Determinacion de Los Caudales de Recircilacion y Dimensiones de La Tuberia de Retorno

Diseño de Sistemas Térmicos y Fluídicos

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DETERMIANCION DE CAUDALES DE RECIRCULACION Y DIMENSIONES DE LA TUBERIA DE RETORNO

El objetivo de los sistemas domésticos de circulación de retorno de agua caliente, es el de mantener la temperatura del agua dentro de límites adecuados en las tuberías principales y en los elevadores de suministro. Esto se obtiene haciéndose recircular el agua a través de las tuberías principales y de los elevadores desde un tanque de almacenamiento a un calentador, de manera que pueda obtenerse inmediatamente agua caliente en los aparatos alejados de la fuente de agua caliente. Para hacer esto económica y exactamente, exactamente, deben diseñarse diseñarse los caudales caudales de circulación y los diámetros de la tubería de retorno de acuerdo con : a) El grado de pérdida de calor en la tubería que se realiza la circulación b) La diferencia de temperatura a la que opera el sistema sistema c) La presión o carga carga obtenible obtenible para la circulación. circulación. Un método sencillo y racional se ha perfeccionado en donde pueden aplicarse los principios de ingeniería para determinar las cantidades de circulación apropiadas y los diámetros de la tubería de retorno en cualquier sistema de suministro de agua caliente doméstico del tipo de circulación de retorno para satisfacer condiciones de funcionamiento particulares casi de la misma manera que en los sistemas sistemas de calentamiento de agua. Este método es un conjunto conjunto completo de procedimientos consistentes en 11 pasos simples que pueden aplicarse después de haber calculado los diámetros de las tuberías principales de suministro de agua caliente y de los elevadores, de acuerdo con los requerimientos de demanda de agua caliente de los aparatos. El procedimiento es el siguiente: Paso 1: Calcular

los grados de pérdida de calor en toda la tubería de suministro de agua caliente. Usando la tabla 8.3. Se encuentran valores de pérdidas de calor para varias clases de diámetros de tubería sin aislar y aisladas, basados en una temperatura del agua de 140°F(60 °C) y una temperatura del aire de 70°F(21.2 °C). TABLA 8.3. Pérdida de calor en la tubería de suministro de agua caliente en BTU/hr/pies lineales, 140°F (60°C) en tubería 70°F (21.1°C) de aire SIN AISLAR Diámetro en pulg ½ ¾ 1 1¼ 1½ 2 2½ 3 4

Hierro Galvanizado o Acero S.P.S. 35 43 53 65 73 91 108 130 163

Bronce o Cobre S.P.S. sin roscar 26 32 38 46 53 65 75 90 113

AISLADO Cobre Modelo L 19 26 32 39 46 58 68 81 103

Todos los Tipos de tubería 15 17 19 21 24 29 32 38 46

s.p.s = Tamaño Estándar de Tubería

Los valores para la tubería aislada suponen un recubrimiento equivalente a una pulgada de espesor, de fibra de vidrio. Los datos recopilados en esta tabla son el resultado de evaluar y cubrir algunos detalles de la información e investigación sobre las pérdidas de calor en las tuberías, reunidos poco a poco en reportajes, graficas, literatura de los fabricantes y publicaciones de investigación. Paso 2:

Determinar los grados de pérdida de calor en las tuberías principales y en los elevadores de retorno. Ya que sus diámetros son desconocidos hasta el momento, no pueden calcularse directamente directamente sus grados de pérdida de calor. Una pérdida de calor debe

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suponerse basado en los hechos conocidos en la experiencia y en el criterio propio. A este respecto se debe reconocer que la longitud de la tubería de retorno es aproximadamente la misma que la de las tuberías principales de suministro y de los elevadores de suministro en el sistema de circulación. La experiencia indica que cuando se establecen por el diseño los diámetros finales de tubería de retorno son generalmente cerca de la mitad de los diámetros de secciones análogas de las tuberías maestras de suministro y de cerca de 3/8 de los diámetros máximos de los elevadores de suministro. La Tabla 8.3. puede consultarse para obtener los valores de las pérdidas de calor de los diferentes diámetros de los tubos para tales proporciones con base en estas consideraciones se puede hacer una suposición razonable de los grados de pérdida de calor de las tuberías de retorno y de los elevadores principales. Se recomienda que la suposición sea como sigue: 2/3 del grado de pérdidas del calor con la tubería de suministro, cuando tanto la tubería de suministro como la de regreso estén aisladas o cuando las dos estén sin aislar y 4/3 del grado de pérdida de calor de la tubería de suministro cuando esta se encuentre aislad y la tubería de regreso esté sin aislar. De esta manera los grados de pérdida de calor para las tuberías de retorno sin diámetros calculados pueden establecerse tentativamente y los grados de pérdidas de calor para las varias partes del sistema pueden colocarse en un punto bastante claro. Paso 3:

