09-00-11-01

Calor para la vida

BOSCH

CE

Cálculo de la bomba

6160


Un elemento fundamental en la instalación es la bomba o circulador. Su misión es la de provocar la circulación del agua de pri-mario calentada en la caldera hasta los elementos emisores. Ya han quedado en desuso los circuitos sin bomba o sistemas degravedad, donde la diferencia de densidades entre el agua caliente y el agua fría ocasiona el movimiento del agua de primario.

Debemos mover suficiente agua caliente, que en definitiva es energía, para transportarla del foco térmico o quemador de la calderaa los emisores. Partiendo de que un litro de agua al perder un grado de temperatura pierde una kilocaloría de energía, deberemoscomprobar que la bomba puede mover suficiente caudal. Para determinarlo previamente es necesario conocer la diferencia de tem-peraturas del primario entre ida y retorno, el salto térmico.

Si dividimos la potencia útil Pu a transmitir en kcal/h por el salto térmico ∆T en °C multiplicado por la capacidad caloríficadel agua Cp, que es igual a 1 kcal/ kg °C, tendremos la cantidad de agua o caudal Q, que debe mover la bomba.

Q (l/h) = Pu (kcal/h) / (Cp ∆T)

En ningún caso debemos propiciar una velocidad mayor de 2 m/seg., para evitar ruidos molestos por exceso de velocidad.También es importante que la bomba pueda vencer las pérdidas de carga del fluido portador al moverse en el interior de lastuberías.

Para el cálculo de pérdidas de carga totales, tomaremos el tramo más desfavorable, el más alejado de la caldera: se determina-rán las pérdidas de carga locales debidas a los accesorios, codos, llaves, emisores… que tienen un equivalente en metros de tube-ría lineal. Para cada tramo sumamos todos los metros equivalentes para todos y cada uno de sus elementos.

1. Pérdidas de carga locales

Por cada uno de los accesorios de la tubería existe una caída de presión o pérdida de carga que podemos evaluarla como longitudde tubería recta equivalente (Leq).


BOSCH

CE

Fig. 32a

Bomba de tres velocidades

Altura manométrica máxima de 5,75 m.c.a.

6

5

4

3

2

1

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CAUDAL (Q) en litros/hora

ZW 23-1…(3)

ZW 23-1…(2)

ZW 23-1…(1)

Pérdida de carga de la instalación

PÉ

RD

IDA

DE

CA

RG

A (H

) en

m.c

.a.

BOMBA CIRCULATORIA

TUBERÍA MATERIAL

Mm ” Cobre Acero Galvanizado Polietileno reticulado

10,00 3/8” 4,68 13,50 19,36 27,5

15,00 1/2” 0,53 1,54 2,55 3,82

20,00 3/4” 0,12 0,34 0,49 0,79

25,00 1” 0,04 0,10 0,15 0,18

DIÁMETROS

3/8” 1/2” 3/4” 1” 1”1/4 1”1/2

Esférica 1,3 1,4 1,5 1,8 2,1 2,2

Válvulas Angular 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,00

Compuerta 0,08 0,09 0,1 0,15 0,15 0,3

CodosRecto 0,25 0,3 0,5 0,6 0,9 1,2

Gran radio 0,25 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9

Tramo recto 0,25 0,3 0,45 0,75 0,8 0,9

Tramos en T Recto reducido 0,25 0,3 0,5 0,8 0,9 1,2

Derivación 1,0 0,1 1,5 1,8 2,5 3,0

de 1/4 0,25 0,3 0,5 0,7 0,9 1,2

Ensanchamiento de 1/2 0,25 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9

de 3/4 0,08 0,09 0,15 0,15 0,25 0,3

a 1/4 0,2 0,25 0,3 0,35 0,45 0,6

Contracción a 1/2 0,1 0,15 0,25 0,3 0,35 0,45

a 3/4 0,1 0,12 0,15 0,18 0,3 0,35


Para distintos accesorios o elementos en la tubería, dependiendo del diámetro, tendremos las siguientes longitudes equivalentes (Leq)en metros:

La longitud total equivalente es igual a la suma de todas las pérdidas de carga locales (expresadas por longitudes equivalentes).

EJEMPLO: Para una tubería de 1/2” con dos codos rectos, una llave esférica y tres tramos rectos en T tendremos, según la tabla ante-rior, una longitud equivalente:

Leq = 2 x 0,3 + 1,4 + 3 x 0,3 = 2,9 m de tubería de 1/2”.

2. Pérdidas de carga en tubería

Con la longitud equivalente de accesorios más la longitud real de tubería tendremos los datos suficientes para calcular la caída depresión en la red de tuberías hasta cada uno de los puntos de consumo.

Utilizaremos una tabla relacionando el material y diámetro de la tubería, obteniendo el coeficiente de rozamiento K1

(en negrita).

Caudal DiámetroLongitud Número Número Número Longitud Pérdida

Tramo de tubería codos emisores derivac. equivalente de carga(l/h) (”)

(m) (x 0,6) (x 4,5) (x 1,5) (m) (m.c.a.)

