LIBRO INSTALACIONES DE PRODUCCION DE CALOR

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 7: Instalaciones de producción de calor Tomo 1

FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

CICLO FORMATIVO MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR GRADO MEDIO

MÓDULO 7 INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR Tomo 1

AUTORES: César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Edita Conselleria de Cultura, Educación y Deporte Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Autores Expertos César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Dirección y coordinación del proyecto Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés Fotografías e ilustraciones de interior: Autor del módulo Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos, sin la autorización previa y por escrito del editor. ISBN: 978-84-96438-44-6 978-84-96438-49-1

CONTENIDO DEL MÓDULO SIETE TOMO 1 U.D. 1 Equipos .............................................................................. U.D. 2 Instalaciones de almacenamiento de combustibles líquidos............................................................................... U.D. 3 Instalación de calefacción por radiadores y producción de agua caliente sanitaria .................................................. U.D. 4 Instalación de calefacción por suelo radiante ................. U.D. 5 Instalación de un sistema de captación solar térmica para suministro de agua caliente sanitaria .......................

5 87 115 175 213

TOMO 2 U.D. 6

Estudio de diversos esquemas y sistemas de centrales térmicas en edificios residenciales ................................... U.D. 7 Instalaciones de vapor. Estudio de un esquema tipo y elementos que lo componen ............................................ U.D. 8 Instalaciones de aceite térmico. Estudio de un esquema tipo y elementos que lo componen.................................. U.D. 9 Instalación de un horno de secado de pintura................ U.D. 10 Instalaciones de regulación y control............................... Glosario del Módulo .........................................................................

245 279 327 393 421 455

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 1 EQUIPOS

M 7 / UD 1


ÍNDICE Introducción..................................................................................

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Objetivos ........................................................................................

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1. Combustión y combustibles....................................................

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1.1. La combustión. Tipos de combustión ............................

13

1.2. Productos de la combustión. El triángulo de la combustión (diagrama de ostwald). Pérdidas de calor .

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1.3. Combustibles ....................................................................

17

2. Calderas ...................................................................................

23

2.1. Generalidades...................................................................

23

2.2. Clasificación......................................................................

25

3. Quemadores ............................................................................

31

3.1. Generalidades...................................................................

31

3.2. Quemadores para combustibles sólidos .........................

31

3.3. Quemadores para combustibles líquidos .......................

32

3.4. Quemadores para combustibles gaseosos.......................

38

4. Paneles solares térmicos..........................................................

40

4.1. Generalidades...................................................................

40

4.2. Instalaciones de aprovechamiento de energía solar......

40

4.3. Captadores solares ...........................................................

42

4.4. Orientación de los captadores solares ............................

44

5. Intercambiadores de temperatura .........................................

46

5.1. Generalidades...................................................................

46

5.2. Intercambiadores tubulares.............................................

46

5.3. Intercambiadores de placas.............................................

48

5.4. Intercambiadores de aletas..............................................

50

5.5. Interacumuladores...........................................................

51

6. Bombas ....................................................................................

53

6.1. Tipos y aplicaciones .........................................................

53

6.2. Bombas volumétricas .......................................................

53

6.3. Bombas centrífugas..........................................................

56

6.4. Bombas circuladoras ........................................................

64

7


7. Válvulas de control ..................................................................

66

7.1. Generalidades...................................................................

66

7.2. Tipos de válvulas...............................................................

67

7.3. Válvulas con aplicaciones específicas..............................

70

8. Vasos de expansión..................................................................

73

8.1. Aplicaciones y tipos ..........................................................

73

8.2. Cálculo de vasos de expansión cerrados.........................

74

8.3. Instalación de vasos de expansión cerrados ...................

76

9. Chimeneas ...............................................................................

77

9.1. Cálculo de la chimenea ...................................................

78

9.2. Recomendaciones para la instalación de chimeneas.....

79

Resumen ........................................................................................

81

Cuestionario de autoevaluación...................................................

83

Bibliografía ....................................................................................

85

8


INTRODUCCIÓN Las instalaciones de producción de calor se componen de una gran variedad de elementos, específicos o que pueden formar parte de otro tipo de instalaciones. En esta unidad didáctica se hace una descripción de estos componentes, así como se funcionamiento.

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OBJETIVOS Familiarizar al alumno con los diferentes equipos que configuran las instalaciones de producción de calor.

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1. COMBUSTIÓN Y COMBUSTIBLES 1.1. La combustión. Tipos de combustión La combustión es una reacción química entre dos sustancias, combustible y comburente, en la que se libera energía, en forma de calor principalmente. Los componentes del combustible susceptibles de ser quemados (carbono, hidrógeno y azufre) se oxidan al combinarse con el oxígeno que aporta el comburente. Generalmente se utiliza el aire como comburente, que además de oxigeno (21%), aporta a la reacción otros elementos, como el nitrógeno (78%), vapor de agua, dióxido de carbono y gases nobles en pequeñas proporciones (1% restante). El proceso de combustión se inicia con la aplicación de una fuente de calor a una mezcla lo suficientemente rica de combustible y comburente, produciéndose una reacción rápida de oxidación del combustible, que se manifiesta en forma de llama. Tabla con las reacciones básicas de oxidación de los componentes del combustible ELEMENTO CARBONO (C) HIDRÓGENO (H2) AZUFRE (S)

REACCIÓN DE COMBUSTIÓN C + O2

CO2

H2 + O2

2HO2

S + O2

SO2

ENERGÍA LIBERADA 33.950 kJ/kg 144.200 kJ/kg 9.080 kJ/kg

Dependiendo de las proporciones en que intervienen el combustible y el comburente en la reacción de combustión, podemos definir tres tipos de combustiones: •

Combustión incompleta: es la que se produce con defecto de oxígeno, al aportarse a la reacción de combustión una cantidad de aire menor a la necesaria para quemar completamente el combustible disponible. Este tipo de combustión favorece la formación de monóxido de carbono (CO), en lugar del dióxido de carbono (CO2) que se produce en las combustiones completas. Además de producir un gas altamente tóxico, resulta antieconómica al quedar restos de combustible sin quemar que se eliminan con los humos.

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•

Combustión completa: la reacción de combustión completa es la que se produce con un exceso de oxígeno, lo que garantiza la combustión total del combustible. De esta forma se aprovecha al máximo el combustible disponible, pero se generan pérdidas de calor, al eliminarse mayor cantidad de gases junto con los humos.

•

Combustión neutra (o estequiométrica): en este tipo de combustión se aporta a la reacción la cantidad de aire estrictamente necesaria para quemar completamente todo el combustible disponible.

En la práctica, se trata de conseguir combustiones completas, que se aproximen a ala combustión neutra. Hay que tener en cuenta que para favorecer la reacción de combustión, debe mezclarse lo mejor posible el combustible con el comburente, y esto resulta más fácil cuanto mayor es la cantidad de aire que se aporta a la combustión. Para determinar el exceso de aire que se aporta a la combustión se utiliza el coeficiente de exceso de aire, que se define como la relación entre la cantidad de aire introducida y la estrictamente necesaria para llevar a cabo la combustión.

Dependiendo del tipo de combustible, se recomienda un valor para el coeficiente de exceso de aire:

TIPO DE COMBUSTIBLE

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

SÓLIDO

de 1,5 a 2,0

LÍQUIDO

de 1,1 a 2,0

GASEOSO

de 1,0 a 1,1

1.2. Productos de la combustión. El triángulo de la combustión (diagrama de Ostwald). Pérdidas de calor Como resultado de la combustión se genera, además de energía, una serie de residuos o productos contaminantes, que se eliminan en forma de humo y cenizas, y que pueden ser: •

Restos de combustibles no quemados (Hidrocarburos, H2O2,…) o parcialmente quemados (CO y partículas de carbono sólidas no quemadas) resultado de combustiones incompletas.

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•

Impurezas presentes en el combustible, quemadas o no (SO2 , cenizas,…).

•

Componentes del aire, quemados o no (NO, NO2, O2, N2…).

•

Componentes del combustible quemados (CO2 y H2O). Cada uno de estos productos tiene unas propiedades distintas, que lo hacen más o menos perjudiciales para el entorno (contaminación atmosférica) o para la propia instalación de producción de calor:

•

Dióxido de Carbono (CO2): gas responsable del efecto invernadero.

•

Monóxido de Carbono (CO): gas muy tóxico procedente de combustiones incompletas.

•

Dióxido de azufre (SO2): resultado de la oxidación del azufre presente como impureza en el combustible, que en contacto con el agua procedente de las condensaciones o con la humedad ambiental puede formar ácido sulfúrico, que puede dañar gravemente los componentes de la instalación. Es el responsable de la lluvia ácida.

Si se analiza la composición porcentual de los humos resultantes de la combustión, es posible representar gráficamente el resultado obtenido y dibujar así el denominado triángulo de la combustión, que resultará distinto para cada combustible. En está gráfica podemos definir los siguientes elementos: •

Recta de combustión perfecta: representa la línea en la que todo el carbono se quema y se transforma en CO2.

•

Rectas de igual contenido de CO: son líneas paralelas a la recta de combustión completa que permiten determinar la cantidad de CO que se produce cuando la combustión es incompleta.

•

Rectas de igual exceso de aire: nos indican el coeficiente de exceso de aire de la combustión, siendo la más importante de todas ellas la línea de aire, que divide la gráfica en dos zonas, la que corresponde a combustiones que se verifican con exceso de aire y las que corresponde a combustiones con defecto de aire.

A partir de esta gráfica se puede determinar la calidad de la combustión que se está realizando y nos permitirá tomar las medidas necesarias para mejorarla en caso de que sea necesario. Para utilizar el triángulo de la combustión es necesario conocer el combustible que se está quemando y los porcentajes de CO2 y de O2 presentes en el humo resultante de la combustión.

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Diagrama simplificado de Ostwald

Diagrama de Ostwald para el gasóleo C

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De un punto cualquiera del triángulo, podemos obtener los datos siguientes: •

Porcentaje de dióxido de carbono y de oxígeno presente en el humo.

•

Coeficiente de exceso de aire.

•

Porcentaje de monóxido de carbono presente en el humo.

No toda la energía liberada en la combustión puede ser aprovechada, ya que se producen unas pérdidas derivadas del mismo proceso. Estas pérdidas son las siguientes: •

Calor disipado con los gases que intervienen en la reacción de combustión y que se eliminan a mayor temperatura que la que tenían cuando se han introducido, junto con los humos resultantes.

•

Pérdidas de calor por la humedad contenida en el aire y en el combustible utilizado.

•

Pérdidas por la presencia de combustible no quemado en los humos.

•

Pérdidas por la presencia de partículas de carbono no quemadas que se eliminan en el humo o en forma de cenizas.

Todas estas pérdidas no se pueden eliminar totalmente pero se pueden reducir si se mejora la calidad de la combustión, aportando las cantidades de aire necesarias, realizando una buena mezcla entre comburente y combustible y cuidando la calidad de este último.

1.3. Combustibles Los combustibles son sustancias de origen natural o artificial con un alto contenido en carbono e hidrógeno, a los que acompañan impurezas, entre la que podemos destacar el azufre. Entre los combustibles naturales podemos encontrar la biomasa, biogases y los combustibles fósiles (carbón y petróleo) que son los más utilizados. Los combustibles artificiales son los que se obtienen por procesos de destilación, piro-génesis de combustibles naturales o como subproductos de algún proceso industrial. Existen diversos criterios para clasificar los combustibles, entre ellos cabe destacar los siguientes: •

Por su estado físico: sólidos, líquidos y gaseosos. Será determinante para establecer la forma en que se realiza la combustión.

•

Por su peligrosidad de manejo: se utiliza para clasificar los hidrocarburos (derivados del petróleo).

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Clase A: corresponde a gases licuados del petróleo, cuya tensión de vapor es inferior a 1 kg/cm2 a la temperatura de 0° C (metano, propano, butano,…). Clase B: hidrocarburos con punto de inflamación inferior a 55° C y que no están incluidos en la clase A (gasolina, petróleo y disolventes). Clase C: hidrocarburos con punto de inflamación comprendido entre 55° C y 120° C (gasoil, diesel y fuel oil). Clase D: hidrocarburos con punto de inflamación superior a 120° C (asfaltos y lubricantes). Esta clasificación establece las normas técnicas y de seguridad que deben aplicarse para su manejo, transporte y almacenamiento. A los hidrocarburos de clase A se les aplica el Reglamento de Combustibles Gaseosos. Los de clase B y C se someterán al Reglamento de Combustibles Líquidos. Para todos los combustibles se definen una serie de características que establecen cuál será su comportamiento durante el proceso de la combustión: •

Temperatura de inflamación: temperatura mínima hasta la que hay que calentar el combustible, para que se inicie la reacción de combustión.

•

Temperatura de ignición: temperatura necesaria para que la llama originada por la combustión sea duradera y persistente, mientras quede combustible.

•

Poder calorífico: calor producido por la combustión completa de la unidad de masa del combustible; se expresa en Julios/kilogramo.

•

Poder calorífico superior: calor cedido en la combustión completa de la unidad de peso del combustible, en oxígeno, enfriando los productos resultantes de la combustión hasta la temperatura inicial de suministro del oxígeno (15° C).

•

Poder calorífico inferior: calor que se obtiene de la combustión completa de la unidad de peso del combustible, en oxígeno, enfriando los productos resultantes de la combustión hasta 100° C y sin condensar el vapor.

•

Contenido de humedad: cantidad de agua contenida en el combustible; se expresa en %.

•

Cantidad de cenizas producidas: residuo sólido resultante de la combustión completa de un combustible.

•

Poder comburívoro: cantidad de aire mínima que necesita un combustible para que se verifique la combustión completa del mismo.

•

Poder fumígeno: peso de humos producidos en la combustión.

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1.3.1. Combustibles sólidos Los combustibles sólidos pueden ser naturales, como la madera, la biomasa procedente de residuos agrícolas y el carbón o artificiales, obtenidos como resultado de proceso de piro-generación (aplicación de calor sin contacto con el aire) aplicados a combustibles sólidos naturales. Dentro de este grupo están los aglomerados o briquetas, el coque de petróleo y carbón o el carbón vegetal. El carbón es el combustible sólido más utilizado, aunque en la actualidad está siendo desplazado por los combustibles líquidos y gaseosos, que resultan menos contaminantes y que generan menor cantidad de residuos en su combustión. Actualmente, gracias a las técnicas de gasificación e hidrogenación, el carbón se utiliza como materia prima para la obtención de combustibles líquidos y gaseosos.

TIPOS DE CARBÓN

ANTRACITA LIGNITO

PORCENTAJE DE CENIZAS

TEMP. DE IGNICIÓN

PODER CALORÍFICO

4 – 6%

32.500 kJ/kg

5%

16.300 kJ/kg

TURBA

1 – 9%

227° C

13.800 kJ/kg

COQUE

5 – 12

700° C

28.000 kJ/kg

CARBÓN VEGETAL

3%

29.600 kJ/kg

La madera o la biomasa en general, gracias a nuevas técnicas de combustión, resulta muy económica y se obtiene un buen rendimiento con su uso. Por lo general, se utilizan para este fin maderas y leñas procedentes de subproductos industriales o residuos agrícolas.

TIPOS DE MADERAS

PORCENTAJE DE CENIZAS

TEMP. DE IGNICIÓN

MADERAS DURAS

0.84 %

300° C

20.300 kJ/kg

MADERAS BLANDAS

1.07%

300° C

20.700 kJ/kg

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PODER CALORÍFICO


1.3.2. Combustibles líquidos Los combustibles líquidos más utilizados, dejando aparte algunos tipos de alcoholes, son hidrocarburos derivados del petróleo: •

Petróleo crudo.

•

Fuel oil para calderas (grado 1 al 6).

•

Gasóleos (A, B, y C).

•

Destilados ligeros (gasolinas, queroseno,…).

•

Residuos líquidos (disolventes, aceites usados de motores,…).

Los más utilizados como combustibles para calderas son el gasóleo C y el fuel, aunque el uso de fuel está limitado por la normativa vigente según su calidad (sólo puede utilizarse fuel oil nº 1 y fuel oil nº 2) y la potencia de la caldera. Una característica importante de los combustibles líquidos para calderas es la viscosidad, ya que será determinante a la hora de transportar el combustible a través de tuberías y su posterior pulverización y atomización en el quemador para mejorar la combustión. La viscosidad es una propiedad física que disminuye con la temperatura, por ello, el calentamiento previo del combustible permite el uso como combustibles de aceites de alta viscosidad. Los combustibles de la Clase C se clasifican en cuatro grupos, en función de su viscosidad y la temperatura de calentamiento necesaria para su uso: Tipo 1: no precisan calentamiento para su transporte o atomización (gasóleo C). Tipo 2: no necesitan ser calentados para su transporte, pero sí para su atomización en el quemador (fuel ligero). Tipo 3: precisan ser calentados en el tanque de almacenamiento para su transporte y para su atomización en el quemador (fuel oil nº 1). Tipo 4: precisan ser calentados en el tanque de almacenamiento para su transporte y para su atomización en el quemador (fuel oil nº 2).

COMBUSTIBLE

VISCOSIDAD (seg Redwood))

TEMP. DE IGNICIÓN

FUEL-OIL nº 1

220

65,5° C

43.500 kJ/kg

FUEL-OIL nº 2

950

65,5° C

43.000 kJ/kg

35

65,5° C

45.600 kJ/kg

GASOLEO

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PODER CALORÍFICO


1.3.3. Combustibles gaseosos Los combustibles gaseosos se pueden clasificar según su origen en combustibles naturales y combustibles artificiales. Los gases combustibles naturales son: •

Gases licuados del petróleo (GLP): están constituidos básicamente por propano y butano. Se almacenan y transportan en forma líquida.

•

Gas natural: tiene como origen el petróleo, y está constituido por una mezcla de hidrocarburos en la que predomina el metano.

•

Gas Grisú: se encuentra en las minas de hulla, formando bolsas, y está constituido básicamente por metano, por lo que puede considerarse como gas natural.

COMBUSTIBLE

TEMP. DE IGNICIÓN

PODER CALORÍFICO

PROPANO

470° C

102.400 kJ/m3

BUTANO

415° C

125.491 kJ/m3

GAS NATURAL

535° C

39.620 kJ/m3

Los gases combustibles manufacturados por gasificación del carbón por distintos procedimientos (pirolisis) o como subproducto de algún proceso industrial. Como ejemplo de este tipo de gases podemos nombrar los siguientes: Gas de alumbrado. Gas de coquería. Gas de generador. Gas azul. Gas ciudad. Gas de acerería. Gas de alto horno. Como combustibles gaseosos nuevos, cabría destacar la incipiente utilización del biogás, obtenido a partir de la fermentación anaeróbica de residuos o del hidrógeno obtenido a partir de la hidrólisis. Dada la diversidad de origen y composición de los diferentes combustibles gaseosos, la clasificación principal de los mismos, se establece de acuerdo con un parámetro, llamado índice de Wobbe, que se define como el

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cociente entre el poder calorífico superior en kcal/Nm3 y la raíz cuadrada de la densidad relativa del gas combustible. Según este criterio, los gases combustibles se clasifican entres familias: •

Primera familia: bajo índice de Wobbe (gas manufacturado y aire metanado).

•

Segunda familia: índice de Wobbe intermedio (gas natural y aire propanado).

•

Tercera familia: altos índices de Wobbe (butano y propano).

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2. CALDERAS 2.1. Generalidades La caldera es un mecanismo diseñados para transmitir el calor generado en un proceso de combustión a un fluido contenido en la caldera, que puede ser agua u otro fluido térmico. Las calderas pueden utilizarse para la producción de vapor (para la generación de energía eléctrica o procesos de calefacción) o para la producción de agua caliente (para sistemas de calefacción o suministros de agua caliente sanitaria). Los elementos básicos de que se compone una caldera, son los siguientes:

Componentes básicos de una caldera

Hogar o cámara de combustión: habitáculo en el que se realiza la reacción de combustión. Quemador: dispositivo que se encarga de realizar la mezcla del combustible con el comburente para facilitar la combustión. Intercambiador de calor: donde se realiza la transferencia de energía térmica obtenida con la combustión al fluido térmico. Salida de humos: conducto que conduce los gases generados en la combustión hasta la chimenea. Para poder seleccionar el tipo de caldera que debemos utilizar para una u otra aplicación, debemos conocer una serie de características o parámetros que la definen y que nos permitirán establecer su idoneidad.

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Entre las características más importantes de una caldera, podemos destacar las siguientes: Potencia térmica: La potencia térmica de una caldera se define como la energía térmica por unidad de tiempo que puede proporcionar una caldera. Debemos diferenciar entre la potencia térmica total de la caldera, que es la máxima que podemos tener en el hogar de la caldera, aportada por el combustible y la potencia térmica útil que es la que es capaz de absorber el fluido térmico. La diferencia entre la potencia térmica total y la útil representa las pérdidas de potencia en la caldera por disipación de calor al ambiente y a través de los humos. El rendimiento se la caldera se define como el cociente entre la potencia útil y la potencia total de la caldera:

Superficie de calefacción: Es la superficie de contacto a través de la cual se realiza la transferencia de calor al fluido térmico. Presión: Es la presión que alcanza el fluido térmico dentro de la caldera. Debemos diferenciar entre varias presiones, según el reglamento: Presión de diseño: presión utilizada en la realización de los cálculos necesarios para diseñar los distintos elementos que componen la caldera. Presión de servicio: presión máxima a la que se verá sometida la caldera durante su funcionamiento normal, conectada a una instalación de producción de calor. Presión de timbre: presión máxima a la que se verá sometida la caldera durante el servicio. Presión de prueba: presión a que se someten los equipos para comprobar su estanqueidad y que será 1,5 veces la de timbre. Temperatura: Es la temperatura que se que alcanza el fluido térmico dentro de la caldera. Podemos definir varias temperaturas: Temperatura de diseño: fijada como base para realizar los cálculos necesarios para diseñar los distintos elementos que componen la caldera.

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Temperatura de servicio: es la temperatura a la que estará sometida la caldera cuando esté funcionando conectada a la instalación.

2.2. Clasificación 2.2.1. Según su diseño •

Calderas pirotubulares:

Son calderas en las que tanto el hogar como los conductos de paso y salidas de humos son unos tubos sumergidos en agua, quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente calorifugada. El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea.

Se utilizan para quemar combustibles líquidos o gaseosos, obteniéndose altos rendimientos de funcionamiento que alcanzan el 87%. •

Calderas acuotubulares:

En este tipo de calderas el agua o fluido térmico circula por dentro de unos tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos. Con este tipo de calderas se puede trabajar con mayores presiones y potencias que con las pirotubulares.

2.2.2. Por el combustible utilizado Dependiendo del tipo de combustible que se queman en ellas, las calderas pueden ser: •

Calderas para combustibles sólidos:

Están preparadas para quemar leña o carbón. Disponen de unas parrillas donde se efectúa la combustión, regulándose la intensidad de la misma

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Caldera acuotubular

actuando sobre la compuerta de regulación del tiro de la chimenea, que puede estar automatizada, y controlarse con ayuda de un termostato. Resultan engorrosas de utilizar por la suciedad que generan en forma de cenizas y las dificultades que plantea el control de la combustión. •

Calderas para combustibles líquidos:

Utilizan comúnmente como combustibles el fuel oil y el gasóleo. Este tipo de combustibles son más limpios que los combustibles sólidos pero requieren la utilización de quemadores especiales que los pulvericen o vaporicen para conseguir una correcta combustión. •

Calderas para combustibles gaseosos:

La combustión de los gases es más fácil de realizar y controlar, pero presentan el inconveniente de la peligrosidad del transporte, almacenamiento y distribución de los combustibles gaseosos.

2.2.3. Según el material de construcción •

Calderas de hierro fundido:

Están formadas por una serie de elementos de hierro fundido que se acoplan entre sí por medio de unos manguitos de unión. Estos elementos conforman el hogar de la caldera y por su interior circula el fluido térmico. Todo el conjunto queda alojado dentro de una carcasa de chapa

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de acero, y aislada térmicamente para mejorar el rendimiento de la caldera.

Caldera de hierro fundido para gasoil

Este tipo de calderas se destina generalmente para calefacción doméstica, utilizándose generalmente combustibles sólidos. Al estar compuestas por varios elementos unidos entre sí, tienen la ventaja de poderse ampliar o de poder sustituir elementos deteriorados por otros nuevos. •

Calderas de chapa de acero:

Se construyen con chapas o tubos de acero al carbono, soldados entre sí eléctricamente. Representan la mayoría de las calderas existentes por ser de menor peso y más fáciles de instalar que las de fundición, al tiempo que permiten utilizar cualquier tipo de combustible. Con ellas se obtienen mejores rendimientos térmicos que con las de fundición, pero su vida es más corta.

Caldera de chapa de acero para gas o gasoil

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•

Calderas de materiales especiales:

Algunos tipos de calderas, con aplicaciones y diseños concretos, se fabrican con materiales tales como el cobre, aluminio o acero inoxidable. En concreto nos referimos en este apartado a las calderas murales para la producción de agua caliente sanitaria o calefacción doméstica.

2.2.4. Por el fluido térmico utilizado •

Calderas de agua:

Utilizan el agua como fluido térmico, calentándola hasta temperaturas cercanas a los 90° C, (sin alcanzar en ningún caso la temperatura de ebullición del agua), con presiones de trabajo de 2 bar. Se utilizan para sistemas de calefacción residencial. •

Calderas de agua sobrecalentada:

El fluido térmico que utilizan es el agua, como las anteriores, pero en este caso se calienta hasta temperaturas que pueden alcanzar los 200° C. Como en estos casos se supera la temperatura de ebullición del agua, es necesario presurizar el sistema para evitar que se forme vapor de agua o que el agua entre en ebullición dentro del sistema trabajando con presiones de hasta 20 bar. Esto hace que la fugas sen el circuito sean muy peligrosas. Se utilizan para calentamiento de grandes espacios o aguas de procesos industriales. •

Calderas de vapor:

Estas calderas operan con el vapor de agua como fluido térmico, con temperaturas entre 200° C y 400° C, operando a presiones de hasta 14 bar. Se utiliza para la calefacción industrial, de locales comerciales y de viviendas. •

Calderas de fluido térmico:

Son calderas en las que el medio de transporte es un líquido distinto del agua.

2.2.5. Por el tipo de hogar •

Calderas atmosféricas:

Son calderas abiertas, que toman el aire del local en el que están instaladas y con tiro natural por la diferencia de densidad existente entre el aire exterior y los humos calientes que se generan en el hogar. Es necesario evitar que se produzca una ventilación defectuosa de la caldera ya que esto provocaría la combustión incompleta generándose gases tóxicos al mismo tiempo que se provoca una disminución del tiro de la chimenea, dificultando la evacuación de humos al exterior.

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•

Calderas con el hogar en depresión:

Este tipo de calderas funcionan por la depresión que se crea al instalar un ventilador que aspira los humos para forzar el tiro de la chimenea, evitando de este modo que los humos puedan entrar al local donde está instalada la caldera. La presión en el hogar es inferior a la atmosférica. •

Calderas con el hogar en sobrepresión:

La presión en el hogar es superior a la atmosférica. Los gases son empujados al interior del hogar por medio de un ventilador o soplante, que los obliga a circular más rápido que en los otros tipos de calderas. •

Calderas estancas:

Son calderas con el tiro forzado y que disponen de un doble conducto que permite evacuar los humos y llevar aire del exterior hasta la cámara de combustión. Este tipo de calderas no necesita tomar aire del local para realizar la combustión.

2.2.6. Por la temperatura de salida del humo •

Calderas con temperatura de salida del humo estándar:

Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70° C de forma que se evita la condensación del vapor de agua que contienen, evitando así problemas de formación de ácidos y de corrosión de la

Caldera con unidad de condensación de humos

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caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen pérdidas de energía con la consiguiente bajada del rendimiento de la caldera. •

Calderas de condensación (salidas de humos a baja temperatura):

Son calderas diseñadas para evacuar los humos a temperaturas próximas a la temperatura ambiente, sin que pueda resultar dañada por las condensaciones. Con este tipo de calderas, además de evitar pérdidas de calor con los humos, se recupera calor latente de condensación del vapor de agua que se ha formado en la combustión, con lo que se obtienen rendimientos elevados.

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3. QUEMADORES 3.1. Generalidades Los quemadores son mecanismos cuya función es la de preparar la mezcla del combustible con el comburente para realizar la combustión. Para conseguir una combustión de calidad, en la que se aproveche al máximo los combustibles y se obtengan la menor cantidad de residuos, es primordial realizar una buena mezcla, con las proporciones adecuadas. Por la facilidad en el manejo, suministro, almacenaje y mezcla, los quemadores para combustibles líquidos y gaseosos son los más utilizados, quedando relegados los quemadores para combustibles sólidos para algunas aplicaciones específicas. En el quemador también se realiza la regulación de la cantidad de combustible a quemar, para adaptar la potencia suministrada por la caldera a las necesidades de calor del sistema. Esta regulación puede realizarse de varias formas: •

Regulación todo/nada con quemadores de una llama: cuando está en marcha se suministra toda la potencia disponible. Sólo se utiliza con quemadores pequeños.

•

Quemadores de dos llamas: la regulación se realiza en dos escalones, todo/parte/nada según estén funcionando una o dos boquillas.

•

Quemadores de tres llamas: regulados en tres escalones de potencia. Están obsoletos y no se utilizan.

•

Quemadores modulantes: para quemadores de gran potencia, que se puede regular de forma continua, desde una potencia mínima de funcionamiento hasta el 100% de la potencia del quemador.

3.2. Quemadores para combustibles sólidos Los quemadores para combustibles sólidos pueden ser de varios tipos en función de las dimensiones y la utilización de la caldera. En todos ellos se intenta dar solución a los inconvenientes derivados de la utilización de combustibles sólidos que son el suministro de aire necesario para la combustión y la retirada de los residuos sólidos que se producen. •

Quemadores de parrilla: son sistemas de combustión en masa en los que el combustible, generalmente carbón o leña, se vierte sobre una parrilla desde arriba o procedente de una tolva. El aire necesario para la combustión llega desde abajo forzado o por tiro natural. El grosor que alcanza el lecho de combustible varía en función del tipo

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de combustible y del tipo de caldera. Este tipo de quemador se utiliza en calderas domésticas o de pequeñas dimensiones. •

Quemadores de parrillas móviles: se utiliza para calderas industriales, denominándose también hogar mecánico. Está compuesto por un sistema transportador de cadena, con una superficie plana sobre la que se vierte el combustible sólido. La cadena desplaza el combustible desde la zona de carga hasta la zona de combustión, con lo que el lecho de combustible está en continuo movimiento dentro del hogar, quemándose y cediendo calor a las superficies de absorción de la caldera. La combustión se controla regulando la velocidad de desplazamiento del transportador, la altura del lecho de combustible y la introducción de aire. Al final del recorrido, todo el combustible se ha consumido y la cadena vierte las cenizas en una tolva de recogida.

•

Quemador con alimentación inferior: el combustible llega hasta el hogar impulsado por un pistón o por un tornillo sinfín. Al llegar a la parte más alta del quemador, el combustible se vierte, distribuyéndose sobre una superficie de fundición, con orificios a través de los cuales se introduce el aire necesario para la combustión.

3.3. Quemadores para combustibles líquidos Estos quemadores utilizan como combustible gasóleo C o fuel pesado. Estos quemadores realizan las siguientes funciones: •

Mantener constante la proporción de la mezcla combustible/comburente.

•

Asegurar que todo el combustible está en contacto íntimo con el aire.

•

Proporcionar la cantidad suficiente de aire para realizar la combustión.

Es primordial, para el buen funcionamiento del quemador, pulverizar el combustible para facilitar la mezcla con el aire. Para ello se requiere que el combustible tenga una viscosidad máxima, que solamente se puede conseguir, para algunos tipos de combustibles, como el fuel, mediante el calentamiento del mismo hasta los 110° C. La pulverización del combustible se puede llevar a cabo por varios métodos: •

Por rotación, mediante una caja giratoria que rompe en gotas el líquido combustible, que le llega a través de un conducto central, y que son posteriormente arrastradas por una corriente de aire.

•

Por presión. El combustible a presión sale a través de una tobera hasta la cámara de combustión, donde se eriza por expansión.

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•

Por inyección. Una corriente de aire (u otro gas) a alta velocidad arrastra al combustible atomizado en un inyector.

3.3.1. Componentes de un quemador Existen gran variedad de quemadores para combustibles líquidos. A continuación describiremos los componentes de un quemador de pulverización por inyección mecánica, que son los más utilizados en la actualidad para instalaciones de producción de agua caliente sanitaria y calefacción.

Dibujo de un quemador completo

Los componentes principales de un quemador son los siguientes: •

Bomba de combustible:

Son bombas volumétricas, generalmente de engranajes, accionadas por un motor eléctrico, que tienen la función de llevar el combustible desde el tanque de almacenamiento hasta la boquilla del quemador, proporcionando presión suficiente para su pulverización.

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Esquema bomba de combustible

La bomba se instala junto con un filtro, para protegerla de la entrada de partículas sólidas que pueden estar en suspensión en el combustible, un manómetro en la impulsión y un vacuómetro en la aspiración para comprobar su correcto funcionamiento.

Esquema alimentación de combustible a quemador

•

Boquilla de pulverización:

Su función es la de atomizar el combustible. En el interior de la boquilla se imprime al combustible un movimiento de rotación que al atravesar el orificio de salida se atomiza, formando una nube de gotas microscópicas, facilitando su vaporización y posterior mezcla con el aire.

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Boquilla de pulverización

•

Ventilador:

Es el elemento que proporciona la cantidad de aire necesario para realizar la combustión, en función del caudal de combustible que llega al quemador. Están accionados por un motor eléctrico y son de tipo centrífugo, proporcionando suficiente presión de aire para vencer las pérdidas en el hogar, la chimenea y en el propio quemador. •

Cabezal de combustión:

El cabezal es la parte del quemador donde se realiza la mezcla del combustible con el aire y se inicia la combustión. Está integrado por tres elementos: –

Cono de llama, donde se realiza la mezcla.

–

Disco estabilizador: favorece la mezcla y evita el retorno de la llama.

–

Electrodos de encendido: alimentados por un transformador de encendido, hacen saltar el arco eléctrico que suministra la energía necesaria para iniciar la combustión.

Electrodos de encendido.

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•

Clapeta de aire:

Es una compuerta que sirve para regular el caudal de aire que se introduce en el hogar de la caldera. El funcionamiento de la clapeta esta automatizado por medio de un servomotor. •

Electroválvula:

Es una válvula, normalmente cerrada, que controla la llegada del combustible a la boquilla del quemador. •

Fotocélula:

Es un elemento de seguridad con la función de detectar la presencia de llama. •

Sistema de mando:

Es el encargado de automatizar el funcionamiento del quemador, realizando funciones de puesta en marcha, control de una combustión correcta y de un funcionamiento seguro del aparato. En la figura se muestra un controlador electrónico con las conexiones del circuito eléctrico de un quemador.

Electrodos de encendido

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3.3.2. Diagrama de potencia de un quemador Las características de funcionamiento de un quemador, tales como la potencia entregada y el consumo de combustible, dependen de las condiciones de trabajo del mismo, y en concreto de la presión en el hogar de la caldera. Para poder elegir el quemador más apropiado para una caldera, deberemos utilizar los diagramas de potencia que nos facilita el fabricante donde se representan el consumo de combustible y la potencia entregada por el quemador en función de la presión.

Diagrama de potencia

En estos diagramas también queda limitado el campo de trabajo del quemador a que hacen referencia.

3.3.3. Funcionamiento Como ya se ha indicado anteriormente, es el sistema de mando o controlador el que se encarga de vigilar el correcto funcionamiento del quemador. El funcionamiento del quemador se realiza en varias fases que pueden variar de un fabricante a otro. Por lo general se siguen las siguientes fases: 1. Barrido previo: cuando se recibe la orden de marcha en el quemador, la primera acción que se ejecuta es la puesta en marcha del ventilador para llenar el hogar de la caldera de aire limpio, eliminado las impurezas que puedan quedar de combustiones anteriores. Al mismo tiempo, se pone en marcha la bomba de combustible, aunque éste no podrá llegar hasta la boquilla al estar la electroválvula cerrada.

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2. Encendido: en la fase de encendido, se conecta el transformador para que empiecen a saltar chispas en los electrodos de encendido. A continuación se abre la electroválvula, con lo que empieza a salir combustible pulverizado por la boquilla. La chispa provoca el encendido de la mezcla. 3. Vigilancia de seguridad: con la fotocélula se controla que el encendido ha sido efectivo, y en este caso se procede a desconectar el transformador y se continúa con el funcionamiento normal del quemador. Se controla durante la marcha normal del quemador que no se produzca la extinción de la llama. En caso de que se produzca un encendido fallido, el controlador parará todos los elementos y no intentará un nuevo encendido hasta que se accione manualmente el pulsador de rearme del sistema.

3.4. Quemadores para combustibles gaseosos Los quemadores de combustibles gaseosos son más sencillos ya que es mucho más fácil mezclar el combustible con el aire. En este tipo de quemadores es importante controlar la velocidad de salida del gas, que debe mantenerse entre unos valores mínimos, para evitar el retroceso de la llama, y unos valores máximos, para evitar el desprendimiento de la llama. Los quemadores para combustibles gaseosos pueden ser de varios tipos, en función de la presurización de la caldera: •

Quemadores atmosféricos:

Son quemadores que se utilizan comúnmente en las calderas murales. Para realizar la mezcla de combustible con aire; en este tipo de quemadores, se obliga a circular el flujo de gas a través de un venturi, situado en la llamada cámara de mezcla, donde aspira parte del aire necesario para la combustión. El resto del aire se aporta en la cabeza del quemador, donde se genera la llama. Estos quemadores son muy sencillos, y se regulan fácilmente, variando la presión de alimentación de gas. •

Quemadores de gas presurizados:

Estos quemadores tienen una constitución muy similar a los de los quemadores de combustibles líquidos descritos en el apartado anterior. Sus principales componentes son los siguientes: –

Cámara de mezcla: donde se mezcla el gas con el aire.

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–

Ventilador centrífugo: impulsa el aire al interior de la cámara de mezcla.

–

Electrodos de encendido: provocan la inflamación de la mezcla de aire y combustible mediante un arco eléctrico o la ionización del aire.

–

Boquilla o tobera: orificio calibrado a través del que se impulsa el gas al interior de la cámara de mezcla. El diámetro del orificio depende del tipo de gas a utilizar.

–

Sensores de vigilancia de llama: células fotoeléctricas, detectores de ultravioletas o sondas iónicas.

–

Caja de control o programador.

Para el control del suministro de gas, antes del quemador se instalan una serie de elementos que en su conjunto conforman la llamada línea de gas. Su función es la de controlar y regular la alimentación de gas, además de incorporar los dispositivos de seguridad: –

Regulador de presión.

–

Filtro de gas.

–

Válvula manual de cierre rápido.

–

Electroválvula de regulación y de seguridad.

–

Presostato de mínima.

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4. PANELES SOLARES TÉRMICOS 4.1. Generalidades Los sistemas térmicos de captación de energía solar aprovechan la energía procedente del sol para calentar un fluido térmico. La principal diferencia entre el captador solar y un intercambiador de calor convencional estriba en que en éstos se realizan intercambios térmicos entre fluidos con elevados coeficientes de transferencia térmica, y en los que la radiación es un factor sin apenas importancia, por el contrario, en un colector solar, la transferencia térmica se realiza desde una fuente energética, (el sol), a un fluido, por radiación principalmente. En las instalaciones convencionales, en las que no se realiza concentración de energía solar, el flujo incidente puede ser del orden de 1 kW/m2, variable con una serie de parámetros, como pueden ser la latitud, la hora del día, la época del año o la inclinación de montaje de los paneles solares. Los colectores más utilizados son los de placa plana, en los que la superficie que absorbe la radiación solar es igual a la superficie que la capta. Se pueden diseñar colectores de placa plana para trabajar con temperaturas de placa absorbente comprendidas entre 40° C y 130° C pudiéndose alcanzar en su interior temperaturas de agua hasta 204° C. Estos colectores utilizan tanto la radiación solar directa como la difusa, no requieren de sistemas de seguimiento solar y prácticamente no precisan de mantenimiento. Sus aplicaciones van enfocadas a sistemas de calentamiento de agua y calefacción de edificios. A pesar de que la energía del sol es gratuita, el coste de la energía obtenida en un colector de placa plana depende del rendimiento térmico del sistema, de su vida media y de los costes de fabricación.

4.2. Instalaciones de aprovechamiento de energía solar La producción de agua caliente sanitaria es una de las más comunes aplicaciones de los sistemas de colectores solares. La demanda de agua caliente es aproximadamente constante a lo largo de todo el año y es fácilmente adaptable al apoyo de energía solar. En verano el sistema solar es capaz de cubrir completamente toda la demanda de energía para la producción de agua caliente sanitaria. Aunque debe existir un sistema convencional de calentamiento que cubra las necesidades no aportadas con la energía solar. Puede haber largo períodos de bajos niveles de radiación solar en los que debe asegurarse la producción de agua caliente sanitaria con un sistema de apoyo.

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Esquema instalación producción ACS

Esquema instalación producción ACS y calefacción

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La instalación se puede diseñar también para dar apoyo a la instalación de calefacción. Una instalación solar es capaz de cubrir hasta el 50 % de la cantidad de energía necesaria a lo largo del año para la producción de agua caliente y calefacción. Si la instalación solar se combina con una caldera convencional como sistema de apoyo, la necesidad de energía se reduce notablemente. Los elementos constructivos básicos de las instalaciones con aprovechamiento de energía solar más corrientes son el colector de placa plana y el depósito de almacenamiento. Los colectores se instalan para cubrir un porcentaje de las necesidades energéticas totales, que oscila entre el 50 y el 70%, y el resto debe ser proporcionado por un sistema de apoyo, como ya se ha explicado. Además tienen que incluir los medios para la circulación de agua (forzada o por termosifón) y el control del sistema.

4.3. Captadores solares Los captadores solares son el elemento principal de las instalaciones solares. Existen diversos tipos de captadores solares, siendo los más utilizados en las instalaciones de apoyo a la calefacción o de producción de ACS los captadores planos o los de tubos de vacío, aunque existen también otros tipos de captadores, para aplicaciones específicas, sin carcasa, o sin cubierta de vidrio.

4.3.1. Rendimiento del captador El rendimiento del captador solar nos indica la proporción de energía que es transmitida al fluido térmico. No toda la energía que llega al captador puede ser aprovechada, ya que se producen pérdidas por radiación, conducción y colección de calor al entorno. El rendimiento depende de múltiples factores, entre los que cabría destacar la eficiencia óptica de la cubierta y las pérdidas de calor debidas a las diferencias de temperatura entre el captador y el ambiente. El rendimiento de un captador es específico de cada equipo, por lo que debe ser facilitado por el fabricante del mismo.

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Rendimiento de un captador solar

4.3.2. Captadores planos Los captadores planos están compuestos por los siguientes elementos: •

Cubierta de vidrio o plástico que asegura la estanqueidad del conjunto al tiempo que favorece el efecto invernadero para un mejor aprovechamiento de la energía recibida.

•

Placa absorbente que recibe la radiación solar y la transmite el fluido térmico. Para aumentar su capacidad de absorción se recubre con

Captador solar plano

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recubrimientos de color negro. Para aumentar la superficie útil, se utilizan chapas onduladas en lugar de planas. •

Tubos por los que circula el fluido térmico, solidarios con la placa.

•

Aislamiento para evitar las pérdidas de calor.

•

Carcasa en la que se alojan todos los elementos anteriores.

4.3.3. Captadores de vacío Estos captadores se caracterizan por tener en cada tubo integrado un absorbedor, produciéndose el intercambio en un tubo coaxial. Con estos captadores se asegura un alto rendimiento, ya que se evitan las pérdidas por convección entre los tubos y el vidrio, y se garantiza una mínima emisión. En contrapartida a estas ventajas nos enfrentamos a su alto coste.

Detalle captador solar de vacío

4.4. Orientación de los captadores solares La orientación de los colectores condiciona la cantidad de energía térmica que puede proporcionar el colector. La orientación óptima para un colector solar, situado en el hemisferio Norte, es la Sur, con una desviación al Este o al Oeste de un máximo de 10 grados. Si los colectores están instalados sobre tejado inclinado, su orientación será la misma que la del tejado. Si éste está desviado con respecto al Sur, hacia el Este o el Oeste, los rayos de Sol ya no incidirán en el absorbedor con el ángulo ideal. Esto provoca un aumento de la proporción de radiación reflejada por la cubierta de vidrio lo que conlleva una

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disminución del rendimiento del colector. Para compensar estas pérdidas de energía será necesario que la instalación disponga de una superficie mayor de captación. También influye en el rendimiento del captador la inclinación de montaje del mismo, siendo la posición de montaje óptima aquella en la que los rayos del sol inciden perpendicularmente sobre la superficie del captador. Dado que la posición del sol depende de la época del año y de la altitud del lugar donde se encuentra la instalación, para determinar el ángulo de montaje más adecuado, deberemos tener en cuenta estos datos. El ángulo de inclinación óptimo también depende de la aplicación que se vaya a dar al sistema de energía solar.

USO

ÁNGULO

ACS

De 35° a 55°

ACS + apoyo calefacción

De 40° a 60°

ACS + piscina

De 30° a 50°

ACS + apoyo calefacción + piscina

De 40° a 60°

El menor ángulo de inclinación óptimo para preparación de agua caliente sanitaria tiene en cuenta la mayor altura del sol en el cielo en verano. Los mayores ángulos de inclinación óptimos para apoyo a calefacción tienen en cuenta la altura del sol más baja en otoño e invierno. Si, como se ha expuesto anteriormente, las placas solares se sitúan sobre un tejado, y no se puede montar con la inclinación óptima, será necesario que la instalación disponga de una superficie mayor de captación para compensar la disminución del rendimiento.

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5. INTERCAMBIADORES DE TEMPERATURA 5.1. Generalidades Los intercambiadores son equipos cuya función es la de efectuar una transferencia térmica entre dos fluidos, con objeto de calentar (o refrigerar) líquidos y gases. Según su diseño, se pueden clasificar en tres tipos: •

Intercambiadores tubulares.

•

Intercambiadores de placas.

•

Intercambiadores de aletas.

Aunque su diseño mecánico es distinto, todos ellos tienen el mismo principio de funcionamiento, que consiste en poner en contacto, a través de un material conductor, dos corrientes de fluido, una de ellas fría y otra caliente, para realizar el intercambio de temperatura, de forma que el flujo caliente reduce su temperatura y el flujo frío la incrementa, sin mezclarse entre sí. Para seleccionar el intercambiador más apropiado para cada aplicación, deberemos tener en cuenta una serie de parámetros, entre ellos la temperatura y presión de trabajo, el espacio disponible, las características de los fluidos a utilizar,…

5.2. Intercambiadores tubulares Se utilizan principalmente para realizar el intercambio térmico entre dos líquidos. Están formados por una carcasa que contiene un haz de tubos. La transferencia térmica entre los dos fluidos se realiza a través de la pared de estos tubos interiores.

5.2.1. De tubos concéntricos Este es el intercambiador tubular más sencillo, que está compuesto por un tubo situado dentro de otro de mayor diámetro que denominamos carcasa. Uno de los fluidos circula por el espacio anular que queda entre los dos tubos y el otro por el tubo interior, realizando el intercambio a través de las paredes de éste. Los dos fluidos permanecen separados y no pueden llegar a mezclarse, salvo en caso de avería (perforación de los tubos). Este intercambiador no es apropiado para conseguir saltos térmicos elevados, por su bajo rendimiento, ni para caudales másicos altos.

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Intercambiador de tubos concéntricos

5.2.2. Intercambiador de haz de tubos Como su nombre indica este tipo de intercambiador tubular está compuesto por un haz de tubos de pequeño diámetro, contenido dentro de una envoltura exterior o carcasa. Los tubos están unidos entre sí por medio de las llamadas placas tubulares o cabezales, que sirven de soporte e impiden que los dos fluidos entren en contacto. Además de los tubos interiores, dentro de la carcasa pueden montarse placas deflectoras para dirigir la circulación del fluido circulante y crear turbulencias, favoreciendo de este modo la transferencia térmica. En este tipo de intercambiador uno de los fluidos circula por el interior de los tubos y el otro por el espacio que queda entre la carcasa y el haz de tubos, realizándose el intercambio de temperaturas a través de las paredes de éstos.

Intercambiador de haz de tubos

La disposición de los tubos interiores puede realizarse de diversas formas (fijos, desmontables, en U,…) adaptándose a los distintos usos y requerimientos (mayor salto térmico, posibilidad de limpieza, facilidad de desmontaje, economía de fabricación…).

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Intercambiador de haz de tubos en U

Además de los tubos interiores, dentro de la carcasa pueden montarse placas deflectoras para dirigir la circulación del fluido circulante y crear turbulencias, favoreciendo de este modo la transferencia térmica.

5.3. Intercambiadores de placas Los intercambiadores de placas están formados por una serie de placas unidas entre sí, y montadas sobre una estructura de soporte. Este tipo de intercambiador está diseñado de forma que los dos fluidos circulan en contacto con las caras opuestas de una misma chapa metálica a través de la cual realizan el intercambio térmico.

Intercambiador de placas

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Como estas placas son independientes entre sí, el intercambiador puede ampliarse fácilmente añadiendo placas adicionales, sobre todo si se ha previsto dejar un espacio de reserva en la estructura de soporte. Los componentes del intercambiador de placas son: •

Placas de transferencia:

Son unas placas metálicas, construidas comúnmente de acero inoxidable, en las que se estampan unas ondulaciones con objeto de aumentar su rigidez, permitiendo así trabajar con mayores presiones, al mismo tiempo que se aumenta la superficie de contacto con el fluido circulante y se favorece la formación de un flujo turbulento que facilita el intercambio de calor. En la placa también se encuentran los orificios para la entrada y salida de los fluidos y las ranuras de montaje para la fijación de las mismas sobre la estructura de soporte.

Placas de transferencia de calor

•

Junta:

Entre las placas se monta una junta o elemento de estanqueidad, situado dentro de una ranura estampada en la misma placa. El material utilizado en la fabricación de la placa (caucho, vitón, teflón,…) será el que determinará la temperatura y presión máximas de trabajo del intercambiador de placas. •

Cabezales:

El conjunto del intercambiador incluye dos cabezales, uno fijo y otro móvil. El cabezal fijo forma parte de la estructura de montaje y soporte, incluyendo los alojamientos para las barras de soporte de las placas, los pernos de apriete y las conexiones de entrada y salida de los fluidos. El cabezal móvil es el que sirve de cierre a todo el conjunto, y por lo general no incluye conexiones para los fluidos, salvo en el caso de intercambiadores de varias etapas.

