techos y suelos)
*
C₂: Coeficiente de mayoración por uso intermitente: 1,10 para
calefacción con parada nocturna, 1,05 para reducción temp
nocturna.
2.
Pérdidas por ventilación: se calcula por los dos métodos a
continuación, y se escoge el valor mayor (el más desfavorable). Si
el local a acondicionar es baño o cocina, el valor que escojamos
se multiplica por 2 (nº de renovaciones mínimas en este tipo de
estancia), y por 1,5 en caso de dos o más fachadas ext.
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Método de renovaciones: Qv: 0,3 x V x (ti-te) (V: volumen del
local en m³ )
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Método de rendijas: Qv: 0,3 x 4 x R (ti-te) (0,3: calor específico
del aire en Kcal/h x m² x ºC / R: long total en m. de las rendijas
en puertas y ventanas / 4: I: infiltración de aire (valor fijo x
mas desfavorable)
Una vez calculado el total de cargas térmicas, hay que hacer el
cálculo de las tuberías de la red de distribución del calor para
vencer estas cargas en los distintos locales.
B- Cálculo de tuberías: dos sistemas de distribución:
1.
Sistema bitubular: utiliza dos sistemas de tuberías: uno el que
lleva el agua de impulsión desde el generador hasta los emisores
(montaje en paralelo, el agua entra a todos los emisores a la
misma temperatura), y otro el de retorno, que lleva el agua ya más
fría de vuelta al generador. Dos tipos de retorno:
*
Directo o simple: el agua empieza a retornar desde el primer
emisor, lo que origina un sistema desequilibrado por las
diferencias de pérdida de carga entre el primer y último emisor).
Es más barato ya que se necesitan menos metros de tubería.
*
Invertido: el agua retorna desde el último emisor. Las pérdidas de
carga en los emisores primero y último está más compensada. Por el
contrario, es más caro, puesto que necesita más metros de tubería.
En una instalación en bloque de viviendas, se suele hacer retorno
simple con distribución en columnas para cada grupo de viviendas que
están en la misma vertical, y anillos en cada vivienda que permitan la
interrupción del servicio individual en caso de avería.
El procedimiento para su cálculo es el siguiente:
Hacemos un esquema de la instalación, dividiéndola en tramos (desde la
caldera hasta el primer emisor, tramo 1, desde el primer emisor al
segundo, tramo 2, y así). Para cada tramo anotaremos en una tabla los
valores que nos vayan saliendo de las operaciones a continuación:
*
Elegimos el salto térmico (te-ts ó ), habitualmente será de 20ºC
(entrada al emisor a 90º y salida a 70º). Con este valor, podemos
calcular el caudal de agua m que circulará por cada emisor
(dependiendo de su carga térmica Q calculada anteriormente):
El caudal resultante lo iremos restando del caudal total, p.ej de la
caldera al primer emisor, el caudal a anotar en la tabla será el total
de la instalación (400 lts, p.ej), en el tramo del primer emisor al
segundo, el caudal será el total menos el que se queda en este emisor
(400-25: 375 lts), en el tramo del segundo al tercer emisor, el caudal
será el que ha resultado de restar al total el que se queda en el
primer emisor, menos el que se queda en el segundo emisor (375-30
p.ej. = 345 lts), y así sucesivamente, de manera que en cada tramo
tendremos que elegir un diámetro de tubería que mueva ese caudal
residual que va quedando a una velocidad y pérdida de carga razonable.
*
Seleccionamos el diámetro de tubería para cada tramo que
proporcione una velocidad razonable para que la instalación no sea
ruidosa (entre 0,5 y 2 m/s) y tenga una pérdida de carga razonable
(ente 4 y 30 mm.c.a.), y anotamos los valores de velocidad (m/s) y
pérdida de carga unitaria (mm.c.a)
*
Calculamos la longitud en m. de la tubería en cada tramo.
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Enumeramos los accesorios necesarios en cada tramo (codos, tes,
reducciones) para sacar la longitud equivalente en metros por la
pérdida de carga que experimenta el fluido en cada accesorio. Se
suele poner 1 codo a la salida de la caldera, y reducciones a 3/8
a la entrada de cada emisor.
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Sumamos la longitud equivalente por los accesorios a la longitud
del tramo, y la multiplicamos por la pérdida de carga unitaria del
tramo según el diámetro de tubería seleccionado. El valor que nos
resulta sale en mm.c.a, que tendremos que convertir a m.c.a
(dividir entre 1000). Este valor es la pérdida total de carga de
ese tramo. La pérdida total del circuito completo será la suma de
las pérdidas de cada tramo.
*
Hacemos el mismo cálculo para el circuito de retorno si se trata
de retorno invertido y cogemos el valor mayor (más desfavorable)
de los dos; en caso de retorno directo, multiplicamos la pérdida
que nos ha salido anteriormente por 2.
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Calculamos la potencia y caudal de la bomba de circulación que
debe mover el agua por toda la instalación, sumando los siguientes
datos:
Pérdida total de carga en tuberías + pérdida de la caldera (dato del
fabricante) + pérdida en el último radiador (dato del fabricante)
(todos en m.c.a)
La bomba tendrá que suministrar la presión que nos haya resultado en
la suma anterior.
2.
Sistema monotubular: es un montaje en serie, de manera que el agua
va perdiendo temp de un emisor al siguiente, por lo que hay que
aplicar un factor de corrección para que cada emisor entregue el
calor que se precisa en cada estancia. El salto térmico en este
tipo de instalación suele ser de entre 10 y 15ºC. El anillo no
puede tener más de 5 radiadores.
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Efectuamos la corrección de las potencias térmicas de los emisores
en función de su posición dentro del anillo (tabla pag 123),
multiplicando la potencia de cada emisor por el factor de
corrección que aparezca en la tabla, resultando la potencia
corregida que debe tener cada emisor.
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Con la potencia total (suma de las potencias parciales corregidas)
calculamos el caudal total de la instalación, con la fórmula
y elegimos en función del valor el diámetro de tubería apropiado.
Ahora no dividimos por tramos, sino que al ser en serie, calculamos la
instalación como un solo anillo, por lo que el caudal será el total de
la instalación y la tubería será siempre del mismo diámetro.
*
Calculamos las pérdidas de carga totales, lo que nos dará la
presión que tendrá que mover la bomba, teniendo en cuenta los
siguientes elementos:
1.
Pérdida de carga de la tubería (según tablas)
2.
long total de la instalación: longitud de la tubería en toda la
instalación + long equivalente total de accesorios (pérdida
unitaria por accesorio x 2 codos por emisor x nº de emisores)
3.
Pérdida de carga en cada válvula de 4 vías o válvulas pantalón
(dato del fabricante). Se multiplica el valor por el nº de
radiadores.
4.
Pérdida de carga de la caldera (dato del fabricante)
5.
Pérdida del último emisor (dato del fabricante)
Pérdida total: (1 x 2)+3+4+5 : presión que ha de levantar la bomba.