1-10 55,7 3/8” 7 6 1 1 13,25 0,0534

5-6 128,9 1/2” 1 4 1 2 7,3 0,0178

4-7 86,4 3/8” 1 4 1 2 8 0,0776

3-8 80,6 3/8” 1 4 1 2 8 0,0675

2-9 96,7 1/2” 1 4 1 2 7,3 0,01004

1-10 40,3 3/8” 1 4 1 2 7,3 0,0154

Cald-1 488,8 3/4” 0,5 4 – – 2,5 0,0199

1-2 392,8 3/4” 3 – – – 3 0,0154

2-3 296,0 1/2” 3 – – – 3 0,0386

3-4 215,3 1/2” 4 – – – 4 0,0272

4-5 128,9 1/2” 5 2 – – 5,6 0,0136

9-10 392,8 3/4” 3 – – – 3 0,0154

9-8 296,0 1/2” 3 – – – 3 0,0386

8-7 215,3 1/2” 4 – – – 4 0,02729

6-7 128,9 1/2” 5 2 – – 5,6 0,0136

10-cald 488,8 3/4” 0,7 4 – – 2,7 0,0215

6362


Si tenemos en cuenta la longitud equivalente de los accesorios, calcularemos la pérdida de carga total (Ht). Este parámetro con-tiene a las pérdidas de carga locales (Hl) y las pérdidas de carga en las paredes de la tubería (Hf). Con este coeficiente, K

1, multi-

plicado por la longitud equivalente de tubería (Leq) y el cuadrado del caudal (Q), obtendremos la pérdida de carga (Ht).

Ht = K1

Q2 Leq

Ht, pérdida de carga en tubería equivalente (mm.c.a.).

Q, caudal que circula (l/min), caudal máximo del aparato de producción de a.c.s.

Leq, longitud de tubería más la longitud equivalente a los accesorios (m).

Este valor lo podremos multiplicar por el coeficiente 1,2 de envejecimiento de la tubería.

EJEMPLO: Para el ejemplo anterior con los accesorios equivalentes a una Leq = 2,9 m en un tramo de tubería nueva de cobre de10 metros de 1/2” con un caudal de 11 l/min. ¿cuál será la pérdida de carga en el recorrido?

Para cobre de 1/2”, de la tabla anterior obtenemos K1, de valor K

1 = 0,53. Así, aplicando la fórmula:

Ht = K1 Q2 Leq = 0,53 x 112 x (10 + 2,9) = 827,3 mm.c.a. = 0,827 m.c.a.

Contando el envejecimiento, Ht = 1,2 x 0,78 = 0,99 m.c.a. = 1 m.c.a.

EJEMPLO: Para cada tramo, contamos las longitudes, número de codos, emisores y derivaciones.

La bomba debe mover un caudal en l/h dado por la Potencia útil de la caldera en kcal/h entre 20 °C, que es el salto térmico delagua en radiadores. Con las curvas de funcionamiento de la bomba y la pérdida de carga que debe vencer, tendremos que com-probar que el caudal enviado por la bomba, según gráficas, sea superior al calculado anteriormente.


EJEMPLO: Para nuestro caso, la potencia de la caldera en calefacción es de 10755 kcal/h, la diferencia de temperaturas entre la ida y el retornoes de 20 °C. Así, el caudal que debe mover la bomba debe ser igual o superior a:

Caudal = Pot. útil (kcal/h) / salto térmico (°C), así, caudal = 10.755 / 20 = 540 l/h

La pérdida de carga máxima que debe vencer la bomba (H) en m.c.a. vendrá dado por la pérdida de carga del tramo más desfavo-rable (el más alejado). En nuestro ejemplo el tramo:

Cald-1, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8, 8-9, 9-10 y 10-cald.

Sumando,

H = 0,0199 + 0,0154 + 0,0386 + 0,02729 + 0,0136 + 0,0178 + 0,01369 + 0,02729 + 0,0386 + 0,0154 + 0,0215 = 0,249 m.c.a.

En la curva de la bomba, localizamos el punto de funcionamiento.

3. Curvas de la bomba

Una manera de comprobar si la bomba de la caldera mueve suficiente caudal de agua de primario a la instalación es comprobar sudiagrama o curva de funcionamiento, que compara la pérdida de carga en la instalación en m.c.a. y el caudal, en l/h. Estos diagra-mas incluyen ya la pérdida de carga en el interior de la caldera.

La familia de calderas Euroline montan una bomba que funciona siempre en calefacción, independientemente del quemador y cuandoexista demanda de a.c.s. El Termostato Ambiente y/o el Programador corta el quemador, mientras que la bomba mantiene su movi-miento durante 3 min.

Las familias de calderas Eurosmart montan la bomba circuladora de tres velocidades y potencias de 45, 70 y 95 W. La bombafunciona siempre en calefacción, independientemente del quemador y nunca en servicio de a.c.s. El Termostato Ambiente y/o elProgramador corta el quemador y la bomba mantiene su movimiento durante 3 min más después del corte.

La familias de calderas a gas Euromaxx montan una bomba de potencias 45, 75 y 95 W cada velocidad. Con objeto de refrigerar elcuerpo de calor después de un apagado del quemador, la caldera puede dejar a la bomba girando una vez que para el quemador,llamándose a este funcionamiento “over-run” o post-recirculación. Para ello se define la siguiente programación:

Después de un corte del quemador en calefacción el over-run de la bomba será de 3 min, al igual que para la válvula de tres vías entodos los casos en los que corta la bomba con el quemador (según los modos de servicio I y II con termostato ambiente). Si existedemanda de a.c.s. en este período, daría paso inmediatamente al servicio de a.c.s.

Después de un corte del quemador en a.c.s. la bomba no tiene over-run; para inmediatamente la bomba con el quemador. Des-pués de un corte en a.c.s. la caldera se mantiene en servicio de a.c.s., con el quemador apagado durante 1 minuto, hasta volver adar servicio de calefacción.

EJEMPLO: En las gráficas de las bombas circuladoras integradas en las calderas, para un H = 0,249 m.c.a. y una caldera ZW 23…,el caudal que puede mover está en torno a 800 l/h, superior a los 540 del cálculo, la bomba transmitirá sin ningún pro-blema el calor de la caldera a los radiadores.

Fig. 32b

6

5

4

3

2

1

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600


ZW 23-1…(3)

ZW 23-1…(2)

ZW 23-1…(1)Pérdida de carga de la instalación

PÉ

RD

IDA

DE

CA

RG

A (H

) en

m.c

.a.

