Cálculos de instalaciones de fontanería, gas y calefacción. Volumen 2: métodos de cálculos de calefacción y gas. Santiago Durán Montejano

Transcripción

1 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2: métoos e cálculos e calefacción y gas. Santiago Durán Montejano

2 1ª eición: febrero 2008 Santiago Durán Montejano Tornapunta Eiciones, S.L.U. ESPAÑA Av. Alberto Alcocer, 46 B Pª Mari Tél.: Fax: ISBN OBRA COMPLETA: ISBN VOLUMEN II: Depósito Legal: NA 1284/2008

3 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2 ÍNDICE Introucción 5 UD9 UD10 UD11 UD12 UD13 UD14 UD15 UD16 Objetivos generales el curso 7 Cálculo e raiaores 9 Cálculo e Fan-coils y aerotermos 35 Cálculo e tuberías 55 Cálculo e electrobombas. Circuito cerrao 75 Cálculo e epósitos e expansión 99 Cauales e gas 123 Dimensionao e tuberías e gas en baja presión 141 Normativa e sala e caleras 157

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5 Introucción INTRODUCCIÓN Este manual es el seguno volumen e cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. En él se tratan los métoos e cálculo e las instalaciones e calefacción y gas utilizaas comúnmente en eificación. En la primera parte el libro se estuia el imensionao e los circuitos cerraos e tuberías que transportan agua, mientras que en la seguna parte los circuitos cerraos e tuberías e gas. Para el cálculo e las instalaciones e calefacción es necesario conocer la carga térmica emanaa por el local o el eificio y otros atos explicaos en el primer volumen, por lo que su lectura es imprescinible para la comprensión e la materia trataa en este seguno texto. La primera unia iáctica, la 9, escribe el métoo por el que se eligen los raiaores e agua y chapa metálica, basao en las tablas proporcionaas por los fabricantes. Esta unia nos enseñará a eterminar el número e raiaores e un tipo específico que necesitamos colocar en una habitación que emana una carga térmica eterminaa. La unia iáctica 10 trata el cálculo e aparatos receptores e aire impulsao. Tras su estuio apreneremos a seleccionar aparatos e fan-coils para instalaciones e calefacción y a calcular aerotermos. En la a unia 11 nos referiremos a las tuberías e cobre y acero que componen las canalizaciones e agua en circuitos cerraos. En esta unia se enseña cómo calibrar las tuberías en función el caual e agua que transportan y la péria e carga ebia al rozamiento. 5

6 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2 La unia iáctica 12 está estinaa al cálculo el caual y la presión e la electrobomba en función e los cauales e agua que se necesita mover, el trazao real e la tubería y su iámetro, hallaos en la unia anterior. En la unia iáctica 13 concluye la explicación e los cálculos e calefacción con los epósitos e expansión estinaos a absorber el volumen e agua que se ilata cuano el agua e un circuito aumenta e temperatura, evitano así las altas presiones en los circuitos. En la unia 14, se estuia el métoo que se utiliza para averiguar los cauales necesarios e gas en las vivienas. La unia 15 tiene como objetivo el cálculo e una instalación e gas sencilla a partir e la elección el iámetro e las tuberías. Por último, la unia iáctica 16 se refiere principalmente al imensionao e la sala caleras, es ecir, aquellas salas cuyas máquinas superan una potencia térmica e 70 Kw. También se estuia la otación e equipos auxiliares que requieren ichas salas, la prevención y las meias e seguria contra incenios. 6

7 Objetivos OBJETIVOS GENERALES Al finalizar el curso, el alumno será capaz e: Saber imensionar raiaores e iferentes tipos a partir el cálculo e los incrementos e temperatura entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente. Conocer el métoo para averiguar cauales e agua en fan-coils, calcular fan-coils y aerotermos. Saber imensionar tuberías e cobre y acero con función el caual y e la péria e carga por metro e tubería. Averiguar las périas e carga con el fin e calcular electrobombas e agua en circuitos cerraos. Dimensionar epósitos e expansión abiertos y cerraos. Averiguar los cauales e gas en vivienas. Dimensionar una sencilla instalación e gas. Iniciarse en el iseño e salas e caleras. 7

