MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN CLIMA TIZACIÓN Y VENTILACIÓN VENTILA CIÓN U.D. 8 INST INSTALACIONES ALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIÓN CON AGUA Y REFRIGERANTE
M 6 / UD 8
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ÍNDICE Introducción. Introd ucción...... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... ....... ..
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Objetivos Objet ivos.... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ....
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1. Sist Sistema emass cen centra traliza lizados dos... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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2. Cla Clasif sificac icación ión de sis sistem temas as seg según ún el flu fluido.... ido....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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3. Circ Circuit uitos os prim primari ario o y sec secunda undario... rio...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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4. Sist Sistema emass de prod producci ucción ón de calo calorr ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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4.1. Equ Equipos ipos aire aire-ai -aire re ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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4.2. Equ Equipos ipos aire aire-ag -agua ua... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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4.3. Equ Equipos ipos agua agua-ag -agua ua ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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4.4. Equ Equipos ipos agua agua-ai -aire re... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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4.5. Cald Caldera erass ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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5. Com Compon ponent entes es una enf enfria riadora dora air aire-a e-agua... gua...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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6. Se Secue cuenc ncia ia de ar arran ranqu quee de de una una en enfr fria iado dora ra de ag agua... ua..... .... .... .... .... ....
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7. Esquem Esquemaa en caso de varios varios circuito circuitoss y enfria enfriadores dores en paralelo paralel o ..... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .....
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8. Ci Circu rcuit itos os de de dist distrib ribuci ución ón de de agua agua cali calien ente te o frí fríaa .. .... .... .... .... .... .... .... .... ..
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9. Cá Cálcu lculo lo de circ circuit uitos os de dis distr trib ibuci ución ón de agua... agua..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....
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9.1. Cálc Cálculo ulo de cauda caudales. les.... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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9.2. Esq Esquem uema.. a..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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9.3. Suma de caud caudale aless ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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9.4. Asig Asignaci nación ón de diám diámetr etros os ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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9.5. Pérd Pérdida ida de carg cargaa parc parcial ial y tot total al ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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9.6. 9. 6. Pér Pérdid didas as localiz localizad adas as en acc acces esor orio ioss .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..
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10. Equilib Equilibrado rado del circuito... circuito........ ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ........ ...
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10.1. Retorn Retorno o invert invertido....... ido............ .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .....
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10.2.. Válv 10.2 Válvulas ulas de equili equilibra brado do automát automático... ico...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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11. Bom Bomba ba impulsora impulsora y acce accesor sorios ios ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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11.1.. Cálc 11.1 Cálculo ulo y sel selecc ección ión de de la bomb bombaa ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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11.2.. Bom 11.2 Bombas bas en varios varios circuito circuitoss ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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11.3. Colect Colectores ores..... .......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......
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11.4. Depósi Depósitos tos de inercia... inercia........ ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... .....
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12. Unidade Unidadess termin terminales ales ..... .......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ...... ..
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13. El fa fancoil ncoil.... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ........ ...
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13.1.. Com 13.1 Compon ponent entes es de un fancoil fancoil ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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13.2. Clasif Clasificación. icación...... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......
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13.3.. Con 13.3 Conexi exión ón hidráu hidráulica lica de un fan fancoil..... coil........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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13.4.. Esq 13.4 Esquem uemaa de contr control ol de un un fancoil.... fancoil....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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14. Clim Climaatiz tizado adoras ras o unida unidades des de tra trattami amient ento o de de aire aire (UT (UTA) A) ...
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15. Seccion Secciones es de una UT UTA A ..... .......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ........ ...
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15.1.. Sec 15.1 Secció ción n de ven ventila tilador dores es ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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15.2.. Sec 15.2 Secció ción n de bate batería ríass de frío frío y cal calor or ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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15.3.. Sec 15.3 Secció ción n de fil filtro tross y pref prefiltr iltros..... os........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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15.4.. Sec 15.4 Secció ción n de hum humidif idifica icación ción ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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15.5.. Sec 15.5 Secció ción n de mez mezcla cla ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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15.6.. Sec 15.6 Secció ción n de rec recuper uperació ación n ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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16. Enfria Enfriamiento miento gra gratuito tuito ..... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .....
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16.1. Freeco Freecooling oling térmic térmico........ o............ ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... .....
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16.2.. Fre 16.2 Freeco ecoolin oling g ent entálpi álpico co ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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17. Cálculo y selecci selección ón de una UT UTA.... A......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ........ ...
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17.1. 17. 1. Pr Proc oces eso o teór teóric ico o de clim climat atiz izaci ación ón del del air airee de un loc local al .
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17.2. Selecc Selección ión de la UT UTA A ..... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ........ ...
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18. Sist Sistema emass de caudal caudal refri refriger gerant antee varia variable ble (VRV (VRV)... )...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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18.1. Equipo Equiposs product productores...... ores........... .......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... .....
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18.2.. Red 18.2 Redes es de tube tubería ría de refr refrige igerant rante. e. Sist Sistema emass ... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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18.3.. Sis 18.3 Sistem temas as de VRV con con recupera recuperación ción... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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18.3.. Uni 18.3 Unidade dadess ter termin minale aless VRV.. VRV..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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18.4.. El control 18.4 control de sistemas sistemas VRV....... VRV.......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
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18.5.. Mon 18.5 Montaj tajee y mant mantenim enimien iento to de sis sistem temas as VRV ... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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19. Mon Monttaje de inst instala alacion ciones es centraliza centralizadas..... das........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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20. Operaciones de mantenimiento mantenimiento preventivo en sistemas de agua.... agua......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... .......
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20.1. Circuit Circuito o hidráuli hidráulico........ co............. .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ...... ..
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20.2.. Cir 20.2 Circuit cuitos os eléctri eléctricos cos y de con contro troll ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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21. Mét Método odoss de diag diagnós nóstic tico o de avería averías... s...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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22. Norm Normaativ tivaa y regl reglame amento ntoss apli aplicabl cables.... es....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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22.1.. El prob 22.1 problem lemaa sanit sanitario ario por la legio legionell nellosi osiss ... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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Resumen Resume n .... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ....
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Anexo An exo
...... ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..
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Cuestionario Cuesti onario de autoe autoevvaluació aluación n ..... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... ......... ....
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Laboratorio.. Labora torio...... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ........ ...
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INTRODUCCIÓN Conocer este tema es fundamental para un buen instalador de climatización,, ya que requiere un nivel de preparación superior al de los climatización pequeños equipos autónomos. Contempla los sistemas de climatización centralizados utilizados en edificios grandes de uso público. Estudiaremos las técnicas clásicas aireagua, todo agua y las nuevas técnicas RVR. Aprenderemos a calculas redes de distribución con fluidos calorportadores, calorp ortadores, y unidades terminales típicas. (Duración: 14 horas)
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OBJETIVOS Conocer los diferentes tipos de sistemas centralizados. Equipos y componentes de sistemas aire-agua. Cálculo de redes de distribución de agua. Unidades terminales. Funcionamiento, tipos, uso.
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1. SISTEMAS CENTRALIZADOS Las instalaciones centralizadas se utilizan en grandes edificios de uso residencial, comercial o administrativo, como hoteles, centros comerciales, edificios de oficinas, locales de espectáculos, etc. En general, en edificios divididos en muchas estancias que deban de funcionar de forma independiente, con su propia regulación, u ocupación distinta en el tiempo.
Enfriadora
Es decir, en un gran supermercado se puede instalar uno o varios equipos autónomos aire-aire, ya que todo el centro funcione a la vez, y con la misma temperatura interior, pero en un hotel, cada habitación puede estar ocupada o vacía, y además, cada ocupante puede fijar diferentes parámetros interiores de confort. En lugar de instalar numerosos equipos autónomos, es preferible separar la instalación en las fases siguientes: •
Producción: son los equipos encargados de generar la potencia calorífica necesaria en el conjunto de la instalación, ya sea frío, calor, o ambas.
•
Distribución: en este apartado se distribuye la energía calorífica generada por las diferentes estancias del edificio, mediante un fluido calorportador o frigorífero (agua, gas, aire), y unas tuberías.
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•
Unidades terminales: equipos encargados de climatizar cada estancia, cediendo o absorbiendo las calorías del fluido al ambiente.
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2. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS SEGÚN EL FLUIDO La denominación de los equipos consta de dos palabras, que se refieren a: La primera es el fluido fuente de calor o sumidero. La segunda palabra es el fluido receptor receptor.. Un sistema centralizado puede ser del tipo siguiente:
Intercambiadores de calor
Aire-Agua : equipo con batería exterior refrigerada por aire, y parte interior que cede o absorbe calor a un circuito de agua. Agua-Agua : equipos condensado por agua (que es refrigerada por una torre de recuperación) y parte interior que cede o absorbe calor a un circuito de agua. También se llaman sistemas “todo agua”. Aire-Aire: equipo con baterías interiores y exterior ventiladas por aire. Agua- Aire: equipos condensados por agua, con la parte interior formada por baterías de aire.
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Tierra- Agua o Tierra aire: se instalan unas tuberías enterradas de bastante longitud, para que absorban o cedan el calor del terreno.
Intercambiadores de calor Los intercambiadores de calor permiten la transferencia de calor de un fluido a otro, mediante transmisión o convección. Los intercambiadores los distinguiremos según el fluido en ambos lados del mismo.
Intercambiador gas-agua de placas
•
Baterías gas-aire: formadas por tubos de cobre por cuyo interior circula el refrigerante, y aletas de aluminio y un ventilador para forzar el movimiento del aire, que puede ser axial o centrífugo.
•
Intercambiadores gas-agua: constituidos por varios tubos concéntricos, Intercambiadores por los que circulan a contracorriente el gas refrigerante y el agua. Pueden ser de tubos concéntricos arrollados o de tubos en haz. El refrigerante enfría o calienta el agua.
•
Intercambiadores agua-agua : para intercambiar calor entre dos circuitos de agua.
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3. CIRCUITOS PRIMARIO Y SECUNDARIO Siempre que exista un intercambiador de calor aparecen dos circuitos: Al circuito de la parte generadora se le llama “circuito primario”. Al circuito de la parte receptora se le llama “circuito secundario”. Si tenemos una caldera que calienta un circuito de agua mediante un intercambiador intercamb iador de placas, al circuito de la caldera lo llamamos primario, y al circuito de agua caliente sanitaria circuito secundario.
Esquema principio intercambiador
Los circuitos primario y secundario normalmente son circuitos separados, es decir los fluidos ceden calor, calor, pero circulan por tuberías distintas, y no se mezclan, ni tampoco un circuito puede contaminar al otro. La circulación de los fluidos es normalmente a contracorriente, para que la entrada del caliente coincida con la salida del secundario, de forma que la caída de temperatura sea la mínima.
Gráfico de temperaturas primario y secundario
Salto térmico es la diferencia de temperaturas del fluido a la entrada y salida.
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Caída de temperatura es la diferencia entre las temperaturas del fluido primario y la salida del secundario. Es decir, la pérdida de temperatura debida al intercambio.
