CLIMATIZACIÓNCLIMATIZACIÓNCLM 6201CLM 6201

Profesor: Alberto JulioProfesor: Alberto JulioDuocUC DuocUC

IntroducciónIntroducción

El ser humano desde siempre ha intentado protegerse del El ser humano desde siempre ha intentado protegerse del ambiente adverso el cual somete a su cuerpo a cambios de ambiente adverso el cual somete a su cuerpo a cambios de temperatura.temperatura.

La temperatura interna del cuerpo es de 36° C aproximadamente La temperatura interna del cuerpo es de 36° C aproximadamente mientras que la parte exterior del cuerpo es de unos 20° C. Si la mientras que la parte exterior del cuerpo es de unos 20° C. Si la temperatura cambia se tiene la impresión anímica de frío o calor.temperatura cambia se tiene la impresión anímica de frío o calor.

En la actualidad la tecnología ha puesto a disposición de los En la actualidad la tecnología ha puesto a disposición de los individuos los elementos necesarios para poder hacer frente a individuos los elementos necesarios para poder hacer frente a estos cambios de temperatura.estos cambios de temperatura.

En este curso veremos algunas soluciones para enfrentar En este curso veremos algunas soluciones para enfrentar situaciones en que se presente frío (calefacción) y otras en que situaciones en que se presente frío (calefacción) y otras en que se presente calor (refrigeración)se presente calor (refrigeración)

CALEFACCIÓNCALEFACCIÓN

CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CALEFACCIÓN

CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CALEFACCIÓNCONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CALEFACCIÓN

1.- Uno de los principios fundamentales que debe cumplir un recinto 1.- Uno de los principios fundamentales que debe cumplir un recinto calentado es su uniformidad.calentado es su uniformidad.

La temperatura debe ser de:La temperatura debe ser de:18ºC para personas con gran actividad como cuarto para niños, 18ºC para personas con gran actividad como cuarto para niños, dormitorios, cocinas y habitaciones análogas.dormitorios, cocinas y habitaciones análogas.20ºC para individuos con actividad moderada como oficinas, salón 20ºC para individuos con actividad moderada como oficinas, salón de comedor y dependencias similares.de comedor y dependencias similares.22ºC para personas en reposo como hospitales, casa de reposo, 22ºC para personas en reposo como hospitales, casa de reposo, baños y recintos similares.baños y recintos similares.

2.- Ahorro energético. Conviene disponer de aislamiento térmico en 2.- Ahorro energético. Conviene disponer de aislamiento térmico en paredes y techos, doble acristalamiento en ventanas. Los paredes y techos, doble acristalamiento en ventanas. Los radiadores deben situarse debajo de las ventanas y las cortinas no radiadores deben situarse debajo de las ventanas y las cortinas no tienen que taparlos.tienen que taparlos.

3.- La calefacción debe ser regulable a pesar que se estima que una 3.- La calefacción debe ser regulable a pesar que se estima que una temperatura de 20ºC es suficiente para encontrarse en un estado temperatura de 20ºC es suficiente para encontrarse en un estado confortable.confortable.

4.- No debe contaminar el ambiente. Es decir, el aire ambiente en ningún 4.- No debe contaminar el ambiente. Es decir, el aire ambiente en ningún caso empeorará bajo los efectos de la calefacción.caso empeorará bajo los efectos de la calefacción.

5.- La calefacción tiene que resultar económica, tanto en lo que se refiere a 5.- La calefacción tiene que resultar económica, tanto en lo que se refiere a su instalación como así a su mantenimiento. La revisión periódica del su instalación como así a su mantenimiento. La revisión periódica del sistema de calefacción ahorra energía.sistema de calefacción ahorra energía.

6.- Por último, se estudiará de tal manera que facilite la repartición de 6.- Por último, se estudiará de tal manera que facilite la repartición de gastos entre los diferentes usuarios.gastos entre los diferentes usuarios.

RENDIMIENTO GLOBAL DE UNA INSTALACIÓN RENDIMIENTO GLOBAL DE UNA INSTALACIÓN

Se entiende por rendimiento la relación existente entre la energía emitida por el Se entiende por rendimiento la relación existente entre la energía emitida por el generador de calor y la energía consumida por dicho generador.generador de calor y la energía consumida por dicho generador.

Por consiguiente, el rendimiento global de una instalación será el producto de los Por consiguiente, el rendimiento global de una instalación será el producto de los rendimientos siguientes.rendimientos siguientes.

De combustión o generación (caldera, resistencia)De combustión o generación (caldera, resistencia)

De distribución (pérdidas de transporte, aislamiento de tuberías, etc.)De distribución (pérdidas de transporte, aislamiento de tuberías, etc.)

De regulación (termostatos y otros)De regulación (termostatos y otros)

De equilibrio (temperaturas en diferentes zonas) De equilibrio (temperaturas en diferentes zonas)

ALGUNOS RENDIMIENTOS GLOBALESALGUNOS RENDIMIENTOS GLOBALES

Calefacción eléctrica individualCalefacción eléctrica individual 100%100%

Instalaciones individuales por gasInstalaciones individuales por gas 65% a 71%65% a 71%

Instalaciones centralizadas por combustibles Instalaciones centralizadas por combustibles

líquidoslíquidos 60% a 70%60% a 70%

Estufa a gas butano Estufa a gas butano 80% a 90%80% a 90%

Estufa modular de gasEstufa modular de gas 75%75%

PODER CALORÍFICO DE COMBUSTIÓNPODER CALORÍFICO DE COMBUSTIÓN

Unidad de medidaUnidad de medida Poder calorífico Poder calorífico inferior (P.C.I)inferior (P.C.I)

ElectricidadElectricidad KWhKWh 860 Kcal860 Kcal

PropanoPropano KgKg 11.400 Kcal11.400 Kcal

ButanoButano KgKg 10.900 Kcal10.900 Kcal

Gas manufacturadoGas manufacturado M3M3 3.700 Kcal3.700 Kcal

Gas naturalGas natural M3M3 9.665 Kcal9.665 Kcal

SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

DATOS BÁSICOS EN UN SISTEMA DE CALEFACCIÓN DATOS BÁSICOS EN UN SISTEMA DE CALEFACCIÓN

Para lograr una buena temperatura ambiente existen diversos sistemas de Para lograr una buena temperatura ambiente existen diversos sistemas de calefacción que pueden clasificarse conforme a varios criterios.calefacción que pueden clasificarse conforme a varios criterios.

a) Según el medio empleado pueden ser:a) Según el medio empleado pueden ser:

Calefacción por agua calienteCalefacción por agua caliente

Calefacción por vaporCalefacción por vapor

Calefacción por aire calienteCalefacción por aire caliente

Calefacción eléctricaCalefacción eléctrica

Calefacción por suelo radianteCalefacción por suelo radiante

b) De acuerdo con el ámbito de utilización tenemos:b) De acuerdo con el ámbito de utilización tenemos:

Calefacción individualCalefacción individual: son aquellas instalaciones en las que la producción de : son aquellas instalaciones en las que la producción de calor es independiente para cada usuario.calor es independiente para cada usuario.

Calefacción centralizadaCalefacción centralizada: instalación en la que la producción de calor se : instalación en la que la producción de calor se realiza centralmente, distribuyéndose a diversos subsistemas o equipos realiza centralmente, distribuyéndose a diversos subsistemas o equipos terminales que actúan sobre las condiciones ambientales de locales o terminales que actúan sobre las condiciones ambientales de locales o zonas diferentes.zonas diferentes.