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El apriete para comprimir las juntas y mantener las placas unidas se aplica por medio de unos pernos de apriete que se fijan sobre los cabezales, por lo que éstos suelen ser muy gruesos o reforzados por nervaduras de refuerzo. La presión de apriete dependerá del número total de placas y de la presión de trabajo del intercambiador.

5.4. Intercambiadores de aletas Los intercambiadores de aletas se utilizan indistintamente para calentar (o enfriar) el aire ambiente o para enfriar con ayuda del aire ambiente el fluido circulante por los tubos. La circulación del fluido exterior (aire) puede realizarse de forma forzada o libre, de forma que interfiera perpendicularmente a los tubos que contienen el fluido interior, y discurra paralelo a las aletas. Las aletas tiene la función de facilitar el intercambio térmico, aumentando la superficie de contacto del aire circulante con los tubos. Para la construcción tanto de los tubos como de las aletas del intercambiador de utiliza normalmente cobre o aluminio, pudiéndose fabricar para algunas aplicaciones con acero inoxidable.

Intercambiador de aletas

Intercambiador de aletas

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En el diseño más común para este tipo se utilizan tubos en U con placas planas rectangulares, aunque pueden encontrase configuraciones muy diversas en función de la aplicación a que se destinen y el fluido circulante por su interior.

5.5. Interacumuladores Los interacumuladores son equipos que se utilizan para la producción de agua caliente sanitaria. En ellos se calienta el agua contenida en el depósito al recibir el agua caliente procedente de una caldera o un captador solar.

Interacumulador

Estos acumuladores indirectos disponen de un serpentín para el calentamiento del depósito. El depósito incluye un ánodo de sacrificio y las conexiones necesarias para su funcionamiento. Como mínimo deben disponer de cuatro conexiones: dos por donde respectivamente entra y sale el agua de primario procedente de caldera y otras dos de secundario, por una entra agua fría de entrada de red, y otra de salida ya caliente al punto de consumo. Además incluyen las conexiones para aparatos de medida y/o control (termómetros y termostatos) y ánodos de magnesio para proteger el depósito de la corrosión.

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Podemos encostar interacumuladores con mayor número de conexiones que se pueden utilizar para sistemas de producción de ACS con anillo de recirculación o para poderse conectar con varios sistemas de generación de calor (colectores solares, resistencias de apoyo,…).

Interacumulador varios servicios

El calentamiento del agua potable en los interacumuladores se realiza desde la zona más fría hacia la más caliente y genera de este modo una estratificación de la temperatura que se optimiza de forma permanente. El agua caliente se acumula en la parte superior del depósito, donde está la toma para salida de ACS, mientras que la reposición de agua fría se realiza por la parte inferior, de forma laminar para evitar la mezcla y conservar la estratificación térmica. De este modo se garantiza siempre un modo de funcionamiento eficiente.

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6. BOMBAS 6.1. Tipos y aplicaciones Las bombas son máquinas cuya función es la de tomar la energía mecánica que le proporciona un motor térmico o eléctrico y la transmite a un fluido en forma de energía hidráulica, aumentando su velocidad y presión, permitiendo su transporte. Atendiendo al principio de funcionamiento, las bombas se clasifican en dos tipos: bombas volumétricas y bombas centrífugas. Por sus características constructivas y de funcionamiento las bombas volumétricas se utilizan para aplicaciones en las que se requieren elevadas presiones de trabajo, con caudales de suministro relativamente pequeños, o como bombas dosificadoras. Son especialmente útiles en circuitos hidráulicos de transmisión de potencia. Las bombas centrifugas son de aplicación más general; por su fiabilidad, sencillez de construcción y manejo se utilizan en multitud de aplicaciones en las que se requiere elevación, trasvase o circulación de líquidos.

6.2. Bombas volumétricas Las bombas volumétricas funcionan realizando un ciclo periódico en el cual se obliga al fluido a pasar desde una cámara de aspiración (entrada a la bomba) hasta la cámara de impulsión o descarga, con el consiguiente aumento de presión. El fluido es empujado a lo largo de su recorrido por medio de émbolos, palas, engranajes,… permaneciendo confinado en la cámara de trabajo en todo momento. Las cámaras de aspiración e impulsión deben permanecer aisladas entre sí en todo momento, aunque cuando se trabaja con grandes presiones, parte del fluido bombeado puede pasar de una cámara a otra a través de las juntas, siendo la cantidad de fluido que retrocede muy pequeña en comparación con el caudal de fluido bombeado.

6.2.1. Bombas volumétricas alternativas o de émbolo El fluido es bombeado por un émbolo con movimiento alternativo, accionado por un mecanismo de levas o de biela manivela. La circulación del fluido a través de la bomba, es regulada por medio de válvulas que se abren y cierran convenientemente por efecto de la presión del propio fluido y con la ayuda de resortes.

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Bomba alternativa de émbolo

Este tipo de bombas es el que permite alcanzar mayores presiones, que pueden llegar a ser de miles de bares. Tienen el inconveniente de tener que trabajar a pocas revoluciones, por lo que si se desean obtener caudales elevados es necesario utilizar bombas de gran tamaño. El caudal suministrado por este tipo de bombas es muy irregular, ya que durante la fase de aspiración, cesa el suministro. Este inconveniente puede reducirse si se emplean bombas con varias cámaras que actúan de forma alternativa.

6.2.2. Bombas volumétricas rotativas En este tipo de bombas se sustituye el movimiento alternativo del émbolo por el giro de piezas con formas especiales. Se eliminan los problemas derivados del uso de los mecanismos biela-manivela por lo que son más sencillas y permiten trabajar a mayores velocidades. Estas bombas permiten alcanzar presiones de hasta 200 bar, suministrando un caudal uniforme al poder trabajar a velocidades entre 3.000 y 5.000 r.p.m. Estás bombas no necesitan válvulas, por lo que son reversibles y se pueden utilizar como motores. •

Bombas de lóbulos:

Estas bombas impelen el fluido por medio de unos lóbulos que giran dentro de una carcasa. Uno de ellos, llamado lóbulo motriz, es accionado directamente por un motor y empuja al otro, lóbulo conducido, sobre el que engrana. No necesitan válvulas, entrando y saliendo el fluido a través de unas toberas. Pueden funcionar a velocidades más altas que las del émbolo, pero presentan mayores problemas de estanqueidad.

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Bomba de dos lóbulos, bomba de engranajes y bomba de aletas

•

Bombas de engranajes:

Es un tipo particular de bomba rotativa, en el que las dos piezas que giran son dos ruedas dentadas que engranan entre sí. En la cavidad de aspiración, el fluido llena las cavidades entre los dientes de ambas ruedas, y lo desplazan por los arcos de circunferencia exteriores hasta la cámara de descarga. Debido a las pequeñas dimensiones de las cavidades donde se aloja el fluido, no puede transportar líquidos que tengan sustancias sólidas en suspensión, por lo que siempre deben ir acompañadas de filtros en la aspiración. •

Bombas de aletas:

Como su nombre indica, este tipo de bombas dispone de una serie de aletas que se alojan en las ranuras mecanizadas en un rotor que gira excéntricamente respecto a la cámara del estator, también cilíndrica. El ajuste de las paletas sobre el estator se realiza por fuerza centrífuga. El espacio comprendido entre dos aletas aumenta su volumen durante la fase de llenado, en la cámara de aspiración, y desplaza el fluido hasta la cámara de impulsión al tiempo que se reduce el volumen de la cámara de trabajo. Tienen la ventaja de que se puede variar la excentricidad del rotor, modificando el volumen de la cámara de trabajo, cambiando así las características de funcionamiento de la bomba (caudal y presión). •

Bombas helicoidales:

Uno o varios tornillos que engranan entre sí forman el rotor de estas bombas, en las que las cámaras de trabajo están limitadas por los filetes de los tornillos y las paredes del estator.

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6.3. Bombas centrífugas Las bombas centrífugas funcionan aplicando a las partículas del fluido un movimiento de rotación muy rápido con ayuda de un rodete accionado generalmente por un motor eléctrico. La energía cinética adquirida por el fluido en movimiento se transforma en energía de presión en el cuerpo de la bomba, llamado difusor o caracol. El uso de las bombas centrífugas está mucho más extendido que el de las volumétricas, ya que además de las ventajas económicas, presenta una serie de ventajas mecánicas y de funcionamiento, entre las que cabe destacar las siguientes: •

Son máquinas rotativas.

•

No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.

•

El sistema de accionamiento eléctrico y el acoplamiento con el motor es muy sencillo.

•

Se adaptan con facilidad a diversas condiciones de funcionamiento, sin necesidad de utilizar aparatos reguladores.

•

El mantenimiento de una bomba centrífuga es muy sencillo, y se reduce a renovar al engrase, limpieza y cambio de los elementos de estanqueidad (prensa estopas).

Los elementos básicos que componen una bomba centrífuga son los siguientes:

Partes principales de una bomba centrífuga

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Boca de aspiración: Generalmente provista de una brida para conectar la tubería de aspiración; es el orificio por el cual el fluido accede al interior de la bomba por la aspiración que ésta genera. Rodete o impulsor: Pieza formada por un conjunto de álabes que giran dentro de una carcasa circular y que están conectados por medio de un eje al motor de accionamiento. Difusor o caracol: Es el órgano fijo de la bomba que recoge el líquido que abandona el rodete, cambiando la dirección de su movimiento para dirigirlo a la boca de salida. Es un transformador de energía, transformando parte de la energía dinámica que el rodete aplica al fluido en energía de presión. Boca de impulsión: salida del difusor de la bomba que conduce la tubería de impulsión y que se une a ella por medio de una brida.

6.3.1. Clasificación •

Según la trayectoria del fluido dentro de la bomba:

Bombas centrífugas: el fluido llega al rodete en dirección paralela al eje del mismo, y lo abandona en dirección perpendicular al mismo. Su funcionamiento se caracteriza por ofrecer una relación altura manométrica/caudal alta. Bombas axiales o de hélice: el fluido entra y sale de la bomba siguiendo una trayectoria paralela al eje de giro del rodete. El cociente altura manométrica/caudal es bajo. Se utilizan para bombear grandes caudales a baja presión. Bombas helico-centrífugas: es un diseño intermedio a los dos anteriores, en que el fluido llega al rodete siguiendo una trayectoria paralela al eje de accionamiento y lo abandona formando un ángulo con el mismo inferior a 90°.

Tipos de bombas según trayectoria del fluido

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•

Según la construcción del rodete:

De rodete abierto: En esta clase de impulsor los álabes están unidos directamente al eje de giro, sin ningún plato en los extremos. Su uso está limitado a bombas muy pequeñas, pero se puede manejar cualquier líquido, que pueda llevar incluso sólidos en suspensión o abrasivos. De rodete semiabierto: Es un rodete similar al abierto, pero reforzado por medio de un plato, situado en la cara opuesta a la entrada de la bomba. Son especialmente apropiadas, al igual que las de rodete abierto, para trabajar con líquidos viscosos, abrasivos y a elevadas temperaturas. De rodete cerrado: Los álabes se sitúan entre dos discos laterales. Es el que permite obtener mejores rendimientos. Debido al refuerzo que ofrecen estos discos, este tipo de impulsores puede soportar mejor los esfuerzos que se aplican al eje, así como las dilataciones y contracciones, lo que los hace apropiados para trabajar a altas temperaturas. La posibilidad de obstrucción de los canales cerrados del rodete hace que no sean apropiados para trabajar con líquidos sucios. •

Según la posición del eje de accionamiento:

Bombas horizontales: El eje de accionamiento está en posición horizontal y esto obliga a que el motor y la bomba estén al mismo nivel. Este tipo de bombas se utilizan para trabajar en seco, llegando el líquido hasta la bomba a través de una tubería de aspiración. Como el fluido también debe lubricar los aros rozantes y las juntas del rotor, no pueden funcionar en vacío, y deben cebarse antes de ponerlas en marcha par evitar averías. Tiene la ventaja de ser más baratas y de fácil mantenimiento. Bombas verticales: El eje se monta en posición vertical, permaneciendo el motor casi siempre por encima de la bomba, por lo que es posible mantener la bomba sumergida en el fluido a bombear. Se utilizan en pozos, aplicaciones marinas y bombeo de aguas sucias. Para grandes caudales resultan más económicas que las horizontales. •

Según la utilización de la bomba:

Bombas para elevación. Bombas para circulación. Bombas de velocidad.

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6.3.2. Curvas características Las curvas que más nos interesan, por describir el funcionamiento y facilitar la selección de la bomba adecuada para cada aplicación, son las que representan la altura manométrica (o presión), la potencia y el rendimiento de la bomba, todos ellos en función del caudal. •

Curva altura manométrica – caudal:

Nos indica las distintas alturas manométricas que proporciona una bomba para cada uno de los caudales que atraviesa el rodete. La altura manométrica representa le energía que proporciona la bomba, y se obtiene para esta gráfica curvas semejantes para cada velocidad de giro del rodete.

Curva altura manométrica - caudal

•

Curva rendimiento – caudal:

En esta curva se representa el rendimiento global de la bomba. Su conocimiento es imprescindible para poder seleccionar la bomba más adecuada para cada instalación, ya que ésta deberá funcionar lo más cerca posible del punto de máximo rendimiento. •

Curva potencia – caudal:

Representa la potencia que deberemos aplicar en el eje de la bomba. El caudal y la altura de impulsión manométrica que puede proporcionar una bomba centrífuga quedan perfectamente definidas por la curva característica de la misma. Ambas magnitudes, permanecerán invariables siempre que se mantenga la velocidad de giro del rodete y la geometría

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Curva rendimiento - caudal

del mismo, no viéndose modificadas por las características del fluido impulsado. En caso de trabajar con fluidos de distintas densidades, a igual altura manométrica, el líquido más denso ejercerá una mayor presión sobre la boca de impulsión, y por tanto será necesario aplicar mayor potencia a la bomba. Las curvas de la altura y el rendimiento en función del caudal permanecerán invariables, viéndose modificada únicamente la de la potencia.

6.3.3. Punto de funcionamiento. Selección de la bomba Hasta ahora hemos definido las características y el funcionamiento de la bomba centrífuga sin tener en cuenta las condiciones de trabajo a que va a ser sometida. El trabajo de una bomba dentro de una instalación consiste en crear un vacío, de forma se aspire el fluido que será posteriormente impulsado. Las condiciones de presión y caudal que suministrará la bomba no sólo dependen de las características de ésta, definidas con las curvas que proporciona el fabricante, sino que se verán condicionadas por la resistencia que debe vencer la bomba, que estará determinada por la altura a que debe elevarse el fluido bombeado y la resistencia que ofrece la instalación al paso del mismo. Del mismo modo que se obtiene una curva característica de la bomba, se puede dibujar una gráfica que represente las pérdidas que provoca la instalación, expresadas en unidades de altura manométrica, en función del caudal que circula por ella. El punto de funcionamiento de una bomba se obtiene gráficamente por comparación de ambas curvas, coincidiendo con la intersección de las mismas.

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Punto de funcionamiento

Para seleccionar la bomba más adecuada para cada instalación, deberemos tener en cuenta que este punto deberá estar situado en la zona que obtengamos un mayor rendimiento.

6.3.4. Instalación, puesta en marcha y control de bombas centrífugas En este apartado se tratarán una serie de cuestiones relativas a la instalación y utilización de las bombas centrífugas. •

Cavitación:

Es un fenómeno que consiste en la vaporización de un fluido, a temperaturas inferiores al punto de ebullición y que se produce cuando la presión a la que éste está sometido es igual o inferior a la tensión superficial del mismo. La cavitación puede aparecer en la aspiración de las bombas cuando éstas se encuentran situadas por encima de la superficie libre del líquido en el punto de captación, provocando entre otros efectos indeseables el descenso brusco del caudal impulsado y la rápida corrosión de los componentes de la bomba. Las condiciones de aspiración y las pérdidas a lo largo de la tubería de aspiración son los determinantes en la aparición de este fenómeno. Para poder determinar de antemano si va a producirse la cavitación en una instalación es necesario definir dos nuevos conceptos:

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Altura neta positiva disponible (NPSHd): Es la energía de que disponemos, en forma de presión, para llevar el fluido hasta la entrada de la bomba. Esta presión será aquella a la que está sometido el líquido, generalmente la presión atmosférica, salvo que se trate de fluidos presurizado dentro de un tanque o instalación cerrada, a la que tenemos que descontar la altura a la que está situada la bomba con respecto a la superficie libre del líquido, y las pérdidas producidas a lo largo de toda la tubería de aspiración. Teniendo en cuenta que las pérdidas en la tubería son función del caudal, la altura neta positiva disponible disminuirá al aumentar el caudal. Altura neta requerida (NPSHr): Es un dato característico de la bomba y que debe facilitar el fabricante y que representa las pérdidas de presión que se producen en el interior de la bomba debido al rozamiento del fluido con los álabes del rodete. Como en el caso anterior, su valor depende del caudal circulante. Se puede demostrar que la condición de no cavitación es que la altura neta positiva disponible sea mayor que la altura neta requerida. Igualando ambos datos podemos determinar cuál será la altura máxima de aspiración de una bomba centrífuga. Para bombas comerciales la altura máxima de aspiración es de 7 a 8 metros, si el fluido con el que trabaja la bomba es agua. •

Cebado de bombas:

Cuando las bombas no están funcionando, en el momento del arranque, el tramo de aspiración puede estar lleno de aire. Por su diseño, las bombas centrífugas no pueden aspirar aire con efectividad, por tanto, la bomba no podrá crear la aspiración suficiente para que el líquido llegue hasta el rodete y poder así entrar en funcionamiento normal, realizando el trasiego del líquido. El proceso de cebado consiste el llenado de la bomba y la conducción de aspiración, para crear unas condiciones previas a la puesta en marcha de la bomba que permitirán un funcionamiento normal de la misma. Esto no será necesario en aquellas bombas que estén instaladas de forma que se mantengan siempre llenas de líquido (bombas cuyo rodete está situado por debajo de la superficie libre del fluido a trasegar). El cebado pede realizarse de forma manual, a través de orificios dispuestos para tal fin o de forma automática, con la ayuda de bombas auxiliares (para instalaciones de grandes dimensiones), utilizando bombas autoaspirantes o cualquier otro sistema que permita eliminar el aire contenido dentro de la bomba y la tubería de aspiración.

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•

Regulación de bombas:

La regulación de la bomba consiste en variar su punto de funcionamiento para adaptarse a los requerimientos del usuario, generalmente para obtener de ella el caudal deseado. La regulación puede realizarse de dos formas: Modificando de la resistencia que ofrece la tubería de impulsión, intercalando en ella una válvula de regulación o variando la velocidad de giro del rodete, utilizando para ello variadores de velocidad.

Instalación típica de bomba de elevación

•

Equipamiento para instalación de bombas:

Para el correcto funcionamiento de las bombas éstas deben ir acompañadas de una serie de equipos accesorios, entre los que cabe destacar los siguientes: En la tubería de aspiración: Filtro colador para evitar la entrada de objetos extraños a la bomba. Válvula de pie o válvula de retención que impide el vaciado de la tubería de aspiración cuando la bomba deja de funcionar.

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Válvula de aspiración, para permitir el acceso y desmontaje de la bomba en caso de avería. En la tubería de impulsión: Válvula de retención que impide el vaciado de la tubería de impulsión cuando la bomba deja de funcionar. Válvula de impulsión (de compuerta o mariposa), para permitir el acceso y desmontaje de la bomba en caso de avería. También se utilizan para maniobra en el arranque de la bomba. Calderín de amortiguación para prevenir daños por causa del golpe de ariete.

6.4. Bombas circuladoras Las bombas circuladoras son bombas centrífugas que se utilizan en instalaciones de producción de calor y que tienen como objetivo el mantener el agua, u otro fluido calorportador, en circulación dentro de un circuito de calefacción o de agua caliente sanitaria, venciendo las resistencias (pérdidas de presión por rozamiento en tuberías y accesorios) que ofrece la instalación.

Bomba circuladora

Estas bombas, por lo general, son de rotor húmedo, por tanto, el agua impulsada es la encargada de lubricar y refrigerar las partes móviles de la bomba. Si la bomba circuladora de una instalación se pone en funcionamiento en seco puede sufrir graves averías. Condiciones de generales de montaje de las bombas circuladoras: •

Se montarán entre dos válvulas de corte para facilitar su desmontaje en caso de avería.

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•

Deben situarse en tramos de tubería rígidos para evitar vibraciones.

•

La tubería no debe soportar el peso de la bomba salvo en instalaciones individuales en las que se utilicen bombas especialmente preparadas para ello.

•

Las conexiones de las tuberías con el circulador deben hacerse de forma que no se transmitan esfuerzos sobre la bomba (por estar las bridas de unión desalineadas).

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7. VÁLVULAS DE CONTROL 7.1. Generalidades Las válvulas son dispositivos mecánicos, cuya función es la de controlar o regular la circulación de un fluido a través de un conducto. Las válvulas se componen de: •

Cuerpo de válvula: contiene y sirve de soporte a los demás elementos que componen la válvula.

•

Accionamiento: mecanismo a través del cual se controla la apertura y cierre de la válvula.

•

Obturador o tapón: componente que realiza el cierre mecánico, impidiendo o limitando la circulación del fluido.

•

Junta o asiento: es el elemento que dará estanqueidad a la válvula cuando esté cerrada.

Los materiales utilizados para la construcción de estos componentes son muy variados, y se seleccionan en función de las condiciones de trabajo a que va a estar sometida la válvula (presión, temperatura, características del fluido,…). La apertura y cierre de la válvula se realiza a través de un sistema de accionamiento. Podemos encontrar válvulas de accionamiento manual (por medio de manivelas o volantes) y servoválvulas, que disponen de un sistema de apertura motorizado, por medio de bobinas (electroválvulas), motores eléctricos o cilindros neumáticos. También podemos encontrar válvulas accionadas automáticamente, es decir, que su apertura y cierre se produce por la variación de la magnitud que se desea controlar y no tienen sistemas de accionamiento exteriores: válvulas de seguridad (accionadas por presión), válvulas termostáticas (accionadas por las variaciones de temperatura), válvulas de retención (accionadas por presión o por gravedad),… Las válvulas se instalan de forma que el fluido se vea obligado a pasar a través de ellas. Existen distintos sistemas de montaje de las válvulas: •

Roscadas.

•

Con bridas.

•

Entre bridas.

•

Soldadas.

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7.2. Tipos de válvulas A continuación se describen los tipos de válvulas más usuales, así como los materiales empleados en su construcción y sus aplicaciones más comunes:

7.2.1. Válvulas de bola Son válvulas con un obturador esférico taladrado que gira dentro de un asiento elástico que ejerce la función de junta de estanqueidad. La válvula se cierra al girar la bola un cuarto de vuelta con ayuda de una manivela. El taladro de la bola es del mismo diámetro que la tubería, de forma que cuando está abierta permite el paso total y en línea recta del fluido. Esta es una válvula de uso general, para aplicaciones en las que se requiere una apertura rápida, no siendo adecuadas para la regulación. Son válvulas sencillas y económicas que no requieren mantenimiento, fáciles de montar y que proporcionan un cierre hermético.

Válvula de bola

Los materiales con que se construyen permiten diversas aplicaciones: Material del cuerpo: fundición dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, plásticos de polipropileno y PVC. Material de la bola: latón cromado, acero inoxidable, plásticos de polipropileno y PVC. Material del asiento: nylon, teflón, vitón y neopreno. Se fabrican diversas variaciones sobre este mismo tipo de válvula que permiten múltiples aplicaciones: válvulas de 3 y 4 vías, válvulas con paso reducido, válvulas con entrada por la parte superior,…

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7.2.2. Válvulas de mariposa El paso del fluido se controla con un obturador en forma de disco (lenteja), que gira alrededor de un eje que lo atraviesa y está en posición perpendicular al sentido de la circulación del fluido. Esta válvula se abre y cierra con un cuarto de vuelta, con ayuda de manivelas, volantes o motorizadas (accionamiento eléctrico o neumático). Para grandes diámetros pueden incorporar un reductor para facilitar su apertura. Son válvulas ligeras, fáciles de instalar y mantener, que permiten maniobras frecuentes. No son adecuadas para la regulación ni para trabajar con altas presiones. Requieren elevados esfuerzos para su accionamiento y provocan caídas de presión relativamente altas, en comparación con las válvulas de bola, al quedar la lenteja dentro de la corriente de fluido. Los materiales empleados para la construcción de este tipo de válvulas son: Material del cuerpo: fundición dúctil, aceros al carbono, aceros inoxidables, plásticos de polipropileno y PVC. Material del disco: latón cromado, acero al carbono, acero inoxidable, plásticos de polipropileno y PVC. Material del asiento: vitón, neopreno. Caucho, poliuretano, butilo,…

7.2.3. Válvulas de compuerta Son unas válvulas en las que se cierra el orificio de paso del fluido con un disco vertical de caras planas que se desliza sobre el asiento. El accionamiento de estas válvulas se realiza por medio de un volante. Son válvulas de uso general, con fluidos limpios, para apertura y cierre (no son adecuadas para regulación) ofreciendo buena estanqueidad y poca caída de presión al quedar el orificio totalmente abierto. Según la forma del disco, podemos encontrar válvulas de cuña, de guillotina, de cuña flexible,…

7.2.4. Válvulas de diafragma Este tipo de válvula dispone de un diafragma de material elástico que puede ser empujado por un elemento compresor, de forma que cierre el orificio de paso. Este tipo de válvulas se acciona mediante un volante. Son válvulas para utilizar con bajas presiones, siendo útiles tanto para la apertura y cierre total como para la regulación.

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Válvula de diafragma

Tienen la característica de mantener el mecanismo de accionamiento completamente aislado del fluido, por lo que son especialmente útiles para el manejo de fluidos corrosivos y con sólidos en suspensión.

7.2.5. Válvulas de globo En las válvulas de globo la apertura y el cierre se consiguen por el desplazamiento de un disco o tapón que acopla sobre un asiento que generalmente es paralelo al sentido de circulación del fluido. Este tipo de válvulas provoca elevadas pérdidas de presión por el recorrido que debe hacer el fluido por su interior, pero tienen la ventaja de ser muy adecuadas para realizar funciones de regulación.

Válvula de globo

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Según su geometría constructiva podemos encontrar válvulas de globo en ángulo y en “Y” con las que se consigue mejorar la trayectoria del fluido y disminuir así las perdidas de presión. También las podemos encontrar de tres vías, para mezcla y distribución de fluidos.

7.2.6. Válvulas de retención Las válvulas de retención son válvulas de accionamiento automático, es decir, que no tienen controles externos, y que están destinadas a impedir la circulación del fluido en una determinada dirección.

Válvula de retención de disco

La válvula se abre con la presión del fluido circulante, y el cierre se provoca por el propio peso del mecanismo o por la acción de un resorte de cierre. Como ocurre con el resto de válvulas, hay gran variedad de modelos, sistemas y tipos de válvulas de retención que se adaptan a cualquier aplicación.

7.3. Válvulas con aplicaciones específicas 7.3.1. Purgadores de aire automáticos Son válvulas que deben montarse en los puntos más altos de la instalación y tienen la función de eliminar el aire contenido en la misma de forma automática.

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Funcionamiento de un purgador automático

7.3.2. Válvulas de seguridad (limitadoras de presión) Es un tipo de válvula de acción automática cuya función es la de limitar la presión máxima que puede alcanzarse dentro de un sistema cerrado. Esta válvula permanece cerrada por la acción de un resorte. Cuando se alcanza dentro del sistema la presión a la que está tarada la válvula, ésta se abre y se realiza una descarga de fluido al exterior, provocando así una caída brusca de la presión.

7.3.3. Llaves termostáticas Son llaves que permiten regular de forma automática la temperatura ambiente, y que actúan regulando el caudal de agua que circula por dentro de un emisor de calor (radiador). Estas llaves detectan la temperatura ambiente a través de un bulbo, y por medio de un muelle comparador provoca el desplazamiento del vástago de la válvula, en función de la consigna de temperatura seleccionada en el elemento de consigna.

7.3.4. Válvulas de tres vías Las válvulas de tres vías disponen de una vía común que puede unirse a una vía directa (válvula abierta) o la vía de by-pass (válvulas cerradas).

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Se utilizan para la regulación de circuitos de calefacción, accionadas mediante un servomotor que controla su apertura y cierre. Esta válvula puede utilizarse para variar a potencia de calefacción, mediante la variación del caudal que circula por el primario (válvula diversora) o realizando una mezcla de caudales que se envía a los emisores (válvula mezcladora).

Aplicaciones de las válvulas de tres vías

7.3.5. Válvulas de cuatro vías Estas válvulas se utilizan para regular la temperatura del agua en el momento del arranque de una instalación. Se instalan de forma que permiten mezclar el agua en el retorno a la caldera, facilitando el aumento de temperatura del líquido. Parte del agua que sale de la caldera, se mezcla con el retorno y se envía de nuevo al intercambiador de la caldera.

Aplicaciones de las válvulas de cuatro vías

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8. VASOS DE EXPANSIÓN 8.1. Aplicaciones y tipos En los sistemas de calefacción por agua caliente es necesario mantener dentro del circuito una presión superior a la atmosférica para evitar que el agua circulante se vaporice o entre en ebullición al calentarse. Al mismo tiempo, también necesitaremos absorber las variaciones de volumen que experimenta el agua (o fluido térmico), en el interior del sistema, al dilatarse y contraerse como consecuencia de las variaciones de temperatura a que se ve sometida. Para ello utilizaremos los llamados vasos o depósitos de expansión, que al mismo tiempo nos ayudan a minimizar los daños que pueda provocar sobre los distintos componentes de la instalación el golpe de ariete. Los depósitos o vasos de expansión pueden ser abiertos o cerrados:

8.1.1. Depósitos de expansión abiertos Es un depósito que se sitúa a la altura necesaria para presurizar el circuito de agua por altura piezométrica. La normativa vigente prohíbe su uso en instalaciones nuevas, pero podemos encontrarlos en instalaciones.

Vaso de expansión abierto

Estos depósitos abiertos tienen el inconveniente de permitir la entrada de aire en el sistema, y que éste sea absorbido por el agua, favoreciendo así la corrosión de todos los componentes con los que entra en contacto. También permite la pérdida de fluido por evaporación o por descargas.

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8.1.2. Vasos de expansión cerrados Los vasos de expansión cerrados funcionan por compresión de una cámara de aire, u otro gas, contenida en su interior, que está presurizada y separada del agua por una membrana elástica.

Vaso de expansión cerrado

El uso de vasos de expansión cerrados tiene las siguientes ventajas: Facilidad y sencillez de montaje, lo que simplifica la instalación, al no necesitar conductos de evaporación y descarga. Evita el contacto del agua interior del circuito con el aire atmosférico, evitando así problemas de corrosión. No hay pérdidas de fluido por evaporación o descarga.

8.2. Cálculo de vasos de expansión cerrados Para poder seleccionar el vaso de expansión que debemos montar en una instalación de calefacción por agua necesitaremos conocer en primer lugar el volumen total de agua que contiene el circuito. Para facilitar este trabajo podemos utilizar la tabla de la página siguiente, que nos indica el volumen de agua que contiene un metro de tubería en función de su diámetro. El vaso de expansión cerrado, como se ha expuesto anteriormente, dispone de una cámara de gas que se comprime al dilatarse el agua como consecuencia del aumento de temperatura, hasta que se equilibran las presiones del sistema. El vaso de expansión debe absorber el incremento de volumen que experimenta el agua, por tanto para poder saber el volumen útil del vaso, se calcula con la fórmula siguiente:

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TUBO DE ACERO DIN2440

TUBO DE COBRE

DIÁMETRO

CONTENIDO DE AGUA (l/m)

DIÁMETRO

CONTENIDO DE AGUA (l/m)

3/8"

0.128

6/8

0.028

1/2"

0.213

8/10

0.050

3/4"

0.380

10/12

0.079

1"

0.602

12/14

0.113

1 1/4"

1.04

13/15

0.133

1 1/2"

1.359

14/16

0.154

2"

2.248

16/18

0.201

2 1/2"

3.772

20/22

0.314

3"

5.204

4"

8.820

5"

13.431

Vútil = Vcontenido u _ Donde es el coeficiente de dilatación del agua, que depende de su temperatura y puede obtenerse de la tabla siguiente: Temperatura

10%

Coef. Dilatación 0.027

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0.177

0.435

0.782

1.21

1.71

2.27

2.90

3.59

4.34

El volumen total de depósito, estará en función del coeficiente de utilización, que depende de la presión de trabajo de la instalación y de la presión máxima que podemos alcanzar, y que se obtiene con la fórmula siguiente:

El volumen total del vaso de expansión será:

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El depósito de expansión seleccionado deberá estar previsto para soportar una presión de 1,5 veces la máxima del circuito, sin que sufra fugas ni deformaciones. Esta presión nunca será inferior a la presión de timbraje de la válvula de seguridad preceptiva del circuito.

8.3. Instalación de vasos de expansión cerrados Para instalar el vaso de expansión en un circuito de calefacción por agua, deberemos seguir las siguientes directrices: •

No debe instalarse ninguna válvula de cierre entre la caldera y el vaso de expansión, ya que si ésta se cierra, quedaría inutilizado el vaso y no podría cumplir con su función.

•

Para un correcto funcionamiento, debe quedar instalado en la línea de aspiración del circulador de agua, en el conducto de retorno de la caldera.

•

La conexión del vaso de expansión al circuito se realizará de forma que se evite la formación de bolsas de aire, mediante un trazado apropiado de la tubería que facilite la evacuación del aire o con la colocación de purgadores automáticos.

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9. CHIMENEAS La chimenea es un conducto que sirve para evacuar los gases producidos en la combustión desde el generador de calor a la atmósfera. El tiro de una chimenea es la depresión que se produce en la base de la misma, como consecuencia de la diferencia de peso entre los gases calientes que ésta contiene y el aire frío exterior. El tiro de una chimenea debe ser capaz de evacuar los productos de la combustión, venciendo las resistencias que oponen el propio conducto de la chimenea y el hogar de la caldera donde se realiza el proceso de combustión. El tiro de la chimenea es directamente proporcional a la altura de la misma y a la diferencia de temperaturas entre el aire exterior y los gases de la combustión. Podemos calcular, de una forma sencilla, el valor medio de la depresión disponible en la base de la misma aplicando la expresión siguiente: H = 0,45 x h Donde h es la altura de la chimenea en metros y la depresión se obtiene en mm.c.a. En la figura siguiente se muestra el esquema constructivo de una chimenea. Hay que recordar que todo el conjunto debe estar convenientemente aislado térmicamente para evitar las pérdidas de calor y el consiguiente enfriamiento de los humos que provocaría la aparición de condensados y la pérdida de tiro.

Elementos de una chimenea

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Cuando se realiza el cálculo de una chimenea deberemos tener en cuenta el tipo de hogar con que está equipada. En calderas con el hogar en depresión, los humos salen del hogar con presión negativa, que se incrementa en el tramo horizontal. Para hogares en sobrepresión, el ventilador del quemador impulsa los humos, por lo que el tiro de la chimenea puede ser menor.

9.1. Cálculo de la chimenea El cálculo de la sección y la altura de una chimenea deben realizarse de forma que permita la correcta evacuación de los humos, realizándose los cálculos de forma que se obtiene la sección del tramo vertical y del tramo horizontal por separado. La sección de la chimenea puede calcularse con la fórmula siguiente:

Donde: K es un coeficiente que depende del tipo de combustible: Calderas presurizadas: entre 0,008 y 0,014 Calderas para combustibles líquidos: 0,03 Calderas para combustibles sólidos: 0,02 Pn es la potencia nominal de la caldera en kcal/h. hred es la altura reducida de la chimenea en metros. A la sección de la chimenea en cm2. Para poder calcular la altura reducida, aplicaremos la fórmula siguiente:

En la que: h es la altura real de la chimenea en metros. L es la longitud del tramo horizontal en metros. n el número de codos. kc es el coeficiente de pérdidas en el codo (generalmente se toma 0,5). hcal es la altura a considerar por las perdidas de carga en la caldera (1 metro por cada mm.c.a. de pérdidas en la caldera).Este es un dato que debe proporcionar el fabricante de la caldera.

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A partir de estos datos podemos obtener la sección que debe tener el tubo vertical de la chimenea. Hay que tener en cuenta que en el caso de instalaciones que no se encuentren a nivel del mar, la sección de tubo obtenida con estos cálculos debe incrementarse un 6% por cada 500 m de altitud, para compensar la pérdida de densidad del aire con la altura. Para calcular la sección del tubo horizontal utilizaremos la fórmula siguiente, teniendo siempre en cuenta que su longitud debe ser siempre inferior a la mitad de la altura del tramo vertical:

Donde: Ah es la sección del tubo horizontal en cm2. Av es la sección del tubo vertical en cm2. L es la longitud del tramo horizontal en metros. H es la altura real de la chimenea en metros. Si con los resultados obtenidos comprobamos que si no podemos instalar la chimenea querida por falta de espacio o cualquier otro condicionante de tipo técnico o constructivo, siempre podremos optar por utilizar el sistema de evacuación de humos por tiro forzado, consistente en la colocación de un extractor en la parte alta de la chimenea que debe funcionar siempre de manera solidaria con el quemador de la caldera.

9.2. Recomendaciones para la instalación de chimeneas •

La boca de las chimeneas debe sobresalir siempre un metro por encima de las cumbreras o muros de edificios colindantes, situados en un radio de 10 metros.

•

No debe situarse en ningún caso por debajo del borde superior de un hueco de fachada (puertas, ventanas, respiraderos,…) que se encuentre entre 10 y 50 metros de distancia de la chimenea.

•

Las chimeneas deben disponer de un registro para limpieza y un drenaje par condensados. Además, se instalarán puntos para tomas de muestras y control de la combustión. Como mínimo serán dos y estarán situados, uno de ellos a 50 cm de la unión con la caldera y el otro a una distancia entre 1 y 4 metros de la boca de salida de la chimenea.

•

Las chimeneas se construirán con materiales incombustibles y resistentes a las altas temperaturas y a los agentes agresivos que puedan

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resultar de la combustión, debiendo además estar convenientemente aisladas térmicamente. •

Las chimeneas se construirán preferentemente de sección circular, manteniendo la sección constante a lo largo de su recorrido. Pueden construirse chimeneas rectangulares siempre que la relación entre el lado menor y el mayor sea menor de 1,5.

80


RESUMEN Las instalaciones de producción de calor se componen de una gran variedad de elementos. Es importante para el alumno adquirir unos conocimientos básicos de cuál es la función de cada uno de estos elementos y las condiciones que deben cumplirse para un correcto funcionamiento de todos ellos. La elección de cada componente, desde el tipo de combustible, hasta los elementos de control, y su correcto montaje, puesta en marcha y funcionamiento, será determinante para conseguir el objetivo propuesto.

81

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Explica los distintos tipos de combustión. 2. ¿Qué es el diagrama de la combustión? ¿Para qué se utiliza? 3. Indica cuáles son los productos resultantes de la combustión, especificando los que pueden resultar perjudiciales o nocivos. 4. Indica cuáles son los tipos de combustibles más utilizados y explica por qué. 5. Componentes básicos de una caldera. 6. ¿Qué es una caldera estanca? 7. Componentes básicos de un quemador de gasóleo. 8. ¿Qué es un quemador atmosférico? 9. Tipos de captadores solares. 10. Explica cómo influye la posición de un panel solar plano en su rendimiento. 11. ¿Qué es un intercambiador de temperatura? 12. ¿Qué es un interacumulador? 13. Explica la diferencia entre una bomba volumétrica y una bomba centrífuga. 14. ¿Qué función tiene el circulador en una instalación? 15. ¿Cuál es la misión del vaso de expansión? 16. ¿Qué es el tiro de una chimenea? ¿De qué factores depende?

83

84


BIBLIOGRAFÍA Balboa Batlle, Joan: Mantenimiento de calefacción, CEYSA. Calvo Villamaría, T.; F. Galdón Trillo F.: Curso de Instalador de Calefacción, Climatización y Agua Caliente Sanitaria, CONAIF. Carnicer Royo, Enrique; Mainar Hasta, Concepción: Instalaciones hidrosanitarias, Paraninfo. Compañía Roca Radiadores, S.A.: Monografías Técnicas. De Andrés, J. A.; Pomatta, R.; Aroca, S.; García, M.: Instalaciones de combustibles gaseosos, A. Madrid Vicente, Ediciones. Grim, Nils R.; Rosales, Robert C.: Manual de diseño de calefacción, ventilación y aire acondicionado, McGraw-Hill. Industrial Blansol, S.A.: Manual Técnico de Suelo Radiante. Llorens, Martín: Calefacción, Ceac. Martín Sánchez, Franco: Manual de Instalaciones de Fontanería y Saneamientos. A. Madrid Vicente, Ediciones. Márquez Martínez, Manuel: Combustión y quemadores, Marcombo. Milán Díaz, César: Fontanería, Paraninfo. Porges, Fred: Prontuario de Calefacción, Ventilación y aire Acondicionado, Marcombo.

Material gráfico facilitado por: SEDICAL, S.A. VALDECO, S.L. (Valenciana de combustión) SALVADOR ESCODA, S.A. CALDERAS BUDERUS INDUSTRIAL BLANSOL, S.A. VAILLANT TEYVI, S.L. grupo ATTSU (calderas industriales).

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MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 2 INSTALACIONES DE ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

M 7 / UD 2



91

Objetivos ........................................................................................

93

1. Tanques de almacenamiento .................................................

95

1.1. Tanques.............................................................................

95

1.2. Conexiones de los tanques ..............................................

95

2. Instalación de tanques.............................................................

98

2.1. Tanques enterrados..........................................................

98

2.2. Tanques de superficie ......................................................

98

2.3. Tanques situados en fosas ................................................

100

2.4. Tanques semienterrados ..................................................

101

3. Instalaciones para suministro de combustibles por tubería...............................................................................

102

3.1. Descripción.......................................................................

102

3.2. Equipo de trasiego ...........................................................

102

3.3. Tuberías de distribución ..................................................

103

4. Protección contra incendio....................................................

107

4.1. Instalaciones de superficie en exterior de edificios.......

107

4.2. Instalaciones de superficie en interior de edificios .......

108

Resumen ........................................................................................

109


111

Bibliografía ....................................................................................

113

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INTRODUCCIÓN En las instalaciones de producción de calor, tanto domésticas como industriales, en las que se aprovecha la energía calorífica generada por medio de un proceso de combustión es necesario disponer de una cierta cantidad de combustible almacenado en la propia instalación para asegurar el suministro al sistema de generación de calor. Las instalaciones de almacenamiento están compuestas por el conjunto de recipientes de todo tipo que puedan contener líquidos combustibles, el área donde están ubicados, los accesorios necesarios para su instalación, conexión e instalaciones de carga, descarga o trasiego. En esta unidad se exponen las condiciones que deben cumplir las instalaciones de almacenamiento de combustibles para consumo en la propia instalación destinados a la producción de calor en instalaciones industriales fijas (hornos y quemadores de aplicaciones diversas) o en instalaciones de calefacción, climatización y producción de agua caliente sanitaria, centrándose en las instalaciones fijas para combustibles líquidos de clase C y D, que son los más habitualmente utilizados en este tipo de instalaciones.

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OBJETIVOS El objetivo de esta unidad es que los alumnos conozcan las características de las instalaciones de almacenamiento de combustibles líquidos de clase C y D, así como las medidas de seguridad que deben observarse de acuerdo con la normativa vigente (reglamento de instalaciones petrolíferas e instrucciones técnicas complementarias MI-IP03).

93

94


1. TANQUES DE ALMACENAMIENTO 1.1. Tanques Los tanques son recipientes para el almacenamiento de líquidos, que están diseñados para soportar una presión manométrica interna entre 0 y 1 kg/cm2. Los tanques para almacenamiento de combustibles líquidos se pueden construir con materiales diversos, tales como el acero, el plástico reforzado, polietileno, fibra de vidrio u otros materiales, siempre observando la compatibilidad entre el material del tanque y el combustible que se desea almacenar. Los tanques, como medida de seguridad, se pueden construir con paredes dobles, del mismo o distinto material y compartimentados para poder almacenar distintos productos o disminuir el volumen de almacenamiento. Los combustibles de las clases C y D se podrán someter al calentamiento en el interior del tanque, si sus propiedades físicas lo requieren, empleando para ello los medios adecuados. Las operaciones de reparación de tanques de acero para combustible pueden resultar especialmente peligrosas, debido a la presencia de vapores inflamables y tóxicos. Por ello, estas intervenciones solamente podrán ser realizadas por empresas autorizadas, amparadas por el correspondiente estudio técnico y bajo dirección facultativa.

1.2. Conexiones de los tanques Para la utilización de los tanques de almacenamiento es necesario dotarlos de una serie de conexiones para la carga, descarga o ventilación.

Tanque de superficie con conexiones

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Como norma general, las conexiones se realizarán con tuberías rígidas, pudiéndose utilizar conectores flexibles para la conexión entre las tuberías rígidas y las tubuladuras del tanque o equipos de consumo y bombeo. Estas conexiones deben construirse con materiales apropiados para el trasiego de combustibles y se protegerán exteriormente con fundas metálicas o similares. En caso de que se utilicen estos conectores flexibles, deberán estar siempre accesibles, para facilitar las operaciones de inspección y mantenimiento.

1.2.1. Conexiones para carga del tanque El llenado de los tanques se realizará a través de una tubería de carga que dispondrá del correspondiente acoplamiento rápido que garantice su fijación, impidiendo la desconexión fortuita, además de ser compatibles con los del camión o medio de transporte utilizado para el suministro de combustible a la instalación. La boca de carga se situará a una distancia inferior a 10 metros de la zona donde se sitúan las unidades móviles para realizar las operaciones de trasvase de líquidos. La tubería de carga entrará en el tanque hasta 15 cm del fondo, siempre que la capacidad de éste sea superior a 1000 litros, recomendándose que el final de la misma se realice en forma de cayado, si el combustible almacenado es de clase C o D, para evitar que se remuevan los residuos depositados en el fondo. Si la capacidad del tanque es inferior a los 3000 litros, y el combustible almacenado es de clase C o D, no será necesaria la presencia de una tubería de carga, realizándose el llenado a través de un orificio dispuesto para tal fin.

1.2.2. Ventilación Los tanques deben disponer de una tubería de ventilación que permita la evacuación de gases, de forma que se evite la presurización del tanque. Esta tubería tendrá un diámetro mínimo de 25 mm para tanques hasta 3000 litros, y de 40 mm para el resto, desembocando al aire libre de forma que los vapores no puedan penetrar en locales o viviendas ni en puntos con una fuente de calor que pueda provocar su ignición. La tubería debe quedar instalada con una pendiente del 1% hacia el depósito para evitar el vertido de condensados. Si el volumen de almacenamiento de productos de clase C o D es inferior a 1500 litros, la tubería de ventilación puede desembocar en un local

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cerrado, siempre que esté correctamente ventilado, disponiendo de rejillas con una superficie mínima de ventilación de 200 cm2.

1.2.3. Tuberías para extracción del combustible La extracción del combustible se puede realizar por aspiración, impulsión o por gravedad, a través de una tubería que se dimensionará de acuerdo con el caudal que debe suministrarse a los puntos de consumo. La tubería de extracción debe disponer de una válvula de retención para evitar el vaciado de la tubería y una válvula de cierre rápido para casos de emergencia, que permanecerá abierta durante el funcionamiento normal de la instalación.

1.2.4. Tuberías de retorno Devuelven al tanque parte del combustible que se ha enviado a los puntos de consumo a través de la tubería de extracción y que retorna por no haber sido consumido. Estas tuberías se dimensionan como las de extracción y deben cumplir con los mismos requerimientos que éstas.

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2. INSTALACIÓN DE TANQUES 2.1. Tanques enterrados Los tanques enterrados deberán tener una capacidad máxima de almacenamiento de 100 m3 para combustibles de clase C y D, quedando ubicados a una distancia suficiente de los cimientos del edificio, para evitar la transmisión de esfuerzos y a 0,5 m como máximo del límite de la propiedad. Como medida de seguridad, este tipo de tanques debe incluir un sistema de detección de fugas, como un cubeto con tubo buzo o doble pared con detección de fugas.

Tanque enterrado

2.2. Tanques de superficie Los tanques situados en superficie pueden estar situados en el interior o en el exterior de edificaciones. En cualquiera de los dos casos, y siempre que no se trate de depósitos de doble pared, deberán estar situados dentro de un cubeto estanco de la misma capacidad que el tanque, cuya función es la de retener los

Tanque de superficie con cubeto y alambrada

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productos contenidos en el tanque en caso de rotura o derrame accidental durante los procesos de trasiego o manejo. Si la capacidad del depósito es inferior a 1000 litros de combustible de clase C o D, el cubeto puede sustituirse por una bandeja de capacidad igual al 10% de la del depósito. En caso de ser necesario los tanques de superficie se protegerán mecánicamente contra impactos exteriores que puedan dañarlos.

2.2.1. Tanques de superficie interiores La capacidad de los tanques para combustibles de clase C o D instalados en el interior de edificios está limitada a 100 m3. Si estos tanques tienen una capacidad superior a 5000 litros deberán estar situados en un recinto dedicado exclusivamente a este fin, con puerta que se abra hacia el exterior, de acceso restringido convenientemente señalizado. Los tanques de capacidad inferior, podrán estar situados en el mismo local que la caldera, siendo la distancia mínima entre el tanque u otro foco de calor de 1 metro, o de 0,5 metros si están separados por un muro de resistencia al fuego RF-120. La temperatura de la superficie del tanque no debe ser superior a 40° C en ningún caso. La distancia mínima del depósito a los muros y a la cubierta en ningún caso será inferior a 0,5 metros. A efectos de prevención de incendios, los locales en los que se instale un tanque de almacenamiento de combustible se considerará coma local de riesgo medio para combustibles tipo C y de riesgo bajo para combustibles tipo D.

2.2.2. Tanques de superficie exteriores Cuando los tanques para el almacenamiento de combustibles líquidos queden ubicados en el exterior de edificios, deberán disponer de un cubeto impermeable, con una pendiente del 2% hacia una arqueta de recogida de vertidos. La capacidad del cubeto dependerá del número de tanques que albergue: •

Un solo tanque: la misma capacidad que el tanque.