Si tenemos la temperatura siguiente: Fluido primario: Temperatura de entrada T1. Temperatura de salida T2. Fluido secundario: Temperatura de entrada t1. Temperatura de salida t2. Definimos Salto térmico en primario: T2 – T1 Salto térmico en secundario: t2 – T1 Caída de temperatura: T1 – t2 La temperatura media se calcula con la fórmula: (T1 – t2) – (T2 – t1) Tm = Cf -------------------------------------–––––– Ln (T1 – t2) / (T2 – t1) Siendo Cf un factor de rendimiento. El calor transmitido es: Q = m . Ce (t2 – t1) Formula que ya conocemos. Ejemplo: tenemos un intercambiador de placas a contracorriente, con las temperaturas siguientes:
Primario: Entrada 80 C. Salida 60 C °
°
Secundario: Entrada 50 C. Salida 75 C. °
°
Salto térmico: Primario: 80 – 60 = 20 C. °
Secundario. 75 – 50 = 25 C. °
Caída de temperatura: 80 – 75 = 5 C. °
(80 – 75) – (60 – 50) –5 Tm = 0,8 ----------------------------------––––––––– = -------------–––– = 7,2 C Ln (80 – 75) / (60 – 50) Ln(0,5) °
Las calorías que transferirá en cada kg de agua serán: Q = m . Ce. (t2 – t1) = 1 . 1. (75 – 50) = 25 kcal
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En resumen: El intercambiador depende de las diferencias de temperatura entre entrada y salida. Si aumentamos el caudal, baja el salto térmico. Si el salto térmico es excesivo, debemos aumentar la superficie del intercambiador.. A más potencia, el intercambiador ha de ser mayor. intercambiador
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4. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE CALOR Vamos a describir los principales equipos climatizadores generadores de Vamos calor o frío, según su fluido: •
Equi Eq uipo poss ai aire re-a -air ire. e.
•
Equipo poss air airee-Agua
•
Equi Eq uipo poss Ag Agua ua-A -Agu gua. a.
4.1. Equipos aire-aire Los sistemas centralizados aire–aire son similares a los que hemos visto en la unidad didáctica 7, sobre equipos autónomos. El equipo se instala en un lugar exterior, normalmente la cubierta, y mediante una red de conductos de aire, se reparte el caudal por las diferentes estancias. El problema surge cuando queremos zonificar, es decir cuando hay estancias desocupadas, o el edificio tiene zonas más cálidas que otras, por orientación, ventanas, aparatos, etc. Existen muchos sistemas, más o menos complicados, pero únicamente nombraremos los siguientes: •
Temp empera eratur turaa del del aire var variabl iablee (T (TAV).
•
Vol olum umen en de de aire aire var variab iable le (V (VAV) V)..
Temperatura del aire variable (TAV) Consiste en acondicionar el aire en un equipo centralizado, que lo distribuye por todo el edificio, y que llamaremos aire primario.
Sistema de volumen constante y temperatura variable
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En cada estancia disponen de un climatizador secundario, que lo calienta o enfría según las necesidades específicas de la zona, y que llamaremos unidad de post-tratamiento.
Volumen de aire variable (VAV) En este caso, el aire se trata centralmente, y se distribuye por todas las estancias a una misma temperatura, pero en cada zona instalaremos compuertas para variar el caudal de aire según sus necesidades, hasta poder cerrarlo si no se precisa climatizar. Este sistema de conductos, descrito en la UD 3, también es llamado multizona.
Sistema de volumen variable y temperatura constante
En general, los sistemas centralizados con distribución por aire sólo son adecuados cuando las necesidades de calor son homogéneas, así como los horarios. Además los conductos de aire son muy voluminosos y requieren mucho espacio de obra cuando tienen que atravesar las plantas del edificio.
4.2. Equipos aire-agua En los equipos aire-agua el equipo productor enfría o caliente el agua de un circuito cerrado, que se distribuye por el edificio mediante tuberías, hasta los equipos terminales, que se denominan fan-coils.
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Es como un sistema de calefacción, pero con agua fría o caliente. Estos equipos se denominan también enfriadoras de agua. Son equipos compactos que se instalan en el exterior del edificio, en patios o sobre la cubierta del mismo. Tienen una gran batería de intercambio de aire en los laterales o en forma de V, y en su interior alojan todo el equipo frigorífico, hidráulico y de control, de forma que sólo se precisa su instalación y conexión a la alimentación eléctrica, y al circuito de distribución de agua.
Esquema enfriadora de cubierta
Si funciona como enfriadora, toma las calorías del circuito de agua, y la disipa por la batería exterior de aire. En su funcionamiento como bomba de calor toma las calorías del aire ambiente, y las cede al circuito de agua. En grandes instalaciones se instalan varias unidades en paralelo, para conseguir la potencia total, y tener más seguridad en caso de avería de una de ellas. Son equipos muy interesantes desde el punto de viste energético, ya que con temperaturas mínimas exteriores del orden de 5 C A 10 C tienen una eficiencia de 2,5 a 3, con un coste inferior a una calefacción mediante gasóleo o gas. Además pueden hacer la función de calentar en invierno y enfriar en verano. °
°
El utilizar como medio de transporte el agua obedece a que las conducciones son mucho más pequeñas que los conductos de aire, menos ruidosas y más duraderas. Caudal de agua : los equipos aire agua se seleccionan en función principalmente de su potencia en W, desde 7.000 a 500.000 W.
Pueden ser sólo frío o bomba de calor (reversibles). Las condiciones de trabajo suelen ser:
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Verano: •
Tem. ext exteerio iorr: 32 32 C.
•
Tem em.. En Entr trad adaa ag agua ua:: 9, 9,5 5 C.
•
Tem em.. Sal Salid idaa agu agua: a: 4, 4,5 5 C. (Salto térmico 5 C).
°
°
°
°
Invierno: •
Tem. ext exteerio iorr: 5 C.
•
Tem em.. Ent Entra rada da ag agua ua:: 40 40 C.
•
Tem em.. Sal Salid idaa agu agua: a: 45 C. (Salto térmico 5 C).
°
°
°
°
Hay que tener en cuenta que los equipos reversibles o bomba de calor bajan notablemente de rendimiento cuando la temperatura exterior desciende de 5 C, por ello hay que tener precaución al instalarlos en zonas muy frías del d el interior. °
El salto térmico en el secundario nos permite calcular el caudal de agua:
Pot. enfriadora en Kcal/hora Caudal litros/hora = ---------------------------------------–––––––––– 5 ( salto térmico) °
Ejemplo
Calcular el caudal de agua necesario para un equipo de 100.000 W : Potencia = 100.000 x 0,86 = 86.000 Kcal/h Caudal = 86.000 Kcal/h/ 5 C = 17.200 L/h. °
Caudal = 17.200 L/h / 3600 segundos = 4,77 L/s Este caudal nos permite elegir los diámetros de las tuberías necesarias. Dimensiones y pesos: los equipos aire- agua son grandes y pesados, que suelen instalarse en terrazas o cubiertas de los edificios. Por ello hay que calcular el esfuerzo que transmiten a la estructura del edificio, y colocarlas sobre bancadas de reparto.
También son equipos voluminosos que provocan un gran impacto visual y posiblemente molestias por ruido. Por ello es preferible ocultarlos tras unos setos o barreras que minimicen estos efectos sobre el entorno.
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4.3. Equipos agua-agua Los equipos agua-agua consisten en unidades frigoríficas con dos intercambiadores gas-agua, uno para el condensador y el otro para el evaporador.. No suelen ser reversibles. evaporador El circuito del condensador no vierte el agua caliente al desagüe, sino que suele estar enfriado (recuperado) por una torre de recuperación situada en el exterior, y por ello estos equipos pueden instalarse en una sala de máquinas interior interior..
Equipo agua-agua
Se utilizan en muy grandes instalaciones, con potencias a partir de 500.000 Kcal/h. Los compresores pueden ser semiherméticos, de tornillo o centrífugos. Estas unidades son muy compactas, para la enorme potencia que proporcionan. El circuito de refrigeración de la torre trabaja con saltos de unos 10 C en la temperatura del agua. °
Debido al problema originado por la bacteria legionella se tiende a reducir al mínimo la utilización de torres de recuperación, y con ello los sistemas agua-agua, que se están sustituyendo por los de aire-agua.
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4.4. Equipos agua-aire En realidad son equipos autónomos condensados por agua. Cada equipo se instala en una estancia, y el sistema común es el de enfriamiento del agua de condensación de cada equipo, que está formado por una torre situada en el exterior exterior.. Este sistema se ha descrito d escrito en el Tema 5.
Esquema de un sistema agua-aire con recuperación centralizada
4.5. Calderas En muchas ocasiones se dispone de calderas de producción de calor para calentar el agua del circuito de distribución. En estos casos se instalan enfriadoras de agua en paralelo con las calderas, de forma que la caldera realiza el trabajo en invierno, y las enfriadoras el trabajo en verano. Este es el sistema más utilizado durante años en las grandes instalaciones de climatización.
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Hay que tener en cuenta que las calderas trabajan con un salto térmico de 15 C a 20 C, y las enfriadoras con 5 C-6 C. Debido a ello, los caudales que circulan en calor son de un tercio de los de las enfriadoras. Para evitar esto, en algunos casos se pueden instalar circuitos diferentes, es decir dos tubos para el agua fría, y dos tubos para el agua caliente, lo que se llama instalación a 4 tubos . °
°
°
°
Las unidades terminales tienen entonces dos baterías, una de frío y otra de calor, calor, colocada una a continuación de la otra, con un solo ventilador, ventilador, como veremos más adelante.
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5. COMPONENTES DE UNA ENFRIADORA AIRE-AGUA Son equipos compactos de forma rectangular, formados por los elementos siguientes: •
Batería intercambio de aire de gran tamaño que cubre parte de las paredes verticales del equipos, y en algunos casos es en forma de V.
• Varios ventiladores axiales en la parte superior, para descargar el aire en sentido vertical ascendente. Son de pala ancha y bajas revoluciones (950 o 450 R.P.M.) para reducir el ruido al mínimo. •
Uno o varios compresores frigoríficos de tipo hermético o semihermético con sus elementos auxiliares: válvulas de expansión, filtros, silenciadores, tomas de presión, etc.
•
concéntricos Intercambiador de calor gas-agua: puede ser de dos tubos concéntricos arrollados, o de placas a contracorriente. En el segundo caso se puede desmontar para limpiar la cal que se deposita entre las placas.
El intercambiador de agua es una parte importante de la enfriadora, y de la calidad de este elemento depende la vida del equipo, pues en caso de corroerse, el agua pasa al circuito frigorífico produciendo el agarrotamiento del compresor, compresor, filtro, válvula de expansión, etc., precisando de una limpieza a fondo de todo el circuito frigorífico.
