CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO T CNICO EN · PDF filet rmicas en edificios residenciales ......

FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO

DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 7:Instalaciones de producción de calor

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

Tomo 1

MÓDULO 7INSTALACIONES DE

PRODUCCIÓN DE CALOR

Tomo 1

AUTORES:César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

CICLO FORMATIVOMONTAJE Y MANTENIMIENTODE INSTALACIONES DE FRÍO,CLIMATIZACIÓN YPRODUCCIÓN DE CALORGRADO MEDIO

Edita

Conselleria de Cultura, Educación y Deporte

Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia

Autores Expertos

César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Dirección y coordinación del proyecto


Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives

Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives

Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas

Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés

Fotografías e ilustraciones de interior: Autor del módulo

Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet

Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial

de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión

por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos,

sin la autorización previa y por escrito del editor.

ISBN: 978-84-96438-44-6

978-84-96438-49-1

CONTENIDO DEL MÓDULO SIETE

TOMO 1

U.D. 1 Equipos .............................................................................. 5

U.D. 2 Instalaciones de almacenamiento de combustibles

líquidos............................................................................... 87

U.D. 3 Instalación de calefacción por radiadores y producción

de agua caliente sanitaria .................................................. 115

U.D. 4 Instalación de calefacción por suelo radiante ................. 175

U.D. 5 Instalación de un sistema de captación solar térmica

para suministro de agua caliente sanitaria ....................... 213

TOMO 2

U.D. 6 Estudio de diversos esquemas y sistemas de centrales

térmicas en edificios residenciales ................................... 245

U.D. 7 Instalaciones de vapor. Estudio de un esquema tipo y

elementos que lo componen ............................................ 279

U.D. 8 Instalaciones de aceite térmico. Estudio de un esquema

tipo y elementos que lo componen.................................. 327

U.D. 9 Instalación de un horno de secado de pintura................ 393

U.D. 10 Instalaciones de regulación y control............................... 421

Glosario del Módulo ......................................................................... 455

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DEPRODUCCIÓN DE CALOR

U.D. 1 EQUIPOS

M 7 / UD 1

MÓDULO SIETE INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN DE CALOR

U.D. 1 EQUIPOS

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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 9

Objetivos ........................................................................................ 11

1. Combustión y combustibles.................................................... 13

1.1. La combustión. Tipos de combustión ............................ 13

1.2. Productos de la combustión. El triángulo de la

combustión (diagrama de ostwald). Pérdidas de calor . 14

1.3. Combustibles .................................................................... 17

2. Calderas ................................................................................... 23

2.1. Generalidades................................................................... 23

2.2. Clasificación...................................................................... 25

3. Quemadores ............................................................................ 31

3.1. Generalidades................................................................... 31

3.2. Quemadores para combustibles sólidos ......................... 31

3.3. Quemadores para combustibles líquidos ....................... 32

3.4. Quemadores para combustibles gaseosos....................... 38

4. Paneles solares térmicos.......................................................... 40

4.1. Generalidades................................................................... 40

4.2. Instalaciones de aprovechamiento de energía solar...... 40

4.3. Captadores solares ........................................................... 42

4.4. Orientación de los captadores solares ............................ 44

5. Intercambiadores de temperatura ......................................... 46

5.1. Generalidades................................................................... 46

5.2. Intercambiadores tubulares............................................. 46

5.3. Intercambiadores de placas............................................. 48

5.4. Intercambiadores de aletas.............................................. 50

5.5. Interacumuladores........................................................... 51

6. Bombas .................................................................................... 53

6.1. Tipos y aplicaciones ......................................................... 53

6.2. Bombas volumétricas ....................................................... 53

6.3. Bombas centrífugas.......................................................... 56

6.4. Bombas circuladoras ........................................................ 64

8

7. Válvulas de control .................................................................. 66

7.1. Generalidades................................................................... 66

7.2. Tipos de válvulas............................................................... 67

7.3. Válvulas con aplicaciones específicas.............................. 70

8. Vasos de expansión.................................................................. 73

8.1. Aplicaciones y tipos.......................................................... 73

8.2. Cálculo de vasos de expansión cerrados......................... 74

8.3. Instalación de vasos de expansión cerrados ................... 76

9. Chimeneas ............................................................................... 77

9.1. Cálculo de la chimenea ................................................... 78

9.2. Recomendaciones para la instalación de chimeneas..... 79

Resumen ........................................................................................ 81

Cuestionario de autoevaluación................................................... 83

Bibliografía .................................................................................... 85


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INTRODUCCIÓN

Las instalaciones de producción de calor se componen de una granvariedad de elementos, específicos o que pueden formar parte de otrotipo de instalaciones. En esta unidad didáctica se hace una descripciónde estos componentes, así como se funcionamiento.

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OBJETIVOS

Familiarizar al alumno con los diferentes equipos que configuran lasinstalaciones de producción de calor.


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1. COMBUSTIÓN Y COMBUSTIBLES

1.1. La combustión. Tipos de combustión

La combustión es una reacción química entre dos sustancias, combustibley comburente, en la que se libera energía, en forma de calor principal-mente.

Los componentes del combustible susceptibles de ser quemados (carbono,hidrógeno y azufre) se oxidan al combinarse con el oxígeno que aportael comburente. Generalmente se utiliza el aire como comburente, queademás de oxigeno (21%), aporta a la reacción otros elementos, comoel nitrógeno (78%), vapor de agua, dióxido de carbono y gases noblesen pequeñas proporciones (1% restante).

El proceso de combustión se inicia con la aplicación de una fuente decalor a una mezcla lo suficientemente rica de combustible y comburente,produciéndose una reacción rápida de oxidación del combustible, quese manifiesta en forma de llama.

Dependiendo de las proporciones en que intervienen el combustible yel comburente en la reacción de combustión, podemos definir tres tiposde combustiones:

• Combustión incompleta: es la que se produce con defecto de oxígeno,al aportarse a la reacción de combustión una cantidad de aire menora la necesaria para quemar completamente el combustible disponible.

Este tipo de combustión favorece la formación de monóxido decarbono (CO), en lugar del dióxido de carbono (CO2) que se produceen las combustiones completas.

Además de producir un gas altamente tóxico, resulta antieconómicaal quedar restos de combustible sin quemar que se eliminan con loshumos.


U.D. 1 EQUIPOS

Tabla con las reacciones básicas de oxidación de los componentes del combustible

ELEMENTO REACCIÓN DE COMBUSTIÓN ENERGÍA LIBERADA

CARBONO (C) C + O2 CO2 33.950 kJ/kg

HIDRÓGENO (H2) H2 + O2 2HO2 144.200 kJ/kg

AZUFRE (S) S + O2 SO2 9.080 kJ/kg

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• Combustión completa: la reacción de combustión completa es la quese produce con un exceso de oxígeno, lo que garantiza la combustióntotal del combustible.

De esta forma se aprovecha al máximo el combustible disponible,pero se generan pérdidas de calor, al eliminarse mayor cantidad degases junto con los humos.

• Combustión neutra (o estequiométrica): en este tipo de combustiónse aporta a la reacción la cantidad de aire estrictamente necesariapara quemar completamente todo el combustible disponible.

En la práctica, se trata de conseguir combustiones completas, que seaproximen a ala combustión neutra. Hay que tener en cuenta que parafavorecer la reacción de combustión, debe mezclarse lo mejor posibleel combustible con el comburente, y esto resulta más fácil cuanto mayores la cantidad de aire que se aporta a la combustión.

Para determinar el exceso de aire que se aporta a la combustión se utilizael coeficiente de exceso de aire, que se define como la relación entre lacantidad de aire introducida y la estrictamente necesaria para llevar acabo la combustión.