•

Varios tanques: la misma capacidad que el mayor de los tanques o el 10% de la capacidad total.

La distancia entre recipientes para combustibles de clase C y D, con capacidad superior a 5000 litros, se recoge en la tabla siguiente:

99


CLASE DE PRODUCTO

TIPO DE RECIPIENTE SOBRE EL QUE SE APLICA

DISTANCIA MÍNIMA

C

A RECIPIENTES PARA PRODUCTOS DE CLASE C Y D.

0,2 · d (mínimo 0,5 metros)

D

A RECIPIENTES PARA PRODUCTOS DE CLASE D.

0,2 · d (mínimo 0,5 metros)

Donde d es el diámetro del tanque. Las distancias indicadas en la tabla pueden reducirse si se adoptan medidas adicionales de protección contra incendios, que complementen a las obligatorias, tales como la utilización de elementos separadores resistentes al fuego, sistemas fijos de extinción de incendios, brigadas propias de extinción de incendios, etc., previstos en la instrucción técnica complementaria MI-IP03.

2.3. Tanques situados en fosas Los tanques de combustible pueden quedar ubicados dentro de una fosa que, en cualquier caso, debe ser estanca.

Tanque en fosa

Si la fosa es cerrada, deberá cumplir con los mismos requerimientos que un almacenamiento en el interior de un edificio, no pudiéndose situar la cubierta de la fosa por encima de la cota del terreno. Si la fosa está abierta, el almacenamiento se realiza por debajo de la cota del terreno, considerándose como un almacenamiento en el exterior en la que las paredes de la fosa realizan la función de cubeto, tomando las precauciones oportunas para la evacuación de las aguas pluviales. Se considera fosa semiabierta cuando dispone de una cubierta que deja un espacio hasta la coronación de los muros de al menos 50 cm, permitiendo la correcta ventilación. Se considera a todos los efectos como una fosa abierta, en la que se ha eliminado el problema de eliminación de aguas pluviales al estar protegida por la cubierta.

100


2.4. Tanques semienterrados El tanque semienterrado queda situado dentro de una fosa y cubierto por una capa de arena inerte como se indica en la figura.

Tanque semienterrado

En este caso, el tanque ha de cumplir con lo especificado para los tanques enterrados.

101


3. INSTALACIONES PARA SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES POR TUBERÍA 3.1. Descripción Estas instalaciones están destinadas a conducir el combustible líquido desde el tanque de almacenamiento hasta el punto de consumo, para la generación de agua caliente de calefacción y ACS. El conjunto de la instalación de suministro de combustible líquido a las instalaciones de consumo, se inicia con un tanque de almacenamiento que debe reunir las condiciones establecidas en los puntos anteriores. De este almacenamiento partirá una tubería que llevará el combustible hasta un equipo de trasiego adecuado a las características de la instalación de consumo. La red descrita en los párrafos anteriores, almacenamiento, equipo de trasiego, red de tuberías y sus accesorios, equipos de seguridad y control y equipos de medida tendrán la ubicación adecuada a las características propias del elemento a instalar, lugar en el que se ubique, medidas de seguridad a tomar, y elementos que la rodeen, pudiendo variar para el mismo elemento en función de los condicionantes anteriormente mencionados u otros que pudieran existir.

3.2. Equipo de trasiego El equipo de trasiego es el encargado de impulsar el combustible del tanque de almacenamiento a los puntos de consumo. En suministros por gravedad no será necesario instalar el equipo de trasiego, al realizar la aspiración la bomba del propio quemador. Será un grupo de presión compuesto por los siguientes elementos: •

Grupos moto-bomba: impulsión del combustible.

•

Un filtro: retención de impurezas.

•

Un manómetro: lectura de presión en la impulsión.

•

Un vacuómetro: lectura de depresión en aspiración.

•

Un presostato: seguridad contra sobrepresiones por control de marcha/paro.

•

Una válvula de seguridad, para evitar sobrepresiones en la red, haciendo retornar el combustible al tanque.

•

Un vaso de expansión: protección golpe de ariete y regulación de presión.

102


Grupo de presión

El grupo de presión se montará en un alojamiento apropiado. Para las instalaciones exteriores, se alojará en una caseta resistente al fuego tipo RF-120, correctamente ventilada ventilación. Cuando la instalación se realice en el interior de una edificación, se deberá dotar de protección adecuada al lugar donde se encuentre. Si este alojamiento se encuentra próximo a zonas habitadas se le dotará del correspondiente aislamiento para evitar a la transmisión de ruidos o vibraciones molestas.

3.3. Tuberías de distribución 2.3.1. Tuberías y accesorios El material de las tuberías para las conducciones de hidrocarburos podrá ser de acero al carbono, cobre, plástico u otro adecuado al producto que se trate, siempre que cumplan con los siguientes requisitos: •

Resistencia química interna y externa a los productos petrolíferos.

•

Permeabilidad nula a los vapores de los productos petrolíferos.

•

Resistencia mecánica adecuada a la presión de prueba.

Las uniones de los tubos entre sí y de éstos con los accesorios se harán de acuerdo con los materiales en contacto y de forma que el sistema utilizado asegure la resistencia y estanqueidad, sin que ésta pueda verse afectada por los distintos carburantes o combustibles a transportar.

103


Las uniones de los diferentes tramos de la tubería de acero se realizarán por soldadura a tope con oxiacetilénica o eléctrica. No está permitido el uso de uniones desmontables (roscadas o embridadas) salvo en las uniones con equipos o que puedan ser permanentemente inspeccionadas visualmente. Para la tubería de cobre el espesor de pared mínimo será de un milímetro. Las uniones de los diferentes tramos de la tubería de cobre se realizarán con soldadura fuerte y a tope o con soldadura blanda con un contenido de plata de 6 por 100, como mínimo. Las uniones roscadas se limitarán a las conexiones entre tubería y accesorios o entre accesorios. Se utilizarán los medios o sistemas de montaje de forma que las conducciones tendrán el menor número posible de uniones en su recorrido. Las válvulas serán estancas, interior y exteriormente, debiendo resistir una prueba hidráulica igual a tres veces la de trabajo, con un mínimo de 6 kg./cm2. Será preceptivo que las válvulas que se instalen lleven troquelada la presión máxima a la que pueden estar sometidas. Se instalarán llaves de corte, de cierre rápido, que permitan independizar cualquier ramal de la instalación, antes y después de los filtros, contadores, purgadores y cualquier otro accesorio o conjunto de ellos que se instale, a fin de poder facilitar su manipulación si fuera preciso, sin afectar por ello a la totalidad de la red.

2.3.2. Instalación de las tuberías La red de distribución de combustible líquido tendrá distintas formas y puede discurrir por distintos lugares en función de la aplicación a que se destine y de la situación de los distintos componentes de la instalación. Las tuberías pueden discurrir por el exterior de las edificaciones, en cuyo caso irán enterradas, o por galería de servicios, o por el interior de las edificaciones. Cuando las tuberías discurran por el exterior de las edificaciones irán enterradas en una zanja de 40 cm de profundidad, como mínimo, medidos desde la superficie del terreno a la generatriz superior de la tubería. Esta zanja, siempre que sea posible, será independiente de las de otros servicios. Cuando la tubería de conducción de combustible líquido deba ir enterrada en una zanja con conducciones de otros servicios, se observarán las siguientes condiciones: •

Se situarán a 30 cm, como mínimo, de las conducciones de gas y electricidad.

104


•

No podrán situarse, bajo ningún concepto, por encima de las conducciones de agua potable.

Como medida de protección, la tubería irá enterrada en una capa de arena de río lavada. Esta capa tendrá un espesor de 10 cm por debajo, y 20 cm por encima de la tubería. Las llaves de corte, purgadores y filtros, que se monten en los ramales de distribución, irán alojadas en arquetas de fábrica con su correspondiente tapa, que serán resistentes al paso de vehículos cuando estén situadas en calzadas o zonas de circulación de los mismos. Los equipos de medida individual se alojarán en armarios apropiados que les protejan mecánica y térmicamente. Cuando la red discurra por el interior de un sótano o local anejo, bien diáfano o con uso definido (garaje, trasteros, etc.), la tubería de distribución de combustible líquido se montará por el techo del local. En las zonas en las que tengan que discurrir por las paredes del mismo se situarán lo más próximo posible al techo o al suelo. No deberá ir empotrada en paredes, muros, forjados y fábricas en general, salvo caso excepcional. Las tuberías estarán instaladas de forma que su aspecto sea limpio y ordenado, dispuestas en líneas paralelas o a escuadra con los elementos estructurales del edificio. La separación entre tuberías y su accesibilidad serán tales que pueda manipularse o sustituirse una tubería sin tener que desmontar el resto. Los apoyos o amarres de las tuberías serán tales que no se puedan producir flechas superiores al 2 por 1.000, ni ejerzan esfuerzo alguno sobre elementos o aparatos a los que estén unidas, permitiendo la libre dilatación de la tubería. Entre sujeción y tubería se intercalará material elástico apropiado. Existirá al menos un soporte entre dos uniones de tuberías y, con preferencia, se colocarán éstos al lado de cada unión. Los tubos llevarán elementos de soporte a una distancia no superior a la indicada en la tabla siguiente:

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TUBOS DE COBRE Diámetro Nominal de la tubería en mm.

TUBOS DE ACERO

Separación máxima entre soportes en metros.

Diámetro Nominal de la tubería en mm.

Separación máxima entre soportes en metros

< 15

1,80

10

1,20

20

2,50

De 10 a 20

1,80

25

2,50

De 25 a 40

2,40

32

2,80

De 50 a 100

3,00

40

3,00

60

3,00

70

3,00

80

3,50

100

4,00

125

5,00

150

6,00

No se podrán utilizar soportes de madera o alambre como elementos fijos. Si se emplearan durante la ejecución de la obra deberán ser desmontados al finalizar ésta o sustituidos por los indicados anteriormente. Todos los soportes deberán ir montados sobre elementos elásticos, empotrados en la fábrica a la que se sujete la tubería, a fin de evitar transmisión de ruidos y vibraciones a la edificación. Cuando las tuberías pasen a través de muros, tabiques, forjados, etc., se dispondrán manguitos pasamuros protectores, que dejen espacio libre alrededor de la tubería de 10 mm, debiendo rellenarse este espacio con materia plástica. Los manguitos deberán sobresalir de los paramentos al menos 5 mm. Dentro de la vivienda, e inmediatamente antes del equipo de consumo, se instalarán los siguientes elementos: •

Válvula limitadora de presión, con o sin manómetro.

•

Válvula de corte automática (electroválvula enclavada con el quemador) o manual, instalada inmediatamente antes del quemador.

•

Filtro.

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4. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO Las instalaciones, los equipos y sus componentes destinados a la protección contra incendios en un almacenamiento de combustibles líquidos se ajustarán a lo establecido en el reglamento de instalaciones de protección contra incendios. La protección contra incendios estará determinada por el tipo de líquido, la forma de almacenamiento, su situación y la distancia a otros almacenamientos y por las operaciones de manipulación, por lo que en cada caso deberá seleccionarse el sistema y agente extintor que más convenga.

4.1. Instalaciones de superficie en exterior de edificios 3.1.1. Protección con agua No necesitan sistemas de protección contra incendios por agua, los almacenamientos de superficie, cuando su capacidad global no exceda de: 500 metros cúbicos para los productos de la clase C. Sin límite para los productos de la clase D. Deberán disponer de un sistema de abastecimiento de agua contra incendios, los almacenamientos de superficie con capacidades globales superiores a las anteriores, y que no excedan de 1.000 metros cúbicos para los productos de la clase C. La red de distribución de agua, en este caso, será de utilización exclusiva para este fin, y deberá tener las bocas de incendio suficientes, mediante hidrantes de arqueta o de columna, o bocas de incendio equipadas, que aseguren de forma inmediata y continua el caudal de agua requerido según lo establecido en la Instrucción Técnica MI-IP03.

3.1.2. Protección con extintores En todas las zonas del almacenamiento donde existan conexiones de mangueras, bombas, válvulas de uso frecuente o análogos, situados en el exterior de los cubetos y en sus accesos se dispondrá de extintores del tipo adecuado al riesgo y con eficacia mínima 144b para productos de clase B y de 89b para productos de las clases C y D. Los extintores, generalmente, serán de polvo, portátiles o sobre ruedas, dispuestos de tal forma que la distancia a recorrer horizontalmente desde

107


cualquier punto del área protegida hasta alcanzar el extintor adecuado más próximo no exceda de 15 m. La distancia de los extintores a los puntos de suministro no podrá exceder de 15 m para clase B y 25 m de clases C y D.

4.2. Instalaciones de superficie en interior de edificios Para los productos de las clases C y D se instalarán extintores de tipo adecuado al riesgo y con eficacia mínima 89b. En todas estas instalaciones los medios de protección y extinción que tengan funcionamiento manual deberán estar al alcance del personal que los maneje. Entre el almacenamiento y los equipos la distancia máxima en horizontal no excederá de 15 m; de estar los tanques dentro de cubeto o habitación, los equipos se encontrarán fuera.

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RESUMEN Las instalaciones de almacenamiento de combustibles adquieren especial importancia por su peligrosidad intrínseca. A lo largo de esta unidad se han expuesto las distintas posibilidades de almacenamiento en tanques fijos de combustibles tipos C y D. Es necesario hacer especial hincapié en la necesidad de respetar en todo momento la normativa vigente aplicable a este tipo de instalaciones, que establece la condiciones necesarias que se deben cumplir para un almacenamiento seguro de los productos combustibles.

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110


CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. ¿Qué es un tanque de almacenamiento? 2. ¿Cuáles son las conexiones de que debe disponer un tanque? 3. Características de la tubería de llenado del tanque. 4. ¿Bajo qué condiciones puede compartir local el tanque de combustible con la caldera? 5. ¿Qué es un cubeto y cuál es su función? 6. ¿Qué es el equipo de trasiego y de qué elementos se compone?

111

112


BIBLIOGRAFÍA Balboa Batlle, Joan: Mantenimiento de calefacción, CEYSA. Calvo Villamaría, T.; F. Galdón Trillo F.: Curso de Instalador de Calefacción, Climatización y Agua Caliente Sanitaria, CONAIF. Carnicer Royo, Enrique; Mainar Hasta, Concepción: Instalaciones hidrosanitarias, Paraninfo. Compañía Roca Radiadores, S.A.: Monografías Técnicas. De Andrés, J. A.; Pomatta, R.; Aroca, S.; García, M.: Instalaciones de combustibles gaseosos, A. Madrid Vicente, Ediciones. Grim, Nils R.; Rosales, Robert C.: Manual de diseño de calefacción, ventilación y aire acondicionado, McGraw-Hill. Industrial Blansol, S.A.: Manual Técnico de Suelo Radiante. Llorens, Martín: Calefacción, Ceac. Martín Sánchez, Franco: Manual de Instalaciones de Fontanería y Saneamientos. A. Madrid Vicente, Ediciones Márquez Martínez, Manuel: Combustión y quemadores, Marcombo. Milán Díaz, César: Fontanería, Paraninfo. Porges, Fred: Prontuario de Calefacción, Ventilación y aire Acondicionado, Marcombo.


113

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 3 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR RADIADORES Y PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

M 7 / UD 3



119

Objetivos ........................................................................................

121

1. Datos de partida.......................................................................

123

1.1. Plano de la vivienda .........................................................

123

1.2. Demanda de la carga térmica en las dependencias .......

123

1.3. Puntos de consumo de ACS y demanda prevista ...........

126

2. Tuberías ...................................................................................

129

2.1. Materiales para tuberías...................................................

129

2.2. Instalación de tuberías para conducción de agua caliente..............................................................................

134

3. Situación de los elementos de la instalación .........................

136

3.1. Grupo térmico y acumulador de ACS.............................

136

3.2. Depósito de gasóleo .........................................................

136

3.3. Chimenea .........................................................................

138

3.4. Radiadores ........................................................................

138

4. Selección y dimensionado de los emisores (radiadores) .....

140

4.1. Tipos de radiadores .........................................................

140

4.2. Dimensionado de los radiadores.....................................

142

4.3. Dimensionado de radiadores para el ejemplo propuesto..........................................................................

144

5. Distribución y dimensionado de tuberías de calefacción.....

146

5.1. Tipos básicos de instalación ............................................

146

5.2. Dimensionado de la red de tuberías...............................

147

6. Distribución y dimensionado de las tuberias de ACS ...........

160

6.1. Tipos de instalación .........................................................

160

6.2. Dimensionado de las tuberías de ACS............................

160

7. Puesta en marcha de la instalación ........................................

166

8. Operaciones de mantenimiento de la instalación ................

167

Resumen ........................................................................................

169

Actividades complementarias .......................................................

171

Bibliografía ....................................................................................

173

117

118


INTRODUCCIÓN Para elevar la temperatura de una vivienda se emplean varios sistemas de calefacción. Aparte del generador de calor, que en nuestro caso será una caldera de pie gasóleo, necesitamos un circulador que mueva el agua calentada en el generador o agua de primario hacia la instalación a calefactar. Ya en el local calefactado necesitamos unos emisores de calor que transmitan el calor del agua calentada o de primario procedente del generador al local. El sistema de calefacción por radiadores es comúnmente utilizado y aprovecha la transmisión de calor por convección, siendo los elementos disipadores radiadores. Habría que comentar que los radiadores del sistema de calefacción se localizan en determinados puntos del local a calefactar, trabajando a temperaturas medias que en ningún caso deben superar los 80° C, produciendo un efecto de circulación del aire en la estancia por convección, al calentarse éste en la proximidad del radiador y comenzar un ascenso a las zonas altas de la estancia. Al enfriarse en su recorrido, baja nuevamente el aire volviendo a pasar por el radiador. Cuanta más superficie emisora de calor, mayor confort tendremos con este sistema. En esta unidad se proyectará una instalación de calefacción y agua caliente sanitaria para una vivienda unifamiliar, estudiando todos los elementos que la componen y su funcionamiento. La instalación a proyectar, seguirá el esquema de la figura:

119


Como se ha comentado, se utilizará como generador una caldera de gasoil que proporcionará agua caliente para el sistema de calefacción por radiadores y para el acumulador de agua caliente sanitaria. La distribución de agua caliente para los dos suministros se proyectará con tubo de cobre rígido, convenientemente aislada cuando sea necesario con coquillas aislantes tipo armaflex.

120


OBJETIVOS Entre los objetivos de esta unidad se encuentran la descripción de los elementos propios de una instalación de calefacción por radiadores y la producción de agua caliente sanitaria, utilizando como generador una caldera que utiliza gasoil como combustible. Igualmente se establecerán los criterios para la selección y dimensionado de los elementos que componen la instalación, según el esquema presentado anteriormente.

121

122


1. DATOS DE PARTIDA Para dimensionar una instalación de calefacción y agua caliente sanitaria, ofreciendo el resultado que resulte más favorable al usuario final desde el punto de vista técnico y económico, es necesario disponer de una serie de datos que nos permitan realizar tanto los estudios previos necesarios para determinar las características generales de la instalación (tipo de instalación, materiales a emplear, trazados de tuberías,…) como los cálculos necesarios para realizar un correcto dimensionado. Entre los datos y documentación necesarios más relevantes, podemos enumerar los siguientes: •

Planos del edificio.

•

Materiales de construcción empleados.

•

Uso a que está destinado el edificio.

•

Temperaturas interiores y exteriores.

•

Tipo de instalación.

•

Combustible a emplear.

1.1. Plano de la vivienda En esta unidad se realizará el diseño de un sistema de calefacción por radiadores y de producción de agua caliente sanitaria para una vivienda unifamiliar. El plano que utilizaremos a lo largo de toda la esta unidad es el Plano 1. La vivienda en cuestión consideraremos que está situada en la provincia de Valencia, próxima a la costa.

1.2. Demanda de la carga térmica en las dependencias La instalación de calefacción de un edificio debe suministrar toda la potencia calorífica necesaria para compensar todas las pérdidas de calor que se producen, a través de las paredes o por infiltraciones o aire necesario para la ventilación.

123

Plano 1


Estas pérdidas de calor están condicionadas básicamente por tres factores: •

Temperatura interior del edificio, que para el caso de viviendas oscila entre 20° C y 23° C.

•

Zona climática en que se encuentra el edificio y las inclemencias del tiempo a que se verá sometido.

•

Características propias del edificio (materiales empleados en la construcción y calidades de los mismos.

Para conocer la demanda total de calefacción del edificio deberíamos calcular las pérdidas de calor a través de los cerramientos del mismo, a partir de datos como los coeficientes de transmisión térmica y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. Este cálculo resulta laborioso y no aporta nada al contenido de este módulo, por ser materia correspondiente a otras asignaturas de este mismo ciclo formativo, por ello, para realizar los cálculos de manera aproximada y que nos permita desarrollar de una forma más o menos precisa el proyecto propuesto en esta unidad se expone un método de cálculo estimativo, que con ayuda de tablas nos permite obtener unos resultados aproximados, válidos para la realización de estudios y anteproyectos. En la tabla siguiente podemos obtener las pérdidas de calor de cada estancia de la vivienda en función de su volumen:

DEMANDA POR HABITACIÓN

TEMPERATURA INTERIOR RECOMENDABLE (°C)

DEMANDA DE CALOR kW/h · m3

DEMANDA DE CALOR Kcal/h · m3

Salas de estar

22° C

0.0588

50.6

Dormitorios

21° C

0.0536

46.0

Cocinas

20° C

0.0480

41.4

Baños

21° C

0.0536

46.0

Pasillos

18° C

0.0400

34.5

124


Los resultados obtenidos de esta tabla deben multiplicarse por una serie de factores que dependen de la zona climática donde se encuentre, y de la orientación de las distintas habitaciones de la vivienda.

ZONA CLIMÁTICA

FACTOR C

ORIENTACION

FACTOR O

A

0.7

Zonas de montaña

1.2

B

0.8

Orientación Norte

1.15

C

0.9

Otras

1

D

1.0

E

1.15

1.2.1. Cálculo de demandas de calefacción para el ejemplo propuesto Los cálculos que debemos realizar, empleando el método simplificado anteriormente, para determinar cuál será la demanda de energía para la calefacción de la vivienda se resumen en la tabla de la página siguiente. Para el cálculo de la volumetría se ha considerado una altura de 2,5 m para todas las estancias, y que la vivienda está situada en una zona climática B. Las superficies de las habitaciones se han calculado con ayuda de la escala indicada en el plano de la vivienda, al igual que la orientación de la misma.

125


Estancia

Superficie 2

(m )

Volumen 3

(m )

Factor de zona climática

Demanda Factor de

Demanda total de

de calor

orientación

calor (Kcal/h·m3)

(Kcal/h)

Dormitorio 1

12.25

30.625

0.8

1.15

46.0

1296,05

Dormitorio 2

10.5

26.25

0.8

1.15

46.0

1110,09

Dormitorio 3

11.05

27.625

0.8

1

46.0

1010,60

Salón co medor

27.36

68.4

0.8

1

50.6

2768,80

Coc ina

9.25

23.125

0.8

1

41.4

765,90

Aseo 1

2.55

6.375

0.8

1

46.0

234,60

Aseo 2

3.5

8.75

0.8

1

46.0

322,00

Pasillo

10.38

25.95

0.8

1

34.5

716.22

TOTALES

8323,75

1.3. Puntos de consumo de ACS y demanda prevista El propósito del sistema de producción de agua caliente sanitaria es suministrar a cada aparato de consumo el caudal de agua caliente que demanda, a la temperatura adecuada y en el momento preciso, teniendo en cuenta que ésta se mezcla habitualmente con agua fría. Para usos sanitarios, es necesario calentar el agua fría procedente de la red, que llega a una temperatura que oscila entre los 6 y los 14° C, dependiendo de la zona y la época del año, hasta los 40 ó 45° C, que es la temperatura de uso. El consumo diario de agua caliente depende de multitud de factores. Entre ellos podemos destacar el uso a que se destina el edificio, las costumbres de sus habitantes, la época del año, incluso el día de la semana. Por este motivo, los valores que se utilizan a continuación para realizar el cálculo de la demanda prevista son orientativos. Para determinar el consumo de agua caliente sanitaria para el caso de una vivienda, en la que se prevé la instalación de un acumulador nos basaremos en la tabla de consumos diarios en litros para los distintos puntos de consumo, que nos servirán de orientación.

126


PUNTOS DE CONSUMO

CONSUMO (l)

TEMPERATURA DE USO (°C)

9

35

7.5

25

45

29.2

Bañera

150

40

150

Ducha

40

40

40

5

38

4,7

Lavabo Fregadero

Bidé

CONSUMO A 40°C (l)

El cálculo se realiza teniendo en cuenta que la temperatura dentro del acumulador es de 60° C. Una vez conocidos los puntos de consumo que debemos alimentar, el procedimiento a seguir consistirá en sumar todas las demandas de ACS a la temperatura de 40° C, que coinciden con las indicadas en la última columna de la tabla informativa anterior, y aplicarles un coeficiente de simultaneidad, que dependerá del confort que se quiera conseguir: Confort reducido

K = 0.5

Confort medio

K = 0.7

Confort elevado

K = 0.9

1.3.1. Cálculo de la demanda de ACS para el ejemplo propuesto Aplicando el método de cálculo propuesto, a la vivienda que estamos utilizando como ejemplo, tendremos que para los puntos de consumo de la misma, la demanda de agua caliente sanitaria a 40° C será la siguiente:

PUNTO DE CONSUMO

CANTIDAD

CONSUMO A 40° C

Fregadero

1

29.2

Lavabo

2

15

Bidet

1

4.7

Bañera

1

150

Ducha

1

40

TOTAL

127

238.9 litros


Si queremos tener un grado de confort medio, tendremos que multiplicar el resultado obtenido por 0,7, obteniendo que la demanda prevista de agua caliente sanitaria a 40° C será de 167,23 litros diarios. La potencia calorífica necesaria para la producción del agua caliente sanitaria se puede calcular aplicando la fórmula siguiente:

Donde: V = volumen del acumulador (m3) Pe = peso específico del agua caliente en (kg/l) Ce = calor específico del agua (kcal/kg °C) T = salto térmico entre el agua de entrada y de salida (°C) t = tiempo necesario para la puesta en servicio (horas) Considerando valores habituales para viviendas, con un salto térmico de 50° C y tiempo para puesta en servicio de 2 horas, podemos calcular la potencia calorífica requerida para la instalación propuesta como ejemplo, obteniendo:

128


2. TUBERÍAS 2.1. Materiales para tuberías 2.1.2. Cobre Los tubos de cobre son de los más utilizados para la fabricación de tuberías. En el comercio se pueden encontrar dos calidades: •

Cobre duro: tubería rígida que se suministra en barras de 5 ó 6 metros de longitud, apropiada para la ejecución de instalaciones vistas por su resistencia mecánica.

•

Cobre recocido: después de aplicarle el tratamiento térmico adecuado, se consigue un material más maleable, que conserva el resto de sus características intactas. Comercialmente se presenta en rollos, cuya longitud depende del diámetro del tubo, lo que lo hace apto para instalaciones sinuosas con tramos de gran longitud, por la facilidad del mismo para adaptarse a cualquier trazado.

El cobre en general presenta una serie de características que lo hacen especialmente apto para realizar instalaciones de fontanería, calefacción, conducción de gases, etc. Sus características más destacables son: •

Gran resistencia a la corrosión.

•

Interior totalmente liso (provoca pequeñas pérdidas de carga e impide las incrustaciones).

•

Fácil de instalar y manipular, pudiéndose cortar y soldar fácilmente por capilaridad.

Los inconvenientes que presenta su utilización son su elevado coste en comparación con otros materiales y el elevado coeficiente de dilatación, que obliga a tomar algunas precauciones cuando se utiliza en instalaciones de agua caliente y calefacción. Para la ejecución de instalaciones con tubería de cobre hay disponibles en el mercado gran variedad de accesorios, preparados para su unión mediante soldadura por capilaridad o con manguitos mecánicos de compresión, ofreciendo todas estas uniones gran confiabilidad. Comercialmente, los tubos de cobre se denominan por su diámetro exterior y el espesor del tubo. El mayor problema que puede presentar la utilización de tuberías de cobre aparecerá cuando se realicen instalaciones mixtas en las que se utilizan tuberías de cobre y de acero, ya que se forma una pila elemental

129


DIMENSIONES TUBERÍAS DE COBRE. ESPESORES (mm)

DIÁMETRO EXTERIOR (mm)

0,75

1

1,2

1,5

DIÁMETRO INTERIOR (mm)

6

4,5

4,0

--

--

8

6,5

6,0

--

--

10

8,5

8,0

--

--

12

10,5

10,0

--

--

15

13,5

13,0

--

--

18

16,5

16,0

--

--

22

--

20,0

19,6

19,0

28

--

26,0

25,6

25,0

35

--

33,0

32,6

32,0

42

--

40,0

39,6

30,0

54

--

--

51,6

51,0

que provoca la oxidación y picado de la tubería de hierro. Para evitar la aparición de este fenómeno, hay que tomar las precauciones que se indican a continuación: •

Montar un manguito de plástico que sirva de aislante en el punto de unión de los dos materiales.

•

Procurar, siempre que sea posible, que la tubería de hierro esté situada antes que la de cobre en el sentido de la circulación del agua.

•

Utilizar ánodos de sacrificio que protejan las tuberías de hierro.

2.1.2. Acero galvanizado Son tuberías que se construyen con acero de bajo contenido en carbono que se galvaniza posteriormente para aumentar su resistencia a la corrosión. Este tipo de tuberías son de elevada resistencia mecánica y permiten realizar las uniones por soldadura, con accesorios roscados o con bridas.

130


Tienen el inconveniente de presentar una superficie interior rugosa, que además de facilitar los depósitos de cal aumenta las pérdidas de presión. Su uso en instalaciones de tipo residencial está siendo desplazado por otros tipos de materiales más duraderos, higiénicos y fáciles de instalar. Comercialmente se presenta en barras de 5 ó 6 metros de longitud en una gama de diámetros en pulgadas.

DIMENSIONES DE TUBERÍA DE ACERO GALVANIZADO NORMA ISO Diámetro nominal (pulgadas)

Diámetro nominal (mm)

Espesor de pared (mm)

Diámetro interior (mm)

3/8

10

1,8

13,15

1/2

15

2

17,75

3/4

20

2,35

22,05

1

25

2,65

28,20

1 1/4

32

2,65

36,95

1 1/2

40

2,90

42,45

2

50

2,90

54,20

2 1/2

65

3,25

69,00

3

80

3,25

81,75

2.1.3. Acero inoxidable El acero inoxidable se considera un material higiénico, como se demuestra en la mayoría de las aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica. Entre las características más destacables para su utilización en instalaciones de agua caliente sanitaria y calefacción, podríamos destacar su resistencia frente a los agentes externos, que lo hacen resistente a la corrosión, evita las incrustaciones y provoca una mínima pérdida de carga, obteniéndose mayores velocidades del fluido. También permite obtener excelente acabado decorativo evitando costos adicionales de pinturas o protecciones exteriores. También presenta menor conductividad térmica que otros materiales. Los principales inconvenientes de uso de los aceros inoxidables son el coste de los materiales, que resultan mucho más caros que otros, y la dificultad de manipulación, mecanizado y soldadura, por su gran resistencia

131


y especial cuidado que hay que tener para evitar que pierda sus características al someterlos a procesos de soldadura. Para las instalaciones sanitarias y en viviendas se han desarrollado gamas de tubos y accesorios, para soldadura por capilaridad o uniones prensadas con los que se consiguen abaratar los costes de mano de obra en la ejecución de instalaciones con tubos de acero inoxidable.

2.1.4. Materiales plásticos Dentro de la gran variedad de materiales plásticos que podemos encontrar en el mercado, los que se utilizan más comúnmente en la fabricación de tuberías son el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno (PE) y el polipropileno (PP). Cada uno de estos materiales tienen unas características diferenciadas, pero en general todas las tuberías de materiales plásticos se caracterizan porque: •

Son ligeras y muy resistentes a los agentes externos (salvo a los hidrocarburos, que pueden deteriorarlas).

•

Son aislantes térmicos y eléctricos.

•

Son fáciles de manipular, pudiéndose modelar y soldar al aplicarles calor.

•

Tienen un interior muy liso, por lo que provocan pocas pérdidas de presión y difícilmente se producen incrustaciones.

Como inconvenientes, podemos resaltar los siguientes: •

Elevado coeficiente de dilatación térmica.

•

Presión de trabajo limitada a un máximo de 25 bar.

•

Envejecen en presencia del aire y de la luz solar.

2.1.4.1. PVC y polietileno Son tubos rígidos que se presentan comercialmente en barras de hasta 5 m, en una gama de presiones que va desde los 4 kg/cm2 a los 16 kg/cm2. Hay disponibles para este tipo de material gran variedad de accesorios. Las uniones se realizan por un acoplamiento cilíndrico machihembrado que se puedo encolar o soldar por fusión. En el caso del polietileno, también se presenta en tubos flexibles que se pueden unir con acoplamientos elásticos o con accesorios prensados de latón. Estos tubos son muy resistentes a los materiales de obra y tampoco se ven afectados por la corrosión, como ocurre con los materiales metálicos.

132


DIMENSIONES TUBERÍAS DE PRESIÓN DE PVC. DIÁMETRO EXTERIOR

PRESIÓN DE SERVICIO (kg/cm2) 4

6

(mm)

10

16

ESPESOR (mm)

16

---

---

---

1,2

20

---

---

---

1,5

25

---

---

1,5

1,9

32

---

---

1,8

2,4

40

---

1,8

2,0

3,0

50

---

1,8

2,4

3,7

63

---

1,9

3,0

---

DIMENSIONES TUBERÍAS DE PRESIÓN DE PE. DIÁMETRO EXTERIOR

PRESIÓN DE SERVICIO (kg/cm2) 4

(mm)

6

10

ESPESOR (mm)

10

2,0

12

2,0

16

---

---

2,0

20

---

---

2,0

25

---

2,0

2,3

32

---

2,0

2,9

40

2,0

2,3

3,6

50

2,0

2,8

4,5

63

2,4

3,6

5,7

133


2.1.5. Materiales multicapa Son materiales plásticos sometidos a un proceso de fabricación especial que permite mejorar sus características resistentes, sobre todo aumentando su resistencia al calor. El más extendido es el polietileno reticulado. Tienen la ventaja de presentarse en tubos flexibles de gran longitud, lo que permite realizar largas tiradas de tubería sin empalmes ni uniones. Estos tubos están especialmente indicados para la realización de instalaciones de agua caliente sanitaria y calefacción. Las uniones se realizan por medio de accesorios de latón prensados.

2.2. Instalación de tuberías para conducción de agua caliente Las tuberías deben dar un servicio continuo y duradero, por lo que deben instalarse tomando las precauciones necesarias, siguiendo unas sencillas reglas. En principio, las tuberías pueden montarse vistas o empotradas en obra. En general, es aconsejable que las tuberías no entren en contacto con los materiales de la obra, por lo que en caso de tuberías empotradas es conveniente protegerlas con recubrimientos apropiados. Para evitar la formación de bolsas de aire que dificulten la circulación del agua, hay que prestar especial atención al trazado de las tuberías, evitando recorridos zigzagueantes y cambios de altura. Es recomendable montar los tubos con una pequeña pendiente del 2% para favorecer la evacuación de burbujas de aire, colocando en el punto más alto del circuito un purgador automático de aire. Deben disponerse los apoyos necesarios para las tuberías, situados, dependiendo del material y del diámetro de la tubería, cada dos o tres metros. Estos apoyos se fijarán siempre sobre el tubo y no sobre los accesorios o soldaduras. En el caso de utilizar tubos de cobre, se fijarán a las paredes o techos con abrazaderas de latón o cobre, de las que existen en el mercado a tal efecto. Las tuberías no deben entrar nunca en contacto con instalaciones eléctricas o de telecomunicaciones para evitar la corrosión o las posibles derivaciones eléctricas. Cuando se realizan instalaciones de tuberías para la distribución de agua caliente, bien sea para uso sanitario o para sistemas de calefacción, es necesario tomar precauciones para garantizar un adecuado suministro, para evitar problemas derivados de los fenómenos de contracción y

134


dilatación de los tubos como consecuencia de los cambios de temperatura a que se ven sometidos, y para evitar las pérdidas de calor. Con carácter general, deberemos tener en cuenta las normas siguientes: •

La distancia entre las tuberías de agua caliente y agua fría debe ser como mínimo de 4 cm, situándose la de agua caliente por encima de la de agua fría.

•

Las tuberías de agua caliente deberán estar aisladas térmicamente para evitar pérdidas de calor, especialmente las tuberías del sistema de calefacción que circulen por el exterior del edificio o por locales no calefactados.

•

En los tramos rectos de tubería, deberá colocarse un compensador de dilatación cada 25 metros como mínimo. Así mismo, los soportes del tubo se colocarán lejos de los cambios de dirección (esquinas), situados siempre sobre tramos rectos para permitir la dilatación de las tuberías y evitar la aparición de tensiones sobre los accesorios.

•

Deben tomarse las precauciones necesarias para evitar la formación de bolsas de aire, bien dando a la tubería la pendiente adecuada o montando purgadores automáticos de aire.

•

El paso de tabiques o forjados se realizará con manguitos pasamuros holgados (mínimo 10 mm), que se sellarán con materiales aislantes flexibles.

•

Como norma general, se evitará el uso de materiales plásticos en las tuberías de agua caliente.

135


3. SITUACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN 3.1. Grupo térmico y acumulador de ACS El grupo térmico y el acumulador de ACS quedarán ubicados en una sala especialmente prevista para su colocación, junto con el depósito de gasóleo. Esta sala no tendrá la consideración de sala de máquinas según el RITE por no superar la potencia de la caldera los 70 kW. Se tomará la precaución de situar dos rejillas de ventilación cuya dimensión mínima debe ser de 5 cm2 por kW instalado. Se situarán una en la parte baja del local, a 10 cm del suelo, y otra en la parte superior, a 20 cm del techo. De esta forma se asegura el aporte de aire necesario para realizar la combustión del gasóleo en el hogar de la caldera. Tanto la caldera como el acumulador se conectarán utilizando los racores de conexión proporcionados por el fabricante. Se conducirán a un punto de desagüe tanto las válvulas de vaciado como las de seguridad, procurando que el paso de agua en estos casos resulte visible.

3.2. Depósito de gasóleo El depósito para almacenamiento de combustible tendrá una capacidad tal que garantice el funcionamiento de la instalación durante un periodo de 30 días. Existen diversas posibilidades para la instalación del depósito de combustible; enterrados en interior o exterior, se superficie interiores o a la intemperie, en posición horizontal o vertical, depósitos de chapa de acero o de polietileno,… Para la instalación proyectada en esta unidad se propone la instalación de un depósito de polietileno, apto para almacenar productos petrolíferos con punto de inflamación superior a los 55° C, instalado en el interior y con una capacidad de 1.000 litros de gasóleo. Para la correcta instalación del depósito de polietileno, se utilizarán los accesorios siguientes: •

Cubeta de seguridad para evitar derrames de combustible en caso de que se produzcan fugas o roturas accidentales del mismo. Esta cubeta se instalará con una pendiente del 2% hacia un lado que permita la inspección visual de la misma. No dispondrá de sumidero ya que está prohibido el vertido de hidrocarburos a través de la red de saneamiento.

136


•

Conducto de respiración o venteo. Esta tubería tendrá un diámetro de 30 mm para depósitos de 1000 litros; se evitarán codos y tramos horizontales donde pueda quedar acumulado combustible y entrarán dentro del depósito más de 30 mm.

•

Tubería de carga o llenado. Para depósitos de 1000 litros, debe tener un diámetro de 3" y llegar hasta el fondo del depósito. Tendrá una longitud máxima de 25 m y una pendiente del 5% para que el combustible fluya hacia el depósito.

•

Válvula de corte en el conducto de salida del depósito y válvula de vaciado del mismo.

El local donde quede ubicado el depósito de combustible deberá cumplir con las condiciones siguientes: •

Deberá estar aislado del resto del edificio con paredes resistentes al fuego (RF-120), y ubicado en la planta más baja, con puerta de acceso con apertura hacia el exterior y convenientemente señalizada.

•

Deberá disponer de un sistema de ventilación natural o forzada. Esta ventilación será independiente de la requerida para la caldera. En este caso se instalarán rejillas para ventilación natural cuya superficie será de 100 cm2 por cada 10 kW. de potencia instalada.

•

Alrededor del depósito se dejará un espacio suficiente para poder inspeccionarlo cómodamente (mínimo 40 cm). Del mismo modo es recomendable que el depósito quede instalado a una altura de 0,5 metros del suelo.

•

El depósito de combustible no podrá quedar ubicado en el mismo local que la caldera salvo en el caso de que su capacidad sea como máximo de 1000 litros y la distancia a la caldera sea superior a 3 metros.

Para llevar el combustible hasta el quemador de la caldera, se instalará un circuito de transporte. La alimentación de combustible puede hacerse por gravedad, siempre que el depósito esté situado por encima del quemador y la bomba del combustible del mismo sea capaz de aspirar el gasóleo. En caso contrario, será necesario realizar una alimentación forzada, con ayuda de un grupo de presión auxiliar. En el proyecto que nos ocupa se alimentará el quemador por gravedad, con una instalación ejecutada con tuberías de cobre rígido y que estará compuesta por una doble línea, para alimentación y retorno. Ambas tuberías deben contar con válvulas de corte en sus extremos para permitir aislar el depósito y el quemador para facilitar las posibles operaciones de limpieza o mantenimiento.

137


A la entrada del quemador se instalará un filtro de gasoil para evitar la llegada de impurezas al mismo, y a la salida una válvula antirretorno que impida el retroceso del combustible hacia el quemador.

3.3. Chimenea Para garantizar el correcto funcionamiento de la caldera es necesario que la instalación de la chimenea se realice adecuadamente, situando el conducto vertical de la misma lo más cerca posible de la salida de humos de la caldera y limitando en lo posible la presencia de codos, o tramos horizontales que favorecen las pérdidas de carga y la acumulación de suciedad, con la consiguiente pérdida de tiro. La chimenea a utilizar debe estar aislada térmicamente con lana de roca para evitar condensaciones por enfriamiento de los humos. Por tratarse de un uso residencial y estar instalada a la intemperie, el material elegido para los tubos que conforman la chimenea es el acero inoxidable, que es resistente a la corrosión, al tiempo que ofrece un aspecto decorativo. Para evitar molestias provocadas por los humos resultantes de la combustión, la chimenea deberá tener una altura tal, que supere en 3 metros la altura de la vivienda.

3.4. Radiadores Como se verá más adelante, los radiadores son los elementos que van a ceder calor a la habitación. Para obtener una temperatura uniforme en todo el local, los emisores deben emplazarse, siempre que sea posible, en la pared más fría de la estancia o en los puntos de entrada de corrientes de frío, evitando siempre que sea posible que queden ubicados dentro de nichos o debajo de repisas, ya que esto provoca la pérdida de potencia calorífica de los mismos. El lugar más adecuado para su instalación es debajo de las ventanas que pueda tener la habitación. Los radiadores deben quedar fijados con soportes específicos y manteniendo las distancias al suelo y a la pared adecuadas. En el caso de los radiadores elegidos para la instalación ejemplo, deberán quedar situados a 10 cm sobre el suelo y a 4 cm de la pared, de forma que se deje suficiente espacio para la correcta circulación de aire. En el proyecto que se está desarrollando como ejemplo, los radiadores se han situado debajo de las ventanas en los dormitorios. En el pasillo se ha optado por colocar uno en cada extremo, donde están las puertas. Los aseos no tienen una pared especialmente fría, por lo que se han

138


instalado junto a las puertas, donde había espacio disponible. En el salón comedor, hay una gran ventana, pero por la distribución del mobiliario y las características de la ventana mirador, se ha optado por dividir el radiador en dos módulos iguales y situarlos uno a cada lado de la puerta, por ser el único espacio que quedaba libre.

139


4. SELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE LOS EMISORES (RADIADORES) 4.1. Tipos de radiadores Los radiadores son los elementos de la instalación que proporcionarán el calor necesario a cada estancia del edifico para mantener unas condiciones de confort preestablecidas. Los radiadores permiten la cesión del calor desde el fluido caloportador al ambiente por convección y por radiación. Los tipos de radiadores más utilizados en las instalaciones de calefacción de viviendas son los siguientes: •

Radiadores de hierro fundido:

Son el tipo de radiador más tradicional, está compuesto por varios módulos que se acoplan entre sí. Tienen la ventaja de ser muy duraderos. Debido al material con que están construidos y a la gran cantidad de agua que contienen, son emisores con mucha inercia térmica, es decir, que tardan mucho tiempo en calentarse y en enfriarse, por lo que son especialmente apropiados para ser utilizados en instalaciones de funcionamiento continuo.

El principal inconveniente que plantea el uso de estos radiadores es la baja capacidad de emisión de cada módulo, lo que implica el uso de radiadores de gran tamaño. Además es necesario someterlos a operaciones periódicas de mantenimiento, sobre todo pintura y eliminación de óxido para mantenerlos en buen estado.

140


•

Radiadores de aluminio inyectado:

Al igual que los radiadores de hierro fundido están formados por varios módulos que se unen entre si para formar el radiador del tamaño deseado.

El uso de este tipo de radiadores está muy extendido por las ventajas que presenta frente a los anteriores: poco peso, mayor rendimiento térmico, facilidad de montaje y mantenimiento. También tiene una inercia térmica reducida. •

Radiadores de chapa de acero:

Están formados por módulos de chapa de acero estampado soldados entre sí, por lo que no es posible desmontarlos ni ampliar su tamaño. Son aparatos de poca inercia térmica y pueden tener una vida útil muy larga si se montan y mantienen correctamente.

141


•

Paneles de chapa de acero:

Como los anteriores, están construidos con chapa de acero, y no son modulares. Son elementos planos con una superficie de emisión plana y muy grande. Son de reducido tamaño, lo que permite montarlos en lugares donde el espacio disponible es reducido.

•

Radiadores para baño (toalleros):

Son radiadores que se construyen con tubos de acero o de aluminio y que están especialmente diseñados para se instalados en cuartos de baño y ser utilizados para secar o calentar las toallas.

4.2. Dimensionado de los radiadores El dimensionado de los radiadores que se colocarán en cada estancia de la vivienda consistirá en determinar el número de módulos que deben componer cada uno de los emisores.

142


Como paso previo a la selección de los radiadores, deberemos tener en cuenta las condiciones de funcionamiento de la instalación, es decir, la temperatura de llegada del agua al radiador, la temperatura de salida del mismo y el salto térmico. Generalmente, el dimensionado del emisor se realiza para un salto térmico de 50° C con temperatura de entrada del agua al radiador de 80° C y temperatura de salida de 60° C. El tipo de radiador utilizado también será determinante, ya que la potencia de emisión de cada uno de ellos es diferente. A modo de orientación se puede ver en la siguiente tabla informativa, la potencia emitida por los distintos tipos de radiador que podemos encontrar en el mercado, en función de sus dimensiones y para las condiciones de funcionamiento establecidas anteriormente ( T = 50°C).

Tipo de emisor 45 cm

60 cm

75 cm

2 columnas

50

69

87

3 columnas

72

94

116

Liso

109

143

184

Aberturas

113

148

190

2 columnas

50

58

83

3 columnas

73

93

117

1.560

1.810

2.300

Tamaño HIERRO FUNDIDO

ALUMINIO

ACERO

PANEL ACERO

Por metro de ancho

POT ENCIA EMITIDA POR ELEMENTO EN Kcal/h

143


En el supuesto probable de que las condiciones de trabajo de los radiadores difieran de las establecidas anteriormente, los valores que se ofrecen en la tabla anterior no serán válidos y deberán recalcularse. Para ello utilizaremos las fórmulas siguientes: Temperatura media del radiador: Salto térmico: Potencia para un salto térmico distinto a 50° C: Donde: P es la potencia para un salto térmico distinto de 50° C P50 es la potencia facilitada en tablas para un salto térmico de 50° C T es el salto térmico n es un número característico del emisor y que proporciona el fabricante. Para el correcto funcionamiento de los todos los emisores de la instalación será necesario regular el caudal de agua que atraviesa cada uno de ellos, permitiendo así el ajuste de la transmisión de calor en cada uno de ellos. Esto se consigue con la utilización de válvulas que convenientemente taradas permiten distribuir de forma uniforme todo el caudal de agua caliente disponible en la instalación, entre todos los radiadores. Estas válvulas se denominan detentores. Además de los detentores es necesario montar purgadores manuales o automáticos que permiten eliminar el aire del circuito de calefacción. También será necesario colocar un purgador en cada radiador, teniendo en cuenta que en el caso de radiadores de aluminio es necesario instalar purgadores automáticos especiales, para eliminar la posible formación de hidrógeno gaseoso en la instalación, como resultado del proceso de oxidación de los radiadores nuevos.

4.3. Dimensionado de radiadores para el ejemplo propuesto Para la vivienda unifamiliar que es objeto de este estudio, se pretenden utilizar radiadores de aluminio con aberturas para todas las habitaciones, salvo para los dos baños donde sería conveniente instalar radiadores de tipo toallero.

144


El tamaño, o más bien la altura del radiador dependerá del lugar donde pretenda montarse. Los radiadores que están situados debajo de una ventana serán de 45 cm de altura, ya que en estos casos hay menos espacio disponible. El resto serán todos de 60 cm de alto, que resultan menos voluminosos. En la tabla siguiente se resumen los cálculos necesarios para determinar los módulos que deberá tener el radiador que se monte en cada estancia, así como la potencia instalada realmente como consecuencia de los redondeos.

Estancia

Demanda de

Altura del

Nº teórico de

Nº de

Potencia

calor (Kcal/h)

radiador (cm)

módulos

módulos

instalada (Kcal/h)

Dormitorio 1

1296.05

45

11.47

12

1356

Dormitorio 2

1110.09

45

9.80

10

1130

Dormitorio 3

1010.6

45

8.99

9

1017

Salón

2768.8

60

18.70

20

2960

Coc ina

765.9

60

5.17

6

888

Aseo 1

234.6

60

1.58

2

740

Aseo 2

322.0

60

2.17

3

444

Pasillo

716.22

60

4.84

6

740

Los módulos de que se compone cada radiador se han redondeado a un número par, por si es necesario dividirlo en dos partes, bien por la forma y dimensiones del local donde van a situarse (como es el caso del pasillo) o por ser un radiador muy grande y ser más conveniente para su montaje (como ocurre en el salón).

