Instalación monotubo calefacción

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TEMA 8. Componentes principales de una instalación de calefacción


En general, calefacción es un sistema mediante el cual se produce calor con el fin de mantener o elevar su temperatura a algo o alguien.Desde un punto de vista técnicos la calefacción es el conjunto de aparatos o accesorios que se instalan en una determinado local para alcanzar y mantener condiciones de bienestar térmico.En las instalaciones de calefacción constan de 3 elementos fundamentales-La generación(Calderas)
, la distribución(las tuberías con fluido caloportador) y la emisión(radiadores).
Los elementos o equipos auxiliares de una instalación de calor son: circulador o bomba , manómetros, elementos de regulación del sistema, base de expansión y dispositivo de seguridad.

8.1 tipos Se clasifican en función de número de usuarios y en función del fluido caloportador

8.1.1 según el numero de usuarios


A-Calefacción individual


: Dos suministros a un único usuario. Se tratan de instalaciones de calefacción y/o ACS. Normalmente son instalaciones formadas por calderas individuales de gas y distribución de agua caliente por radiadores.

B-Calefacción colectiva


:Dos suministros a varios usuarios.Normalmente tienen un único elemento de generación ubicado en la sala de calderas y emisores en la vivienda. Como fluido caloportador se emplea: Agua o vapor de agua.

C-Calefaccioncentralizada


:Se utilizaran para calentar varios edificios, manzanas o hasta zonas. Consta de una central térmica formada por varios generadores que mediante intercambiadores transmiten calor o otro fluido secundario normalmente agua( que llega a los radiadores)


8-1-2-POR FLUIDO CALOPORTADOR

A: POR AGUA CALIENTE:


 Es el más utilizado en la calefacción y acs. El agua se calienta en la caldera, se distribuye por las tuberías a los radiadores y estos disipan calor por convección al local, retornando el agua a la caldera.

B: POR VAPOR DE AGUA:


Análogamente el agua recalienta en la caldera hasta hacerse vapor de agua, y luego se distribuye por las tuberías hasta los emisores. Este tipo de instalaciones se emplean en grandes empresas industriales. Que normalmente aprovechan energías residuales de su actividad para poder calentar sus propias.

C: POR AIRE CALIENTE:


Cuando el aire caliente es impulsado por un ventilador se utilizan en locales o industrias amplias, la distribución se realiza mediante conductos habitualmente. Tiene el inconveniente el aire caliente se sitúa en la parte superior del local por diferencia de densidades.

Nosotros nos centraremos en el estudio de las instalaciones de agua caliente y emisión por radiadores.

8-CALDERA

Es la fuente de calor de la instalación. Mediante la quema de combustible o por resistencias eléctricas se genera energía calorífica que se transmite al fluido calo portador. La transferencia de calor en la caldera es por conducción, convección y radiación.  


8-2-2-TIPOS DE CALDERAS

1-POR EL MATERIAL DE FABRICACIÓN DE LA CALDERA:

1-A-CALDERA DE HIERRO FUNDIDO:


 Estas calderas pueden utilizar cualquier tipo de combustible, resisten bien la corrosión y tienen una vida muy larga. Inconvenientes: son muy pesadas y tienen fragilidad ante los cambios bruscos de temperatura

1-B-CALDERAS DE ACERO:


Están fabricadas de acero. Son más baratas que las de fundición resisten peor las condensaciones y la corrosión, por ello son pirotubulares es decir, pasan muchos tubos a través de la caldera con el fin de aumentar el intercambio de calor.

1-C-CALDERAS DE ALUMINIO:


 Están fabricadas con una aleación de aluminio y silicio. Suelen utilizarse en las calderas de condensación

1-D-CALDERAS DE MATERIALES ESPECIALES:


 Utilizan cobre, aluminio y acero inoxidable con el fin de evitar problemas de corrosión y así alargar la vida útil de la caldera. Hoy en dia son muy habituales ya que se utilizan en las calderas murales de gas.