Calefacción colectivaCalefacción colectiva: son aquellas instalaciones centralizadas en las que : son aquellas instalaciones centralizadas en las que la producción de calor sirve a un conjunto de usuarios dentro de un mismo la producción de calor sirve a un conjunto de usuarios dentro de un mismo edificio.edificio.

Calefacción urbanaCalefacción urbana: son aquellas en las que la producción de calor es única : son aquellas en las que la producción de calor es única para un conjunto de usuarios que disfrutan de una misma red urbana. para un conjunto de usuarios que disfrutan de una misma red urbana.

Consiste en una amplia instalación de calor centralizada, que por medio de Consiste en una amplia instalación de calor centralizada, que por medio de una vasta red de tuberías de largo alcance distribuye la energía calorífica una vasta red de tuberías de largo alcance distribuye la energía calorífica para hacerla llegar hasta el consumidor. para hacerla llegar hasta el consumidor.

c) Conforme al tipo de unidad terminal, entendiéndose por tal al equipo c) Conforme al tipo de unidad terminal, entendiéndose por tal al equipo receptor de aire o agua que actúa sobre las condiciones ambientales de receptor de aire o agua que actúa sobre las condiciones ambientales de una zona acondicionada.una zona acondicionada.

Calefacción por radiadoresCalefacción por radiadoresCalefacción por convectoresCalefacción por convectoresCalefacción por ventiloconvectores Calefacción por ventiloconvectores Calefacción por aerotermosCalefacción por aerotermosCalefacción por suelo radiante o techo radianteCalefacción por suelo radiante o techo radiante

d) Referido a los combustibles que se pueden quemar:d) Referido a los combustibles que se pueden quemar:

Calefacción a carbónCalefacción a carbónCalefacción de gasCalefacción de gasCalefacción de leñaCalefacción de leña

UNIDADES FUNDAMENTALESUNIDADES FUNDAMENTALES

MagnitudMagnitud símbolosímbolo NombreNombre UnidadUnidad

LongitudLongitud LL MetroMetro mm

MasaMasa MM KilógramoKilógramo KgKg

TiempoTiempo TT SegundoSegundo SS

Intensidad de Intensidad de corriente eléctricacorriente eléctrica

II AmperioAmperio AA

TemperaturaTemperatura TT KelvinKelvin KK

Cantidad de sustanciaCantidad de sustancia NN MolMol molmol

Intensidad de luzIntensidad de luz I.I. CandelaCandela cdcd

DEFINICIÓN DE ALGUNOS CONCEPTOSDEFINICIÓN DE ALGUNOS CONCEPTOS

Masa: sustancia que se mide en kg en los sistemas S.I y Técnico.Masa: sustancia que se mide en kg en los sistemas S.I y Técnico.

Densidad: es la masa por unidad de volumen y se expresa en kg/m3.Densidad: es la masa por unidad de volumen y se expresa en kg/m3.

Volumen específico: es el volumen por unidad de masa. Se mide en m3/kg.Volumen específico: es el volumen por unidad de masa. Se mide en m3/kg.

Caudal (Q): se define como el volumen de fluido que atraviesa una sección Caudal (Q): se define como el volumen de fluido que atraviesa una sección transversal determinada de una conducción por cada unidad de tiempo.transversal determinada de una conducción por cada unidad de tiempo.

Sección (S): es el área de la superficie transversal interior del conducto normal Sección (S): es el área de la superficie transversal interior del conducto normal a la dirección de la circulación del fluido.a la dirección de la circulación del fluido.

Velocidad de circulación (v): relación entre el caudal y la sección.Velocidad de circulación (v): relación entre el caudal y la sección.

Enlazadas las tres variables tenemos:Enlazadas las tres variables tenemos:

Q=S*v (1)Q=S*v (1)

en donde,en donde,

Q : caudal en m3/sQ : caudal en m3/s

S : área o sección de paso en m2S : área o sección de paso en m2

v : velocidad de circulación en m/sv : velocidad de circulación en m/s

También se usan otras unidades de presión para medir presiones débiles. Por También se usan otras unidades de presión para medir presiones débiles. Por ejemplo:ejemplo:

mm c.d.a: milímetros columna de agua (para presiones en ventiladores)mm c.d.a: milímetros columna de agua (para presiones en ventiladores)

m c.d.a: metros columna de agua (para presiones de bombas)m c.d.a: metros columna de agua (para presiones de bombas)

mm c.d.m: milímetros columna de mercurio para presiones inferiores a la mm c.d.m: milímetros columna de mercurio para presiones inferiores a la atmosférica. atmosférica.

Kg/cm2: atmósfera o bar (para presiones de servicio)Kg/cm2: atmósfera o bar (para presiones de servicio)

Pudiendo establecerse:Pudiendo establecerse:

1 mm c.d.a = 0,07355 mm c.d.m1 mm c.d.a = 0,07355 mm c.d.m

1 mm c.d.m = 13,6 mm de c.d.a1 mm c.d.m = 13,6 mm de c.d.a

1 atmósfera = 10.000 mm c.d.a1 atmósfera = 10.000 mm c.d.a

1 bar = 10 m c.d.a 1 bar = 10 m c.d.a

Potencia. Es el trabajo realizado en unidad de tiempo,Potencia. Es el trabajo realizado en unidad de tiempo,

P = W / t (J/s)P = W / t (J/s)

La unidad de potencia es el watt La unidad de potencia es el watt

Energía. Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajoEnergía. Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo

La unidad de energía en el S.I es el Joule (J), en el sistema técnico la unidad es La unidad de energía en el S.I es el Joule (J), en el sistema técnico la unidad es la kilocaloría (Kcal).la kilocaloría (Kcal).

La caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado La caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua, siendo 1kcal = 1000 caloríascentígrado la temperatura de un gramo de agua, siendo 1kcal = 1000 calorías

La kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado La kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un litro de agua.centígrado la temperatura de un litro de agua.

La relación existente entre una y otra unidad es: 1 cal = 4,184 JLa relación existente entre una y otra unidad es: 1 cal = 4,184 J

La frigoría (f o frig) es la cantidad de calor absorbido necesaria para disminuir La frigoría (f o frig) es la cantidad de calor absorbido necesaria para disminuir un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.

Potencia eléctrica. Es la capacidad que posee un cuerpo para producir trabajo Potencia eléctrica. Es la capacidad que posee un cuerpo para producir trabajo o para consumir energía eléctrica.o para consumir energía eléctrica.

La potencia se mide en watt que es J/s y equivale al voltio amperio (V.A.).La potencia se mide en watt que es J/s y equivale al voltio amperio (V.A.).

El watt se define como la potencia necesaria para que circule por un El watt se define como la potencia necesaria para que circule por un conductor una intensidad de 1 amperio, cuando entre sus extremos se aplica conductor una intensidad de 1 amperio, cuando entre sus extremos se aplica una diferencia de potencia de 1 voltio.una diferencia de potencia de 1 voltio.