145


5. DISTRIBUCIÓN Y DIMENSIONADO DE TUBERÍAS DE CALEFACCIÓN 5.1. Tipos básicos de instalación 5.1.1. Instalación monotubular En la instalación monotubo los emisores quedan instalados en serie, formando un circuito en forma de anillo que sale y retorna a la caldera. La temperatura del agua que entra a cada radiador es diferente, por lo que es necesario sobredimensionar los últimos emisores de la instalación para compensar estas pérdidas de temperatura del agua que entra a los radiadores. Según el RITE no pueden instalarse más de cinco radiadores en cada anillo.

Para este tipo de instalaciones deben utilizarse llaves específicas que realizan la función de detentor y mezclador. Desvían parte del agua que llega al próximo emisor. Por tratarse de un circuito en serie, el caudal de agua caliente que llega de la bomba circuladora debe recorrer toda la tubería, por lo que no es posible hacer reducciones de sección en el circuito hidráulico, montándose todas las tuberías del mismo diámetro.

5.1.2. Instalación bitubular La instalación bitubular es un sistema de distribución que consiste en la utilización de dos tuberías, una de ida y otra de retorno donde se conectan los emisores. La conexión de los radiadores siempre se realiza de forma que la entrada del agua se efectúa por la parte superior del mismo y la salida por la inferior. Con este tipo de instalación se consigue que la temperatura de entrada del agua a cada radiador sea prácticamente la misma.

146


La instalación bitubular permite realizar el retorno a la caldera de forma directa, con lo que la longitud de la tubería a emplear será menor o se puede realizar un retorno invertido, el que necesitaremos más metros de tubo para completar la instalación, pero a cambio conseguiremos un circuito mejor equilibrado en los aspectos térmicos e hidráulicos. La solución adoptada para la instalación que estamos utilizando como ejemplo es una instalación bitubular de retorno directo, con lo que las tuberías de alimentación y retorno serán paralelas.

5.2. Dimensionado de la red de tuberías 5.2.1. Trazado sobre el plano El trazado de la instalación sobre el plano nos permitirá seleccionar el trazado óptimo de las mismas y nos servirá posteriormente para obtener las longitudes de tuberías necesarias para realizar los cálculos hidráulicos de la instalación. El trazado de las tuberías se realiza cuando ya tenemos ubicados el resto de los componentes de la instalación, (caldera, acumulador, radiadores,…) teniendo en cuenta, que en la mayoría de los casos éstas circulan sobre el falso techo de la vivienda, pero fijadas sobre los muros, por lo que es conveniente que sigan paralelas a lo mismos, lo que facilitará las posteriores bajadas a los radiadores.

147


5.2.2. Esquema de la instalación y numeración de los tramos Con el trazado de las tuberías sobre el plano, tenemos perfectamente ubicadas las tuberías y demás elementos que componen la instalación. Esto nos permite obtener las longitudes de tubo a escala por medida directa sobre el plano, pero complica la comprensión del circuito hidráulico así como los cálculos posteriores que debemos realizar. Por todo esto es conveniente realizar un esquema numerado, de forma que podamos identificar a primer golpe de vista cada tramo, su recorrido y caudal circulante.

En este esquema se representan con diferentes colores las tuberías de ida y retorno, así como todos los radiadores de la instalación. Para facilitar la identificación de cada tramo de tubería y de cada elemento de ha optado por numerarlos. A cada radiador de la instalación se le ha asignado un número de orden y se ha numerado también el inicio y cada bifurcación que se produce en la tubería. Esto nos permitirá identificar cada tramo de tubería por el número del punto de inicio y el número del punto final del mismo. También se puede anotar en el esquema la longitud de cada tramo y el caudal que circula por el mismo. En la tabla siguiente se hace un resumen de todos los tramos, con su identificación y longitud (para obtener las longitudes de tubería del plano hay que tener en cuenta que los ramales principales circulan por el falso techo y las conexiones de los radiadores deben llegar hasta ellas. Consideraremos en este caso que el techo de la vivienda está a 2,5 metros del suelo).

148


TABLA DE TRAMOS Y LONGITUDES DE TUBERIA Tuberías de alimentación:

Tuberías de retorno:

1-2

9

1–2

9

2-3

1

2-3

1

3-4

1,5

3-4

1,5

4 - RADIADOR 1

2,5

4-5

4,2

4 - RADIADOR 1 4-5

2 4,2

5 - RADIADOR 2

4

5 - RADIADOR 2

4,5

5 – RADIADOR 3

5

5 – RADIADOR 3

7

2–6

3

2–6

3

6 – RADIADOR 4

3

6 – RADIADOR 4

5

6–7

1

6–7

1

7 – RADIADOR 5

4

7 – RADIADOR 5

6

7–8

1

7–8

1

8 – RADIADOR 6

3

8 – RADIADOR 6

3,5

8 – RADIADOR 7

6

8 – RADIADOR 7

8

3–9

3

3–9

3

3 – RADIADOR 8

2,5

3 – RADIADOR 8

4,5

9 – 10

1,5

9 – 10

1,5

10 – RADIADOR 9

2,5

10 – RADIADOR 9

10 – RADIADOR 10

6,5

10 – RADIADOR 10

149

3 8,5


5.2.3. Caudales circulantes en cada tramo El caudal que circula por cada tramo de tubería debe ser el suficiente para garantizar el correcto funcionamiento del radiador al que alimenta. Se calcula dividiendo la potencia calorífica del radiador por el salto térmico. Para sistemas de calefacción que utilicen agua como fluido térmico, tendremos que:

Aplicando la fórmula anterior con la potencia calorífica expresada en kcal/h y el salto térmico en grados centígrados, se obtiene el caudal expresado en l/h. Para sistemas que utilicen un fluido térmico distinto del agua, el resultado obtenido lo dividiremos por el calor específico del fluido utilizado. En la tabla siguiente se muestra el caudal requerido por cada uno de los radiadores instalados:

Potencia

Nº de

Caudal

(Kcal/h)

módulos

(l/h)

Dormitorio 1

1356

12

67,80

Dormitorio 2

1130

10

56,50

Dormitorio 3

1017

9

50,85

Salón

2960

10x2

74,00x2

Cocina

888

6

44,40

Aseo 1

740

2

37,00

Aseo 2

444

3

22,20

Pasillo

740

3x2

18,50x2

Estancia

El caudal que circula por cada tramo debe ser el suficiente para alimentar todos los radiadores que tenga aguas abajo. En la instalación de nuestro ejemplo el caudal de agua que circula por cada tramo de tubería será el que se indica en la tabla resumen siguiente:

150


TABLA DE TRAMOS Y CAUDALES CIRCULANTES Tuberías de alimentación: TRAMO

Tuberías de retorno:

Q (l/h)

TRAMO

Q (l/h)

1-2

463,75

1–2

463,75

2-3

333,05

2-3

333,05

3-4

115,70

3-4

115,70

4 - RADIADOR 1

37,00

4 - RADIADOR 1

37,00

4-5

78,70

4-5

78,70

5 - RADIADOR 2

22,20

5 - RADIADOR 2

22,20

5 – RADIADOR 3

56,50

5 – RADIADOR 3

56,50

2–6 6 – RADIADOR 4 6–7

217,35 74,00 143,35

2–6 6 – RADIADOR 4 6–7

217,35 74,00 143,35

7 – RADIADOR 5

74,00

7 – RADIADOR 5

74,00

7–8

69,35

7–8

69,35

8 – RADIADOR 6

18,50

8 – RADIADOR 6

18,50

8 – RADIADOR 7

50,85

8 – RADIADOR 7

50,85

3–9

130,70

3–9

130,70

3 – RADIADOR 8

44,40

3 – RADIADOR 8

44,40

9 – 10

86,30

9 – 10

86,30

10 – RADIADOR 9

18,50

10 – RADIADOR 9

18,50

10 – RADIADOR 10

67,80

10 – RADIADOR 10

67,80

Podemos observar, que por tratarse de un sistema de distribución con retorno directo, con el trazado paralelo de tuberías, los caudales que circulan en tramos homólogos de ida y retorno son iguales.

151


5.2.4. Selección del diámetro de las tuberías La selección del diámetro de los tubos que debemos utilizar, se realiza atendiendo a dos criterios, siempre partiendo de que sabemos el tipo de tubería que vamos a utilizar. En primer lugar, debemos limitar la velocidad de circulación del agua dentro de las tuberías, que no debe superar los 2 m/s para evitar ruidos. Generalmente se utilizan velocidades comprendidas entre 0,5 y 1,5 m/s. En segundo lugar, debemos tener en cuenta que las pérdidas de presión por metro de tubería no superen un valor máximo de 40 mm.c.a., fijado por normativa. Generalmente se toman valores de diámetro de tubo de forma que las pérdidas estén alrededor de 15 mm.c.a.

152


La forma más sencilla de seleccionar el diámetro de la tubería es utilizando tablas de doble entrada, en las que a partir del caudal circulante y la velocidad de circulación del agua podemos determinar el diámetro de la tubería a utilizar y al mismo tiempo comprobar la pérdidas de presión que tendremos con este diámetro de tubo. Sobre la tabla se ha dibujado (línea roja discontinua) un ejemplo para que sirva de guía para poder calcular los diámetros de todas las tuberías de la instalación. Se ha representado la forma de recalcular el diámetro de la tubería para el tramo 1–2 de ida, por la que debe circular un caudal de agua de 463,73 litros/hora. En la tabla se entra con el valor del caudal en l/h. Se traza una recta vertical a partir de este punto, que debe prolongarse hasta que corte a la línea oblicua de la velocidad de circulación de agua que hemos establecido. Ahora ya podemos obtener en la parte superior de la tabla el diámetro interior del tubo, y trazando una recta horizontal podemos comprobar cuál será la pérdida de presión por metro de tubería. Los resultados obtenidos son los siguientes: Caudal:

463,73 l/h

Velocidad:

0,5 m/s

Diámetro tubo:

20 mm

Pérdidas presión: 17 mm.c.a./m Aplicando esto a nuestro ejemplo, teniendo en cuenta que vamos a realizar la instalación con tubería de cobre recocido, podemos utilizar la tabla adjunta para calcular el diámetro de las tuberías que debemos utilizar.

5.2.5. Pérdidas de carga en las tuberías. Selección de la bomba de circulación La función de la bomba de circulación es la de hacer circular el agua calentada en la caldera hacia los elementos emisores. El caudal que debe mover la bomba ya lo hemos calculado en los apartados anteriores. También necesitaremos calcular las pérdidas de presión totales de la instalación para poder seleccionar el circulador más adecuado. Las pérdidas de carga totales de la instalación, se calculan sumando a las pérdidas de presión que se producen en las tuberías las pérdidas locales debidas a los accesorios de la tubería (codos, tes, reducciones,…), a las válvulas, a los emisores,…

153


TABLA DE TRAMO S, DIÁMETROS Y PÉRDIDAS. Tuberías de alimentación: Q

Tuberías de retorno: Øint

6P

TRAMO

Q

Øint

6P

(l/h)

(mm)

(mm .c.a.)

TRAMO (l/h)

(mm )

(mm.c.a.)

1–2

463,75

20

17

1–2

463,75

20

17

2–3

333,05

16,5

10

2-3

333,05

16,5

10

3–4

115,70

12,5

10

3-4

115,70

12,5

10

4 - RADIADOR 1

37,00

8,5

10

4 - RADIADOR 1

37,00

8,5

10

4–5

78,70

10

12

4-5

78,70

10

12

5 - RADIADOR 2

22,20

8,5

3

5 - RADIADOR 2

22,20

8,5

3

5 – RADIADOR 3

56,50

8,5

15

5 – RADIADOR 3

56,50

8,5

15

217,35

14,5

15

2–6

217,35

14,5

15

74,00

10

12

6 – RADIADOR 4

74,00

10

12

143,35

12,5

15

6–7

143,35

12,5

15

7 – RADIADOR 5

74,00

10

12

7 – RADIADOR 5

74,00

10

12

7–8

69,35

10

12

7–8

69,35

10

12

8 – RADIADOR 6

18,50

8,5

3

8 – RADIADOR 6

18,50

8,5

3

8 – RADIADOR 7

50,85

8,5

15

8 – RADIADOR 7

50,85

8,5

15

130,70

12,5

16

3–9

130,70

12,5

16

3 – RADIADOR 8

44,40

8,5

12

3 – RADIADOR 8

44,40

8,5

12

9 – 10

86,30

10

16

9 – 10

86,30

10

16

10 – RADIADOR 9

18,50

8,5

3

10 – RADIADOR 9

18,50

8,5

3

10 – RADIADOR 10

67,80

10

11

10 – RADIADOR 10

67,80

10

11

2–6 6 – RADIADOR 4 6–7

3–9

Existen diversos métodos para calcular las pérdidas de presión locales. En este texto proponemos utilizar el método de la longitud equivalente, que consiste en asignar a cada accesorio una longitud equivalente de tubería que provoca las mismas pérdidas de presión que el propio accesorio. Este dato lo podemos obtener en tablas informativas elaboradas a tal efecto, como la que se muestra a continuación:

154


LONGITUDES EQUIVALENTES DE DIVERSOS ACCESORIOS. 3/8”

1/2”

3/4”

1”

1 1/4”

1 1/2”

2”

2 1/2”

10 mm

15 mm

20 mm

25 mm

32 mm

40 mm

50 mm

65 mm

Cono de reducción

0,20

0,30

0,50

0,65

0,85

1,00

1,30

2,00

Codo 90

0,38

0,50

0,63

0,76

1,01

1,32

1,71

1,48

Codo o Curva 45

0,20

0,34

0,43

0,47

0,56

0,70

0,83

1,00

Curva 90

0,18

0,33

0,4

0,60

0,84

0,96

1,27

1,48

Te 45

1,50

1,68

1,80

1,92

2,40

3,00

3,60

4,20

Te recta

1,80

2,50

3,00

3,60

4,10

4,60

5,00

5,50

Válvula de retención

0,20

0,30

0,55

0,75

1,15

1,50

1,90

2,65

Válvula de compuerta

0,14

0,21

0,26

0,36

0,44

0,55

0,69

Válvula de asiento

1,10

1,34

1,74

2,28

2,89

3,46

4,3

5,51

---

---

---

2,10

5,00

12,5

13,4

14,2

Radiador

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,75

6,50

Radiador con Valvulería

3,75

4,40

5,25

6,00

6,75

7,50

8,80

10,1

Caldera

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,75

6,50

Intercambiador

0,18

Como en el apartado anterior hemos calculado el diámetro de todas las tuberías de la instalación y al mismo tiempo las pérdidas de presión por metro de tubería, si a cada tramo de tubería le añadimos la longitud equivalente de todos los accesorios montados sobre ella, podemos calcular fácilmente la caída de presión en ese tramo. Aplicando esto a la instalación de nuestro ejemplo, podemos elaborar una tabla para el ramal más desfavorable de la instalación (el ramal más desfavorable, coincide habitualmente con el más largo, ya que al tener más metros de tubo, las pérdidas de presión son mayores):

155


Cálculo pérdidas de presión en tubería de ida.

TRAMO

CAUDAL

DIAMETRO

LONGITUD

(mm)

(m)

LONGITUD CODOS

DERIVACIONES

REDUCCIONES

EMISOR

EQUIVALENTE (m)

PÉRDIDA POR

PERDIDA TOTAL

METRO (mm.c.a.)

(mm.c.a.)

1-2

463,75

20

9

6x0,70

1x1,1

--

--

14,3

17

243,10

2-6

217,35

14,5

3

--

1x0,80

--

--

3,8

15

57,00

74,00

10

3

2x0,50

--

1x0,20

1x3,75

7,95

12

95,4

143,35

12,5

1

--

1x0,75

1x0,25

--

2

15

30,00

7–RADIADOR 5

74,00

10

4

3x0,50

--

1x0,20

1x3,75

9,45

12

113,40

7–8

69,35

10

1

--

1x0,70

1x0,20

--

1,9

12

22,8

8–RADIADOR 6

18,50

8,5

3

3x0,40

--

1x0,15

1x3,75

5,23

3

15,69

8–RADIADOR 7

50,85

8,5

6

3x0,40

--

1x0,15

1x3,75

8,23

15

123,45

6–RADIADOR 4 6–7

TOTAL

700,84

Cálculo pérdidas de presión en tubería de retorno.

TRAMO

CAUDAL

DIAMETRO

LONGITUD

(mm)

(m)

LONGITUD CODOS

DERIVACIONES

REDUCCIONES

EMISOR

EQUIVALENTE (m)

PÉRDIDA POR

PERDIDA TOTAL

METRO (mm.c.a.)

(mm.c.a.)

1-2

463,75

20

9

6x0,70

1x1,1

--

--

14,3

17

243,10

2-6

217,35

14,5

3

--

1x0,80

--

--

3,8

15

57,00

74,00

10

5

2x0,50

--

1x0,20

1x3,75

9,95

12

119,4

143,35

12,5

1

--

1x0,75

1x0,25

--

2

15

30,00

7–RADIADOR 5

74,00

10

6

3x0,50

--

1x0,20

1x3,75

11,45

12

137,40

7–8

69,35

10

1

--

1x0,70

1x0,20

--

1,9

12

22,8

8–RADIADOR 6

18,50

8,5

3,5

3x0,40

--

1x0,15

1x3,75

5,73

3

17,69

8–RADIADOR 7

50,85

8,5

8

3x0,40

--

1x0,15

1x3,75

10,23

15

153,45

6–RADIADOR 4 6–7

TOTAL

156

780,85


Con los datos de caudal que debe impulsar la bomba y la caída de presión en el tramo más desfavorable, podemos seleccionar la bomba que necesitamos, ayudándonos con la curva característica del circulador que proporciona el fabricante. A continuación se muestra cómo utilizar el gráfico, entrando con los datos del ejemplo propuesto, caudal de 463,75 l/h y pérdida de presión de 1481,69 mm.c.a.

El fabricante de los circuladotes proporciona un gráfico como el anterior, en el que se representa el campo de trabajo de los modelos de circulador que nos ofrece. Trazando las líneas de caudal y de presión sobre esta gráfica podemos obtener el punto de funcionamiento del circulador de

157


la instalación. En el ejemplo propuesto, podemos ver que este punto se encuentra dentro del campo de trabajo de la bomba tipo 1, que es la que se ajusta a nuestra instalación y la que debemos por tanto instalar.

5.2.6. Equilibrado hidráulico de la instalación Una vez que se ha ejecutado la instalación del sistema de calefacción por radiadores, es posible que algunos parámetros de funcionamiento de la misma no sean los previstos en al cálculo teórico. Por este motivo es necesario disponer en la instalación de componentes de regulación que nos permitan ajustar el sistema de transmisión de energía calorífica a los radiadores, regulando el caudal de agua caliente que circula a través de cada uno de ellos. Es posible que dentro de una misma instalación nos encontremos con radiadores que se calientan más y más rápidamente que otros, que incluso pueden llegar a no calentarse. Esto es debido a que el caudal que impulsa la bomba tiende a circular por aquellos tramos del circuito que tienen menos pérdidas de presión, con lo que el caudal de agua caliente que circula por los tramos con mayores pérdidas de carga es menor, con el consiguiente defecto de aporte calorífico. Para compensar estas diferencias entre unos emisores y otros es necesario utilizar una válvula o detentor que permita aumentar las pérdidas de presión en los radiadores más favorecidos para compensar hidráulicamente la instalación. El detentor se monta a la salida del radiador, en caso de instalaciones bitubulares, o en la propia válvula de regulación, en el caso de instalaciones monotubulares. Con el equilibrado hidráulico de la instalación, podremos conseguir que cada emisor funcione según lo previsto. Para realizar el equilibrado, procederemos del modo siguiente: En primer lugar abriremos al máximo el detentor del radiador que esta en posición más desfavorable, para ir cerrando progresivamente el de los demás radiadores, quedando más cerrado el del radiador que esté más próximo a la caldera. Posteriormente comprobaremos que la regulación ha sido efectiva poniendo en marcha el sistema de calefacción y comprobando que el salto térmico en cada radiador es correcto y se mantiene constante. A la vista de los resultados de la comprobación se procederá a corregir el funcionamiento de la instalación abriendo o cerrando los detentores de aquellos emisores que no funcionen correctamente.

158


Este proceso puede resultar engorroso y complicado en instalaciones complejas, pudiendo resultar más conveniente el uso de reguladores de caudal que regulen el flujo de agua caliente en cada rama.

159


6. DISTRIBUCIÓN Y DIMENSIONADO DE LAS TUBERÍAS DE ACS 6.1. Tipos de instalación Existen dos sistemas para el abastecimiento de agua caliente en el interior de una vivienda: la distribución directa o la distribución en anillo, con recirculación de agua caliente. La solución que se adopta generalmente es la distribución directa, por ser un sistema de instalación más sencillo, que requiere el uso de menos metros de tubería y no necesita la instalación de una bomba de recirculación. Si se utiliza este sistema será necesario vaciar el agua fría de las tuberías antes de poder disponer de agua caliente en el grifo. Este sistema de distribución de agua caliente se utiliza en instalaciones cortas, es decir, que el acumulador de agua caliente no está demasiado lejos de los puntos de consumo, máximo 12 metros, como suele ocurrir en el caso de viviendas con suministro individual. La distribución en anillo supone la instalación de una bomba de recirculación que mantiene en movimiento el agua caliente dentro de un circuito de tuberías en el que está incluido el acumulador, con lo que está más cerca de los puntos de consumo y su disponibilidad en el grifo es inmediata. Por la complejidad de este tipo de instalación, solamente se utiliza en edificios singulares (colegios, centros deportivos, hoteles,…) o en edificios de viviendas con suministro colectivo de agua caliente sanitaria.

6.2. Dimensionado de las tuberías de ACS 6.2.1. Trazado sobre el plano El trazado de la red de tuberías para distribución de ACS sobre el plano nos permitirá seleccionar el trazado óptimo de las mismas y nos servirá posteriormente para obtener las longitudes de tuberías. En el plano facilitado de la vivienda, están representados los puntos de consumo de agua caliente. Trazaremos la red de tuberías necesaria para llevar el agua caliente desde el acumulador hasta los puntos de consumo, que para el ejemplo que estamos desarrollando a lo largo de este capítulo, se encuentran en la cocina, en un aseo y en un cuarto de baño. Como en el caso de la red de tuberías del sistema de calefacción, en el trazado de las tuberías se recomienda seguir las líneas de los muros de la vivienda.

160


6.2.2. Esquema y numeración de tramos En el plano de la instalación, queda perfectamente representado el recorrido de las tuberías para el suministro de ACS a los distintos puntos de consumo. Con objeto de facilitar el proceso de cálculo para dimensionado de la tuberías es conveniente elaborar un esquema simplificado donde sea fácil identificar los distintos ramales de distribución, así como sus puntos de partida y llegada, para asignarles el caudal circulante, longitudes, etc. Para poder trabajar con mayor facilidad, el esquema se numerará para poder hacer referencia a los distintos tramos por el número del punto de inicio y el número del punto final del mismo. El proceso de numeración consistirá en asignar números correlativos a todos los puntos de consumo de la red y a todas las derivaciones de la misma. En la figura siguiente se muestra el esquema numerado correspondiente a nuestra instalación.

161


Sobre este esquema también es conveniente indicar las longitudes de los tramos de tubería, los caudales circulantes y otros datos que puedan resultar de interés para el proceso de dimensionado de la red.

6.2.3. Cálculo de longitudes El cálculo de longitudes de tubos debe realizarse como se ha indicado para las instalaciones de calefacción. Se toman medidas sobre el plano a escala del edificio, teniendo en cuenta que la instalación de las tuberías se ha realizado por el falso techo de la vivienda, por lo que será necesario añadir a las medidas obtenidas la longitud de tubo necesaria para llegar desde el falso techo hasta el punto de consumo. Para el ejemplo que estamos desarrollando podemos considerar que esta bajante tiene una longitud aproximada de 2 metros. Para el cálculo de las pérdidas de carga añadiremos a estas longitudes, la longitud equivalente de los accesorios utilizados para realizar la instalación, como se ha expuesto anteriormente.

6.2.4. Caudales de cada tramo Los caudales que circulan por cada tramo se determinarán a partir del gasto de cada aparato sanitario y teniendo en cuenta que cada ramal deberá abastecer a todos los aparatos que estén situados aguas abajo. En la tabla siguiente se indica el gasto de los aparatos sanitarios más comunes en viviendas: GASTO EN APARATOS SANITARIOS Puntos de consumo

Caudal (l/s)

Lavabo

0,10

Ducha

0,20

Bidé

0,10

Bañera

0,30

Fregadero

0,20

Como resulta improbable que se utilicen al mismo tiempo todos los aparatos sanitarios de un edificio, deberemos aplicar coeficientes de simultaneidad para aminorar el caudal que circula por cada tramo. En el caso de viviendas como la que nos ocupa, consideraremos que sólo se utilizan simultáneamente un sanitario por cada estancia, siendo éste el de mayor consumo.

162


En la vivienda considerada en el ejemplo, tenemos tres habitaciones con suministro de ACS, la cocina, un aseo y baño. Por tanto, el máximo consumo simultáneo lo tendremos cuando se utilicen al mismo tiempo el fregadero, la ducha y la bañera. El caudal que circula por cada tramo se resume en la tabla siguiente:

CAUDAL CIRCULANTE POR TRAMOS TRAMO

PUNTOS CONSUMO SIMULTANEO

CAUDAL (l/s)

1–2

fregadero-ducha-bañera

0,7

2–7

fregadero

0,2

2–3

ducha - bañera

0,5

3–8

ducha

0,2

3–4

bañera

0,3

4–9

lavabo

0,1

4–5

bañera

0,3

5 – 10

bañera

0,3

5–6

lavabo

0,1

6 – 11

bidé

0,1

6 - 12

lavabo

0,1

6.2.5. Velocidades de circulación y pérdidas de carga Las velocidades de circulación y las pérdidas de carga, al igual que ocurre con las tuberías del sistema de calefacción, se establecen a partir de valores recomendados. La pérdida de carga en tuberías no deberá superar en ningún caso los 40 mm.c.a./m, aunque para realizar los cálculos de dimensionado de tuberías se procura mantener el valor de la pérdidas de presión alrededor de los 15 mm.c.a./m. La velocidad de circulación del agua caliente por dentro de las tuberías debe mantenerse siempre por debajo de los 2 m/s para evitar que se produzcan ruidos. Como valores aconsejables de diseño, se recomienda tomar como velocidad máxima 1,5 m/s, para evitar vibraciones de los tubos y como velocidad mínima 0,5 m/s, con objeto de evitar que se produzcan depósitos de cal o arenilla en el interior de los tubos.

163


6.2.6. Selección del diámetro de los tubos Los diámetros de los tubos que componen la red de distribución de agua caliente sanitaria pueden dimensionarse de igual modo que las tuberías del sistema de calefacción. Los diámetros de los ramales que alimentan cada aparato sanitario no es necesario calcularlos, ya que se pueden fijar a partir de datos establecidos en tablas informativas y que indican valores que por la experiencia práctica garantizan un buen funcionamiento.

DIÁMETROS DE RAMALES PARA ALIMENTACIÓN DE SANITARIOS PUNTO DE CONSUMO

TRAMO

Ø INTERIOR DE TUBO (mm)

Fregadero

2–7

15

Ducha

3–8

15

Lavabo

4–9

15

Bañera

5 -10

20

Bidé

6 – 11

15

Lavabo

6 -12

15

El resultado obtenido para el resto de los tramos será el siguiente:

DIAMETROS DE TUBERÍAS TRAMO

Ø INTERIOR DE TUBO (mm)

VELOCIDAD (m/s)

PÉRDIDAS (mm.c.a./m)

1–2

34

0,65

15

2–3

34

0,6

13

3–4

26

0,55

15

4–5

26

0,55

15

5-6

16,5

0,50

20

164


7. PUESTA EN MARCHA DE LA INSTALACIÓN Antes de proceder a la puesta en marcha de la instalación, deberemos asegurarnos de que todos los componentes de la instalación se encuentran en disposición de prestar servicio. Para poner en servicio equipos e instalaciones, realizaremos en primer lugar las siguientes operaciones: •

Llenado del circuito de calefacción:

En primer lugar se abrirán los purgadores de todos los emisores de calor (radiadores) y se procederá a abrir la llave de llenado de agua fría de la caldera. Cuando empiece a salir agua por los purgadores, se irán cerrando progresivamente, y al final se cerrará la válvula de llenado, cuando podemos comprobar en el manómetro de la caldera que la presión en el interior del circuito es de 1 bar. Una vez que el circuito está lleno y presurizado procederemos a poner en marcha la bomba de circulación, asegurándonos de que no gira en seco, lo que podría provocar que se averiase. Con la bomba en marcha, procederemos a purgar de nuevo el circuito de calefacción, y una vez finalizada esta operación se restituye la presión del circuito abriendo de nuevo la válvula de llenado de la caldera. Una vez finalizado el proceso, deberemos comprobar que no hay fugas de agua en el circuito. •

Llenado del circuito de ACS:

Para llenar el circuito de ACS se procederá primeramente a abrir los grifos, y se abrirá la entrada de agua. Los grifos se cerrarán cuando salga agua por ellos de forma continua, asegurándonos de este modo que quedan llenas las tuberías y el acumulador de agua caliente sanitaria. Cuando esté el circuito lleno, se procederá a comprobar que no hay fugas de agua en la instalación. •

Llenado del circuito de gasoil:

Antes de proceder a llenar las tuberías de alimentación de gasoil al quemador, nos aseguraremos que el depósito de combustible está lleno, a continuación se procederá a abrir la llave de salida de gasoil del depósito, y se comprobará la ausencia de fugas en toda la conducción, tanto en la ida como en el retorno. Tras comprobar que el filtro está limpio y correctamente instalado, se procederá a purgar la tubería de combustible.

165


Una vez realizadas estas operaciones con éxito, la instalación estará lista para ponerla en funcionamiento. La puesta en marcha se realizará, comprobando antes que hay alimentación eléctrica, accionando el interruptor general de puesta en marcha de la caldera. En este momento el quemador se pone en marcha y comienza la producción de agua caliente sanitaria, que quedará almacenada en al acumulador. El quemador se parará automáticamente cuando la temperatura del agua dentro del acumulador alcance el valor prefijado (entre 35 y 60° C). No volverá a ponerse en marcha hasta que por consumo o por pérdidas de calor, la temperatura del agua dentro del acumulador descienda. El sistema de calefacción se activa desde el panel de control que estará situado dentro de la vivienda y que permite seleccionar la temperatura ambiente además de conectar y desconectar la calefacción. Al accionar el interruptor de puesta en marcha, la caldera se pone en funcionamiento, junto con el circulador para enviar agua caliente a los emisores. La temperatura del agua se puede regular entre 60 y 85° C. El termostato controla la parada y puesta en marcha del quemador en función de la temperatura del agua en el circuito de calefacción. La parada de la caldera se efectúa desde el interruptor general. Si se procede a parar la caldera, deberemos cerrar la salida del depósito de combustible como medida de precaución.

166


8. OPERACIONES DE MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN Para mantener la instalación en buenas condiciones de funcionamiento es necesario realizar una serie de operaciones periódicas de mantenimiento preventivo y correctivo, que nos permitirán garantizar que todos los componentes de la instalación se conservan en buen estado. Para este tipo de instalaciones, y como norma general, el mantenimiento debe realizarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante de los equipos. El mantenimiento preventivo de este tipo de instalaciones se realizará anualmente y consistirá en la realización de las siguientes operaciones: •

Comprobar que la presión del circuito en frío se encuentra dentro de los límites establecidos (entre 1 y 1,2 bar).

•

Revisar y limpiar el filtro de gasoil.

•

Revisar el correcto funcionamiento del termostato de calefacción.

•

Revisar el correcto funcionamiento del termostato de agua caliente sanitaria.

•

Limpiar el interior de la caldera y el quemador.

•

Comprobar que la presión del vaso de expansión es de 1 bar.

•

Comprobar la estanqueidad de las tuberías de agua y gasoil.

•

Limpiar la chimenea.

•

Comprobar el buen estado de los sensores de temperatura.

•

Comprobar el caudal de gas y la presión del mismo.

•

Comprobar el funcionamiento de la bomba de recirculación.

•

Accionar la válvula de seguridad y comprobar su funcionamiento.

•

Revisar el estado general de la caldera y el acumulador de ACS.

•

Comprobar el estado de los emisores.

•

Purgar el aire de la instalación, si no se han instalado purgadores automáticos.

La frecuencia de las revisiones que se efectúan a los distintos componentes de la instalación, puede ser modificada en función de las características de la misma, localización, intensidad de uso,… El mantenimiento correctivo tiene la función de realizar las reparaciones y correcciones, de los defectos observados durante el mantenimiento preventivo o de los daños por averías ocasionales.

167

168


RESUMEN En este tipo de instalaciones es importante, en primer lugar conocer las cargas térmicas del edificio que se desea calefactar, así como el consumo previsto de ACS para que la instalación diseñada sea capaz de cubrir las necesidades del usuario. A continuación, debe tenerse en cuenta una correcta ubicación de todos los componentes de la instalación, así como los puntos de consumo de agua caliente, para posteriormente ocuparse del trazado de las tuberías. Por último, debemos tener en cuenta las condiciones que se deben cumplir para la ubicación de la caldera en la sala de máquinas y el almacenamiento del combustible. Todos estos pasos deben llevarse a cabo concienzudamente para obtener como resultado una instalación con un funcionamiento óptimo.

169

170


ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS A partir de el plano de una vivienda unifamiliar de varias plantas (vivienda adosada o pareada tipo duplex, con sótano, y dos plantas) desarrollar el proyecto para la instalación de calefacción por radiadores siguiendo los pasos establecidos en esta unidad. Utilizar para la selección de todos los componentes de la instalación información recopilada a partir de catálogos de fabricantes (emisores, calderas, valvulería, chimeneas,…), obtenidos directamente a través de Internet, de forma que el resultado obtenido se ajuste en la medida de lo posible a una instalación real Elaborar a partir de la información recopilada, una lista de componentes, instrucciones de uso y mantenimiento de la instalación.

171

172


BIBLIOGRAFÍA Balboa Batlle, Joan: Mantenimiento de calefacción, CEYSA. Calvo Villamaría, T.; F. Galdón Trillo F.: Curso de Instalador de Calefacción, Climatización y Agua Caliente Sanitaria, CONAIF. Carnicer Royo, Enrique; Mainar Hasta, Concepción: Instalaciones hidrosanitarias, Paraninfo. Compañía Roca Radiadores, S.A.: Monografías Técnicas. De Andrés, J. A.; Pomatta, R.; Aroca, S.; García, M.: Instalaciones de combustibles gaseosos, A. Madrid Vicente, Ediciones. Grim, Nils R.; Rosales, Robert C.: Manual de diseño de calefacción, ventilación y aire acondicionado, McGraw-Hill. Industrial Blansol, S.A.: Manual Técnico de Suelo Radiante. Llorens, Martín: Calefacción, Ceac. Martín Sánchez, Franco: Manual de Instalaciones de Fontanería y Saneamientos. A. Madrid Vicente, Ediciones Márquez Martínez, Manuel: Combustión y quemadores, Marcombo. Milán Díaz, César: Fontanería, Paraninfo. Porges, Fred: Prontuario de Calefacción, Ventilación y aire Acondicionado, Marcombo. Material gráfico facilitado por: SEDICAL, S.A. VALDECO, S.L. (Valenciana de combustión) SALVADOR ESCODA, S.A. CALDERAS BUDERUS INDUSTRIAL BLANSOL, S.A. VAILLANT TEYVI, S.L. grupo ATTSU (calderas industriales).

173

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 4 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE

M 7 / UD 4



179

Objetivos ........................................................................................

181

1. Datos de partida.......................................................................

183

1.1. Planos de la vivienda ........................................................

183

1.2. Demanda térmica de las dependencias ..........................

184

2. Componentes de una instalación de calefacción por suelo radiante ...................................................................

187

2.1. Los forjados ......................................................................

187

2.2. Panel aislante....................................................................

187

2.3. Tuberías ............................................................................

188

2.4. Banda perimetral .............................................................

191

2.5. Sistema de colectores .......................................................

192

2.6. Bomba circuladora de agua.............................................

194

2.7. Sistema de regulación de la caldera................................

194

3. Situación de los elementos de la instalación .........................

195

3.1. Caldera..............................................................................

195

3.2. Chimenea .........................................................................

196

3.3. Colectores y central de regulación..................................

197

3.4. Distribución de los tubos .................................................

197

3.5. Ejemplo de la instalación.................................................

198

4. Ejecución, montaje y puesta en marcha ................................

199

4.1. Adaptación de la obra......................................................

199

4.2. Instalación del sistema de calefacción ............................

199

4.3. Puesta en marcha .............................................................

202

4.4. Equilibrado hidráulico.....................................................

203

4.5. Operaciones de mantenimiento de la instalación .........

204

Resumen ........................................................................................

207

Actividades complementarias .......................................................

209

Bibliografía ....................................................................................

211

177

178


INTRODUCCIÓN La calefacción por suelo radiante consiste en una tubería empotrada en la capa de mortero y que discurre por debajo de toda la superficie del local a calefactar. Esta tubería conduce agua caliente a baja temperatura, entre 35 y 45° C, producida generalmente por una caldera, aunque se puede utilizar también como generador un sistema de captadores solares o una bomba de calor. Si se utiliza una bomba de calor, el sistema se puede utilizar tanto para calentar como para refrescar el edificio.

El agua caliente cede el calor al suelo a través de las tuberías, el suelo, a su vez, lo transmite al ambiente del edificio. La temperatura del suelo debe mantenerse siempre por debajo de los 29 ° C. Este sistema de calefacción presenta una serie de ventajas frente a los sistemas tradicionales, entre las que cabria destacar una mejor distribución de temperaturas. Como puede verse en la figura, el sistema que más se aproxima a la distribución óptima de temperaturas, que es aquella en la que la temperatura mayor se tiene a ras del suelo, manteniéndose temperaturas más bajas conforme nos aproximamos al techo.

179


Entre otras ventajas podemos enumerar las de tipos estético, al resultar totalmente invisible; las de seguridad, ya que no están accesibles a los usuarios del edificio superficies calientes a elevadas temperaturas; y el mantenimiento. En esta unidad se expone la configuración básica de una instalación de calefacción por suelo radiante, alimentada por una caldera mural de gas natural.

180


OBJETIVOS El objetivo de esta unidad es el de exponer el funcionamiento y todos los componentes de un sistema de calefacción novedoso, como es el de suelo radiante, así como los cálculos necesarios para llegar a un diseño correcto de la instalación. Para facilitar la comprensión de todo el proceso se ha propuesto un ejemplo de instalación que se dimensiona a lo largo de la unidad.

181

182


1. DATOS DE PARTIDA Para dimensionar una instalación de calefacción por suelo radiante, y obtener el resultado que resulte más favorable al usuario final desde el punto de vista técnico y económico es necesario disponer de una serie de datos que nos permitan realizar tanto los estudios previos necesarios para determinar las características generales de la instalación (tipo de instalación, materiales a emplear, trazados de tuberías,…) como los cálculos necesarios para realizar un correcto dimensionado. Entre los datos y documentación necesarios más relevantes, podemos enumerar los siguientes: •

Planos del edificio.

•

Materiales de construcción empleados.

•

Uso a que está destinado el edificio.

•

Temperaturas interiores y exteriores.

•

Tipo de instalación.

•

Combustible a emplear.

1.1. Planos de la vivienda En esta unidad se realizará el diseño de un sistema de calefacción por suelo radiante de una vivienda. El plano que utilizaremos a lo largo de toda esta unidad es el siguiente:

183


En él está representada la orientación del edificio, y la escala del dibujo, que nos permitirá obtener la información dimensional requerida. También es necesario conocer la localización geográfica de la vivienda. Por proximidad, supondremos que la vivienda del ejemplo está situada en la provincia de Valencia, próxima a la costa.

1.2. Demanda térmica de las dependencias La instalación de calefacción de un edificio debe suministrar toda la potencia calorífica necesaria para compensar todas las pérdidas de calor que se producen, a través de las paredes o por infiltraciones o aire necesario para la ventilación. Estas pérdidas de calor están condicionadas básicamente por tres factores: •

Temperatura interior del edificio, que para el caso de viviendas oscila entre 20°C y 23°C.

•

Zona climática en que se encuentra el edificio y las inclemencias del tiempo a que se verá sometido.

•

Características propias del edificio (materiales empleados en la construcción y calidades de los mismos.

Para conocer la demanda total de calefacción del edificio, deberíamos calcular las pérdidas de calor a través de los cerramientos del mismo, a partir de datos como los coeficientes de transmisión térmica y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. Este cálculo resulta laborioso y no aporta nada al contenido de este módulo, por ser materia correspondiente a otras asignaturas de este mismo ciclo formativo, por ello, para realizar los cálculos de manera aproximada y que nos permita desarrollar de una forma más o menos precisa el proyecto propuesto en esta unidad se expone un método de calculo estimativo, que con ayuda de tablas nos permite obtener resultados aproximados, válidos para la realización de estudios y anteproyectos. En la tabla siguiente podemos obtener las pérdidas de calor de cada estancia de la vivienda en función de su volumen: DEMANDA POR HABITACIÓN

TEMPERATURA INTERIOR RECOMENDABLE (°C)

DEMANDA DE CALOR kW/h · m3

DEMANDA DE CALOR Kcal/h · m3

Salas de estar

22 °C

0.0588

50.6

Dormitorios

21 °C

0.0536

46.0

Cocinas

20 °C

0.0480

41.4

Baños

21 °C

0.0536

46.0

Pasillos

18 °C

0.0400

34.5

184


Los resultados obtenidos de esta tabla deben multiplicarse por una serie de factores que dependen de la zona climática donde se encuentre, y de la orientación de las distintas habitaciones de la vivienda.

ZONA CLIMÁTICA

FACTOR C

A

0.7

B

0.8

C

0.9

D

1.0

E

1.15

ORIENTACION

FACTOR O

Zonas de montaña

1.2

Orientación Norte

1.15

Otras

1

1.2.1. Cálculo de demandas de calefacción para el ejemplo propuesto Los cálculos que debemos realizar, empleando el método simplificado anteriormente, para determinar cuál será la demanda de energía para la calefacción de la vivienda se resumen en la tabla siguiente:

185


Estancia

Superficie (m 2)

Volumen 3

(m )

Factor de zona

Factor de

climática

orientación

Demanda de

Demanda

calor

total de

(Kcal/h·m3)

(Kcal/h)

calor

Dormitorio 1

12,96

34,2

0.8

1

46,0

1258,56

Dormitorio 2

11,15

27,9

0.8

1

46,0

1026,78

Dormitorio 3

11,15

27,9

0.8

1

46,0

1026,78

Estar - comedor

39,04

97,6

0.8

1

50,6

3950,84

Cocina

9,57

23,9

0.8

1

41,4

791,56

Baño 1

6,64

16,6

0.8

1

46,0

610,88

Baño 2

4,12

10,3

0.8

1

46,0

379,04

Vestíbulo - Pasillo

8,96

22,4

0.8

1

34,5

618,24

TOTALES

9662,28

Para el cálculo de la volumetría se ha considerado una altura de 2,5 m para todas las estancias, y que la vivienda está situada en una zona climática B.

186


2. COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE 2.1. Los forjados El forjado es un elemento constructivo que forma parte de la estructura de la vivienda, y separa unas plantas de otras. No es en sí mismo un elemento constitutivo del sistema de calefacción por suelo radiante, pero va a servir de base para el resto de componentes. La única condición que se exige al forjado de la vivienda es que sea lo más liso posibles, sin irregularidades, ni pegotes o restos de hormigón, para evitar posibles daños a los componentes que se colocan sobre él.

2.2. Panel aislante Los paneles aislantes se colocan directamente sobre el forjado de la vivienda, y sobre ellos se sitúan los distintos circuitos de tuberías. Estos paneles realizan la función de aislar térmica y acústicamente. Se utilizan diversos materiales para la fabricación de estos paneles. Podemos encontrar en el mercado paneles de diversos tipos: •

Paneles rígidos moldeados, construidos con porespan o poliuretano expandido de alta densidad, plastificados; están listos para encajar unos con otros mediante un sistema de machihembrado y para alojar el tubo, disponiendo de unos tetones que facilitan la fijación del mismo.

•

Paneles en rollo o mantas, de poliestireno expandido de alta densidad para poder soportar el peso de la capa superior de mortero sin deformarse. El aislante se protege con diversas capas de materiales plásticos para evitar que se deteriore. Dependiendo del fabricante, estos rollos pueden incluir diversos accesorios para facilitar su colocación (tiras autoadhesivas) y la posterior distribución y fijación de los tubos (cuadrícula de referencia o grapas de fijación).

187


2.3. Tuberías Los circuitos de tuberías instalados bajo el suelo de la vivienda, por los que circula el agua caliente, son el elemento fundamental de la instalación de calefacción por suelo radiante. El material que se utiliza para la ejecución de este tipo de instalaciones es el polietileno reticulado, que soporta perfectamente la circulación continua de agua caliente sin deteriorarse. También es inerte al contacto con materiales como el yeso y el hormigón, y la dilatación que sufre al calentarse no afecta a los materiales de construcción. Estos tubos se suministran en rollos de hasta 50 metros de longitud, al tiempo que es muy flexible, lo que permite realizar los distintos circuitos del sistema, de una sola tirada, sin empalmes que queden embebidos bajo la capa de mortero. Con la ausencia de empalmes se minimiza el riesgo de fugas y averías. La flexibilidad del material permite moldearlo a mano y adaptarlo fácilmente a los cambios de dirección y sortear la presencia de obstáculos. Para un correcto funcionamiento de la instalación, y para asegurar que el aporte calorífico en cada habitación es el adecuado, es importante determinar cuál debe ser la distancia que debemos dejar entre tubos al realizar el montaje. Para ello, utilizaremos las tablas siguientes, en las que a partir de datos de entrada, como el diámetro del tubo a utilizar, la temperatura media de circulación del agua por los tubos y el tipo de suelo, podremos saber la emisión de energía calorífica que obtendremos, en W/m2, así como la temperatura del suelo.

188


CARA CTERÍSTICAS TÉRMICAS SUELO RADIANTE PAR A SUELOS DE ALTA CONDUCTIVIDAD (GRES, MÁRMOL, CERÁMICOS,…) Temperatura media del agua

Distancia de montaje P

(ºC)

(cm)

Tubos DN15 Emisión calorífica

Temperatura media del suelo

(W/m2)

10

Tubos DN20 Temperatura media del suelo

(ºC)

Emisión calorífica (W/m 2)

55,6

25,0

56,5

25,1

15

50,1

24,5

51,2

24,6

20

45,2

24,1

46,4

24,2

30

36,9

23,3

38,1

23,4

10

74,1

26,7

75,4

26,8

15

66,8

26,0

68,9

26,3

20

60,3

25,4

61,9

25,6

30

49,2

24,4

50,8

24,6

10

92,7

28,3

94,2

28,4

15

83,6

27,5

85,4

27,7

20

75,4

26,8

77,4

27,0

30

61,5

25,6

63,5

25,7

10

111,2

30,0

113,0

30,2

15

100,3

29,0

102,4

29,2

20

90,5

28,1

92,8

28,4

30

73,8

26,6

76,2

26,9

(ºC)

35 ºC

40 ºC

45 ºC

50 ºC

189


CARA CTERÍSTICAS TÉRMICAS SUELO RADIANTE PAR A SUELOS DE BAJA CONDUCTIVIDAD (PA RQUET, MADERA, SINTÉTICOS,…) Temperatura media del agua

Distancia de montaje P

(ºC)

(cm)

Tubos DN15 Emisión calorífica

Temperatura media del suelo

(W/m2)

10

Tubos DN20 Temperatura media del suelo

(ºC)

Emisión calorífica (W/m2)

88,7

29,9

90,6

30,0

15

76,9

29,1

79,1

29,2

20

66,6

28,4

69,0

28,6

30

50,7

27,3

52,6

27,5

10

118,3

32,5

120,7

32,7

15

102,5

31,4

105,4

31,6

20

89,1

30,4

92,0

30,6

30

67,5

28,9

70,2

29,1

10

147,8

35,2

130,9

35,4

15

128,1

33,7

131,8

34,0

20

111,4

32,4

115,1

32,7

30

84,4

30,4

87,7

30,6

10

177,4

36,0

181,1

36,3

15

153,7

33,8

158,2

34,2

20

133,6

32,0

138,1

32,4

30

101,3

29,1

105,2

29,5

(ºC)

35 ºC

40 ºC

45 ºC

50 ºC

190


Estas tablas son válidas para una temperatura ambiente de 20° C, y tubos de PE reticulado, instalados bajo una capa de mortero de 3 a 7 cm de espesor y sobre el correspondiente panel aislante. Para distancias entre tubos que no estén en las tablas, se pueden interpolar los valores de emisión y la temperatura del suelo. En la tabla siguiente se resume el proceso de cálculo seguido para la vivienda del ejemplo que se está utilizando a lo largo de esta unidad:

Demanda Estancia

Superficie (m2)

de calor (Kcal/h)

Demanda de

Demanda de

Separación

Temperatura

calor (W)

calor (W/m2)

tubos (cm)

del suelo (ºC)

Dormitorio 1

12,96

1258,56

1462,70

112,94

10

30,2

Dormitorio 2

11,15

1026,78

1194,14

107,09

15

29,2

Dormitorio 3

11,15

1026,78

1194,14

107,09

15

29,2

Estar - comedor

39,04

3950,84

4592,83

117,64

10

30,2

Cocina

9,57

791,56

920,58

96,19

20

28,4

Baño 1

6,64

610,88

710,45

106,99

15

29,2

Baño 2

4,12

379,04

440,82

106,98

15

29,2

Vestíbulo - Pasillo

8,96

618,24

720,18

80,38

--

--

Para elaborar la tabla anterior se ha tenido en cuenta que los suelos de la vivienda son de tipo cerámico y se ha utilizado tubos de DN 20 en todas las estancias, y para una temperatura media de circulación del agua de 50° C. Se podrían utilizar diversos diámetros de tubo, pero con esto únicamente consigue complicar el proceso de instalación sin aportar mejoras notables. El vestíbulo y el pasillo se calentarán con los tubos que van hacia las otras estancias.

2.4. Banda perimetral La banda perimetral es una cinta de material poroso cuya función es la de absorber la dilatación que sufre el suelo de la vivienda al calentarse, evitando además, que los elementos calientes (componentes del suelo) entren en contacto con elementos fríos (tabiques y muros) evitando así las pérdidas de calor por puente térmico.