Dependiendo del tipo de combustible, se recomienda un valor para elcoeficiente de exceso de aire:

1.2. Productos de la combustión. El triángulo de lacombustión (diagrama de Ostwald). Pérdidas de calor

Como resultado de la combustión se genera, además de energía, unaserie de residuos o productos contaminantes, que se eliminan en formade humo y cenizas, y que pueden ser:

• Restos de combustibles no quemados (Hidrocarburos, H2O2,…) oparcialmente quemados (CO y partículas de carbono sólidas noquemadas) resultado de combustiones incompletas.


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TIPO DE COMBUSTIBLE COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

SÓLIDO de 1,5 a 2,0

LÍQUIDO de 1,1 a 2,0

GASEOSO de 1,0 a 1,1

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• Impurezas presentes en el combustible, quemadas o no (SO2,cenizas,…).

• Componentes del aire, quemados o no (NO, NO2, O2, N2…).

• Componentes del combustible quemados (CO2 y H2O).

Cada uno de estos productos tiene unas propiedades distintas, quelo hacen más o menos perjudiciales para el entorno (contaminaciónatmosférica) o para la propia instalación de producción de calor:

• Dióxido de Carbono (CO2): gas responsable del efecto invernadero.

• Monóxido de Carbono (CO): gas muy tóxico procedente decombustiones incompletas.

• Dióxido de azufre (SO2): resultado de la oxidación del azufre presentecomo impureza en el combustible, que en contacto con el aguaprocedente de las condensaciones o con la humedad ambiental puedeformar ácido sulfúrico, que puede dañar gravemente los componentesde la instalación. Es el responsable de la lluvia ácida.

Si se analiza la composición porcentual de los humos resultantes de lacombustión, es posible representar gráficamente el resultado obtenidoy dibujar así el denominado triángulo de la combustión, que resultarádistinto para cada combustible.

En está gráfica podemos definir los siguientes elementos:

• Recta de combustión perfecta: representa la línea en la que todo elcarbono se quema y se transforma en CO2.

• Rectas de igual contenido de CO: son líneas paralelas a la recta decombustión completa que permiten determinar la cantidad de COque se produce cuando la combustión es incompleta.

• Rectas de igual exceso de aire: nos indican el coeficiente de excesode aire de la combustión, siendo la más importante de todas ellas lalínea de aire, que divide la gráfica en dos zonas, la que correspondea combustiones que se verifican con exceso de aire y las quecorresponde a combustiones con defecto de aire.

A partir de esta gráfica se puede determinar la calidad de la combustiónque se está realizando y nos permitirá tomar las medidas necesarias paramejorarla en caso de que sea necesario.

Para utilizar el triángulo de la combustión es necesario conocer elcombustible que se está quemando y los porcentajes de CO2 y de O2

presentes en el humo resultante de la combustión.


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U.D. 1 EQUIPOS

Diagrama simplificado de Ostwald

Diagrama de Ostwald para el gasóleo C

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De un punto cualquiera del triángulo, podemos obtener los datossiguientes:

• Porcentaje de dióxido de carbono y de oxígeno presente en el humo.

• Coeficiente de exceso de aire.

• Porcentaje de monóxido de carbono presente en el humo.

No toda la energía liberada en la combustión puede ser aprovechada,ya que se producen unas pérdidas derivadas del mismo proceso. Estaspérdidas son las siguientes:

• Calor disipado con los gases que intervienen en la reacción decombustión y que se eliminan a mayor temperatura que la que teníancuando se han introducido, junto con los humos resultantes.

• Pérdidas de calor por la humedad contenida en el aire y en elcombustible utilizado.

• Pérdidas por la presencia de combustible no quemado en los humos.

• Pérdidas por la presencia de partículas de carbono no quemadas quese eliminan en el humo o en forma de cenizas.

Todas estas pérdidas no se pueden eliminar totalmente pero se puedenreducir si se mejora la calidad de la combustión, aportando las cantidadesde aire necesarias, realizando una buena mezcla entre comburente ycombustible y cuidando la calidad de este último.

1.3. Combustibles

Los combustibles son sustancias de origen natural o artificial con un altocontenido en carbono e hidrógeno, a los que acompañan impurezas,entre la que podemos destacar el azufre.

Entre los combustibles naturales podemos encontrar la biomasa, biogasesy los combustibles fósiles (carbón y petróleo) que son los más utilizados.

Los combustibles artificiales son los que se obtienen por procesos dedestilación, piro-génesis de combustibles naturales o como subproductosde algún proceso industrial.

Existen diversos criterios para clasificar los combustibles, entre ellos cabedestacar los siguientes:

• Por su estado físico: sólidos, líquidos y gaseosos. Será determinantepara establecer la forma en que se realiza la combustión.

• Por su peligrosidad de manejo: se utiliza para clasificar loshidrocarburos (derivados del petróleo).


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Clase A: corresponde a gases licuados del petróleo, cuya tensión de vapores inferior a 1 kg/cm2 a la temperatura de 0° C (metano, propano,butano,…).

Clase B: hidrocarburos con punto de inflamación inferior a 55° C y queno están incluidos en la clase A (gasolina, petróleo y disolventes).

Clase C: hidrocarburos con punto de inflamación comprendido entre55° C y 120° C (gasoil, diesel y fuel oil).

Clase D: hidrocarburos con punto de inflamación superior a 120° C(asfaltos y lubricantes).

Esta clasificación establece las normas técnicas y de seguridad que debenaplicarse para su manejo, transporte y almacenamiento. A los hidrocar-buros de clase A se les aplica el Reglamento de Combustibles Gaseosos.Los de clase B y C se someterán al Reglamento de Combustibles Líquidos.

Para todos los combustibles se definen una serie de características queestablecen cuál será su comportamiento durante el proceso de lacombustión:

• Temperatura de inflamación: temperatura mínima hasta la que hayque calentar el combustible, para que se inicie la reacción decombustión.

• Temperatura de ignición: temperatura necesaria para que la llamaoriginada por la combustión sea duradera y persistente, mientrasquede combustible.

• Poder calorífico: calor producido por la combustión completa de launidad de masa del combustible; se expresa en Julios/kilogramo.

• Poder calorífico superior: calor cedido en la combustión completade la unidad de peso del combustible, en oxígeno, enfriando losproductos resultantes de la combustión hasta la temperatura inicialde suministro del oxígeno (15° C).

• Poder calorífico inferior: calor que se obtiene de la combustióncompleta de la unidad de peso del combustible, en oxígeno, enfriandolos productos resultantes de la combustión hasta 100° C y sin condensarel vapor.

• Contenido de humedad: cantidad de agua contenida en el combustible;se expresa en %.

• Cantidad de cenizas producidas: residuo sólido resultante de lacombustión completa de un combustible.

• Poder comburívoro: cantidad de aire mínima que necesita uncombustible para que se verifique la combustión completa del mismo.

• Poder fumígeno: peso de humos producidos en la combustión.


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1.3.1. Combustibles sólidos

Los combustibles sólidos pueden ser naturales, como la madera, labiomasa procedente de residuos agrícolas y el carbón o artificiales,obtenidos como resultado de proceso de piro-generación (aplicación decalor sin contacto con el aire) aplicados a combustibles sólidos naturales.Dentro de este grupo están los aglomerados o briquetas, el coque depetróleo y carbón o el carbón vegetal.

El carbón es el combustible sólido más utilizado, aunque en la actualidadestá siendo desplazado por los combustibles líquidos y gaseosos, queresultan menos contaminantes y que generan menor cantidad de residuosen su combustión. Actualmente, gracias a las técnicas de gasificación ehidrogenación, el carbón se utiliza como materia prima para la obtenciónde combustibles líquidos y gaseosos.