La expresión: P = V x I La expresión: P = V x I

Como además sabemos que V = I x R entonces tenemos que:Como además sabemos que V = I x R entonces tenemos que:

P = I x R x I = I2 x RP = I x R x I = I2 x R

Esto nos permite calcular la potencia eléctrica, siendo:Esto nos permite calcular la potencia eléctrica, siendo:

P = potencia en wattP = potencia en watt

V = potencia en voltiosV = potencia en voltios

I = intensidad en amperiosI = intensidad en amperios

R = resistencia en ohmsR = resistencia en ohms

Energía eléctrica. La energía eléctrica o consumo de energía, es el producto Energía eléctrica. La energía eléctrica o consumo de energía, es el producto de la potencia por el tiempo que se está empleando.de la potencia por el tiempo que se está empleando.

Se usan múltiplos del watt como el KW que equivale a kVA que son 1000 WSe usan múltiplos del watt como el KW que equivale a kVA que son 1000 W

La unidad más empleada es el kilowatt hora (kWh) que representa:La unidad más empleada es el kilowatt hora (kWh) que representa:

1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3600000 Joule1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3600000 Joule

El cálculo de la energía eléctrica puede hacerse mediante la fórmula:El cálculo de la energía eléctrica puede hacerse mediante la fórmula:

E = P x t o E = V x I x t = I2 x R x t E = P x t o E = V x I x t = I2 x R x t

De donde:De donde:

E = energía en joulesE = energía en joules

P = potencia en wattP = potencia en watt

t = tiempo en segundost = tiempo en segundos

V = potencia en voltiosV = potencia en voltios

I = intensidad en amperiosI = intensidad en amperios

Cuadro de unidades eléctricas y térmicas

Equivalencias

Eléctricas Térmicas

Potencia Watt kW = 1.000 W Kcal/h BTU/h Frig/h

Energía Joule kWh = 1.000 Wh Kcal BTU Frig

1 kW = 860 kcal/h = 0,86 termias/h

1 kWh = 860 kcal = 0,86 termias

1 termia = 1000 kcal

1 termia = 1,162 kWh

1 termia/h = 1,162 kW

1 tons/h = 3000 frig

1 F = 1000 frig = 1 kcal

1 f = 1 cal

Para manejar la tabla anterior veamos un ejemplo:

Calcular en kcal la potencia de una caldera de 20 kW.

1 kW = 860 kcal/h 20 kW = x x = 20 * 860 / 1 = 17.200 kcal/h

Trabajo Nº1: Desarrolle los siguientes ejercicios

1) Si disponemos de 5000 kcal/h y deseamos conocer cuantos kW son, entonces la respuesta es…………………

2) Calcule cuántos kW son 10.000 termias/h.

3) Si el KWh vale $120 ¿cuánto costará elevar en 30º un volumen de 200 litros de agua?

4) Si dos toneladas de carbón representan el gasto mensual de una casa por concepto de calefacción. ¿Cuánto costará suministrar el mismo calor recurriendo a la calefacción eléctrica a razón de $120 el KWh suponiendo que el kilógramo de carbón produce aproximadamente 45 kilocalorías?

Calorimetría

Todo cuerpo contiene cierta cantidad de calor y cualquier ganancia o pérdida se aprecia por el consiguiente aumento o disminución de temperatura.

Los afectos físicos del calor se pueden resumir en:

1) El calor hace variar la temperatura o nivel térmico de los cuerpos de modo que si un cuerpo gana calor su temperatura se eleva y si pierde calor su temperatura baja.

2) Aumenta el volumen o dilata los cuerpos

3) Produce variaciones de presión: así, calentando un gas encerrado en una vasija su presión aumenta.

4) Hace cambiar las propiedades físicas de los cuerpos:elasticidad, fluidez, etc.

5) Origina cambios de estado físico; por el calor se derrite el hielo, hierve el agua, etc.

6) El calor puede generar corrientes eléctricas.

7) Produce incandescencia o emisión de luz.

Calor sensible: es el calor introducido o extraído de una sustancia para cambiar su temperatura pero sin variar de estado.

Calor latente: es cuando la sesión o sustracción de calor implica un cambio de estado en la materia y, se representa por L. sus unidades son J/kg. El calor que se suministra en un cambio de fase es proporcional a la masa de la sustancia: Q = m * L.

Calor específico de una sustancia: es el calor necesario para elevar 1ºC la temperatura de 1 kg de dicha sustancia. En el S.I. se mide usualmente en kJ/(kgºC) y se expresa así:

c= ΔQ/mΔt

Donde:

Δt = variación de temperatura (t2-t1)

ΔQ = calor que interviene

m = masa en kg

En el sistema técnico se mide en kcal/kgºC o cal/gºC

Capacidad calorífica “C” de un cuerpo es la cantidad de energía térmica o calor necesaria para elevar la temperatura del cuerpo 1ºC estableciéndose que C es igual a la masa del cuerpo por el calor específico:

C = m * c

Calor ganado o calor perdido: siempre que hay una variación de temperatura y que no experimente ningún cambio de estado, la energía térmica o calor que interviene vale:

Q = m * c * Δt o Q = m * c * (t2 – t1)

El calor específico se mide en el sistema técnico en kilocalorías por kilogramo y por grado:

Kcal/kgºC.

La ecuación anterior da el calor ganado por el cuerpo, que es también igual al que cedería si en vez de calentarse se enfriara desde t2 a t1.

Calor de fusión: es la cantidad de calor necesaria para pasar al estado líquido la unidad de masa de un cuerpo sólido sin que varíe su temperatura.

Calor de fusión del hielo = 80 cal/g o kcal/kg (a 0ºC y 1 atm).

Calor de vaporización: es la cantidad de calor necesaria para pasar al estado de vapor la unidad de masa del líquido sin que varíe su temperatura.

Calor de vaporización del agua = 540 cal/g o kcal/kg (a 100ºC y 1 atm).

Ejemplos para entender mejor lo expuesto anteriormente

1) Se mezclan 250 g de agua a 40ºC con 375 g de agua a 15ºC. Hallar la temperatura final de la mezcla. (Para el agua c = 1 cal/gºC).

El calor perdido por el agua caliente es igual al que recibe el agua fría, por consiguiente aplicando la ecuación anterior tenemos:

m1 * c * Δt = m2 * c * Δt`

Es decir, si llamamos t a la temperatura final del equilibrio térmico, sustituyendo valores y operando queda:

250 g * 1 cal/gºC (40 – t)ºC = 375 g * 1 cal/gºC (t – 15)ºC

t = (250 * 40 + 375 *15) / 625 = 25ºC

2) Hallar el calor que se debe extraer de 30 gr de vapor de agua a 100ºC para condensarlo y enfriarlo hasta 20ºC.

El calor liberado en la condensación de 30 g de vapor a 100ºC a agua a 100ºC es:

Masa x calor de vaporización = 30 g x 540 cal/g = 16200 cal

Calor liberado en el enfriamiento de 30 g de agua desde 100ºC a 20ºC es:

Masa x calor específico x variación de temperatura = 30 x 1 x (100 – 20) = 2400 cal

Total calor liberado = 16200 + 2400 = 18600 cal

Trabajo Nº2: Desarrolle los siguientes ejercicios

1) Se mezclan 600 [g] de agua a 28ºC con 230 [g] de agua a 12ºC. Hallar la 1) Se mezclan 600 [g] de agua a 28ºC con 230 [g] de agua a 12ºC. Hallar la temperatura final de la mezcla. Para el agua c = 1 cal/gºC.temperatura final de la mezcla. Para el agua c = 1 cal/gºC.

