FONTANERÍA TEMA VIII. CÁLCULO DE CALDERA Y ACUMULADOR. DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION ARQUITECTONICA ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA

Transcripción

1 DEARTAMENTO DE CONSTRUCCION ARQUITECTONICA ESCUELA TECNICA SUERIOR DE ARQUITECTURA LAS ALMAS DE GRAN CANARIA FONTANERÍA TEMA VIII. CÁLCULO DE CALDERA Y ACUMULADOR. MANUEL ROCA SUÁREZ JUAN CARRATALÁ FUENTES JAVIER SOLIS ROBAINA

2 FONTANERIA ACS TEMA VIII. CÁLCULO DE CALDERA Y ACUMULADOR Í N D I C E VIII.1 VIII.2 RECOMENDACIONES. ROCEDIMIENTO GENERAL. VIII.2.1 Conceos. VIII.2.2 Nomenclara. VIII.2.3 Obención de daos reios. VIII.2.4 laneamieno y solción. VIII.2.5 Cadro ara los cálclos de y V, referido a diferenes edificios. VIII.2.6 Ejemlo. VIII.3 TABLAS EMIRICAS. VIII.3.1 Tablas americanas. VIII.3.2 Tablas N.T.E. VIII.3.3 Ejemlos. VIII Según ablas americanas. VIII Según ablas N.T.E. 1

3 FONTANERIA ACS TEMA VIII. CÁLCULO DE CALDERA Y ACUMULADOR VIII.1 RECOMENDACIONES. En insalaciones cenralizadas, en general, se debe limiar la emerara de almacenamieno a 58º C, debiendo disribirse a na emerara máxima de 50º C medidos a la salida del deósio acmlador. En careles, colegios, ec. se esablece la emerara de 42º C medidos a la enrada de la red de disribción. Asimismo se recisa qe la caacidad de acmlación deberá ser imorane, debiendo dimensionarse con n iemo de rearación de, al menos, res horas. El so de sisemas de rodcción insanánea 1 en insalaciones cenralizadas deberá jsificarse en cada caso. Coniene no insalar insalar gros érmicos MIXTOS ara oencias seriores a 50 kw. ( k cal/h.) a no ser en condiciones eseciales. or encima de los 50 kw. hay, en rinciio, qe insalar 2 calderas, salo qe la misma engan aare y comarimenadas las dos fnciones de calenamieno jno con n sisema de reglación referencial ara el ACS. VIII.2 ROCEDIMIENTO GENERAL. VIII.2.1 Conceos. En los sisemas cenralizados se llaman emerara de rearación a la emerara máxima qe alcanza el aga en el acmlador or la acción de la caldera; ésa es mayor qe la emerara de ilización (o de salida hacia la disribción), debido a qe aqella, con moio del gaso; se mezcla en la caldera con aga fría a resión rocedene de la red, a emerara e. Es or ello qe se llaman ambién sisemas or mezcla. En los cálclos qe se an a desarrollar hay qe disingir claramene los eríodos nas de consmo de los eriodos alles. La base del fncionamieno de los sisemas cenralizados consise en qe en los eriodos alles se aya rearando aga caliene, de modo qe edan saisfacerse las necesidades de los eríodos nas, en los qe la caldera sería insficiene ara roorcionar el número de calorías reqerido. De ese modo se consigen insalaciones eficaces con consmos energéicos racionales de acerdo con el esíri y la lera del RICC ACS.. VIII.2.2 Nomenclara. En las fórmlas qe sigen ilizaremos los sigienes conceos, nomenclaras nidades. e = emerara de enrada del aga fría en el acmlador (ºC). = emerara de rearación (ºC). = emerara de ilización del ACS (ºC) es decir sin acmlador 2

4 G = gaso diario de ACS del edificio (l.) QM = cadal medio en los eríodos na (l/seg) QM = cadal medio en los eríodos alle (l/seg). h h = dración de cada eríodo qe consideramos como na (seg) = dración de cada eríodo qe consideramos como alle (seg) = iemo del día en qe se considera el fncionamieno de la caldera (seg). = iemo oal de eríodos nas (seg). = iemo oal de eríodos alle (= - ), (seg) C J V = energía de la caldera consmida en n ciero eríodo (k calorías). = energía de la caldera consmida en n ciero eríodo (k jlios). = oencia úil de la caldera (kw). = olmen del acmlador (ls). NOTAS RECORDATORIAS.- Unidades de oencia: 1 kw = 1 k jlio/seg 1 kw = 860 k caloría/hora Unidades de rabajo o energía: 1 k caloría = 4,18 k jlios. VIII.2.3 Obención de daos reios. A efecos simlificaorios se considera qe los cadales y draciones de los disinos eríodos nas del día son igales enre sí. La misma simlificación se hace con reseco a los eríodos alle. A) CAUDALES. QM cadal medio de los eriodos nas.- Se obiene como dao, según el io de edificio. QM cadal medio de los eríodos alle. Si el gaso diario de los eríodos na es QM x y el oal del día es G, el gaso en los eríodos alle será G - QM x. or consigiene el cadal medio de los eríodos alle 3