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Intercambiador gas-agua de placas
Lo mejor es que el intercambiador sea de acero inoxidable o titanio. Otra avería frecuente es que por falta de refrigerante o por bajo caudal de agua, se congele el agua en su interior, y se deformen o agrieten los tubos, con resultado igual ig ual al caso anterior anterior.. El intercambiador se aísla totalmente con coquilla por el exterior, de forma que parece una caja negra. Equipo eléctrico de control:
Contiene presostatos, termostatos, temporizadores, contactores, relés térmicos, pilotos y mandos. Recientemente incorporan un autómata con un programa en memoria ROM que gobierna y permite modificar los parámetros de consigna del equipo. Las conexiones eléctricas se realizan en un bornero con fichas para conectar la línea de alimentación eléctrica, y otras para el control a distancia (termostato o caja de control). Módulo hidráulico:
Para forzar la circulación del agua pueden incorporar un módulo hidráulico que está formado por:
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•
Bomba circuladoras de agua, de tipo cerrado de calefacción, que puede tener varias velocidades.
• Vaso de expansión, de tipo membrana, calculado para un volumen acorde a la potencia. •
Depósito de inercia, o tanque de acumulación de agua colocado en serie con el circuito de agua de la enfriadora, y que sirve para que el equipo no realice arranques demasiado frecuentes.
• Válvula de retención, para evitar corrientes contrarias al flujo normal. •
Interruptor de flujo, que detecta si el caudal de agua es suficiente para que arranque el equipo frigorífico.
Esta protección es fundamental, y en caso de no llevarla el equipo que instalemos, deberemos instalarlo en el circuito de agua exterior a la enfriadora.
Esquema hidráulico de conexión
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6. SECUENCIA DE ARRANQUE DE UNA ENFRIADORA DE AGUA En el caso de una única enfriadora: El mando de la instalación pone en marcha la bomba de circulación de agua y el circuito comienza a moverse. El interruptor de flujo se activa al detectar caudal de agua, y da señal de arranque a los compresores y circuito frigorífico de la enfriadora. Posteriormente, el termostato situado en el retorno del circuito de agua indica si el agua retorna desde el edificio demasiado fría, y para uno o todos los compresores. La bomba de circulación de agua no para mientras existan estancias conectadas.
Bomba de circulación gemela
En locales con muchas estancias puede instalarse una caja con relés, para que en caso estar todos desconectados, pare la enfriadora, o pare la bomba principal. Hay que tener en cuenta que la enfriadora precisa de un caudal mínimo según su potencia, que no puede bajar, so pena de congelar el intercambiador y dañar el equipo.
En caso de varias enfriadoras: La conexión de varias enfriadoras en paralelo es muy frecuente, y el problema surge en arrancar y parar las distintas unidades para adaptarse a la demanda de calorías de la instalación.
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Al aumentar de la demanda de potencia de la instalación, el agua retorna a mayor temperatura, y si disminuye la demanda, el agua retorna más fría.
Interruptor de caudal
Un sistema sencillo es instalar un termostato en cada enfriadora, y graduarlos en cascada, pero en este caso unos equipos tendrán más desgaste que otros, y deberemos alternarlos mediante un conmutador periódicamente. Los equipos más recientes incorporan un sistema electrónico de gestión con más inteligencia y conectados mediante un sistema de bus, el cual se encarga de distribuir el trabajo de las enfriadoras de forma uniforme.
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7. ESQUEMA EN CASO DE VARIOS CIRCUITOS Y ENFRIADORAS EN PARALELO La conexión de varios equipos aire-agua en paralelo es un caso muy frecuente en grandes instalaciones, por utilizar varios equipos estándar, y tener más seguridad frente a las averías que en caso de un sólo equipo grande. Además, el circuito de distribución suele dividirse en varias zonas, y cada una se instala con una bomba de circulación propia. Cada enfriadora tiene una bomba de circulación propia, y al unirse todas en paralelo, lo llamamos circuito primario.
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8. CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA CALIENTE O FRÍA La energía producida en la enfriadora la distribuimos a los receptores del edificio mediante un fluido que normalmente es el agua, en un circuito cerrado, y con un salto térmico de 6 C a 7 C, es decir el agua se envía por la tubería de “ida”, y vuelve por al tubería de “retorno”, 6 C ó 7 C mas fría o más caliente. Para evitar congelaciones, a menudo se le añade al agua un porcentaje de glicol, que hace descender el punto de congelación del fluido a –15 C. °
°
°
°
°
El circuito precisa de varios elementos, como bombas de impulsión, tuberías y válvulas de corte o equilibrado.
Tipos Tip os de distribuciones Según el tipo de edificio: Vertical: las tuberías van de una planta a la superior, atacando a los terminales que están situados todos en la misma posición. Se precisa un montante por cada terminal o grupo.
Horizontal : las tuberías suministran a una planta, discurriendo por los pasillos. Se puede cortar cada planta independientemente.
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Mixta: con redes verticales y horizontales. Según su retorno: retorno simple o retorno invertido.
Detalle conexión fancoil 4 tubos
Según se conecten los terminales: en paralelo o monotubo.
En general son preferibles las distribuciones en distribución horizontal, en paralelo, y con retorno invertido. En algunos casos se realizan dos circuitos, uno de agua fría y otro de agua caliente, y los fancoils tienen dos baterías, una de frío y otra de calor.. Esto se llama instalación a cuatro tubos. calor
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El circuito de calor se alienta desde calderas de calefacción, y el de frío desde enfriadoras de agua (sin bomba de calor). Este circuito tiene la ventaja de poder suministrar en cualquier terminal frío o calor al mismo tiempo.
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9. CÁLCULO DEL CIRCUITO DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA Para calcular el circuito de distribución de agua debemos de realizar los pasos siguientes:
9.1. Cálculo de caudales Calcular el caudal de cada unidad terminal, mediante la expresión: Q = P / At Siendo:
P = Potencia frigorífica en Kcal/h de la unidad. At = Salto térmico en C (normalmente 5 a 6 C). °
°
9.2. Esquema Dibujar un esquema de la red de tuberías con los terminales y su potencia térmica. Numerar los tramos ordenadamente.
Esquema numerado
Recordemos que siempre que cambie el caudal, es un tramo distinto. Siempre aparecen dos nuevos tramos tras una derivación: uno en la rama principal y otro en la rama derivada. También podemos ayudarnos con una tabla como la siguiente:
Tramo N
Caudal L/s
Diámetro Cálculo mm.
Diámetro adoptado
Longitud +acces. m.
Pérdida tramo mm.c.a
Pérdida acumulada mm.c.a
1
4,5
80
80
45
0,4
2,4
°
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9.3. Suma de caudales Sumar los caudales y anotar los resultantes en cada tramo. Si comenzamos por las ramas finales, iremos sumando caudales a medida que se unan ramas en un tronco común.
Esquema, suma de caudales
9.4. Asignación de diámetros Con las tablas de pérdida de carga en tuberías, partiendo del caudal del tramo, adjudicamos una pérdida de carga unitaria Ji de 100 mm.c.a por metro, y obtenemos el diámetro de la tubería. Hay que tener en cuenta también que la velocidad de circulación debe estar entre 0,5 y 1,5 m/s, para evitar ruidos.
Esquema, diámetros
En los tramos finales es conveniente aumentar un poco los diámetros,
9.5. Pérdida de carga parcial y total Como hemos fijado una pérdida de carga unitaria Ji de 0,01 m.c.a/m, para todos los tramos, para averiguar la pérdida de un tramo simplemente multiplicaremos la longitud del tramo por Ji Ji = 0,01 m.c.a/m Longitud del tramo 60 m. Perdida total Jt = 60 m x 0,01 m.c.a/m = 0,6 m.c.a
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La pérdida total de la instalación será la del tramo más alejado, y nos servirá para elegir la bomba impulsora del circuito. Hay que comprobar que la bomba de enfriadora pueda proporcionar la presión requerida. Lo equipos comerciales con módulo hidráulico incorporado disponen de una presión entre 10 y 20 m.c.a
9.6. Pérdidas localizadas en accesorios La pérdida de carga total se obtiene sumando la del resto de elementos de la instalación: •
Sus ac acce ceso sorio rios, s, co codo doss y Tes Tes..
•
Las llaves llaves de corte, corte, de regulac regulación, ión, acce accesori sorios os (ver (ver tabla tabla en en Anexo). Anexo).
•
Las bater baterías ías de de la enfria enfriadora dora y los los fan-coil fan-coilss (ver (ver datos datos de de enfriado enfriadoras ras y fancolis).
Si no disponemos de datos, la pérdida de carga típica de un fancoil es de 1 m.c.a, y la del intercambiador de la enfriadora 3 m.c.a.
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10. EQUILIBRADO DEL CIRCUITO Como la pérdida de carga es proporcional a la longitud de la tubería, en los terminales situados a más distancia tendrán una mayor perdida de carga, y los más cercamos una pérdida menor. Como el caudal tiende a circular por el circuito de menor pérdida, resultará que los terminales más cercanos tendrán un caudal excesivo, y los más alejados un caudal de agua insuficiente. El circuito estará entonces desequilibrado. Se puede comprobar midiendo la temperatura de salida del agua en varios terminales, y observando que hay diferencias notables de temperatura. Para equilibrar un circuito de distribución de agua puede realizarse de forma manual en instalaciones reducidas, mediante ajuste de las llaves de regulación o detentores. Deberemos comprobar todos los terminales hasta que la temperatura del agua de retorno sea uniforme con todos en carga. Es decir el salto térmico entrada–salida debe ser igual en todos. Si el salto es grande, hay que aumentar el caudal, y si el salto térmico es pequeño, hay que disminuir el caudal.
10.1. Retorno invertido Por el por tubo de retorno el agua debe volver hacia la enfriadora, pero el retorno invertido consiste en que en el tubo de retorno circula el agua en sentido opuesto, es decir igual al de ida, y al final el tubo gira 180 grados, y vuelve hacia la enfriadora. De esta forma si sumamos la distancia de ida y retorno, todos los terminales quedan a la misma distancia total del colector de salida, y por lo tanto, todos los terminales quedan equilibrados.
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El retorno invertido es muy conveniente, y obligatorio en instalaciones con muchos ramales y terminales, como los hoteles o edificios de oficinas.
10.2. Válvulas de equilibrado automático Estas llaves tienen, además de la rueda principal, dos tomas de presión. Mediante un calibrador electrónico puede ajustarse a una pérdida de carga diferencial, es decir entre la entrada y la salida, de forma proporcional al caudal. Es decir, podemos compensar la diferencia de longitudes mediante estas llaves con gran precisión. Pueden instalarse en la entrada de los terminales, o en los ramales principales, como las plantas de un hotel. También puede realizarse un sistema mixto, mediante un retorno invertido in vertido en la bajante general, y válvulas equilibradoras en los ramales.
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11. BOMBA IMPULSORA Y ACCESORIOS 11.1. Cálculo y selección de la bomba Para elegir la bomba que impulsará el agua por las tuberías del circuito tenemos que partir de dos datos: •
Caud Ca udal al de dell ci circ rcui uito to..
•
Presión Pres ión a vence vencerr o pérd pérdida ida de carga carga tot total al del del circu circuito ito..