2) Hallar la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 150 [g] 2) Hallar la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 150 [g] de cobre desde 10°C a 48°C. Calor específico del cobre 0,093 [cal/g °C].de cobre desde 10°C a 48°C. Calor específico del cobre 0,093 [cal/g °C].

3) Suponiendo que a 150 [g] de aluminio a 10°C se le suministre la misma 3) Suponiendo que a 150 [g] de aluminio a 10°C se le suministre la misma cantidad de calor del ejercicio anterior, señale cuál, cobre o aluminio, estará cantidad de calor del ejercicio anterior, señale cuál, cobre o aluminio, estará más caliente. Justifique. Calor específico del aluminio 0,217 [cal/g °C].más caliente. Justifique. Calor específico del aluminio 0,217 [cal/g °C].

4) Hallar el número de kilocalorías absorbidas por una nevera eléctrica al 4) Hallar el número de kilocalorías absorbidas por una nevera eléctrica al enfriar 6 kg de agua a 20ºC y transformarlos en hielo a 0ºC. El calor de fusión enfriar 6 kg de agua a 20ºC y transformarlos en hielo a 0ºC. El calor de fusión del agua vale 80 kcal/kg. del agua vale 80 kcal/kg.

5) Una caldera de vapor de acero pesa 500 [kg] y contiene 380[kg] de agua. 5) Una caldera de vapor de acero pesa 500 [kg] y contiene 380[kg] de agua. Hallar el número de calorías necesarias para elevar la temperatura del conjunto Hallar el número de calorías necesarias para elevar la temperatura del conjunto desde 22°C a 84°C. Calor específico del acero 0,11 [kcal/kg °C].desde 22°C a 84°C. Calor específico del acero 0,11 [kcal/kg °C].

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS

Uno de los efectos que produce el calor es aumentar las dimensiones de los cuerpos cuando se eleva su temperatura. Esta particularidad recibe el nombre de dilatación.

Dicho fenómeno es importante en las instalaciones de agua caliente acumulada en depósitos y transportada por tuberías metálicas.

Distinguiremos en la dilatación de los sólidos su dilatación lineal, dilatación superficial y dilatación cúbica o de volumen, entendiendo que la dilatación depende de la naturaleza del cuerpo que se calienta.

Dilatación lineal es el aumento de longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado, siendo proporcional al aumento de temperatura y proporcional a la longitud inicial.

O sea; l = lº * (1+ά* Δt)

donde,

lº = longitud inicial del material

l = longitud final del material

t = temperatura en ºC

ά = coeficiente de dilatación lineal

Generalizando tenemos,

Δl = lº ά (t2 – t1)

Siendo, t2 = temperatura final

t1 = temperatura inicial

Coeficientes de dilatación

Acero 0,000011 Hormigón 0,0000115 Platino 0,0000090

Aluminio 0,000024 Ladrillo 0,000047 Plomo 0,000029

Bronce 0,0000175 Latón 0,0000184 Polietileno 0,000020

Cinc 0,000014 Morteros 0,000010 Porcelana 0,0000030

Cobre 0,000017 Níquel 0,000013 PVC 0,000070

Cromo 0,000070 Oro 0,0000142 Vidrio 0,0000050

Hierro 0,000012 plata 0,0000195 Yeso 0,000025

Ejemplo

A la temperatura de 0ºC un tubo de plomo mide 1 m. Calcular el aumento de longirud cuando se calienta a una temperatura de 50ºC.

Puesto que Δl = lº ά (t2 – t1) o lº * ( 1 + ά Δt)

Tenemos Δl = 1 * (1 + 0,000029 x 50) = 1,00145 m.

Dilatación superficial es el aumento de superficie que sufre un cuerpo por efecto del calor.

O sea: S = Sº ( 1 + σ * Δt )

Generalizando tenemos: ΔS = Sº * σ ( t2 – t1 )

Donde: σ = coeficiente de dilatación superficial S° = superficie inicial

El coeficiente de dilatación superficial es el doble del coeficiente de dilatación lineal, o sea:

σ = 2 ά

Dilatación volumétrica o cúbica es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo cuando se calienta.

La fórmula es análoga a las anteriores:

V = Vº ( 1 + β * Δt )

Generalizando tenemos:

ΔV = Vº β ( t2 – t1 )

Donde

β = coeficiente de dilatación cúbica

Vº = volumen inicial

El coeficiente de dilatación cúbica es el triple del coeficiente de dilatación lineal, o sea:

β = 3 ά

Dilatación de los líquidos

En los líquidos y en los gases solamente interviene el coeficiente de dilatación cúbica, que se define del mismo modo que en el caso de los sólidos, dilatándose los líquidos menos que los gases.

La fórmula que facilita su dilatación, prescindiendo de la vasija que lo contiene es:

V = Vº ( 1 + β * Δt )

Generalizando tenemos:

ΔV = Vº β ( t2 – t1 )

Donde

β = coeficiente de dilatación cúbica en líquidos

Vº = volumen inicial de una masa líquida

t2 = temperatura final

t1 = temperatura inicial

En general el volumen de los líquidos aumenta con la temperatura. Pero el agua no sigue exactamente esta ley. Entre 0ºC y 4ºC, el volumen del agua se contrae, por encima de 4ºC el agua se dilata de acuerdo con la ley general de los líquidos y hacia los 8ºC vuelve a tomar el volumen que tenía a los 0ºC y de allí en adelante comienza a aumentar.

Coeficientes de dilatación cúbica

Aceite combustible 0,00070 Éter etílico 0,00162

Aceite de oliva 0,00075 Refrigerante 0,00259

Aceite mineral 0,00085 Glicerina 0,00050

Agua 0,00021 Mercurio 0,000181

Alcohol etílico 0,00109 Petróleo 0,00095

Dilatación de los gases

Los gases se dilatan mucho más que los sólidos y los líquidos cuando se les calienta. Pero a menudo, cuando se calienta un gas, puede variar simultáneamente el volumen que ocupa y la presión que tiene.

Por lo tanto el volumen de los gases está ligado a la temperatura y también a la presión por la relación:

V = Vº ( 1 + 1/273 ) 1/P

Donde;

Vº = volumen inicial del gas a la presión de 1 kg/cm2

P = presión en kg/cm

t = temperatura en ºC

TEMPERATURA

El calor es la causa a la que se atribuye las variaciones de temperatura. La temperatura sirve para indicar el nivel térmico que tienen los cuerpos, por eso los cuerpos que tienen mayor temperatura ceden calor a los que tienen menos, hasta que los dos alcancen la misma temperatura y se encuentren en equilibrio térmico.

Otras consideraciones podrían ser:

La temperatura es la magnitud que indica la sensación de calor de un cuerpo.

La temperatura de un cuerpo varía con la sustracción o adición de calor.

La densidad de los cuerpos, en general, disminuye al aumentar la temperatura.

La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin, en el sistema técnico es el grado Celsius

La relación entre grados K y grados C es: ºC = 273 K

PROPAGACIÓN DEL CALOR

El paso del calor de unos cuerpos a otros se puede verificar de tres formas distintas:

Conducción, convección y radiación, teniendo en común las siguientes características.

Diferencia de temperatura entre las zonas que intercambian calor.

Flujo térmico en el sentido de las temperaturas decrecientes.

En conducción, el calor circula desde un cuerpo de alta temperatura a otro de menor temperatura a través de las superficies en contacto de los cuerpos.

