EMISORES TÉRMICOS Eloy Velasco Gómez Profesor Titular de Universidad Dpto. Ingeniería Energética y Fluidomecánica E. T. S. de Ingenieros Industriales Universidad de Valladolid. Paseo del Cauce S/N, 47011 Valladolid lid Teléfono: 983.42.36.84 / Fax: 983.18.64.62 Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Emisores E-mail Térmicos eloy@eii.uva.es
TIPOS DE INSTALACIONES AGUA Instalaciones de todo tipo de potencias (Pequeña, mediana y grande) Se componen de: Generador, distribución (red de tuberías) y emisores. Para calefacción: clasificación ió según la temperatura t de distribución: ib ió Baja temperatura (50 ºC): Solar, Bomba de calor, Eléctrica o Combustión. Media temperatura (85-90 ºC): Solar (vacío), Eléctrica o Combustión. Alta temperatura (130 ºC): A presión, Combustión. Clasificación según contacto con la atmósfera: (abierta o cerrada) Instalación abierta: En contacto con la atmósfera. Vaso de expansión abierto (columna) Preferente circulación por termosifón. Solo baja y media temperatura Instalación cerrada: No contacto con la atmósfera. Baja, media o alta temperatura. Purgadores de aire Instalación del vaso.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR FLUIDO CALOPORTADOR : AGUA (Caliente) Instalación abierta Instalación cerrada
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR MOVIMIENTO DE CIRCULACIÓN Instalación por termosifón: Instalaciones antiguas Impulsión por diferencia de densidades. No depende de la existencia de energía eléctrica. Grandes diámetros de tubería Ida por techo, retorno por suelo. Importante para combustibles sólidos. Instalación forzada: Instalaciones actuales. Circulación por bomba Pequeñas secciones Circulación más homogénea.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR TRAZADO Y DISEÑO DE LA TUBERÍA Clasificación por número de tubos: (Análisis posterior en emisores). Monotubo (Convenientes para alta temperatura) No independiente la ida y el retorno. Válvulas especiales derivadoras o mezcladoras. Varía la temperatura a lo largo de la instalación. Más dificultad en el diseño. Máximo 5 radiadores (emisores) Menos inversión en tubería (solo un circuito) Menos empalmes en las tuberías (menos fugas) Bitubo Independientes ida y retorno. Dimensionado de emisores a la misma temperatura.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR TRAZADO Y DISEÑO DE LA TUBERÍA Clasificación por distribución: POR COLUMNAS Mejor zonificación por orientación Bitubo de distribución inferior Monotubo de distribución superior
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR TRAZADO Y DISEÑO DE LA TUBERÍA Clasificación ió por distribución: ib ió HORIZONTAL O POR ANILLOS Permiten medir consumos e independizar propietarios.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR TRAZADO Y DISEÑO DE LA TUBERÍA Clasificación por RETORNO: DIRECTO ó INVERTIDO DIRECTO: Normalmente menos tubería, necesita equilibrado hidraúlico INVERTIDO: Normalmente más tubería, pero equilibrado en diseño.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR TRAZADO Y DISEÑO DE LA TUBERÍA Retorno invertido en columna Retorno invertido en anillo POSIBLE RETORNO INVERTIDO EN COLUMNA Y ANILLO: Todos los subcircuitos poseen la misma pérdida de carga.
TIPOS DE INSTALACIONES OTROS TIPOS DE INSTALACIONES: AGUA SOBRECALENTADA: Instalación a presión. Calefacción urbana o de distrito: Calderas sustituir por Intercambiadores. Problemas: tipo de instalación: A presión Sin piezas roscadas Vaporización en fugas. Personal especializado.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE Radiadores de elementos. (Los más habituales) Chapa, acero, aluminio. Selección por catálogo del fabricante. Radiadores de elementos o planos de pared. Varios elementos iguales. Ensamblado ado mecánico co o soldadura. a. Caracterizados por: Número de columnas. Altura Número de lementos. Longitud
EMISORES PARA AGUA CALIENTE Radiadores de FUNDIDO Manguitos roscados Duraderos Mucha inercia i térmica Radiadores de CHAPA Manguito roscado Poca inercia térmica Problemas de corrosión Radiadores de ALUMINIO Manguito roscado o soldado Aleteado para convección Pequeña inercia térmica Problemas de dilatación
EMISORES PARA AGUA CALIENTE PANELES RADIANTES Chapa estampación y soldado Poco espesor Aleteado (convección) Posible a baja temperatura
EMISORES PARA AGUA CALIENTE CALCULO DE LOS RADIADORES: Cada fabricante: Potencia por elemento Q Variación de temperatura: Ajuste de potencia a disipar. Q 60º C T 60 1,33 T f T f T f T f 40 0,583 50 0,785 60 1,000 70 1,228 41 0,603 51 0,806 61 1,022 71 1,251 42 0,622 52 0,827 62 1,045 72 1,274 43 0,642 53 0,848 63 1,067 73 1,298 44 0,662 54 0,869 64 1,090 74 1,322 45 0,682 55 0,891 65 1,112 75 1,346 46 0,702 56 0,912 66 1,135 76 1,369 47 0,723 57 0,934 67 1,158 77 1,393 48 0,743 58 0,956 68 1,181 78 1,418 49 0,764 59 0,978 69 1,204 79 1,442
EMISORES PARA AGUA CALIENTE Situación en la pared: Apoyados Adecuada inclinación Distancia i 4 cm con la pared Distancia 10 cm con el suelo. Ojo con los cubreradiadores Ojo con las cortinas. 80 % E C E C A C A C A A A B A B 20 % h B B B B -A - -B - -C - -D - -E - -F - -G - -H - -I - -J -