2-POR EL COMBUSTIBLE UTILIZADO:

2-A-COMBUSTIBLE SÓLIDO:


Son calderas que utilizan leña, carbón, o biomasa. Desde el 1 de Enero de 2012 el uso del carbón como combustible está prohibido por emisiones contaminantes. Hoy en día, las más utilizadas son las calderas de biomasa o pellets, constan de sistemas de eliminación de residuos y de alimentación

2-B-COMBUSTIBLE LÍQUIDO:


Se emplea gasóleo c. Suelen ser calderas de pie, esto es se colocan directamente sobre el suelo. Son calderas que se utilizan para calefacción y mixtas ( calefacción + acs )

2-C-COMBUSTIBLES GASEOSOS:


Utilizan gas natural o GLP ( gases licuados del petróleo) pueden ser calderas de pie o calderas murales. Son muy habituales hoy en día

2-D-CALDERAS ELECTRICIDAD:


El fluido calo portador se calienta mediante el efecto jull. Producido por resistencias eléctricas. VENTAJAS: son limpias y la electricidades fácilmente disponible. INCONVENIENTES: Bajo rendimiento y alto coste de la electricidad.

3-POR EL TIPO DE Cámara DE Combustión O HOGAR:

3-A-Atmosférica O DE Cámara ABIERTA :


La cámara donde se produce la combustión toma aire del local donde este situada la caldera. La evacuación de los gases se realiza mediante un tubo de evacuación con corte de tiro. Su rendimiento es bajo. Ya que no permite regular la cantidad de oxígeno en la combustión. Además supone un riego para los usuarios ya que se pueden verter gases tóxicos de combustión en el local. Su adquisición esta prohibida desde el 1 de Enero de 2010.

3-B-CALDERA ESTANCA :


 La combustión se realiza en una cámara cerrada, totalmente independiente de la habitación donde se encuentra la caldera. Toma el aire del exterior de la habitación, utilizando un doble tubo concéntrico que permite la salida de gases y la entrada del aire al exterior. Siempre son de tiro forzado ya que los gases no tienen suficiente fuerza para realizar la expiraciony la expulsión de gases. Tienen un mayor rendimiento y aportan una mayor seguridad la expulsión de gases. Tienen un mayor rendimiento y aportan una mayor seguridad


4-POR SU Propósito

4-1-CALDERAS DE CONDENSACIÓN:


En estas calderas estancas el vapor de agua existente en los humos de combustión, se hace pasar por un serpentín que intercambia calor con el fluido calo-portador, el vapor de agua cede su calor latente de condensación, condensando y pasando a estado liquido. Los líquidos condensados son recojidos y expulsados por la red de saneamiento. Este fenómeno permite mejorar el rendimiento ( que puede ser superior al 10% ) . Estas calderas operan a bajas temperaturas de emisión 50ºC y de retorno 40ºc y requieren sistemas de calefacción que trabajan con bajas temperaturas como en los suelos radiantes.

4-2-CALDERAS DE BAJO NOx: Son calderas estancas que tienen un diseño especial en el sistema de combustión

4-C-Calderas de bajas temperaturas, la principal carácterísticas de estas calderas es que la temperatura de retorno(aprox 40 grados),frente a las convencionales(70 grados aprox).Tiene un rendimiento superior a las convencionales.

4-D-Calderas de ACS:Existen dos formas de producir ACS en una caldera:

-Instantánea que consiste en calentar el agua fría a medida que surje demanda del agua caliente ,es decir mientras no se requiera agua caliente no habrá consumo de combustible .Son muy utilizadas en viviendas unifamiliares y suelen tener potencias entre 25 y 35 kw. Si la vivienda requiere una caldera de mayorpotecia es preferible añadir una acumuladora de agua caliente adicional. -ACS POR Acumulación

8.3 EMISORES

Son los elementos encargados de disipar el calor al ambiente del espacio a calefactar. TIPOS DE EMISORES:

  1. Radiadores: de hierro fundido,deacero,dealuminio,de cuarto de baño y paneles de acero.
  2. Convectores.
  3.  Termos    

Radiadores de hierro fundido:


Los elementos se unen mediante manguitos hasta conseguir el emisor de la potencia calorífica demandada. Este tipo de radiadores son muy clásicos

sus carácterísticas: -elevado peso y gran inercia térmica.