La madera o la biomasa en general, gracias a nuevas técnicas decombustión, resulta muy económica y se obtiene un buen rendimientocon su uso. Por lo general, se utilizan para este fin maderas y leñasprocedentes de subproductos industriales o residuos agrícolas.


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TIPOS DE CARBÓN PORCENTAJE DE CENIZAS TEMP. DE IGNICIÓN PODER CALORÍFICO

ANTRACITA 4 – 6% 32.500 kJ/kg

LIGNITO 5% 16.300 kJ/kg

TURBA 1 – 9% 227° C 13.800 kJ/kg

COQUE 5 – 12 700° C 28.000 kJ/kg

CARBÓN VEGETAL 3% 29.600 kJ/kg

TIPOS DE MADERAS PORCENTAJE DE CENIZAS TEMP. DE IGNICIÓN PODER CALORÍFICO

MADERAS DURAS 0.84 % 300° C 20.300 kJ/kg

MADERAS BLANDAS 1.07% 300° C 20.700 kJ/kg

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1.3.2. Combustibles líquidos

Los combustibles líquidos más utilizados, dejando aparte algunos tiposde alcoholes, son hidrocarburos derivados del petróleo:

• Petróleo crudo.

• Fuel oil para calderas (grado 1 al 6).

• Gasóleos (A, B, y C).

• Destilados ligeros (gasolinas, queroseno,…).

• Residuos líquidos (disolventes, aceites usados de motores,…).

Los más utilizados como combustibles para calderas son el gasóleo C yel fuel, aunque el uso de fuel está limitado por la normativa vigentesegún su calidad (sólo puede utilizarse fuel oil nº 1 y fuel oil nº 2) y lapotencia de la caldera.

Una característica importante de los combustibles líquidos para calderases la viscosidad, ya que será determinante a la hora de transportar elcombustible a través de tuberías y su posterior pulverización y atomizaciónen el quemador para mejorar la combustión.

La viscosidad es una propiedad física que disminuye con la temperatura,por ello, el calentamiento previo del combustible permite el uso comocombustibles de aceites de alta viscosidad. Los combustibles de la ClaseC se clasifican en cuatro grupos, en función de su viscosidad y latemperatura de calentamiento necesaria para su uso:

Tipo 1: no precisan calentamiento para su transporte o atomización(gasóleo C).

Tipo 2: no necesitan ser calentados para su transporte, pero sí para suatomización en el quemador (fuel ligero).

Tipo 3: precisan ser calentados en el tanque de almacenamiento para sutransporte y para su atomización en el quemador (fuel oil nº 1).

Tipo 4: precisan ser calentados en el tanque de almacenamiento para sutransporte y para su atomización en el quemador (fuel oil nº 2).


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COMBUSTIBLE VISCOSIDAD (seg Redwood)) TEMP. DE IGNICIÓN PODER CALORÍFICO

FUEL-OIL nº 1 220 65,5° C 43.500 kJ/kg

FUEL-OIL nº 2 950 65,5° C 43.000 kJ/kg

GASOLEO 35 65,5° C 45.600 kJ/kg

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1.3.3. Combustibles gaseosos

Los combustibles gaseosos se pueden clasificar según su origen encombustibles naturales y combustibles artificiales.

Los gases combustibles naturales son:

• Gases licuados del petróleo (GLP): están constituidos básicamentepor propano y butano. Se almacenan y transportan en forma líquida.

• Gas natural: tiene como origen el petróleo, y está constituido poruna mezcla de hidrocarburos en la que predomina el metano.

• Gas Grisú: se encuentra en las minas de hulla, formando bolsas, yestá constituido básicamente por metano, por lo que puedeconsiderarse como gas natural.

Los gases combustibles manufacturados por gasificación del carbón pordistintos procedimientos (pirolisis) o como subproducto de algún procesoindustrial. Como ejemplo de este tipo de gases podemos nombrar lossiguientes:

Gas de alumbrado.

Gas de coquería.

Gas de generador.

Gas azul.

Gas ciudad.

Gas de acerería.

Gas de alto horno.

Como combustibles gaseosos nuevos, cabría destacar la incipienteutilización del biogás, obtenido a partir de la fermentación anaeróbicade residuos o del hidrógeno obtenido a partir de la hidrólisis.

Dada la diversidad de origen y composición de los diferentes combustiblesgaseosos, la clasificación principal de los mismos, se establece de acuerdocon un parámetro, llamado índice de Wobbe, que se define como el


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COMBUSTIBLE TEMP. DE IGNICIÓN PODER CALORÍFICO

PROPANO 470° C 102.400 kJ/m3

BUTANO 415° C 125.491 kJ/m3

GAS NATURAL 535° C 39.620 kJ/m3

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cociente entre el poder calorífico superior en kcal/Nm3 y la raíz cuadradade la densidad relativa del gas combustible.

Según este criterio, los gases combustibles se clasifican entres familias:

• Primera familia: bajo índice de Wobbe (gas manufacturado y airemetanado).

• Segunda familia: índice de Wobbe intermedio (gas natural y airepropanado).

• Tercera familia: altos índices de Wobbe (butano y propano).


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2. CALDERAS

2.1. Generalidades

La caldera es un mecanismo diseñados para transmitir el calor generadoen un proceso de combustión a un fluido contenido en la caldera, quepuede ser agua u otro fluido térmico.

Las calderas pueden utilizarse para la producción de vapor (para lageneración de energía eléctrica o procesos de calefacción) o para laproducción de agua caliente (para sistemas de calefacción o suministrosde agua caliente sanitaria).

Los elementos básicos de que se compone una caldera, son los siguientes:

Hogar o cámara de combustión: habitáculo en el que se realiza la reacciónde combustión.

Quemador: dispositivo que se encarga de realizar la mezcla del combustiblecon el comburente para facilitar la combustión.

Intercambiador de calor: donde se realiza la transferencia de energíatérmica obtenida con la combustión al fluido térmico.

Salida de humos: conducto que conduce los gases generados en lacombustión hasta la chimenea.

Para poder seleccionar el tipo de caldera que debemos utilizar para unau otra aplicación, debemos conocer una serie de características oparámetros que la definen y que nos permitirán establecer su idoneidad.


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Componentes básicos de una caldera

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U.D. 1 EQUIPOS

Entre las características más importantes de una caldera, podemos destacarlas siguientes:

Potencia térmica:

La potencia térmica de una caldera se define como la energía térmicapor unidad de tiempo que puede proporcionar una caldera. Debemosdiferenciar entre la potencia térmica total de la caldera, que es la máximaque podemos tener en el hogar de la caldera, aportada por el combustibley la potencia térmica útil que es la que es capaz de absorber el fluidotérmico.

La diferencia entre la potencia térmica total y la útil representa laspérdidas de potencia en la caldera por disipación de calor al ambientey a través de los humos.

El rendimiento se la caldera se define como el cociente entre la potenciaútil y la potencia total de la caldera:

Superficie de calefacción:

Es la superficie de contacto a través de la cual se realiza la transferenciade calor al fluido térmico.

Presión:

Es la presión que alcanza el fluido térmico dentro de la caldera. Debemosdiferenciar entre varias presiones, según el reglamento:

Presión de diseño: presión utilizada en la realización de los cálculosnecesarios para diseñar los distintos elementos que componen la caldera.

Presión de servicio: presión máxima a la que se verá sometida la calderadurante su funcionamiento normal, conectada a una instalación deproducción de calor.

Presión de timbre: presión máxima a la que se verá sometida la calderadurante el servicio.

Presión de prueba: presión a que se someten los equipos para comprobarsu estanqueidad y que será 1,5 veces la de timbre.

Temperatura:

Es la temperatura que se que alcanza el fluido térmico dentro de lacaldera. Podemos definir varias temperaturas:

Temperatura de diseño: fijada como base para realizar los cálculosnecesarios para diseñar los distintos elementos que componen la caldera.

