4-1

Capítulo 4. Actuadores

4-2

INSTALACIÓN A DOS TUBOS

- Compuesta por un tubo de suministro y uno de retorno.

- Desventaja: no permite la “zonificación”.

Válvula de dos posiciones

Retorno

Suministro

EnfriadorCaldera

Batería

Válvula de tres vías

4-3

INSTALACIÓN A TRES TUBOS

- Compuesta por dos tubos de suministro (agua caliente y fría) y uno de retorno.

- Resuelve el problema de la “zonificación”.

- Desventaja: retorno único (gasto energético en caldera y enfriador).

Válvula de tres vías y dos posiciones

Retorno

Caldera Enfriador

Agua calienteAgua fría

Batería Batería

4-4

INSTALACIÓN A CUATRO TUBOS

- Compuesta por dos tubos de suministro y dos de retorno.

- Tipos de instalaciones a cuatro tubos: baterías separadas y batería común.

Fuente: ASHRAE

BATERÍAS SEPARADAS

Retorno (agua caliente)

retorno agua fría

Suministro (agua caliente)

Retorno (agua fría) Suministro

(agua fría)

Termostato

Válvula

Regulador

Batería de agua caliente

Batería de agua fría

4-5

© ASHRAE

BATERÍA COMÚN

Retorno agua

caliente

Suministro agua

caliente

Retorno agua fría

Suministro agua fría

Termostato

Válvula mezcladora de 2

posiciones

Regulador

Batería de agua caliente

o fría

Válvula de reparto de 2 posiciones

Fuente: ASHRAE

BATERÍA COMÚN

Retorno agua

caliente

Suministro agua

caliente

Retorno agua fría

Suministro agua fría

Termostato

Válvula mezcladora de 2

posiciones

Regulador

Batería de agua caliente

o fría

Válvula de reparto de 2 posiciones

INSTALACIÓN A CUATRO TUBOS

4-6Caudal

Pres

ión

tota

l

Curva típica de una bomba centrífuga

4-7

Potencia requerida por la bomba

VPLAPLFTrabajo ··· =⋅==

Trabajo

PotenciaVPW &·=

(Fuente: Nelik. Centrifugal and rotary pumps)

4-8

Curvas características

(Fuente: Honeywell)

4-9 4-10

Caída de presión, ΔP

Caudal, V&

Curva típica del sistema

4-11 4-12

Curva del sistema con presión estática

Caída de presión, ΔP

Caudal, V&

Presión estática

4-13

Punto de operación de la bomba

(Fuente: ASHRAE) 4-14

ΔP

V&

Variación de la curva del sistema

Válvula abierta

Válvula semiabierta

AB

4-15

Leyes de semejanza

Parámetro Velocidad de rotación, ω Diámetro, D

Caudal

Presión

Potencia

2

1

2

1

ωω

=VV&

&

2

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ωω

PP

3

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ωω

WW

2

1

2

1

DD

VV

=&

&

2

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

DD

PP

3

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

DD

WW

4-16

4-17

Bombas con velocidad de giro variable

(Fuente: ASHRAE) 4-18

Válvulas de dos vías

De asiento simple De asiento doble o balanceada

(Fuente: ASHRAE)

4-19

Válvulas de tres vías

Mezcladora

Entrada

(NC)

Salida

Entrada (NA)

Repartidora

Entrada

(NA)

Salida

Salida (NC)

(Fuente: ASHRAE) 4-20

wV P

VKρρ

⋅Δ

⋅=1&

Caudal [m3/h]ρ Densidad del fluido [kg/m3]ρw Densidad del agua (1000 kg/m3)ΔP Caída de presión [bar]

Coeficiente KV

Establece los m3/h de agua, a una temperatura entre 5 y 40 ºC, que circularán por la válvula abierta en una determinada posición con una caída de presión de 1 bar.

Para el agua:

PVKV Δ⋅=

1& PKV V Δ=&

V&

Coeficientes de capacidad o de flujo

4-21

PVAV Δ⋅=

ρ&Caudal [m3/s]

ρ Densidad del fluido [kg/m3]ΔP Caída de presión [Pa]

Coeficiente AV

VV K,A ⋅= 00002780

wV P

VCρρ

⋅Δ

⋅=1&

Caudal [gpm]ρ Densidad del fluido [lb/ft3]ρw Densidad del agua (62,4 lb/ft3)ΔP Caída de presión [psi], [lb/in2]

Coeficiente CV (EE UU)

Establece los gpm de agua a una temperatura entre 40 y 100 ºF que circularán por la válvula abierta en una determinada posición con una caída de presión de 1 psi.