La propagación por convección, es la propagación del calor de una zona a otra por fluido debido al movimiento real de las moléculas originado por las variaciones de presión y densidad causadas por la variación de temperaturas.

En la radiación, la transmisión del calor se efectúa por ondas electromagnéticas. La propagación del calor por radiación sucede de igual manera que la propagación de la luz; se desplaza en línea recta en todas las direcciones.

Características propias del agua

Como todos los líquidos, entre sus propiedades principales figuran: isotropía, siendo líquidos isótropos aquellos cuyas propiedades son las mismas en cualquier dirección; movilidad, o aptitud de tomar cualquier forma; viscosidad, o resistencia al mutuo desplazamiento de las moléculas; e incompresibilidad, su densidad no varía a lo largo de un conducto.

El volumen específico del agua varía con la temperatura y la presión pero como éstas son tan pequeñas que, para efectos prácticos, consideraremos un volumen específico constante de valor igual a 1 l/kg.

La densidad del agua es de 1000 kg/m3 y su volumen específico resulta ser 1/1000 m3/kg

La ebullición se logra a +100º C a presión normal: 2250 kJ/kg o 539 kcal/kg. La solidificación se logra a 0º C a una presión de: 330 kj/kg o 79 kcal/kg.

El calor específico del agua es: c = 1 kcal/kgºC en el sistema técnico y que es equivalente a un valor de 4,18 kJ/kgºC en el S.I.

Trabajo Nº3: Desarrolle los siguientes ejercicios

1) Una barra de cobre mide 5 [m] a 26°C. Hallar la variación que experimenta su longitud y su longitud final al calentarla hasta 60°C. Coeficiente de dilatación lineal del cobre 0,000017 [1/°C].

2) Con una huincha metálica de acero se mide una varilla de cobre y resulta el valor de 60 cm a 20°C. Determinar la lectura que se obtendría a 45°C. Coeficiente de dilatación lineal del cobre 0,000017 [1/°C] y Coeficiente de dilatación lineal del acero 0,000011 [1/°C].

3) Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcule la temperatura que deberá existir para que encaje perfectamente en un agujero de 9,997 cm de diámetro. Coeficiente de dilatación lineal del acero 0,000011 [1/°C].

4) Hallar la variación de volumen experimentada por un bloque de metal de 5x6x10 cm, al calentarlo desde 15ºC a 47ºC. Coeficiente de dilatación lineal del metal 0,00001 [1/°C].

CÁLCULO DE INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN

Las necesidades caloríficas de una vivienda o local son una particularidad propia del mismo independiente del sistema de calefacción elegido, el que depende entre otros del volumen engendrado, de los materiales empleados en su construcción, dimensiones de sus paredes, de la temperatura de confort seleccionada, de la orientación, del aislamiento térmico y de otros factores individuales.

Para temperaturas interiores el aporte de calor de calefacción necesario es igual a la suma de todas las pérdidas de calor a través de las superficies que rodean los locales caldeados.

Éstas pérdidas son de dos clases: la que se efectúa por intermedio de las paredes, ventanas, techos, suelo, etc. Denominada pérdida de calor por transmisión; y por otro lado el aire exterior que atraviesa o penetra en un edificio pasando por rendijas, puertas, etc y que se conoce como pérdida de calor por ventilación.

Transmisión de calor a través de una pared

La transmisión de calor entre dos medios a temperaturas diferentes separados por un muro de caras paralelas, se conoce por los procesos de conducción, convección y radiación, efectuándose dicha transmisión desde el ambiente más cálido al más frío.

La cantidad de calor que pasa a través de la pared se calcula mediante la siguiente expresión:

Qt = S * K * Δt donde: Qt = cantidad de calor en kcal/hr S = superficie en m2 K = coeficiente de transmisión de calor en kcal/hr * m2ºC

Δt = diferencia entre la temperatura interior y exterior en ºC

Cálculo del coeficiente de transmisión K

Para una pared de superficie “S”, con caras planas paralelas formada por un material homogéneo, que se mantiene a las temperaturas t1 y t2, la cantidad de calor Q que pasa a través del espesor “e” de la pared durante una hora vendrá reflejada por:

Q = S * λ / e * (t1 – t2)

El símbolo λ es el coeficiente de conductividad térmica siendo una característica de cada material y, su valor puede depender de la temperatura y de otros factores tales como la densidad, porosidad, contenido de humedad, etc.

Algunos valores de conductividad térmica λ son los siguientes

MATERIALES Densidad kg / m3 λ kcal/hm ºC

Roca compacta 2500 - 3000 3,0

Arena con humedad natural 1700 1,2

Suelo a humedad natural 1800 1,8

Arcilla 2100 0,8

Grava 1700 0,7

Mortero de cemento 2000 1,2

Hormigón armado 2400 1,4

Hormigón normal sin vibrar 2000 1,0

Hormigón normal vibrado 2400 1,4

Paneles de yeso – cartón (volcanita) 900 0,16

Ladrillos relleno 1800 0,75

Ladrillo hueco 1200 0,42

Vidrio 2500 0,82

Acero 7850 50

cobre 8900 330

Aluminio 2700 175

Madera 800 0,18

Asfalto 2100 0,60

Pérdida de calor por infiltración o ventilación natural

El volumen o cantidad de aire que penetra en los locales calefaccionados por la acción del viento y por el efecto chimenea que se crea en el interior de los edificios, depende de la hermeticidad de las uniones entre los diferentes componentes que configuran la construcción además de la velocidad y dirección del viento.

La cantidad de calor a sumar para compensar las pérdidas de calor causadas por la infiltración, se evalúan mediante la siguiente fórmula:

Qi = V * ce *Pe * η * (ti – te)

Siendo:

Qi = cantidad de calor a sumar en kcal/kg ºC

ce = calor específico del aire, 0,24 kcal/kg ºC

Pe = peso específico del aire seco, 1,24 kg/m3 a 10ºC y 1,205 kg/m3 a 20ºC

η = número de renovaciones / hora (0,5 generalmente)

ti = temperatura interior del local en ºC

te = temperatura exterior en ºC

V = volumen del espacio en m3

SUPLEMENTOS

A parte de las pérdidas de calor por transmisión e infiltración de aire ya enumeradas, en la práctica hay que tener en cuenta tales como:

Zu, interrupción del servicio de calefacción

Za, superficies exteriores frías

Zh, orientación

Todos los suplementos deben calcularse sobre las pérdidas de calor por transmisión de todo el local.

Suplementos que debemos añadir para compensar las pérdidas de calor

CONCEPTO DE SUPLEMENTO VALOR

Por orientación norte 0,05 – 0,07

Por reducción nocturna 0,05

Por intermitencia: de 8 a 9 horas parada 0,1

Por intermitencia: más de 10 horas parada 0,2 – 0,25

Más de 2 paredes al exterior 0,05

Ultimas plantas edificios de gran altura 0,02 / metro

PÉRDIDAS DE CALOR TOTALES

La pérdida total de calor o las necesidades térmicas totales para calefaccionar una vivienda, local o cualquier otra dependencia vendrán dadas por la igualdad:

Q = (Qt + Qi) * (1 + F)

En la cual,

Q = cantidad de calor total, kcal/h

Qt = cantidad de calor por transmisión, kcal/h

Qi = cantidad de calor total por infiltraciones de aire, kcal/h

F = Suma de suplementos (Zu + Za + Zh)

CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTECALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE

Los sistemas de calefacción por agua caliente se basan en el transporte de la energía calorífica Los sistemas de calefacción por agua caliente se basan en el transporte de la energía calorífica siendo su vehículo el agua calentada en la caldera, la cual al circular entre los elementos siendo su vehículo el agua calentada en la caldera, la cual al circular entre los elementos productores y los emisores de calor , estos últimos transfieren la energía calorífica al ambiente. productores y los emisores de calor , estos últimos transfieren la energía calorífica al ambiente. El agua caliente, una vez que cede parte de su calor en los emisores, vuelve al punto de El agua caliente, una vez que cede parte de su calor en los emisores, vuelve al punto de partida, a la caldera, mediante la red de retorno y a más baja temperatura.partida, a la caldera, mediante la red de retorno y a más baja temperatura.