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Temperatura de servicio: es la temperatura a la que estará sometida lacaldera cuando esté funcionando conectada a la instalación.

2.2. Clasificación

2.2.1. Según su diseño

• Calderas pirotubulares:

Son calderas en las que tanto el hogar como los conductos de paso ysalidas de humos son unos tubos sumergidos en agua, quedando todoel conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa conveniente-mente calorifugada. El calor liberado en el proceso de combustión estransferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea.

Se utilizan para quemar combustibles líquidos o gaseosos, obteniéndosealtos rendimientos de funcionamiento que alcanzan el 87%.

• Calderas acuotubulares:

En este tipo de calderas el agua o fluido térmico circula por dentro deunos tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersosentre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o aguacaliente se genera dentro de estos tubos.

Con este tipo de calderas se puede trabajar con mayores presiones ypotencias que con las pirotubulares.

2.2.2. Por el combustible utilizado

Dependiendo del tipo de combustible que se queman en ellas, las calderaspueden ser:

• Calderas para combustibles sólidos:

Están preparadas para quemar leña o carbón. Disponen de unas parrillasdonde se efectúa la combustión, regulándose la intensidad de la misma

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U.D. 1 EQUIPOS

actuando sobre la compuerta de regulación del tiro de la chimenea, quepuede estar automatizada, y controlarse con ayuda de un termostato.

Resultan engorrosas de utilizar por la suciedad que generan en formade cenizas y las dificultades que plantea el control de la combustión.

• Calderas para combustibles líquidos:

Utilizan comúnmente como combustibles el fuel oil y el gasóleo. Estetipo de combustibles son más limpios que los combustibles sólidos perorequieren la utilización de quemadores especiales que los pulvericen ovaporicen para conseguir una correcta combustión.

• Calderas para combustibles gaseosos:

La combustión de los gases es más fácil de realizar y controlar, peropresentan el inconveniente de la peligrosidad del transporte,almacenamiento y distribución de los combustibles gaseosos.

2.2.3. Según el material de construcción

• Calderas de hierro fundido:

Están formadas por una serie de elementos de hierro fundido que seacoplan entre sí por medio de unos manguitos de unión. Estos elementosconforman el hogar de la caldera y por su interior circula el fluidotérmico. Todo el conjunto queda alojado dentro de una carcasa de chapa

Caldera acuotubular

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de acero, y aislada térmicamente para mejorar el rendimiento de lacaldera.

Este tipo de calderas se destina generalmente para calefacción doméstica,utilizándose generalmente combustibles sólidos.

Al estar compuestas por varios elementos unidos entre sí, tienen la ventajade poderse ampliar o de poder sustituir elementos deteriorados por otrosnuevos.

• Calderas de chapa de acero:

Se construyen con chapas o tubos de acero al carbono, soldados entresí eléctricamente. Representan la mayoría de las calderas existentes porser de menor peso y más fáciles de instalar que las de fundición, al tiempoque permiten utilizar cualquier tipo de combustible. Con ellas se obtienenmejores rendimientos térmicos que con las de fundición, pero su vidaes más corta.

Caldera de hierro fundido para gasoil

Caldera de chapa de acero para gas o gasoil

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• Calderas de materiales especiales:

Algunos tipos de calderas, con aplicaciones y diseños concretos, se fabricancon materiales tales como el cobre, aluminio o acero inoxidable. Enconcreto nos referimos en este apartado a las calderas murales para laproducción de agua caliente sanitaria o calefacción doméstica.

2.2.4. Por el fluido térmico utilizado

• Calderas de agua:

Utilizan el agua como fluido térmico, calentándola hasta temperaturascercanas a los 90° C, (sin alcanzar en ningún caso la temperatura deebullición del agua), con presiones de trabajo de 2 bar. Se utilizan parasistemas de calefacción residencial.

• Calderas de agua sobrecalentada:

El fluido térmico que utilizan es el agua, como las anteriores, pero eneste caso se calienta hasta temperaturas que pueden alcanzar los 200° C.Como en estos casos se supera la temperatura de ebullición del agua, esnecesario presurizar el sistema para evitar que se forme vapor de aguao que el agua entre en ebullición dentro del sistema trabajando conpresiones de hasta 20 bar. Esto hace que la fugas sen el circuito sean muypeligrosas. Se utilizan para calentamiento de grandes espacios o aguasde procesos industriales.

• Calderas de vapor:

Estas calderas operan con el vapor de agua como fluido térmico, contemperaturas entre 200° C y 400° C, operando a presiones de hasta 14 bar.Se utiliza para la calefacción industrial, de locales comerciales y deviviendas.

• Calderas de fluido térmico:

Son calderas en las que el medio de transporte es un líquido distinto delagua.

2.2.5. Por el tipo de hogar

• Calderas atmosféricas:

Son calderas abiertas, que toman el aire del local en el que están instaladasy con tiro natural por la diferencia de densidad existente entre el aireexterior y los humos calientes que se generan en el hogar. Es necesarioevitar que se produzca una ventilación defectuosa de la caldera ya queesto provocaría la combustión incompleta generándose gases tóxicos almismo tiempo que se provoca una disminución del tiro de la chimenea,dificultando la evacuación de humos al exterior.

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U.D. 1 EQUIPOS

• Calderas con el hogar en depresión:

Este tipo de calderas funcionan por la depresión que se crea al instalarun ventilador que aspira los humos para forzar el tiro de la chimenea,evitando de este modo que los humos puedan entrar al local donde estáinstalada la caldera. La presión en el hogar es inferior a la atmosférica.

• Calderas con el hogar en sobrepresión:

La presión en el hogar es superior a la atmosférica. Los gases sonempujados al interior del hogar por medio de un ventilador o soplante,que los obliga a circular más rápido que en los otros tipos de calderas.

• Calderas estancas:

Son calderas con el tiro forzado y que disponen de un doble conductoque permite evacuar los humos y llevar aire del exterior hasta la cámarade combustión. Este tipo de calderas no necesita tomar aire del localpara realizar la combustión.

2.2.6. Por la temperatura de salida del humo

• Calderas con temperatura de salida del humo estándar:

Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70° C deforma que se evita la condensación del vapor de agua que contienen,evitando así problemas de formación de ácidos y de corrosión de la

Caldera con unidad de condensación de humos

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caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen pérdidas de energíacon la consiguiente bajada del rendimiento de la caldera.

• Calderas de condensación (salidas de humos a baja temperatura):

Son calderas diseñadas para evacuar los humos a temperaturas próximasa la temperatura ambiente, sin que pueda resultar dañada por lascondensaciones. Con este tipo de calderas, además de evitar pérdidas decalor con los humos, se recupera calor latente de condensación del vaporde agua que se ha formado en la combustión, con lo que se obtienenrendimientos elevados.

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3. QUEMADORES

3.1. Generalidades

Los quemadores son mecanismos cuya función es la de preparar la mezcladel combustible con el comburente para realizar la combustión.

Para conseguir una combustión de calidad, en la que se aproveche almáximo los combustibles y se obtengan la menor cantidad de residuos,es primordial realizar una buena mezcla, con las proporciones adecuadas.

Por la facilidad en el manejo, suministro, almacenaje y mezcla, losquemadores para combustibles líquidos y gaseosos son los más utilizados,quedando relegados los quemadores para combustibles sólidos paraalgunas aplicaciones específicas.

En el quemador también se realiza la regulación de la cantidad decombustible a quemar, para adaptar la potencia suministrada por lacaldera a las necesidades de calor del sistema.

Esta regulación puede realizarse de varias formas:

• Regulación todo/nada con quemadores de una llama: cuando estáen marcha se suministra toda la potencia disponible. Sólo se utilizacon quemadores pequeños.