191


2.5. Sistema de colectores El sistema de colectores está formado por un conjunto de accesorios cuya función es la de distribuir el agua caliente que procede de la caldera a los circuitos de calefacción. El sistema de colectores incorpora una serie de componentes que permiten regular el funcionamiento de la instalación, permitiendo efectuar una regulación independiente de cada circuito, lo que nos permite tener distintas temperaturas en las estancias del edificio, en función de las necesidades de éstas. El sistema de colectores debe quedar ubicado en una caja de registro, para facilitar el acceso al mismo y permitir la ejecución de las operaciones de regulación. Es conveniente que estas cajas incorporen una cerradura de seguridad para evitar la manipulación de los elementos de control por personal no entrenado, que pudiese provocar un mal funcionamiento del sistema de calefacción.

2.5.1. Colector de ida y retorno El colector en sí es un componente de latón que está preparado para que se atornillen sobre él todos los componentes de regulación, así como las bocas de las tuberías que conforman los circuitos de calefacción de cada habitación de la vivienda.

192


En el colector de ida, que envía el agua a los circuitos, se colocan los detentores y en el colector de retorno las válvulas termostatizable.

2.5.1. Válvulas termostatizables Cada circuito dispone de una válvula termostatizable que permite realizar el cierre total o parcial de cada uno de ellos de forma independiente. Esta regulación puede realizarse de forma manual o por la acción de un termostato ambiente.

2.5.2. Detentores En el sistema de calefacción, cada uno de los circuitos que calientan las estancias de la vivienda, tienen longitudes distintas y en consecuencia pérdidas de presión distintas. Con el fin de compensar estas diferencias y conseguir una circulación de caudal de agua caliente uniforme por todos los circuitos, y que no se desvíe mayor caudal hacia lo circuitos más favorables hidráulicamente, se utilizan detentores. Los detentores se montan en el colector de ida y se complementan con medidores de caudal, montados en el colector de retorno, que facilitan las operaciones de equilibrada hidráulico del sistema. La regulación de los detentores solamente debe ser realizada por personal cualificado.

2.5.3. Válvulas de corte Cada colector incorpora una válvula de corte para independizarlo del resto del sistema de calefacción, en caso de necesidad por averías, o para dejar inactivas partes del sistema que no se utilizan.

193


Junto con estas válvulas, a la entrada de cada uno de los colectores es conveniente montar un termómetro, que nos permite controlar las temperaturas del agua de ida y del agua de retorno.

2.5.4. Válvula de purgado y vaciado En el extremo de cada uno de los colectores, se montan unas válvulas cuya función es la de purgar las burbujas de aire del sistema, para facilitar la correcta circulación del agua a través de los distintos circuitos de calefacción. Al mismo tiempo, estas válvulas permiten vaciar el agua contenida en estos circuitos en caso de ser necesario.

2.6. Bomba circuladora de agua La bomba circuladora tiene la función de mantener el agua en movimiento, dentro del circuito cerrado de calefacción, llevando el agua caliente procedente de la caldera hasta los emisores, donde se enfría, para retornar de nuevo a la caldera para volver a calentarse. Las calderas murales incluyen la bomba circuladora, junto con el vaso cerrado de expansión.

2.7. Sistema de regulación de la caldera El sistema de regulación y control es el que controlará el funcionamiento de todo el sistema de calefacción por suelo radiante, en función de las necesidades de aporte calorífico que haya en cada momento. Su objetivo principal será el de conseguir un confort óptimo, minimizando al mismo tiempo el consumo de energía. Podemos encontrar sistemas de regulación de varios tipos, entre ellos tenemos: •

Sistema de regulación a temperatura fija: es el sistema más sencillo; actúa de forma que la temperatura del agua que llega a los emisores se mantiene siempre constante, y es siempre la establecida en el proyecto de diseño de la instalación.

•

Sistemas de regulación a temperatura variable: este sistema de regulación varía la temperatura de agua que llega a los emisores, variándola en función de una serie de parámetros, entre los que están la temperatura exterior y a temperatura interior de la vivienda.

194


3. SITUACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN 3.1. Caldera La caldera propuesta para este tipo de instalación es una caldera mural de tipo mixto, de forma que pueda dar servicio al sistema de calefacción y al mismo tiempo, aprovecharla para la producción de agua caliente sanitaria. Esta caldera se alimentará con gas, desde una red de distribución. En el lugar donde quede ubicada la caldera, deberán cumplirse una serie de condiciones de ventilación y extracción de humos. Por tratarse de una caldera estanca, pude quedar instalada indistintamente en dormitorios, cuartos de baño, duchas o aseos., con la condición de que éstos tengan una pared que comunique directamente con un patio de ventilación, salvo que el aparato esté dotado de conductos de aspiración y evacuación que permitan que la instalación del mismo se realice lejos de la pared o conducto por donde deba evacuar los productos de la combustión. En tal caso, deberán respetarse las longitudes máximas de conducto establecidas por el fabricante y la descarga exterior se realizará como mínimo a 40 cm de cualquier ventana o entrada de aire a la vivienda. El tubo instalado será de Ø125 mm., comenzando siempre con un conducto vertical cuya longitud debe ser mayor de 200 mm. y realizándose la evacuación de los gases de combustión a través de la fachada del edificio, al exterior. En el ejemplo propuesto la caldera quedará ubicada en el lavadero, que cumple con las condiciones necesarias para la ubicación de aparatos estancos, sujeta a la pared siguiendo las instrucciones técnicas del fabricante y respetando las disposiciones legales vigentes. Para facilitar las posteriores operaciones de mantenimiento, tendremos la precaución de montar la caldera a una distancia mínima del techo de 400 mm. En general, la instalación de las calderas murales mixtas es relativamente sencilla, y consistirá en conectar las cuatro tomas de agua (dos para ACS y dos para calefacción), conectar la toma de llenado de agua de la red, conectar al desagüe la descarga de la válvula de seguridad y la alimentación de gas. También será necesario disponer de un punto para la conexión eléctrica de la caldera. Para la realización de las conexiones de agua y gas será preceptivo utilizar los racores que el fabricante suministra junto con la caldera.

195


3.2. Chimenea Para las calderas murales estancas, como es el caso, necesitaremos dos tubos, uno para la evacuación de los gases de combustión y otro para la entrada de aire, necesario como comburente para realizar la combustión. Podemos utilizar dos tipos de chimeneas o tubos de evacuación: •

Sistema concéntrico, que incluye en el tubo de entrada de aire, el tubo de salida de gases, en la parte interior. Con este sistema de salida de gases tenemos la ventaja de ser un sistema más compacto y con una instalación más simple, al necesitar sólo un taladro en la pared para sacar el tubo al exterior. La salida se puede realizar colocando los tubos en posición horizontal o en vertical; dependiendo del tipo de salida tendremos un accesorio distinto.

196


•

Sistema de tubos separados, con dos tubos independientes, uno para la entrada del aire para la combustión a la caldera y por el otro extraemos los gases al exterior, pudiendo desembocar estos tubos a la misma fachada o a distintas. Se puede realizar un trazado horizontal o vertical. Este tipo de ejecución permite alcanzar mayores longitudes que con un sistema concéntrico al presentar menor pérdida de carga en el tubo de entrada de aire a la cámara de combustión.

En la instalación propuesta, se instala un conducto concéntrico, ya que la longitud de la chimenea es muy corta, y por tanto se opta por la solución más compacta ya que no se justifica el uso de un doble conducto.

3.3. Colectores y central de regulación Los colectores y la central de regulación quedan ubicadas dentro de una armario metálico, que debe quedar empotrado en la pared, a 70 cm. del suelo aproximadamente, y en un lugar que sea fácilmente accesible, para poder realizar las operaciones de regulación y mantenimiento cómodamente, estos armarios deben incluir una cerradura de seguridad para evitar su manipulación. Como norma general se instalará un armario por cada planta de la vivienda.

3.4. Distribución de los tubos Los tubos de un sistema de calefacción por suelo radiante, se distribuyen por el suelo de los locales a calefactar, con el fin de conseguir una distribución uniforme del calor. Se pueden utilizar varios sistemas para distribuir los tubos: •

Distribución en serpentín:

El tubo entra por un extremo del local a calefactar y lo recorre formando líneas paralelas zigzagueantes, hasta cubrir toda la superficie del suelo.

197


Es la forma más sencilla de distribuir el tubo, pero tiene el inconveniente de realizar un reparto de calor que no resulta uniforme, ya que el agua se va enfriando a lo largo del circuito y está mucho más caliente en un extremo de la estancia que en otro. •

Distribución en doble serpentín:

Es similar a la distribución en serpentín, pero dejando una separación mayor entre las líneas de ida. Este hueco será ocupado por las tuberías de retorno hasta llegar al punto de partida. Con este tipo de distribución se logra un reparto uniforme del calor, y está especialmente indicado para locales con formas irregulares o locales alargados. •

Distribución en espiral:

El tubo describe una espiral cuadrada o rectangular, formada por las dos líneas paralelas de la ida y el retorno. Con este sistema se consigue igualar la temperatura del suelo en todos los puntos.

3.5. Ejemplo de la instalación En la vivienda del ejemplo, la distribución propuesta de todos los elementos de la instalación, es la siguiente:

198


4. EJECUCIÓN, MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA 4.1. Adaptación de la obra Si se tiene previsto realizar una instalación de calefacción por suelo radiante en un edificio, deberemos tener en cuenta, ya desde la fase de diseño del mismo, que este tipo de instalación requiere un espacio extra de unos 8 cm. sobre el forjado, ya que deben colocarse el panel aislante de 2 cm. de espesor, los tubos de 2 cm. de diámetro y sobre éstos una capa de mortero, cuyo espesor debe ser como mínimo de 4 cm. Es importante respetar el espesor mínimo de la capa de mortero, ya que si ésta fuese demasiado fina podría favorecer la distribución irregular del calor y la aparición de grietas. Si se aumenta el espesor de la capa de mortero, nos encontraremos con una mayor inercia térmica del sistema de calefacción, necesitando tiempos mayores, tanto para calentarse como para enfriarse. También es importante comprobar que la superficie del forjado, sobre la que se colocarán los paneles aislantes, debe ser lo más lisa y nivelada posible, ya que si los paneles aislantes se colocan sobre superficies irregulares, pueden romperse al pisarlos o colocar peso sobre ellos, con la posterior aparición de grietas en el suelo de las habitaciones. No debe procederse a ejecutar el montaje de la instalación hasta que no se hayan levantado todos los tabiques, que limitan cada uno de los circuitos, y estén instalados todos los desagües, ya que éstos quedarán ubicados bajo el suelo radiante,

4.2. Instalación del sistema de calefacción 4.2.1. Ubicación de los colectores Las cajas con los colectores se colocan siempre a mayor altura que los circuitos a los que alimentan, ya que de este modo se garantiza el correcto funcionamiento de la válvula de purga. Como mínimo, los colectores deben quedar 700 mm. por encima del forjado, para poder respetar también los radios de curvatura de los tubos de polietileno. Tomaremos la precaución de situar los colectores en lugares accesibles para facilitar la manipulación de todos los elementos de regulación que contienen. En el caso de viviendas de varias plantas es aconsejable montar un juego de colectores en cada planta, para evitar que los circuitos de calefacción

199


sean demasiados largos, ya que si solo se emplea una caja de colectores ésta debería estar situada en la planta más alta.

4.2.2. Colocación de la banda perimetral y el panel aislante Antes de colocar los paneles aislantes, se monta la banda perimetral, apoyada en los tabiques de la dependencia. También es necesario rodear las columnas, y demás obstáculos, como los tubos de desagüe que encontraremos en cocinas y baños con la banda perimetral, para evitar la formación de puentes térmicos o acústicos y los posibles problemas que pueda ocasionar la dilatación de la losa formada por el mortero y el pavimento. Si es necesario crear juntas de dilatación en la losa de mortero, también podemos utilizar para ello la banda perimetral. Estas juntas serán preceptivas en locales cuya superficie sea superior a los 40 m2 o que sean muy alargados (su longitud sea mayor que el doble de su anchura). También es conveniente crear juntas de dilatación en todos los huecos de las puertas, de forma que se independicen las losas de las habitaciones de las de los pasillos. Siempre que un tubo deba atravesar una de las juntas de dilatación se enfundarán con un tubo protector, de forma que con los movimientos de dilatación y contracción, el mortero no roce directamente sobre el tubo y lo deteriore.

Una vez que se ha quedado instalada la banda perimetral, se procederá a cubrir el suelo de cada local con el panel aislante. Los paneles utilizados deben quedar perfectamente engarzados entre sí, tomando la precaución de no dejar huecos entre ellos por los que pueda colarse el mortero que colocaremos posteriormente.

200


4.2.3. Distribución de los tubos Siguiendo las indicaciones de los planos de montaje de la instalación, en los que se indica la ubicación de los colectores y el recorrido de los tubos, se procederá a distribuir los tubos por encima del panel aislante y a unir las distintas dependencias con los colectores, procurando hacer pasar los tubos por los pasillos, ya que de este modo aprovechamos para calefactarlos. Al realizar la distribución, tomaremos las precauciones necesarias para evitar que los tubos se crucen, haciendo que éstos circulen paralelamente unos a otros. También deberemos evitar las aglomeraciones de tubos, lo que provocaría un calentamiento excesivo de la zona. Debemos tener en cuenta que la temperatura máxima superficial está limitada a 29° C. La forma más conveniente de que los tubos entren en las distintas habitaciones de la vivienda es utilizando el hueco de las puertas, protegiendo siempre con una funda todos aquellos tramos del tubo que atraviesen muros, crucen juntas de dilatación, o entren y salgan del suelo atravesando forjados o la propia losa de mortero. Al realizar la distribución de los tubos sobre los paneles aislantes deberemos asegurarnos de que éstos queden fijos, evitando desplazamientos tanto verticales como horizontales. Para conseguirlo, y dependiendo del tipo de panel aislante que se utilice, se emplearán grapas de fijación o los tetones que a tal efecto llevan incorporados los paneles. Cuanto menor sea la distancia entre los puntos de fijación de los tubos, más fácil será mantenerlos en su posición, por lo que si se utilizan las grapas de fijación, éstas deberán situarse como máximo a 50 cm. de distancia unas de otras. La distancia o paso entre tubos se determina en los cálculos de la instalación, oscilando entre los 10 y los 30 cm. de separación. La tolerancia admitida en la posición de los tubos es de ±10 mm. Igualmente se establece que el desplazamiento de la posición vertical de los tubos no puede superar los 5 mm. Los tubos de polietileno reticulado pueden curvarse en frío, admitiendo radios de curvatura de hasta 10 veces su diámetro exterior. Si fuese necesario realizar curvas con radios menores, deberá calentarse el tubo para poder manejarlo con mayor facilidad y evitar el deterioro del mismo.

4.2.4. Prueba de presión El objetivo de la prueba de presión es comprobar que no hay fugas y el circuito de calefacción es perfectamente estanco.

201


La prueba consistirá en someter a los tubos que componen el circuito a una presión de 6 kg/cm2, de acuerdo con la normativa europea, antes de se recubiertos con mortero. Esta presión se mantendrá durante 24 horas, considerándose que la prueba ha sido satisfactoria si transcurrido este tiempo la presión no ha bajado. En caso contrario, deberemos buscar la fuga que ha provocado esta pérdida de presión, repararla y repetir la prueba par comprobar que la reparación ha sido efectiva. No deben ser sometidos a la prueba de presión componentes de la instalación como la caldera, la bomba de circulación y el calderón de expansión, ya que podrían sufrir daños debido a un exceso de presión.

4.2.5. Capa de mortero Después de haber realizado la prueba de presión y haber comprobado que no hay fugas, se procederá a extender el mortero y cubrir los tubos con una capa no inferior a 4 cm. Durante el proceso de hormigonado es conveniente mantener los tubos bajo presión (como en la prueba hidráulica), para evitar que sufran deformaciones o se aplasten y al mismo tiempo, permitir las dilataciones que sufrirán cuando se calienten. Para facilitar las tareas de extensión y mejorar las características de la capa de mortero, se añade un líquido especial que aumenta su fluidez y retrasa el fraguado, requiriendo éste menos cantidad de agua para su amasado. El resultado final es un mortero menos poroso y más fluido, que envolverá perfectamente los tubos, sin dejar bolsas de aire. Se consigue con estos aditivos un mortero de mayor resistencia mecánica y una mejor transmisión de calor, evitando la formación de fisuras gracias a un fraguado más lento.

4.3. Puesta en marcha Antes de proceder a la puesta en marcha de la instalación, y para evitar que se dañen los distintos componentes de la instalación es necesario proceder al vaciado y limpieza de la misma. A continuación se procede al llenado de la instalación, a través del grifo de llenado, hasta conseguir la presión adecuada, que oscila entre 1,5 y 2 kg/cm2, garantizando así el correcto funcionamiento de la instalación. El paso siguiente consistirá en purgar las tuberías para eliminar todas las burbujas de aire que puedan contener. Para ello se pone en marcha la bomba circuladora, y se procede a realizar la purga con los purgadores que están incorporados a los colectores. Esta operación se simplifica notablemente si se utilizan purgadores automáticos.

202


Llegados a este punto, ya se puede poner todo el sistema en funcionamiento, haciendo subir la temperatura progresivamente. Hay que tener en cuenta que debe respetarse el tiempo de fraguado del hormigón que es de aproximadamente 30 días. En la primera puesta en marcha se limitará la temperatura del fluido de 25° C y se mantendrá así, en funcionamiento continuo durante tres días, para pasar posteriormente a trabajar a la temperatura máxima de servicio durante 4 días. En este periodo de tiempo es probable que se desprenda una gran cantidad de humedad, contenida en el mortero, por lo que será necesario ventilar la vivienda. En función del tipo de pavimento que se desee aplicar sobre la capa de mortero, deberán tomarse una serie de precauciones para tener un buen resultado. Para los suelos de gres, terrazo o mármol, deberá mantenerse la calefacción apagada durante las operaciones de colocación y siete días después de la misma. Con los revestimientos de moqueta textil o plásticos, es conveniente apagar la calefacción dos días antes y mantenerla apagada dos días después de la colocación. Los suelos de parquet se colocarán siempre con la calefacción apagada, siendo conveniente acondicionar la madera almacenándola durante algunos días en una habitación calefactada.

4.4. Equilibrado hidráulico Como ya se ha comentado, en una instalación de calefacción por suelo radiante, como en todo circuito, el agua caliente impulsada por la bomba circuladora, tiende a circular por los circuitos que ofrecen menor

Regulación y equilibrado hidráulico

203


resistencia. Por ello en una instalación sin equilibrar, los circuitos cortos, por los que circula mayor caudal, tienden a sobrecalentarse, mientras que los más largos nunca se calientan lo suficiente. El equilibrado hidráulico consistirá en igualar las pérdidas de todos los circuitos, para que cada uno de ellos reciba el caudal que necesita para conseguir la potencia calorífica establecida. Esta operación se realiza manipulando el cabezal del detentor, hasta conseguir que la pérdida de caudal en cada circuito, sea tal que por él circule el caudal necesario. Se hará la verificación de que el caudal que circula es el deseado.

4.5. Operaciones de mantenimiento de la instalación Para mantener la instalación en buenas condiciones de funcionamiento es necesario realizar una serie de operaciones periódicas de mantenimiento preventivo y correctivo, que nos permitirán garantizar que todos los componentes de la instalación se conservan en buen estado. El mantenimiento preventivo de este tipo e instalaciones se realizará anualmente y consistirá en la realización de las siguientes operaciones: •

Comprobar que la presión del circuito en frío se encuentra dentro de los límites establecidos.

•

Revisar el funcionamiento de la válvula de gas.

•

Comprobar el correcto funcionamiento de los termostatos.

•

Limpiar el intercambiador de calor, el quemador y el tubo de humos.

•

Comprobar la estanqueidad de las tuberías de agua y de gas.

•

Comprobar el buen estado del termopar y la incidencia de la llama piloto sobre el mismo.

•

Comprobar el caudal de gas y la presión del mismo.

•

Comprobar el funcionamiento de la bomba de recirculación.

•

Accionar la válvula de seguridad y comprobar su funcionamiento.

•

Revisar el estado general de la caldera y proceder a su limpieza.

•

Revisar las conexiones del suelo radiante.

•

Comprobar que la distribución de calor es uniforme por toda la superficie.

•

Comprobar el estado de los colectores y de las válvulas, accionándolas para verificar su funcionamiento.

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La frecuencia de las revisiones que se efectúan a los distintos componentes de la instalación puede ser modificada en función de las características de la misma, localización, intensidad de uso,… El mantenimiento correctivo tiene la función de realizar las reparaciones y correcciones de los defectos observados durante el mantenimiento preventivo o de los daños por averías ocasionales.

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206


RESUMEN En esta unidad se aborda el diseño de instalaciones de calefacción por suelo radiante, un método novedoso, que también se puede utilizar para refrescar la casa y que aporta a los usuarios unas condiciones óptimas de confort térmico. Como complemento se ha tratado el uso de calderas murales de gas, muy extendidas en las instalaciones domésticas.

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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS A partir del plano de una vivienda unifamiliar de varias plantas (vivienda adosada o pareada tipo duplex, con sótano, y dos plantas) desarrollar el proyecto para la instalación de calefacción por suelo radiante siguiendo los pasos establecidos en esta unidad. Utilizar para la selección de todos los componentes de la instalación información recopilada a partir de catálogos de fabricantes (tuberias, calderas, valvulería, chimeneas,…), obtenidos directamente a través de Internet, de forma que el resultado obtenido se ajuste en la medida de lo posible a una instalación real. Elaborar a partir de la información recopilada, una lista de componentes, instrucciones de uso y mantenimiento de la instalación.

209

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MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 5 INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA SUMINISTRO DE AGUA CALIENTE SANITARIA

M 7 / UD 5



217

Objetivos ........................................................................................

219

1. Nociones básicas sobre equipos solares compactos ..............

221

1.1. Descripción.......................................................................

221

1.2. Componentes ...................................................................

222

1.3. Montaje .............................................................................

222

2. Dimensionado de instalaciones para producción de ACS....

225

2.1. Generalidades...................................................................

225

2.2. Determinación de la demanda de ACS ..........................

225

2.3. Energía solar disponible ..................................................

226

2.4. Energía solar aprovechable .............................................

228

2.5. Superficie de los captadores............................................

229

2.6. Depósito acumulador.......................................................

230

3. Ejemplo de cálculo de un sistema compacto de captación de energía solar térmica .........................................................

231

4. Puesta en marcha y mantenimiento de la instalación...........

235

Resumen ........................................................................................

237

Bibliografía ....................................................................................

239

215

216


INTRODUCCIÓN Los sistemas de colectores solares permiten aprovechar una alta proporción de la energía emitida por el sol para generar calor. Esto produce un menor consumo de combustibles fósiles y, por lo tanto, una menor emisión de contaminantes tan perjudiciales para nuestro entorno. La producción de agua caliente sanitaria es una de las más comunes aplicaciones de los sistemas de colectores solares. Como puede observarse en el gráfico adjunto, la demanda de agua caliente es aproximadamente constante a lo largo de todo el año.

Por el contrario, la energía que solar disponible varía en función de la estación del año en la que nos encontremos, siendo mucho mayor en los meses de verano que en el invierno. En verano el sistema solar es capaz de cubrir completamente toda la demanda de energía para la producción de agua caliente sanitaria, aunque es necesario utilizar un sistema convencional de calentamiento de apoyo que cubra las necesidades no aportadas con la energía solar, ya que puede haber largos períodos de bajos niveles de radiación solar en los que debe asegurarse la producción de agua caliente sanitaria. A lo largo de todo el año, los sistemas de colectores solares pueden proporcionar alrededor de un 60% del agua caliente sanitaria que se consume en una vivienda.

217

218


OBJETIVOS En esta unidad se pretende introducir al alumno en la utilización de los captadores solares para la producción de agua caliente sanitaria, y proporcionarle la información necesaria para poder seleccionar el equipo más adecuado para cada instalación. El desarrollo teórico y la resolución del ejemplo propuesto se centran en los captadores solares compactos, por ser éstos los más extendidos. Para seleccionar el equipo más adecuado pueden utilizarse catálogos de fabricantes, en los que solamente necesitamos saber el número de consumidores para obtener directamente el equipo que necesitamos instalar. A lo largo de esta unidad se desarrolla el proceso de cálculo más complejo, que tiene en cuenta todos los factores que influyen en el funcionamiento de los captadores solares y que por tanto son fácilmente extrapolables a otros tipo de instalaciones con aprovechamiento de energía solar.

219

220


1. NOCIONES BÁSICAS SOBRE EQUIPOS SOLARES COMPACTOS 1.1. Descripción Los captadores solares compactos son unos equipos que agrupan todos los elementos necesarios para la producción de agua caliente sanitaria a partir de la energía que proporciona el sol.

Estos equipos funcionan calentando en un captador solar el agua que circula por dentro de un circuito cerrado (circuito primario), que actúa como fluido térmico, y a la que se le añade generalmente algún tipo de anticongelante. Dentro de un tanque acumulador, y con ayuda de un intercambiador de calor, se calienta el agua potable que será utilizada posteriormente por el consumidor. La circulación del agua en el circuito primario se produce por el efecto termosifón, debido a que el agua fría posee una densidad mayor que el agua caliente, por lo que ésta se ve desplazada hacia la parte superior del sistema. Esto obliga a situar el depósito acumulador sobre el captador y lo más cerca posible del mismo. Para favorecer el efecto termosifón deben cumplirse una serie de condiciones: •

Diferencia de altura entre el captador y el acumulador grande.

•

Elevada diferencia de temperatura entre la ida y el retorno del fluido.

•

Evitar las pérdidas de carga en las tuberías de circulación (no colocar accesorios innecesarios, como válvulas, reducciones,…).

•

Utilizar diámetros de tubería mayores de 1/2".

•

Colocar un purgador para eliminar bolsas de aire que dificultan la circulación.

221


Estos equipos tienen el inconveniente de no poder regular la temperatura de calentamiento del depósito, lo que puede provocar la corrosión del mismo o la acumulación de cal. Este fenómeno se puede evitar si se utilizan acumuladores suficientemente grandes, cuya capacidad sea mayor de 80 l/m2 de captador. Como complemento, al conjunto se le añaden accesorios que mejoran su funcionamiento y aumentan su rendimiento, como unas resistencias eléctricas situadas dentro del depósito acumulador y que actúan como sistema calefactor de apoyo o una bomba de circulación para impulsar el agua del circuito primario.

1.2. Componentes En la figura siguiente se ilustran los distintos elementos de que se compone un captador solar compacto:

1.3. Montaje 1.3.1. Tipos de instalación Los colectores compactos solares pueden montarse indistintamente sobre superficies planas o superficies inclinadas. •

Montaje sobre superficies planas:

Cada colector necesita una estructura auxiliar sobre la que se montará. Estas estructuras permiten variar la inclinación de montaje del colector y ubicarlo sobre el suelo o sobre la cubierta plana de un edificio.

222


•

Montaje sobre tejado:

Los colectores solares pueden montarse también sobre un tejado inclinado. En este caso se puede optar por dos soluciones distintas: el montaje integrado de los colectores sobre el tejado, sustituyendo éstos a la propia cubierta, o el montaje sobre la cubierta, con ayuda de un sistema de anclaje especial, de forma que los colectores quedan sobre el tejado, conservándose la cubierta original y siguiendo éstos la inclinación de la misma.

1.3.2. Requisitos de espacio para instalación de captadores solares Antes de proceder a la instalación de los captadores solares debemos tener en cuenta el espacio del que se dispone. El espacio necesario para el montaje de cada instalación concreta quedará definido por las necesidades de cada equipo, que indicará el fabricante en las correspondientes instrucciones de instalación y montaje y la normativa vigente a tal efecto: Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios, normativas regionales y ordenanzas municipales. Para captadores montados sobre el tejado hay que dejar un espacio mínimo entre captadores para el paso de tuberías, y en los bordes del tejado, como se muestra en el croquis siguiente:

223


Para el montaje de colectores sobre una superficie plana, el espacio que ocupa cada uno de ellos es igual al necesario para ubicar la estructura de soporte que necesitan. En caso de que se monten varias filas de colectores, será necesario dejar un espacio entre filas que evite el sombreamiento de los colectores. La distancia mínima entre colectores (x), está establecida en el RITE, y se calcula en función de la altura del captador (h) y un coeficiente K que depende de la inclinación de montaje del mismo. Inclinación

20

25

30

35

40

45

50

55

K

1.53

1.63

1.73

1.81

1.87

1.93

1.97

1.99

x = K·h

También será necesario prestar atención a la presencia de obstáculos sobre la cubierta plana que puedan proyectar sombras sobre los captadores; para ello será necesario situar los captadores a una distancia suficiente del obstáculo, como se muestra en la figura:

224


2. DIMENSIONADO DE INSTALACIONES PARA PRODUCCIÓN DE ACS 2.1. Generalidades El dimensionado o selección del equipo para la producción de ACS, consistirá básicamente en determinar la superficie de los captadores necesarios para satisfacer las necesidades energéticas del usuario, así como el volumen del acumulador. La demanda de agua caliente sanitaria determinará el aporte energético requerido para su producción. Depende básicamente de dos factores: •

Zona climática donde se realiza la instalación, que condiciona la temperatura del agua de que disponemos en la red de tuberías, y la temperatura ambiente, que condicionan el rendimiento del captador.

•

Ocupación y tipología del edificio: el número de ocupantes y el uso a que se destina el edificio determina la demanda de agua caliente.

El rendimiento del captador, es decir, el aprovechamiento que se puede hacer de la energía solar depende de las condiciones exteriores a que están sometidos los captadores, y de la posición de montaje de los mismos: •

Radiación media diaria o cantidad de energía por unidad de superficie y de tiempo, que podremos conocer a partir de tablas informativas con los datos correspondientes a cada provincia.

•

Inclinación del captador: lo más conveniente, y por ello habitual, es montar el captador con una inclinación igual a la latitud en que está instalado el captador, de forma que los rayos del sol incidan sobre la superficie del mismo lo más perpendicularmente posible, con lo que el aprovechamiento de la energía será máximo. Para conseguir un mejor rendimiento a lo largo del año de los captadores solares, en algunas latitudes puede ser necesario variar la inclinación de montaje del captador en función de la estación del año en que nos encontremos.

•

Orientación del captador: con el fin de aprovechar al máximo la radiación solar, los captadores deben montarse orientados hacia el sur geográfico, siempre que la instalación se encuentre en el hemisferio norte, admitiéndose pequeñas desviaciones.

2.2. Determinación de la demanda de ACS Existen diversos métodos para poder estimar cuál será el consumo de agua caliente sanitaria en litros/día. Esta estimación puede realizarse a partir de las normativas municipales o comunitarias o a partir de tablas

225


informativas en las que se puede determinar cuál será la demanda de ACS en función del número de ocupantes, temperatura de consumo del agua caliente y uso a que se destina el edificio. También resulta interesante conocer la variación de esta demanda a lo largo del año para poder determinar el aporte solar porcentual que recibe la instalación. Para el caso de viviendas, la demanda de agua caliente sanitaria se mantiene prácticamente constante a lo largo de todo el año. La demanda energética para la producción de agua caliente sanitaria vendrá dada por la fórmula: Donde: E es la energía necesaria. D es el volumen de agua demandado. Tconsumo es la temperatura de consumo del ACS. Tentrada la temperatura del agua en la red. Ce es el calor específico del agua. Esta estimación de la demanda energética es un factor clave para la determinación de la superficie de los captadores y la distribución de las necesidades energéticas a lo largo de todo el año.

2.3. Energía solar disponible Una vez conocida la demanda de energía necesaria para conseguir un adecuado suministro de agua caliente sanitaria, será necesario determinar la cantidad de energía que aporta el sol, así como la proporción de la misma que podemos aprovechar. De este modo podemos saber los datos correspondientes a la cobertura solar en cada época del año.

2.3.1. Radiación solar La radiación solar media (H) es la cantidad de energía por unidad de superficie que recibiría un captador solar si estuviera situado en el suelo. Estos datos se pueden obtener a partir de tablas informativas en las que se ofrecen los valores correspondientes a cada provincia. A modo de ilustración, en el mapa siguiente se representan por colores las zonas con mayor o menor radiación solar media.

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Dato obtenido de las tablas mencionadas anteriormente; hay que aplicar una serie de factores de corrección en función de las condiciones ambientales y la posición de montaje: •

Calidad del aire: si el aire de la zona donde se prevé instalar el equipo de captación está limpio, el valor de la radiación solar debe multiplicarse por 1,05. En caso contrario -de aire con polución- el factor a utilizar será 0,95. Hcorregido = H · 1,05 (para aire limpio) Hcorregido = H · 0,95 (para aire sucio)

•

Energía útil que llega al captador: dependiendo de la inclinación de montaje del captador varía la cantidad de energía solar que se puede aprovechar. La inclinación de montaje del captador que permite un mejor aprovechamiento es aquella que coincide con su latitud ±10°. En algunos casos, como por ejemplo el de captadores montados directamente sobre el tejado del edificio sin utilizar estructura de soporte, no se puede regular la inclinación de los paneles solares, por lo que será necesario introducir un factor de corrección, que depende de la latitud de la ubicación y del ángulo de montaje de los captadores.

227


La orientación de los colectores también condiciona la cantidad de energía térmica que pueden proporcionar. La orientación óptima para el colector solar es la Sur, admitiéndose desviaciones al Este o al Oeste de 10°. En el caso de colectores montados sobre el tejado inclinado, su orientación será la misma que la del tejado, por lo que el ángulo de incidencia de los rayos del sol sobre el captador no será el más apropiado, con la consiguiente pérdida de rendimiento. El valor de la energía útil se obtiene a partir de la expresión: Eutil = 0,94 · K · f · Hcorregido Donde el factor K de inclinación se obtiene a partir de tablas informativas, y el factor F de orientación se puede obtener a partir del diagrama siguiente:

2.4. Energía solar aprovechable De toda la energía solar que llega al captador, solamente podremos aprovechar una parte, perdiéndose al menos un 10% en todos los elementos de la instalación. Además deberemos tener en cuenta el rendimiento del captador, que cuantifica las pérdidas producidas por radiación, absorción, convección y conducción. Se puede avaluar a partir de la expresión: Los términos A (eficiencia óptica) y U (pérdidas de calor en la superficie del captador) dependen de los materiales empleados en la construcción del captador, y son datos que ofrece el fabricante del mismo. El salto térmico es la diferencia de temperaturas entre el fluido caloportador (Tm) y la temperatura ambiente (Ta).

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También interviene en la expresión del rendimiento, la intensidad radiante (I) o cantidad de energía útil captada por unidad de tiempo y superficie. Así pues, la energía que podemos aprovechar será: E p = 0,9 u d u E util Dado que el valor del rendimiento es propio del captador y es un dato que debe ofrecer el fabricante del mismo, para realizar cálculos estimativos, y teniendo en cuenta la latitud donde va a realizarse la instalación, puede considerarse a modo de aproximación que el valor del rendimiento oscila entre 0,5 y 0,7.

2.5. Superficie de los captadores Para poder calcular la superficie total de los captadores que necesitamos instalar, es necesario conocer la energía demandada y la energía útil disponible por unidad de superficie. De la relación entre estos datos, y teniendo en cuenta la cobertura mínima que deseamos obtener, se puede calcular la superficie de captadores necesaria:

El porcentaje de cobertura solar que se utiliza habitualmente en el diseño de instalaciones de producción de agua caliente sanitaria, oscila entre el 40% y el 70%. Para asegurarnos de que el diseño es correcto, comprobaremos que se cumplen las siguientes premisas: A

RITE (para instalaciones

1,25 < 100·A/M < 2

en m 2

M

individuales)

es la superficie total de captadores

es el consumo medio diario en los

meses de verano

IDEA (para producción de

50 < V/A <180

ACS)

V

es el volumen de consumo diario

A

es la superficie total de captadores

en m 2

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2.6. Depósito acumulador Como la energía que se puede obtener del sol no siempre coincide con la demanda por parte del usuario, es necesario disponer de un sistema de acumulación que actúe a modo de almacén de energía y nos permita disponer de agua caliente en aquellos momentos de poca o nula radiación solar, haciendo de ésta cuando hay poco consumo. Lo ideal, de acuerdo con las recomendaciones del RITE, es hacer coincidir el volumen del depósito acumulador con el consumo medio diario.

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3. EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN SISTEMA COMPACTO DE CAPTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Para ilustrar el proceso de cálculo y selección de equipos solares compactos, se propone a continuación un supuesto práctico, que se resolverá aprovechando las herramientas informáticas que acompañan este libro, que siguen el mismo proceso que se ha descrito, pero facilitan el trabajo del diseñador. Supuesto práctico: Se desea instalar un sistema de captación solar compacto que se ubicará sobre la cubierta plana (terraza) de una vivienda unifamiliar situada en la provincia de Valencia. El edificio estará habitado por 5 personas, que tendrán un consumo elevado de agua caliente sanitaria a 45° C. Se desea obtener una cobertura solar del 70%. Comenzaremos por arrancar el programa para el cálculo de colectores solares, y aparece la ventana siguiente:

A continuación deberemos introducir los datos solicitados. En el problema propuesto, se nos indica que se trata de una instalación de ACS situada en la provincia de Valencia, con cobertura solar del 70%.

231


Los datos de inclinación del captador y azimut del mismo los podemos elegir al tratarse de un equipo que se sitúa sobre una cubierta plana con la correspondiente estructura de soporte que nos permite inclinarlo y orientarlo en la posición más adecuada. La inclinación óptima debe coincidir con la latitud de la localización del captador (en este caso, 40°) y la orientación más favorable será la orientación sur (azimut 0°). El esquema que se nos presenta se puede obviar ya que no coincide con nuestro caso, pero no influye en el resultado de los cálculos. Si pulsamos en la casilla de localización podemos introducir datos específicos de ubicaciones concretas, en caso de disponer de ellos. La ventana se presentará ahora como sigue:

Procederemos ahora a introducir los datos del consumo, haciendo doble clic sobre el botón correspondiente situado en el esquema de la instalación. Introducimos los datos del consumo anual que podemos obtener de las tablas informativas contenidas en el anexo correspondiente (300 l/día) y la temperatura de consumo (45° C). Ahora podemos continuar y proceder a realizar los cálculos y obtener los resultados que necesitamos.

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Podemos saber cuál debe ser el volumen mínimo del acumulador que debemos utilizar haciendo doble clic sobre el botón correspondiente. El resultado obtenido es de 240 l. Con el botón calcular se nos permite acceder a la ventana siguiente que nos ofrece los resultados obtenidos, así como resúmenes de los datos utilizados.

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Podemos ver la superficie del campo de colectores necesarios (4,48 m2) así como la evolución del comportamiento de la instalación a lo largo del año. Con estos datos y con el catálogo del fabricante podemos seleccionar el equipo más adecuado para nuestros propósitos. Utilizando este extracto del catálogo de equipos solares compactos de Salvador Escoda, S.A., podemos determinar que el que más se ajusta a nuestras necesidades es el ECOSOL-300 de dos colectores, acumulador de 300 litros y superficie de captador solar de 5,2 m2.

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4. PUESTA EN MARCHA Y MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN Para que la instalación funcione correctamente y para alargar la vida de todos los elementos que la componen es conveniente seguir las pautas de puesta en marcha y mantenimiento de los equipos, establecidas por el fabricante de los mismos. Para efectuar la puesta en marcha de captadores solares, se seguirán como norma general las siguientes indicaciones: •

Abrir la válvula de llenado de la instalación, para llenarla desde la zona más baja a la zona más alta con agua de la red de agua potable, para limpiar el sistema de posibles impurezas y proceder a comprobar las posibles fugas que pudiera presentar.

•

Una vez realizadas las comprobaciones pertinentes, se procederá a llenar el circuito primario con el fluido caloportador definitivo (generalmente será agua con anticongelante). Esta operación se realizará en horas de baja radiación solar o con los paneles solares tapados.

•

Seguidamente se procederá a purgar el circuito primario con el vaso de expansión cerrado. Algunos equipos disponen de purgadores automáticos, que facilitan esta operación.

•

Con el circuito purgado se procederá a ajustar la presión del vaso de expansión, que en vacío debe ser de 1,2 bar. La presión del sistema debe quedar entre 1,5 y 2,2 bar en frío.

Las operaciones de mantenimiento preventivo tienen como objetivo comprobar que los componentes de la instalación se mantienen en buen estado y continúan funcionando correctamente. Las comprobaciones que debemos realizar de forma semestral o anual, dependiendo del tamaño de la instalación, son las siguientes: •

Controlar el estado del anticongelante.

•

Purgar el circuito.

•

Comprobar la presión de la instalación y reponer si es necesario.

•

Comprobar el estado de las sondas.

•

Comprobar el estado y funcionamiento de las válvulas.

•

Verificar que no hay fugas o defectos de aislamiento.

•

Limpiar los captadores.

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RESUMEN La energía solar es una energía limpia y barata que puede aportar un ahorro económico al usuario de la instalación. Para un correcto aprovechamiento de este tipo de instalaciones es importante recordar las condiciones para un correcto funcionamiento. Si se calcula adecuadamente la superficie de paneles necesarios, y éstos se montan con una orientación y una inclinación adecuadas, podemos conseguir que nos suministren hasta un 70% de la energía necesaria para la producción de agua caliente sanitaria.

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CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 7: Instalaciones de producción de calor Tomo 2

FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

CICLO FORMATIVO MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR GRADO MEDIO

MÓDULO 7 INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR Tomo 2

AUTORES: César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Edita Conselleria de Cultura, Educación y Deporte Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Autores Expertos César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Dirección y coordinación del proyecto Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés Fotografías e ilustraciones de interior: Autor del módulo Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos, sin la autorización previa y por escrito del editor. ISBN: 978-84-96438-44-6 978-84-96438-50-7

CONTENIDO DEL MÓDULO SIETE TOMO 1 U.D. 1 Equipos .............................................................................. U.D. 2 Instalaciones de almacenamiento de combustibles líquidos............................................................................... U.D. 3 Instalación de calefacción por radiadores y producción de agua caliente sanitaria .................................................. U.D. 4 Instalación de calefacción por suelo radiante ................. U.D. 5 Instalación de un sistema de captación solar térmica para suministro de agua caliente sanitaria .......................

5 87 115 175 213

TOMO 2 U.D. 6

Estudio de diversos esquemas y sistemas de centrales térmicas en edificios residenciales ................................... U.D. 7 Instalaciones de vapor. Estudio de un esquema tipo y elementos que lo componen ............................................ U.D. 8 Instalaciones de aceite térmico. Estudio de un esquema tipo y elementos que lo componen.................................. U.D. 9 Instalación de un horno de secado de pintura................ U.D. 10 Instalaciones de regulación y control............................... Glosario del Módulo .........................................................................

245 279 327 393 421 455

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 6 ESTUDIO DE DIVERSOS ESQUEMAS Y SISTEMAS DE CENTRALES TÉRMICAS EN EDIFICIOS RESIDENCIALES

M 7 / UD 6



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Objetivos ........................................................................................

251

1. Central de calefacción con dos sectores ................................

253

2. Instalación de agua caliente sanitaria por acumulación.......

255

3. Central con servició de calefacción climatización y ACS con micro acumulación de ACS y acumulación del primario ...................................................................................

257

4. Central con servicio de calefacción, climatización, ACS con interacumulador de doble serpentín de caldera y solar.......

260

5. Central con servicio de calefacción, climatización, ACS con dos interacumuladores de simple serpentín, uno en segunda etapa en caldera y otro en primera etapa para calentamiento solar .................................................................

262

6. Central con servicio de calefacción, climatización, ACS con dos microacumulaciones y calentamiento instantáneo con intercambiadores de placas, acumulación térmica en el primario de solar.....................................................................

264

7. Combinacioes de esquemas vistos..........................................

266

Resumen ........................................................................................

269

Anexos ...........................................................................................

271

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INTRODUCCIÓN Existen muchos tipos de instalaciones que se pueden realizar para un mismo edificio; en este tema veremos cómo se pueden aplicar distintas soluciones para llegar a un mismo fin; los técnicos y diseñadores las seleccionarán en función de criterios económicos, de mantenimiento y de servicio. Los esquemas aquí señalados no son los únicos, e incluso se pueden usar filosofías que haya depositadas en varios de ellos; tampoco se pretende señalar con detalle todos los elementos necesarios. El objeto es atender a las distintas formas de realizar las instalaciones y razonar cada una de ellas para que en el futuro podamos comprender el desarrollo de los mismos.

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OBJETIVOS Introducir al alumno en la discusión de las ventajas e inconvenientes de las distintas posibilidades de las instalaciones. Valorar de forma teórica los esquemas y comprender el concepto de ahorro energético con la ayuda de los esquemas de fluidos. Comprender las distintas formas de producción de calor para calefacción y ACS.

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1. CENTRAL DE CALEFACCIÓN CON DOS SECTORES En el esquema siguiente observamos una caldera de agua caliente que da servicio a dos zonas distintas y que están reguladas por una centralita de calefacción. Cada zona tendrá circulación constante y la posibilidad de obtener una temperatura distinta para cada circuito de calefacción en función de los parámetros que se quieran regular, temperatura del ambiente de la zona a climatizar, sistema de calefacción utilizado, temperatura de ACS, etc. Un aumento de la temperatura se conseguirá abriendo o cerrando la válvula de tres vías que estará comandada por la centralita. Con este esquema podríamos tener incluso calefacciones de baja temperatura como son el suelo radiante y fancoils, ya que la válvula de tres vías está colocada de forma que permite una recirculación constante en el circuito de servicio y apertura modulada para el calentamiento del circuito. Para que esto se pueda realizar con éxito es necesario garantizar que los circuitos no tengan un calentamiento excesivo que podría dañar la instalación, especialmente en caso de suelo radiante (sería conveniente instalar un termostato de seguridad que impidiera el aporte de calor en caso de sobrepasar ciertos limites, por ejemplo 45° C). También podríamos tener un sistema de calefacción por radiadores y temperatura ambiente controlada con la variación de temperatura del circuito de agua caliente a radiadores o un sistema mixto de suelo radiante y radiadores. Observamos que la caldera está equipada con un sistema anticondensación cuya función es para evitar que los humos de la combustión condensen el vapor de agua que contienen y arrastren el ácido sulfúrico que podría dañar el cuerpo de la caldera. El sistema consta de una bomba en by–pass con la entrada y salida y un termostato que garantiza una mezcla de agua de caldera con el agua de retorno si éste se produce más frío de lo recomendable, evitando que el agua llegue a la caldera excesivamente fría.

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2. INSTALACIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA POR ACUMULACIÓN En el esquema siguiente observamos una caldera (1) de agua caliente dedicada a suministrar calor a un depósito interacumulador (2) de ACS. La bomba de circulación (3) circulara agua cuando el termostato del depósito interacumulador demande calor. La válvula de seguridad (4) abrirá el circuito cerrado de la caldera, primario o el del circuito de ACS en caso de que se produzca una sobrepresión que pueda dañar cualquier elemento de la instalación; a la salida de las válvulas de seguridad se instalarán embudos (11) que permitan observar la fuga de agua en caso de que se produzca. En el circuito primario hay instalado un separador de aire (18) que elimina las burbujas de aire de la instalación evitando la oxidación que produce el oxigeno. Para absorber la dilatación del agua al calentarse hay un depósito de expansión tipo membrana (16) que recoge el exceso de volumen cuando se produce y la devuelve cuando la instalación pierde volumen. Para llenar el circuito primario se conecta a la red con una válvula de bola (15) que aislará el circuito de la red una vez llenado, y una válvula antirretorno (10) que evita que el agua del circuito de calefacción pueda entrar en el circuito de agua de red, fundamentalmente por motivos de salubridad. La entrada de agua fría (7) a la instalación de ACS es filtrada (17) y dispone de una válvula antirretorno que evita fugas del agua caliente sanitaria a la red de agua fría. Antes de entrar en el depósito interacumulador (2) se mezcla con el agua de retorno del anillo de ACS. El anillo de ACS garantiza que la instalación de distribución no disminuya su temperatura más de 5° C desde la impulsión al retorno (medidas antilegionela); para ello se dispone de un termostato en la tubería de retorno (9) que acciona la bomba de recirculación de ACS.

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3. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN, CLIMATIZACIÓN Y ACS CON MICRO ACUMULACIÓN DE ACS Y ACUMULACIÓN DEL PRIMARIO Los servicios que da la instalación que se muestra en el siguiente esquema son de calefacción por sistemas de baja temperatura, fancoils o suelo radiante y refrigeración producida por dos enfriadoras colocadas en paralelo o de forma independiente para cada circuito, es decir un circuito puede suministrar frío, y el otro calor. En los hoteles se puede dar la posibilidad de necesitar enfriar locales en los que exista una cantidad de gente considerable, debido a la celebración de eventos, banquetes, bodas, bailes, etc. Mientras que en las habitaciones se requiere calefacción, con este tipo de instalación podemos independizar circuitos y realizar esta operación. En el caso de avería o mantenimiento de una enfriadora, una sola podría suministrar frío o calor a los dos circuitos si los comunicamos a través del by–pass de avería; tendremos solución de emergencia para los dos circuitos aunque con menos potencia disponible. También tiene una parte de producción de ACS que tiene como característica principal la renuncia a la acumulación de ACS y la acumulación de la energía en forma de agua caliente en el circuito primario de calefacción; el objeto es disminuir la cantidad de ACS en la instalación y así disminuir el riesgo de la proliferación de la bacteria de la legionelosis. El coste de los depósitos de ACS es más elevado que los de acero, usados para acumulación térmica, lo que significaría un ahorro que nos permitiría invertir en el intercambiador y la bomba de circulación necesaria para calentar el ACS. Como es sabido la limpieza de la bacteria de la legionela se consigue aumentando la temperatura del circuito hasta 70° C y la acumulación se producirá a 60° C y la red de distribución no debe tener temperatura inferior a 50° C en la impulsión ni 45° C en el retorno del anillo, tal y como se indica en el gráfico.