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9 Cálculo e raiaores UD9 ÍNDICE Objetivos 10 Mapa conceptual Introucción Cálculo e raiaores e agua Cálculo e raiaores e chapa Tablas e cálculo e raiaores e funición Tablas e cálculo e raiaores tipo panel 27 Resumen 31 Terminología 33

10 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2 OBJETIVOS Al finalizar esta Unia Diáctica, el alumno será capaz e: Conocer los atos e partia para calcular raiaores. Saber calcular incrementos e temperatura entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente. Saber imensionar raiaores e iferentes tipos. Manejar tablas específicas sobre potencia e raiaores 10

11 Cálculo e raiaores UD9 MAPA CONCEPTUAL 11

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13 Cálculo e raiaores UD9 9.1 INTRODUCCIÓN La siguiente Unia Diáctica está eicaa al cálculo e raiaores. Nos centraremos en fijar suficientes criterios para que e una forma rápia y práctica consigamos imensionar con cierto criterio raiaores e iferentes tipos. El hecho e manejar tablas e cálculo, generalmente ceias por los fabricantes, ahorra consierablemente engorrosos cálculos, no precisamente aecuaos para los oficios que nos ocupan. Manejano por tanto valores físicos sencillos, que teóricamente ya conocemos, como la carga térmica y las temperaturas e trabajo, y, con la ayua e ichas tablas, será un trabajo sencillo. En esta Unia Diáctica hablaremos sobre ciertos raiaores concretos y no sobre toos los existentes en el mercao por cuestión e espacio; sí trataremos la lógica e cálculo común e ellos, pues prácticamente toas las tablas e los fabricantes se asemejan. 13

14 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen CÁLCULOS DE RADIADORES DE AGUA Para calcular raiaores, se ha e partir e ciertos atos: - Tipo e raiaor que se va a instalar. - Temperatura e trabajo el agua. - Carga térmica e la habitación. - Espacio isponible para raiaores. Tipo e raiaor Existen iferentes tipos e raiaores: e funición, e chapa e acero, e aluminio, etc. Caa tipo, y entro e caa tipo caa meia, presenta características iferentes. Los fabricantes isponen e un estuio completo e toos los raiaores que fabrican; es misión el proyectista isponer e estos atos para poer implantar con criterios los raiaores en la obra. Temperatura e trabajo el agua Según sea la temperatura el agua (fluio caloportaor), el comportamiento calorífico el raiaor varía. Si el sistema e calera calienta agua a 90 0 C, temperatura consierablemente alta, el raiaor ceerá más calor que otro sistema e proucción con temperaturas e trabajo más bajas. Es funamental por tanto conocer el grao e temperatura al que trabaja el sistema para seleccionar el tipo aecuao e raiaor. Carga térmica e la habitación Como es lógico, es necesario conocer la emana energética o carga térmica requeria por el local que se va a calentar. Se euce realizano una serie e cálculos, one intervienen las imensiones, el tipo e cerramiento tanto vertical como horizontal, la clase e ventana y las temperaturas tanto exterior como interior. Se expresa en Kcal/h o vatios (W). 14 Espacio isponible No toos los espacios estinaos a albergar raiaores son iguales. Caa instalación es iferente en cuanto a espacios se refiere. Se impone por tanto tener imensiones y atos sobre los paramentos one se van a instalar los raiaores. Si se ispone e varios raiaores para una misma estancia, se ivie la carga entre el número e raiaores que se va a instalar. Para averiguar la carga térmica y los espacios e los que isponen

15 Cálculo e raiaores UD9 los raiaores, utilizaremos los planos e arquitectura, planos e planta y secciones interiores. La emisión e calor ceia por los raiaores aparece en las tablas antes mencionaas y que ofrecen los fabricantes. Se expresan en kilocalorías hora (Kcal/h) o vatios (W). Para manejar ichas tablas es preciso conocer un ato funamental, el incremento e temperatura ( t), que es la iferencia e temperatura entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente (interior el proyecto) t = t m - t a. Observa el siguiente ibujo, one se muestran las iferentes temperaturas que influyen en la emisión calorífica e un raiaor. Figura 1. Temperaturas que influyen en el cálculo e un raiaor Done: t e : Temperatura e entraa el agua al raiaor. t m : Temperatura meia el agua en el raiaor. t s :Temperatura e salia el agua el raiaor. t a : Temperatura ambiente. En coniciones normales una instalación convencional sería como se muestra en el siguiente ibujo Figura 2. Temperaturas normales en la instalación convencional 15