• Quemadores de dos llamas: la regulación se realiza en dos escalones,todo/parte/nada según estén funcionando una o dos boquillas.

• Quemadores de tres llamas: regulados en tres escalones de potencia.Están obsoletos y no se utilizan.

• Quemadores modulantes: para quemadores de gran potencia, quese puede regular de forma continua, desde una potencia mínima defuncionamiento hasta el 100% de la potencia del quemador.

3.2. Quemadores para combustibles sólidos

Los quemadores para combustibles sólidos pueden ser de varios tipos enfunción de las dimensiones y la utilización de la caldera. En todos ellosse intenta dar solución a los inconvenientes derivados de la utilizaciónde combustibles sólidos que son el suministro de aire necesario para lacombustión y la retirada de los residuos sólidos que se producen.

• Quemadores de parrilla: son sistemas de combustión en masa en losque el combustible, generalmente carbón o leña, se vierte sobre unaparrilla desde arriba o procedente de una tolva. El aire necesariopara la combustión llega desde abajo forzado o por tiro natural. Elgrosor que alcanza el lecho de combustible varía en función del tipo

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de combustible y del tipo de caldera. Este tipo de quemador se utilizaen calderas domésticas o de pequeñas dimensiones.

• Quemadores de parrillas móviles: se utiliza para calderas industriales,denominándose también hogar mecánico. Está compuesto por unsistema transportador de cadena, con una superficie plana sobre laque se vierte el combustible sólido. La cadena desplaza el combustibledesde la zona de carga hasta la zona de combustión, con lo que ellecho de combustible está en continuo movimiento dentro del hogar,quemándose y cediendo calor a las superficies de absorción de lacaldera. La combustión se controla regulando la velocidad dedesplazamiento del transportador, la altura del lecho de combustibley la introducción de aire. Al final del recorrido, todo el combustiblese ha consumido y la cadena vierte las cenizas en una tolva de recogida.

• Quemador con alimentación inferior: el combustible llega hasta elhogar impulsado por un pistón o por un tornillo sinfín. Al llegar ala parte más alta del quemador, el combustible se vierte, distribuyéndosesobre una superficie de fundición, con orificios a través de los cualesse introduce el aire necesario para la combustión.

3.3. Quemadores para combustibles líquidos

Estos quemadores utilizan como combustible gasóleo C o fuel pesado.Estos quemadores realizan las siguientes funciones:

• Mantener constante la proporción de la mezcla combustible/com-burente.

• Asegurar que todo el combustible está en contacto íntimo con el aire.

• Proporcionar la cantidad suficiente de aire para realizar la combustión.

Es primordial, para el buen funcionamiento del quemador, pulverizarel combustible para facilitar la mezcla con el aire. Para ello se requiereque el combustible tenga una viscosidad máxima, que solamente se puedeconseguir, para algunos tipos de combustibles, como el fuel, medianteel calentamiento del mismo hasta los 110° C.

La pulverización del combustible se puede llevar a cabo por variosmétodos:

• Por rotación, mediante una caja giratoria que rompe en gotas ellíquido combustible, que le llega a través de un conducto central, yque son posteriormente arrastradas por una corriente de aire.

• Por presión. El combustible a presión sale a través de una toberahasta la cámara de combustión, donde se eriza por expansión.

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• Por inyección. Una corriente de aire (u otro gas) a alta velocidadarrastra al combustible atomizado en un inyector.

3.3.1. Componentes de un quemador

Existen gran variedad de quemadores para combustibles líquidos. Acontinuación describiremos los componentes de un quemador depulverización por inyección mecánica, que son los más utilizados en laactualidad para instalaciones de producción de agua caliente sanitariay calefacción.

Los componentes principales de un quemador son los siguientes:

• Bomba de combustible:

Son bombas volumétricas, generalmente de engranajes, accionadas porun motor eléctrico, que tienen la función de llevar el combustible desdeel tanque de almacenamiento hasta la boquilla del quemador,proporcionando presión suficiente para su pulverización.

Dibujo de un quemador completo

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La bomba se instala junto con un filtro, para protegerla de la entrada departículas sólidas que pueden estar en suspensión en el combustible, unmanómetro en la impulsión y un vacuómetro en la aspiración paracomprobar su correcto funcionamiento.

• Boquilla de pulverización:

Su función es la de atomizar el combustible. En el interior de la boquillase imprime al combustible un movimiento de rotación que al atravesarel orificio de salida se atomiza, formando una nube de gotas microscópicas,facilitando su vaporización y posterior mezcla con el aire.

Esquema bomba de combustible

Esquema alimentación de combustible a quemador

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• Ventilador:

Es el elemento que proporciona la cantidad de aire necesario para realizarla combustión, en función del caudal de combustible que llega alquemador. Están accionados por un motor eléctrico y son de tipocentrífugo, proporcionando suficiente presión de aire para vencer laspérdidas en el hogar, la chimenea y en el propio quemador.

• Cabezal de combustión:

El cabezal es la parte del quemador donde se realiza la mezcla delcombustible con el aire y se inicia la combustión. Está integrado por treselementos:

– Cono de llama, donde se realiza la mezcla.

– Disco estabilizador: favorece la mezcla y evita el retorno de la llama.

– Electrodos de encendido: alimentados por un transformador deencendido, hacen saltar el arco eléctrico que suministra la energíanecesaria para iniciar la combustión.

Boquilla de pulverización

Electrodos de encendido.

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• Clapeta de aire:

Es una compuerta que sirve para regular el caudal de aire que se introduceen el hogar de la caldera. El funcionamiento de la clapeta estaautomatizado por medio de un servomotor.

• Electroválvula:

Es una válvula, normalmente cerrada, que controla la llegada delcombustible a la boquilla del quemador.

• Fotocélula:

Es un elemento de seguridad con la función de detectar la presencia dellama.

• Sistema de mando:

Es el encargado de automatizar el funcionamiento del quemador,realizando funciones de puesta en marcha, control de una combustióncorrecta y de un funcionamiento seguro del aparato.

En la figura se muestra un controlador electrónico con las conexionesdel circuito eléctrico de un quemador.

Electrodos de encendido

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3.3.2. Diagrama de potencia de un quemador

Las características de funcionamiento de un quemador, tales como lapotencia entregada y el consumo de combustible, dependen de lascondiciones de trabajo del mismo, y en concreto de la presión en elhogar de la caldera.

Para poder elegir el quemador más apropiado para una caldera, deberemosutilizar los diagramas de potencia que nos facilita el fabricante donde serepresentan el consumo de combustible y la potencia entregada por elquemador en función de la presión.

En estos diagramas también queda limitado el campo de trabajo delquemador a que hacen referencia.

3.3.3. Funcionamiento

Como ya se ha indicado anteriormente, es el sistema de mando ocontrolador el que se encarga de vigilar el correcto funcionamiento delquemador.

El funcionamiento del quemador se realiza en varias fases que puedenvariar de un fabricante a otro. Por lo general se siguen las siguientes fases:

1. Barrido previo: cuando se recibe la orden de marcha en el quemador,la primera acción que se ejecuta es la puesta en marcha del ventiladorpara llenar el hogar de la caldera de aire limpio, eliminado lasimpurezas que puedan quedar de combustiones anteriores.

Al mismo tiempo, se pone en marcha la bomba de combustible,aunque éste no podrá llegar hasta la boquilla al estar la electroválvulacerrada.

Diagrama de potencia

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2. Encendido: en la fase de encendido, se conecta el transformadorpara que empiecen a saltar chispas en los electrodos de encendido.A continuación se abre la electroválvula, con lo que empieza a salircombustible pulverizado por la boquilla. La chispa provoca elencendido de la mezcla.