Agrupar las pérdidas de calor calculadas y supuestas para toda la tubería de suministro y de retorno a través de la cual circula el agua caliente del sistema, con el fin de establecer tentativamente el grado de pérdida de calor total. Luego asignar las pérdidas pertenecientes a las partes individuales del sistema de circuitos apropiados de la tubería de circulación con el fin de establecer la cantidad proporcional de circulación requerida para compensar sus cargas por la pérdida de calor. Paso 4: Calcular

los grados de circulación requeridos para los circuitos de la tubería principal y de circuitos ramales de acuerdo con sus cargas asignadas de pérdidas de calor y con la diferencia de la temperatura a la que se va a operar el sistema. Una diferencia de 11.1 °C es generalmente recomendable para usarse en sistemas de diseño equipados con bombas de circulación, en tanto que se recomienda una diferencia de 22.2°C para sistemas en los que la circulación sea inducida por la carga de la gravedad. El grado de calor suministrado por una velocidad de circulación de 0.063 l/s al perder 11.1 °C de temperatura es de 166 btu/min o de 9.960 btu/h. Por cuestión de conveniencias el último valor puede tomarse como 10.000 btu/h. La misma velocidad de circulación, 0.063 l/s al descender 22.2 °C suministra cerca de 20.000byu/h. Estos factores pueden aplicarse para establecer los grados de circulación requeridos, por todas las partes del sistema. Por ejemplo, si un sistema equipado con bombas tiene un grado de pérdida de calor total de 61.145 la capacidad de descarga requerida de la bomba será igual a 61.145/10.000 ó 6.1 gal/min. y si el grado de pérdida de calor asignado a un elevador de retorno dado o a la sección de una tubería principal de retorno es de 8.410 btu/h, la cantidad de circulación requerida para éste será igual a 8.410/10.000 ó 0.84 gal/min. Una aplicación semejante puede hacerse del factor 20.000 btu/h, en caso de que los sistemas de circulación por gravedad operen con una diferencia de 22.2 °C. como resultado de esto, las cantidades de circulación. En los sistemas de gravedad son sólo la mitad de las cantidades que se aplicarían si el sistema estuviera equipado con una bomba. Paso 5: Determinar

la presión o carga disponible para establecer la circulación. Para un sistema equipado son bombas, esto puede determinarse directamente de las graficas de funcionamiento de las bombas de circulación. Estas gráficas pueden obtenerse de los fabricantes. Escójase el tamaño más pequeño de la bomba que tenga una eficiencia razonablemente alta con la cantidad de entrega requerida. Nótese particularmente la carga de descarga a la que la bomba entrega el grado de flujo requerido, por ejemplo si la curva de

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funcionamiento de una bomba escogida muestra que el grado de circulación requerido se obtiene a una presión de descarga de 2.2 m.c.a. o de carga, esta es la carga obtenible para la circulación. Para gravedad debe calcularse la carga obtenible. Como se usa una diferencia de 22.2 °C al diseñar dichos sistemas, la carga obtenible puede calcularse sobre la siguiente base: 0.01 m.c.a. o de carga multiplicado por la altura entre la elevación de tanque o del calentador de agua y la elevación del punto más alto de la tubería de circulación. Por ejemplo, si el punto más alto de la tubería de circulación estuviera a 33.23 m pro encima del tanque o del calentado de agua, la carga inducida por gravedad obtenible se calcularía como 0.01 x 33.23 =0.33 m de carga. Paso 6: Determine

que línea particular de la tubería de retorno tiene la máxima longitud en el sistema. Mídase desde el tanque o el calentador al punto más alejado en el que la tubería de retorno se conecta a un elevador de suministro de agua caliente. Esta línea máxima de la tubería de retorno, al ser la más larga en el sistema tendrá la mayor resistencia de fricción al flujo y requerirá los diámetros de tubos mayores. Por lo tanto se le puede llamara al circuito básico para propósitos de diseño. El circuito básico de diseño se muestra en la figura a continuación. No se deben incluir válvulas equilibrantes en ninguna parte del circuito básico.