5 será: QM V G QM x = B) COMUTO DE ENERGÍAS EN UN CICLO "REARACIÓN CONSUMO". Energías de rearación. Según lo exeso en el no 2.1 hallemos rimeramene en k jlios la energía de rearación, qe será la qe necesiamos ara llear la emerara del acmlador hasa. Desglosemos dicha energía J en dos escalones: J A y J B. J A.- Energía qe hay qe sminisrar ara qe el aga del acmlador alcance la emerara. En ird de qe se raa de n sisema con acmlación en calqier momeno el aga a calenar esá comesa or n orcenaje de "aga nea" y oro de aga qe ya ha sido calenada. Exerimenalmene se esablecen dichos orcenajes en 60 y 40. Así es: J A = 4,18 x 0,6 V ( e ); siendo V el olmen del acmlador en liros J B.- Energía qe hay qe sminisrar ara qe el aga del acmlar sba de a. J B = 4,18 V ( ) TOTAL ENERGIA DE REARACIÓN: J A + J B = 4,18 ( 0,4 0,6 e ) [ 1 ] Energía de Consmos. Igalmene, exresadas en k jlios: Energía consmida en n eríodo na: 4,18 ( e ) QM x h Energía consmida en n eríodo alle: G QM 4,18( e ) QM V x h = 4,18( e ) xh Seráis y déficis de energía. aramos de la hióesis óima, en la qe se lanea qe la caldera de oencia, iene n fncionamieno ininerrmido y qe, or ano, en los eriodos alles rodcirá el sigiene serái de energía: x h G QM ) x h 4,18( e [ 2 ] llamada ENERGIA DE ACUMULACIÓN. or s are en los eriodos nas se rodcirá el sigiene défici de energía: 4,18 ( e ) QM x - x h [ 3 ] 4

6 VIII.2.4 laneamieno y solción. Con los daos aneriores basa exresar nméricamene los rinciios en qe se basa el fncionamieno del binomio caldera acmlador ara obener ano como V con el máximo ahorro energéico. El rimer rinciio dice así: "La rodcción de energía en los eríodos alles (ambién llamados de rearación) deben esar desinados en s oalidad a consiirse en energía de acmlación" 2. Igalando, es, [1] y [2] enemos: V x h G QM x h 4,18 ( 0,4 0,6 e ) = 4,18( e ) [4] El segndo rinciio ede ennciarse de la sigiene manera: "Tal canidad de energía de acmlación debe comensar el défici de energía qe se rodzca en los eríodos nas". Igalando, enonces, [1] y [3] enemos: 4,18 V ( 0,4 0,6 e ) = 4,18 ( e ) QM x h - X h [ 5 ] Desejando y V de [ 4 ] y [ 5 ] obenemos: ( en Kw) = 4,18 h e { hqm + h + ( G QM h ) } V ( en l) = h h xh + h ( G QM QM e ) 0,4 0,6 e Fórmlas qe nos dan la oencia úil o aroechada de la caldera y el olmen del acmlador, sobre las qe hay qe hacer las sigienes consideraciones: 1. Tano los érminos del laneamieno general como la anerior exresión [5] nos deermina qe, esablecido na ciera demanda media na, QM, a mayor oencia de la caldera corresonderá menor caacidad V del acmlador, y recírocamene. 2. Drane el ciclo normal rodcción-acmlación se calcla en n 15% las érdidas de calor or difsión en la caldera y circio rimario, mienras qe al érdida ede esimarse en n 10% con reseco al acmlador, lo qe oaliza n 25% de la rodcción. Igalmene; dadas las normales disorsiones de consmos de algún eríodo nas reseco a los romedios reisos, se hace aconsejable amenar en oro 15%, con lo qe, jno con lo anerior qedaría qe * (oencia a insalar) = 1,4. 2 Eso, or oro lado, qiere decir qe la energía residal acmlada ras n eríodo na habrá de ser eqialene a la qe habrá de consmirse en el sbsigiene eríodo alle. 5

7 VIII.2.5 Cadro ara los cálclos de y V, referido a diferenes edificios. TIO DE EDIFICIO iiendas oeles osiales Oficinas (rno único) Fábrica e Inernados Resarane de Dos Trnos ( = 80 ) Laanderías ( = 80º) NECESIDADES DE ACS l or ersona y día l or ersona y día (sin laandería y sin resarane) 150 l or ersona y día (sin laandería y sin resarane) DEMANDA UNTA ORARIA h h 1/10 G /8 G /8 G ,5 l or ersona y día 1/4 G l or ersona y día (sin laandería y sin resarane) 1/3 G l or comida 1/6 G Normales: l/kg roa osiales: l/kg roa (1,5-2,5 kgs/roa/ ersona/día) (*) Según rogramación laboral del cenro G (*) (*) (*) (*) 10 Al cadro anerior rocede añadir lo sigiene: Se esimará e enre 9º y 12º, según regiones. Se acoará y denro de los límies qe señala la IT.IC , no bajando de 45º, or correrse el riesgo de llegar con menos de 42º (emerara mínima de ilización) al no más alejado. Las cocinas colecias y laanderías demandan aga a mayor emerara ( = 70 a 80º), or lo qe se ilizarán eqios diferenes a los del ACS, o bien se recrrirá a n oscalenamieno. A ilo ilsraio se grafía n diagrama horario del gaso de ACS de n edificio de iiendas 6

