MÉTODO DE CÁLCULO DE UNA INSTALCIÓN DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE
Para determinar las características de la instalación de calefacción por suelo radiante, debes tener en cuenta: Diámetro de la tubería, se suele trabajar con tubo de diámetros exteriores entre 16 y 22 mm, según se trate de una instalación de uso doméstico o industrial. Paso de tuberías, esto es, la distancia de separación entre los tubos, la cual varía entre 4 cm, utilizados en cuartos de baño y aseos (de lo contrario debido a su escasa superficie, de no aproximar tanto los tubos no se alcanzaría la potencia calorífica deseada) y los 30 cm. Temperatura de ida, es decir, la temperatura a la que entra el agua en el colector, la cual vendrá dada por la caldera o en el punto de mezcla, y estará entre los límites de 30 ºC y 55 ºC. La temperatura media del suelo, la cual será superior a 22 ºC e inferior a 35 ºC. Se emplearán las temperaturas más altas cuando el pavimento sea de materiales con menor transmisión térmica, como la moqueta. Longitud de cada circuito, siendo de 120 metros máximo para instalaciones domésticas. Perdida de presión una vez conocida la longitud de cada circuito y el caudal que lo atraviesa Las características del circulador. A continuación te muestra una método gráfico de calculo de un sistema de calefacción por suelo radiante, el cual se basa en el empleo de un gráfico realizado en base a ensayos efectuados por las firmas comerciales con tubos de diámetro dado, para una temperatura ambiente del local determinada (por ejemplo 20º C) e incluso unas condiciones exteriores concretas. La potencia calorífica real que emite el suelo radiante es, en la práctica, una fracción de la potencia calorífica que suministra el agua caliente (60% a 80%). Para efectuar los cálculos se debe tener en cuentas las siguientes condiciones de partida: Las temperaturas máximas admisibles en el suelo en función del uso del local serán las mostradas en la tabla 1: TEMPERATURA MÁXIMA SUPERFICIAL
ZONA Zonas habitualmente ocupadas (Sala de estar)
< 29 ºC
Baños y duchas
< 33 ºC
Zonas periféricas (laterales cerca de ventanales, puertas (max. 1 metro)
< 35 ºC
Tabla 1: Temperaturas máximas admisibles en el suelo en función del uso del local. En la tabla 2 se especifican las necesidades de tubo por m2 en función de la distancia entre tubos, esto es RA8, RA16, RA25...
1
Distancia entre tubos RA (cm)
RA8
RA16 RA25 RA33
Necesidades de tubo (metros lineales por m2)
11
6
4,25
3
Superficie máxima por circuito
11
20
28
40
Tabla 2: Superficie máxima por circuito en función de la distancia entre tubos. En la tabla 3 se especifican las diferentes distancias de tubo que tendremos que emplear en cada hueco y los m2 máximos a alimentar en un solo circuito para un tipo de suelo y temperatura de agua en los colectores.
Tabla 3: Método Polytherm, sistema clásico Para determinar el caudal total, este será la suma de los caudales de cada uno de los circuitos y se hallan según la expresión: Q M= c p ⋅ ∆t Donde: M: Caudal en l/h Q: Potencia total en kcal/h (1 kcal/h = 1,163 w) Cp: Calor específico del agua. ∆t: Diferencia entre la temperatura del agua en la entrada y la salida (se toman 10 ºC) 2
Para hallar la perdida de carga que tendrá que vencer el circulador se deberá tener en cuenta el tramo entre la caldera y los colectores y entre estos y el circuito más desfavorable (más caudal y más longitud).
Fig. 1: Ábaco para determinar las pérdidas de presión (KPas/m) en función del caudal para diversos diámetros. Si acudimos al ábaco 2, en el que se dan las pérdidas de presión en KPa/m para diversos diámetros (tubería de polietileno reticulado Wirsbo) en función del caudal. Para hallar las pérdidas de presión en los accesorios (codos, válvulas, etc.) se puede recurrir a tablas específicas o, aumentar en un tanto por ciento las pérdidas de los tramos rectos (suele tomarse un 20%).