EMISORES PARA AGUA CALIENTE MONTAJE Y CONEXIONADO DE EMISORES (radiadores). Desmontar independiente de la tubería. Válvula de doble reglaje con detentor. Montaje que permita purgar gases (inclinación). BITUBULAR: Alimentación superior Posible conexión ciega.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE MONOTUBULAR: Válvulas de control de caudal. Válvulas de tres vías: Derivadoras y mezcladoras. Válvula l de cuatro vías.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE MONOTUBULAR: VÁLVULA DE CUATRO VÍAS Vigilar siempre que se encuentre bien colocado el espadín. VER MÉTODO DE CÁLCULO ROCA SISTEMA MONOTUBO
EMISORES PARA AGUA CALIENTE MONOTUBULAR: ÁBACOS DE CÁLCULO: Sistema Monotubo de ROCA
EMISORES PARA AGUA CALIENTE MONOTUBULAR: ÁBACOS DE CÁLCULO: Sistema Monotubo de ROCA
EMISORES PARA AGUA CALIENTE EMISORES DE TUBO ALETEADO. Aletas longitudinales Aletas anulares Aletas continuas. UTILIZADAS EN EMISIÓN DESDE RODAPIE
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA FAN-COILS O VENTILOCONVECTORES Posibilidad de colocar filtros (ventilación forzada). Control de salida de aire caliente.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA : FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL (Continuación) FAN COIL A DOS TUBOS: Modo Frío o Modo Calor => Todas las zonas igual. Puede tener aporte de aire exterior de ventilacion. No control de humedad relativa. Muy adecuada para el mismo tipo de necesidades. Llegada y salida del fluido
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA: FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL: FAN COIL A DOS TUBOS
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA: FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL (Continuación) FAN COIL A TRES TUBOS: Cd Cada fan coil puede trabajar bj en frío fí o calor. Válvula de tres vías NO MEZCLADORA. Problema en el retorno común. (Mezcla agua fría y agua caliente). Persiste el problema de control de humedad relativa y ventilación. Dos de llegada (frío y caliente) una de salida.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA: FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL. FAN COIL A TRES TUBOS:
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA: FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL (Continuación) FAN COIL A CUATRO TUBOS: Similar il a tres tubos, pero sin retorno común. (Más eficaz). Dos válvulas de tres vías NO MEZCLADORAS. Requiere menos costes de explotación. Precisa de una mayor inversión. Persiste el problema de control de humedad relativa y ventilación. Dos de llegada y dos de salida (frío y caliente).
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA: FANCOILS: SISTEMAS CON FAN-COIL. FAN COIL A CUATRO TUBOS:
EMISORES PARA AGUA CALIENTE: FANCOILS: VENTAJAS: Versión a dos tubos muy económica. (Similar a radiadores) Diferentes tipos de cargas, con tres y cuatro tubos. Poco espacio ocupado por las tuberías. Posibilidad de apagar ventilador de unidad terminal. INCONVENIENTES: No control de humedad relativa. Raras veces la ventilación es adecuada. Filtros de baja eficacia que precisan recambio frecuente. Se encuentran en los espacios ocupados. (Ocupan sitio).
EMISORES PARA AGUA Y/O AIRE CALIENTE AEROTERMOS: AGUA CALIENTE O ELÉCTRICOS
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA INDUCTORES Colocados en falso techo. Aporte aire de ventilación. Inducen por toberas: aire secundario del local. Operación: Igual que fan-coils.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA ACONDICIONAMIENTO RADIANTE. SUELO / TECHO (Pared). SUELO RADIANTE TECHO FRÍO O SUELO REFRESCANTE Confort térmico?
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: Tradicional: Hipocausto de los romanos. Gloria
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: T h T h CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: Temperaturas no muy bajas ni elevadas Ahorro de energía. n r c r r a c o h h T h T h T 4 1 4 n i i r T f T Confort térmico del suelo según temperatura.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: TIPOS DE INSTALACIÓN SERPENTÍN MONTAJE EN DOBLE SERPENTÍN: IDA / RETORNO
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: TIPOS DE INSTALACIÓN MONTAJE EN ESPIRAL No se necesitan aparatos terminales Importante: Controlar temperatura constante en toda la superficie Posibles válvulas de inversión No precisa temperaturas elevadas (bomba b de calor o solar)
EMISORES PARA AGUA CALIENTE O FRÍA SUELO RADIANTE : Dimensionado (Basado en el proyecto de norma Europea) DATOS INICIALES: CARGA DEL LOCAL Posible corrección Evita sobredimensionado Determinar densidad de flujo GEOMETRÍA DE LOS LOCALES TIPO DE SUELO (Cubierta superficial) ESPESOR DE MORTERO POSIBLES PASOS (Plantilla / encofrado) TIPO DE MATERIAL Y CARACTERÍSTICAS Composición, Pérdida de carga, Diámetros y espesor. MÁXIMA PÉRDIDA DE CARGA ACEPTADA.