8 (línea conina) y s radcción gráfica a los arámeros de cálclo qe hemos adoado en el cadro anerior (línea disconina). VIII.2.6 Ejemlo. oel de 500 camas. Caldera y acmlador ara los baños de hésedes: G = 500 x 150 l = l de ACS QM = (1/8)x = l/h = 2,60 l/seg h = 4 horas = seg e = 10º C h = 2 horas = seg = 56º C = 6 horas = seg = 48º C = 18 horas = seg = 4,18 {7.200x2,60 + ( ,60x21.600) } = 183, 84kw * (oencia a insalar) = 1,4 x 183,84 = 257,38 kw = k cal/h ,60 x , x V = (48 10) = l ,4 x 48 0,6x10 VIII.3 TABLAS EMIRICAS. Exisen nmerosas ablas qe facilian la adoción inmediaa de caldera y acmlador. No obsane hay qe hacer la saledad qe - en general - no se aienen a las aas y limiaciones de emerara qe señalan el RICC - ACS y ss IT.IC, endenes a la conseración de la energía. or esas razones los reslados qe se obienen, sobre odo ara la oencia de la caldera selen ser más alos qe los obenidos con las fórmlas aneriores. 7

9 VIII.3.1 Tablas americanas. Una de las blicaciones más resigiosas eaing, Venilaing, Air Condiioning Gide ública la abla qe rerodcimos a coninación: Clase de edificio Aga caliene necesaria en liros or ersona y día Consmo máximo horario en relación al consmo diario Dración del eríodo de consmo máximo Deósio Caacidad de almacena mieno en relación al consmo diario Caldera Caacidad horaria del calenador en relación al consmo diario * Viiendas, aaramenos, hoeles 150 1/7 4 1/5 1/7 Oficinas 7,5 1/5 2 1/5 1/6 Fábricas y alleres 20 1/3 1 2/5 1/8 Resaranes Resaranes (res comidas diarias) Resaranes (Una comida diaria) 7 liros or comida y día - - 1/10 1/10 1/10 8 1/5 1/10 1/5 2 2/5 1/6 * ara obener la oencia de la caldera en k cal/ h mlilíqese los liros obenidos según la abla or e. VIII.3.2 Tablas N.T.E. Uso del edificio Tabla 11 C en liros úblico riado Número de grifos seridos or el acmlador en kcal/h VIII.3.3 Ejemlos. Desarrollaremos, a ílo comaraio, el ejemlo anerior, según las dos ablas señaladas. VIII Según ablas americanas. (1) Consmo diario. 500 x 150 l = l. (2) Máximo consmo horario l / 7 = l. 8

10 (3) Dración del eríodo na : 4 horas Consmo en el eríodo na 4 x l = l (4) Caacidad del acmlador l / 5 = l. (5) Caacidad horaria del calenador l / 7 = liros, lo qe sone na oencia * = (60º - 10º) = k cal/h 3 Según aores 4 los daos ablados se basan en el sigiene simle laneamieno: La rodcción de la caldera con la ayda del aga acmlada debe oder conrarresar el consmo de odo n eríodo na, con la saledad de qe en el acmlador debe qedar, aroximadamene, 1/3 de energía calorífica ara oder afronar con garanías el sbsigiene eríodo alle. Comrobémoslo con el ejemlo anerior: Dración del eríodo na y consmo en dicho eríodo, según (3): 4 horas y l, reseciamene. Caacidad del acmlador, según (4) : l. Aoración del acmlador en eríodo na: 2/3 de = l. Caacidad de rodcción horaria necesaria del calenador en eríodo na: ( ) / 4 horas = 8.214,5 l. = 8.214,5 (60º - 10º) = k cal/h Teniendo en cena las érdidas or difsión de caldera-circio rimario-acmlador: * = 1,25 x = k cal/h, canidad asimilable a la obenida aneriormene Es eidene qe la regla exesa facla dar al binomio caldera-acmlador osibles alernaias disinas a las (4) y (5) abladas, considerando, en calqier caso, qe acmladores excesios darían lgar a calderas insficienes y qe acmladores escasos raen consigo disendios energéicos. VIII Según ablas N.T.E. Songamos qe a las 500 camas del hoel corresonden 250 baños con 3 aaraos or baño (no se cenan obiamene los inodoros) Nº de aaraos 750; so asimilable al riado Caacidad del acmlador: liros * de la caldera = k cal/h. 3 Nóese qe esa abla sone qe el consmo de n solo eríodo na ede serar al 50% de odo el consmo diario. Igalmene qe se esá ariendo de na = 60º, my serior a la qe esablece la IT.IC ( = 50º). 4 Gy-Fawce Insalaciones en los edificios. Ediorial Gsao Gili