3. Vigilancia de seguridad: con la fotocélula se controla que el encendidoha sido efectivo, y en este caso se procede a desconectar eltransformador y se continúa con el funcionamiento normal delquemador.

Se controla durante la marcha normal del quemador que no seproduzca la extinción de la llama.

En caso de que se produzca un encendido fallido, el controladorparará todos los elementos y no intentará un nuevo encendido hastaque se accione manualmente el pulsador de rearme del sistema.

3.4. Quemadores para combustibles gaseosos

Los quemadores de combustibles gaseosos son más sencillos ya que esmucho más fácil mezclar el combustible con el aire. En este tipo dequemadores es importante controlar la velocidad de salida del gas, quedebe mantenerse entre unos valores mínimos, para evitar el retrocesode la llama, y unos valores máximos, para evitar el desprendimiento dela llama.

Los quemadores para combustibles gaseosos pueden ser de varios tipos,en función de la presurización de la caldera:

• Quemadores atmosféricos:

Son quemadores que se utilizan comúnmente en las calderas murales.Para realizar la mezcla de combustible con aire; en este tipo dequemadores, se obliga a circular el flujo de gas a través de un venturi,situado en la llamada cámara de mezcla, donde aspira parte del airenecesario para la combustión. El resto del aire se aporta en la cabeza delquemador, donde se genera la llama.

Estos quemadores son muy sencillos, y se regulan fácilmente, variandola presión de alimentación de gas.

• Quemadores de gas presurizados:

Estos quemadores tienen una constitución muy similar a los de losquemadores de combustibles líquidos descritos en el apartado anterior.

Sus principales componentes son los siguientes:

– Cámara de mezcla: donde se mezcla el gas con el aire.

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– Ventilador centrífugo: impulsa el aire al interior de la cámara demezcla.

– Electrodos de encendido: provocan la inflamación de la mezclade aire y combustible mediante un arco eléctrico o la ionizacióndel aire.

– Boquilla o tobera: orificio calibrado a través del que se impulsael gas al interior de la cámara de mezcla. El diámetro del orificiodepende del tipo de gas a utilizar.

– Sensores de vigilancia de llama: células fotoeléctricas, detectoresde ultravioletas o sondas iónicas.

– Caja de control o programador.

Para el control del suministro de gas, antes del quemador se instalan unaserie de elementos que en su conjunto conforman la llamada línea degas. Su función es la de controlar y regular la alimentación de gas, ademásde incorporar los dispositivos de seguridad:

– Regulador de presión.

– Filtro de gas.

– Válvula manual de cierre rápido.

– Electroválvula de regulación y de seguridad.

– Presostato de mínima.

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4. PANELES SOLARES TÉRMICOS

4.1. Generalidades

Los sistemas térmicos de captación de energía solar aprovechan la energíaprocedente del sol para calentar un fluido térmico. La principal diferenciaentre el captador solar y un intercambiador de calor convencional estribaen que en éstos se realizan intercambios térmicos entre fluidos conelevados coeficientes de transferencia térmica, y en los que la radiaciónes un factor sin apenas importancia, por el contrario, en un colectorsolar, la transferencia térmica se realiza desde una fuente energética,(el sol), a un fluido, por radiación principalmente.

En las instalaciones convencionales, en las que no se realiza concentraciónde energía solar, el flujo incidente puede ser del orden de 1 kW/m2,variable con una serie de parámetros, como pueden ser la latitud, la horadel día, la época del año o la inclinación de montaje de los paneles solares.

Los colectores más utilizados son los de placa plana, en los que la superficieque absorbe la radiación solar es igual a la superficie que la capta.Se pueden diseñar colectores de placa plana para trabajar con temperaturasde placa absorbente comprendidas entre 40° C y 130° C pudiéndosealcanzar en su interior temperaturas de agua hasta 204° C. Estos colectoresutilizan tanto la radiación solar directa como la difusa, no requieren desistemas de seguimiento solar y prácticamente no precisan de manteni-miento.

Sus aplicaciones van enfocadas a sistemas de calentamiento de agua ycalefacción de edificios.

A pesar de que la energía del sol es gratuita, el coste de la energíaobtenida en un colector de placa plana depende del rendimiento térmicodel sistema, de su vida media y de los costes de fabricación.

4.2. Instalaciones de aprovechamiento de energía solar

La producción de agua caliente sanitaria es una de las más comunesaplicaciones de los sistemas de colectores solares. La demanda de aguacaliente es aproximadamente constante a lo largo de todo el año y esfácilmente adaptable al apoyo de energía solar. En verano el sistema solares capaz de cubrir completamente toda la demanda de energía para laproducción de agua caliente sanitaria. Aunque debe existir un sistemaconvencional de calentamiento que cubra las necesidades no aportadascon la energía solar. Puede haber largo períodos de bajos niveles deradiación solar en los que debe asegurarse la producción de agua calientesanitaria con un sistema de apoyo.

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Esquema instalación producción ACS

Esquema instalación producción ACS y calefacción

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La instalación se puede diseñar también para dar apoyo a la instalaciónde calefacción. Una instalación solar es capaz de cubrir hasta el 50 % dela cantidad de energía necesaria a lo largo del año para la producciónde agua caliente y calefacción. Si la instalación solar se combina con unacaldera convencional como sistema de apoyo, la necesidad de energíase reduce notablemente.

Los elementos constructivos básicos de las instalaciones con aprovecha-miento de energía solar más corrientes son el colector de placa plana yel depósito de almacenamiento.

Los colectores se instalan para cubrir un porcentaje de las necesidadesenergéticas totales, que oscila entre el 50 y el 70%, y el resto debe serproporcionado por un sistema de apoyo, como ya se ha explicado. Ademástienen que incluir los medios para la circulación de agua (forzada o portermosifón) y el control del sistema.

4.3. Captadores solares

Los captadores solares son el elemento principal de las instalacionessolares. Existen diversos tipos de captadores solares, siendo los másutilizados en las instalaciones de apoyo a la calefacción o de producciónde ACS los captadores planos o los de tubos de vacío, aunque existentambién otros tipos de captadores, para aplicaciones específicas, sincarcasa, o sin cubierta de vidrio.

4.3.1. Rendimiento del captador

El rendimiento del captador solar nos indica la proporción de energíaque es transmitida al fluido térmico.

No toda la energía que llega al captador puede ser aprovechada, ya quese producen pérdidas por radiación, conducción y colección de calor alentorno.

El rendimiento depende de múltiples factores, entre los que cabríadestacar la eficiencia óptica de la cubierta y las pérdidas de calor debidasa las diferencias de temperatura entre el captador y el ambiente.

El rendimiento de un captador es específico de cada equipo, por lo quedebe ser facilitado por el fabricante del mismo.

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4.3.2. Captadores planos

Los captadores planos están compuestos por los siguientes elementos:

• Cubierta de vidrio o plástico que asegura la estanqueidad del conjuntoal tiempo que favorece el efecto invernadero para un mejoraprovechamiento de la energía recibida.

• Placa absorbente que recibe la radiación solar y la transmite el fluidotérmico. Para aumentar su capacidad de absorción se recubre con

Rendimiento de un captador solar

Captador solar plano

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recubrimientos de color negro. Para aumentar la superficie útil, seutilizan chapas onduladas en lugar de planas.

• Tubos por los que circula el fluido térmico, solidarios con la placa.

• Aislamiento para evitar las pérdidas de calor.

• Carcasa en la que se alojan todos los elementos anteriores.

4.3.3. Captadores de vacío

Estos captadores se caracterizan por tener en cada tubo integrado unabsorbedor, produciéndose el intercambio en un tubo coaxial.

Con estos captadores se asegura un alto rendimiento, ya que se evitanlas pérdidas por convección entre los tubos y el vidrio, y se garantiza unamínima emisión.