16 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2 Done: t e : Temperatura e entraa e agua es e t s : Temperatura e salia el agua es e t a : Temperatura ambiente es e 20 0 (temperatura interior el proyecto). El incremento e temperatura ( t), o iferencia e temperatura, entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente se calcula hallano la meia aritmética, cuano se cumple que su relación es mayor o igual a 0,7. Cuano: t s t e > 0,7 Sieno: t s = temperaturaesalia - temperaturaambiente= t s - t a. t e = temperaturaeentraa - temperaturaambiente= t e - t a. O sea: Si i t s t e > 0,7 la temperatura meia se calcula meiante meia aritmética: t m = t e + t s 2 El incremento e temperatura ( t) entre la temperatura meia (t m ) y la temperatura ambiente (t a ) será: t = t m - t a = t e + t s 2 - t a Ejemplo Deseamos saber el incremento e temperatura ( t) entre la temperatura meia e un raiaor y la temperatura ambiente trabajano en coniciones normales. O sea: t e : Temperatura e entraa el agua es e t s : Temperatura e salia el agua es e t a : Temperatura ambiente es e

17 Cálculo e raiaores UD9 Solución: Primero averiguamos el cociente entre t s y t e para saber si poemos operar e forma aritmética: Ejemplo t s t e = = = 0,714 El cociente es 0,714, que es mayor que 0,7, lo que significa que poemos operar según la anterior fórmula: t e + t s t = t m - t a = - t a = - 20 = 60 0 C 2 2 Así pues, en coniciones normales el incremento e temperatura ( t) es e 60 0 C Cuano el cociente entre el incremento ( t s ) y el incremento ( t e ) es menor que 0,7, el incremento e temperatura ( t) entre la temperatura meia el raiaor (t m ) y la ambiente (t a ) se calcula meiante meia logarítmica, lo que se a en casos atípicos. O sea: Si i t s t e < 0,7 t = t e - t s In t e t s Dao que estos casos no son muy comunes, pues son saltos térmicos poco utilizaos en la práctica, no son objeto e este manual. Los raiaores requieren para su funcionamiento trabajar con temperaturas relativamente altas, temperaturas e impulsión entre 60 0 y 90 0 C. Si el sistema e proucción e calor es, por ejemplo, una bomba e calor que trabaja con temperaturas e impulsión e 45 0 o 50 0 C, obligaría a instalar raiaores muy granes, lo que plantearía un problema e espacio. Para estos sistemas e proucción, lo propio es instalar elementos terminales que no sean raiaores sino que ispongan e mecanismos que obtengan alto renimiento a esas temperaturas. Los fan-coils, por ejemplo, son ióneos, pues con bajas temperaturas e proceso obtienen buenas prestaciones, como veremos en siguientes capítulos. 17

18 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen 2 El suelo raiante que trabaja con temperaturas e impulsión entre 40 0 y 45 0 C es ióneo para este tipo e sistemas. Las instalaciones e energía solar con aporte para calefacción también trabajan con temperaturas bajas entre 40 0 y 45 0 C; se conectan por lo general con receptores como fan-coils o suelo raiante. Así pues, se recomiena instalar raiaores siempre que se isponga e un sistema e proucción e calor cuyas temperaturas e impulsión sean superiores a 60 0 C. A continuación calcularemos incrementos e temperatura ( t) entre la temperatura meia el raiaor y la ambiente e algunos casos típicos: - 1er Caso: Calera convencional e gas o gasóleo, o sólios, impulsano a 90 0 C y retornano a 75 0 C; la temperatura ambiente es e 21 0 C. Si la calera impulsa a 90 0 C, la temperatura e entraa (t e ) al raiaor es e 90 0 C. Si la calera retorna a 75 0 C, el raiaor sale (t s ) a 75 0 C, obviamente. a) Primer paso: averiguamos el valor obtenio entre el cociente ( t s ) y ( t e ): t s temperaturasaliaraiaor - temperaturaambiente = = = = 0,78 t e temperaturaentraaraiaor - temperaturaambiente b)seguno paso: comprobamos que el cociente obtenio es mayor o igual que 0,7: 0,78 > 0,7 (quea confirmao) c) Tercer paso: ao que se confirma el punto (b), calculamos la temperatura meia el raiaor e forma aritmética: t e + t s t m = = = 82,5 0 C