Válvula equilibradora
El caudal hemos visto que se obtiene de dividir la potencia frigorífica por el salto térmico del agua: Q (L/h) = P (kcal/h) / (T2 – T1)
La pérdida de carga del circuito la tendremos que hallar según lo descrito en el punto 9 de esta UD, partiendo del caudal anterior. Si hemos calculado la red con el método de pérdida de carga constante, simplemente multiplicaremos los metros de tubería hasta el punto más alejado (incluyendo la longitud equivalente de accesorios), por la pérdida unitaria fijada en m.c.a/m. Al total le sumaremos las pérdidas en el fancoil y en la enfriadora.
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Cálculo Una vez hallada la pérdida de carga en el punto más desfavorable, deberemos elegir una bomba de impulsión que nos asegure el caudal de cálculo de la instalación. La selección de una bomba centrífuga es similar a la de un ventilador, tal como describimos en la UD 2, es decir utilizaremos la curva caudal presión de la bomba, o del grupo de bombas de un catálogo comercial.
Bomba de circulación simple
1: Calculamos Calculamos la la pérdida pérdida de carga carga con dos dos caudales caudales difere diferentes, ntes, uno un poco mayor que el otro. 2: Sobre la curva caracterís característica tica caudal caudal - presión de la bomba situamos los dos puntos y los unimos mediante una recta. 3: La intersec intersección ción entre entre esta esta recta recta y la curva de la bomba bomba nos nos dará el el punto de funcionamiento, es decir el caudal real que hará circular dicha bomba. 4: Si el caudal caudal es excesiv excesivo o o débil, débil, realizar realizar los los pasos pasos 2 y 3 sobre sobre la curva de otra bomba, hasta hallar la adecuada. Para adaptar el caudal con exactitud las bombas suelen tener dos o tres velocidades, que se seleccionan mediante un conmutador, y con lo que obtenemos tres curvas diferentes, seleccionando la más adecuada a la instalación.
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En caso de instalaciones con varias zonas diferentes, como: •
Difere Dif erente ntess plant plantas as del edi edifici ficio o de de un un hote hotel. l.
•
Zona Zo nass de sa salo lone ness o com comed edor ores es..
•
Zona Zo nass de cen centr tros os com comer erci cial ales es..
Curva bomba circulación
Se suele instalar una bomba para cada zona, que es activada por el termostato o mando de dicha zona. Entonces es muy conveniente intercalar una llave de asiento en la salida de la bomba, para poder estrangularla si hace falta, y ajustar mejor el caudal.
Selección Las bombas de circulación para climatización son similares a las de calefacción. Las pequeñas están formadas por un sólo cuerpo cerrado que engloba el motor eléctrico y la bomba centrifuga. El motor se refrigera por el caudal del circuito. En las bombas grandes el motor eléctrico está separado de la bomba, y el eje de transmisión se sella por una estopada o cierre mecánico, que impide la fuga de agua. A partir de 100 kW térmicos de la enfriadora, las bombas suelen ser dobles, formadas por dos bombas gemelas en paralelo, para tener más seguridad en caso de avería de una de ellas. Las bombas pequeñas hasta 1 kW suelen ser monofásicas, con condensador permanente.
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Las bombas mayores son trifásicas, y a partir de 10 kW deben arrancar mediante algún sistema que limite su intensidad, como estrella-triángulo o arranque lento por variador variador.. La potencia de la bomba la podemos calcular aproximadamente mediante la expresión: Q L/s x H m.c.a.x 9,81 P watios = ------------------------------––––––––––– 0,5
Siendo H la pérdida de carga total.
Montaje Las bombas de circulación deben de instalarse con: •
Una llave llave de corte corte a ambo amboss lados lados de la bomba, bomba, para pode poderr aislarla aislarla sin tener que vaciar todo el circuito.
•
Un filtro filtro de malla malla antes antes de la aspira aspiración ción (y después después de la llave llave), ), para para retener partículas que pueda arrastrar el agua del circuito. Este filtro debe limpiarse tras los primeros días de funcionamiento de la instalación. También pueden instalarse dos tomas de manómetro antes y después del filtro, para poder ver la diferencia pérdida de carga del mismo, y saber si precisa limpiarse.
•
Tomas para presió presión n antes antes y después después de la bomba bomba,, para para verificar verificar su funcionamiento.
Los acoplamientos de las bombas pequeñas suelen ser mediante un enlace roscado desmontable, y a partir de 2" mediante bridas normalizadas con tornillos y juntas de goma. Las bombas grandes instaladas entre bridas, deben tener un carrete de desmontaje, o trozo de tubería telescópica de longitud ajustable. En general, siempre debemos instalar la bomba de forma que pueda desmontarse y sustituirse con facilidad, ya que es un elemento mecánico móvil sometido a desgaste.
11.2. Bombas en varios circuitos En los sistemas centralizados se divide la distribución de agua en varios circuitos, según las diferentes zonas, o estancias con diferentes horarios. Por ejemplo en un hotel se realizará un circuito para las habitaciones orientadas al Norte, y otro para las orientadas al Sur Sur.. También También se instalará con circuito propio las salas nobles, comedor, salones, etc.
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Es decir, en cada circuito se impulsa el agua a una zona, y retorna de la misma a la enfriadora. Si la zona no está habitada, la bomba se puede parar,, y por lo tanto los terminales de dicha zona no consumen calorías. parar En grandes instalaciones el número de circuitos puede ser grande, y con bombas de diferentes tamaños.
11.3. Colectores Si una instalación necesitamos necesitamos dividirla en varios circuitos, para zonas diferentes, tendremos que realizar un colector de ida y otro de retorno. Los colectores son tuberías de diámetro mayor que las de los circuitos, desde las que parten los diferentes circuitos de la instalación, con llaves de corte para aislarlos. Realizaremos un colector de ida y otro de retorno, sobre el que instalarán las bombas de impulsión de cada circuito. En caso de instalar varias enfriadoras, las conectaremos en paralelo a los dos colectores.
Esquema conexión enfriadoras en paralelo
Como los caudales del secundario pueden ser muy distintos, por haber circuitos cerrados o en marcha, se realiza un tubo de unión entre el colector de ida y el de retorno, para equilibrar los caudales, e independizar el primario del secundario. En caso de equipos pequeños con varios circuitos también pueden instalarse una sola bomba y electroválvulas de tres vías en cada circuito.
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11.4. Depósitos de inercia Si tenemos una enfriadora de agua de 100.000 Kcal/h en un edificio, en el que sólo hay demanda de frío en uno o varios locales pequeños, que suman 5.000 Kcal/h, se presenta el problema de que la máquina arranca y en 6 minutos cubrirá la demanda, y parará. A los 6 minutos volverá a arrancar y así sucesivamente. Es decir, el número de arranques a la hora será de 60 minutos/hora / 12 minutos = 5 arranques a la hora Las enfriadoras grandes sólo permiten un número reducido de arranques a la hora (de 2 a 4), pues pueden estropear, o acortar su vida útil. Para evitar esto, lo más sencillo es aumentar el volumen de agua circulando por la instalación, de forma que cuando la enfriadora pare, la masa de agua enfriada sea la que continúe proporcionando calorías a las unidades terminales, y la enfriadora enfriad ora tarde en arrancar arran car.. Para ello instalamos un depósito aislado en serie con el circuito primario. La cantidad de Kcal almacenadas en el agua la obtenemos de: Q = m. m.Ce Ce.( .(T2 T2 – T1) T1).. Ejemplo: si un circuito de agua funciona entre 12 C y 6 C, y el volumen de agua es de 5.000 L. Calcular la inercia del mismo. °
°
Solución: Q = 5000 x 1 x (12 – 6) = 30.000 Kcal. Si la enfriadora más pequeña es de 60.000 Kcal/h, calcular el número de arranque a la hora cuando no hay ninguna demanda de calor. Solución: 60.000 Kcal/h / 30.000 Kcal = 2 arranques/hora
Deposito de inercia
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12. UNIDADES TERMINALES La unidad terminal transfiere la energía térmica que transporta el agua al ambiente del local. En el caso de equipos de frío, absorben calorías del local y las pasan al agua del circuito, que aumenta de temperatura. Las unidades terminales más frecuentes son: •
Radiadores.
•
Aerotermos.
•
Ven enti tilo lo-co -conv nvect ector ores es o fa fann-co coil ils. s.
•
Unida Un idade dess de de trat tratam amie ient nto o de de aire aire..
•
Circ Ci rcui uito toss de su suel elo o radi radian ante te..
•
Circ Ci rcui uito toss de te tech cho o fr frío ío..
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13. EL FANCOIL Un fancoil consiste básicamente en una batería de intercambio aguaaire, y un electro-ventilador. El aire de la habitación es forzado a atravesar el intercambiador agua-aire o batería de agua, se enfría y es lanzado de nuevo a la habitación. Si lo que enviamos al fancoil es agua caliente, entonces funcionará como un radiador de calefacción.
Fancoil
En caso de distribuciones a cuatro tubos, el fancoil incorpora dos baterías, una de frío y una de calor, con conexiones independientes, pero con un único ventilador ventilador..
13.1. Componentes de un fancoil Los componentes de un fancoil son: •
Carcasa o chasis que sostiene el resto de elementos. Realizada en chapa de acero.
•
Cubierta o mueble embellecedor que oculta sus componentes. Caja exterior con diseño decorativo realizada en chapa pintada o plástico, con rejilla para orientar la descarga del aire.
•
Batería enfriadora de cobre con aletas de aluminio , con conexiones hidráulicas de roscar para conectarlo al circuito de distribución.
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• Ventilador Ventilador centrífugo o tangencial , con motor eléctrico monofásico de espira en sombra o condensador permanente, con dos o tres velocidades. Siempre son de bajo nivel sonoro. •
Batería de recogida de condensados, con salida a tubo de desagüe.
•
Filtro de aire, situado en la entrada. De fácil desmontaje
•
Caja de conexiones eléctricas , y mando termostato, en el propio mueble o a distancia.
• Válvula de tres vías (si se instala, para cortar la circulación de agua en la batería).
13.2. Clasificación Los fancoils clásicos pueden ser: •
Con cubie cubierta, rta, o sin cubi cubierta erta (para forr forrar ar con con maderas maderas nobl nobles, es, o empotrar).
•
Vert ertical icales es de de pie pie u hori horizon zontal tales es de de pared pared o techo techo..
•
Vistos Vist os o de empot empotrar rar con con conduc conducció ción n de aire aire por por condu conducto ctos. s.
Con dos o cuatro tubos (una batería o dos). •
Con Co n man mando do inco incorpo rpora rado do o a dist distan ancia cia..
•
Con Co n válv válvul ulaa de tr tres es ví vías as o dir direct ectos os..
•
Con Co n reji rejill llaa fija fija u ori orien enta tabl ble. e.
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Recientemente han aparecido otros modelos de fancoils que imitan a Recientemente las unidades interiores de los equipos split, como: •
Fanc Fa ncoi oils ls de pa pare red d tip tipo o spl split it..
•
Fancoil Fan coilss de cas casset sette, te, para emp empotr otrar ar en en tech techos. os.
•
Fanco Fa ncoils ils de emp empot otra rarr de un unaa y dos dos ví vías as..