6

5

4

3

2

1

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600


ZW 20…

ZWR…/ZWE…(2)

ZW…(1)Pérdida de carga de la instalación

PÉ

RD

IDA

DE

CA

RG

A (H

) en

m.c

.a.

Fig. 32c

6564


3.1. La bomba de circulación de las calderas Junkers

Para todas las calderas murales a gas, la bomba circuladora está colocada en la zona fría del primario, a la entrada del bloquede calor, en la parte de retorno desde radiadores (servicio de calefacción) o de retorno del intercambiador de calor externo (ser-vico de a.c.s.).

El funcionamiento de la bomba de circulación para todos los modelos de calderas Junkers es el mismo, pero cambia su formafísica, su potencia y el cable de conexión eléctrica entre la bomba y el control electrónico. Asimismo los criterios de funciona-miento varían de unos modelos a otros. La bomba realiza la función de mover el agua de primario, circulación del agua en elcircuito de calefacción dirigiendo el agua caliente del foco térmico (caldera) en dirección a radiadores o al intercambiador decalor externo para el servicio de a.c.s.

Tienen tres velocidades en los modelos Euroline, Eurosmart y Euromaxx para adaptarse a las pérdidas de carga de cada circuitode calefacción en el que se instalan y eliminar posibles ruidos en las tuberías. Estas velocidades se seleccionan por un mando gira-torio en la parte del conexionado eléctrico de la bomba.

En el caso de las calderas Eurostar, Eurostar Hit y Eurosmart, la bomba de circulación no actúa cuando no tenemos conectadala calefacción. Esto hace que en los largos períodos de verano, el eje cerámico de la bomba se llegue a bloquear por partículasque contiene el agua, impidiendo que la bomba pueda trabajar. No obstante, esta posibilidad no se dará nunca en estos mode-los ya que se incorpora en la placa electrónica, ya sea Eurotronic o Heatronic, un sistema antibloqueo de bomba consistente enque a las 24 horas desde la última demanda de calefacción, la bomba queda girando unos minutos para evitar que se bloqueeel eje cerámico.

Habrá que evitar la circulación de la bomba sin agua en el circuito de primario, y en caso de bloqueo del eje, tener precaución a lahora de forzar dicho eje por ser de material cerámico.

3.2. Los modos de funcionamiento de la bomba

La bomba de circulación tiene varias posiciones de trabajo regulables por un conmutador de 3 posiciones ubicado en el circuitoelectrónico de la caldera, sólo en el modelo Cerastar. En modelos con electrónica Heatronic, se incorpora en el software de la placaelectrónica una posición de memoria configurable en la que podemos fijar el modo de funcionamiento de la bomba. Con estosmodos de funcionamiento de la bomba, podemos adaptarnos a cada tipo de instalación, decidiendo si queremos que la bomba cir-cule permanentemente agua de primario a radiadores o no, haya cortado el quemador bien por termostato ambiente, bien por ter-mostato de caldera.

• Conmutador en posición I (ó 1 en Heatronic, posición “2.2”). Cuando el NTC de primario o el termostato de caldera corta, seapaga el quemador y la bomba deja de funcionar al cabo del tiempo de post-funcionamiento de ésta.

• Conmutador en posición II (ó 2 en Heatronic, posición“2.2”, equivalente también al conmutador de bomba “cerrado” en mode-los Eurostar de piloto). En esta posición, si no tiene termostato ambiente, la bomba funciona siempre ante un corte del NTC deprimario de la caldera. Si tenemos un termostato ambiente y llega a la temperatura de corte, es éste el que se encarga de cortarel funcionamiento del quemador y de dicha bomba.

60

50

40

30

20

10

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600


ZWA 24…


PÉ

RD

IDA

DE

CA

RG

A (H

) en

m.c

.a.

6

5

4

3

2

1

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600


ZWC…(3)

ZWC…(2)

ZWC…(1)


PÉ

RD

IDA

DE

CA

RG

A (H

) en

m.c

.a.


• Conmutador en la posición III (ó 3 en Heatronic, posición “2.2”, equivale también a conmutador de bomba “abierto” en mode-los Eurostar de piloto). La bomba funciona constantemente, independientemente del corte del termostato ambiente o del NTCde primario de la caldera.

Tendremos en resumen, para cada posición del conmutador, dos estados de funcionamiento, X y O, así:

X: El corte actúa sobre el quemador y sobre la bomba.

O: El corte actúa sobre el quemador pero no sobre la bomba, que sigue circulando.

Posiciones I ó 1 II ó 2 III ó 3

Corte por termostato ambiente X X O

Corte del NTC de primario X O O

Calor para la vida

El vaso de expansión

Emisores 45 cm 60 cm 75 cm(l/elemento)

Hierro fundido2 columnas 0,31 0,48 0,64

3 columnas 0,5 0,63 0,74

AluminioLiso 0,36 0,46 0,54

Aberturas 0,29 0,36 0,43

Acero2 columnas 0,75 0,88 1,02

3 columnas 1,04 1,26 1,47

Panel de acero Por metro de ancho 7,6 8,8 11,2

Diámetro Diámetro Contenido(pulgadas) (mm) (l/metro lineal)

3/8” 10/12 0,128

1/2” 14/16 0,213

3/4” 20/22 0,380

1” 26/28 0,602

1 1/4” 33/35 1,040

6968


Al ser el agua el fluido portador de energía térmica en las instalaciones de calefacción y dadas las diferencias de temperatura a quese ve sometida, hay que tener en cuenta la dilatación de la misma y su incompresibilidad. Debemos prever dispositivos de seguri-dad contra presiones excesivas que absorban las diferencias de volumen producidas por las dilataciones del agua.