                              -larga vida útil, ya que resiste bien la corrosión.

                              -buena capacidad de emisión.


Radiadores de acero

Están fabricados en chapa de acero estampada en bloques de varios elementos, lo que hacen que no sea divisible, aunque si se pueden conectar por bloques.  Carácterísticas:

-son más ligeros debido a su menor resistencia a la corrosión tienen menor vida útil.

-menor inercia térmica y menor capacidad de emisión.


Paneles de acero

Están formados por dos chapas planas de acero soldadas entre sí, son similares a los radiadores de acero, aunque para tener la misma potencia calorífica necesitan una mayor superficie.

De aluminio

Están formados por elementos modulares que pueden unirse entre si por manguitos. Hoy en día, se utilizan mucho por:

  • liguero, larga duración, inercia térmica baja, elevada capacidad de emisión elevada capacidad de emisión y su elegante diseño.
  • Inconveniente: deben ser purgados porque el aluminio en contacto con el agua reacciona creando hidrógeno, el cual debe ser extraído por el circuito.

De cuartos de baño

Debido a su doble función de secar toallas y de calentar el cuarto de baño.Están fabricados con tubos de aluminio o de acero.

Elementos comunes de un radiador

A-llave de regulación o reglaje:


se sitúan a la entrada del radiador y su función es la de regular la cantidad de agua que circula por el, permitíéndonos regular la potencia del radiador. Existen válvulas termostáticas que regula la entrada de agua al radiador en función de la temperatura ambiente.


b--.

Detentor

Se coloca a la salida del radiador y junto con  válvula de reglaje nos permite separar el radiador del circuito hidráulico y así no vaciar C-purgador:
su función es la de eliminar el aire o gas que se encuentra dentro del radiador. Se colocan en la parte superior del radiador, requiriendo que el radiador este de forma horizontal. Pueden ser manuales o automáticos

Instalación hidráulica de radiadores

1-instalación monotubular


: la salida de un radiador se conecta a la entrada del siguiente así el agua que pasa también por el siguiente. Los últimos radiadores del anillo deben estar sobredimensionados ya que el agua conforme va pasando por los diferentes radiadores se va enfriando llegando esta a los últimos radiadores a menor temperatura que los primeros. Los sistemas monotubulares tienen unas llaves específicas.

2
-

Instalación bitubular:

 es el sistema mas utilizado en la calefacción domestica. Los radiadores tienen dos tomas, una de entrada de agua desde la caldera y la otra de salida hacia la caldera. Normalmente la entrada de agua se realiza por la parte superior del radiador y la salida por la parte inferior. Estas tomas puedes colocarse en el mismo lado o en lados opuestos, aunque es recomendable colocarlos en lados opuestos ya que se obtienen mejores rendimientos.

3-instalación bitubular con retorno invertido:


en las instalaciones bitubulares convencionales, con el fin de mantener el caudal constante en los últimos tramos los tubos tienen un diámetro inferior con lo que conlleva una mayor pérdida de carga de presión.Para evitar este fenómeno se realiza una instalación de retorno invertido, en el cual la tubería de ida y de retorno tienen la misma longitud y así el agua recorre la misma distancia para todos los radiadores. Gracias a este sistema se consigue un mejor equilibrado de presiones, que mejoran notablemente el funcionamiento de la bomba .


8-3-2 Convectores

Son emisores con una batería de tubos de cobre o de aluminio con unas aletas perpendiculares a los mismos, por cuyo interior circula agua caliente o sobrecalentada. El agua entra por las aletas y sale por la parte superior mediante convección natural.