Estos equipos son bastante más caros que los fancoils tradicionales, pero tanto su estética como su perfeccionamiento y funcionamiento son muy superiores. Fancoil de conductos de media y alta presión: en el caso de climatizar estancias grandes, se utilizan fancoils de gran tamaño, en instalación oculta, y con distribución de aire mediante conductos de fibra, rejillas y difusores.
Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuanto a instalación, conexión con los conductos, alimentación eléctrica, etc., solamente se diferencian en que las conexiones frigoríficas de la batería son conexiones a la red de distribución de agua.
13.3. Conexión hidráulica de un fancoil Los fancoils se pueden conectar a la red de distribución de agua mediante dos simples llaves de corte. De esta forma el agua circula siempre por la batería, haya demanda o no de calorías. Pero es preferible intercalar una válvula de tres vías, para que cuando no haya demanda de calor en la estancia, cortar el flujo de agua a la batería, y evitar seguir transmitiendo calor por convección natural.
Conexiónes de fancoil
Si el fancoil es de 4 tubos, es decir con una batería de frío y otra de calor c alor,, se necesitarán obligatoriamente dos válvulas de tres vías, una para cada batería.
Esquema general instalación
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Fancoil a dos y cuatro tubos
No deben poder conectarse ambas baterías a la vez.
13.4. Esquema de control de un fancoil Los fan-coils se controlan desde un mando a distancia - termostato independiente de la unidad. Aunque hay diversos fabricantes, los mandos suelen seguir un esquema común de acuerdo con el tipo de control: •
Termos ermostato tato sobre el ventilad ventilador: or: el el termost termostato ato arranca arranca o para para el ventilador del fan-coil. Un interruptor apaga el equipo, y un conmutador invierte el contacto del termostato en verano-invierno. En verano el ventilador permanece encendido al mínimo cuando el termostato ha cortado, y en invierno para.
Termostato control fancoil
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•
Termo ermostat stato o y mando mando sobre sobre ventilad ventilador or y válvula válvula de agua: igual igual,, para alcanzar la temperatura se corta la electroválvula de paso de agua a la batería (o válvula de tres vías).
•
Mando proporci Mando proporciona onall sobre sobre válvula válvula de tres tres vías vías modula modulante nte:: el caudal caudal de agua se ajusta a la demanda de calor. No es muy común.
Esquema eléctrico fancoil
Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuanto a instalación, conexión con los conductos, alimentación eléctrica, etc.
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14. CLIMATIZADORAS O UNIDADES DE TRATAMIENTO DE AIRE (UTA) A los grandes fancoils se les llama climatizadoras o unidades de tratamiento de aire (UTA). Se fabrican a medida mediante secciones o módulos, que se van acoplando en serie, hasta formar el equipo. Estos equipos controlan con precisión la calidad del aire de un local, temperatura, temperatura, humedad y renovación. Se emplean sobre todo en la climatización de grandes espacios de edificios con sistemas centralizados: salones de hoteles, comedores, etc., en general en locales con elevada densidad de ocupantes, y en donde se precise controlar con precisión las condiciones de confort todo el año. En general son equipos de gran tamaño, en forma de prisma rectangular, que se instalan en cuartos apropiados sobre cubiertas, o en plantas intermedias de grandes edificios. Muchas veces su tamaño permite entrar en los distintos compartimentos mediante puertas.
Unidad de tratamiento de aire (UTA)
Las unidades de tratamiento de aire pueden ser equipos complejos, que consiguen climatizar correctamente un local, ajustando perfectamente las condiciones de temperatura y humedad relativa, así como aportar aire nuevo de ventilación, y expulsar aire sobrante del local, recuperando el calor del mismo. Las UTAs no son equipos autónomos, ya que no incorporan sistemas de producción de frío ni de calor, sino que se conectan a una red de distribución de agua o refrigerante, con equipos de producción remotos.
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15. SECCIONES DE UNA UTA Una UTA se forma a base de acoplar módulos con funciones específicas, que llamamos secciones:
Opciones y posibles ampliaciones de un climatizador
15.1. Sección de ventiladores De tipo centrífugo de baja presión, con motores eléctricos separados y con accionamiento mediante correas. Suelen tener dos o más rodetes en un chasis de chapa galvanizada. Para variar el caudal se colocan diferentes poleas en el motor o ventilador ventilador,, lo cual cambia la proporción entre calor sensible y latente de la batería.
Sección ventiladores
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Cuando se desee un sistema de climatización con una buena ventilación del local, deben instalarse con dos ventiladores, uno en cada extremo de la unidad, que llamamos de impulsión y de retorno. De esta forma podemos tomar aire exterior y expulsar el aire sobrante, además de climatizar el local, sin provocar depresiones ni sobrepresiones en el mismo.
15.2. Sección de baterías de frío y de calor Cada sección consiste en un serpentín de cobre con aletas de aluminio, con dos conexiones para el circuito de agua de la enfriadora, y una bandeja de recogida de condensaciones en la batería de frío. La batería de calor puede conectarse a otra bomba de calor, o a una caldera. En ambos casos debe llevar una válvula mezcladora de 3 vías, para mantener la batería a la temperatura deseada. La batería de frío se indica con un signo – La batería de calor se indica con un signo + Cada batería puede tener dos o más filas de tubos, dependiendo de la calidad del equipo.
Baterías de frío y de calor
Relación calor sensible/latente. La batería de frío sabemos que absorbe calor sensible (enfriando el aire), y calor latente (condensando la humedad sobrante). Dividiendo ambos valores, resulta un coeficiente que puede estar entre 0,3 y 0,5. Pues bien, este valor lo podemos indicar al encargar el equipo, de forma que coincida con el valor calculado en el local (mediante una hoja de cargas completa).
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Pero una vez tengamos la unidad, también se puede modificar la l a relación sensible/latente, variando la velocidad del ventilador, o el caudal de agua en la batería. La potencia de las baterías se indica por el fabricante, para diferentes temperaturas de agua y caudal. En general las baterías de frío y de calor se controlan mediante válvulas mezcladoras de 3 vías en las conexiones de agua, accionadas por un servomotor, y controladas por autómata en función de la temperatura de salida del aire.
15.3. Sección de filtros y prefiltros Los prefiltros son armazones con una tela metálica sobre la que se coloca un fieltro fino, que retendrá las partículas y fibras arrastradas por el aire. Se deben extraer con facilidad y se limpian con agua o aire a presión. Los filtros más perfectos son secciones con un conjunto de bolsas o mallas de más espesor, que permiten una buena limpieza del aire, en locales en los que se precise, como hospitales, residencias, etc. Otro sistema muy perfecto es el de filtros electro-estáticos, en los que el aire atraviesa unos filamentos a alta tensión, y son atraídas las partículas por la carga eléctrica. Periódicamente se invierte la carga y las partículas caen en una bandeja.
15.4. Sección de humidificación En esta sección se coloca un equipo que inyecte agua en el flujo de aire, al objeto de aumentar la humedad relativa del aire. La sección de humidificación se instala en locales donde sea mayoritaria la carga de calefacción, y se desee dotar el ambiente de un buen confort, como cines, teatros, museos, etc. Recordemos que al calentar el aire su humedad relativa desciende rápidamente, quedando en muchas ocasiones el aire muy seco. El aporte de agua puede hacerse con: •
Bandeja Band eja de agua agua con con resiste resistencia ncia eléct eléctrica rica,, que provo provoque que evapo evaporaci ración. ón.
•
Fielt Fie ltro ro o mall mallas as hum humed edec ecida idass por por arrib arriba. a.
•
Tube ubería ría de agua a pres presión ión con inye inyecto ctores res..
Las tuberías deben estar conectadas a la red de agua potable, o agua descalcificada, y accionadas por una electroválvula o mediante una bomba dosificadora de membrana.
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Esta sección puede presentar problemas por obstrucciones debidas a la cal del agua. El caudal de agua se puede calcular conociendo las condiciones de entrada del aire en el diagrama psicrométrico, y sus humedades específicas W en gr/kg aire: Caudal agua en L/hora = m3/h aire x 1,2 x (W2 – W1) / 1000
15.5. Sección de mezcla La sección de mezcla es una caja en la aspiración del aparato, o tras el ventilador de retorno si lo hay. Su objeto es: •
Expulsa Expu lsarr al exte exterio riorr una part partee del del aire aire que que viene viene del del local. local.
•
Toma omarr la misma misma cant cantida idad d de aire aire nuevo nuevo del del exteri exterior or..
Para ello se instala en una caja dos o tres conjuntos de compuertas de aire motorizadas que permiten ajustar el aire de retorno, y el de toma de aire exterior, y el de expulsión de aire sobrante, en los porcentajes deseados. La sección de mezcla de aire es muy conveniente porque permite prescindir de la instalación de ventilación del local, ya que podemos indicar el porcentaje de aire exterior a tomar por la climatizadora. Pueden tener muchas configuraciones, dependiendo del número y disposición de las compuertas de aire. En algunos casos tiene también un ventilador llamado de retorno, que mejora el sistema. El accionamiento de las compuertas de mezcla puede ser de forma manual o automática mediante servomotores. En caso de ser manual se fija midiendo el caudal de aire que entra con un anemómetro, y ajustando la abertura hasta conseguir el porcentaje deseado. Las modernas climatizadoras disponen de autómatas de control que ajusta en aire exterior de forma que se adapta a la ocupación del local, que puede ser detectada por una sonda de calida de aire o de CO 2, situada en el retorno de aire a la climatizadora.
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15.6. Sección de recuperación Cuando en un local climatizado extraemos aire ya climatizado y lo expulsamos al exterior, estamos haciendo una función obligatoria por sanidad, pero perjudicial energéticamente, ya que estamos tirando frigorías al exterior, y por lo tanto haciendo trabajar más a la máquina climatizadora.
Recuperador de calor flujo cruzado, placas
Del mismo modo, al introducir aire del exterior al local, para aportar aire nuevo a sus ocupantes, estamos introduciendo aire caliente, que aumenta en trabajo del climatizador climatizador.. El caso de ser el caudal de ventilación importante (salas con mucha ocupación), es conveniente instalar un recuperador de calor calor,, es decir un equipo que sirve para recuperar el calor del aire de extracción del local, cediéndolo al aire nuevo que entra, de forma que ahorramos energía térmica. El aire frío que tiramos enfría el aire caliente que entra, y en invierno al contrario. Los recuperadores son equipos que permiten recuperar el calor del aire de extracción del local, y cederlo al aire de ventilación que entra desde el exterior. Pueden recuperar calor sensible, calor latente o ambos. Son obligatorios por normativa para caudales de ventilación de más de 4 m3/s.
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Pueden ser varios tipos: •
De placas placas a contraco contracorrien rriente, te, por un un lado lado de la placa placa circul circulaa el aire del local hacia el exterior, y por el otro circula el aire del exterior hacia el local. las placas se apilan en un bloque rectangular.
Recuperador de calor flujo paralelo
•
De tambo tamborr rotativo rotativo:: un tamb tambor or metáli metálico co con con perforacio perforaciones nes gira lentamente perpendicularmente a los dos conductos, de forma que al atravesarlo el aire que sale del local lo calienta, y al girar y pasar al otro conducto, calienta el aire que entra.