VV K1,15607C ⋅=

V&

V&

4-22

4-23

Medida de curvas características

ΔP, bar

V&

ε=1ε<1

1

SV&XV&

4-24

Curvas características o inherentes

Grado de apertura de la válvula, ε [%]

Apertura rápida

Lineal

Igual porcentaje

KV/ KVS [%]

4-25

Apertura rápida Lineal Igual

porcentaje

(Fuente: Fisher. Control valve handbook.)4-26

Proceso lineal + válvula lineal

Válvula lineal

Sistema lineal(Fuente: Honeywell)

4-27

Proceso no lineal + válvula de igual porcentaje

Válvula de igual

porcentaje

Sistema lineal(Fuente: Honeywell)

4-28

4-29

Ejemplo: una sola válvula instalada en el sistema

−Δ+ VP

+Δ− P

(Fuente: Honeywell) 4-30

Ejemplo: una sola válvula instalada en el sistema

ΔP

V&

Curva del sistema (ε=1)

Curva del sistema

(sin válvula)

Curva del sistema (ε<1)

)1( =Δ εVP)1( <Δ εVP

4-31

−

Δ

+

P

−Δ+ VP

−Δ+

BP BV PPP Δ+Δ=Δ

Ejemplo: muchas válvulas instaladas en el sistema (ΔP=cte)

V&

4-32

ΔP

V&

Curva del sistema (ε=1)

Curva de la batería

Curva del sistema (ε<1)

)1( =Δ εVP)1( <Δ εVP

)1( =Δ εBP

)1( <Δ εBP

SV&

Caudal de diseño

4-33

Curva de la válvula instalada (ΔP=cte)

2)/)(1(/

VSV

VSV

S KKaaKK

VV

−+=&

&

Donde a es la autoridad de la válvula:

PPa V

Δ=Δ

=)1(ε

4-34

Curvas de la válvula lineal instalada (ΔP=cte)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

a=1a=0,5a=0,2

ε=VSV KK / 2)1( εε

aaVV

S −+=&

&

SVV&

&

ε,Apertura

4-35

Curvas de la válvula de igual porcentaje instalada (ΔP=cte)

SVV&

&

ε,Apertura

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

a=0,5a=0,2a=1

[ ])1(exp/ ε−−= dKK VSV[ ]

[ ])1(2exp)1()1(exp

εε

−−−+−−

=daa

dVV

S&

&

4-36

4-37 4-38

Regulación de caudal con válvulas de 3 vías

(Fuente: Honeywell)

4-39

Ventilador axial

(Fuente: ASHRAE) 4-40

Ventilador centrífugo

(Fuente: ASHRAE)

4-41

Curvas características

Presión total

Caudal

Rendimiento

Potencia

4-42

Medida de curvas características

(Fuente: ASHRAE)

4-43

Parámetro Velocidad de rotación, ω

Caudal

Presión

Potencia

2

1

2

1

ωω

=VV&

&

2

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ωω

PP

3

2

1

2

1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ωω

WW

Leyes de semejanza (densidad y tamaño constantes)

4-44

Ejemplo de aplicación

(Fuente: ASHRAE)

4-45

Curva del sistema

4-46Fuente: ASHRAE.

Regulación de caudal (I)

4-47Fuente: ASHRAE.

Regulación de caudal (II)

4-48

Regulación de caudal (III)

Diagrama de bloques de un variador de frecuencia.

(Fuente: ASHRAE)

4-49

Fuente: ASHRAE.

Regulación de caudal (IV)

4-50

Compuertas de una sola lama

Fuente: Wang. Handbook of refrigeration and air conditioning.

4-51

Compuertas con múltiples lamas

Fuente: Honeywell.

Lamas en paralelo Lamas en oposición

4-52

Curvas inherentes

Fuente: Honeywell.

4-53

Curvas de las compuertas instaladas

Apertura (%)

Lamas en paralelo

Cau

dal (

%)

Apertura (%)

Lamas en oposición

Cau

dal (

%)

4-54Fuente: Honeywell.

Selección de compuertas (I)

4-55Fuente: Honeywell.

Selección de compuertas (II)

4-56Fuente: Honeywell.

Selección de compuertas (III)

4-57Fuente: Honeywell.

Selección de compuertas (IV)

4-58Fuente: Honeywell.

Selección de compuertas: resumen