PISO RADIANTE
Arq. Oscar Perrotti
Piso Radiante •
Es un sistema de calefacción que cumple las premisas básicas de higiene, no hay gases de combustión ni tostación del polvo.
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La caldera envía con una bomba, agua caliente a una temperatura de alrededor de 40ºC a serpentines plásticos, empotrados en una placa de hormigón flotante sobre la aislación térmica. Sobre la placa se aplica el solado que se calienta a unos 27ºC.
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El agua circula por tuberías plásticas, tiene una temperatura aproximada de 35º C a 50º C, logrando, tener una temperatura en el suelo de entre 20º C a 28º C, y por lo tanto en el ambiente una temperatura de 18º C a 22ºC. Estamos calentando agua a 40ºC para mantener la vivienda a 20º C, cuando en otros sistemas estaríamos quemando combustible a temperaturas superiores a 800ºC, para calentar agua a 70 u 80º C, para mantener la casa a 20º C.
Sensación térmica •
El sistema tiende a actuar sobre la pérdida de calor por radiación y evita el enfriamiento de los pies.
Puede considerare el índice de sensación térmica o temperatura efectiva de confort como el promedio entre la temperatura del aire y la radiante media (TRM).
Temperatura de diseño interior
En todos los casos la temperatura efectiva o índice de confort es igual a 18ºC. •
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Los pisos radiantes requieren menor temperatura de aire para lograr igual confort (18ºC). Ello mejora la función respiratoria con menor propagación de gérmenes y ahorro energético.
Distribución de temperatura •
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La temperatura es mas uniforme verticalmente, porque hay menor corriente convectiva. Se mantiene más fresca la cabeza y con un tenue y agradable calentamiento de los pies.
Diferencias en la distribución del calor
Esquema general Los serpentines se realizan en polietileno pudiendo ser: Continuo.
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Espiral.
El diámetro exterior usual es de 20 mm. (ó 16 mm.) separados de 20 a 30cm. Se proyectan colectores con 1/2 serpentín por local. Las calderas pueden ser tipo mural o bajo mesada. El agua caliente entra por las paredes exteriores.
Emplazamiento
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Sobre el piso, se coloca una base aislante flotante de 20 mm. con un film de poliéster y sobre una malla de acero (tipo sima), se fijan los serpentines. Se proveen también apoyos conformados de aislamiento térmico .
En qué consiste un piso radiante
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Una red de tuberías empotradas en la capa de mortero, por la cual circula agua caliente calentada en una caldera.
El calor del agua se trasmite al piso a través de las tuberías y el contrapiso cede el calor al ambiente por radiación.
Tipo de solados •
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Los serpentines se prueban con agua a presión. Luego se hace una carpeta de hormigón de 6 cm. de espesor, con el agregado de un fluidizante.
El solado pueden ser cualquiera: Parquet, baldosas, cerámicas, mármol, mosaico, vinílicos, alfombras, etc.
Limitaciones del sistema •
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Su aplicación está orientada a los nuevos edificios. Tienen más inercia o lentitud de puesta en régimen que los radiadores y no recomendables para locales que se utilizan esporádicamente. Los locales deben contar con buena aislación, ya que la temperatura de los pisos sería muy elevada, necesitando el empleo de elementos calefactores complementarios. No cuentan con entrada de aire exterior por lo que no son aconsejables para recintos con gran cantidad de personas, como salas de espectáculos, locales comerciales u oficinas con gran cantidad de fumadores. Los errores de ejecución y reparaciones son dificultosas, siendo conveniente que la instalación sea verificada y garantizada por el distribuidor del sistema.
Ventajas del Piso Radiante con respecto a otros sistemas 1) El calor es uniforme en toda la vivienda, ya que estamos cubriendo toda su superficie.
2) No existen equipos terminales, que ocupen espacios en las paredes, dejando éstas liberadas para el amoblamiento, ya que las tuberías quedan todas empotradas en el suelo.
3) Son sistemas de fácil instalación. No se requiere de mano de obra especializada, ni herramientas costosas. 4) Es un sistema saludable, sin tostamiento del polvo, ni turbulencias de aire y sin resecar el ambiente. Recomendado para guarderías, hospitales, geriátricos, etc., convección muy lenta, sin desplazamiento de polvo.
5) El calor viene del suelo y llega hasta una altura de 1.80 a 2 mts., exactamente donde se lo necesita. Se evita la acumulación de aire caliente en la zona cercana al techo. 6) Es aplicable a distintas fuentes de generación de calor, debido a la temperatura baja que necesita para funcionar (calderacalefón, bajo mesada, etc.). 7) Es un sistema silencioso, ya que no posee ventiladores o elementos ruidosos para calentar los ambientes.
8) Son seguros, los circuitos son enteros, parten de un colector y vuelven al mismo, con lo cual se evitan pérdidas en soldaduras o empalmes.
9) Importante ahorro de energía debido a la disminución de pérdidas en las tuberías generales, menores pérdidas por techo, reducción en las pérdidas por aireación y temperatura uniforme.
Aplicación •
a) Calefacción de viviendas.