•
De tambo tamborr poroso. poroso. Ademá Ademáss de recupe recuperar rar calor calor sensib sensible, le, tamb también ién recuperan calor latente.
•
De bomba bomba de de calor: calor: incorpo incorporan ran dos dos baterías baterías y un peque pequeño ño compres compresor or,, para trasladar calorías de un fluido al otro.
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16. ENFRIAMIENTO GRATUITO El sistema de “free-cooling” o enfriamiento gratuito consiste en cortar el suministro de agua fría a la batería, y tomar todo el aire del exterior cuando la temperatura ambiente sea menor que la necesaria en el local. Es decir simplemente ventilamos, mediante la apertura de la toma de aire exterior de la caja de mezcla. El sistema puede ser accionado mediante dos sistemas: entálpico o másico. El sistema másico sólo compara las temperaturas interior y exterior. El sistema entálpico es mucho mejor, pues compara temperaturas y humedades relativas del interior y exterior. Es un sistema casi obligatorio para: •
Discotecas, Discoteca s, por por trabaja trabajarr principalm principalmente ente duran durante te la noche noche,, cuando cuando la la temperatura exterior es baja.
•
Teatro ross y cin inees.
•
Salones de banq Salones banquete uetes, s, en los que que se precis precisaa enfriar enfriar inclus incluso o en invie invierno rno por la densidad de personas.
El RITE lo hace obligatorio para equipos con caudal mayor de 4 m 3/s y funcionamiento mayor de 1.000 horas al año.
16.1. Free-cooling térmico Los free-cooling de tipo térmico funcionan comparando las temperaturas del aire del interior y exterior del local, de forma que arrancan cuando hay una diferencia mínima, que podemos programar. Es decir si el aire del local esta a 24 C, y fijamos un salto mínimo de 7 C, hasta que la temperatura exterior no baje a 24 – 7 = 17 C, no arrancará el free-cooling. °
°
°
16.2. Free-cooling entálpico Los free-cooling de tipo entálpico son más perfectos, ya que comparan la temperatura y humedad relativa de ambos aires, de forma que se compara su energía total o entalpía, (que podemos medir en el diagrama psicrométrico). Hay que tener en cuenta que aunque el aire exterior esté más frío que el interior, interior, puede estar muy seco, y su entalpía ser menor que la del aire interior.
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17. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE UNA UTA 17.1. Proceso teórico de climatización del aire de un local La climatización completa de un local consiste en controlar las características del aire interior para adecuarlo a las condiciones de confort requeridas por sus ocupantes, además de mantener el nivel adecuado de ventilación y calidad del aire. Es decir, debemos controlar: •
La te temp mper erat atur uraa de dell ai aire re..
•
La hu hume meda dad d rel relat ativ iva. a.
•
El ap apor orte te de air airee ext exter erio iorr nue nuevo vo..
•
La li limp mpie ieza za o filt filtra rado do de dell aire aire..
El caso más frecuente es el enfriamiento con deshumidificación, que se representa esquemáticamente en la figura siguiente:
Esquema sistema de climatización
Y en el diagrama psicométrico vemos los puntos con los estados del aire.
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Representación en el diagrama psicométrico
Explicación del proceso: Punto a: es el aire que retorna del local, con las condiciones fijadas en el mismo: temperatura 24 C, Humedad 50%. 50%. Contenido Contenido de agua 9 gr/kg. °
Punto b: el aire de retorno se mezcla con el aire exterior en una proporción de 5 a 1, resultando una mezcla en las condiciones del punto c. Punto d: el aire sale de la batería con la temperatura de la batería, 9 C y humedad 100%, pero realmente todo el aire no ha tocado la batería, por factor de by-pass de 0,2. Esto se asimila como si el 80% del aire de salida lo mezclamos con un 20% de aire inicial. Es decir, mezclar 8 partes del aire condiciones de la batería, con 2 partes condiciones c. El resultado es el punto d, o salida de aire de la batería. °
Punto e: tras el paso por el ventilador y roce con los conductos el aire aumenta un par de grados su temperatura. Sale con 14 C y 80% Hr. W = 8, 8,5 5 gr gr/k /kg. g. °
Tramo del punto e al punto a : el aire en el local aumenta su temperatura y su humedad, y se inicia el ciclo de nuevo.
Las climatizadoras se seleccionan con los parámetros siguientes:
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17.2. Selección de la UT UTA A Las fases para seleccionar una UTA son las siguientes: 1
Demanda térmi Demanda térmica ca del local local,, con el el porcen porcentaj taje e de calor calor sensib sensible le y latente:
Se conocen mediante el cálculo de la carga térmica del local. Se debe aplicar un coeficiente de seguridad en la selección del equipo de un 5 al 10% por encima, ya que el rendimiento del equipo puede bajar por las condiciones del mantenimiento (suciedad filtros, envejecimiento, etc.). 2
Caudal Cau dal de venti ventilaci lación ón del del local, local, depend dependien iendo do de su ocup ocupació ación. n.
El caudal de ventilación dependerá de la ocupación del local, y por lo tanto es preferible que pueda ajustarse automáticamente, o mediante un temporizador temporizador.. 3
Valore aloress de tempe temperatura ratura y humedad humedades es interio interiores res y exterio exteriores. res.
Dependerán del uso del local y su situación. 4
Niveles de confo Niveles confort rt a alcanzar alcanzar:: tempera temperatura tura,, humedad humedad relat relativa, iva, limpie limpieza za del aire.
Dependerán del nivel de calidad requerido en la instalación. Si se precisa controlar la humedad relativa con precisión, se incluirá un módulo de inyección de agua, y baterías de post-calentamiento. Si se precisa una gran pureza del aire impulsado, se incluirán módulos de filtros de bolsas o filtros electrostáticos. 5
Necesid Nec esidad ad de rec recupe uperaci ración ón del del calor calor de ext extracc racción ión..
En grandes instalaciones es obligatorio recuperar las calorías del aire extraído, y cederlas al aire de ventilación introducido (en caudales de ventilación mayores de 4 m 3/s). Aunque los recuperadores son equipos caros, cada día se van introduciendo más en las instalaciones comerciales. 6
Posibilidad Posibili dad de enfri enfriamie amiento nto gratu gratuito ito por por funciona funcionarr en horario horario nocturno.
Debe preverse siempre en instalaciones con funcionamiento durante la tarde o noche. 7
Temp empera eratur turas as de los los circu circuito itoss de agua agua fría fría y calien caliente. te.
En general, pueden variar dependiendo de si la fuente de calor es una caldera o una bomba de calor. 8
Espa Es paci cio o dis dispo poni nibl ble. e.
Las climatizadoras son equipos muy voluminosos, y debe estudiarse cuidadosamente su ubicación, y el modo de trasportarlas y situarlas.
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En los catálogos comerciales existen posibilidades muy variadas para encontrar la climatizadora adecuada a cada necesidad, pero deberemos tener en cuenta que el plazo de entrega suele ser de 2 meses como mínimo, ya que se trata de equipos fabricados o ensamblados bajo demanda. Algunos fabricantes proporcionan programas informáticos para seleccionar adecuadamente sus equipos.
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18. SISTEMAS DE CAUDAL DE REFRIGERANTE VARIABLE (VRV) Los sistemas de caudal de refrigerante variable (mal llamados volumen de refrigerante variable) se conocen por las siglas inglesas VRV (Variable Refrigerant Volume), Volume), son de reciente r eciente aparición en el mercado, e intentan sustituir a los sistemas con distribución por agua. Básicamente consisten en unos unos equipos productores con compresores en paralelo, una red de distribución con tuberías frigoríficas, y unidades terminales conectadas al igual que en una instalación instalaci ón frigorífica múltiple, es decir cada terminal con su propio mando, termostato y solenoide para el paso o corte de refrigerante. Es como un sistema multi-split, pero con muchos más equipos interiores. Como la demanda de líquido es variable (dependiendo el número y potencia de las unidades terminales en marcha), el equipo productor debe poder variar su producción frigorífica mediante el arranque escalonado de compresores o variación de velocidades de los mismos. Es decir se trata de un sistema centralizado, pero sin fluido frigorífero intermedio (agua). Al ahorrar un salto térmico, su rendimiento teórico es mayor que los equipos aire-agua.
Válvula de expansión electrónica
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Como el calor latente de los refrigerantes es del orden de 10 veces el calor sensible del agua, la ventaja de estos equipos es evidentemente la reducción de tamaños de tubería, llaves y accesorios, eliminación de bombas de impulsión de agua, vasos de expansión, y resto de accesorios. También se evitan problemas de corrosión, ruidos, y en general se simplifica notablemente la ejecución y mantenimiento de la instalación. Por el contrario, son equipos más caros y de funcionamiento interno más complejo, y de regulación electrónica. Además, que cada fabricante tiene sistemas de diferentes, que son totalmente incompatibles entre si. Una parte fundamental de estos equipos es la válvula de expansión electrónica, que mediante impulsos puede mantener el caudal de refrigerante en un nivel óptimo para cada equipo, y reaccionar de inmediato a las variaciones de carga de los equipos. Cuando una unidad terminal precisa de frío, su termostato abre la electro válvula de su tubería de líquido, y su batería comienza a enfriar.
18.1. Equipos productores Son equipos condensados por aire de tipo vertical, con ventilador superior de tipo axial, diseñados para ser ubicados en el exterior, exterior, preferentemente sobre cubiertas de edificios. Estos equipos se acoplan en paralelo formando filas, de forma que se va sumando su capacidad frigorífica. Las filas se separan entre ellas con un pasillo que permita su buena ventilación y acceso para su mantenimiento. Sus medidas varían de uno a otro fabricante, alrededor de 0,80x0,80 x 1,70 m. de alto.
Circuito de refrigerante en sistema VRV
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Tienen un circuito frigorífico muy complejo, con varios compresores y uno de ellos invertido, inyección de líquido intermedia, recuperadores de calor, válvulas de expansión electrónicas, etc. En control se basa en autómatas integrados, que se comunican entre sí mediante un bus de datos a dos hilos, y que realiza las funciones de control, alternancia de equipos, etc. Los equipos de distintos fabricantes no pueden unirse en paralelo por tener sistemas de control propios, por lo menos hasta la fecha.