EJEMPLO: Se debe instalar suelo radiante en una vivienda que posee los huecos que se especifican en la tabla siguiente junto a los datos necesarios para hallar los parámetros que definirán la instalación. Hueco Superficie Potencia térmica (W) Tipo pavimento Distancia al colector
Sala de estar 24 2450 Parquet (m. fina) 4
3
Dormitorio 13 1100 Parquet (m. fina) 2
Cocina 9 850 Cerámica 3
Baño 5 400 Cerámica 3
SOLUCCION: Con los datos proporcionados se halla la potencia que debe emitir cada m2 de suelo para alcanzar la temperatura ambiente deseada en cada estancia (20 ºC). Hueco Superficie Potencia térmica (W) Tipo pavimento Distancia al colector
Sala de estar 24 2450 Parquet (m. fina) 4
Dormitorio 13 1100 Parquet (m. fina) 2
Cocina 9 850 Cerámica 3
Baño 5 400 Cerámica 3
q=Q/S (W/ m2)
102
84,6
94,4
80
Con estos datos se va a la tabla 3 (Método Polytherm, sistema clásico). Se comienza por la sala de estar tomando una valor aproximado a 102 W/m2, en dicha tabla será un valor de 105 W/m2 (en la tabla denominado calor específico q) y se observa que no es posible emplear una temperatura de entrada en colectores (temperatura de ida) de 40 ºC para un suelo de parquet (madera fina), por tanto tendremos que irnos a una temperatura superior y tomamos una temperatura de agua en colectores de 45 ºC que con una distancia entre tubos de 8 cm (RA8) cumple las condiciones necesarias. Podríamos también haber tomado una temperatura de 50 ºC, con una separación entre los tubos de 16 cm (RA16) para que la instalación resultara más económica al necesitar menor cantidad de tubo, pero con nuestra elección da prioridad al ahorro energético y a conseguir más confort. En la tabla siguiente aparecen las diferentes distancias de tubo que tendremos que emplear en cada hueco y los m2 máximos que alimentar en un solo circuito para un tipo de suelo y una temperatura de agua en los colectores de 45 ªC (obtenidos en la tabla 3). Hueco Superficie Potencia térmica (W) Tipo pavimento Distancia al colector q=Q/S (W/ m2) Tª media suelo (ºC) RA (cm) m2/circuito Tª del agua (ºC)
Sala de estar 24 2450 Parquet (m. fina) 4 102 29 8 8 45
Dormitorio 13 1100 Parquet (m. fina) 2 84,6 27,7 16 17 45
Cocina 9 850 Cerámica 3 94,4 28,4 16 19 45
Baño 5 400 Cerámica 3 80 32 8 11 45
Observarás que aparecen en la tabla anterior unos valores de separación de tubos (RA9) para el cuarto de baño que no corresponde con la potencia que tenemos en los datos del ejemplo. Pero debes tener presente que una vez descontadas las superficies ocupadas por el lavabo, inodoro, bañera o plato de ducha, quedará un área útil muy limitada para montar el tubo y dificultado además por el bote sifónico, cuando además en estas partes de la vivienda las temperaturas deben ser incluso superiores al resto. Por lo tanto es preferible fijar siempre la separación entre tubos pequeña, en nuestro caso RA8 debido a que realmente no se dispone de los 5 m2 de superficie para colocar los tubos. Vamos a determinar el número de circuitos que colocaremos por cada estancia. Comenzamos por la sala de estar y teniendo en cuenta los m2 máximos recomendados para cada circuito recogidos en la tabla anterior, deducimos que si en este caso la superficie máxima por circuito es de 8 m2, para el área total de la sala de estar de 24 m2, será necesario realizar 3 circuitos. Repetiremos los cálculos para el resto. Para determinar los metros lineales de tubería que vamos a instalar, tendremos en cuenta los valores dados en la tabla 3, resultando por ejemplo para la sala de estar con una distancia entre tubos RA8, los metros lineales necesarios por m2 son 11, y por consiguiente para 24 m2 serían necesarios 264 metros, los cuales estarán repartidos entre tres circuitos.