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4. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN, CLIMATIZACIÓN, ACS CON INTERACUMULADOR DE DOBLE SERPENTÍN DE CALDERA Y SOLAR El servicio de climatización y ventilación es igual al descrito anteriormente. La energía necesaria para el calentamiento del ACS es recogida fundamentalmente por las placas solares lo que supone un ahorro importante y una colaboración con el medio ambiente; como no es posible diseñar una instalación para que tenga el 100 % de autonomita con energía solar se hace necesario una caldera de apoyo que suministrara calor cuando las placas solares no sean suficientes. Otra función de la caldera de apoyo es poder aumentar la temperatura cuando se desee realizar una desinfección térmica que consistirá en elevar la temperatura hasta 70° C. El termostato que pone en marcha la aportación térmica de la caldera debería estar regulado sobre los 58° C, que son 2° C menos de la temperatura de almacenamiento. Esto presenta el inconveniente de que las placas solares perderán rendimiento por perdidas energéticas al ambiente; en su interior deberá circular fluido a más de 75° C que en invierno supondrá un salto térmico importante. Salto térmico invierno = (75° C – 10 °C) = 65 °C. Aun así, siempre resulta interesante el aprovechamiento de energía térmica solar ya que es una energía gratuita. Se hecha de menos en este esquema una solución para verano, en el que la aportación de energía solar suele ser superior a la demanda; cuando esto sucede, el calentamiento del circuito solar suele ser superior a 100° C con lo que se produce un aumento de presión en el circuito primario, que hay que absorber. El deposito de ACS, además de estar muy bien aislado, deberá estar fabricado con materiales que permitan un almacenamiento alimentario: acero inoxidable, recubrimiento de epoxi, materiales plásticos, o cualquier otra solución que favorezca una limpieza y no incorpore elementos indeseables en el agua.

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5. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN, CLIMATIZACIÓN, ACS CON DOS INTERACUMULADORES DE SIMPLE SERPENTÍN, UNO EN SEGUNDA ETAPA EN CALDERA Y OTRO EN PRIMERA ETAPA PARA CALENTAMIENTO SOLAR Este esquema es una variante del circuito anterior que pretende obtener un mejor rendimiento energético. El fundamento de aumento de la eficiencia energética se basa en que la caldera solo actué para elevar la temperatura hasta 60° C cuando las placas solares no han sido suficientes. De esta manera el circuito solar trabajará a menos temperatura y las pérdidas energéticas al exterior se reducirán considerablemente, especialmente en épocas de invierno, ya que el primer depósito estará a la temperatura que alcance con la única aportación de las placas solares. Esta solución genera una posibilidad de desarrollo de la bacteria de la legionelosis, que habrá que solventar calentando el deposito hasta 60° C una vez al día, con aportación de calor de la caldera de apoyo y hasta 70° C cada vez que se quiera realizar una limpieza térmica. La instalación propuesta supone un sobrecosto sobre la anterior pues hay que poner dos depósitos donde sólo había uno, pero podría compensarse por el ahorro energético.

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6. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN, CLIMATIZACIÓN, ACS CON DOS MICROACUMULACIONES Y CALENTAMIENTO INSTANTÁNEO CON INTERCAMBIADORES DE PLACAS, ACUMULACIÓN TÉRMICA EN EL PRIMARIO DE SOLAR La solución del esquema siguiente es una variación que la hace más compleja pero que pretende tener un mejor aprovechamiento energético y un menor riesgo de legionelosis. Como se observa, se reduce considerablemente el volumen de ACS almacenado, logrando evitar que existan lugares donde se pueda desarrollar y facilitando considerablemente las limpiezas térmicas. Ejemplo: Si para realizar la limpieza térmica tengo que elevar la temperatura de un depósito de 10.000 litros hasta 70° C, éste tardara un tiempo considerable en volver a bajar a temperatura de trabajo, tiempo en que la aportación solar se reducirá a mínimos. Si además considero que la temperatura de almacenamiento no será inferior a 60° C obtendremos que la fugas térmicas al exterior por las placas solares serán considerables. Con la solución planteada la acumulación de energía solar nunca puede ser caldo de cultivo de la legionela pues se realiza en un circuito cerrado ajeno a la instalación de ACS y no importará su temperatura: simplemente recogeremos el calor que den las placas sin la preocupación de la temperatura. Como la temperatura del agua de red siempre es fría y se calienta hasta 60° C, como temperatura de almacenamiento en esta solución dividiremos el calentamiento en dos etapas: 1ª Calentamos desde 15° C hasta la temperatura de acumulación térmica con un intercambiador de placas. 2ª Desde la temperatura que obtengamos hasta 60° C con la caldera de apoyo y otro intercambiador de placas. Otra ventaja energética que obtendremos es que cuando queramos elevar la temperatura de todo el circuito hasta 60° C o hasta 70° C el volumen a calentar será mínimo y por lo tanto el periodo en que la aportación térmica de las placas solares resulta menos ventajoso, se reduce. Con esto obtenemos en invierno un mejor rendimiento y en verano podremos acumular calor por encima de 60° C, hasta incluso 110° C, sin

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aumentar excesivamente la presión del circuito con que podríamos obtener una mayor acumulación térmica que podríamos aprovechar en consumos punta.

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7. COMBINACIONES DE ESQUEMAS VISTOS Central con servicio de calefacción, ACS con Interacumulador de doble serpentín de caldera y solar.

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Central con servicio de calefacción, ACS con dos interacumuladores de simple serpentín, uno en segunda etapa en caldera y otro en primera etapa para calentamiento solar. Solar.

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Central con servicio de calefacción, ACS con dos microacumulaciones y calentamiento instantáneo con intercambiadores de placas, acumulación térmica en el primario de solar.

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RESUMEN Hemos visto que existen muchas combinaciones y formas de resolver instalaciones; cada solución aporta ventajas y características diferentes respecto a las otras; el técnico deberá considerar motivos económicos pero muy especialmente criterios de eficiencia energética: cada vez más, las leyes obligan a considerar instalaciones con eficiencias energéticas elevadas. Las instalaciones solares térmicas son obligadas en los edificios de nueva construcción ya que producen un ahorro considerable de energía.

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ANEXOS

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MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 7 INSTALACIONES DE VAPOR. ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOS QUE LO COMPONEN

M 7 / UD 7



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Objetivos ........................................................................................

285

1. Conceptos básicos ...................................................................

287

1.1. Cambios de estado: vaporización y condensación .......

287

1.2. Vapor de agua saturado, sobrecalentado......................

287

1.3. Volúmenes específicos de vapor....................................

288

1.4. Calor sensible .................................................................

289

1.5. Calor latente ...................................................................

289

1.6. Relación entre la presión y la temperatura del vapor..

290

2. Generalidades sobre calderas de vapor .................................

292

2.1. Definiciones....................................................................

292

2.2. Requisitos de seguridad para calderas de vapor ..........

294

3. Accesorios y elementos adicionales para calderas ................

299

3.1. Válvulas de paso. Tipos ..................................................

299

3.2. Válvulas de retención. Tipos .........................................

299

3.3. Válvulas de seguridad.....................................................

300

3.4. Válvulas de descarga rápida y de purga continua ........

302

3.5. Indicadores de nivel. Grifos y columna ........................

303

3.6. Controles de nivel por flotador y por electrodos.........

305

3.7. Bombas de agua de alimentación .................................

307

3.8. Manómetros....................................................................

307

3.9. Presostatos ......................................................................

308

3.10. Quemadores. Tipos........................................................

310

3.11. Válvula de aireación .......................................................

311

4. Tratamiento del agua para calderas.......................................

313

4.1. Características del agua para calderas ..........................

313

4.2. Descalcificadores y desmineralizadores ........................

314

4.3. Desgasificación térmica y por aditivos ..........................

316

4.4. Regulación del pH .........................................................

317

4.5. Recuperación de condensados......................................

318

4.6. Régimen de purgas a realizar ........................................

319

281


5. Esquema típico de una instalación de vapor.........................

321

Resumen ........................................................................................

323

Bibliografía ....................................................................................

325

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INTRODUCCIÓN La caldera de vapor es un elemento de aportación calorífica muy extendido en la industria. Este sistema de transferencia de calor está indicado para la mayoría de aplicaciones; su instalación es bastante sencilla, ya que el propio fluido transmisor fluye por la instalación por presión, no siendo necesario el concurso de bombas de circulación o demás sistemas de transporte de fluidos. El buen funcionamiento de este tipo de instalaciones requiere una correcta eliminación del condensado producido en la cesión del calor latente del vapor. Una de las ventajas que tiene el vapor frente a otros sistemas es la gran capacidad de intercambio de calor que posee, lo que se traduce en un menor tamaño de los intercambiadores de vapor a instalar, o sea, un menor coste. Estas instalaciones tiene el handicap de que si se requieren altas temperaturas de funcionamiento, éstas se traducen en altas presiones, y sobrepasados ciertos valores de volumen y presión se eleva la categoría del generador de vapor, según el reglamento vigente, con lo que aumentarían las exigencias de instalación y, consecuentemente, el coste. En este tipo de sistemas pueden existir instalaciones que tienen gran porcentaje de recuperación de condensado; se puede disponer de sistemas de recuperación con los que se puede obtener un importante ahorro energético en su instalación en forma de consumo de combustible, necesidades de tratamiento de agua, etc.; se deberá estudiar la instalación de un sistema de recogida de condensados a presión, en detrimento del tradicional depósito atmosférico y con mayor efectividad que éste.

Sala de calderas

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OBJETIVOS Conocer las instalaciones de producción de calor con vapor de agua. Conocer los sistemas de seguridad de las calderas de vapor de agua. Reconocer una caldera de vapor y su manejo con seguridad.

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1. CONCEPTOS BÁSICOS 1.1. Cambios de estado: vaporización y condensación La materia se presenta en la Naturaleza en forma de tres estados diferentes según sea la energía intermolecular que posea. En el estado sólido las fuerzas de atracción intermolecular (cohesión) son muy fuertes, superiores a la energía propia y se mantiene el volumen y la forma. Si a este cuerpo en estado sólido le cedemos calor, aumentará su energía interna logrando que sus moléculas puedan vencer determinadas fuerzas de cohesión obteniéndose un nuevo estado de la materia, estado líquido, en el que el cuerpo mantiene el volumen pero no la forma. Al continuar cediendo energía a este cuerpo, se llega a un punto en que la energía molecular es superior a las fuerzas de cohesión, rompiéndose totalmente éstas y alcanzándose el estado gaseoso de la materia, en que no se conserva ni el volumen ni la forma. Vemos, pues, que aumentando la temperatura de un cuerpo éste puede pasar de sólido a líquido y a gas, y de forma inversa, al enfriarlo se recorrerá el camino en sentido contrario.

Cambios de estado

1.2. Vapor de agua saturado, sobrecalentado Como hemos visto anteriormente, el agua en determinadas condiciones de presión y temperatura se presenta en forma de vapor. Se dice que el vapor es saturado cuando sus condiciones de presión y temperatura corresponden a un punto de cambio de estado, de forma que en dicho punto puede coexistir el vapor de agua y el agua en estado líquido. En la práctica, el vapor saturado puede ser seco si en su seno no existe partícula alguna de agua en estado líquido, y húmedo si en su seno hay partículas de agua en estado líquido.

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Vapor sobrecalentado es aquel que tiene una temperatura superior a su condición de saturado.

Estados del vapor

1.3. Volúmenes específicos de vapor Se llama volumen específico de un cuerpo al volumen ocupado por la unidad de masa de dicho cuerpo en el caso de que éste sea homogéneo: Ahora bien, en el caso de los vapores hay que tener en cuenta que son muy comprensibles: su volumen depende de la presión que soportan, y también de su temperatura. Para estudiar la relación que existe entre el volumen y la presión de una masa de vapor, es necesario mantener la temperatura constante durante el estudio. Cuando un gas se comprime sin variar su temperatura (compresión isotérmica), su volumen V disminuye de tal modo que para una determinada masa gaseosa m, el producto de la presión P por el volumen V se mantiene constante: Además, tenemos que para dos estados de una misma masa de vapor, uno de presión P1 y volumen V1 y otro de presión P2 y volumen V2, se cumple que: y como la masa no ha cambiado (aunque sí lo haya hecho su volumen), tenemos que:

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1.4. Calor sensible Calor sensible es el que toman o ceden los cuerpos para cambiar su temperatura. Cuando un cuerpo cambia de temperatura, la cantidad de calor que ha tomado o perdido se calcula con la ecuación:

Siendo: Q = calor en Kcal. M = masa en kg. Ce = Calor específico en kcal/kg/° C. t2 – t1= Temperaturas inicial, final en ° C. El factor Ce es un factor que depende de cada material.

1.5. Calor latente Para hacer hervir agua es necesario aportar mucho calor. Podemos comprobarlo en casa colocando un cazo con agua al fuego: muy pronto vemos cómo elevamos su temperatura hasta el punto de ebullición (100° C), pero cuando se pone a hervir, precisa mucho tiempo para

Grafico temperatura- calor absorbido- cambio de estado

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evaporarse totalmente, y además mientras hierve la temperatura se mantiene en 100° C, por mucho o poco fuego que le proporcionemos. Este fenómeno aparece cuando un cuerpo cambia de estado (líquido, sólido o vapor). Cuando el agua pasa de líquido a vapor precisa una cantidad grande de energía que denominamos calor latente de vaporización, que en el caso del agua es de 540 Kcal por cada kg que se evapora. Es decir, para elevar el agua de 0° C a 100° C, precisamos 100 kcal/kg, y para que cada kg de agua se evapora, 540 Kcal. Kcal. Por otra parte, cuando el vapor de agua pasa a líquido, es decir se condensa, libera la misma cantidad de energía (540 Kcal/kg). El vapor de agua calienta mucho al condensarse (podemos apreciarlo cuando en una cafetería nos calientan un vaso de leche con vapor, como en unos segundos calientan la leche, mediante el calor latente del vapor de agua). El calor latente lo calculamos con la fórmula:

CL es el factor de calor latente, en Kcal/kg. Cada material tiene un factor de calor latente propio. Otro factor latente es el de solidificación / fusión, es decir para pasar de fase líquida a sólida y viceversa (agua / hielo), que es distinto del de vaporización.

Formas adoptadas diferentes fases

1.6. Relación entre la presión y la temperatura del vapor Como ya hemos visto, el agua evapora a 100° C en un recipiente abierto (presión atmosférica). Si ese recipiente lo cerramos, el vapor de agua generado no puede escapar y el agua al evaporar ocupa espacio de la fase gaseosa, este fenómeno produce un aumento de presión en el recipiente que guarda una estrecha relación con la temperatura del agua.

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Es decir cuando aumenta la temperatura en un recipiente cerrado la presión aumenta en una relación establecida. De la misma manera realizamos el vacío o bajamos la presión de un recipiente por debajo de la atmosférica, el agua que existe en su interior bajara su punto de ebullición. La tabla que relaciona las presiones y la temperatura de equilibrio es la siguiente.

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2. GENERALIDADES SOBRE CALDERAS DE VAPOR 2.1. Definiciones Caldera. Es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. Caldera de vapor. Es toda caldera en la que el medio de transporte es vapor de agua.

Caldera de vapor

Economizador precalentador. Es un elemento que recupera calor sensible de los gases de salida de una caldera para aumentar la temperatura del fluido de alimentación de la misma. Sobrecalentador. Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor saturado procedente de la caldera. Recalentador. Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor parcialmente expansionado.

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Calderas de nivel definido. Son aquellas calderas que disponen de un determinado plano de separación de las fases líquida y vapor, dentro de unos límites previamente establecidos. Calderas sin nivel definido. Son aquellas calderas en las que no hay un plano determinado de separación entre las fases líquida y vapor.

Nivel de agua

Presión de diseño. Es la máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera. Presión máxima de servicio. Es la presión límite a la que quedará sometida la caldera una vez conectada a la instalación receptora. Temperatura de diseño. Es la temperatura prevista en las partes metálicas sometidas a presión en las condiciones más desfavorables de trabajo. Temperaturas de trabajo. Son las diversas temperaturas alcanzadas en los fluidos utilizados en las calderas, en las condiciones normales de funcionamiento. Vigilancia directa. Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio de un operador que permanece de forma continua en la misma sala de calderas o en la sala de mando. Vigilancia indirecta. Es cualquier otra forma de supervisión que difiera de la vigilancia directa. Operador. Es la persona encargada de vigilar, supervisar, conducir y mantener, en condiciones de seguridad, cualquier caldera a su servicio. Fabricante. Es la persona física u organización (empresa) que construya la caldera. Usuario. Es la persona individual o la organización que utiliza la caldera.

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2.2. Requisitos de seguridad para calderas de vapor Válvulas de seguridad Todas las válvulas de seguridad que se instalen en las calderas de esta Instrucción serán de sistema de resorte y estarán provistas de mecanismos de apertura manual y regulación precintable, debiéndose cumplir la condición de que la elevación de la válvula deberá ser ayudada por la presión del vapor evacuado. No se permitirá el uso de válvulas de seguridad de peso directo ni de palanca con contrapeso. Toda caldera de vapor saturado llevará como mínimo dos válvulas de seguridad independientes, las cuales deberán precintarse a una presión que no exceda en un 10 por 100 a la de servicio, sin sobrepasar en ningún caso la de diseño. No obstante, las calderas de la clase C podrán llevar una sola válvula, que deberá estar precintada a la presión de diseño como máximo. La descarga de las válvulas de seguridad deberá realizarse de tal forma que se impida eficazmente que el vapor evacuado pueda producir daños a personas o a bienes.

Válvula de seguridad

La sección de la tubería de descarga será lo suficientemente amplia para que no se produzca una contrapresión superior a la prevista sobre las válvulas cuando éstas descargan. Tanto las válvulas como sus tuberías de descarga estarán provistas de orificios de drenaje y las bocas de salida de las tuberías de descarga irán cortadas a bisel. En ningún caso se instalará entre una caldera y cada una de sus válvulas de seguridad una válvula de cierre, a no ser que esté dotada de un dispositivo eficaz que impida su maniobra por persona no autorizada.

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Válvulas del circuito de agua de alimentación La tubería de alimentación de agua desde la bomba dispondrá de dos válvulas de retención; una de estas válvulas se situará muy cerca de la caldera y la otra se colocará a la salida de la bomba. La válvula de retención situada junto a la caldera llevará, entre ésta y dicha válvula, una válvula de interrupción que pueda aislar e incomunicar la caldera de la tubería de alimentación; estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una válvula mixta de interrupción y retención. Todas las válvulas deberán estar protegidas contra la acción de los fluidos calientes y se instalarán en sitio y forma tales que puedan ser accionadas fácilmente por el personal encargado.

Circuito de alimentación

Válvulas del circuito de vapor Toda caldera de vapor saturado y sobrecalentado dispondrá de una válvula que pueda interceptar el paso de salida del vapor. Si se trata de un grupo de calderas que tengan un colector común, la tubería de salida de cada unidad estará provista además de una válvula de retención. Estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una sola que realice simultáneamente ambas funciones de cierre y retención. Válvula vapor

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Todas las válvulas, excepto las de retención, serán de cierre lento, fácil maniobra y husillo exterior. La velocidad de salida del vapor a través de ellas, para la máxima producción en régimen continuo, no debe sobrepasar 40 m/s, en el caso de vapor saturado, y 50 m/s, en el caso de vapor sobrecalentado y recalentado. Altura de agua y tubos de nivel en calderas de nivel definido El nivel mínimo del agua en el interior de una caldera debe mantenerse por lo menos 70 milímetros más alto que el punto más elevado de la superficie de calefacción. En las calderas acuotubulares, la distancia se tomará en relación al borde superior del tubo de bajada que esté situado en la parte más alta del calderín. El nivel medio del agua estará situado, como mínimo, a 50 milímetros por encima del nivel límite definido en el párrafo anterior. Ambos niveles se marcarán de modo bien visible sobre el indicador de nivel. Los conductos de unión de los indicadores de nivel con las cámaras que contienen el líquido y el vapor serán, como mínimo, de 25 mm. de diámetro interior; el radio interior de las curvas será al menos igual a vez y media el diámetro del tubo y no deberá permitir la formación de sifones. No obstante, para conductos de unión rectos y de longitud inferior a 30 cm. el diámetro interior del conducto podrá ser de 20 mm.

Niveles

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Los indicadores de nivel deberán estar colocados en sitio fácilmente visible para el personal encargado del mantenimiento de la caldera. Cuando los indicadores de nivel disten más de ocho metros de la plataforma de conducción o del lugar donde permanezca normalmente el conductor de la caldera, ésta deberá ir dotada de dos dispositivos independientes que trasmitan la posición del nivel de agua a un lugar que no diste del conductor más de cuatro metros. En todas las calderas de esta Instrucción se utilizarán indicadores de nivel del tipo de caja refractora y se montarán de forma tal que permita fácilmente su comprobación, limpieza y sustitución. Todos los indicadores de nivel dispondrán de las correspondientes llaves que permitan su incomunicación con la caldera y de un grifo de purga. Sistema de alimentación de agua Toda caldera de esta Instrucción estará provista de, al menos, un sistema de alimentación de agua, seguro, con excepción de las calderas que utilicen combustibles sólidos no pulverizados, que dispondrán de dos sistemas de alimentación de agua, independientes; en el caso de que estas calderas tuvieran una potencia superior a 6.000.000 Kcal/h (7.000 KW), dichos sistemas de alimentación, estarán accionados por distinta fuente de energía. Si varias calderas forman una batería, se considerarán como una sola caldera, a efectos de lo dispuesto en el presente artículo. El sistema de alimentación de agua deberá poder inyectar dicho líquido a una presión superior en un tres por ciento como mínimo a la presión de tarado más elevada de las válvulas de seguridad, incrementada en la pérdida de carga de la tubería de alimentación y en la altura geométrica relativa. El sistema de alimentación de agua deberá poder inyectar una cantidad de agua igual a 1,5 veces la máxima que pueda evaporar la caldera o batería de calderas que alimenta, excepto en las calderas automáticas comprendidas en el artículo 23, en las que la cantidad de agua a inyectar deberá ser igual, como mínimo, a 1,1 veces la máxima que pueda evaporarse, más la pérdida de agua por purgas. Para las calderas con nivel de agua definido, en las que esté automatizada la aportación de agua, el sistema de alimentación estará controlado por un dispositivo que detecte, al menos, el nivel de agua. Este sistema de alimentación podrá ser de acción continua, la bomba de alimentación de agua estará continuamente en servicio, y el caudal introducido, vendrá regulado por una válvula automatizada y mandada por la acción del sistema controlador de nivel; dicho sistema actuará de forma que la válvula que controla la alimentación de agua, quede en posición abierta,

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si se producen fallos del fluido de accionamiento (corriente eléctrica, aire, etc.). En el caso de acción discontinua, el sistema detector de nivel, actuará sobre la bomba de alimentación, parándola, y/o poniéndola de nuevo en servicio, según las necesidades. Para las calderas automatizadas con nivel de agua no definido, el sistema de alimentación cubrirá la demanda de vapor de la instalación mediante bombas de tipo volumétrico. El agua de alimentación deberá ser introducida en la caldera de tal manera que no descargue directamente sobre superficies expuestas a gases a temperatura elevada o a la radiación directa del fuego. No se autorizarán las bombas alimentadoras accionadas a mano, sea cual sea la categoría de la caldera. La alimentación de las calderas mediante una toma de la red de abastecimiento y distribución de agua de servicio público podrá admitirse cuando la presión disponible en la tubería en el punto de la acometida, exceda de 2 Kg./cm2, como mínimo, a la presión de tarado más elevada de las válvulas de seguridad, incrementada en la pérdida de carga correspondiente al sistema de tratamiento de agua, y siempre que la correspondiente Delegación Provincial del Ministerio de Industria y Energía así lo autorice. Cuando la alimentación de agua de una caldera proceda de la red de distribución de la localidad, deberá colocarse un manómetro en la tubería de alimentación y una válvula de retención. A la salida de cada uno de los aparatos alimentadores, y antes de la válvula de interrupción, se colocará un manómetro.

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3. ACCESORIOS Y ELEMENTOS ADICIONALES PARA CALDERAS 3.1. Válvulas de paso. Tipos Son dispositivos empleados para permitir o interrumpir el paso del caudal de fluido a través de las tuberías o conducciones de la caldera. En las válvulas de asiento el cierre se consigue mediante un vástago que desciende hasta un asiento metálico cuando se atornilla la válvula hacia abajo. Para abrir la válvula, se eleva el vástago, distanciándolo de su asiento mediante un movimiento en sentido contrario al indicado anteriormente. En las válvulas de compuerta, el paso queda libre o cerrado según la disposición que ocupe una compuerta desplazable con relación a la trayectoria que ha de seguir el fluido en la tubería correspondiente. Toda caldera de vapor saturado y sobrecalentado ha de disponer de una válvula que pueda interceptar el paso de salida del vapor. Estas válvulas serán de cierre lento, fácil maniobra y husillo exterior. La velocidad de salida del vapor a través de ellas, para la máxima producción en régimen continuo, no debe sobrepasar 30 m/s para el caso de vapor saturado y 50 m/s en el caso de vapor sobrecalentado y recalentado.

Válvula de asiento

3.2. Válvulas de retención. Tipos Las válvulas de retención son dispositivos instalados en las conducciones de fluidos, que permiten el paso de los mismos en un sentido pero que impiden su retroceso posterior. Por eso se denominan también válvulas de no retorno. La denominación de los distintos tipos utilizados depende del elemento incorporado para retener o impedir el retroceso del fluido, y que, normalmente consiste en un vástago apoyado en su asiento, en una clapeta (especie de compuerta que bascula sobre un eje de fijación superior) o en su disco.

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A continuación, indicaremos algunos de los lugares en que van instaladas las válvulas de retención, según las distintas calderas y conforme a la legislación vigente: •

Dos válvulas de retención en la tubería de alimentación de agua desde la bomba.

•

Una válvula de retención en la tubería de salida de vapor de cada unidad que forme parte de un grupo de calderas o recalentadores con un colector común.

•

Una válvula de retención en la tubería de alimentación de agua que proceda de la red de distribución pública.

Válvula de retención

3.3. Válvulas de seguridad La válvula de seguridad es el primer y último elemento que interviene de manera esencial en los componentes de una caldera de vapor. Por supuesto que todos los elementos instalados en una caldera de vapor para la seguridad de la caldera son importantes, todos ellos intervienen en el funcionamiento seguro de la caldera. Como en un debate, el cuadro eléctrico actúa de moderador para mantener un diálogo fluido entre los distintos elementos que intervienen tanto en la seguridad como en el control de funcionamiento; un nivel de agua que detecta cuándo falta o sobra agua en la caldera; un presostato de seguridad que interviene si la presión en el interior de la caldera alcanza la establecida y además los bloqueos producidos por el mal funcionamiento de la bomba de agua o del quemador y, por supuesto, controla el funcionamiento de todos los demás elementos de la caldera. Todos los elementos se comunican con el cuadro eléctrico; si en algún momento detectan un mal funcionamiento intervienen, haciendo caer la maniobra, se para el quemador y lo comunica a través de una alarma sonora e iluminando un piloto externo que nos informa mostrando el elemento que ha producido la anomalía.

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El único elemento de seguridad que no interviene en dicho diálogo es la válvula de seguridad, que actúa de manera autónoma, como ejecutora en una misión de la que ella es la última responsable, cuando los sistemas intermedios de seguridad fallan por el motivo que sea y la presión en la caldera continúa creciendo; esta válvula debe estar regulada a la presión máxima de trabajo, determinada en las características de la caldera, de forma que si la presión interior de la caldera excede esta presión de tarado se abre permitiendo la salida libre del vapor producido por la caldera y disminuyendo la presión en el interior de la misma. Como es de suponer, la anomalía que ha provocado la apertura de la válvula de seguridad sigue permitiendo el funcionamiento de la caldera por lo que el quemador estará funcionando, la caldera sigue produciendo vapor y la válvula de seguridad seguirá descargando vapor y presión indefinidamente hasta que paremos la maniobra de la caldera. Debemos procurar parar sólo la maniobra, poniendo el interruptor a cero, con el fin que el quemador deje de funcionar y podamos ver iluminado el piloto correspondiente al elemento que ha producido el fallo. El vapor que sale de la caldera a través de la válvula de seguridad se descarga al exterior por una tubería de mismo diámetro que el de salida

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de dicha válvula; este tubo de descarga debe tener la salida totalmente libre al exterior por lo que es conveniente que el final de este tubo acabe en forma de flauta de manera que nunca se pueda taponar por un descuido y además se cree un flujo dirigido del vapor evacuado. El vapor que está pasando por el tubo de descarga también produce condensación y la misma cae por el propio tubo hasta el asiento de la válvula de seguridad; mientras ésta esté abierta parte de la condensación saldrá con al exterior empujada por el vapor y otra parte volverá a la caldera, sin embargo, cuando cierre el agua de condensación se quedará sobre el asiento de la válvula, que con el tiempo acabará por crear óxido que puede impedir el normal funcionamiento de la misma. Para evitar que el condensado que se producirá en el tubo de descarga perjudique al asiento de la válvula, hay que montar un tubo de desagüe conectado en la salida que disponen la mayoría de las válvulas de seguridad para éste fin; si no fuera así, es conveniente instalar una toma de descarga en un punto bajo (curva de salida) del propio tubo de evacuación.

3.4. Válvulas de descarga rápida y de purga continua Las válvulas de descarga rápida son empleadas principalmente para efectuar la purga de calderas de una forma completa. Se conoce con el nombre de purga de desahogo o evacuación de una cierta cantidad de agua de la caldera, preferentemente de aquella que contenga una concentración muy alta de sales o precipitados. La purga en el fondo de la caldera sirve para reducir las concentraciones de sales y de sólidos no disueltos. Purga continua. El exceso de sales disueltas en la caldera produce espumas en la zona de evaporación, por lo que las burbujas de vapor se ven dificultadas para salir del agua, con el consiguiente aumento de energía necesaria que se traduce en una mayor velocidad de desprendimiento que tiene por efecto aumentar la posibilidad de arrastre de agua a la línea de vapor a consumo.

Válvula de descarga rápida

Las sales se eliminan por medio de purgas que se efectúan de forma periódica o continuamente. La legislación vigente dice al respecto que, cuando proceda la purga continua, se colocarán dos válvulas: la primera de cierre y la segunda de

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tipo de aguja micrométrica con indicador de apertura o de otro tipo especial para su cometido. Como hemos indicado, si existe un exceso de sales disueltas se producen espumas, y como éstas están en la superficie de evaporación es en este punto donde debe purgarse, por medio de un sistema continuo y en la proporción requerida para no purgar demasiado (despilfarro de agua y energía) o poco (en este caso continuaría existiendo el problema de las espumas). Así pues, la abertura o posición de la válvula de purga continua deberá ajustarse en función de la calidad del agua de alimentación y la producción de vapor de la caldera. Este ajuste puede ser manual o por medios automáticos por medio de sistemas que controlan en continuo la salinidad del agua de la caldera, y en función de esta señal actúan automáticamente sobre la válvula de purga.

3.5. Indicadores de nivel. Grifos y columna El nivel de agua en el interior de la caldera podrá apreciarse en la zona de cristal del nivel óptico. El nivel correcto se mantendrá en la zona de nivel medio y siempre se mantendrá entre el máximo y el mínimo señalados en el nivel óptico. Caso de no ser así, purgar el nivel óptico; para asegurarse de que el nivel óptico no esté sucio o bloqueado, realizar una maniobra de purga del nivel óptico según se describe en la ficha adjunta sobre nivel óptico. Si persiste la anomalía avisar al fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión. Es normal que el nivel de agua oscile cuando está el quemador en marcha; si esto no ocurre, purgarlo siguiendo las instrucciones de la hoja específica. De manera sistemática se debe purgar diariamente el nivel óptico al comenzar la jornada y cada dos horas, siempre con la caldera a presión. La caldera posee dos sistemas de seguridad por nivel mínimo de agua, que impiden que el quemador funcione si el nivel de agua no ha alcanzado el nivel mínimo. Si el nivel de agua no ha alcanzado el nivel mínimo, el sistema eléctrico bloquea el generador. Si esta alarma se activa deberá desconectar la caldera y hacerla revisar por el fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión. Al principio del trabajo es normal que aumente el nivel de agua unos centímetros. Esto no supone fallo alguno y es debido a que al calentarse el agua aumenta de volumen, por lo tanto no será necesario interrumpir el trabajo. Si el nivel está totalmente lleno en el arranque puede deberse a que en la última parada no se abrió la válvula de aireación (7), ni se cerró la válvula de entrada de agua, y al enfriarse la caldera desaparece la presión, se crea el vacío en la caldera y se aspira agua del depósito a través de la

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bomba. Cuando ocurra esto, abrir las válvulas de vaciado y de aireación hasta recuperar el nivel correcto. Si el nivel llega al máximo cuando la caldera está en funcionamiento, pararla inmediatamente y hacerla revisar por el fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión. A continuación, se muestra la descripción del nivel óptico, las instrucciones para su purga y las operaciones de mantenimiento y conservación.

Purga de nivel óptico

El nivel óptico permite ver el nivel real que alcanza el agua en el interior de la caldera. A consecuencia del oleaje que se forma en el interior de la caldera, es normal que la señal se mantenga oscilante, siendo a la vez indicativo de que los conductos de comunicación de la caldera se mantienen suficientemente limpios para poder considerar como válida la señal que se observa. Por las características del tallado del cristal, éste permanece oscuro en las zonas bañadas por el agua y claro en las zonas donde no alcanza el agua. Mantenimiento El conjunto de los grifos de nivel requiere la realización de las operaciones que a continuación se describen para asegurar el buen funcionamiento

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del mismo. La operación de purga de niveles se realizará con la caldera a presión. A. Cerrar los grifos 1 y 4. B. Abrir la válvula de purga del grifo de nivel 5. C. Abrir 1/3 de vuelta el grifo 1 para que pase vapor a través del grifo de la zona de cristal y escape por la válvula de purga del nivel óptico, lo que mantendrá limpio este circuito. Después de aproximadamente 10 segundos volver a cerrar. D. Abrir 1/3 de vuelta el grifo 4 para que pase agua a través del grifo de la zona del cristal y escape por la válvula de purga del nivel óptico, lo que mantendrá limpio este circuito. Después de aproximadamente 10 segundos volver a cerrar. E. Cerrar la válvula de purga 5. F. Abrir lentamente los grifos 1 y 4, primero 1/3 de vuelta ambos y después totalmente, abriéndolos de este modo se evita que el sistema de cierre de seguridad por rotura de cristal se active y bloquee la comunicación con el nivel óptico. G. Terminadas las operaciones descritas, el nivel estará oscilante cuando el quemador esté en funcionamiento; en caso contrario repetir la operación descrita en el punto F.

3.6. Controles de nivel por flotador y por electrodos La caldera, cuando se pone en funcionamiento automático, el llenado de agua al interior de la misma también se realiza automáticamente, en función del nivel de agua; para la regulación se utilizan electrodos que detectan el nivel de agua. El funcionamiento del sistema de llenado, bombas, electrodos se muestra en las siguientes láminas.

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3.7. Bombas de agua de alimentación La alimentación de agua a la caldera se realiza por medio de una electrobomba multicelular con capacidad para alimentar mas de 1,1 veces la vaporización máxima de la caldera, más las perdidas por purgas; con presión de agua en la acometida de la caldera superior al 10 % de la presión de timbre de ésta, incrementada en la pérdida de carga de la tubería de alimentación y en la altura geométrica relativa. El funcionamiento de la electrobomba se realizará por medio de un control de nivel que actuará sobre la bomba de alimentación, parándola o poniéndola en servicio según las necesidades. El agua de alimentación deberá ser introducida en la caldera de manera que no descargue directamente sobre superficies expuestas a gases a temperaturas elevadas o a la radiación directa del fuego. A la salida de la bomba de alimentación, y antes de la válvula de interrupción, se colocará un manómetro, con una válvula de interrupción para el citado manómetro. Con este manómetro comprobaremos el correcto funcionamiento de la bomba.

3.8. Manómetros Manómetro Se instalará un manómetro clase cinco de sensibilidad, con señal bien visible correspondiente a la presión efectiva máxima de la instalación,

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grifo de tres direcciones y placa brida de 40 mm. de diámetro, para sujetar en ella el manómetro patrón con el que se deben realizar las pruebas. Las dimensiones y características de los manómetros serán las determinadas en la normativa vigente y serán de modelo aprobado por la Comisión Nacional de Metrología y Metrotecnia.

3.9. Presostatos La presión se mantiene de manera automática entre los límites preestablecidos por el o los presostatos; el presostato de seguridad (26) actúa como seguridad bloqueando la caldera en caso de que la presión alcance o sobrepase dicho valor. Para variar las presiones o la diferencia entre la presión de paro y la de puesta en marcha del quemador se debe proceder según se detalla a continuación en la imagen específica. Bajo ningún concepto se manipulará el presostato de seguridad, salvo que lo realice el fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión. La presión de trabajo será siempre menor o igual que la presión máxima de servicio y menor que la presión de diseño. La presión de diseño y la máxima de servicio figuran en la placa de identificación de la caldera. Una lectura directa de la presión se puede realizar a través del manómetro (24) en el que estará marcada bien visible la presión máxima de servicio, y en caso de superarse este valor en manómetro se deberá desconectar el quemador, parar la caldera y avisar al fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión. A continuación se muestra las láminas de instrucciones del funcionamiento de los presostatos de trabajo de las calderas de una y dos llamas. La manipulacion de los presostatos sólo está permitida al fabricante de la caldera o instalador autorizado.

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Elementos control presión caldera una marcha

Elementos control presión caldera dos marcha

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Detalle presostato

Tabla de equivalencias de temperatura con la presión de trabajo

3.10. Quemadores Las calderas de vapor pueden llevar cualquier tipo de quemador de los ya estudiados, combustibles sólidos, líquidos o gaseosos; su control se realizará atendiendo a las limitaciones que impone el Reglamento de aparatos a presión y la maniobra del fabricante de la caldera.

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3.11. Válvula de aireación En las calderas de vapor de nivel definido, al espacio entre la superficie del agua a nivel y la salida del vapor se le llama cámara de vapor; en este espacio es donde se acumula el vapor producido por la caldera para el consumo. Esta cámara de vapor es estanca, permitiendo la salida del vapor solamente por los puntos preparados para ello, como son la propia válvula de salida del vapor, la válvula de seguridad y la válvula de aireación. Cuando tenemos que poner en marcha la caldera, lo primero que comprobamos es el nivel de agua, si el agua a recuperar es mínima, no se encenderá ningún piloto de alarma por falta de nivel, por lo que podemos poner el interruptor directamente en automático, la bomba se pondrá en marcha hasta alcanzar nivel correcto y se parará. Si no fuera así, se iluminaría alguno de los pilotos de alarma por falta de nivel y por lo tanto el llenado tiene que hacerse manual. Tanto para reposición parcial o total del agua, ésta se debe hacer manualmente, poniendo el interruptor en posición manual y accionando el interruptor de la bomba. En este punto es donde debemos recordar para qué sirve y cómo utilizar la válvula de aireación de la caldera ya que nos encontramos ante la situación normal al iniciar la jornada: la caldera está fría y sin presión. Recordemos que el interior de la caldera, en condiciones normales de trabajo, es estanco, por lo tanto no estará a presión atmosférica; al parar la caldera el vapor comienza a enfriarse y a perder presión; si la parada es lo suficientemente larga, éste vapor se condensa y el espacio que ocupaba se queda en depresión; así es como nos encontraremos la caldera cuando vayamos a ponerla en marcha. Es en ésta situación cuando deberemos recurrir a la Válvula de Aireación para permitir la entrada de aire en la caldera y conseguir que su interior esté a presión atmosférica. En esta situación, con la válvula de aireación abierta, podemos llenar la caldera de agua o vaciarla. Si intentamos llenar la caldera sin abrir la válvula de aireación estaríamos ejerciendo una presión sobre la cámara de aire/ vacío que obligará a subir la presión en el interior de la caldera llegando incluso a ser detectado por el presostato de seguridad. Con el vaciado de la caldera nos encontraremos con una situación similar pero a la inversa, la depresión existente en el interior de la caldera no nos permitirá vaciar el agua; si abrimos la válvula de aireación, se pondrá a presión atmosférica y ya se podrá vaciar.

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Nivel de sobrellenado (otra situación característica) En más de una ocasión, al arrancar la caldera, nos hemos encontrado con que el agua supera y rebasa el nivel normal de funcionamiento; esto, en calderas bajo la nueva normativa supone que se dispare la alarma por exceso de nivel, nivel de sobrellenado; sea con alarma o sin ella lo propio es vaciar la caldera hasta conseguir el nivel correcto. La cuestión es: ¿por qué se llena la caldera de agua sin nuestra intervención? Como hemos visto en el texto anterior sobre la válvula de aireación, también en éste caso nos encontramos con un efecto consecuencia de la depresión en el interior de la caldera. Esta depresión succionará de aquellos puntos que le permitan hacerlo; si la válvula de aireación está cerrada (normal cuando se deja con vapor), lo hará a través de la entrada de agua si la encuentra abierta. La solución es tan sencilla como acostumbrarse a dejar cerrada la válvula de entrada de agua a la caldera o instalar una electroválvula enclavada con el funcionamiento de la bomba de alimentación de agua del generador de vapor.

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4. TRATAMIENTO DEL AGUA PARA CALDERAS 4.1. Características del agua para calderas El usuario tiene la obligación de realizar un tratamiento de agua eficiente, que asegure que la calidad de la misma se ajuste a la norma UNE 9 075 y a mantener un régimen adecuado de controles, purgas y extracciones que asegure el mantenimiento del agua dentro de los limites indicados.

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4.2. Descalcificadores y desmineralizadores Los descalcificadores son aparatos que transforman el agua dura (alto contenido de iones Ca y Mg) en agua blanda (ausencia de iones Ca y Mg). La mayoría de las aguas contienen, en mayor o menor proporción, sales minerales incrustantes (sales de calcio y magnesio) que se depositan en el interior de las tuberías o de la maquinaria, disminuyendo considerablemente su eficacia, y se dicen que son aguas duras porque los depósitos forman un precipitado más o menos espeso que, a veces, se endurece como si fuera de piedra. La dureza se determina por análisis químicos y se mide en miligramos de sales de calcio y magnesio contenidos por litro de agua. Los descalcificadores son, pues, aparatos que permiten sustituir los iones minerales incrustantes por iones solubles en el agua. Para llevar a cabo dicha transformación se utilizan productos tales como resinas a base de poliestireno formadas por pequeñas esferas de 0,3 mm de diámetro que tienen la propiedad de cambiar los iones de calcio y magnesio (cales) por iones de sodio, solubles en agua.

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Instalación tipica de tratado de agua de alimentación con descacificador

Descalcificador instalado

Para regenerar estos aparatos no es necesario sustituir la resina que, prácticamente, tiene una duración indefinida, sino que basta con circular salmuera (cloruro sódico). La regeneración del descalcificador se efectúa de manera completamente automática por el impulso de un temporizador debidamente programado o por el impulso de aparato volumétrico. Una vez regenerado, el aparato se vuelve a poner en servicio automáticamente y puede volver a dar servicio durante la duración de un nuevo

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ciclo; se entiende por ciclo de un aparato la cantidad de agua que éste puede tratar en el intervalo de tiempo comprendido entre dos regeneraciones, y depende de la cantidad de resina que el aparato contiene y de la dureza del agua a tratar. Los descalcificadores no pueden tratar siempre todos los tipos de agua, pues es posible que el contenido de sales disueltas sea demasiado elevado o puedan existir problemas de contenido de Fe, Mn, Cu, etc. En dicho caso, es necesario desmineralizar el agua de forma que se eliminen las sales que existen en el agua mediante columnas llenas de resinas plásticas que tienen la propiedad de absorber tanto los aniones como los cationes, dejando un agua prácticamente pura. La regeneración de las propiedades de las resinas se realiza por medio de ácidos y bases apropiadas (sulfúrico, hidróxido sódico, etc.).

4.3. Desgasificación térmica y por aditivos Tanto desde el punto de vista del cumplimiento de la normativa relativa a las características del agua de alimentación de caldera como del ahorro energético que podemos obtener en nuestras instalaciones de vapor, es importante conocer las ventajas de instalar un desgasificador térmico en nuestro sistema de generación de calor. Las especificaciones que recoge la norma UNE 9-075 indican que el contenido de O2 disuelto en el agua ha de ser menor de 0,2 mg/lit. El control del oxígeno disuelto en el agua se puede realizar de dos formas: mediante la aditivación química de secuestrantes como Hidracinas, Aminas o Sulfito Sódico, o mediante el sistema de calentar el agua de alimentación hasta una temperatura de 105° C, temperatura en la que el agua no dispone de gases en disolución. Es importante reseñar además que en sectores como el alimentario está prohibido el uso de secruestrantes como la Hidracina y sus derivados por la toxicidad de los mismos, que puede producir la contaminación de los productos finales, por lo que el sistema de desgasificación térmica se convierte en el sistema más apropiado en estos casos. El desgasificador térmico consta de una cámara situada sobre el tanque de alimentación de agua, en la cual, se introduce el agua de reposición y condensados de la instalación por la parte superior, en forma de una lluvia de finas gotas de agua, inyectando vapor a una presión adecuada por la parte inferior del desgasificador a contracorriente, logrando de esta forma, el calentamiento y la separación de los gases disueltos que salen al exterior por la parte superior del mismo. Para asegurar que la eliminación de oxígeno ha sido completa es necesario mantener el depósito de alimentación a una temperatura de 105° C, por lo que el

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sistema debe estar presurizado a una presión de 0,5 bar mediante la adición al propio depósito de vapor. Las ventajas que la instalación de este sistema representan en nuestro sistema de generación de calor son las siguientes: •

Temperatura del agua de alimentación a caldera a 105° C, con lo que se reducen los inconvenientes de los choques térmicos y las oscilaciones de presión generadas en los sistemas de alimentación de agua todo – nada.

•

Reducción del régimen de purgas de la caldera para mantener el nivel de concentración de sales disueltas en el interior de la caldera según especifica la normativa UNE 9-075.

•

Reducción del consumo de combustible por la necesidad de una menor cantidad de agua de aportación al reducir el volumen de purgas de caldera.

•

Eliminación del gasto correspondiente al consumo de secuestrantes químicos de O2.

Los ahorros generados pueden ser un factor determinante a la hora de valorar la posible instalación de este sistema.

Desgasificador

4.4. Regulación del pH Alimentar una caldera con un pH inferior a 8,5 podría dar lugar a corrosión por acidez; así pues, es necesario tratar el agua de alimentación para que el pH a la entrada de la caldera esté entre 8,5 y 9,5, sobre todo con el fin de evitar corrosiones en las tuberías y bomba de alimentación.

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Esta regulación del pH se consigue adicionando al agua de alimentación fosfato trisódico en la proporción correspondiente, que además tiene la propiedad de eliminar la dureza residual que pudiera tener el agua tras el tratamiento de descalcificación al evitar que las sales calcáreas se adhieran a las paredes metálicas de la caldera.

4.5. Recuperación de condensados Se denomina recuperación de condensados al sistema que permite incrementar el rendimiento energético de una instalación de vapor mediante la recuperación parcial o total del calor evacuado en forma de condensados por las máquinas consumidoras de vapor de calentamiento indirecto. En una caldera se produce vapor aportando energía calorífica al agua contenida en la misma. Este vapor, mediante las apropiadas canalizaciones, se envía a las máquinas que lo han de consumir, restituyendo solamente el calor de condensación en el caso de que el circuito de vapor en la máquina sea independiente del circuito de fabricación (calentamiento indirecto). A la salida de estas máquinas se instalan unos aparatos denominados purgadores, cuya misión es evitar que salga el vapor y solamente permite la salida de este vapor condensado.

Deposito de recogida de condensados

Este agua condensada está a la temperatura correspondiente a la presión a la que el vapor ha llegado en la máquina y, por lo tanto, todavía almacena una cantidad apreciable de calor.

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Sistema de recogida de condensados a alta presión (ATTSU)

Esta recuperación de condensados es muy importante que pueda dirigirse directamente a la caldera siempre que sea posible o, en el peor de los casos, al depósito de alimentación de agua; pero una instalación racional y económica no deberá en ningún caso evacuar al desagüe estos condensados, salvo que pueda existir la posibilidad de que en el proceso de consumo de vapor pueda contaminarse de grasas y aceites.

4.6. Régimen de purgas a realizar En toda caldera al vaporizarse el agua contenida en la misma, el agua que queda en su interior va aumentando su salinidad, formando lodos que se depositan en sus partes bajas y espumas que se mantienen en la superficie de evaporación. Ambas consecuencias son perjudiciales a la

Deposito enfriador y despresurizador de purgas (ATTSU)

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caldera porque los lodos aumentan la suciedad interior de la caldera, dificultando la transmisión del calor y consiguiente pérdida de rendimiento y las espumas favorecen los arrastres de agua a la red de vapor. Para la eliminación de lodos, las calderas disponen de válvulas de drenaje situadas en su parte inferior y para la eliminación de espumas, de válvulas de purga situadas unos 50 mm por debajo del plano medio. Como es lógico, a mayor cantidad de agua purgada menor posibilidad de lodos y espuma en la caldera, pero teniendo en cuenta que el agua que se purga está caliente a la temperatura correspondiente a la presión de servicio y calentar este agua ha costado un dinero invertido en combustible, es necesario limitar las purgas al mínimo requerido.

Cuadro de mandos purga automática (ATTSU)

El sistema más extendido es instalar una válvula de purga continua para la purga de las espumas, que permite purgar un porcentaje ajustable del total de agua aportada, siendo esta cantidad de agua a purgar determinada por medio de los análisis químicos periódicos que deben realizarse del agua del interior de la caldera, o por medios automáticos mediante sondas sumergidas en el interior de la caldera que controlan continuamente la salinidad del agua en la misma. Para drenar los lodos que se van acumulando en las partes bajas de las calderas se actúa sobre las válvulas de drenaje por un corto período de tiempo cada determinado número de horas de servicio de la caldera, recomendándose que si una caldera dispone de varias válvulas de drenaje, éstas se operen una a una y nunca de forma simultánea.

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5. ESQUEMA TÍPICO Y ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE VAPOR

Esquema vapor

Equipo consumidor

Lineas de vapor a dos presiones con purgador final de linea

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Equipo acumulador de vapor

Grupo reductor de presión

Caldera de vapor eléctrica

Caldera de vapor con aportación de calor por aceite térmico (Vaporizador)

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RESUMEN Las instalaciones de vapor son muy usadas en la industria actual. Hemos analizado la caldera de vapor, sus accesorios, las condiciones de trabajo, hemos visto múltiples imágenes de los accesorios, esquemas y equipos que compones una instalación de vapor habiendo realizado una introducción general a un mundo de las instalaciones de calor muy especifico y apasionante por su utilidad. Este tema vale para comprender los mecanismos que mueven estas instalaciones y el por qué de los procesos utilizados, habiendo usado como hilo conductor las informaciones de un fabricante de calderas, el Reglamento de aparatos a presión.