18.2. Redes de tubería de refrigerante. Sistemas Los equipos productores se unen en paralelo a sendos colectores de líquido y gas. De estos colectores parte una red de tuberías en forma ramificada hasta los distintos equipos terminales, con diámetros adecuados a la potencia total de los equipos que suministran. Los tubos son de cobre frigorífico, y han de ir perfectamente aislados. Las derivaciones pueden realizarse mediante Tes normales, o con piezas suministradas por el fabricante, que intentan derivar los caudales con mayor exactitud. También hay sistemas mediante bloques de electroválvulas electrónicas y ajustadores de presión que van en el interior de cajas aisladas, de las que salen hasta 20 terminales. Un dato importante es la máxima distancia vertical entre la unidad exterior y el terminal más bajo, que suele ser de 30 a 50 m. Según el número de tubos, el sistema de distribución se denomina: A dos tubos:
Consta de tubo de refrigerante líquido a alta presión, y tubería de refrigerante gas a baja presión. El sistema funciona con todos los terminales en modo frío, o todo en modo calor. A tres tubos:
Se tienden tres tubos, los dos del sistema anterior, más un tubo que parte de la descarga del d el compresor, o gas caliente. De esta forma unos terminales pueden funcionar en modo frío (tubo de líquido a tubo de aspiración), o en calor (gas caliente a líquido). Es decir, unos terminales pueden arrancar en modo frío y otros en modo calor. A cuatro tubos:
Es el más perfecto, pues hay un circuito de frío con dos tubos (líquido y gas baja opresión), y otros dos de calor (gas caliente y líquido). Pueden
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partir de los equipos productores, y unirse o dividirse en lajas de reparto, que controlan el flujo de refrigerante.
18.3. Sistemas de VRV con recuperación Son sistemas con distribución del refrigerante mediante tres o cuatro tubos, con lo que se consigue suministrar frío y calor simultáneamente a los equipos terminales. Es decir, una parte del edificio puede conectar los equipos en modo frío, y otros en calor. La ventaja, además, es que el calor absorbido por los equipos en modo frío, es cedido a los equipos en modo calor, y el equipo productor únicamente disipa o cede el calor que falta. Con este sistema se consiguen unos rendimientos térmicos globales excepcionales. Es decir, el sistema funciona con un bajo consumo de energía eléctrica. En el circuito de la figura podemos observar unos sistemas con recuperación de calor calor..
Circuito VRV , dos, tres y cuatro tubos
18.4. Unidades terminales VRV Se utilizan las unidades interiores de equipos split, pero con una válvula solenoide y válvula de expansión electrónica, para abrir y ajustar el flujo de refrigerante. Existen de tipo pared, suelo y techo, cassette y conductos, de forma exterior similar a los equipos autónomos del mismo nombre. La ventaja es que cada unidad tiene su propio mando a distancia, y el usuario lo maneja como si fuese un equipo individual propio, pero sin unidad exterior exterior..
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También pueden instalarse climatizadoras de conductos, y su red de distribución de aire con rejillas de impulsión y retorno.
18.5. Control de sistemas VRV Los sistemas VRV se comunican y controlan mediante un bus de control a dos hilos que une todos los equipos. A este bus puede conectarse una consola de supervisión tipo PC. De esta forma, desde la central de control se tiene acceso al funcionamiento de todos los equipos, arranque, paro, anulación, estadísticas de consumos, etc. El sistema es ideal para grandes centros comerciales, edificios públicos y de oficinas, hoteles, etc., ya que permite una buena gestión del consumo de energía, y del mantenimiento.
18.6. Montaje y mantenimiento de sistemas VRV Los sistemas VRV deben proyectarse con el máximo de precisión, calculando adecuadamente: •
Capa Ca pacid cidade adess de un unida idade dess term termina inale les. s.
•
Diámet Diá metros ros de tub tuberí erías as den tod todos os los tra tramos mos..
•
Deriva Der ivadot dotes, es, caja cajass de repar reparto. to. Punt Puntos os de toma toma de de presió presión. n.
•
Ubicaci Ubi cación ón de las unida unidades des prod producto uctoras, ras, su acopl acoplami amient ento. o.
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En concreto debe extremarse al máximo el tendido y soldadura de toda la red de distribución, así como su perfecto aislamiento. Hay que resaltar que en caso de fuga de gas en el interior de una habitación, y dado el gran volumen de refrigerante en el sistema, podría desplazar totalmente el aire de dicho recinto, provocando la asfixia de sus ocupantes. Por ello, en el caso de instalacione instalacioness residenciales, se limita el número de equipos conectados a 20, calculándose en todo caso la concentración máxima que permite el Reglamento de Instalaciones Frigoríficas. El mantenimiento de estos equipos es muy simple, limitándose a la limpieza de los terminales, y verificar el contenido de refrigerante en el sistema. En general, los equipos electrónicos de los equipos informan mediante códigos del tipo de problema que tiene el equipo averiado.
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19. MONTAJE DE INSTALACIONES CENTRALIZADAS Primeramente se realizará el tendido de las tuberías de distribución por el edificio, y la instalación de las unidades terminales que vayan ocultas sobre falsos techos. Las tuberías de agua o refrigerante deben probarse por tramos, para asegurarse de su buena instalación, y de la ausencia de fugas. Sobre todo, si posteriormente van a quedar ocultas. Para la instalación de un equipo productor en la cubierta de un edificio seguiremos los pasos siguientes: 1. Preparación Preparación de la bancada bancada para para el equipo, equipo, según el el peso del mismo mismo (lleno de agua), y utilizando perfiles de acero soldados con apoyos sobre puntos fuertes de la estructura (cabezas de pilares inferiores). Colocación de amortiguadores de vibración adecuados al peso que soporten (dividir el peso total del equipo por el número de apoyos a colocar). 2. Izado Izado de la máquina máquina median mediante te grúa, grúa, y fijada fijada sobre la la bancada. bancada. Hay que prever que la grúa pueda llegar hasta un sitio desde donde izar la máquina, así como los posibles obstáculos existentes (cables eléctricos, barandillas, etc.). 3. Conexión Conexión de las las tuberías tuberías de agua agua intercala intercalando ndo enlaces enlaces flexibl flexibles es antivibradores, para evitar que los tubos se partan por oscilación de la máquina en su funcionamiento. Conexión de tubo de llenado, de vaciado y de condensados. 4. Conexión Conexión de la línea línea de alime alimentac ntación ión eléctr eléctrica ica y del circuit circuito o de control (mando termostato remoto). Debe haber un interruptor antes de la máquina, y cercano a la misma. 5. Ins Instal talació ación n de tomas tomas para para la medic medición ión de: de: •
Tem empe perat ratura urass de ida ida y ret retor orno no de de agua agua..
•
Presi Pre sion ones es de ida y ret retor orno no de ag agua. ua.
6. Instalación, Instalación, si procede, de pantallas pantallas acústicas para evitar evitar transmitir transmitir ruido a viviendas vecinas. Panales absorbentes, setos, muretes, etc. 7. Llenado Llenado de la instala instalación ción con con agua o añadie añadiendo ndo aditivos aditivos (glicol), (glicol), purgando el aire del circuito en los terminales. 8. Arranque Arranque de las las bombas bombas de agua, agua, purgando purgando para evacua evacuarr todo el aire aire del circuito.
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9. Arranque Arranque de la bomba bomba de calor calor, y equilibrado equilibrado de la la instalación instalación hidráulica mediante la medición del salto térmico en cada terminal, o ajustando las llaves de equilibrado dinámico, si las hay. 10. Comproba Comprobación ción de que se alcanzan los parámetros de confort de proyecto.
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20. OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN SISTEMAS DE AGUA Las operaciones en los elementos de ventilación y frigoríficos son similares a las indicadas en el Tema Tema 5 para equipos autónomos, au tónomos, y por ello omitiremos su descripción.
20.1. Circuito hidraúlico Llenado y vaciado: el llenado inicial del circuito de agua es preferible hacerlo con agua tratada o agua de la red, añadiendo unos aditivos para neutralizarla (corregir su acidez).
Como el circuito debe mantenerse a una presión entre 1 y 3 bar, y siempre existen pequeñas fugas, periódicamente hay que añadir agua al circuito por las llave de llenado, hasta que el manómetro suba hasta la presión correcta. Si esta operación se hace con el agua fría, hay que dejar la presión un poco por debajo del valor nominal, ya que al calentarse el circuito aumentará. Se puede llenar el circuito de forma automática cambiando la llave de llenado por una válvula reguladora de presión, ajustada a la presión deseada. Siempre que baje la presión, la válvula introducirá agua de la red. En este caso la normativa obliga a instalar antes un contador de agua. El problema de la cal: la cal es una sal (Carbonato cálcico C0 3 Ca) que está disuelta en el agua de la red en mayor o menor cantidad, dependiendo depend iendo de la población, y que se deposita y adhiere a los puntos calientes de las instalaciones, formando una capa de color marrón claro de gran dureza, que va reduciendo el rendimiento de los intercambiadores de calor, calor, y la sección de paso de las tuberías.
El mejor método para eliminar la cal es mediante un disolvente ácido, como el ácido clorhídrico (salfumán común) o el ácido nítrico. La limpieza debe hacerse rápidamente, para evitar que otros elementos metálicos sean atacados. Para la limpieza de intercambiadores o tuberías deberemos desconectarlo del circuito de agua, y conectarlo al equipo de limpieza, que consiste en un depósito con una disolución de agua y ácido, y una bomba circuladora. Se pondrá en marcha el equipo y esperaremos hasta que el agua salga libre de suciedad y espumas. Aclararemos con mucha agua de la red para eliminar completamente los restos de ácido, y volveremos a conectar el intercambiador.
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Limpieza de filtros de agua: si los filtros están correctamente instalados, se encontrarán entre dos llaves de corte, para par a poder aislarlos y desmontarlos sin vaciar el circuito. Si la malla está corroída u obstruida por la cal, deberá sustituirse.
Si la malla está obstruida por una capa de cal, la disolveremos con salfumán, la aclararemos con agua y quedará perfectamente limpia. Mantenimiento de bombas: las bombas de circulación de agua no precisan de ningún mantenimiento, y sólo se intervendrá en caso de avería.
Si la instalación ha estado parada durante unos meses, las bombas pueden agarrotarse por la cal y el motor no poder arrancarlas. Deberemos desmontar el tapón que cubre el eje. Y con un destornillador grande, introducirlo y hacer girar el eje hasta desbloquearlo. El rodete puede obstruirse por fibras o virutas metálicas, produciendo un ruido de cavitación (como si tuviese perdigones agitándose dentro). Con el tiempo, los rodetes pueden llenarse de cal o desgastarse, lo cual notaremos por descender el caudal de agua. Intercambiadores gas-agua: los intercambiadores pueden ser de tubos Intercambiadores concéntricos o de placas. Ambos se van llenado de suciedad y de incrustaciones de cal, que hacen que descienda el intercambio de calor, y por lo tanto el rendimiento del equipo.
20.2. Circuitos eléctricos y de control Periódicamente tendremos que verificar los valores de: •
Intensidad Intens idad cons consumi umida da por el el equipo, equipo, si si está está dentro dentro de los los valor valores es normales.
•
Tempera emperatura tura de las protecc protecciones, iones, contac contactores, tores, relés, bornas bornas,, etc. etc.
•
Temp empera eratur turaa de de aju ajuste ste de ter termos mostat tatos. os.
•
Puest Pue staa en hor horaa de rel reloj ojes es pro progra grama mado dore res. s.
También es conveniente una limpieza interior de los cuadros eléctricos mediante soplado o aspiradora.
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21. MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS Las averías en una enfriadora de agua pueden ser: •
Averías en Averías en el siste sistema ma de movi movimien miento to de aire: vent ventilado iladores, res, comp compuerta uertas, s, servomotores.