EMISORES PARA AGUA CALIENTE: SUELO RADIANTE Dimensionado de Suelo Radiante ECUACIÓN DEL FLUJO DE CALOR: 1,1 q T T 8,92 suelo operativa Establece la máxima densidad de flujo de calor. POSIBILIDADES: Zona ocupada: Zona perimetral: DETERMINA: Para T suelo = 29 C y T operativa = 20 C q = 100 w/m 2 Para T suelo = 35 C y T operativa = 20 C q = 1754w/m 175.4 2 SI PRECISA ZONA PERIMETRAL SUELO RADIANTE MÉTODO DE EMISIÓN
EMISORES PARA AGUA CALIENTE: SUELO RADIANTE SUELO REFRESCANTE: Aprovechando suelo radiante. ECUACIÓN DEL FLUJO DE CALOR: q 7 T suelo T operativa Máxima densidad de flujo de frío. Todas las zonas: Para T suelo = 19 C y T operativa = 25 C q = 42 w/m 2 Menos potencia que suelo radiante. CARACTERÍSTICAS A TENER EN CUENTA: No disipa carga latente. Sensación de confort térmico. Posibilidad de aprovechar suelo radiante con Bomba de calor Posible combinación con Fancoil de apoyo. Controlar siempre condensación de agua.
TIPOS DE INSTALACIONES CLASIFICACIÓN POR FLUIDO CALOPORTADOR AIRE VENTAJAS Poca inercia térmica Sin aparatos terminales (Difusores). Fácil de regular. INCONVENIENTES Ocupan gran volumen Complejidad en el cálculo. Tipos de instalación por tratamiento de aire: Todo aire exterior: Penalizadas energéticamente. Todo aire recirculado: Penalizadas por IAQ. Mezcla de aire: Adecuado rendimiento e IAQ. Partes de una instalación: Generador. Red de conductos Velocidad / Ruidos / Retorno Rejillas y difusores. Regulación y control (Ej. VAV)
DISTRIBUCIÓN POR AIRE Caudal de aire debe ser capaz de eliminar: Carga Contaminante Carga Térmica Éxito de una instalación: 30 % Estimación correcta de la carga 30 % Elección del sistema, máquinas y regulación 30 % Dimensionado de conductos, ubicación y selección de difusores 10 % Otros Selección de difusores. (Empresa específica) Dimensionado de redes de conductos: Repartir el caudal de aire en cada difusor. Caída de presión total adecuada al ventilador. Cumplir características constructivas (altura, trazado, etc). Acercarse al óptimo económico (inversión + funcionamiento)
DISTRIBUCIÓN POR AIRE Sistemas de expansión directa compactos: Sistemas Aire-Aire
DISTRIBUCIÓN POR AIRE Elementos de la Instalación: UTA (Tratamiento del aire + ventilador) Conductos de aire (Rectangulares o circulares) Impulsores: Difusión de aire De techo. Rejillas. Difusores lineales. Techos perforados.
DISTRIBUCIÓN POR AIRE Conceptos que dependen del impulsor: Flecha: Distancia hasta velocidad de 0,25 m/s Área de distribución: área con velocidad de 0,25 m/s Caída de difusor: Distancia vertical para v = 0,25 m/s Zona habitable: 2,4 m sobre el suelo. Amplitud: Anchura de zona horizontal abarcada. Anchura Rejilla Cíd Caída 0,5 m/s Área de distribución 025 0,25 m/s Flecha 2,40 m Zona habitable
DISTRIBUCIÓN POR REFRIGERANTE Acondicionamiento de locales Sistema de Bomba de calor: Dimensionada para calor CICLO DE CALEFACCIÓN CICLO DE REFRIGERACIÓN Cuando la bomba de calor es reversible, utiliza una válvula de cuatro vías. Clasificación: De donde toma calor a donde lo cede. Aire-Aire, Aire-Agua, Agua-Aire Tierra-Agua Tierra-Aire Agua-Agua
DISTRIBUCIÓN POR REFRIGERANTE Sistemas de expansión partidos: Sistemas de distribución: Refrigerante. Unidades de techo, pared y suelo.
DISTRIBUCIÓN POR REFRIGERANTE Acondicionamiento de locales Sistemas multi-split (VRV) Sistema a dos tubos. Sistemas de distribución: Refrigerante. Varias unidades interiores. Posibles a dos o tres tubos.
DISTRIBUCIÓN POR REFRIGERANTE Acondicionamiento de locales Modos de operación a tres tubos: Configuración recuperativa Verano Invierno
DISTRIBUCIÓN POR REFRIGERANTE Acondicionamiento de locales Modos de operación a tres tubos: Configuración recuperativa Demanda simultanea de calor y frío Demanda equilibrada