El vaso de expansión es el elemento que absorbe las dilataciones del agua contenida en el circuito cerrado de calefacción.

Los depósitos de expansión pueden ser abiertos o cerrados. Los vasos de expansión abiertos son depósitos instalados en el puntomás alto del circuito. Van equipados con un tubo de rebose abierto a la atmósfera, están conexionados con la instalación en la salade calderas y directamente a ellas y sin válvulas de cierre, ya que sirve como válvula de seguridad de la instalación a través de latubería de unión depósito-caldera.

Los vasos de expansión cerrados están basados en la compresión de una cámara de gas contenida en el interior del mismo sepa-rada del agua de la instalación por una membrana flexible de caucho butílico, no existiendo contacto entre el aire y el agua.

La colocación de vasos de expansión cerrados obliga necesariamente al emplazamiento de válvulas de seguridad para limitar la pre-sión máxima total del circuito. Normalmente se monta en el interior de la caldera y se limita a 3 bar. El Reglamento de Instalacio-nes Térmicas en Edificios, RITE, en la instrucción técnica ITE 02.15 obliga a su instalación con descarga visible desde el exteriordel aparato y conducida a desagüe.

Debemos conocer el volumen de agua contenido en tuberías y la temperatura media del agua de primario en el circuito de cale-facción. Verificaremos en primer lugar que el vaso de expansión está bien dimensionado.

Para un determinado tipo de caldera se tendrán como datos de partida el contenido en litros de los radiadores, más el contenidoen la caldera (1,2 l aprox.) más el contenido en las tuberías, que según el diámetro será de:

Para los emisores de calor, el contenido de agua en l/elemento lo tenemos recogido en la siguiente tabla orientativa:

Con el volumen total contenido en la instalación y el coeficiente de dilatación del agua podremos estimar el volumen mínimo delvaso de expansión cerrado.


Temperatura (°C) ξ(%)

10 0,04

20 0,18

30 0,14

40 0,79

50 1,21

60 1,71

70 2,28

80 2,9

90 3,24

100 4,35


En instalaciones convencionales de radiadores podemos estimar el contenido en agua en tuberías en un orden de magnitud de unos15 litros de agua por 1000 kcal/h de potencia instalada.

El incremento de volumen del líquido calefactor o agua del circuito cerrado de primario será:

∆V = ξ x Vi

Donde Vies el volumen que ocupa el agua a temperatura baja en toda la instalación, normalmente la temperatura de llenado del

circuito de calefacción.

Si consideramos que el incremento de presión del sistema es proporcional al incremento de temperatura, tendremos:

=

Siendo Pfla presión del circuito a la temperatura máxima (presión de tarado de la válvula de seguridad), P

ipresión del circuito a

la temperatura inicial de llenado y Vfel volumen final del gas en el vaso.

De donde se deduce que el volumen final será:

Vf= x ∆V = x ξ x V

i

Para instalaciones dimensionadas con temperaturas de ida de 90º y retorno de 70 °C, el volumen mínimo del vaso de expansión(Vexp) viene dado por:

Vexp = Volumen total / 36

Para temperaturas de ida de 75º y retorno de 60 °C: Vexp = Volumen total / 41

Para temperaturas de ida de 50º y retorno de 40 °C: Vexp = Volumen total / 110

Pf

Pf– P

i

Pf

Pf– P

i

Pf

Pi

Vf

Vf– ∆V

7170


EJEMPLO: Para nuestra instalación, por cada tramo calculamos el contenido total en tubería, emisores de calor y caldera.

El volumen total contenido en el sistema de caldera, tuberías y radiadores:

Volumen = 1,2 + 10,05 + 30,72 = 41,97 litros

El volumen mínimo del vaso de expansión (Vexp), será:

Vexp = 41,97 / 36 = 1,16 l,

cualquier vaso de expansión de cualquier caldera a gas Junkers es más que suficiente.

1. El vaso de expansión de las calderas Junkers

Las calderas Junkers están provistas de vasos de expansión cerrados que disponen de una carga de nitrógeno separada del contactocon el agua por una membrana y cargados a presión de 0,5 a 0,7 bar aproximadamente. La capacidad depende del modelo de cal-dera; habitualmente encontraremos en Junkers vasos de expansión de 6, 8 o de 11 litros.

El vaso de expansión lleva una válvula para la carga de nitrógeno, pero también se pueden llenar de aire. El que se elija el nitrógenopara el llenado es por tratarse de un gas inerte; de esta manera evitamos la corrosión de la membrana móvil del vaso de expansión.

Todas las calderas a gas Junkers llevan además un purgador automático en la parte superior del vaso de expansión o por encimade la bomba circuladora para purgar de aire el circuito de calefacción.

Las calderas a gas Junkers pueden trabajar a presiones de llenado de sólo 0 bar, pero para no dejar fuera de servicio al purgadorautomático se debe trabajar por encima de 0,7 bar; en caso contrario corremos el riesgo de que se llene de aire la instalación decalefacción y que pueda verse afectada la bomba.