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BIBLIOGRAFÍA Operadores Industriales de Calderas. Ministerio de Industria y energía, Subdirección general de seguridad Industrial. Depósito Legal NUM: M-2.548/1.983 http://www.teyvi.es/ie/default.htm http://www.attsu.com

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MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 8 INSTALACIONES DE ACEITE TÉRMICO. ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOS QUE LO COMPONEN

M 7 / UD 8



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Objetivos ........................................................................................

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1. Esquemas tipo y leyenda.........................................................

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2. Características principales ......................................................

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2.1. Temperatura máxima de servicio....................................

339

2.2. Temperatura de diseño....................................................

339

2.3. Presión máxima de servicio .............................................

339

2.4. Presión de diseño .............................................................

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2.5. Volumen............................................................................

340

2.6. Categoría ..........................................................................

340

2.7. Superficie de calefacción.................................................

340

2.8. Fluidos contenidos ...........................................................

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3. Aparatos de seguridad.............................................................

342

3.1. Válvula de seguridad ........................................................

342

3.2. Rompedora de vacío ........................................................

343

4. Aparatos de medida.................................................................

344

4.1. Indicadores de nivel.........................................................

344

4.2. Manómetros......................................................................

344

4.3. Termómetros ....................................................................

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5. Elementos auxiliares ...............................................................

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5.1. Circuito de salida de aceite..............................................

347

5.2. Circuito de alimentación .................................................

347

5.3. Toma de tierra ..................................................................

348

5.4. Mirilla cámara de combustión.........................................

348

6. Prescripciones de seguridad...................................................

350

6.1. Depósito de expansión ....................................................

350

6.2. Botellín separador de gases .............................................

351

6.3. Tubo de expansión...........................................................

351

6.4. Depósito colector .............................................................

352

7. Equipos de control..................................................................

353

7.1. Órganos de regulación ....................................................

353

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7.2. Automatismos de seguridad ............................................

353

7.3. Acción de los dispositivos de seguridad..........................

359

7.4. Restricciones normativas del usuario..............................

361

8. Instrucciones para el uso, conservación y seguridad.............

363

8.1. Instalación ........................................................................

363

8.2. Combustibles ....................................................................

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8.3. Instalación eléctrica .........................................................

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8.4. Protección contra incendios............................................

366

8.5. Puesta en marcha de la instalación.................................

366

8.6. Entretenimiento y mantenimiento .................................

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8.7. Pruebas periódicas ...........................................................

369

8.8. Reparación........................................................................

369

Resumen ........................................................................................

371


373

Bibliografía ....................................................................................

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INTRODUCCIÓN El uso de generadores e instalaciones de aceite térmico está indicado en sistemas donde se necesiten altas temperaturas de trabajo, del orden de 200° C o más. Este tipo de instalaciones tienen la ventaja de funcionar a muy alta temperatura y moderadas presiones de trabajo con lo que tenemos la ventaja de que son sistemas que según la reglamentación vigente se encuadran en la categoría C, por lo que no necesitan condiciones especiales de instalación en cuanto a la obra civil y distancias a otras instalaciones. El principal inconveniente de estas instalaciones se centra en su menor rendimiento térmico y su coste, normalmente elevado, debido precisamente a la alta temperatura a la que se trabaja, lo que se traduce en el uso de bombas, válvulas y equipamiento de regulación de alto precio comparado por ejemplo con las instalaciones de vapor o de agua caliente. Así mismo, al igual que en las instalaciones de agua caliente y sobrecalentada, se necesita de un sistema de bombeo del fluido transmisor que incrementa los costes de funcionamiento, debido al consumo constante de energía eléctrica de estos equipos. Otra posible desventaja asociada a estas instalaciones es el alto coste del fluido transmisor, aceite térmico, y la menor capacidad de intercambio que posee frente al vapor, lo que hace necesaria la instalación de mayores intercambiadores a igual potencia.

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OBJETIVOS Esta unidad didáctica es una introducción a las instalaciones de aceite térmico, en las que la sala de calderas y la caldera en si son equipos regulados por el Reglamento de Aparatos a Presión, en los que en ocasiones existe la necesidad de la figura profesional del “Operador de Calderas” que es el responsable de comprobar las seguridades de la caldera y los mantenimientos diarios que surgen. Un operador de calderas debe conocer el RAP y sus ITC (Instrucciones Técnicas Complementarias) para adquirir esta competencia, de la cual será examinado en la Delegación de Industria, y así obtener el carné profesional que le acredita. Esta unidad didáctica y la anterior han sido desarrolladas como introducción al temario oficial para obtención del citado carné, además de pretender: Conocer las instalaciones de aceite térmico. Saber determinar y localizar las medidas de seguridad exigibles a estas instalaciones. Conocer los criterios de uso de las instalaciones de aceite térmico, sus aplicaciones y sus limitaciones.

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1. ESQUEMAS TIPO Y LEYENDA Descripción del generador. Los generadores de fluido térmico son acuotubulares, formados por serpentines concéntricos, con número de entradas en función del caudal de circulación, de tubo de acero, formado por espiras, cuyas generatrices de tubo están en contacto unas con otras formando una pantalla cilíndrica en cuyo interior se realiza la combustión. Por el interior del tubo serpentín circula el fluido térmico en régimen forzado y turbulento para evitar que se alcancen temperaturas de película excesivas. Los serpentines indicados se sitúan en el interior de una virola de chapa de acero que completa el circuito forzado de los gases de combustión, el cilindro citado está calorifugado exteriormente y recubierto por chapa metálica; ninguno de los cilindros citados está sujeto a presión. Los cuerpos cilíndricos indicados, así como el serpentín de paso de aceite van montados sobre una base construida con perfiles laminados. Los generadores verticales y horizontales son exactamente iguales en su construcción variando únicamente la posición vertical u horizontal del serpentín y sus envolventes.

Generador de aceite térmico vertical

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Esquema tipo n° 1

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Esquema tipo n° 2

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Leyenda

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2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 2.1. Temperatura máxima de servicio Recordemos que las temperaturas de trabajo son las diversas temperaturas alcanzadas en los fluidos utilizados en las calderas, en las condiciones normales de funcionamiento. Generalmente se diseñan los generadores para una temperatura máxima de servicio de hasta 325°C, temperatura que puede ser inferior y que únicamente dependerá de la calidad y tipo de fluido térmico que se utilice en la instalación.

2.2. Temperatura de diseño Es la temperatura prevista en las partes metálicas sometidas a presión en las condiciones más desfavorables de trabajo; generalmente la temperatura de diseño es de 450°C. La temperatura de diseño se utiliza para calcular la resistencia de los elementos sometidos a presión, porque no tiene la misma resistencia un metal en frío que uno caliente; generalmente baja con el aumento de la temperatura.

2.3. Presión máxima de servicio Es la presión límite a la que quedará sometida la caldera una vez conectada a la instalación receptora. De conformidad con el Articulo 7°, tercero de la Instrucción Técnica Complementaria MIE. AP1, la presión máxima de servicio se compone de: •

Presión máxima debida a la tensión de vapor o al uso de gas inerte: 0.50 kgf/cm2.

•

Presión debida a la altura geométrica del líquido (máxima): 5,00 kgf/cm2.

•

Presión dinámica producida por la bomba de circulación (máxima), más presión estática: 9,00 kgf/cm2. Máxima presión de servicio 9,00 kgf/cm2.

(Datos ofrecidos a nivel de ejemplo, ya que puede variar en las distintas instalaciones).

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2.4. Presión de diseño Es la máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera.

2.5. Volumen El volumen de la caldera será el del fluido contenido en su interior y se mide en m3.

2.6. Categoría Dependiendo de la categoría de una caldera se puede saber el nivel de peligrosidad y exigencias de seguridad a la que está sometida, el RAP (Reglamento de Aparatos a Presión) hace una clasificación en la que las considera de categorías A, B y C. Siendo las más peligrosas las de categoría A y las menos las de categoría C. Hay que pensar que se considera el peligro de explosión y expansión de las partes a presión por lo que se determina la categoría a partir de la expresión: PxV Donde: P = Presión de diseño en Kg/cm2. V = Volumen de los fluidos contenidos en m3. Se determina la categoría por las expresiones siguientes: Categoría A:

V x P > 600

Categoría B:

10 < V x P

Categoría C:

VxP

600

10

Generalmente las calderas de aceite térmico son de categoría C, aunque hay que distinguir entre las calderas de aceite térmico y las de fluido térmico, ya que el aceite es un fluido conocido y el fluido térmico es cualquiera que sea diferente del agua.

2.7. Superficie de calefacción Se denomina superficie de calefacción a la que dispone la caldera para transmitir el calor de la llama y de los humos al fluido; el calor pasa por radiación fundamentalmente en el hogar, al ser la llama un elemento caliente y luminoso, el resto del recorrido lo hace por convección forzada y transmisión hasta conseguir que los humos calientes sean enfriados y cedan su calor al fluido de la caldera.

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Una excesiva superficie de calefacción genera un coste de la caldera innecesario y una superficie corta genera pérdidas energéticas y salida de humos calientes a la atmósfera.

2.8. Fluidos contenidos Este tipo de calderas usan como fluido caloportador el aceite térmico cuyas características vendrán determinadas por la temperatura máxima de servicio. Un dato muy importante es la resistencia al calor, que permitirá que la temperatura de película, alcanzada a la temperatura máxima de servicio, no deteriore el mismo. La temperatura de película es la que existe en la periferia de los tubos sometidos a la acción de la llama; éste es un punto de riesgo, ya que si aumenta por encima del punto de resistencia al calor, el aceite térmico craquiza, provocando una solidificación y adhesión en el interior de los tubos que puede llegar a obstruir el circuito. La tensión del vapor a la temperatura máxima de servicio será siempre inferior a la presión atmosférica; asimismo, los fluidos térmicos utilizados serán resistentes a la oxidación y a la descomposición.

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3. APARATOS DE SEGURIDAD 3.1. Válvula de seguridad Como en un debate, el cuadro eléctrico actúa de moderador para mantener un diálogo fluido entre los distintos elementos que intervienen tanto en la seguridad como en el control de funcionamiento; un nivel de aceite que detecta cuándo falta o sobra aceite en la instalación; un presostato de seguridad que interviene si la presión en el interior de la caldera alcanza la establecida y además los bloqueos producidos por el mal funcionamiento de la bomba de circulación o del quemador y, por supuesto, controla el funcionamiento de todos los demás elementos de la caldera. Todos los elementos se comunican con el cuadro eléctrico, y si en algún momento detectan un mal funcionamiento intervienen haciendo caer la maniobra, se para el quemador y lo comunica a través de una alarma sonora e iluminando un piloto externo que nos informa mostrando el elemento que ha producido la anomalía. El único elemento de seguridad que no interviene en dicho diálogo es la válvula de seguridad, que actúa de manera autónoma, como ejecutora en una misión de la que ella es la última responsable, cuando los sistemas intermedios de seguridad fallan por el motivo que sea y la presión en la caldera continúa creciendo; esta válvula debe estar regulada a la presión máxima de trabajo, determinada en las características de la caldera, de forma que si la presión interior de la caldera excede esta presión de tarado se abre, permitiendo la salida libre del fluido, disminuyendo la presión en el interior de la misma. En el depósito de expansión cerrado, si fuese de este tipo, se instalará una sola válvula. La válvula será de elevación, sistema de resorte, salida conducida, en la que la presión del fluido evacuado contribuye a la elevación de la válvula. La citada válvula será tarada a la presión de 0,50 Kgf/cm2. La válvula de seguridad será dimensionada de forma que la descarga de la misma impida un aumento de presión en la instalación de más del 10% de la permitida. Estará la válvula preparada para establecer una conducción hasta el depósito colector, con tubo de acero de sección mayor que la nominal de la válvula, de modo que no se produzca una contrapresión superior a la prevista. En ningún caso se instalará antes o después de la válvula de seguridad ninguna válvula de paso o estrangulamiento de la conducción.

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La válvula se instalará tal como dispone la I.T.C.MIE.AP1, Art. 19 punto 1.1.2.


3.2. Rompedora de vacío Un sistema rompedor de vacío es el que provoca que el interior de un recipiente quede en comunicación con la atmósfera, permitiendo la entrada de aire del exterior cuando se detecta que existe presión inferior a la atmosférica. Si el depósito de expansión es de tipo cerrado, se instalará en el mismo una válvula rompedora de vacío.

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4. APARATOS DE MEDIDA 4.1. Indicadores de nivel Una buena circulación de aceite se hace necesaria para el correcto funcionamiento de la caldera, resultando inadmisible la existencia de bolsas de aire en la instalación. Una de las cosas que puede provocar la existencia de bolsas es un nivel bajo, por lo tanto en el depósito de expansión de la instalación se colocará un indicador visual de nivel. 1. El nivel mínimo del aceite en el depósito de expansión estará medido sobre el punto más elevado de la instalación. 2. El nivel mínimo se marcará de modo bien visible sobre el indicador de nivel. 3. En todas las instalaciones, los niveles se montarán de forma tal que permitan fácilmente su comprobación, limpieza y sustitución. 4. El indicador de nivel dispondrá de las correspondientes llaves que permitan su incomunicación con el depósito y de un grifo de purga.

Indicador de nivel

4.2. Manómetros Circuito entrada aceite Junto al generador, y entre éste y la bomba de circulación, se colocará un manómetro de clase cinco de sensibilidad y que indicará la presión de impulsión de la bomba.

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En la esfera, de alcance 0 - 10 Kgf/cm2, se indicará con una señal visible (trazo rojo) la presión máxima de servicio.

Circuito salida aceite Junto al generador, y entre éste y la válvula de interrupción de salida de líquido caloriportante, se instalará un manómetro de clase cinco de sensibilidad que indicará la presión en el principio de la red del circuito de salida de aceite. En la esfera de alcance 0 - 10 Kgf/cm2 se indicará con una señal visible (trazo rojo) la presión máxima de servicio de la red general.

Localización aparatos de medida

Observando los dos manómetros podemos determinar varias situaciones: Bomba de circulación de aceite parada: Los dos manómetros señalan únicamente presión estática, correspondiente a la presión de la columna de aceite o la presurización del circuito. Bomba de circulación con funcionamiento defectuoso por bolsas de gas o aire (cabitación): Los manómetros oscilan y aumentan y bajan rápidamente la presión; esta observación viene acompañada del salto de la alarma provocada por el presostato diferencial de aceite. Caldera funcionando correctamente: El manómetro de entrada de aceite marca más presión que el de salida y la diferencia corresponde a la pérdida de carga que ofrece el serpentín de la caldera al circular por su interior.

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4.3. Termómetros Circuito de entrada El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipo analógico o digital, con el que registrará la temperatura de entrada del aceite a la caldera.

Circuito de salida El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipo analógico o digital, con el que registrara la temperatura de salida del aceite a la caldera. La diferencia que exista entre el termómetro de entrada y de salida es el salto térmico que la caldera le provoca a el aceite.

Salida de humos El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipo analógico o digital, con el que registrará la temperatura máxima de la salida de los gases de combustión. De su observación podemos determinar una aproximación sobre el rendimiento de la combustión, sabiendo que cuanto más cerca está la temperatura de los humos a la de salida del aceite térmico mejor será el rendimiento.

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5. ELEMENTOS AUXILIARES 5.1. Circuito de salida de aceite Válvula de interrupción En el circuito de salida del fluido térmico y junto al generador, se colocará una válvula de interrupción de accionamiento manual, que permitirá independizar el equipo de la instalación cuando se desee.

5.2. Circuito de alimentación Equipo de bombeo Es el encargado de hacer circular el aceite térmico por el generador y la instalación; siempre debe estar en marcha y cualquier parada o avería que se produzca en el equipo de bombeo provocará el paro del quemador, ya sea por abrirse el circuito eléctrico de éste o bien por actuar alguno de los automatismos de seguridad que se indicarán, es decir que cualquier fallo eléctrico o mecánico del equipo de bombeo no podrá producir una elevación de temperatura inadmisible en el líquido caloriportante. A tal efecto, el generador de referencia estará equipado con una electrobomba de recirculación centrífuga con cierre mecánico refrigerado por aire (Artículo 19 punto 1.3. I.T.C.MIE AP1). El caudal de la bomba es directamente proporcional a la potencia del generador e inversamente proporcional al calor especifico del aceite a la temperatura de trabajo, al peso especifico del aceite y al incremento de temperatura deseado.

Veamos un ejemplo de cálculo de caudal necesario. Considerando que: Potencia térmica del generador =

2.000.000 Kcal/hora

Calor especifico =

0’59 Kcal/Kg.

Peso especifico =

775 Kg/m3.

Incremento de temperatura =

20 °C

Resulta un caudal de:

217 m3/hora

La presión dinámica producida por la bomba indicada será como máximo de 4,5 Kgf/cm2.

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Circuito alimentación aceite

Filtro Antes de la entrada del fluido térmico a la bomba de recirculación se instalará un filtro tipo colador, a fin de evitar desperfectos a la bomba por partículas sólidas procedentes de la red general.

Válvula de interrupción En el circuito de entrada del fluido térmico a la bomba de circulación, se colocará una válvula de interrupción de accionamiento manual. Nota: Todos los accesorios indicados serán de construcción: •

PN -16 para temperaturas de servicio de hasta 300° C.

•

PN -25 para temperaturas mayores y hasta 325° C.

5.3. Toma de tierra De conformidad con lo dispuesto en el Articulo 21 de la I.T.C.MIE AP1, el generador, el equipo de combustión, la bomba y el cuadro de maniobra dispondrán de una conexión a masa para reducir su potencial a cero.

5.4. Mirilla cámara de combustión La cámara de combustión estará provista de una mirilla de material y color adecuado a las condiciones de servicio, a fin de permitir una buena visión de la llama con el objeto de ayudar a los técnicos de mantenimiento a regular el quemador observando el color de la llama y su longitud.

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6. PRESCRIPCIONES DE SEGURIDAD 6.1. Depósito de expansión El fluido térmico, al aumentar su temperatura, aumenta su volumen, funcionando las instalaciones de fluido térmico llenas de líquido, es necesario prever un aparato capaz de absorber de forma segura estas variaciones de volumen; para este cometido se utiliza el depósito de expansión. Todos los generadores se suministrarán con un depósito de expansión, de forma que: Las instalaciones de fluido térmico de hasta 1.000 litros de capacidad, estarán equipadas con un depósito de expansión, de capacidad suficiente para que puedan absorber 1,5 veces el aumento de volumen de toda la carga del líquido a la máxima temperatura de servicio. En las instalaciones con una capacidad superior a 1.000 litros bastará con que puedan absorber 1,3 veces el aumento de volumen de toda la carga de líquido a la máxima temperatura de servicio. Las dimensiones de los depósitos de expansión utilizados estarán en función de la carga total de fluido de cada instalación y su elección se hará individualizada para cada instalación. El depósito de expansión será de tipo abierto o cerrado, en función de la temperatura de trabajo y de las características del fluido.

Depósito de expansión abierto Cuando las características del fluido térmico utilizado, así como de la temperatura de trabajo, supongan que a la temperatura máxima de servicio la presión de vapor de dicho fluido sea muy inferior a la atmosférica, el depósito de expansión será abierto y estará en comunicación atmosférica de una forma libre y segura que impida la formación de sobrepresiones que superen en más del 10% la presión máxima permitida. Para proteger el aceite térmico de la oxidación que podría ocasionar su contacto con el aire, cuando la temperatura del aceite supera los 60° C, el depósito de expansión de tipo abierto está en comunicación con la atmósfera a través del depósito colector y dentro de éste, a través de un sistema de sellado que impide que el aire de la atmósfera esté en contacto con el aceite caliente que puede haber en el deposito de expansión. El tubo de comunicación con la atmósfera estará situado en la generatriz superior del depósito colector, verticalmente, pero terminará con una

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curva de 180° que evita que accidentalmente puedan caer a este depósito objetos extraños.

Depósito de expansión cerrado Cuando las características del fluido térmico utilizado, así como de la temperatura de trabajo, supongan que a la temperatura máxima de servicio, la presión de vapor de dicho fluido esté próxima o supere la presión atmosférica, el depósito de expansión será cerrado y se llenará de gas inerte a una presión que no será superior a 0,5 kgf/cm2, presión que vendrá limitada por la válvula de seguridad indicada en el punto 3.1., y dispondrá de sistemas de seguridad que impidan una sobrecarga de presión. Este depósito de expansión no llevará tubo rebosadero, pero la salida de la válvula de seguridad será dirigida al depósito colector. Cuando se utilice una válvula de seguridad, cumplirá las disposiciones constructivas y de calidad recogidas en el apartado 1 del artículo 15 de las ITC MIE AP-1. El depósito de expansión será cilíndrico, horizontal y en el mismo se instalarán los elementos de seguridad indicados en el punto 3 y el indicador de nivel indicado; además estará equipado con un limitador de nivel mínimo de seguridad que se describe más adelante.

6.2. Botellín separador de gases Está formado por un pequeño cuerpo cilíndrico vertical unido por una de sus generatrices al circuito de retorno de aceite térmico; por el fondo inferior, al circuito de retorno al generador y por el superior, al depósito de expansión. Este botellín estará destinado a separar la humedad y gases del circuito de líquido caloriportante y que proviene de la construcción o instalación de los aparatos de consumo en su puesta en marcha o después de una parada prolongada.

6.3. Tubo de expansión Desde el botellín separador de gases saldrá un tubo de expansión que estará unido a la parte baja del depósito de expansión; la tubería de expansión estará desprovista de estrechamientos y de cualquier elemento de cierre. Así, el depósito de expansión está conectado con el depósito colector y éste está conectado con la atmósfera a través de una tubería de diámetro nominal igual o superior al resultante de la siguiente fórmula:

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Siendo: Q = potencia térmica de la caldera en Kcal/h. d = diámetro mínimo expresado en mm. Luego necesitará un DN que se especifica en la parte de cálculos. Que evitará de manera eficaz que la presión pueda superar en más de un 10% la presión máxima permitida de la instalación. Si junto al aceite caloriportante caliente pudiese haber agua, estas conexiones atmosférica serán del tamaño siguiente al obtenido según la formula anterior.

6.4. Depósito colector Toda instalación de fluido térmico se suministrará con un depósito colector con una capacidad suficiente para recibir la cantidad total de aceite de la instalación, es decir, la suma de la caldera del depósito de expansión, de las tuberías de distribución y de los equipos consumidores, y dispondrá de volumen para una pequeña reserva. Por consiguiente, dado que la capacidad del depósito colector no depende exclusivamente de la caldera, sino del conjunto de la instalación, se fijarán las dimensiones de los mismos para cada instalación. Este depósito se instalará en el punto más bajo que resulte de la instalación, de la caldera o del equipo consumidor. De conformidad con la Norma UNE 9 - 310 – 76, el colector dispondrá de un tubo de ventilación y otro de vaciado. El depósito colector dispondrá de una válvula de cierre que permite la extracción del agua que pudiese haber en la instalación, y que a través del depósito de expansión y de la comunicación entre este depósito y el depósito colector (el vaciado del depósito de expansión se realiza en el colector) pasa a este depósito.

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7. EQUIPOS DE CONTROL El generador de fluido térmico proyectado estará equipado con los automatismos de regulación y seguridad previstos en la I.T.C.MIE.AP1 y que se indican a continuación.

7.1.- Órganos de regulación 7.1.1. Regulación de nivel La altura de nivel en el depósito de expansión se mantiene constante a temperatura constante y un control de nivel mínimo situado en este depósito de expansión impide que funcione el equipo de aporte de energía térmica en caso de que dicho nivel no se alcance. En el depósito de expansión de la instalación se colocará un indicador de nivel visual tipo caja con cristal de reflexión.

7.1.2. Regulación de temperatura Los generadores están equipados con un termostato situado en el circuito de salida del aceite y que actúa parando o poniendo en marcha el quemador para mantener la temperatura del fluido térmico entre límites de temperatura prefijados; dichos límites se mantendrán por debajo de la temperatura máxima permitida. Los termostatos podrán ser sustituidos por termostatos de tipo electrónico, con sonda de tipo de termopar y con lectura digital de la temperatura de ajuste y de la temperatura real.

7.1.3. Regulación de presión Los generadores están dotados con un presostato de control de presión máxima, que detectan el funcionamiento del mismo; si por alguna causa se alcanzase esta presión (por ejemplo, la creación de bolsas de vapor de agua, el haberse cerrado alguna válvula de circulación, etc.) dicho presostato estará regulado por debajo de la presión de servicio del quemador.

7.2. Automatismos de seguridad Si la acción de un órgano de seguridad provoca el paro de la combustión, este paro será definitivo, precisando, para su nueva puesta en marcha, de una acción manual. Cuando actúe alguno de los automatismos de seguridad se pondrá en funcionamiento una señal acústica de alarma.

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7.2.1. Seguridad en el fluido Seguridad por nivel de aceite En el depósito de expansión se colocará un limitador bajo de nivel, tipo flotador, que actuará sobre el funcionamiento del quemador, parándolo cuando el nivel de aceite en el mismo descienda por debajo de una altura mínima prefijada.

Seguridad por exceso de temperatura del fluido El generador está equipado con un termostato de seguridad por exceso de temperatura, situado en el circuito de salida del aceite y ajustado a mayor temperatura que el termostato de control, actúa como seguridad del primero y del sistema y en el caso de que la temperatura del fluido alcanzase la temperatura a que este termostato está regulado, parará de forma definitiva el quemador y conectará el sistema de alarma acústica.

Seguridad de presión máxima (Art. 23.3.3 ITC MIE AP1) Garantizada por un presostato de control que actúa cuando la presión en la salida de la bomba supere la presión máxima de servicio y que en cualquier caso siempre será inferior a la presión de diseño del generador y que, en el caso de alcanzarse dicha presión, provoca la parada definitiva del generador, de los circuitos de mando del quemador y conecta la alarma. Es necesaria la acción manual para la nueva puesta en marcha del generador, después de haber actuado la seguridad por presión máxima. Se recomienda al usuario que en este supuesto sea un técnico competente quien ponga en marcha el generador, después de haber realizado una revisión del mismo.

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Seguridad por defecto de caudal Un presostato diferencial entre las tomas de entrada y salida del fluido térmico del generador, actuará en todos aquellos casos en que se produzca una disminución del caudal prefijado, parando el quemador, cortando el paso de combustible y haciendo sonar la alarma sonora. El mecanismo de funcionamiento se basa en el hecho conocido de la pérdida de presión en el interior del generador al caudal de régimen; el presostato diferencial actúa cuando la diferencia de presiones, es decir el caudal que circula, es menor al previsto.

7.2.2. Seguridad en la combustión Seguridad concerniente a la evacuación de humos (Art. 23.3.4 ITC MIE AP1) Cuando exista un sistema de obturación del circuito de humos, será imprescindible la existencia de un dispositivo (final de carrera) que impida la combustión, si dicho sistema de obturación no está en posición abierta.

Seguridad de la llama (Art. 23.3.5 ITC MIE AP1) El quemador del generador, ya sea para combustible líquido o para gas, estará provisto de un dispositivo eficaz de detección de la llama. Si la llama desaparece durante el normal funcionamiento del quemador, dicho dispositivo provocará el cierre de los órganos de mando automático de alimentación de combustible al quemador, conectándose la alarma acústica. El tiempo de respuesta entre la desaparición de la llama y el momento en que la alimentación de combustible es interrumpida será como máximo de 1 segundo.

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Después de una extinción anormal de la llama, se prohíbe totalmente el reencendido automático, debiendo realizarse una vez subsanada la avería, mediante una acción manual.

Seguridad de aire de combustión para combustibles gaseosos (Art. 23.3.6 ITC MIE AP1) El quemador de gas está dotado de un presostato de baja presión para detectar la presencia de aire suficiente para la combustión, bloqueando la llegada de combustible al quemador y provocando el paro del mismo en caso de fallo en la aportación de dicho aire. Este bloqueo requerirá, para su nueva puesta en marcha, de la acción manual, una vez subsanada la anomalía.

Seguridad de encendido para quemadores automáticos (Art. 23.3.7 ITC MIE AP1). El programa de encendido del quemador comprende una serie de operaciones ordenadas de la siguiente forma: A. En el momento de la señal de puesta en marcha, se producirá un barrido para evacuar los gases que hubiesen podido quedar en el interior del hogar y el circuito de humos; el volumen del aire de barrido será cuatro veces superior al del volumen del hogar y los tubos de humos y se realizará con el dispositivo de reglaje de aire abierto en la posición de caudal suficiente. B. Después del barrido descrito en el punto A, entrará en funcionamiento el sistema de encendido, compuesto por una fuente de calor de pequeña potencia calorífica (un arco eléctrico que salta entre dos electrodos) capaz de provocar el encendido del combustible principal. C. Las válvulas automáticas del combustible principal no podrán abrirse hasta que haya aparecido la fuente de calor que produzca el encendido. El dispositivo de seguridad de la llama interrumpirá la alimentación de combustible cuando la llama principal no se haya establecido en menos de 5 segundos para los quemadores de combustibles líquidos, o de 2 segundos para los quemadores de combustibles gaseosos. D. No se permitirá ninguna tentativa automática de reencendido después de un fallo en el encendido. Para poder realizar un reencendido se procederá a subsanar la causa de la anomalía y se empezará de nuevo el ciclo de reencendido con el prebarrido descrito en el punto A.

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Seguridad relativa a los combustibles (Art. 23.4 ITC) Cuando un combustible líquido deba alcanzar una cierta temperatura para que su combustión sea perfecta, será necesario instalar un termostato que impida el funcionamiento del quemador, en tanto no se alcance dicha temperatura. Si eventualmente, utiliza un combustible que no deba ser calentado, podrá ponerse fuera de servicio el dispositivo indicado y, en tal caso, habrá un testigo luminoso en el cuadro de mando indicando dicha circunstancia. Cuando el combustible utilizado sea gas, y la alimentación del mismo al quemador se realice a través de un reductor o elevador de presión, será necesario instalar una válvula de sobrepresión de gas a la salida del mismo. El escape de esta válvula de sobrepresión de gas se realizará al aire libre, a una altura suficiente y de manera tal que el gas expulsado no pueda penetrar en los locales vecinos. Adicionalmente, existirá un mecanismo que impida el funcionamiento del quemador cuando la presión del gas no esté comprendida dentro de los límites prescritos por el fabricante. En el generador equipado con quemador de combustible líquido, en el cual la presión del combustible está producida por la acción de una bomba, accionada por el motor del ventilador del propio quemador, existe una electroválvula que interrumpe el paso de combustible, en el momento en que se recibe la señal de paro. El quemador es de potencia mayor a 500.000 Kcal/hora por lo que estará equipado con dos electroválvulas montadas en serie. En los generadores equipados con quemador de combustible gaseoso, la interrupción de la alimentación de gas al quemador se realiza por dos electroválvulas automáticas instaladas en serie y una tercera electroválvula de seguridad con toma intercalada entre estas dos electroválvulas y que funciona del siguiente modo: Cuando el quemador está funcionando, las dos electroválvulas principales instaladas en serie están abiertas y la electroválvula de seguridad intermedia cerrada. Cuando el quemador está parado, las dos electroválvulas instaladas en serie están cerradas y la electroválvula de seguridad intermedia abierta, de manera que si la primera de estas electroválvulas no cerrase perfectamente, el gas que pasaría a través de ésta, saldría al exterior a través de la electroválvula de seguridad que está abierta sin tensión; el escape al exterior de esta electroválvula de seguridad pasa a través de un botellín transparente que contiene glicerina, de manera que sea perceptible el burbujeo del gas a través del liquido.

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El escape de gas que atraviesa este botellín se conduce al exterior del edificio, a una altura suficiente y de modo que no pueda penetrar en otro edificio; además este conducto estará provisto de un cortafuegos. Una válvula de interrupción de accionamiento manual también impide la llegada de combustible al quemador de la caldera, tanto si se utiliza combustible liquido como gaseoso. El tiempo de respuesta entre el momento en que la llama desaparece y el momento en que la alimentación de combustible es interrumpida será como máximo de diez segundos para combustibles líquidos y para una potencia de 300.000 Kcal/h., y de un segundo para combustibles gaseosos y combustibles líquidos con una potencia superior a 300.000 Kcal/h. Asimismo, la sonda fotoeléctrica bloqueará el quemador si en el curso de la puesta en marcha del mismo, el combustible no se ha inflamado después de un lapso de tiempo prefijado de antemano, que no sobrepasará los diez segundos para quemadores de combustibles de hasta 300.000 Kcal/h., y de cinco segundos para quemadores de mayor potencia; para quemadores de gas, los tiempos de seguridad serán como máximo de dos segundos para potencias de hasta 2.000.000 Kcal/h., y de tres segundos para potencias mayores. El funcionamiento de las seguridades relativas a los combustibles presupone una acción manual de desbloqueo una vez comprobadas y solucionadas las causas de estas averías.

Seguridad por exceso temperatura de gases de combustión En el principio de la chimenea se coloca un termostato que controla la temperatura de salida de los gases de combustión. Cualquier anomalía en el circuito de fluido caloriportante, ya sea por exceso de combustible, de temperatura del fluido o por defecto de caudal, supone un aumento de temperatura de salida de gases, que hace actuar el termostato, bloqueando el quemador, cerrando el paso de combustible al mismo y haciendo sonar la alarma sonora.

Barrido de gases Todos los quemadores estarán equipados con un programador de secuencias que pondrá en funcionamiento el ventilador del quemador antes de su encendido. El volumen de aire introducido en el hogar y su circuito de humos será como mínimo el doble del volumen total de dicho circuito.

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7.3. Acción de los dispositivos de seguridad Todos los dispositivos de seguridad actúan de forma que al producirse un paro por la acción de ellos, y aun en el caso de que se restablezcan las condiciones normales, es necesaria la reposición manual para la nueva puesta en marcha del generador.

Dispositivos de paro en el sistema de calentamiento (Art. 23.3.1 ITC MIE AP1). Los sistemas de mando automático de este generador son de tipo eléctrico y, en caso de fallo en el suministro de energía eléctrica, retornan a la posición de parada desconectando el sistema de calentamiento, de modo que al restablecerse el suministro de energía eléctrica, es necesario realizar una puesta en marcha manual, para restablecer el funcionamiento del generador. El suministro de energía eléctrica al quemador de combustible se realiza a través de un contactor de mando, que interrumpe inmediatamente la llegada de dicha energía cuando recibe la señal de cierre. Los quemadores con que se equipará el generador de fluido térmico serán automáticos y estarán provistos de una sonda fotoeléctrica que, en caso de extinción de la llama, cierra el paso de combustible y acciona una señal de alarma.

Válvulas de cierre de combustible En el generador equipado con quemador de combustible liquido, en el cual la presión del combustible está producida por la acción de una bomba, accionada por el motor del ventilador del propio quemador, existe una electroválvula que interrumpe el paso de combustible, en el momento en que se recibe la señal de paro. En los generadores equipados con quemador de combustible gaseoso, la interrupción de la alimentación de gas al quemador se realiza por dos electroválvulas automáticas instaladas en serie y una tercera electroválvula de seguridad con toma intercalada entre estas dos electroválvulas y que funciona del siguiente modo: Cuando el quemador está funcionando, las dos electroválvulas principales instaladas en serie están abiertas y la electroválvula de seguridad intermedia, cerrada. Cuando el quemador está parado, las dos electroválvulas instaladas en serie están cerradas y la electroválvula de seguridad intermedia, abierta; de manera que si la primera de estas electroválvulas no cerrase perfectamente, el gas que pasaría a través de ésta saldría al exterior a través de la electroválvula de seguridad que está abierta sin tensión; el

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escape al exterior de esta electroválvula de seguridad pasa a través de un botellín transparente que contiene glicerina, de manera que sea perceptible el burbujeo del gas a través del liquido. El escape de gas que atraviesa este botellín se conduce al exterior del edificio, a una altura suficiente y de modo que no pueda penetrar en otro edificio; además este conducto estará provisto de un cortafuegos. Una válvula de interrupción de accionamiento manual también impide la llegada de combustible al quemador de la caldera, tanto si se utiliza combustible liquido como gaseoso. El tiempo de respuesta entre el momento en que la llama desaparece y el momento en que la alimentación de combustible es interrumpida será como máximo de diez segundos para combustibles líquidos y para una potencia de 300.000 Kcal/h., y de un segundo para combustibles gaseosos y combustibles líquidos con una potencia superior a 300.000 Kcal/h. Asimismo, la sonda fotoeléctrica bloqueará el quemador, si en el curso de la puesta en marcha del mismo el combustible no se ha inflamado después de un lapso de tiempo prefijado de antemano, que no sobrepasará los diez segundos para quemadores de combustibles de hasta 300.000 Kcal/h., y de cinco segundos para quemadores de mayor potencia; para quemadores de gas los tiempos de seguridad serán como máximo de dos segundos para potencias de hasta 2.000.000 Kcal/h., y tres segundos para potencias mayores.

Presostatos en quemadores de combustibles gaseosos En los quemadores para combustibles gaseosos, cuando la alimentación de gas se realice a través de un reductor o elevador de presión, se instalará una válvula de sobrepresión a la salida del mismo. Un presostato accionará el dispositivo de bloqueo del quemador cuando la presión del gas sea inferior o superior a la fijada por el fabricante del quemador. Un presostato cerrará el paso de combustible cuando la presión de aire al quemador sea inferior al límite prefijado por el fabricante.

Seguridad por paro de la bomba En el cuadro eléctrico se dispondrá de un dispositivo de seguridad, que impida la puesta en marcha del quemador si antes no se ha puesto en marcha la bomba de circulación de aceite; dicho dispositivo cierra el circuito eléctrico del quemador al poner en marcha la bomba de circulación y lo desconecta cuando ésta se para.

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Seguridad en caso de fallo de corriente eléctrica (Art. 21.3 ITC MIE-AP1). El cuadro eléctrico del generador estará equipado con un interruptor automático que, en caso de corte o fallo de energía, abre el circuito eléctrico general de la instalación, siendo necesario un rearme manual para la nueva puesta en marcha del generador, una vez restablecido el suministro de energía eléctrica.

7.4. Restricciones normativas del usuario Calderas bajo vigilancia indirecta (Art. 23.1 ITC MIE AP1) El generador incorpora en la instalación eléctrica un temporizador para paro automático que actúa sobre el conjunto caldera/quemador, desconectándolo, si tras un funcionamiento de dos horas no se ha realizado una inspección para asegurarse del buen funcionamiento del generador y no se ha maniobrado el conmutador colocado en el mismo generador. Una señal acústica, accionada por los dispositivos de seguridad siguientes: •

Falta de nivel en el depósito de expansión.

•

Falta de caudal de aceite.

•

Temperatura excesiva del aceite.

•

Sobrepresión de aceite.

•

Temperatura excesiva de los gases de combustión.

•

Desaparición de la llama.

•

Falta de aire de combustión en las calderas que utilicen combustible gaseoso.

•

Falta de vigilancia.

•

Presión de gas distinta a la permitida por el fabricante del quemador.

Sonará en el generador y será audible en el puesto en el que el conductor del generador se encuentre habitualmente, instalándose una segunda alarma acústica si para este fin fuese necesario. Desde dicho lugar deberá poderse bloquear el sistema de calefacción de la caldera y éste no podrá volver a ponerse en servicio sin que medie previamente una acción manual dentro de la sala de calderas y hasta no haber comprobado la desaparición de la causa que ha perturbado su normal funcionamiento.

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La anulación de una cualquiera de las seguridades del generador presupondrá pasar de inmediato a un régimen de vigilancia directa, anotando dicha circunstancia en el Libro Registro correspondiente.

Prohibición de puesta en marcha por aparatos de relojería (Art. 21.4 ITC MIE AP1) Se advierte al usuario de la prohibición de realizar la puesta en marcha del generador por la utilización de aparatos de relojería, realizándose esta puesta en marcha necesariamente por acción manual directa.

Aportación calorífica máxima (Art. 21.5 ITC MIE AP1) Se advierte al usuario de la prohibición de superar la aportación calorífica máxima para la que han sido construidos los generadores, y que figura en la placa de características del mismo. Los generadores son válidos para fuelóleo, gasóleo y gas natural y propano.

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8. INSTRUCCIONES PARA EL USO, CONSERVACIÓN Y SEGURIDAD 8.1. Instalación El artículo 9, punto 3 de la I.T.C.MIE.AP1 del Reglamento de Aparatos a Presión, aprobado por Real Decreto 1244/1979 de 4 de abril indica que estas calderas pueden ser instaladas sin limitación en cuanto a su emplazamiento, con la única excepción de estar encima o debajo de viviendas y locales de pública concurrencia. La situación del generador, no obstante, ha de permitir que todas las operaciones de mantenimiento, entretenimiento y conservación puedan efectuarse en condiciones de seguridad. El espacio ocupado por el generador y el necesario para las operaciones de mantenimiento y entretenimiento estará debidamente delimitado por una cerca metálica o cadena, con el fin de impedir el acceso de personal ajeno al servicio del generador. El generador, y en especial los aparatos de medida, seguridad y control, estarán debidamente iluminados. La sala donde se instale el generador de fluido térmico estará ventilada, debiendo disponer, cuando linda con el exterior, en su parte inferior de unas aberturas cuya sección total sea como mínimo, en cm2, la 1/500 veces la potencia calorífica de los quemadores. En la parte superior de una de las paredes que dé al exterior o en el techo y en posición opuesta a las aberturas de entrada de aire, existirán unas aberturas con una sección equivalente al 50% de la sección de la ventilación inferior. Si la sala donde se ubica el generador no linda con el exterior podrá disponerse de una entrada de aire canalizada con un caudal mínimo de 1,8 m/hora de aire por térmica (1000 kcal/h) de la potencia del equipo de combustión y utilizando, cuando sea preciso, ventiladores apropiados.

Depósito de expansión Será dimensionado de modo que pueda absorber el aumento de volumen de toda la carga de líquido caloriportante de la instalación a su máxima temperatura. Las instalaciones de fluido térmico de hasta 1.000 litros de capacidad, estarán equipadas con un depósito de expansión, de capacidad suficiente para que puedan absorber 1,5 veces el aumento de volumen de toda la carga del líquido a la máxima temperatura de servicio. En las instalaciones con una capacidad superior a 1.000 litros bastará con que puedan absorber 1,3 veces el aumento de volumen de toda la carga de liquido a la máxima temperatura de servicio.

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Las dimensiones de los depósitos de expansión utilizados estarán en función de la carga total de fluido de cada instalación y su elección se hará individualizada para cada instalación. El depósito de expansión será de tipo abierto o cerrado, en función de la temperatura de trabajo y de las características del fluido. El reglamento de Aparatos a Presión prohíbe la instalación de estos depósitos directamente por encima del generador de calor. La descarga de la válvula de seguridad debe ser conducida de forma que no pueda causar daños a personas o cosas, al depósito colector, que está en comunicación con la atmósfera y dispuesto para este uso.

Depósito colector El depósito colector tendrá una capacidad suficiente para recibir la totalidad del líquido caloriportante, así como una pequeña reserva del mismo; se situará en el punto más bajo de la instalación a fin de que la descarga de la misma pueda efectuarse por gravedad. El depósito colector dispondrá de un tubo de ventilación equipado con cortafuegos y de un tubo de vaciado.

Instalador De acuerdo con lo previsto en el vigente Reglamento de Aparatos a Presión, la instalación debe efectuarla una Empresa especialmente autorizada por la Delegación Provincial de Industria u Organismo Autónomo competente, para la instalación de aparatos a presión. En toda la instalación se tendrá en cuenta cuanto dispone la Instrucción Técnica Complementaria MIE.AP2 (Orden de 8 de octubre de 1.980) y Norma UNE 9310, principalmente en lo que se refiere a materiales, diámetro de las tuberías y uniones, teniendo en cuenta que cuando estos últimos sean soldados y con un diámetro mayor de 25 mm. deben ser realizados por especialistas soldadores con el certificado de calificación. Se tendrá especial cuidado con los efectos de dilatación del material debido a la temperatura proveyendo la instalación de los adecuados compensadores y puntos fijos.

Aceite caloriportante El aceite a utilizar en el generador debe ser adecuado a la temperatura máxima de servicio, no pudiendo sobrepasarse en ningún punto del generador las temperaturas máximas de masa y de película del fluido utilizado. A tal efecto, antes de utilizar un aceite determinado se deberá consultar al fabricante de la caldera facilitándole las características del mismo; a la vista de éstos el fabricante, si procede, dará su conformidad mediante certificado acreditativo de que con aquel determinado aceite

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caloriportante, en ningún punto del generador se superan las temperaturas antes citadas. El certificado del fabricante de la caldera es imprescindible para la puesta en servicio de la caldera.

Llenado de aceite Antes de llenar por primera vez la instalación con el aceite caloriportante, se someterá todo el sistema a una limpieza esmerada, para suprimir el óxido, la suciedad y los restos de soldadura. El llenado se efectuará en frío partiendo del punto más bajo de la instalación, debiéndose abrir, al llevarlo a efecto, todas las válvulas de paso, especialmente la válvula de seguridad del depósito de expansión, a fin de dar salida al aire que contenga la instalación; el llenado se efectuará lentamente hasta alcanzar el nivel medio señalado en el indicador de nivel visual situado en el depósito de expansión. Una vez llena la instalación, se pondrá en marcha la bomba de circulación y seguidamente el quemador, calentando el aceite a baja temperatura, para dar salida al aire por las válvulas de aireación. Cuando no escape gas alguno por las válvulas de aireación, se calentará lentamente la instalación hasta alcanzar la temperatura de ebullición del agua, con el fin de eliminar de ella los restos de humedad que, eventualmente, puedan quedar, y que se evaporarán a través del depósito de expansión.

Puesta en servicio Antes de la puesta en servicio de la instalación la empresa instaladora deberá efectuar los ensayos y pruebas previstos en la I.T.C.MIE.AP1 y AP2. El generador de fluido térmico no podrá ponerse en servicio sin la previa autorización de la Delegación Provincial de Industria y Energía u Organismo Autónomo que la sustituya.

8.2. Combustibles Combustibles gaseosos La instalación de gas al quemador se efectuará según las Normas Básicas de Instalaciones de Gas (O.P.G. de 29.03.73), I.T.C.MIE.AP2 del Reglamento de Aparatos a Presión, e instrucciones de la compañía suministradora. La sección de tubería será la suficiente para que la velocidad de circulación del gas a caudal máximo no sea superior a los 30 m/seg., y la pérdida de carga será tal que asegure que la presión de

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llegada al quemador no sea inferior a un 10% de la presión en el origen de la instalación.

Combustibles líquidos Cuando se utilice combustible líquido, deberá almacenarse en un tanque que reúna las condiciones del vigente Reglamento de Instalaciones Petrolíferas. El tanque de almacenamiento no podrá estar instalado en la misma sala donde se ubique el generador; no obstante, en las proximidades de éste, y a una distancia mínima, en proyección horizontal, de 60 cm. del quemador o caldera, podrá instalarse un depósito nodriza para la alimentación del quemador.

8.3. Instalación eléctrica Se dispondrá de una instalación eléctrica que reúna las condiciones técnicas del vigente Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. La corriente será alterna, trifásica, con toma a tierra y a 220 o 380 voltios de tensión. La instalación eléctrica debe estar a cubierto o protegida contra los efectos del líquido portador térmico que eventualmente pueda salir.

8.4. Protección contra incendios Cerca de la instalación del generador y del equipo consumidor no deben almacenarse productos inflamables o combustibles. En las proximidades del generador y de los equipos consumidores se instalará un extintor de mano para fuegos de la clase B.

8.5. Puesta en marcha de la instalación El primer encendido es conveniente que lo realice la empresa fabricante del generador o la empresa instaladora autorizada, que comprobarán, antes del encendido, que toda la instalación esté llena de líquido caloriportante y que éste alcanza la altura de nivel señalada en el depósito de expansión. Se comprobará que las válvulas de interrupción situadas en el circuito general de salida y retorno están abiertas. Comprobar que el termostato de máxima y mínima, situado en la salida de aceite caliente, marque la temperatura mínima que deba alcanzar al generador y que los termostatos electrónicos de salida, entrada y chimenea están reglados a las temperaturas máximas de servicio.

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Comprobar que el quemador de combustible líquido o gaseoso se halla en condiciones de funcionamiento, siguiendo para ello las instrucciones facilitadas por el fabricante del mismo. Comprobar la libertad de las válvulas de seguridad y rompedora de vacío situadas en el depósito de expansión. Comprobar que todas las juntas se hallan en perfecto estado. Comprobar el perfecto estado del cuadro eléctrico de mando (relés térmicos, fusibles, lámparas indicadoras de señalización, pulsadores, etc.) y en el quemador la célula fotoeléctrica.

Puesta en marcha de la bomba de circulación y encendido Antes del encendido se pondrá en funcionamiento la bomba de recirculación de aceite y cuando ésta alcance la velocidad de régimen, poner en marcha el quemador. Al poner en marcha la bomba de recirculación se cierra el circuito eléctrico del quemador, de forma que si aquella no está en marcha, el quemador no puede funcionar. A la primera puesta en marcha, y cuando el generador ha alcanzado la temperatura máxima de servicio, es conveniente anotar en el LibroRegistro de Usuario la presión de recirculación que indican los manómetros situados a la entrada y salida del líquido térmico de la caldera, dato que servirá más tarde para comprobar si se han producido incrustaciones en el interior del serpentín. Alcanzada la temperatura de servicio, es conveniente comprobar la temperatura del termostato de seguridad de gases, y reglarlo por encima de aquella temperatura unos 25° C, de forma que cualquier anomalía que se produzca en el generador, que siempre se traduce en un aumento de temperatura de los gases de combustión, pueda ser detectada por este termostato, en cuyo caso se producirá el paro del quemador y dará una señal de alarma.

Durante la marcha Durante la marcha del generador, éste no precisa de cuidados especiales, si bien es necesario que en períodos de tiempo no superiores a dos horas se comprueben las temperaturas de los termómetros y las lecturas de los termostatos. La operación de vigilancia y control debe ser encomendada a persona competente, la cual deberá poner en conocimiento de la Dirección de la empresa usuaria cualquier anomalía que observe en el normal funcionamiento del generador. El nombre y apellidos del conductor del generador se harán constar en el Libro Registro del Usuario.