La cantidad de calor circulante Q puede hallarse por la expresión:La cantidad de calor circulante Q puede hallarse por la expresión:

Q = c * q * Q = c * q * ΔΔtt

Siendo:Siendo:

Q = cantidad de calor circulante, kcal/hQ = cantidad de calor circulante, kcal/h

c = calor específico del agua, 1 kcal/kgºCc = calor específico del agua, 1 kcal/kgºC

q = caudal de agua, kg/hq = caudal de agua, kg/h

ΔΔt = salto térmico entre la entrada y salida de los elementos emisorest = salto térmico entre la entrada y salida de los elementos emisores

Estas instalaciones pueden ser por:Estas instalaciones pueden ser por:

GravedadGravedad

Por circulación forzada mediante bombaPor circulación forzada mediante bomba

En la actualidad han caído en desuso las instalaciones por gravedad realizándose todas En la actualidad han caído en desuso las instalaciones por gravedad realizándose todas mediante circulación forzada a través de bomba.mediante circulación forzada a través de bomba.

La misión que tiene la bomba es la de impulsar el agua y producir una rápida circulación en el La misión que tiene la bomba es la de impulsar el agua y producir una rápida circulación en el interior del circuito de calefacción, igualando la temperatura de los radiadores.interior del circuito de calefacción, igualando la temperatura de los radiadores.

INSTALACIONES MONOTUBULARES Y BITUBULARESINSTALACIONES MONOTUBULARES Y BITUBULARES

Dentro de la distribución del agua caliente a los emisores pueden distinguirse dos conceptos o Dentro de la distribución del agua caliente a los emisores pueden distinguirse dos conceptos o maneras de realizarla. Sistema monotubular y sistema bitubular.maneras de realizarla. Sistema monotubular y sistema bitubular.

En el sistema monotubular todo el conjunto, tuberías y radiadores, está empalmado mediante En el sistema monotubular todo el conjunto, tuberías y radiadores, está empalmado mediante una única tubería de distribución de agua caliente, formando un circuito cerrado de manera una única tubería de distribución de agua caliente, formando un circuito cerrado de manera que el agua que circula por el circuito pasa por todos los radiadores y, por lo tanto, la que el agua que circula por el circuito pasa por todos los radiadores y, por lo tanto, la temperatura del agua va disminuyendo a medida que se acerca al último radiador del anillo.temperatura del agua va disminuyendo a medida que se acerca al último radiador del anillo.

La red de circulación monotubular, aunque es sencilla y económica, sólo es aconsejable en La red de circulación monotubular, aunque es sencilla y económica, sólo es aconsejable en instalaciones pequeñas como viviendas unifamiliares o individuales.instalaciones pequeñas como viviendas unifamiliares o individuales.

Los sistemas bitubulares se caracterizan por la existencia de dos tubos o tubería doble, una de Los sistemas bitubulares se caracterizan por la existencia de dos tubos o tubería doble, una de ida y otra de retorno montadas en paralelo. Con esta disposición se asegura que el agua entre ida y otra de retorno montadas en paralelo. Con esta disposición se asegura que el agua entre en los emisores a la misma temperatura, estando el salto térmico entre 15ºC y 20ºC.en los emisores a la misma temperatura, estando el salto térmico entre 15ºC y 20ºC.

COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓNCOMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN

Básicamente una instalación de calefacción se compone de:Básicamente una instalación de calefacción se compone de:

Caldera de calefacciónCaldera de calefacción

Depósito de expansiónDepósito de expansión

Bomba de circulaciónBomba de circulación

Elementos emisores de calorElementos emisores de calor

TuberíasTuberías

Entre la caldera encargada de producir el calor y transmitirlo al agua fría para elevar su Entre la caldera encargada de producir el calor y transmitirlo al agua fría para elevar su temperatura y calentarla y el resto de los componentes, existe una red de tuberías que los une temperatura y calentarla y el resto de los componentes, existe una red de tuberías que los une a un circuito cerrado.a un circuito cerrado.

Las calderas, según el combustible a consumir, se clasifican en:Las calderas, según el combustible a consumir, se clasifican en:

Calderas para combustibles sólidos (leña o carbón)Calderas para combustibles sólidos (leña o carbón)

Calderas para combustibles fluidos (gas)Calderas para combustibles fluidos (gas)

Calderas eléctricasCalderas eléctricas

La potencia de la caldera se determina según la fórmula:La potencia de la caldera se determina según la fórmula:

P = Q + Qt P = Q + Qt

Siendo:Siendo:

P = potencia de la caldera, kcal/hP = potencia de la caldera, kcal/h

Q = potencia instalada en radiadores, kcal/hQ = potencia instalada en radiadores, kcal/h

Qt = pérdidas de calor en tuberías, kcal/hQt = pérdidas de calor en tuberías, kcal/h

El local destinado a la ubicación de la caldera es conveniente que se dimensione ampliamente El local destinado a la ubicación de la caldera es conveniente que se dimensione ampliamente con el fin de que haya espacio suficiente para un correcto mantenimiento de los equipos.con el fin de que haya espacio suficiente para un correcto mantenimiento de los equipos.

La chimenea es un componente importante en una instalación, tiene como cometido la La chimenea es un componente importante en una instalación, tiene como cometido la conducción de los gases de combustión desde la caldera hasta el exterior.conducción de los gases de combustión desde la caldera hasta el exterior.

DEPÓSITO DE EXPANSIÓNDEPÓSITO DE EXPANSIÓN

La función del depósito de expansión es retener el exceso de volumen que resulta cuando el La función del depósito de expansión es retener el exceso de volumen que resulta cuando el agua sobrepasa su calentamiento normal, experimentando una importante dilatación, teniendo agua sobrepasa su calentamiento normal, experimentando una importante dilatación, teniendo una capacidad mínima del 6% del volumen total de agua contenida en la instalación.una capacidad mínima del 6% del volumen total de agua contenida en la instalación.