Caudal DiámetroLongitud Contenido Número de Contenido

Tramo de tubería en litros elementos en litros(l/h) (”)

(m) de tubería emisores emisores

1-10 55,7 3/8” 7 0,896 8 3,68

5-6 128,9 1/2” 1 0,213 18 8,28

4-7 86,4 3/8” 1 0,128 12 5,52

3-8 80,6 3/8” 1 0,128 12 5,52

2-9 96,7 1/2” 1 0,213 14 6,44

1-10 40,3 3/8” 1 0,128 8 1,28

Cald-1 488,8 3/4” 0,5 0,19 – –

1-2 448,5 3/4” 3 1,14 – –

2-3 351,7 3/4” 3 1,14 – –

3-4 271,0 1/2” 4 0,852 – –

4-5 184,6 1/2” 5 1,065 – –

9-10 433,1 3/4” 3 1,14 – –

9-8 304,2 1/2” 3 0,639 – –

8-7 217,8 1/2” 4 0,852 – –

6-7 137,1 1/2” 5 1,065 – –

10-cald 488,8 3/4” 0,7 0,266 – –

TOTAL 43,2 10,05 72 30,72

Fig. 33

Fig. 34


2. Cálculo gráfico de la presión de llenado de la instalación

Partimos siempre del volumen en litros que contiene la instalación de calefacción, sabiendo que las calderas contienen por términomedio 1,2 litros de agua de primario. Con el volumen en litros de la instalación y la temperatura media de trabajo en calefacciónobtendremos de la gráfica la presión de trabajo del vaso de expansión.

Según el contenido en litros de toda la instalación de calefacción VA

(l) y la temperatura media de trabajo en dicho circuito Tv (°C),como se dijo anteriormente, se determina la presión de llenado del circuito primario. Se marca un margen de presiones de llenadode la instalación, de 0,2 a 1,3 bar en el gráfico. Lo habitual es mantener la aguja del manómetro entre los valores 1 a 2 bar.

EJEMPLO: En nuestro caso, con un contenido de agua en la instalación de 44,78 litros y una temperatura media en el circuito decalefacción de (90+70)/2 = 80 °C, la presión de llenado del circuito de primario o de calefacción será, según la gráfica,de 10 m.c.a. o 1.0 bar, señalados en el manómetro de la caldera.

La presión de llenado delVaso de Expansión en barse puede determinar por:

PVExp = 1 + 0,1 · H

H, diferencia de cotasentre la caldera y elradiador más alto.

90

80

70

60

50

40

3050 100 150 200 250 300 350 400 450

VOLUMEN TOTAL EN LA INSTALACIÓN (litros)

1,3 1,2 1,0 0,75 0,5 0,2

Presiones de trabajo delvaso de expansión en (bar)

TEM

PE

RAT

UR

A M

ED

IA C

ALE

FAC

CIÓ

N

EL VASO DE EXPANSIÓN

CÁLCULO GRÁFICO DEL VASO DE EXPANSIÓN

Agua N2

Calor para la vida

Consumos

ZONA A

ZONA B

ZONA C

ZONA D

ZONA E

ZONA GRADOS-DÍA (Z)

TEMPERATURA CLIMÁTICA DEL AGUA (°C)

Zona A 300 15

Zona B 650 14

Zona C 1.100 13

Zona D 1.600 13

Zona E 2.030 12

P.C.S. P.C.I.

Gas Natural 10.500 kcal/m3 9.500 kcal/m3

Butano comercial 10.804 kcal/kg 9.981 kcal/kg

Propano comercial 10.501 kcal/kg 9.737 kcal/kg

7574

Consumos

El consumo máximo de gas (C en m3/h ó kg/h) trabajando en calefacción vendrá dado por el cociente de la potencia máximaen calefacción (kcal/h) dividida por el Poder Calorífico Superior del gas (kcal/m3 ó kcal/kg) y el rendimiento, del 80% refe-rido al P.C.S.

C = Pu / (0,8 PCS)

Este consumo tiene utilidad para el cálculo y dimensionamiento de la red de alimentación de gas a la vivienda o edificio dondeestén instaladas las calderas o calentadores de agua a gas.

Otro consumo que se puede obtener y por otra parte muy solicitado por el usuario es el consumo medio anual en servicio de cale-facción (Co). Conociendo el valor del grado-día medio de la localización (Z), la potencia útil en kcal/h y el Poder Calorífico Infe-rior del gas que se quema (P.C.I.), tendremos este consumo:

Co = 1,125 Pu Z / PCI

Los grados-días medios denominados Z están recogidos, según las zonas climáticas, en la siguiente tabla, al igual que la tempera-tura media del agua de red:

Consumos

ZONAS CLIMÁTICAS

ZONA A

ZONA B

ZONA C

ZONA D

ZONA E

Fig. 35

Consumos

En la UNE 100 002 88 podemos encontrar los grados día por mes de varias localidades españolas, pudiendo calcular los consumosmensuales de la misma forma que anteriormente se apuntó.

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Confort Coeficiente (K1)

Alto 1,1

Medio 1,0

Bajo 0,9

Sistema Coeficiente (K2)

Acumulación externa 1,2

Acumulación interna 1,1

Instantánea 1,0

Consumos

Por último nos queda conocer el consumo medio anual en servicio de agua caliente sanitaria (Ca). Para ello hay que conocer elnúmero de personas que comparten la vivienda, N; el grado de confort que quiere obtener el usuario, K

1; tener en cuenta el sis-

tema de obtención de a.c.s. según el factor K2

y conocer, según la zona climática, la temperatura media del agua procedente de lared de suministro.