Si así fuera alguien las ajustará alguna vez de manera que obstaculizarán e flujo, aumentarían la resistencia del circuito, básico y por lo tanto trastornarían el funcionamiento del sistema. Las válvulas equilibrantes deben proveerse en todos los ramales de retorno que conecten directamente al circuito básico o con las tuberías principales de los ramales que conecten con el circuito básico. Calcular la caída de presión debida a la resistencia producida por la fricción del agua que fluye a las cantidades de circulación requeridas en la tubería de suministro de agua caliente que se extiende desde el tanque de agua caliente, o desde el calentador, o a lo largo Paso 7:



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de la tubería principal de suministro hacia arriba del tubo elevador de suministro hasta el punto en que el circuito básico de retorno se conecta en él. Cuando se determina esta caída de presión (generalmente es tan pequeña que no se tiene en cuenta), debe deducirse de la carga obtenible. La diferencia es la cantidad de presión o de carga que puede disiparse como pérdida por fricción debida al flujo, o las cantidades requeridas en el circuito básico. Los cálculos para la caída de presión en la línea de tubería de suministro puede hacerse directamente aplicando en forma apropiada una de las dos fórmulas siguientes: j = CQ3/ VD7 j = /CQ3/ VD7)/L j = pérdida unitaria en m/m j pérdida en m. Donde Q en l/s C = 0.4 para hierro galvanizado V en m/s C = 0.3 para acero D en pulgadas C = 0.2 para cobre L en metros C = 0.1 para CPCB. C = 0.5 para hierro fundido En las fórmulas que a de usarse en al longitud equivalente.



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Paso 8: Determine

la caída máxima de presión uniforme permitida para el circuito básico. La cantidad de carga que puede disiparse como pérdida por fricción en el circuito básico, como se estableció por el paso 7, debe dividirse entre la longitud equivalente total del circuito. Como hasta este momento los diámetros de los tubos y accesorios son desconocidos, la longitud equivalente para estos accesorios debe suponerse tentativamente. Una suposición razonable en este caso sería entre 10 y el 20% de la longitud total del circuito básico. Por ejemplo supongamos que se esté diseñando un sistema equipado con bomba y la grafica de funcionamiento de la bomba escogida indica que la bomba tiene una carga de descarga de 2.2 de caudal requerido y supongamos que la pérdida por fricción en la tubería de suministro, como se calculó en el paso 7, es 0.06 m de pérdida de carga estableciendo así que 2.17 m de carga quedan por disiparse como pérdida por fricción en el circuito básico. Ahora si el circuito básico tiene una longitud total de 197 m y si se supone al 10% de 19.7 m como la longitud equivalente total del ciercito puede establecerse tentativamente como de 216.7 m. La máxima caída de presión uniforme J/L puede determinarse entonces como 2.17 m de carga divididos entre 216.7 m de longitud. Calcular y tabular las cantidades de flujo para varios diámetros de tubo, del tipo seleccionado para el sistema, que produzcan pérdidas pro fricción correspondiente a la máxima caída de presión uniforme permitida, deben aplicarse los diámetros internos reales. Para conveniencia al hacer los cálculos directamente de la cantidad de flujo, las dos fórmulas dadas en el paso 7 se han vuelto arreglar de la manera siguiente: Q = (JVD7/ CL)1/3 Q = (jVD7/ C)1/3 Q en l/s j en m/m J en metros D en pulgadas L en metros C = de acuerdo al material. Paso 9:

Usando estas fórmulas se ha elaborado una tabla de caudal en galones por minuto y litros por segundo para varios diámetros y clases de tubería, basados en una caída de presión uniforme J/L. Tablas semejantes pueden elaborarse para otras caídas de presión simplemente multiplicando los caudales mostrados en la tabla 8.5 por un factor apropiado. Calcular los tamaños de todas las partes del circuito básico. Úsense los valores tabulados de los caudales que producen una caída de presión correspondiente a la máxima caída de presión correspondiente a la máxima caída permisible de presión uniforme para el circuito. Pueden usarse los mismos valores para calcula los tamaños de todas las oras partes de la tubería de retorno, pues esas otras partes son circuitos de ramal de longitud más corta que el circuito básico. De tal manera deben ser adecuados los tamaños establecidos para los ramales. Paso 10:

Ahora que todos los diámetros de la tubería de retorno son conocidos, aplíquense estos diámetros para verificar las suposiciones y cálculos hechos en los pasos 2 al 9. Determinar las pérdidas de calor exactas del sistema, ya no es necesario confiar en las suposiciones. Verificar nuevamente las velocidades requeridas para todas las partes del sistema, el caudal requerido, la longitud equivalente total del circuito básico y la máxima caída de presión uniforme permisible. Si se hicieran originalmente suposiciones razonables en este procedimiento no habría generalmente razón alguna para cambiar los diámetros posteriormente, excepto para unos cuantos ramales que fueran casos límite de acuerdo con la tabla de caudales. Estos Paso 11:



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Ramales pueden tratarse individualmente de acuerdo con sus cargas, con su longitud y con la diferencia de presión entre sus conexiones de circuito.

Sps = tamaño standard de tubería


Determinacion de Los Caudales de Recircilacion y Dimensiones de La Tuberia de Retorno

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