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 S271  Termosifón. Redes de A.C.S. y bases de cálculo. Trazados de retorno. Bomba de recirculación.

S2

Fontanería
S27 Rama Dimensionado.
S271 Rama Termosifón. Redes de A.C.S. y bases de cálculo.Trazados de retorno.Bomba de recirculación.
S272 Rama Cálculos de A.C.S.
S273 Rama Aplicación del procedimiento a diferentes trazados.Cálculo de pérdidas caloríficas de un circuito de A.C.S.
S274 Rama Anexo.

EXPOSICIÓN:

En la presente ficha se desarrollan los siguientes apartados:

  1. Termosifón. 
  2. Redes de A.C.S. Trazados de retorno. Bomba de recirculación. 
  3. Bases para el cálculo de las redes de A.C.S.

 



1     TERMOSIFÓN.

El agua cuando se calienta por encima de los 40 C pierde densidad.  Este hecho hace que en un circuito cerrado el agua fría que se encuentre en la parte alta del mismo tienda a ser sustituida por otra más caliente que se encuentre en la parte baja.  Ello origina un movimiento de circulación que se denomina fenómeno de termosifón. (fig. 1).

fig.1

Tal movimiento responde a unas diferencias de presiones internas en el líquido, cuya cuantía aproximada responde a la expresión:

 P = 0,6H (t1 - t2)         P en mm.c.a.

                                       H en m.

                                        t1 y t2 en 0C

dónde P es la diferencia de presiones entre dos puntos, 1 y 2, cuyas temperaturas son t1 y t2 y que están situados con un diferencial de altura de H metros.

2     REDES DE ACS.  TRAZADOS DE RETORNO.  BOMBA DE RECIR­CULACIÓN.

Vimos en el tema anterior esquemas elementales de trazados de agua caliente con una tubería de retorno que, conectando al punto más alto del suministro, sólo por el fenómeno de termosifón, devolvería el agua caliente no utilizada al acumulador y de ahí la haría de nuevo ascender.

No obstante, en general, cuando no hay consumo - esto es cuando están los grifos cerrados - o éste es escaso, los ramales de ida se van enfriando y el efecto termosifón, por sí solo, no es suficiente para contrarrestar la pérdida de calor por transmisión al ambiente exterior.

Por esta razón se coloca al final del circuito así formando una pequeña bomba - llamada de recirculación o retorno - que garantiza la circulación de los caudales suficientes para contrarestar dicho enfriamiento.  El trazado de ida y el de retorno constituyen un sistema CERRADO, y, según se trate de edificios en desarrollo vertical u horizontal, responde a los esquemas básicos de la fig.2.

fig. 2

3     BASES PARA EL CÁLCULO DE LAS REDES DE ACS.

3.1  Trazados de ida.  Cálculo a grifos abiertos.

3.1.1 Cálculo de Secciones.

Conocida la presión del hidro del edificio y hallados los gastos punta de agua caliente, se calculan las correspondientes secciones por el método de las presiones o el de las velocidades, de un modo análogo a como se hace con la instalación de agua fría.

3.1.2          Cálculo de temperaturas.

Es evidente que en los trazados de ida de A.C.S., aún cuando estén calorifugados, el agua va perdiendo temperatura, de modo que si sale del acumulador a la temperatura t1 llegará a un punto dado de la instalación a la temperatura t2 (t2 < t1).

Según la física clásica, las calorías que pierde el agua de un tramo de la instalación viene dado como producto del caudal circulante por la caida de temperatura t1-t2,  que experimenta en dicho recorrido

                         C = Q (t1-t2),     [1]

siendo            C =  perdida de calor en  k cal/h.

                        Q =  caudal  punta circulante en l/h.

                        t1 =  temperatura del agua al inicio del tramo

                        t2 =  temperatura del agua al final del tramo

Esta misma pérdida de calorías C, sabemos que es consecuencia de la acción de la temperatura exterior sobre el referido tramo, lo que podemos reflejar por la conocida expresión

                                                      [2]

en la que:

K =  coeficiente de transmisión de la tubería calorifugada en k cal/h x 0C x m2

S =  Superficie exterior del tramo (= s x l, en la que s es la superficie por metro de tubería y l su longitud). 

t0  =  temperatura ambiente en  0C

Igualando ambas expresiones tendremos

                                           

Despejando t2 tendremos

                                                          [3]

expresión que nos permite obtener la temperatura final t2 de cualquier tramo en función de la temperatura exterior y del caudal punta circulante, conocida la temperatura inicial t1 y el coeficiente de transmisión de la tubería.  Naturalmente el valor de Q condiciona el valor de t2 , que alcanza su máximo cuando Q = Qp.

3.2  Trazados de retorno.  Cálculo a grifos cerrados.

Tal como dijimos, su función es la de mantener la temperatura del trazado de ida cuando no se esté utilizando la instalación o los consumos sean escasos.  Para ello el cálculo se fundamentará en establecer apriorísticamente los diámetros y averiguar el caudal del agua caliente que habrá de mover una bomba de recirculación.  Es lo que se denomina CALCULO A GRIFOS CER­RADOS.

3.2.1  Caudal de la bomba de recirculación.

Supongamos un tramo del circuito de ida de una instalación que ha estado funcionando a grifos abiertos, suministrando ACS a temperaturas comprendidas entre t1 y t2 .  Al entrar la instalación en régimen de grifos cerrados la difusión al medio ambiente por hora, dada por [2] ya no puede ser “detraida” del caudal normal de funcionamiento, Q, por ser éste escaso o inexistente.

Si no queremos que a grifos cerrados la tubería se enfríe paulatinamente debemos aportar continuamente un cierto nuevo caudal q de agua caliente, de modo que, en el peor de los casos, se garantice un valor de t2 aceptable para la utilización del A.C.S.

La cantidad de calorías que aporta un caudal de agua q que tiene en su inicio una temperatura t1  y acaba con otra t2  viene dada por la expresión

                                     C = q (t1 - t2)                     [4]

Igualando, según lo dicho, [2] y [4] tenemos:

                                      ,       de dónde

                                     

  En el caso de un ramal compuesto por tramos de diferentes K  podemos escribir la fórmula más genérica que nos da el caudal que ha de suministrar la bomba de recirculación a dicho ramal.

                                               [5]

en la que:       

 q   =     Caudal en l/h

 K   =    Coeficiente de transmisión de cada tramo de tubería calorifugada en K cal/h x 0C x m2.

 S   =    Superficie exterior de cada tramo ( = s x l, siendo s la superficie por metro de tubería calorifugada y l su longitud).

 t1  =     Temperatura inicial del agua en el ramal en 0C.

  t2  =     Temperatura final del agua en el ramal en 0C (dato a fijar por el proyectista).

  t0  =     Temperatura del ambiente en 0C.

 Habitualmente se toma un valor de t2 = t1 – 2º.

3.2.2  Presión de la bomba de recirculación.

Al hacer recircular el agua de la red, la presión que tenía, suministrada anteriormente por el hidro, iría progresivamente debilitándose por efecto del rozamiento; así pues la presión de la bomba de recir­culación ha de ser tal que supere las perdidas de carga motivadas por la circulación que ella misma origina.


Actualizado 20/02/08

 ©  Contenido: Juan Carratalá Fuentes y Manuel Roca Suárez