O sea, V ≥ 0,06 * V1O sea, V ≥ 0,06 * V1

Donde: Donde:

V = capacidad del depósito, litrosV = capacidad del depósito, litros

V1 = volumen total de la instalación, litrosV1 = volumen total de la instalación, litros

El volumen total de agua de la instalación se hallará conociendo la capacidad de la caldera, El volumen total de agua de la instalación se hallará conociendo la capacidad de la caldera, tuberías, emisores, etc. En todo caso una buena estimación de esto se logra con la siguiente tuberías, emisores, etc. En todo caso una buena estimación de esto se logra con la siguiente fórmula según DIN 4751:fórmula según DIN 4751:

V = P * 1,2 / 1000 V = P * 1,2 / 1000

Siendo:Siendo:

V = capacidad del depósito, litrosV = capacidad del depósito, litros

P = potencia de la caldera, kcal/hP = potencia de la caldera, kcal/h

BOMBA DE CIRCULACIÓNBOMBA DE CIRCULACIÓN

La función de la bomba de circulación en una instalación de agua caliente consiste en vencer La función de la bomba de circulación en una instalación de agua caliente consiste en vencer la resistencia que presenta el circuito al tránsito del agua por su interior haciéndola más la resistencia que presenta el circuito al tránsito del agua por su interior haciéndola más movible. Se emplean exclusivamente bombas centrífugas con accionamiento por motor movible. Se emplean exclusivamente bombas centrífugas con accionamiento por motor eléctrico.eléctrico.

El volumen o caudal de agua circulante vendrá dado por la ecuación:El volumen o caudal de agua circulante vendrá dado por la ecuación:

Q = P / (Q = P / (ΔΔt * ct * cee * p * pee))

Siendo:Siendo:

Q = caudal de agua, l/hQ = caudal de agua, l/h

P = potencia de la caldera, kcal/hP = potencia de la caldera, kcal/h

ΔΔt = salto térmico (temperatura ida – temperatura retorno)t = salto térmico (temperatura ida – temperatura retorno)

cce e = calor específico, kcal/h kgºC = 1 para el agua= calor específico, kcal/h kgºC = 1 para el agua

ppe e = peso específico, kg/m3 = 1 para el agua= peso específico, kg/m3 = 1 para el agua

RegulaciónRegulación

La regulación de la potencia de la bomba puede lograrse mediante estrangulamiento del caudal La regulación de la potencia de la bomba puede lograrse mediante estrangulamiento del caudal de agua o “by – pass” por medio de una válvula de cierre colocada en la tubería de impulsión, de agua o “by – pass” por medio de una válvula de cierre colocada en la tubería de impulsión, con lo que se pierde energía. con lo que se pierde energía.

MontajeMontaje

La bomba puede montarse tanto en la ida como en el retorno de la instalación. Debe La bomba puede montarse tanto en la ida como en el retorno de la instalación. Debe emplazarse donde la tubería sea rígida con la finalidad de que no vibre. El sentido de emplazarse donde la tubería sea rígida con la finalidad de que no vibre. El sentido de circulación del agua está indicado por una flecha grabada sobre el cuerpo de la bomba, lo que circulación del agua está indicado por una flecha grabada sobre el cuerpo de la bomba, lo que permite comprobar el sentido de rotación.permite comprobar el sentido de rotación.

ELEMENTOS EMISORES DE CALOR (radiadores)ELEMENTOS EMISORES DE CALOR (radiadores)

Los elementos emisores de calor o unidades terminales más tradicionales usados para Los elementos emisores de calor o unidades terminales más tradicionales usados para calderas de agua caliente, son los radiadores y aerotermos.calderas de agua caliente, son los radiadores y aerotermos.

Los radiadores tienen la misión de poner en comunicación el circuito de agua caliente con los Los radiadores tienen la misión de poner en comunicación el circuito de agua caliente con los ambientes que deben ser calefaccionados, es decir, emiten calor al ambiente aumentando su ambientes que deben ser calefaccionados, es decir, emiten calor al ambiente aumentando su temperatura.temperatura.

La transmisión de calor de los radiadores se hace por convección natural por el lado del agua y La transmisión de calor de los radiadores se hace por convección natural por el lado del agua y por radiación por el lado del aire.por radiación por el lado del aire.

CÁLCULO DE TUBERÍASCÁLCULO DE TUBERÍAS

Una vez encontrada las necesidades térmicas de la vivienda y el salto térmico del agua Una vez encontrada las necesidades térmicas de la vivienda y el salto térmico del agua escogido para el proyecto, el caudal de agua en el radiador se hallará mediante la fórmula:escogido para el proyecto, el caudal de agua en el radiador se hallará mediante la fórmula:

G = Q / G = Q / ΔΔtt

Donde:Donde:

G = caudal de agua en el radiador, kg/hG = caudal de agua en el radiador, kg/h

Q = potencia térmica solicitada (del cálculo de necesidades caloríficas de la vivienda), kcal/hQ = potencia térmica solicitada (del cálculo de necesidades caloríficas de la vivienda), kcal/h

ΔΔt = disminución de la temperatura del agua por efecto del calor cedido por el radiador, ºCt = disminución de la temperatura del agua por efecto del calor cedido por el radiador, ºC

o bien, o bien, ΔΔt = ti – trt = ti – tr

en la que.en la que.

ti = temperatura de impulsión, ºCti = temperatura de impulsión, ºC

tr = temperatura de retorno, ºCtr = temperatura de retorno, ºC

Guía para el cálculo de una red de tuberíasGuía para el cálculo de una red de tuberías

En el cálculo para dimensionar las tuberías del agua de calefacción se necesita seguir algunos En el cálculo para dimensionar las tuberías del agua de calefacción se necesita seguir algunos pasos.pasos.

1) Trazar un croquis acotado de la red de tuberías que lleve reflejado todos los elementos que 1) Trazar un croquis acotado de la red de tuberías que lleve reflejado todos los elementos que componen la instalación.componen la instalación.

2) Se determinarán las necesidades de calor en cada punto.2) Se determinarán las necesidades de calor en cada punto.

3) Como base, se tomará para el cálculo una diferencia de temperatura entre la ida y el retorno 3) Como base, se tomará para el cálculo una diferencia de temperatura entre la ida y el retorno en la caldera de 20ºC, al igual que para cada elemento emisor.en la caldera de 20ºC, al igual que para cada elemento emisor.

4) Se fijan los caudales de agua en circulación para cada tramo, recordando que, siendo el 4) Se fijan los caudales de agua en circulación para cada tramo, recordando que, siendo el agua el fluido circulante, el caudal G, toma el valor de la relación entre la potencia térmica y la agua el fluido circulante, el caudal G, toma el valor de la relación entre la potencia térmica y la diferencia de temperaturas.diferencia de temperaturas.

5) Llevaremos a un cuadro los valores obtenidos que corresponden a cada tramo .5) Llevaremos a un cuadro los valores obtenidos que corresponden a cada tramo .

6) Acomodaremos los valores de circulación del agua por el interior de las tuberías de acuerdo 6) Acomodaremos los valores de circulación del agua por el interior de las tuberías de acuerdo con la siguiente tabla.con la siguiente tabla.

Velocidad máxima de circulación del aguaVelocidad máxima de circulación del agua

7) Empezar el cálculo por el radiador más alejado o el situado en una posición desfavorable.

Diámetro tubería en pulgadas Velocidad máxima en m/s

3/8 0,4

½ 0,6

¾ 0,8

1 1

1 ¼ 1,2

1 ½ 1,4

2 1,6

8) Durante el trazado de las tuberías, debe tenerse en cuenta la dilatación de las mismas.8) Durante el trazado de las tuberías, debe tenerse en cuenta la dilatación de las mismas.

9) Una vez conocido el caudal y la pérdida de carga deduciremos los diámetros de tuberías 9) Una vez conocido el caudal y la pérdida de carga deduciremos los diámetros de tuberías para una determinada velocidad de circulación.para una determinada velocidad de circulación.