8-3 aerotermos

También denominados fancoils. Son similares a un convector solo que cuenta con un ventilador para facilitar el movimiento del aire mediante convección forzada pueden estar alimentados tanto por agua caliente (para calefacción) como con agua fría (para refrigerar locales en verano). Este sistema es muy utilizado en grandes locales, y admiten su colocación en suelo, techo o paredes.

8.4. Cálculo DE LA CARGA TÉRMICA DE CALEFACCIÓN

Se llama carga térmica de calefacción al conjunto de las pérdidas de calor totales que se tienen en el local a calefactar. Su cálculo sirve para determinar la potencia calorífica de los equipos a instalar. Para calcular la carga térmica total es necesario calcular las siguientes cargas:

  1. Cargas térmicas por transmisión a través de cerramientos
  2. Cargas térmicas por ventilación y filtraciones
  3. Cargas térmicas suplementarias (f)

Formula


Q total = (Q transmisión cerramiento + Q ventilación y filtración) x (1xF)


8.4.1. CARGAS TÉRMICAS POR Transmisión A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS

Q transmisión cerramiento = S x K x ∆T

S = (m2)

K = (kcal ÷ h x m2 x C)

∆T = temperatura interior del local – temperatura exterior

Para la determinación de las temperaturas exteriores de cálculo en los diferentes lugares de España utilizaremos la siguiente norma: condiciones climáticas para proyectos.

8-4-2 CARGA Térmica Ventilación E INFILTRACIONES

Son las perdidas térmicas que se producen por las entradas de aire frio procedente del exterior al abrir los cerramientos y la infiltración   (  producidos en las rendijas de ventanas y puertas.) existen varias formulas para calcular dichas perdidas.

Q ventilación/infiltración : V . CE. PE. N. AT


8.4.3 CARGAS Térmicas SUPLETORIAS

Los proyectistas en cada lugar tienen sus propios criterios y experiencia de cálculo para determinar dichos factores.

  1. FACTOR DE Orientación: dependiendo de la orientación en el locar a calefactar, estos factores de orientación son los mas usados:

Oeste: 4%

Noroeste: 8%

Norte : 15%

Noreste : 10%

Este: 8%

Sureste: 0%

Sur: 0%

 Suroeste:0%

Factor de intermitencia : es un factor que tiene en consideración los periodos en los    la calefacción esta apagada ya que cuando empieza a funcionar la instalación el aporte de calor deberá ser mayor para llegar a las condiciones de temperaturas deseadas. Los valores utilizados aproximadamente son:

A: Calefacción SIN Interrupción CON REDUCUCCION NOCTURNA: 7%

B: Calefacción CON Interrupción DE 9 A 11 HORAS AL DIA 12%

C: Calefacción CON Interrupción CON PAROS DE CALDERAS DE MAS DE 11H: 25%

FACTOR DE ALTURA: debido a que en invierno la temperatura disminuye cuanto mas alto estamos los edificios de gran altura ( a partir de 10 pisos) existe un suplemento para aplicar en las ultimas plantas de estos edificios. Este factor es aproximadamente de un 2% por cada metro de altura. Por otra parte cuando un local tiene una altura superior a 2 metros las corrientes de convección son importantes y existen

  1. acumulaciones de calor en la parte superior de dichos locales.Para determinar el incremento de temperatura de dichos locales hay una forma empírica aproximada.

Tr= Ts + o,o5 . Tl .( h – 3 )

8-5-DIMENSIONAMIENTO DE LOS EMISORES

Una vez conocida la carga térmica de cada dependencia , tenemos que seleccionar un  nº de elementos de un tipo de radiador previamente seleccionado. Llamamos salto térmico en una emisión a la diferencia entre la tº media que circula por el radiador y la tº ambiente del local

Tm= te+ts/2

Salto térmico: tm-Tambiente

Los fabricantes de radiadores proporcionan fichas térmicas de los emisores  considerando un salto térmico medio de unos 50ºC  pero en el caso de que la temperatura media del fluido que circula por el radiador  o la temperatura ambiente sea distinta, tenemos que calcular la potencia calorífica de dicho elemento para este nuevo salto térmico.

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