19 Cálculo e raiaores UD9 )Cuarto paso: calculamos el incremento e temperatura ( t) entre la temperatura meia el raiaor (t m ), averiguaa anteriormente, y la temperatura ambiente (t a ): t = t m - t a = 82,5-21 = 61,5 0 C Estamos en coniciones e aplicar este ato (61,5 0 C) en tablas e cálculo e cualquier raiaor. - 2º Caso: Calera con recuperaor e impulsión a 60 0 C y retorno a 50 0 C; temperatura ambiente e 22 0 C. a) t temperaturasaliaraiaor - temperaturaambiente s = = t temperaturaentraaraiaor - temperaturaambiente e = = 0, b) 0,737 > 0,7 c) t e + t s t m = = = 55 0 C 2 2 ) t = t m - t a = = 33 0 C - 3er Caso: Caleras convencionales a gas, gasóleo o sólio. Impulsión a 80 0 C, retorno a 65 0 C y temperatura ambiente e 20 0 C. a) t temperaturasaliaraiaor - temperaturaambiente s = = t temperaturaentraaraiaor - temperaturaambiente e = = 0, b) 0,75 > 0,7 t e + t s c) t m = = = 72,5 0 C 2 2 ) t = t m - t a = 72,5-20 = 52,5 0 C 19

20 UD9 Cálculos e instalaciones e fontanería, gas y calefacción. Volumen CÁLCULO DE RADIADORES DE CHAPA Para calcular raiaores e chapa utilizaremos tablas e fabricantes concretos. Las tablas muestran la emisión calorífica e los raiaores partieno e iferentes incrementos e temperatura ( t) entre la temperatura meia (t m ) el raiaor y la temperatura ambiente (t a ). Las tablas técnicas que mostramos a continuación son e raiaores e chapa e acero. En ellas aparece la emisión calorífica (en Kcal/h) en función el número e elementos e los que isponga el raiaor y el incremento e temperatura ( t) entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente. 20

21 Cálculo e raiaores UD9 RESUMEN Para imensionar raiaores ebemos partir e algunos atos, como el tipo e raiaor elegio, las temperaturas e trabajo, la carga térmica y el espacio isponible para instalarlos. Para averiguar el incremento e temperatura entre la temperatura meia el raiaor y la el proyecto, hemos e manejar iferentes temperaturas, que influyen en la potencia térmica el raiaor. El incremento e temperatura se calcula hallano la meia aritmética cuano se cumpla que la relación entre la temperatura meia el raiaor y la temperatura ambiente es mayor o igual que 0,7. Los raiaores, aa su construcción, necesitan temperaturas e proceso entre 60 0 y 90 0 C. Para imensionar raiaores en general utilizamos tablas, facilitaas por los fabricantes, one se relacionan: tipo e raiaor, incremento a iferentes temperaturas, número e elementos o imensiones y potencia térmica. 31

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23 Cálculo e raiaores UD9 TERMINOLOGIA TERMINOLOGÍA Fluio caloportaor: Fluio, en el caso e los raiaores e agua el propio agua, que circula por la instalación e calefacción a una temperatura superior a la el ambiente el local y cee calor cuano pasa por los aparatos o raiaores. Proceso: Conjunto e las fases sucesivas e un fenómeno natural o e una operación artificial. Prestación: Servicio que proporciona un motor, un instrumento, un vehículo, etc. Paramentos: Cerramientos. 33