Con este dato tendremos las termias anuales que necesita la vivienda para el suministro de a.c.s. (Ea) y con este dato obtendremosel consumo:

Ea = 14,4 K1

K2

N (45 – Ta)

El consumo o la cantidad de gas (Ca) que necesita quemar la caldera, expresado en m3/año o kg/año, para el suministro de a.c.s.viene dado por:

Ca = 1.000 Ea/PCI m3 o kg/año

EJEMPLO: Para gas natural en la zona D con t = 1.600 grados día, para nuestra caldera de producción instantánea de a.c.s., taradaen calefacción a una potencia de 10.755 kcal/h , con un nivel medio en servicio de a.c.s. y en una vivienda habitadapor 4 usuarios, los consumos serán:

Consumo máximo en servicio de calefacción:

C = Pu / (0,8 PCS) = 10.755 / (0,8 x 10.500) = 1,28 m3/h

Consumo promedio anual en calefacción:

Co = 1,125 Pu Z / PCI = 1,125 x 10.755 x 1.600 / 9.500 = 2.037 m3/año

Consumo medio anual en servicio de a.c.s.:

Ea = 14,4 x 1,1 x 1 x 4 (45 – 13) = 2.027,52 te/año

Ca = 1.000 Ea / 9.500 = 213,42 m3/año

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5

E

max

Regulación y control de las instalaciones de calefacción

8180


Ahorrar energía sin disminuir el nivel de confort exigido de una instalación de calefacción es ciertamente el desafío planteado paraevitar el derroche del combustible que forzosamente ha de consumirse. Incorporar equipos capaces de controlar y regular de formaautomática la temperatura del agua de la instalación, según las condiciones variables del clima, permite obtener importantes aho-rros, cualquiera que sea la energía que se utilice.

Se pretende dar a conocer la aplicación, el funcionamiento, selección y montaje de un equipo de regulación. De manera muy resu-mida se pasa revista a los termostatos de caldera y de ambiente, que son sistemas de mando que conmutan el encendido del que-mador; a las válvulas termostáticas de radiador, que actúan como elementos reguladores del funcionamiento de la instalación y,finalmente, se analiza con detalle el proceso en sí de la regulación, ya sea en función de la temperatura interior o de la exterior delos recintos que se desean calefactar.

1. Llaves termostáticas

Son reguladores de ambiente autónomos que se instalan muy fácilmente y que casi no precisan mantenimiento. Actúan directa-mente y de forma progresiva sobre el caudal de agua que circula por un emisor. Incorporan todos los órganos de un regulador deambiente.

Su funcionalidad puede descomponerse en cuatro elementos:

1. Detector de temperatura: detecta la temperatura ambiente mediante un bulbo de dilatación de fluido.

2. Elemento de consigna: consiste en un volante marcado por referencias de temperaturas y cuya rotación provoca la com-presión de un muelle o la posición de un detector.

3. Comparador: un muelle provoca un equilibrio de fuerzas a partir de la información del detector, determinando deesta manera el desplazamiento de un elemento empujador que fija el posicionamiento del vástago de la válvula.

4. El cuerpo de llave: puede ser de dos, tres o cuatro vías según la clase de instalación. El desplazamiento de su vástago,accionado por el empujador, modifica la posición de la válvula y, por tanto, el caudal de agua del circuito.


Fig. 36

TK1 TK2

LLAVES TERMOSTÁTICAS


Junkers comercializa dos tipos de válvulas termostáticas de radiador, el modelo sin sonda TK1 y el modelo con sonda TK2.

Existe un riesgo en la regulación por medio de las válvulas termostáticas en el radiador y es que puede darse el caso de que todaslleguen a estar cerradas, dejando a la bomba trabajando sin circuito. Con el fin de evitar este problema ha de dejarse un puente oby-pass, para dar la posibilidad de circulación de la bomba. Además a medida que una válvula va cerrándose, va estrangulando lasección y por tanto aumenta la velocidad del agua que pasa, con lo que no es extraña la aparición de ruidos por exceso de veloci-dad de la misma.

El Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios, RITE, en su instrucción técnica ITE 09 obliga a montar este tipo de llavestermostáticas en todos los radiadores de la vivienda excepto los instalados en aseos, cuartos de baño, cocinas, vestíbulos, pasillos yen el local donde estará localizado el termostato ambiente.

2. Relojes programadores

Tienen la función de limitar en el tiempo el funcionamiento de calefacción de la caldera. Esto permite que la caldera trabaje ono según unos tiempos programados de antemano. Están preparados para montarse encastrados en el panel de mandos de lacaldera. Los modelos EU 9T y su versión digital EU 9D trabajan con tensiones de 220 V c.a., mientras que los modelos DT1, conun canal de programación para la calefacción y el modelo DT2, con dos canales de programación, uno para calefacción y otropara a.c.s., trabajan a 24 V c.c. El reloj programador EU 8T sólo conmuta el canal de a.c.s.

3. Termostatos ambiente

Tienen por función la regulación de la temperatura del local en el cual se instalan mediante una acción «todo o nada» sobre el que-mador, en el caso de termostatos ambiente no modulantes o una orden de regulación de la llama del quemador, en el caso de lostermostatos ambiente modulantes.

La detección de temperatura se lleva a cabo mediante un elemento sensible que usa uno de los siguientes efectos:

• Dilatación de un sólido, líquido o vapor, en los termostatos electromecánicos.

• Variación de una resistencia, en los electrónicos o modulantes.

El RITE, en la ITE 09 sobre instalaciones individuales, indica que debe controlarse la temperatura del local o estancia de mayorcarga térmica de la vivienda por medio de termostatos ambiente conectados al generador de calor o caldera.

Fig. 37

EU 8T EU 9D DT 1/2

PROGRAMADORES

8382


La elección del emplazamiento de los termostatos de ambiente es de gran importancia. Conviene situarlos en el lugar idóneodel local, es decir, desde el que mejor se pueda informar de la temperatura ambiente que hay que regular. A tal efecto, se evi-tará emplazarlos próximos a una fuente de calor, tal como una pared exterior o una pared interior que reciba directamente laluz del sol. Se han de situar, además, en un lugar accesible que permita al usuario efectuar el reglaje o la programación de latemperatura con comodidad.

En definitiva, hay que elegir preferentemente locales ocupados o puntos de paso a la altura de los ojos y al alcance de la mano. Lostermostatos de ambiente están conectados a la caldera mediante cable eléctrico, aunque los hay inalámbricos vía radio.