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b) Criaderos de pollos, cerdos, etc.
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c) Derretimiento de nieve.
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d) Calefacción de piscinas.
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e) Invernaderos.
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f) Superficies no cubiertas como calles o estadios de fútbol.
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g) Frigoríficos.
Diferencia entre Piso Radiante y Losa radiante
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Los tubos no requieren Mantenimiento, se descarta la posibilidad de corrosión, como en las losas radiantes con hierro negro. Sencilla colocación, por el alto grado de curvatura del tubo en frío y su presentación en rollos. La conexión al colector, se realiza a través de una media unión.
Componentes de la instalación •
Caldera.
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Bomba.
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Tanque de expansión.
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Colectores.
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Serpentines.
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Las tuberías se presentan en rollos, con un sistema especial de empaquetadura, que lo mantiene armado hasta el final, fácil manipuleo y ahorro en tiempos de instalación.
Agregar los Accesorios
Calderas
Colectores y serpentinas
Elementos del sistema
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El mortero que cubre la instalación deberá tapar los tubos, mínimo 3 cm. por sobre los mismos, para lograr mejor trasmisión térmica. Este mortero no debe contener ningún agregado grueso poroso o aislante, deberá ser lo más plástico posible y en caso de colocar agregado grueso podrá ser piedra partida o canto rodado de una granulometría pequeña.
FORMAS DE COLOCACION DE LAS SERPENTINAS
El largo de cada Circuito no deberá superar : los 100 m. lineales en ø 20 mm, y 80 m. lineales en ø 16 mm. • •
a) Serpentinas paralelas
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El tubo de mando se coloca cerca de los lugares más fríos, y desde ese punto se comienza a realizar la distribución de las tuberías que se colocarán con la separación adecuada según la terminación del solado. Esta distribución permite tener mayor temperatura cerca de los lugares más fríos y a medida que llegamos a las zonas de menores pérdidas, el tubo tendrá menor temperatura.
b) Serpentinas en espiral •
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Esta distribución permite obtener una temperatura más uniforme en todo el local. Es adecuada cuando no existe un solo frente frío, sino que hay que atacar varios lugares al mismo tiempo, o bien cuando se utilizan distribuciones combinadas.
c) Serpentinas combinadas
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En lugares donde las temperaturas son extremas, generalmente se recomienda utilizar una distribución en serpentín cerca de las aberturas, con un circuito, y una distribución en espiral para las zonas centrales del local.
Ejemplo
Planta de arquitectura
Planilla de Cálculo
Conclusiones finales •
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Apoyado en sistemas completos de ejecución simples y económicos los pisos radiantes, logran mejor sensación de bienestar y mayor uniformidad de temperatura en el plano vertical y menor movimiento de aire. El espacio superior del local donde está la cabeza es más fresco, sensación de calidez en los pies. Estos sistemas no eliminan gases de combustión en los ambientes y no provocan tostamiento del polvo. No ocupan espacios útiles y mejoran la acústica. Se están utilizando en verano haciendo circular agua fría por los serpentines. El piso térmico tiene la capacidad de autorregularse. Con lo cual el sistema necesita pocos elementos de regulación. Ahorro energético. Ahorro económico, por facilidad de instalación y mantenimiento.
Cálculo de las Serpentinas de cada Circuito
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Ejemplo de Cálculo Cañerías de Distribución, bomba recirculadora
Cálculo Supóngase un piso radiante con un serpentín por la cual circula agua caliente, empotrado dentro de una placa de hormigón emplazado sobre un aislamiento térmico. Puede calcularse la transmisión de calor emitida, de acuerdo a la ecuación: Q = kr L (th – tA)
Donde: Q: cantidad de calor emitida por el piso radiante (Kcal/h) kr: coef. de calor emitido por metro de longitud de serpentín (Kcal/hmºC) L: longitud del serpentín empotrado (m) th: temperatura promedio del agua de calefacción (ºC) tA: temperatura del aire ambiente (ºC)
Se puede establecer que el área la longitud del serpentín vale: A = L’ . Nº . l
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L = A/l
Donde: A: área del panel de piso calefactor (m 2) L’: largo del panel (m); Nº . l = ancho del panel; L’ . Nº = L l: separación entre eje de los caños empotrados (m) Reemplazando L y despejando de la ecuación anterior: Q = kr. A . (th – tA) l l = kr . A . (th – tA)/Q La magnitud de Q surge del balance térmico del local a calefaccionar, suponiendo una temperatura del aire interior de diseño tA de 18 a 19 ºC. El valor de la temperatura promedio del agua th, vale th = (te + ts)/2 Donde: te: temperatura del agua a la entrada del serpentín (ºC). ts: temperatura del agua a la salida del serpentín (ºC).