•
Aver Av ería íass en el cir circui cuito to fr frigo igorí rífi fico co..
•
Aver Av ería íass en en el el circu circuit ito o hidr hidrául áulico ico..
•
Avería Ave ríass en el circ circuit uito o eléc eléctric trico o y de cont control rol..
Las averías en los elementos de ventilación y frigoríficos son similares a las indicadas en los temas 2 y 5 para equipos autónomos, y por ello omitiremos su descripción.
Averías en el circuito hidráulico 1. No ha hayy caud caudal al de ag agua ua.. •
Bomba Bom ba circ circulad uladora ora par parada, ada, agar agarrot rotada ada o quem quemada. ada.
•
Llave de paso Llave paso cerra cerrada. da. Obst Obstrucc rucción ión en en la tuber tubería ía princip principal al o en en una válvula.
2. Ha Hayy po poco co ca caud udal al.. •
Filt Fi ltro ross de de agu aguaa obs obstr trui uido dos. s.
•
Bomb Bo mbaa gi gira ra al re revé vés. s.
•
Circ Ci rcui uitto obs obstr truí uído do..
3. Pre Presi sión ón de agu aguaa baj baja. a. •
Fuga Fu ga de ag agua ua en el ci circ rcui uito to..
4. Baj Bajaa presión presión de gas gas en el el compre compresor sor.. •
Interc Int ercamb ambiado iadorr de agua suci sucio o o con capa de cal. cal.
•
Poco Po co ca caud udal al de ag agua ua..
•
Interc Int ercamb ambiado iadorr congela congelado do por por falta falta de de refrige refrigerant rante. e.
•
Baterí Bat eríaa exter exterior ior con congel gelada ada (bo (bomba mbass de calo calor). r).
5. El agua circul circula, a, pero pero el equipo equipo enfria enfriador dor no arranc arranca. a. •
El det detec ecto torr de fl fluj ujo o de ag agua ua est estáá mal. mal.
•
El term termost ostato ato de temp tempera eratur turaa de agua est estáá mal. mal.
•
El ter termo most stat ato o de amb ambie ient ntee está está mal mal..
•
Fallo Fa llo en ci circu rcuit ito o fr frigo igoríf rífico ico..
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Averías en el circuito eléctrico y de control 1. El eq equip uipo o no no ar arran ranca ca.. •
Falt Fa ltaa de de ten tensi sión ón de re red d
•
Fusib Fu sibles les fun fundid didos os,, autom automát átic ico o salta saltado do..
•
Fases Fas es inve inverti rtidas das (co (corta rta el prot protect ector or de de fase fases) s)
•
Falt Fa ltaa señal señal desd desdee el termo termost stat ato o remo remoto to..
•
Fall Fa llaa el pro progr gram amad ador or hor horar ario io..
2. Salt Saltaa el automá automático tico de de protec protecció ción n de la línea: línea: •
Bomb Bo mbaa de ag agua ua que quema mada da o de deriv rivad adaa a masa masa..
•
Ven enti tilad lador ores es que quema mado doss o cort cortad ados os..
•
Defecto a tier Defecto tierra, ra, por por falta falta de aisla aislamient miento o o mojar mojarse se algún algún elemen elemento to eléctrico.
3. El circu circuito ito fri frigorí gorífic fico o no arra arranca nca:: •
Falla detec detector tor de flujo flujo de agua, agua, el el termost termostato ato de retorno retorno de agua agua está mal.
•
Baja Ba ja pr preesi sió ón de de agu agua. a.
4. Ar Arran ranqu ques es y para parada da cor corta tas: s: •
Term ermost ostato ato reg regulad ulado o con dif difere erenci ncial, al, muy muy bajo. bajo.
•
Term ermost ostato ato inte interio riorr o presos presostat tatos, os, mal mal tarad tarados. os.
•
Tem empe perat ratura ura ex exte terio riorr muy muy ba baja ja
Ruidos y vibraciones •
Bomb Bo mbas as de dese sequ quil ilib ibra rada das. s.
•
Velo elocida cidad d de agua en el circ circuit uito o exces excesiva iva..
•
Golpes Gol pes de de ariete ariete por velo velocida cidades des exce excesiva sivass del agu agua. a.
•
Silbi Sil bido doss en en lla llave vess de de regu regula lació ción. n.
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22. NORMATIVA Y REGLAMENTOS APLICABLES La normativa a tener en cuenta en las instalaciones de climatización con distribución de agua es principalmente: •
Reglamente Reglame nte de insta instalaci lacione oness térmicas térmicas en en los edific edificios ios (RITE (RITE), ), en concreto sus Instrucciones técnicas: ITE 001, ITE002 e ITE003.
•
Norma Tecno Norma Tecnológi lógica ca de la edifi edificaci cación ón “Condi “Condicion ciones es Acústi Acústicas cas de los los edificios NBE-CA-88, sobre niveles de emisión sonora de los equipos y su transmisión máxima a viviendas próximas.
•
Códi Có digo go Téc Técnic nico o de la Edi Edific ficac ació ión. n. CTE CTE..
22.1. El problema sanitario por la legionellosis La bacteria legionella se reproduce en ambientes húmedos, y a una temperatura templada, entre 15 C y 40 C. Estas condiciones se pueden dar en los elementos siguientes de una instalación con agua: °
°
•
Torr orres es de recu recupera peració ción n de agua, agua, en en la cuba cuba y en los los filtro filtros. s.
•
Cond Co nden ensa sado dore ress refr refrig iger erado adoss por por agua. agua.
•
Bandeja Band ejass de reco recogida gida de conde condensa nsados dos de clima climatiz tizado adoras ras..
•
Conduct Con ductos os de air airee con con cond condens ensaci acione oness de de agua. agua.
Si la bacteria se difunde en el aire, puede ser aspirada por una persona, y provocarle una grave infección, que puede llevarle a la muerte. El problema es muy frecuente en circuitos de agua abiertos y ventilados, como una torre de recuperación. Menos frecuente en circuitos cerrados, con depósito de expansión abierto, y prácticamente nulo en circuitos de circulación cerrada, como son las modernas enfriadoras o bombas de calor aire–agua. El RD 909/2001 y 865/2003 sobre prevención de la contaminación por Legionella establece principalmente lo siguiente: •
Obligación de declara Obligación declararr en un regist registro ro de Indus Industria tria de la Comu Comunidad nidad Autónoma toda instalación que se considera de riesgo (torres, condensadores evaporativos, instalaciones con pulverización de agua, etc.).
•
Obligación de suscrib Obligación suscribir ir un cont contrato rato de mante mantenimie nimiento nto con una empresa autorizada para realizar análisis y desinfecciones periódicas.
•
Que la la instal instalaci ación ón se dise diseñe ñe de form formaa que en en el circui circuito to pueda pueda realizarse una cloración fuerte, o un aumento de la temperatura hasta los 60 C. °
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Por evitar todas las actuaciones anteriores y sus riesgos, la tendencia actual es a reducir al mínimo y eliminar las torres de recuperación, sustituyéndolas por sistemas de condensación por aire.
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RESUMEN En esta unidad hemos estudiado los sistemas centralizados que son los más comunes en los edificios de un solo usuario, permiten la gestión centralizada de toda la instalación en cada una de las múltiples opciones de instalación posible. No existe una solución única a cada instalación y es función de los técnicos determinar la mejor en cada caso, teniendo en cuenta múltiples variables como uso del edificio, ahorro energético, eficiencia, mantenimiento de las instalaciones, confort, horarios, etc.
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ANEXO Pérdida en tuberías de cobre. Pérdida en tuberías de acero. Pérdida en tuberías de polipropileno y otros plásticos. Pérdida en accesorios
Longitudes equivalentes en metros para accesorios de tuberías de agua: Tub uber ería ía
Codo Co do 90
Codo 45
Te a 90
Valv Va lv.. Bola y comp compuerta uerta
Valv Va lv.. Asien Asiento to
Valvv. codo Val
15(1/2)
0,6
1,39
0,9
0,12
4 ,5
2,4
19(3/4)
0,75
1,45
1,2
0,15
6
3, 6
25(1")
0,9
0,54
1,5
0,18
7 ,5
4,5
1 1/4
1,2
0,72
1,8
0,24
10,5
5 ,4
1 1/2
1,5
0,1,29
2,1
0,3
13,5
6, 6
2
2,1
1,2
3
0,39
17,5
8, 4
2 1/2
2,4
1,5
3,6
0,48
19,5
10,2
3
3
1,8
4,5
0 ,6 0,
24
12
3 1/2
3,6
2,1
5,8
0,72
30
15
4
4,2
2,4
6,3
0,81
37,5
16,5
5
5,1
3
7,5
1
42
21
6
6
3,6
9
1,2
49,5
24
°
°
°
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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Calcular el caudal caudal de agua agua que deberá mover el circuito circuito de agua de una bomba de calor aire-agua si la potencia frigorífica requerida en la instalación es de 120.000 Watios, con un salto de temperatura normal. ¿Que diámetro de salida instalaremos para una velocidad de circulación menor de 1 m/s? 2. Elegir Elegir de un catálogo catálogo comer comercial cial un fan-co fan-coil il para una una habitación habitación que que tiene una carga de 2.200 Kcal/h en frío, y de 2000 Kcal/h en calor, pero con la condición de que puede rendir más potencia en casos de necesidad. 3. Calcular Calcular el circuito circuito de agua agua de una instala instalación ción con con las caracterí característica sticass siguientes: •
Enfr En fria iado dora ra de agu aguaa tem tempe pera ratu turas ras 5 C ida y 11 C retorno.
•
Tre ress clima climati tiza zado doras ras de de 30.00 30.000 0 W cada cada una. una.
•
Longit Lon gitud ud del circ circuit uito o 50 50 m ent entre re cad cadaa equi equipo. po.
°
°
Dimensionar tuberías con retorno invertido, calcular pérdida de carga máxima y elegir la bomba apropiada de un catálogo comercial. 4. Calcular Calcular porcentaj porcentajee de aire exterio exteriorr que deberemos deberemos ajusta ajustarr en un local destinado a restaurante, cuya carga térmica es de 80.000 Kcal/h, y tiene capacidad para 150 personas. 5. Para climat climatizar izar un salón salón de acto actoss de una casa casa de cultura cultura,, donde donde se realicen actuaciones y obras de teatro, sobre todo por la tarde y noche, ¿qué módulos deberá de incluir la UTA?
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LABORATORIO 1. Sobre una una bomba bomba de calor aire-agua, aire-agua, realizar un esquema esquema con con el trazado exacto del circuito frigorífico e hidráulico, identificando todos sus componentes, marca, modelo y características indicadas en el mismo (potencia, capacidad, diámetro, etc.). 2. Instalar Instalar un fancoil fancoil con con una válvula válvula de tres tres vías vías desde el el agua caliente caliente de la red del taller, vertiendo el retorno al desagüe. Instalar el mando a distancia del termostato y verificar su funcionamiento. 3. Visitar una instalación instalación aire-agua de un hotel o unas oficina oficinas, s, donde donde se puedan apreciar los diferentes equipos.
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