Existen aparatos que funcionan sólo como termostatos ambiente y son compatibles con la instalación de un reloj programador inte-grado. Estos termostatos ambiente funcionan con 220 V c.a., en concreto el modelo TR 12 y a 24 V c.c., el modelo TR 21 éstos últi-mos son modelos que permiten una modulación de la llama del quemador dependiente de la temperatura de consigna que se fijaen el termostato.

Existen otros aparatos que integran un termostato ambiente que conmuta entre varias temperaturas de consigna y un programa-dor interno: son los cronotermostatos ambiente. Se comercializan varios modelos según la alimentación eléctrica: los TRZ 12-2 a220 V c.a. y los TRQ 21, TR 100 y TR 200 alimentados a 24 V c.c. y modulantes.

Para todos los modelos de calderas Junkers podemos recurrir al cronotermostato ambiente con programación semanal TR 15 RFsin cable de conexión a la caldera, vía radio. Este aparato de control consta de dos elementos, el receptor que toma tensión de 220V.c.a. de la propia caldera y se instala junto a ella en el punto más alto y el emisor, que aloja el sensor de temperatura en el localdonde queremos regular la temperatura ambiente.

Fig. 38

TR 21 TR 12 TRZ 12-2

TR 100 TR 200

TERMOSTATOS AMBIENTE Y CRONOTERMOSTATOS AMBIENTE

TERMOSTATO AMBIENTE

TR 21 DT 1

— —

PROGRAMADOR

Calefacción Calentamiento a.c.s.

CRONOTERMOSTATO

TR 21

—

EU 8T

—

TR 21 DT 2

—

— —

EU 8T*

—

— —

EU 8T*

Fig. 39

TERMOSTATO AMBIENTE

—

DT 1

—

PROGRAMADOR CRONOTERMOSTATO

TR 12 DT 1

—

TR 12

—

—

—

—

TRZ 12-2

Fig. 40


Para calderas murales a gas que montan la electrónica Heatronic, como los modelos Euromaxx, Eurostar Acu Hit y Cerasmart,se pueden montar los siguientes programadores, termostatos y cronotermostatos ambiente:

Para calderas murales a gas modelo Eurosmart:

TR 100 o TR 200

CENTRALITA

TA 211 E DT1

—

TW 2*

PROGRAMADOR

Calefacción Calentamientodepósito

MANDO A DISTANCIA

DT2 TW 2*

—

EU 8T* TFQ 21 W

Fig. 42

* Se incluye el modelo EU 9D, aunque también se puede conectar el EU 9T.** En las nuevas calderas Euroline no disponemos de la ubicación para el programador en el frontal de mandos.

TERMOSTATO AMBIENTE

—

EU 9D

—

PROGRAMADOR CRONOTERMOSTATO

TR 12 EU 9D

—

TR 12

—

—

—

—

TRZ 12-2

Fig. 41

8584


Para calderas murales a gas modelo Euroline:

4. Centralitas con sonda exterior

Estos reguladores actúan de manera progresiva sobre la temperatura del agua de calefacción al igual que los termostatos ambientemodulantes de Junkers. Suelen ser reguladores proporcionales.

Si se instalan conectados a la electrónica de la caldera permiten regular la temperatura de ida a radiadores directa y proporcional-mente a la diferencia entre la temperatura medida y la de consigna.

Estos reguladores se pueden emplear en instalaciones individuales y poseen un reloj programador que permite bajar la tempera-tura de consigna según un programa diario semanal. La instrucción ITE 02.11 del RITE indica que la regulación con centralita desonda exterior es obligatoria en instalaciones de más de 70 kW de potencia y más de una zona calefactada. Adicionalmente se com-binará con llaves termostáticas montadas en todos los radiadores de la vivienda excepto en los cuartos de baño, aseos, cocinas, pasi-llos y vestíbulos.

Las posibilidades de conexión de las centralitas con sonda exterior a las calderas murales a gas con electrónica Heatronic,modelos Euromaxx, Eurostar Acu Hit y Cerasmart, son las siguientes, siempre con reloj programador encastrado en el fron-tal de mandos:

0

-10

-20-30

-40

60

50

40

3020

10

25

20

15

1

2

3 4

5

E

max

Fig. 43


En el gráfico siguiente se muestra cómo se pueden fijar en los mandos de la centralita TA 211 los parámetros de ajuste de la curvade funcionamiento que compara la temperatura exterior con respecto de la temperatura de ida a radiadores en la caldera.

4.1. Programación de las centralitas con sonda exterior TA 211 E

En la centralita hay que ajustar una curva de calentamiento en la que se relaciona la temperatura exterior, captada por la sondaexterior y la temperatura de ida a radiadores, captada por el NTC de primario de la caldera. La caldera con la centralita montadamandará el agua de primario a radiadores según la temperatura exterior, una vez que se haya ajustado la correspondiente curva decalentamiento.

Se instalan únicamente en calderas con NTC que controlan la temperatura de primario o de ida a radiadores con conexión de apa-ratos de control de 24 V c.c. de las series:

• Eurostar ZWE 24/28-2 AE y Cerastar ZR/ZWR…-3 AE: la centralita TA 210 E.

• Eurostar HIT ZE/ZWE…-3 MF…, Acu Hit ZWSE 23/28 … y Euromaxx ZWC…: la centralita TA 211 E.

A continuación describimos el manejo de la centralita TA 211 E, que difiere sólo en cuanto a la disposición de los mandos, no enel funcionamiento, de la centralita TA 210 E. Los elementos de mando de la centralita son accesibles desde el frontal, más el mandode la caldera donde se ajusta la temperatura máxima de ida a radiadores.