4
Hueco Superficie (m2) Potencia térmica (W) Tipo pavimento Distancia al colector q=Q/S (W/ m2) Tª media suelo (ºC) RA (cm) m2/circuito Tª del agua (ºC) Número circuitos Metros lineales Longitud total
Sala de estar 24 2450 Parquet (m. fina) 4 102 29 8 8 45 3 (11 ⋅ 24) ⋅ 2 = 528 m 528+8+8+8 =552 m
Dormitorio 13 1100 Parquet (m. fina) 2 84,6 27,7 16 17 45 1 (6 ⋅ 13) ⋅ 2 = 156 m 156 + 4 = 160 m
Cocina
Baño
9 850 Cerámica 3 94,4 28,4 16 19 45 1 (6 ⋅ 9) ⋅ 2 = 108 m 108 + 6 = 114 m
5 400 Cerámica 3 80 32 8 11 45 1 (11 ⋅ 3) ⋅ 2 = 66 m 66 + 6 = 72 m
En la tabla anterior se añade el nº de circuitos y los metros lineales de tubo necesarios para cada hueco, entre otros datos. En la fila en la que se especifica los metros lineales, se debe multiplicar por 2 para tener en cuenta la longitud de ida y de retorno. La longitud total se halla sumando los metros lineales de cada circuito a la distancia entre estos y el colector. En la figura siguiente se muestran las características del tubo Polytherm de Polietileno Reticulado (PE-Xb):
Finalmente debemos calcular el caudal y las pérdidas de carga del circuito más desfavorable para poder seleccionar el circulador adecuado. CALCULO DEL CAUDAL: El caudal total será la suma de los caudales de cada uno de los circuitos y se hallan según la expresión:
M=
Qt c p ⋅ (te − ts )
Siendo: M : Caudal en l/h Qt : Potencia total en kcal/h (1kcal/h = 1,163 w) Cp : Calor específico del agua. te : Temperatura del agua en la entrada. ts : Temperatura del agua en la salida. En la tabla siguiente se muestran los caudales de los distintos circuitos y el caudal total:
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Hueco Superficie (m2) Potencia térmica (W) Tipo pavimento Distancia al colector q=Q/S (W/ m2) Tª media suelo (ºC) RA (cm) m2/circuito Tª del agua (ºC) Número circuitos Metros lineales Longitud total Potencia térmica por circuito Q(Kcal/h) M (l/h) Caudal total Mt (l/h)
Sala de estar 24 2450 Parquet (m. fina) 4 102 29 8 8 45 3 (11 ⋅ 8) ⋅ 2 = 176 m (11 ⋅ 8) ⋅ 2 = 176 m (11 ⋅ 8) ⋅ 2 = 176 m 176 3+8+8+8 =552 m
Dormitorio 13 1100 Parquet (m. fina) 2 84,6 27,7 16 17 45 1
Cocina 9 850 Cerámica 3 94,4 28,4 16 19 45 1
Baño 5 400 Cerámica 3 80 32 8 11 45 1
(6 ⋅ 13) ⋅ 2 = 156 m
(6 ⋅ 9) ⋅ 2 = 108 m
(11 ⋅ 3) ⋅ 2 = 66 m
156 + 4 = 160 m
108 + 6 = 114 m
66 + 6 = 72 m
703 x 3
946
731
344
70,3 x 3
94,6 413 l/h (0,115 l/s)
73,1
34,4
CALCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA: Para hallar la perdida de carga que tendrá que vencer el circulador, deberá tener en cuenta el tramo entre la caldera y los colectores y entre estos y el circuito más desfavorable (más caudal y más longitud).
El diámetro de tubería desde la caldera hasta los colectores deberá tener un valor que produzca una caída de presión que no supere la máxima pérdida de presión por metro permitida, que se fija en 0,4 KPa/m (40 mmca/m). Para ello se acude al gráfico del tipo de tubería empleada, en este caso tubería de polietileno reticulado y se obtiene que para un caudal de 413 l/h y un diámetro de 20 mm se obtiene una pérdida de carga máxima de 28 mmca/m, admisible.
Fig. : Diagrama de Pérdidas de Carga de la Tubería de Polietileno Reticulado (Serie 5)
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En cuanto a los circuitos de suelo radiante, por longitud, el más desfavorable es el de la sala de estar que se encuentra a una distancia de 4+4 = 8 metros del colector (tabla 18), con una longitud total de 176 + 8 = 184 metros. Por caudal, con 70,3 l/h (0,019 l/s) cualquiera de los tres circuitos de la sala de estar son los que más pérdidas de presión van a producir. Así pues, con un caudal de 0,019 l/s y una pérdida de presión no superior a 40 mmca/m se prefiere optar por un diámetro de 16 mm en el siguiente gráfico. Como se puede calcula la caída de presión se estima en 0,04 kPa/m.
Fig. : Ábaco 2: Pérdidas de presión para tubos de polietileno Wirsbo según el caudal Para determinar la caída de presión en el circuito más desfavorable, se calcula: ∆P caldera-colector = (28 mmca/m)
10 m
∆P circuito sala estar = (0,4 mmca/m)
2 = 560 mmca = 5,6 kPa
184 m
2 = 74 mmca = 7,4 kPa
∆P caldera-colector + ∆P circuito mas desfavorable = 5,6 + 7,4 = 13 kPa Para hallar las pérdidas de presión en los accesorios (codos, válvulas, etc.) se puede recurrir a tablas específicas o, aumentar en un tanto por ciento las pérdidas de los tramos rectos. En este caso se supondrá un aumento en la pérdida de presión debida a los accesorios del 20%. Luego Perdidas de accesorios (20 %) =
13 ⋅ 20 = 2,6 kPa 100
La bomba seleccionada será capaz de dar una presión de 15,6 kPa moviendo un caudal de 0,11 l/s.
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