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Paro de la instalación Es conveniente que al efectuar el paro del quemador se deje en funcionamiento la bomba de circulación, preferentemente hasta que la temperatura del aceite en la instalación baje hasta los 100° C.

8.6. Entretenimiento y mantenimiento Diariamente Antes de la puesta diaria se comprobará la altura de nivel del líquido térmico en el depósito de expansión; en caso necesario hay que rellenarlo hasta la indicación de nivel medio.

Semanalmente •

Limpieza de todos los filtros de la instalación.

•

Limpieza de la célula fotoeléctrica y de los cristales de protección.

•

Limpieza de la mirilla del hogar.

•

Limpieza de los electrodos de encendido del quemador.

•

Verificar el nivel de aceite y engrase de la bomba de recirculación.

•

Que los termostatos estén reglados a la temperatura adecuada.

•

Limpiar todos los aparatos de la instalación.

Mensualmente Además de las indicadas anteriormente, verificar el buen funcionamiento y estado de conservación de todo el material eléctrico, conexiones y automatismos. Comprobar el estado del aislamiento térmico del quemador y de la puerta de la caldera.

Trimestralmente Tras la primera puesta en marcha, así como después del cambio a otro líquido transmisor, debe revisarse el líquido caloriportante al cabo de tres meses, verificación que deberá efectuar el fabricante del mismo o un técnico responsable.

Anualmente o cada 3000 horas de trabajo Anualmente o cada 3.000 horas de trabajo (el plazo que antes se cumpla) debe extraerse una muestra del líquido caloriportante, que debe ser analizada por el fabricante del mismo, quien informará si se han alterado o no sus características químicas y físicas y si sigue siendo utilizable o

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debe ser sustituido; el fabricante deberá confirmar por escrito el resultado de la comprobación y ensayo e indicar la próxima fecha de revisión,

Protección ecológica Queda terminantemente prohibido el vertido de los líquidos caloriportantes a cualquier vía de agua o zona de posible utilización pública, debiendo entregarse a cualquier empresa autorizada para el tratamiento de ese tipo de residuos industriales conservando un justificante de dicha entrega.

8.7. Pruebas periódicas Cada año Cada año se debe examinar el generador de fluido térmico por personal competente y autorizado, el cual debe examinarlo detenidamente, comprobando especialmente si los órganos de seguridad, automatismos, aparatos de medida, bombas, etc., se encuentran en perfectas condiciones de funcionamiento. Efectuada la revisión se realizará una prueba de funcionamiento, sin sobrepasar la temperatura máxima de servicio, comprobándose el correcto funcionamiento de todos los automatismos.

Cada cinco años Cada cinco años se solicitará de la Delegación Provincial de Industria y Energía u Organismo Autónomo que la sustituya la revisión y prueba del generador, atendiendo para ello a las instrucciones previstas en el vigente Reglamento de Aparatos a Presión e I.T.C.MIE.AP1. El resultado de las pruebas periódicas se hará constar en el Libro-Registro de Usuario que junto con estas Instrucciones será facilitado al usuario del generador de fluido térmico.

8.8. Reparación Toda reparación que afecte a las partes a presión del generador debe ser comunicada a la Delegación Provincial de Industria donde está instalado el generador u Organismo Autónomo que la sustituya; las reparaciones sólo podrán efectuarlas las empresas constructoras o instaladoras de aparatos a presión especialmente autorizadas para este tipo de instalaciones.

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RESUMEN En esta unidad didáctica hemos repasado las instalaciones de aceite térmico desde el punto de vista del reglamento de aparatos a presión, seguridades y funcionamiento. Los elementos de control, diseño, combustión intercambiadores, etc. son tratados en otras unidades didácticas.

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. La presión es: a. La fuerza ejercida sobre un cuerpo. b. La fuerza ejercida por cada metro. c. La fuerza ejercida por unidad de superficie. d. La fuerza ejercida por unidad de volumen. 2. Señala la unidad que no hace referencia a la presión: a. Bar. b. Pascal. c. Metro cuadrado. d. Kilogramo fuerza por m2. 3. Señala la unidad que no hace referencia a la presión: a. N/m2. b. Pa/m2. c. Pa. d. Kp/m2. 4. Si expresamos que tenemos 1 Kgf/cm2 de presión absoluta: a. Es imposible, las unidades no están bien expresadas. b. Es una presión superior a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa. c. Es una presión inferior a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa. d. Es una presión igual a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa. 5. El instrumento que se encarga de medir la presión es: a. El presiómetro. b. El presostato. c. El presiostómetro. d. El manómetro. 6. El instrumento que no se encarga de medir la presión es: a. El manómetro. b. La columna de agua. c. El presiostómetro. d. La columna de mercurio.

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7. La presión que marcan los manómetros en las calderas de vapor suelen ser: a. Kgf/cm2 (presión relativa) b. Kgf/cm2 (presión absoluta) c. mm.c.d.a. (presión absoluta) d. Km.c.d.a. (presión relativa) 8. Los aparatos destinados a medir la presión atmosférica se llaman: a. Barómetros. b. Termómetros. c. Caudalímetros. d. Manómetros. 9. Un termómetro de dilatación es: a. El que se basa en las variaciones de volumen que experimentan los cuerpos al variar su temperatura. b. El que se basa en las variaciones de presión que experimentan los gases al variar su temperatura. c. El que se basa en el cambio de resistividad eléctrica que experimentan los cuerpos al variar su temperatura. d. El que se basa en los cambios de potencial eléctrico experimentados en la unión o soldadura de dos metales distintos. 10. Un termómetro de resistencia es: a. El que se basa en las variaciones de volumen que experimentan los cuerpos al variar su temperatura. b. El que se basa en las variaciones de presión que experimentan los gases al variar su temperatura. c. El que se basa en el cambio de resistividad eléctrica que experimentan los cuerpos al variar su temperatura. d. El que se basa en los cambios de potencial eléctrico experimentados en la unión o soldadura de dos metales distintos. 11. Se denomina vapor a: a. Todo cuerpo físico que se encuentra en estado gaseoso. b. Aquellos gases que en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y temperatura ambiente) su estado normal es el estado líquido.

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b. Aquellos gases que en condiciones normales de presión y temperatura (2 atm y temperatura ambiente) su estado normal es el estado líquido. d. Todo cuerpo físico que se encuentra en estado gaseoso y está por encima de 100° C. 12. Señala cual no es un medio de transmisión del calor: a. Conducción. b. Conductividad. c. Radiación. e. Convección. 13. El sol, fundamentalmente transmite su calor a la tierra por: a. Conducción. b. Conductividad. c. Radiación. e. Convección. 14. Una resistencia eléctrica transmite el calor al agua de un termo eléctrico fundamentalmente por: a. Conducción. b. Conductividad. c. Radiación. e. Convección. 15. Cuando el calor se transmite por movimiento de masa, corrientes de aire o liquido, estamos hablando de transmisión del calor por: a. Conducción. b. Conductividad. c. Radiación. d. Convección. 16. Se dice que el vapor es saturado: a. Cuando sus condiciones de temperatura corresponden a un punto, de forma que en dicho punto pueden coexistir el vapor de agua y el agua en estado líquido. b. Es aquel que tiene una temperatura superior a su punto de evaporación. c. Es aquel que tiene una presión superior a su punto de evaporación.

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d. Cuando sus condiciones de presión y temperatura corresponden a un punto de cambio de estado, de forma que en dicho punto pueden coexistir el vapor de agua y el agua en estado líquido. 17. El vapor que tiene una temperatura superior a su condición de saturado se llama: a. Sobrecalentado. b. Subenfriado. c. Expansionado. d. Húmedo. 18. El vapor que se obtiene al aumentar el volumen de un vapor saturado sin comunicarle calor se llama: a. Sobrecalentado. b. Subenfriado. c. Expansionado. d. Húmedo. 19. La acción de cambiar de estado liquido a estado gaseoso de denomina: a. Liquefacción. b. Solidificación. c. Vaporización. d. Condensación. 20. La acción de cambiar de estado gaseoso a estado líquido de denomina: a. Sublimación. b. Solidificación. c. Vaporización. d. Condensación. 21. Caloría es: a. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 kilogramo de agua para que su temperatura aumente 1°C. b. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 gramo de agua para que su temperatura aumente 1°C. c. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 gramo de agua para que su temperatura disminuya 1°C. d. Ninguna de todas.

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22. La temperatura de evaporación del agua a la presión de 0,5 Kg/cm2 (absoluta) es de: a. 100° C b. 105° C. c. 80,9° C. d. 104,9° C. 23. Todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase liquida o vapor se denomina: a. Caldera de vapor. b. Generador de aceite térmico. c. Caldera. d. Sobrecalentador. 24. La caldera en la que el medio de transporte es agua a temperatura inferior a 110° C se denomina: a. Caldera de poca temperatura. b. Caldera de agua sobrecalentada. c. Caldera de agua caliente. d. Caldera de baja temperatura. 25. La caldera en la que el medio de transporte es un líquido distinto al agua se denomina: a. Caldera de aceite térmico. b. Caldera de fluido térmico. c. Caldera de vapor seco. d. Economizador. 26. La presión de diseño es: a. La máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera, siendo siempre superior a la presión máxima de servicio. b. La máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera, siendo siempre inferior a la presión máxima de servicio. c. La máxima presión de trabajo a la temperatura de trabajo, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera, siendo siempre superior a la presión máxima de servicio.

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d. La máxima presión de trabajo a la temperatura de trabajo, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera, siendo siempre inferior a la presión máxima de servicio. 27. Vigilancia directa: a. Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio de un operador que permanece de forma continua en la misma sala de calderas. b. Se realiza cuando la caldera tiene un PxV mayor de 50. c. Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio de un operador que permanece de forma continua en la misma sala de calderas o en la sala de mando. d. Se realiza siempre que el PxV es menor de 50. 28. La variación de la aportación calorífica que puede permanecer estable en cualquier valor comprendido entre los caudales máximo y mínimo se llama: a. Regulación progresiva por escalas. b. Regulación todo/poco/nada. c. Regulación todo/nada. d. Regulación progresiva modulante. 29. La persona encargada de vigilar, supervisar, conducir y mantener, en condiciones de seguridad, cualquier caldera a su servicio se denomina: a. Técnico de servicio. b. Responsable de mantenimiento. c. Mecánico de planta térmica. d. Operador. 30. Estar al corriente del funcionamiento de la caldera y ser consciente del peligro que puede ocasionar una falsa maniobra, un mal entretenimiento o una mala conducción es una condición exigible: a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario. 31. Que el personal encargado de la operación de la caldera sea debidamente instruido, y si la caldera es de PxV > 50, que posea el carné correspondiente, es una condición exigible:

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a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario. 32. Tener presente las normas de seguridad y mantenimiento que correspondan en cada caso, conservando en buen estado la caldera y sus accesorios, es una condición exigible: a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario. 33. Incluir la caldera en un libro de registro, visado y sellado por la correspondiente Dirección Provincial del Ministerio de Industria y Energía o Comunidad Autónoma que la sustituya, es una condición exigible: a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario. 34. Entregar, entre otros documentos, cuaderno de instrucciones correspondientes al funcionamiento de la caldera y sus accesorios, es una condición exigible: a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario. 35. Una capacidad de agua y de vapor suficientes para prevenir las fluctuaciones del vapor y del nivel de agua, es una condición exigible: a. Al fabricante. b. Al operador. c. A la caldera. d. Al usuario.

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36. Para una operación segura de la caldera, además de los condicionamientos exigibles correspondientes, el operador deberá disponer al alcance de su mano, en la sala de calderas de: a. Un manual de instrucciones de la caldera. b. Un manual de instrucciones de los elementos de control de los equipos consumidores. c. Un manual de instrucciones de la alarma contra incendios. d. Un teléfono móvil para recibir información en caso de avería. 37. Las calderas de vapor saturado, deberán llevar como mínimo: a. 3 válvulas de seguridad las de categoría a. b. 2 válvulas de seguridad las de categoría b. c. 2 válvulas de seguridad todas las categorías. d. 1 válvula de seguridad las de categoría a. 38. Los sobrecalentadores de vapor que puedan permanecer bajo presión con independencia de la caldera llevarán: a. Como mínimo, una válvula de seguridad. b. Como mínimo, dos válvulas de seguridad. c. Como mínimo, un nivel óptico. d. Una bomba de alimentación. 39. En las calderas de vapor, con el objeto de evitar fugas de agua caliente a presión hacia la red o al depósito de alimentación de agua a la caldera, en el circuito de agua de alimentación dispondremos de: a. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba y otra muy cerca de la caldera, pero separada de ésta por una válvula de interrupción. b. Dos válvulas de retención: una situada a la entrada de la bomba y otra muy cerca de la caldera, pero separada de ésta por una válvula de interrupción. c. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba y otra muy cerca de la caldera, pero separada de la primera válvula por una válvula de interrupción. d. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba y otra muy cerca de la caldera, a la salida de vapor. 40. Las calderas nivel definido dispondrán de indicadores de nivel en la cantidad de:

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a. 1, las de categoría A y B. b. 3, los de categoría C. c. 2, las de categoría A y uno las de categorías B y C. d. 2, las de categoría A y B y uno las de categorías C. 41. Toda caldera de vapor dispondrá de, al menos, un sistema de alimentación de agua seguro, con excepción de las calderas que utilicen combustibles__________________, que dispondrán de dos sistemas accionados por distinta fuente de energía: a. Líquidos. b. Líquidos inflamables. c. Sólidos no pulverizados. d. Gaseosos. 42. Cuando la alimentación de agua de una caldera de vapor proceda de la red de distribución de la localidad, deberá colocarse _______ ____________ en la tubería de alimentación y una válvula de retención: a. Un presostato. b. Un termómetro. c. Un manómetro. d. Una indicación de peligro agua descalcificada. 43. Todas las calderas de agua sobrecalentada de categoría A o B dispondrán de dos o más válvulas de seguridad de alivio independientes: a. Las de categoría C llevarán solo una sola válvula de seguridad de alivio. b. Las de categoría C podrán llevar una sola válvula de seguridad de alivio. c. Las de categoría C también. d. Las de categoría C llevaran válvula de aireación como sustituto de la válvula de seguridad de alivio. 44. En las instalaciones de agua sobrecalentada con depósitos de expansión cerrados a la atmósfera, éstos dispondrán: a. De la correspondiente válvula de aireación y de sistema rompedor de vacío. b. De un sistema de presurización homologado. c. De una membrana resistente al ataque de ácidos. d. De un sistema rompedor de vacío en comunicación con la caldera.

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45. En las calderas de agua caliente las válvulas de cierre o separación en las tuberías de subida y bajada de la caldera, estarán instaladas de manera que: a. Garanticen la unión de la caldera al vaso de expansión incluso con las válvulas cerradas. b. Garanticen la unión de la instalación al vaso de expansión incluso con las válvulas cerradas. c. Garanticen la unión de la caldera a la instalación incluso con las válvulas cerradas. d. Se han de cumplir todos los requisitos anteriores. 46. Indica qué medida de seguridad no es exigible en una caldera de agua caliente: a. Un hidrómetro. b. Un vaso de expansión. c. Un depósito colector situado en el punto más bajo de la instalación, con dispositivos de ventilación y vaciado. d. Una válvula de retención, o una manguera flexible, en el circuito de alimentación. 47. Indica qué medida de seguridad no es exigible en una caldera de agua caliente: a. Una válvula de seguridad en calderas con vaso de expansión cerrado, o una tubería de seguridad de subida en calderas con vaso de expansión abierto, si se trata de calderas con combustibles líquidos o gaseosos hasta 300.000 Kcal/h. controladas termostáticamente, y con presión estática en el punto más bajo de la caldera no superior a 15 m. de columna de agua. b. Una válvula de seguridad de alivio, cuando se trate de calderas instaladas en circuito cerrado. c. Válvulas de cierre o separación en las tuberías de subida y bajada de la caldera, instaladas de manera que garanticen la unión de la caldera al vaso de expansión incluso con las válvulas cerradas. d. Una bomba de reserva, con motor independiente, o bien un dispositivo adecuado que impida una elevación inadmisible de temperatura en el líquido caloriportante en caso de fallar la bomba principal. 48. En una caldera automática de vapor, en caso de fallo interrupción de la corriente eléctrica…

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a. Se conectará automáticamente cuando el suministro eléctrico sea repuesto, por eso son automáticas. b. No se conectarán automáticamente cuando el suministro eléctrico sea repuesto, aunque sean automáticas. c. Es indiferente, generalmente es el fabricante el que determina la situación. d. Ninguna de todas es correcta. 49. Estas calderas montarán en su circuito eléctrico, un dispositivo de paro automático que actúe sobre el sistema de calefacción si tras un funcionamiento de _________, no se ha maniobrado el conmutador colocado en la sala de calderas. Se exceptúan de este requisito las calderas de vaporización instantánea: a. Tres horas. b. Una hora. c. Media hora. d. Dos horas. 50. Indica qué prescripción de seguridad no afecta a las calderas de agua sobrecalentada: a. Instalación de válvulas de seguridad. b. Instalación de vaso de expansión. c. Instalación de un hidrómetro. d. Instalación de válvulas seccionadoras que independicen la caldera de la instalación. 51. Un elemento que permite la comunicación de un aparato a presión con la atmósfera cuando en su interior la presión es negativa se llama: a. Depresiómetro. b. Presostato negativo. c. Rompedor de vacío. d. Antinegativas. 52. Indica en qué caso se adoptará la puesta en servicio de la caldera o el recalentador mediante un sistema de relojería: a. Cuando esté verificado y homologado el sistema. b. Cuando la presión sea menor de 3 bares. c. Nunca. d. Es un extra que se puede añadir a la caldera.

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53. Las calderas y recalentadores que utilicen combustibles sólidos como elemento de aportación calorífica dispondrán de mirillas que permitan una buena visión de la llama: a. Situados en el hogar. b. Situados en la fase líquida. c. No son obligatorios. d. Depende de la forma constructiva del hogar. 54. Las calderas automáticas dispondrán de un dispositivo que verifique el buen funcionamiento antes de reiniciar su sistema de aportación calorífica tras cesar el fallo de corriente eléctrica que interrumpiera, en su caso, dicho servicio: a. No está expresamente prohibido. b. Tendrá que tener conformidad del fabricante. c. Es aconsejable en sistemas de control a distancia. d. Es obligatorio que exista este sistema. 55. ¿Cuándo se adoptará la puesta en servicio de la caldera o el recalentador mediante un sistema de relojería? a. Cuando se considere necesario. b. Si tiene que trabajar el sistema y no hay personal suficiente. c. No hay nada que lo permita o lo limite. d. En ningún caso. 56. Las calderas manuales que utilicen combustibles gaseosos como sistema de aportación calorífica: a. Tendrán que ser de vigilancia directa. b. Están prohibidas. c. Son más eficientes, pues el control visual resulta ventajoso. d. Tienden al desuso pues resulta caro el operario que las controla. 57. Las calderas de vapor manuales cuyo sistema de aportación calorífica se base en combustible sólido alimentado manualmente dispondrán de un mecanismo que cortará automáticamente la aportación calorífica y que accionará una alarma acústica en cuanto la presión sobrepase el valor correspondiente a la máxima de servicio o cuando el nivel de agua descienda al límite reglamentario: a. No, sólo es necesaria la alarma acústica. b. Sí, es del todo correcto.

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c. No, sólo es necesario cortar la aportación calorífica. d. Todas son falsas. 58. Las calderas automáticas con vigilancia indirecta montarán en su circuito eléctrico, un dispositivo de paro automático que actúe sobre ____________________ si tras un funcionamiento de dos horas, no se ha maniobrado el conmutador colocado en la sala de calderas: a. Sistema de aportación calorífica. a. Una alarma acústica. c. Una alarma acústica o visual. d. Alimentación de agua a la caldera. 59. Las calderas en las que el fluido caloportador se sitúa en el interior de los tubos y el fuego en el exterior se denominan: a. Calderas acutubulares. b. Calderas pirotubulares. c. Es indiferente. d. Todas son falsas. 60. Las calderas en las que el fluido caloportador se sitúa en el exterior de los tubos y los humos en el interior se denominan: a. Calderas acutubulares. b. Calderas pirotubulares. c. Es indiferente. d. Todas son falsas. 61. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua a menos de 110° C se denominan: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada. d. Calderas de fluido térmico. 62. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua en estado gaseoso se denominan: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada. d. Calderas de fluido térmico.

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63. Las calderas que usan como medio de transporte cualquier fluido diferente del agua se denominan: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada. d. Calderas de fluido térmico. 64. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua a más de 110° C se denominan: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada. d. Calderas de fluido térmico. 65. Cuando la alimentación de agua de una caldera proceda de la red de distribución de la localidad, deberá colocarse: a. Un filtro de carbón activo en la tubería de alimentación y una válvula de seccionamiento. b. Un manómetro en la tubería de alimentación y una válvula de retención. c. Un manómetro en la tubería de alimentación y una válvula de seguridad. d. Un filtro de ósmosis en la tubería de alimentación y una válvula de retención. 66. Cuando dos o más calderas de agua sobrecalentada trabajen en paralelo, cada una de ellas dispondrá de válvulas de interrupción en el circuito principal de agua para: a. Incomunicar la caldera con la instalación en el caso de avería o limpieza. b. Fraccionar la potencia de la instalación. c. Evitar contaminaciones cruzadas. d. Mantener la instalación incomunicada de una fuga de combustible. 67. Las ____________________ dispondrán de un hidrómetro como medida de seguridad: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada.

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d. Calderas de fluido térmico. 68. En ningún caso se superará el aporte calorífico máximo indicado por el fabricante de la caldera o aparato en: a. Calderas de vapor. b. Calderas de agua caliente. c. Calderas de agua sobrecalentada. d. Ninguna de todas. 69. La presión estática Pe: a. Actúa sólo cuando existe velocidad en el conducto. b. Actúa en un sentido dentro del conducto. Se manifiesta en el mismo sentido y no en el contrario de la corriente. c. Actúa en todos sentidos dentro del conducto. Se manifiesta en el mismo sentido y en el contrario de la corriente d. Actúa en todos los sentidos dentro del conducto. Se manifiesta sólo en el sentido contrario de la corriente. 70. La presión dinámica Pd: a. Actúa en el sentido contrario de la velocidad del fluido. b. Actúa en el sentido opuesto de la velocidad del fluido. c. Actúa en el sentido transversal de la velocidad del fluido. d. Actúa en el sentido de la velocidad del fluido. 71. Se denomina ________________, la mayor o menor facilidad con que se produce la entrada de aire al hogar y la salida de los gases de la combustión a la chimenea tras su recorrido a través de las superficies de calefacción de la caldera: a. Sobrepresión del hogar. b. Depresión del hogar. c. Tiro de la caldera. d. Rendimiento de la caldera. 72. Se denomina __________ al obtenido por el diseño de la caldera al aprovechar el fenómeno físico de que los gases calientes por su menor densidad tienden a desplazarse hacia arriba dentro de la atmósfera, sin utilizar ninguna clase de medio mecánico: a. Tiro natural. b. Tiro forzado.

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c. Tiro estanco. d. Tiro normal. 73. El tiro natural no se favorece con: a. Una mayor altura de la chimenea. b. Una menor temperatura de los gases de combustión. c. Una menor temperatura ambiental. d. Unas mayores secciones de paso del aire en el hogar y de los gases de la combustión en su recorrido por la caldera. 74. Se denomina ___________, si este tiro se obtiene a través de un medio mecánico tal como un ventilador o un eyector de vapor en la chimenea: a. Tiro natural. b. Tiro forzado. c. Tiro estanco. d. Tiro normal. 75. Cuando la presión en el hogar es inferior a la presión atmosférica, ya sea por tratarse de una caldera de tiro natural o bien porque, al final de la caldera y antes de la chimenea, se disponga un ventilador que aspire los gases de combustión este hogar se dice que está en: a. Depresión. b. Sobrepresión. c. Equilibrado. d. Ventilado. 76. El hogar que permanece a la presión atmosférica o ligeramente inferior, lográndose el aporte necesario para la combustión por medio de un ventilador de aire que aporta el aire necesario para la combustión venciendo la resistencia que le ofrece el recorrido de este aire hasta el hogar y un ventilador de extracción de los gases de combustión situado al final de la caldera y antes de la chimenea, se dice que está en: a. Depresión. b. Sobrepresión. c. Equilibrado. d. Ventilado.

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77. En los gases en los que la presión en ellos es superior a la presión atmosférica, y el aporte de aire necesario para la combustión se obtiene mediante la acción de un ventilador que impulsa el aire necesario hasta el hogar, se dice que están en: a. Depresión. b. Sobrepresión. c. Equilibrado. d. Ventilado. 78. Para realizar la combustión completa de un combustible necesitaremos: a. Exceso de combustible. b. Exceso de aire. c. Cantidad de aire exacta. d. Sólo se consigue con el gas natural. 79. La reacción química que no es de combustión es: a. C + O2 = CO2 + CALOR b. H2 + O = H2O + CALOR c. S + O2 = SO2 + CALOR d. CO2 = C + O2 + CALOR. 80. El exceso de aire en la combustión: a. Es innecesario. b. Si es muy elevado afecta negativamente al rendimiento energético de la combustión. c. Es necesario para completar la combustión. d. Consigue aire limpio en la chimenea. 81. El exceso de aire en la combustión: a. Debe de ser mayor en los combustibles sólidos que en los gaseosos. b. Debe ser mayor en los combustibles líquidos que en los sólidos. c. Debe ser mayor para el gas natural que para el gasóleo. d. Debe ser mayor para el fuel que para la madera. 82. Una forma de evitar los inquemados es: a. Reducir el tiro de la caldera. b. Aumentar la proporción de aire.

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c. Disminuir el aire que no se quema. d. Aumentar la proporción de aire. 83. Una chimenea alta: a. Aumenta el tiro. b. Disminuye el tiro. c. Es indiferente para el tiro. d. Permite que la combustión sea más eficiente. 84. Una chimenea mal aislada: a. Aumenta el tiro. b. Disminuye el tiro. c. Es indiferente para el tiro. d. Permite que la combustión sea más eficiente.

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BIBLIOGRAFÍA Documentación e imágenes de la empresa Teyvi S.L. (Grupo ATTSU). ITC MIE-AP1 e ITC MIE-AP2 del Reglamento de Aparatos a Presión. Reglamento de Aparatos a Presión (Real Decreto 1244/79 de 4 de abril). http://www.fpdistancia.net

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MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR U.D. 9 INSTALACIÓN DE UN HORNO DE SECADO DE PINTURA

M 7 / UD 9



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Objetivos ........................................................................................

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1. Descripción general del aparato.............................................

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2. Circuito de gas (rampa de gas) ..............................................

403

2.1. En el piloto de encendido ...............................................

403

2.2. En el quemador................................................................

403

2.3. Cámara de combustión....................................................

404

2.4. Salida de gases de combustión ........................................

405

3. Quemador ...............................................................................

406

3.1. Potencia y características del quemador.........................

406

4. Sistema de aportación de aire ................................................

408

5. Ficha técnica del quemador y la rampa de gas......................

409

6. Tipo de gas a utilizar...............................................................

410

7. Pruebas y ensayos reglamentarios. .........................................

412

7.1. Prueba de estanqueidad ..................................................

412

7.2. Prueba de correcto funcionamiento durante la puesta en marcha .........................................................................

412

7.3. Prueba de correcto funcionamiento en la situación de servicio .........................................................................

412

8. Seguridad.................................................................................

414

Resumen ........................................................................................

417

Bibliografía ....................................................................................

419

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INTRODUCCIÓN Las aplicaciones de los hornos en la industria son muy amplias: se utilizan en funciones de secado, cocción, tratamientos térmicos de metales, etc. Además de las funciones que se asignan a los hornos están los materiales y procesos sobre los que intervienen; no es lo mismo un horno de cocción de cerámica con temperaturas muy elevadas que uno de cocción de pintura de temperaturas más moderadas. Básicamente, todos los hornos cuentan con un habitáculo en el cual se introduce calor y un elemento calefactor, eléctrico o de combustión. En esta unidad didáctica estudiaremos las características de un horno de cocción de pintura, su habitáculo, su sistema de aportación de calor y el sistema de renovación de aire.

Horno de infrarrojos

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OBJETIVOS Dar una idea general del funcionamiento de un tipo de horno y hacer llegar la idea de que existen muchos tipos de hornos aplicados a la industria.

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1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL APARATO Se trata de un horno de secado industrial de pinturas, fabricado exclusivamente para esta aplicación, que utiliza para el calentamiento y la consiguiente producción de aire caliente, la energía calorífica producida por la combustión de un quemador de combustible gas.

Vista exterior horno de secado de pinturas

Consta de un recinto por el que las piezas húmedas son introducidas por un sistema de carrusel automático, un sistema calefactor, una instalación de impulsión de aire caliente, un sistema de retorno de aire húmedo, un mecanismo de renovación de aire saturado y un equipo de filtrado. El aire utilizado como fluido calefactor es reciclado (renovado y filtrado) constantemente para evitar excesivas concentraciones del disolvente de la pintura que pudieran dar lugar a mezclas explosivas o insalubres.

Vista interior horno de secado de pinturas

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El aire calentado es impulsado a través de conductos sobre el recinto del horno con toberas de impulsión. La aspiración de aire se hace por la parte inferior por una apertura donde se alojan los filtros de alta temperatura, para evitar la salida de aire hacia el quemador. Este sistema genera una fuerte recirculación de aire para aumentar la superficie de intercambio entre el aire y la humedad de las piezas, facilitando su secado. Características técnicas Dimensiones exteriores (aproximadas): Largo

10.000 mm.

Ancho

1.800 + 1000 mm.

Alto

3.050 mm.

Tiempo de secado

6' 30" min.

Aislamiento

Planchas de lana de roca. Centitrés BX623 de 100 mm de espesor. 70 Kg/m3.

Densidad del aire Temperaturas

Regulable, según la necesidad.

De trabajo

110°C.

Aporte calorífico

gas natural.

Potencia calorífica instalada

300 Kw. 24.000 m3/h.

Caudal de aire en recirculación Potencia de los ventiladores de recirculación aire Presión estática disponible en los ventiladores

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2 de 4 Kw. 60 mm.c.d.a.


2. CIRCUITO DE GAS (RAMPA DE GAS) 2.1. En el piloto de encendido El piloto es una pequeña llama que se mantiene encendida mientras el quemador está en servicio, sirve para iniciar la combustión cada vez que el quemador necesita hacer un arranque y asegurar el correcto encendido y propagación de la llama. El circuito del piloto está formado por dos electroválvulas de seguridad en serie. El piloto de encendido incorpora una bujía para la ignición por arco eléctrico. Si no existiese la llama piloto, cada vez el quemador se pusiera en marcha, los ventiladores tendrían que realizar un barrido con aire nuevo de todo el horno, provocando su enfriamiento y haciendo inviable su funcionamiento.

2.2. En el quemador El circuito de gas dispone, a la salida del grupo de regulación, de dos electroválvulas de seguridad dispuestas en serie con la válvula de regulación de caudal de gas de accionamiento eléctrico. Existe un by-pass de la válvula de regulación con una electroválvula para el encendido del quemador. Un control visual de hermeticidad instalado inmediatamente después de la 1ª electroválvula de seguridad controla las fugas de gas de la 1ª electroválvula de seguridad. Si se desea controlar la hermeticidad de las dos electroválvulas será necesario instalar un control electrónico de hermeticidad, que resulta opcional hasta 300 kW y obligatorio para potencias superiores. En la entrada del circuito de gas, delante de la 1ª electroválvula de seguridad, está ubicado el presostato de control de mínima presión de gas (siempre) y, en su caso, después de la válvula de regulación de caudal de gas, el presostato de máxima.

403

Quemador y rampa de gas


2.3. Cámara de combustión Es el lugar donde se aloja el quemador; este quemador permite la utilización del gas natural y propano para el calentamiento directo de grandes volúmenes de aire, y está diseñado para obtener una combustión extremadamente limpia. El volumen de aire a calentar se mezcla con los gases producidos por la combustión del equipo, calentándose de una forma uniforme antes del oído de aspiración del ventilador de recirculación de la máquina sin ningún tipo de intercambiador, lo que mejora el rendimiento térmico del conjunto, porque no hay pérdidas en los humos. Se realiza un control proporcional de la potencia para evitar las paradas y arrancadas del quemador, estabilizándose la potencia a las necesidades térmicas del horno y consiguiendo una temperatura más uniforme y ajustada. La llama es de forma lineal y se genera en el espacio que forman los deflectores de acero inoxidable que en forma de V distribuyen el aire del cajón posterior donde se inyecta el aire total preciso para la combustión, con un exceso y presión suficientes para que la estabilidad y forma de la llama no se vea afectada por las condiciones del conducto, o zona de mezcla a que va aplicado el quemador. Dimensiones cámara Largo

2.000 mm.

Ancho

900 mm.

Alto

2.850 mm.

Vista exterior cámara de combustión

404


2.4. Salida de gases de combustión Se dispone de una chimenea de salida de los gases que se producen en el interior del horno para evacuar gases de combustión, vapor de agua y vapores de disolventes.

Chimenea de extracción Cantidad:

1

Diámetro:

200 mm

Tiro:

Natural

Caudal total de extracción: Registros de ajuste:

1.000 m3/h Sí

405


3. QUEMADOR El quemador instalado en este horno pertenece a la familia de los “Quemadores en Vena de aire” y funciona en el interior de la corriente de aire a calentar. Es de tipo modular formado por múltiples quemadores pequeños que disponen de una brida para montar sobre una placa preparada para insertar el conjunto en el interior de la cámara de combustión. La mezcla de aire y gas se produce en la propia cabeza del quemador situado en la corriente de aire a calentar. Cada quemador está formado por un esqueleto modular con bases de fundición gris que soportan unos deflectores de acero inoxidable, una caja envolvente de acero con brida de fijación y un motor ventilador. Los deflectores están provistos de orificios por cuyas secciones el gas inyectado desde las bases recibe el oxígeno para la combustión.

3.1. Potencia y características del quemador El horno va dotado de un quemador de gran elasticidad y muy estable. •

Fabricante ...................................................................... Quemamax.

•

Marca........................................................................... Quemamax 1.

•

Potencia nominal................................................................... 310 kW

Sus características generales son: •

Combustible: gas natural, GLP, aire propanado, etc.

•

Elevado rendimiento: 100% sobre el PCI del combustible. T máxima 400° C.

• •

Índice de exceso de aire, n= 1,5 a 3.

•

Capacidad: de 20 a 210kW.

•

Longitud de la llama aprox. 500 mm nominal.

•

Rango de regulación 20:1 estándar.

•

Piloto de gas.

•

Detección de llama por célula ultravioleta UV o electrodo de ionización.

•

Emisiones ( T 50° C quemador). •

CO < 10 ppm vol. (Típico < 5 ppm)

•

NOx < 5 ppm vol (Típico < 3 ppm)

406


• •

CO2. Aumento de la concentración a la salida del quemador en función del salto térmico: CO2 (ppm vol.) 37 x T (°C)

Presión de la cámara de combustión: de –6 a +1 mbar.

Leyenda quemador

407


4. SISTEMA DE APORTACIÓN DE AIRE El aire total para la combustión se incorpora en el cajón que rodea a los deflectores del quemador. Este aire es nuevo siempre y su caudal se mantiene fijo cualquiera que sea la potencia a que está trabajando el equipo. Este equipo va destinado a la aplicación de secado de pintura. Estos procesos obligan a una renovación importante de los gases que se producen, ya sea para evacuar el vapor de agua o vapores disolventes. Ello significa que la aportación de aire nuevo que se precisa es de niveles muy superiores al necesario para la combustión. Al propio tiempo, el poder disponer del aire total de combustión a presión constante y normalmente bastante superior al del circuito del horno, da las ventajas siguientes: •

La llama es totalmente estable a cualquier potencia.

•

Las variaciones de presión o caudal del horno, no influyen en el proceso de combustión ni en la forma y regulación de la llama.

Se controla la seguridad del suministro de aire de combustión mediante un presostato diferencial. El aire o gases de recirculación son controlados por un presostato diferencial que asegura su circulación a través del horno. Un termostato de temperatura máxima se sitúa en el circuito para evitar sobrecalentamientos. Un regulador de temperatura PID posiciona la válvula de combustible según las indicaciones del punto de consigna.

408


5. FICHA TÉCNICA DEL QUEMADOR Y LA RAMPA DE GAS ELEMENTO A AUTORIZAR

FABRICANTE HORNO SECADO

APLICACIÓN DE UN QUEMADOR ECLIPSE VAV V2.0 150 EN UN HORNO DE SECADO

CAMPO DE APLICACIÓN

CARACTERÍSTICAS DEL APARATO

HORNO DE SECADO USOS: SECADO DE PIEZAS A PINTAR

FABRICANTE QUEMADOR

02P2 03EV9-03EV10 03EV5-03EV6 S 03EV7 03P14 03EV11

TIPO DE COMBUSTIBLE: GAS PROPA NO/GAS NATURAL Nº QUEMADORES: 1 TIPO QUEMADOR: VAC V2.0 – 300 MARCA QUEMADOR: QUEMAMAX POTENCIAS: 210 – 20 Kw CONSUMOS: 20 – 2 Nm3/H PRESIÓN DE TRABAJO: 20 – 40 mbar

PRE SOSTATO GAS MÍNIMA ELECTROVÁLVULA SEGURIDAD ELECTROVÁLVULA SEGURIDAD PILOTO VÁLVULA REGULACION ACCIONADA POR SERV OMOTOR ELECTROVÁLVULA DE ENCENDIDO PRE SOSTATO AIRE COMBUSTION ELECTROVÁLVULA DE PUESTA AL AIRE CON BORBOTEADOR

OBSERVACIONES: APROBADO POR LA DELEGACIÓN GENERAL DE INDUSTRIA

FECHA AUTORIZACIÓN

409


6. TIPO DE GAS A UTILIZAR Los gases que se podrán utilizar como combustible, serán cualquiera de los gases de la primera, segunda o tercera familia, es decir será un aparato multigas.

Gas natural distribuido normalmente por las redes de Enagas

COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS

Metano % Vol.

98,6

87,08

85,97

91,88

Etano % Vol.

0,44

5,56

12,88

6,78

Natural % Vol.

0,07

2,11

0,37

0,64

Butano % Vol.

0,03

0,81

0,05

0,09

Pentanos% Vol.

0,01

0,22

-

-

Hexanos % Vol.

0,001

0,08

-

-

Dióxido de carbono % Vol.

0,7

1,15

-

-

Nitrógeno % Vol.

0,15

2,95

0,75

0,61

P.C.S. Kcal/m3 (N)

9,504

10,106

10,462

10,084

P.C.I. Kcal/m3 (N)

8,549

9,140

9,468

9,088

Peso específico kg/m3 (N)

0,73

0,83

0,81

0,77

Densidad relativa

0,56

0,64

0,63

0,6

CO2 total en humos m 3/m3 gas

1,01

1,1

1,13

1,08

N2 total en humos m3/m3 gas

7,56

8,06

8,32

8,02

Vol. Tot. humos secos m3/m3 gas

8,57

916

9,45

9,09

12,638

12,593

13,230

13,037

Indice de Wobbe

Gas propano suministrado por Repsol butano El propano comercial es una mezcla de hidrocarburos que se obtienen a partir de la destilación fraccionada de petróleo crudo. Por ser este producto, muy variable, en función de su procedencia, lo es asimismo el propano comercial obtenido de aquel. Un análisis de una muestra, dio la siguiente composición, que puede darse como típica:

410


Etano ....................................................................................... 0,4 % Propano................................................................................. 93,0 % Isobutano ................................................................................ 0,5 % Butano ..................................................................................... 6,2 % Mercaptanos ................................................................ 0,0015 g/m3 Humedad ......................................................................... 0,30 g/m3 Los valores medios de características físicas, pueden tabularse como sigue: Tensión de vapor absoluta a 200 C ................................... 9 Kg/m2 Tensión de vapor absoluta a 500 C ................................. 18 Kg/m2 Masa específica del líquido a 200 C......................... 0,506 Kg/dm3 Masa específica del líquido a 500 C....................... 0,4548 Kg/dm3 Masa específica del gas a 200 C y p. atm. .................... 1,85 Kg/m3 Poder calorífico inferior ........................................ 11.000 Kcal/Kg Poder calorífico superior....................................... 11.800 Kcal/Kg Poder calorífico inferior ........................................ 20.400 Kcal/m3 Poder calorífico superior....................................... 24.000 Kcal/m3 Temperatura de ebullición (aprox.) .................................... -450 C Temperatura de inflamación ............................................... 5350 C Temperatura máxima llama (aire) ................................... 1.9200 C Temperatura máxima llama (oxígeno)............................ 2.8200 C Contenido de CO2 en los humos......................................... 13,1 %

411


7. PRUEBAS Y ENSAYOS REGLAMENTARIOS Previamente a la puesta en marcha definitiva de los aparatos se realizarán las pruebas necesarias, así como las operaciones de regulación y ajuste precisas para garantizar su correcto funcionamiento y el de todos sus dispositivos de seguridad y control. Entre las pruebas deberán figurar:

7.1. Prueba de estanqueidad Se comprobará la estanqueidad del circuito de gas entre la llave del aparato y el quemador, a la presión máxima de utilización con una solución jabonosa. Asimismo, se comprobará que no existe fuga interior a través de las válvulas de corte.

7.2. Prueba de correcto funcionamiento durante la puesta en marcha Verificando que: •

El barrido de la cámara de combustión es eficaz.

•

El encendido de la llama del quemador piloto es correcto.

•

El encendido de las llamas del quemador principal es correcto.

•

Se cumplen las secuencias y maniobras del programador.

•

Los tiempos máximos de seguridad no sobrepasan los establecidos.

7.3. Prueba de correcto funcionamiento en la situación de servicio Verificando que: •

La eficacia del dispositivo de control de llama.

•

La eficacia de presión de tarado del dispositivo de control de la presión de gas.

•

La eficacia y presión de tarado del dispositivo de control de la presión del aire.

•

El gasto calorífico del quemador.

•

La temperatura y el análisis de los productos de la combustión al gasto calorífico nominal del quemador.

412


•

Los tiempos máximos de seguridad en la actuación de las válvulas automáticas de paso de gas cuando se produce fallo detectado por alguno de los dispositivos de seguridad.

Una vez efectuadas las pruebas de funcionamiento, se comprobará, de forma visual, que los materiales y órganos del aparato, tanto el elemento receptor como el equipo de combustión, no presenten deformaciones anormales ni deterioros que puedan influir de forma negativa.

413


8. SEGURIDAD Se recomienda para garantizar al máximo la seguridad del personal, de las instalaciones y de la producción seguir las recomendaciones descritas en las normas NFPA. Otras normas que pueden ser consideradas son EPA, TA-Luc, etc. Las tres condiciones básicas que deben cumplirse para minimizar los fallos son: •

Aplicación y localización apropiada del equipo.

•

Formación de los operadores.

•

Programa de mantenimiento.

a. Localización y aplicación del equipo Deben considerarse especialmente: •

Tomar las máximas precauciones frente a la posibilidad de incendio por sobre calentamiento o por escape de combustible.

•

Localizar los materiales inflamables lo más lejos posible. Distancia mínima: 0,6 metros.

•

Garantizar la ventilación adecuada del local.

•

Deben tomarse precauciones especiales e implantar las seguridades a que obligue la legislación local en caso de utilizar combustibles gaseosos más pesados que el aire (GPL).

•

Minimizar la exposición del personal ante la posibilidad de fuego, explosión, asfixia o materiales tóxicos. Las salidas de emergencia no deben quedar nunca obstruidas.

•

Deben separarse convenientemente los materiales de stock, equipo energético y otra maquinaria, con el fin de asegurar una mínima interrupción y su máxima protección en caso de accidente.

•

La instalación debe quedar protegida de ambientes o procesos externos potencialmente corrosivos.

•

Accesibilidad a sprinklers automáticos, puertas o válvulas de expansión, puertas de inspección o mantenimiento, etc.

•

Proteger cables o tubos que puedan ser afectados por superficies calientes o por fugas da gases calientes en uniones de conductos.

•

Proteger con dispositivos de seguridad los elementos que lo requieran para evitar daños al personal por calor, vibración o equipo mecánico.

414


•

El equipo debe incorporar un visor adecuado que permita observar el encendido del quemador.

•

Puesta a tierra del equipo y del cuadro para evitar descargas eléctricas.

•

Los paneles o puertas de seguridad antiexplosión (en su caso) deben estar localizados de modo que no se exponga el personal a ningún daño.

b. Formación de los operadores •

Los nuevos operadores deben ser formados para que conozcan el equipo y su funcionamiento.

•

El operador debe tener acceso a las instrucciones de funcionamiento en cualquier momento.

•

Las instrucciones básicas que deben conocer son: Arranque, Paro y Procedimientos de emergencia.

•

Los esquemas básicos son el Diagrama de Proceso e Instrumentación (P+ID) (en su caso), el plano mecánico y el esquema eléctrico. Se recomienda que esta documentación se encuentre accesible en cada equipo.

•

Es conveniente que en la información de los operarios se incluyan datos sobre: –

Cuándo mezclas aire/combustibles son inflamables.

–

Riesgos de explosión.

–

Fuentes de ignición y temperatura de ignición.

–

Funciones de control y elementos de seguridad.

•

Deben seguirse las indicaciones de mantenimiento preventivo suministradas por el fabricante.

•

Ante la detección de un escape de combustible importante o un problema de seguridad debe procederse inmediatamente: –

Desconectando la alimentación eléctrica.

–

Cerrando la válvula manual de corte de combustible.

•

El equipo portátil antiincendios (extintores) deberá ser de un tipo aprobado y estar disponible en el área según normas específicas. Debe seguirse el programa propio de inspección y mantenimiento.

•

No está permitido fumar o encender fuego fuera del área de seguridad controlada o destinada a tal efecto en la planta.

•

Cualquier trabajo de reparación o soldadura deberá ser vigilado por personal de seguridad con disposición de extintores.

415


c. Programa de mantenimiento Las comprobaciones básicas pueden resumirse en: •

Comprobar que la ventilación de la zona es correcta.

•

Verificar que el tiempo y las condiciones de barrido de la cámara donde está el quemador son correctos.

•

Verificación del estado del sistema para suministro de aire fresco, del sistema de extracción así como del ratio de ventilación necesario en procesos en que se evaporan disolventes.

•

Verificar que no existe fuga de gas al ambiente. Se percibirá por el olor característico del gas y puede localizarse mediante un spray de agua jabonosa.

•

Verificar la estanqueidad de las válvulas de gas mediante el sistema incorporado al equipo.

•

Comprobar que el encendido del quemador es seguro y que la llama que se forma es estable.

•

Sustitución periódica de la célula para la detección de llama.

•

Comprobación periódica de las distintas seguridades del equipo.

•

No debe anularse ninguna seguridad ni debe cambiarse su valor de tarado sin autorización expresa del fabricante.

•

Ante un paro prolongado de la instalación se recomienda el cierre de las válvulas manuales de corte de combustible.

416


RESUMEN Para la seguridad del personal y protección de la instalación, deben seguirse cuidadosamente las instrucciones dadas para la supervisión y/o monitorización de las condiciones que pueden causar o pueden inducir un riesgo real o potencial: •

Los equipos de combustión y unidades donde el combustible, gases o vapores inflamables están involucrados, deben disponer de todos los elementos de seguridad de acuerdo con las normas aplicables y la buena práctica de los fabricantes.

•

Las consideraciones de seguridad deben extenderse a los equipos adyacentes y a otros equipos próximos para evitar la contribución adicional de riesgos.

•

Un paro de seguridad del equipo de calefacción por cualquiera de las características o elementos de seguridad prescritos, requerirá indistintamente para un nuevo arranque:

•

•

•

–

Intervención manual de un operador o

–

Nuevo ciclo automático de encendido por un sistema programador aprobado.

Las áreas principales de seguridad deben incluir, pero no deben estar limitadas a: –

Barrido de aire fresco.

–

Aire de recirculación.

–

Aire de combustión.

–

Presencia de llama.

–

Presión de combustible.

Debe tenerse siempre presente que: –

La mera presencia de un elemento de seguridad en una instalación no puede por si mismo asegurar la absoluta seguridad de operación.

–

No hay sustituto para un operador diligente, capacitado y bien formado.

–

Una alta repetición del ciclo de operación de cualquier seguridad puede reducir su vida.

–

Las válvulas de seguridad automáticas no son sustitutos de las válvulas principales de corte manual.

Una inspección y mantenimiento programados regularmente de todos los elementos de seguridad debe efectuarse anticipadamente

417


contra los riesgos, reales o potenciales, que pueden presentarse en cualquier momento. •

Debe ser única responsabilidad del usuario el establecer y programar la frecuencia y extensión de los planes de inspección y mantenimiento (así como las acciones correctivas que deben tomarse) ya que sólo el usuario conoce cuales son las condiciones reales de operación.

•

Es responsabilidad del fabricante del equipo el suministrar recomendaciones y/o sugerencias sobre los procedimientos de inspección y mantenimiento.

•

Los elementos de seguridad deben ser adecuadamente instalados y mantenidos de acuerdo con las instrucciones del fabricante/s.

•

Los elementos de seguridad así como la instalación de combustible debe estar protegida contra daño físico o manipulación accidental.

•

Los elementos de seguridad no deben ser cortocircuitados ni bypasados.

418


BIBLIOGRAFÍA General Instrucción sobre documentación y puesta en servicio de las instalaciones receptoras de gases combustibles y instrucción sobre instaladores autorizados de gas y empresas instaladoras. Orden de 17 de Diciembre de 1985. Reglamento del servicio público de gases combustibles. Real Decreto 2913/73 de 26 de Octubre.

Equipos de combustión Instalaciones receptoras y redes de distribución interior: Instalaciones receptoras de Gas Natural UNE 60-620Instrucciones Técnicas Complementarias del Reglamento de Aparatos que utilizan gas como combustible-ITC-MIE-AG-20. Orden de 15 de Diciembre de 1988. ITC MIE AG20 DEL Reglamento de Aparatos que utilizan gas como combustible. Quemadores a gas - Parte 1: Quemadores atmosféricos. UNE 60-740-85/1. Quemadores a gas - Parte 2: Quemadores con ventilador. UNE 60-740-85/2. Reglamento de Aparatos que Utilizan Gas como Combustible. Real Decreto 494/1988 de 20 de Mayo (B.O.E. 25-5-88).

419

LIBRO INSTALACIONES DE PRODUCCION DE CALOR

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