1. Conmutador de modo de operación (Fig. 44)

Operación con temperatura reducida: La temperatura de ida a radiadores se reduce permanentemente respecto a la curva decalentamiento en la magnitud correspondiente al valor fijado en el mando de ajuste (fig. 44). El reloj de programación, si estu-viera instalado, queda sin función. El funcionamiento normal ajustado en el reloj de programación se ignora.

Durante la operación con temperatura reducida, la instalación de calefacción trabaja continuamente con una temperaturareducida, independientemente de la temperatura exterior; la bomba estará continuamente en funcionamiento. En la centra-lita TA 211 E, al instalar ésta en la electrónica Heatronic II, pasa automáticamente a la modalidad III de funcionamiento debomba.

TEMPERATURA EXTERIOR °C

TEM

PE

RAT

UR

A D

E ID

A °

C

70

60

50

40

30

20

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

Fig. 44

8786


Operación normal/operación con temperatura reducida: Cambio automático entre la operación normal y con temperatura redu-cida de acuerdo a la programación del reloj (si estuviera instalado).

Funcionamiento normal: La temperatura de entrada no se reduce. El reloj de programación quedaría sin función, si estuviera ins-talado. Se ignora la operación con temperatura reducida ajustada en el reloj de programación.

2. Ajuste de la temperatura base (Fig. 45)

La temperatura base de la curva de calentamiento corresponde a la temperatura de entrada (temperatura del radiador o de pri-mario) en °C con una temperatura exterior de +20 °C. Como temperaturas base pueden ajustarse valores comprendidos entre 10y 60 (°C). Como consejo, seleccionar inicialmente el ajuste de 20 °C.

Al modificar este valor se desplaza la curva de calentamiento hacia arriba o hacia abajo. Si a pesar de tener abiertas al máximo lasválvulas termostáticas la temperatura es demasiado baja, debe seleccionarse un valor más alto.

TA 211 E

Conmutador de modo de operación

TA 120 E1

60

50

40

3020

10

Fig. 45TEMPERATURA EXTERIOR °C

TEM

PE

RAT

UR

A D

E ID

A °

C

70

60

50

40

30

20

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

MODELOS DE CENTRALITAS CON SONDA EXTERIOR DE JUNKERS

TEMPERATURA BASE

0

-10

-20-30

-40

60

50

40

3020

10

Fig. 46


3. Reducción de la temperatura nocturna y seguridad antiheladas (Fig. 46)

De este modo se fijan los grados °C en que se desplaza paralelamente hacia abajo la curva de calentamiento al operar con tempe-ratura reducida. Es posible ajustar valores entre 0 y –40 K (°C), con la posición de seguridad antiheladas a tope a la izquierda (enmodelos TA 211). En la TA 210, la seguridad antiheladas está incluida en el mando.

Esta operación antiheladas consiste en que a una temperatura exterior inferior a +3 °C, la temperatura de primario se mantienea 10 °C como mínimo. Si la temperatura exterior es superior a +4 °C, se desconecta el quemador y la bomba. La caldera conservasiempre la seguridad antiheladas de la electrónica.

Una reducción de la temperatura de ida a radiadores en 5 °C se manifiesta en una reducción de la temperatura ambiente en 1 °C,aproximadamente. En un primer ajuste para una reducción de la temperatura nocturna de –5 °C ambiente, se traduce en unos–25 °C de temperatura ajustable en este mando, aproximadamente, y dependiendo del aislamiento de la vivienda.

4. Pendiente de la curva de calentamiento y limitación de la temperatura máxima. Fig. 47

Estos valores se fijan en el mando de la caldera por el que seleccionamos la temperatura máxima de ida a radiadores. Es el acuas-tato, el potenciómetro giratorio segmentado en 7 partes. En dicho mando fijamos la temperatura máxima de ida a radiadorescuando la temperatura exterior es de –15 °C. Además, dicha temperatura es la temperatura tope máxima de ida a radiadores.

Con este tipo de regulación y para el caso de nuestro país donde la temperatura externa en invierno no llega a este valor, e ins-talaciones donde se han calculado temperaturas de ida a radiadores superiores a 60 °C, la pendiente de la curva de calenta-miento queda muy tumbada, no llegando a generar la caldera suficiente temperatura de ida a radiadores como para calentarla instalación. La recomendación es posicionar inicialmente este mando a tope a la derecha; es decir, para instalaciones con-vencionales de calefacción, llevarla a la posición 7 o en instalaciones de suelo radiante, en la posición E.

Una vez fijado el punto límite de la temperatura máxima de la curva de calentamiento y el punto temperatura base, tenemos defi-nida la pendiente de dicha curva de calentamiento.


TEM

PE

RAT

UR

A D

E ID

A °

C

70

60

50

40

30

20

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

TEMPERATURA REDUCIDA

0

-10

-20-30

-40

60

50

40

3020

10

1

2

3 4

5

E

max

Fig. 47TEMPERATURA EXTERIOR °C

TEM

PE

RAT

UR

A D

E ID

A °

C

70

60

50

40

30

20

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

PENDIENTE DE LA CURVA DE CALENTAMIENTO

0

-10

-20-30

-40

60

50

40

3020

10

25

20

15

1

2

3 4

5

E

max

Fig. 48

8988


5. Limitación de la desconexión automática de la calefacción (Fig. 48)

Por medio de este potenciómetro fijamos la temperatura exterior por encima de la cual ya no queremos servicio de calefacción. Sepuede fijar de 15 a 25 °C. Como recomendación podemos elegir temperaturas próximas a los 20 °C de corte, por ejemplo 18 °C.


TEM

PE

RAT

UR

A D

E ID

A °

C

70

60

50

40

30

20

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

LIMITACIÓN AUTOMÁTICA DEL SERVICIO DE CALEFACCIÓN

09-00-11-01

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