10) Tomaremos como pérdida de calor en las tuberías de calefacción en el interior de 10) Tomaremos como pérdida de calor en las tuberías de calefacción en el interior de viviendas, de un 5% a un 10% del total de la potencia de radiadores. viviendas, de un 5% a un 10% del total de la potencia de radiadores.

Para un esquema de distribución y una cantidad de calor dada, son posibles redes con Para un esquema de distribución y una cantidad de calor dada, son posibles redes con diámetros de tuberías diferentes; todas ellas son perfectamente válidas. Sin embargo, diámetros de tuberías diferentes; todas ellas son perfectamente válidas. Sin embargo, únicamente una red de éstas es la más conveniente si atendemos al aspecto económico. únicamente una red de éstas es la más conveniente si atendemos al aspecto económico.

REGULACIÓN Y CONTROLREGULACIÓN Y CONTROL

La función de un equipo de control es la de mantener las condiciones climáticas de La función de un equipo de control es la de mantener las condiciones climáticas de confort (20ºC) de los locales calentados. confort (20ºC) de los locales calentados.

La importancia del control de una instalación se ha fortalecido en lo últimos años como La importancia del control de una instalación se ha fortalecido en lo últimos años como consecuencia de la crisis energética, además de adecuar la producción a la demanda. consecuencia de la crisis energética, además de adecuar la producción a la demanda.

Por consiguiente, toda instalación de calefacción debe poseer un sistema de regulación Por consiguiente, toda instalación de calefacción debe poseer un sistema de regulación automático de temperatura, que verifique el gasto incontrolado de energía que se automático de temperatura, que verifique el gasto incontrolado de energía que se manifiesta cuando la temperatura no es controlada.manifiesta cuando la temperatura no es controlada.

Para ejercer el control de la temperatura ambiente, una buena manera es situando un Para ejercer el control de la temperatura ambiente, una buena manera es situando un termostato en la habitación.termostato en la habitación.

MANTENIMIENTOMANTENIMIENTO

Siempre debemos tener presente que un buen mantenimiento es, a la larga, Siempre debemos tener presente que un buen mantenimiento es, a la larga, una inversión rentable. una inversión rentable.

CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTECALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE

CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE

Este sistema cuenta con un ventilador acoplado que se encarga de dirigir una corriente de aire caliente hacia las zonas designadas, la cual, debidamente controlada, caldea los espacios cerrados en que se descarga.

Dentro de los equipos más comunes y de fácil adquisición en el mercado tenemos:

Aerocalentadores o aerotermos, que son unidades autónomas que funcionan o bien con agua caliente o con quemadores de gas. La potencia calorífica de los aerotermos de agua caliente depende del tamaño y oscila entre las 5000 y 50000 kcal/h la que es llevada a los distintos ambientes por ventiladores helicoidales.

Los aerotermos a gas calientan el aire ambiente y lo lanzan al interior del local a calefaccionar con un incremento de temperatura de 25º a 30ºC entre la aspiración y la impulsión, consiguiéndose un calentamiento muy rápido debido al movimiento permanente del aire y, mediante un termostato se controla que el aire no fluya a temperatura muy elevada o demasiado fría.

El consumo en kcal/h oscila entre las 25000 y las 100000 y su potencia efectiva en kcal/h van desde las 20000 a las 80000 con un caudal de aire impulsado que puede estar sobre los 2000 a 8000 m3/h según el modelo que se disponga.

Los aerotermos tanto de agua como de aire pueden ubicarse en paredes o techos.

CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTECALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE

La calefacción por suelo irradia calor de abajo hacia arriba, incidiendo sobre los cuerpos La calefacción por suelo irradia calor de abajo hacia arriba, incidiendo sobre los cuerpos sólidos (techos, suelos, paredes, personas, etc) elevando su temperatura. sólidos (techos, suelos, paredes, personas, etc) elevando su temperatura.

Generalmente la superficie radiante coincide con la superficie de la habitación por lo cual el Generalmente la superficie radiante coincide con la superficie de la habitación por lo cual el reparto de la temperatura es uniforme y como además actúa a baja temperatura no genera reparto de la temperatura es uniforme y como además actúa a baja temperatura no genera corriente de aire.corriente de aire.

Al decir que el suelo radiante es un sistema de calefacción a baja temperatura, se está Al decir que el suelo radiante es un sistema de calefacción a baja temperatura, se está indicando que para una temperatura superficial de 20º a 35ºC, necesitamos una temperatura indicando que para una temperatura superficial de 20º a 35ºC, necesitamos una temperatura de agua entre 30º y 50ºC dependiendo del material del suelo. de agua entre 30º y 50ºC dependiendo del material del suelo.

A su vez, el mismo suelo radiante puede acumular energía para varias horas. A su vez, el mismo suelo radiante puede acumular energía para varias horas.

La temperatura para los suelos radiantes no deben superar los 30ºC en zonas normalmente La temperatura para los suelos radiantes no deben superar los 30ºC en zonas normalmente ocupadas. ocupadas.

Las temperaturas máximas superficiales del suelo recomendadas son las siguientes:Las temperaturas máximas superficiales del suelo recomendadas son las siguientes:

Oficinas y polideportivos…………………25ºCOficinas y polideportivos…………………25ºC

Viviendas…………………………………..27ºCViviendas…………………………………..27ºC

Baños, piscinas y pasillos………………..30ºCBaños, piscinas y pasillos………………..30ºC

Las limitaciones de temperatura máxima superficial y el uso de distintos materiales para Las limitaciones de temperatura máxima superficial y el uso de distintos materiales para tuberías hacen que las temperaturas extremas recomendables de diseño del agua a utilizar tuberías hacen que las temperaturas extremas recomendables de diseño del agua a utilizar sean de 40º a 45ºC. con un salto térmico de 5º a 10ºC.sean de 40º a 45ºC. con un salto térmico de 5º a 10ºC.

Cada fabricante de tubos posee sus propios métodos de cálculo, pero como orientación, las Cada fabricante de tubos posee sus propios métodos de cálculo, pero como orientación, las necesidades térmicas de los locales se evaluarán con el procedimiento habitual, teniendo necesidades térmicas de los locales se evaluarán con el procedimiento habitual, teniendo presente que:presente que:

No se estimarán las pérdidas por transmisión a través de los suelos por los que pasen los No se estimarán las pérdidas por transmisión a través de los suelos por los que pasen los paneles.paneles.

En el trazado de las tuberías se elegirán diámetros mayores a los convencionales, ya que el En el trazado de las tuberías se elegirán diámetros mayores a los convencionales, ya que el salto térmico del circuito de calefacción al no superar los 5ºC, obliga a llevar mayores caudales salto térmico del circuito de calefacción al no superar los 5ºC, obliga a llevar mayores caudales de los acostumbrados.de los acostumbrados.

Como resumen, señalar que el sistema tradicional de radiadores funciona normalmente con Como resumen, señalar que el sistema tradicional de radiadores funciona normalmente con temperaturas elevadas de 80ºC temperatura de ida y 60ºC de retorno, mientras que el suelo temperaturas elevadas de 80ºC temperatura de ida y 60ºC de retorno, mientras que el suelo radiante contiene temperaturas entre 30º y 50ºC de ida y de 20 a 40ºC de retorno.radiante contiene temperaturas entre 30º y 50ºC de ida y de 20 a 40ºC de retorno.

FINFIN