El salto térmico entre la temperatura del agua de entrada y salida se fija generalmente en 10ºC y sirve para determinar el caudal de agua a circular por el sistema. En cuanto a la temperatura promedio del agua, no debe sobrepasar los 50ºC para evitar dilataciones excesivas, que pueden provocar problemas en la estructuras donde se empotran los serpentines y además en el caso de paneles de piso se puedan originar temperaturas superficiales que superen los límites admisibles de 26 a 29ºC. La temperatura promedio del agua de calefacción th, se la supone constante en toda la instalación y se la fija entre 35 a 50ºC, adoptándose normalmente 40ºC. (45 – 35 ) = ∆t 10ºC El coeficiente kr de calor que emite el caño hacia la superficie del piso va a depender del material, diámetro exterior y el espesor del recubrimiento y del tipo de piso a emplazar. Se ha verificado que la conductibilidad propia y específica del material del caño en si, no es determinante con relación a todo el conjunto de resistencia térmicas que componen un piso radiante.
Teniendo en cuenta lo indicado, pueden establecerse los valores prácticos de kr, para los caños normalmente utilizados para pisos radiantes, considerando una placa de hormigón de espesor aproximado a 3 veces el diámetro exterior del caño, sobre el cual se aplica un piso como cerámico, baldosas o mármol.
Diseño del serpentín: Una vez determinada el área, tipo de piso y caño a emplear, con el coeficiente de emisión kr y la fijación del salto de temperatura entre el agua y el aire, puede determinarse con la cantidad de calor a emitir, la separación de los caños del serpentín. En general, por razones constructivas suele redondearse la separación de caños en módulos de 5 cm. Debe constatarse que la separación no sea menor de 10 cm porque ello implica que la temperatura del piso es elevada y es muy dificultoso el doblado, especialmente en los serpentines continuos y además, no mayor de 35 cm para lograr que la distribución de temperatura del piso sea lo más uniforme posible. Lo ideal es que la separación esté comprendida entre 15 a 30 cm. En caso que la separación según el cálculo sea menor a 15 cm, antes de reducir la separación a 10 cm, conviene analizar la posibilidad de aislar mejor el local para reducir las pérdidas de calor Q.
Otra solución, es tratar de aprovechar las áreas perimetrales bajo ventanas o paredes frías que no sean transitadas e incrementar allí la cantidad de caños con separaciones de 10 cm, aumentando de esa manera la emisión de calor en esas zonas, tal como se muestra en la figura 17-VIII y se ello no es viable, se deben utilizar paneles suplementarios de pared o techo o eventualmente radiadores de calefacción. Debe destacarse que los sistemas de calefacción por piso radiantes requieren una buena aislación de los locales, dado que si se necesitan complementos en cada uno de ellos, el edificio no es apto para este tipo de calefacción.
Tanto en el serpentín continuo en zig-zag como en el espiral, se deben emplazar las cañerías para que ingrese el agua caliente hacia donde se produce la mayor pérdida de calor en los locales, es decir sobre la parte cercana a las ventanas o paredes frías exteriores, a fin de lograr como objetivo primordial una uniformidad de temperatura en la placa emisora. De esa manera, a medida que el agua avanza por el serpentín y disminuye su temperatura, debe ir atacando las zonas menos frías de los locales. La longitud del serpentín a emplazar bajo el piso de acuerdo a lo indicado precedentemente vale L = A/l, de modo que la longitud total es de: LT = L + 2 L c Donde:
LT : Longitud total del caño hasta los colectores (m) L: longitud del serpentín (m) Lc : Longitud conexión del serpentín a los colectores retorno (m) Debe destacarse que no es conveniente que la longitud máxima de los circuitos de agua caliente supere los 75 m para caños de 16 mm (1/2”) y 100 m para los de 20 mm (3/4”), para evitar que se originen caídas de presión importantes que incrementen el consumo eléctrico de la bomba circuladora.
Ejemplo de cálculo de un serpentín: Supóngase diseñar un serpentín en espiral de un piso radiante para un local de 4 x 3 x 2,70 m de altura, que tiene una pérdida de calor de 1560 Kcal/h. Se considera piso de parquet con caño plástico de polietileno reticulado de 20 mm de diámetro exterior. Los datos del proyecto son los siguientes: tA: temperatura del aire del local: 18ºC th: temperatura promedio del agua de calefacción: 40ºC, o sea una temperatura de entrada 45ºC y 35ºC de salida. A: área del panel: 12 m 2 La separación de los caños se calcula con la fórmula anterior: l = kr . A . (th – tA)/Q El coeficiente kr vale 0,95 Kcal/hmºC, el que debe ser corregido porque se trata de un piso de parquet con el coeficiente de ajuste 0,90 De modo que kr vale : 0,95 x 0,90 = 0,855 Kcal/hmºC
De esa manera: l = 0,855 x 12(40 – 18)/1560 = 0,15 m Verifica, porque está comprendido entre los valores óptimos de 15 a 30 cm. La longitud propia del serpentín vale: L = A/l = 12/0,15 = 80 m Considerando una distancia Lc = 2 m desde el serpentín a los colectores de alimentación y retorno respectivamente, la longitud total vale: LT = L + 2 L c = 80 + 2 x 2 = 84 m Verifica dado que es menor de 100 m. De esa forma, para el diámetro exterior del caño de polietileno reticulado fijado de 20 mm, la separación es de 15 cm y sobre la base de ello, se efectúa el proyecto de la distribución de un serpentín en espiral en el piso del local.
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