En contrapartida a estas ventajas nos enfrentamos a su alto coste.

4.4. Orientación de los captadores solares

La orientación de los colectores condiciona la cantidad de energía térmicaque puede proporcionar el colector. La orientación óptima para uncolector solar, situado en el hemisferio Norte, es la Sur, con una desviaciónal Este o al Oeste de un máximo de 10 grados.

Si los colectores están instalados sobre tejado inclinado, su orientaciónserá la misma que la del tejado. Si éste está desviado con respecto al Sur,hacia el Este o el Oeste, los rayos de Sol ya no incidirán en el absorbedorcon el ángulo ideal. Esto provoca un aumento de la proporción deradiación reflejada por la cubierta de vidrio lo que conlleva una

Detalle captador solar de vacío

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disminución del rendimiento del colector. Para compensar estas pérdidasde energía será necesario que la instalación disponga de una superficiemayor de captación.

También influye en el rendimiento del captador la inclinación de montajedel mismo, siendo la posición de montaje óptima aquella en la que losrayos del sol inciden perpendicularmente sobre la superficie del captador.

Dado que la posición del sol depende de la época del año y de la altituddel lugar donde se encuentra la instalación, para determinar el ángulode montaje más adecuado, deberemos tener en cuenta estos datos.

El ángulo de inclinación óptimo también depende de la aplicación quese vaya a dar al sistema de energía solar.

El menor ángulo de inclinación óptimo para preparación de agua calientesanitaria tiene en cuenta la mayor altura del sol en el cielo en verano.

Los mayores ángulos de inclinación óptimos para apoyo a calefaccióntienen en cuenta la altura del sol más baja en otoño e invierno.

Si, como se ha expuesto anteriormente, las placas solares se sitúan sobreun tejado, y no se puede montar con la inclinación óptima, será necesarioque la instalación disponga de una superficie mayor de captación paracompensar la disminución del rendimiento.

USO ÁNGULO

ACS De 35° a 55°

ACS + apoyo calefacción De 40° a 60°

ACS + piscina De 30° a 50°

ACS + apoyo calefacción + piscina De 40° a 60°

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5. INTERCAMBIADORES DE TEMPERATURA

5.1. Generalidades

Los intercambiadores son equipos cuya función es la de efectuar unatransferencia térmica entre dos fluidos, con objeto de calentar (orefrigerar) líquidos y gases.

Según su diseño, se pueden clasificar en tres tipos:

• Intercambiadores tubulares.

• Intercambiadores de placas.

• Intercambiadores de aletas.

Aunque su diseño mecánico es distinto, todos ellos tienen el mismoprincipio de funcionamiento, que consiste en poner en contacto, a travésde un material conductor, dos corrientes de fluido, una de ellas fría yotra caliente, para realizar el intercambio de temperatura, de forma queel flujo caliente reduce su temperatura y el flujo frío la incrementa, sinmezclarse entre sí.

Para seleccionar el intercambiador más apropiado para cada aplicación,deberemos tener en cuenta una serie de parámetros, entre ellos latemperatura y presión de trabajo, el espacio disponible, las característicasde los fluidos a utilizar,…

5.2. Intercambiadores tubulares

Se utilizan principalmente para realizar el intercambio térmico entredos líquidos. Están formados por una carcasa que contiene un haz detubos. La transferencia térmica entre los dos fluidos se realiza a travésde la pared de estos tubos interiores.

5.2.1. De tubos concéntricos

Este es el intercambiador tubular más sencillo, que está compuesto porun tubo situado dentro de otro de mayor diámetro que denominamoscarcasa.

Uno de los fluidos circula por el espacio anular que queda entre los dostubos y el otro por el tubo interior, realizando el intercambio a través delas paredes de éste. Los dos fluidos permanecen separados y no puedenllegar a mezclarse, salvo en caso de avería (perforación de los tubos).

Este intercambiador no es apropiado para conseguir saltos térmicoselevados, por su bajo rendimiento, ni para caudales másicos altos.

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5.2.2. Intercambiador de haz de tubos

Como su nombre indica este tipo de intercambiador tubular estácompuesto por un haz de tubos de pequeño diámetro, contenido dentrode una envoltura exterior o carcasa. Los tubos están unidos entre sí pormedio de las llamadas placas tubulares o cabezales, que sirven de soportee impiden que los dos fluidos entren en contacto.

Además de los tubos interiores, dentro de la carcasa pueden montarseplacas deflectoras para dirigir la circulación del fluido circulante y crearturbulencias, favoreciendo de este modo la transferencia térmica.

En este tipo de intercambiador uno de los fluidos circula por el interiorde los tubos y el otro por el espacio que queda entre la carcasa y el hazde tubos, realizándose el intercambio de temperaturas a través de lasparedes de éstos.

La disposición de los tubos interiores puede realizarse de diversas formas(fijos, desmontables, en U,…) adaptándose a los distintos usos yrequerimientos (mayor salto térmico, posibilidad de limpieza, facilidadde desmontaje, economía de fabricación…).

Intercambiador de tubos concéntricos

Intercambiador de haz de tubos

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Además de los tubos interiores, dentro de la carcasa pueden montarseplacas deflectoras para dirigir la circulación del fluido circulante y crearturbulencias, favoreciendo de este modo la transferencia térmica.

5.3. Intercambiadores de placas

Los intercambiadores de placas están formados por una serie de placasunidas entre sí, y montadas sobre una estructura de soporte.

Este tipo de intercambiador está diseñado de forma que los dos fluidoscirculan en contacto con las caras opuestas de una misma chapa metálicaa través de la cual realizan el intercambio térmico.

Intercambiador de haz de tubos en U

Intercambiador de placas

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Como estas placas son independientes entre sí, el intercambiador puedeampliarse fácilmente añadiendo placas adicionales, sobre todo si se haprevisto dejar un espacio de reserva en la estructura de soporte.

Los componentes del intercambiador de placas son:

• Placas de transferencia:

Son unas placas metálicas, construidas comúnmente de acero inoxidable,en las que se estampan unas ondulaciones con objeto de aumentar surigidez, permitiendo así trabajar con mayores presiones, al mismo tiempoque se aumenta la superficie de contacto con el fluido circulante y sefavorece la formación de un flujo turbulento que facilita el intercambiode calor.

En la placa también se encuentran los orificios para la entrada y salidade los fluidos y las ranuras de montaje para la fijación de las mismassobre la estructura de soporte.

• Junta:

Entre las placas se monta una junta o elemento de estanqueidad, situadodentro de una ranura estampada en la misma placa. El material utilizadoen la fabricación de la placa (caucho, vitón, teflón,…) será el quedeterminará la temperatura y presión máximas de trabajo del intercam-biador de placas.

• Cabezales:

El conjunto del intercambiador incluye dos cabezales, uno fijo y otromóvil.

El cabezal fijo forma parte de la estructura de montaje y soporte,incluyendo los alojamientos para las barras de soporte de las placas, lospernos de apriete y las conexiones de entrada y salida de los fluidos.

El cabezal móvil es el que sirve de cierre a todo el conjunto, y por logeneral no incluye conexiones para los fluidos, salvo en el caso deintercambiadores de varias etapas.

Placas de transferencia de calor

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El apriete para comprimir las juntas y mantener las placas unidas seaplica por medio de unos pernos de apriete que se fijan sobre los cabezales,por lo que éstos suelen ser muy gruesos o reforzados por nervaduras derefuerzo. La presión de apriete dependerá del número total de placasy de la presión de trabajo del intercambiador.

5.4. Intercambiadores de aletas

Los intercambiadores de aletas se utilizan indistintamente para calentar(o enfriar) el aire ambiente o para enfriar con ayuda del aire ambienteel fluido circulante por los tubos.

La circulación del fluido exterior (aire) puede realizarse de forma forzadao libre, de forma que interfiera perpendicularmente a los tubos quecontienen el fluido interior, y discurra paralelo a las aletas.

Las aletas tiene la función de facilitar el intercambio térmico, aumentandola superficie de contacto del aire circulante con los tubos. Para laconstrucción tanto de los tubos como de las aletas del intercambiadorde utiliza normalmente cobre o aluminio, pudiéndose fabricar paraalgunas aplicaciones con acero inoxidable.

Intercambiador de aletas

Intercambiador de aletas

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En el diseño más común para este tipo se utilizan tubos en U con placasplanas rectangulares, aunque pueden encontrase configuraciones muydiversas en función de la aplicación a que se destinen y el fluido circulantepor su interior.

5.5. Interacumuladores

Los interacumuladores son equipos que se utilizan para la producciónde agua caliente sanitaria. En ellos se calienta el agua contenida en eldepósito al recibir el agua caliente procedente de una caldera o uncaptador solar.

Estos acumuladores indirectos disponen de un serpentín para elcalentamiento del depósito. El depósito incluye un ánodo de sacrificioy las conexiones necesarias para su funcionamiento. Como mínimo debendisponer de cuatro conexiones: dos por donde respectivamente entra ysale el agua de primario procedente de caldera y otras dos de secundario,por una entra agua fría de entrada de red, y otra de salida ya caliente alpunto de consumo.

Además incluyen las conexiones para aparatos de medida y/o control(termómetros y termostatos) y ánodos de magnesio para proteger eldepósito de la corrosión.

Interacumulador

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Podemos encostar interacumuladores con mayor número de conexionesque se pueden utilizar para sistemas de producción de ACS con anillode recirculación o para poderse conectar con varios sistemas de generaciónde calor (colectores solares, resistencias de apoyo,…).

El calentamiento del agua potable en los interacumuladores se realizadesde la zona más fría hacia la más caliente y genera de este modo unaestratificación de la temperatura que se optimiza de forma permanente.El agua caliente se acumula en la parte superior del depósito, donde estála toma para salida de ACS, mientras que la reposición de agua fría serealiza por la parte inferior, de forma laminar para evitar la mezcla yconservar la estratificación térmica. De este modo se garantiza siempreun modo de funcionamiento eficiente.

Interacumulador varios servicios

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6. BOMBAS

6.1. Tipos y aplicaciones

Las bombas son máquinas cuya función es la de tomar la energía mecánicaque le proporciona un motor térmico o eléctrico y la transmite a unfluido en forma de energía hidráulica, aumentando su velocidad y presión,permitiendo su transporte.

Atendiendo al principio de funcionamiento, las bombas se clasifican endos tipos: bombas volumétricas y bombas centrífugas.

Por sus características constructivas y de funcionamiento las bombasvolumétricas se utilizan para aplicaciones en las que se requieren elevadaspresiones de trabajo, con caudales de suministro relativamente pequeños,o como bombas dosificadoras. Son especialmente útiles en circuitoshidráulicos de transmisión de potencia.

Las bombas centrifugas son de aplicación más general; por su fiabilidad,sencillez de construcción y manejo se utilizan en multitud de aplicacionesen las que se requiere elevación, trasvase o circulación de líquidos.

6.2. Bombas volumétricas

Las bombas volumétricas funcionan realizando un ciclo periódico en elcual se obliga al fluido a pasar desde una cámara de aspiración (entradaa la bomba) hasta la cámara de impulsión o descarga, con el consiguienteaumento de presión.

El fluido es empujado a lo largo de su recorrido por medio de émbolos,palas, engranajes,… permaneciendo confinado en la cámara de trabajoen todo momento.

Las cámaras de aspiración e impulsión deben permanecer aisladas entresí en todo momento, aunque cuando se trabaja con grandes presiones,parte del fluido bombeado puede pasar de una cámara a otra a travésde las juntas, siendo la cantidad de fluido que retrocede muy pequeñaen comparación con el caudal de fluido bombeado.

6.2.1. Bombas volumétricas alternativas o de émbolo

El fluido es bombeado por un émbolo con movimiento alternativo,accionado por un mecanismo de levas o de biela manivela. La circulacióndel fluido a través de la bomba, es regulada por medio de válvulas quese abren y cierran convenientemente por efecto de la presión del propiofluido y con la ayuda de resortes.

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Este tipo de bombas es el que permite alcanzar mayores presiones, quepueden llegar a ser de miles de bares. Tienen el inconveniente de tenerque trabajar a pocas revoluciones, por lo que si se desean obtener caudaleselevados es necesario utilizar bombas de gran tamaño.

El caudal suministrado por este tipo de bombas es muy irregular, ya quedurante la fase de aspiración, cesa el suministro. Este inconvenientepuede reducirse si se emplean bombas con varias cámaras que actúande forma alternativa.

6.2.2. Bombas volumétricas rotativas

En este tipo de bombas se sustituye el movimiento alternativo del émbolopor el giro de piezas con formas especiales. Se eliminan los problemasderivados del uso de los mecanismos biela-manivela por lo que son mássencillas y permiten trabajar a mayores velocidades.

Estas bombas permiten alcanzar presiones de hasta 200 bar, suministrandoun caudal uniforme al poder trabajar a velocidades entre 3.000 y5.000 r.p.m.

Estás bombas no necesitan válvulas, por lo que son reversibles y se puedenutilizar como motores.

• Bombas de lóbulos:

Estas bombas impelen el fluido por medio de unos lóbulos que girandentro de una carcasa. Uno de ellos, llamado lóbulo motriz, es accionadodirectamente por un motor y empuja al otro, lóbulo conducido, sobreel que engrana.

No necesitan válvulas, entrando y saliendo el fluido a través de unastoberas. Pueden funcionar a velocidades más altas que las del émbolo,pero presentan mayores problemas de estanqueidad.

Bomba alternativa de émbolo

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• Bombas de engranajes:

Es un tipo particular de bomba rotativa, en el que las dos piezas quegiran son dos ruedas dentadas que engranan entre sí.

En la cavidad de aspiración, el fluido llena las cavidades entre los dientesde ambas ruedas, y lo desplazan por los arcos de circunferencia exterioreshasta la cámara de descarga.

Debido a las pequeñas dimensiones de las cavidades donde se aloja elfluido, no puede transportar líquidos que tengan sustancias sólidas ensuspensión, por lo que siempre deben ir acompañadas de filtros en laaspiración.

• Bombas de aletas:

Como su nombre indica, este tipo de bombas dispone de una serie dealetas que se alojan en las ranuras mecanizadas en un rotor que giraexcéntricamente respecto a la cámara del estator, también cilíndrica. Elajuste de las paletas sobre el estator se realiza por fuerza centrífuga.

El espacio comprendido entre dos aletas aumenta su volumen durantela fase de llenado, en la cámara de aspiración, y desplaza el fluido hastala cámara de impulsión al tiempo que se reduce el volumen de la cámarade trabajo.

Tienen la ventaja de que se puede variar la excentricidad del rotor,modificando el volumen de la cámara de trabajo, cambiando así lascaracterísticas de funcionamiento de la bomba (caudal y presión).

• Bombas helicoidales:

Uno o varios tornillos que engranan entre sí forman el rotor de estasbombas, en las que las cámaras de trabajo están limitadas por los filetesde los tornillos y las paredes del estator.

Bomba de dos lóbulos, bomba de engranajes y bomba de aletas

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6.3. Bombas centrífugas

Las bombas centrífugas funcionan aplicando a las partículas del fluidoun movimiento de rotación muy rápido con ayuda de un rodete accionadogeneralmente por un motor eléctrico. La energía cinética adquirida porel fluido en movimiento se transforma en energía de presión en el cuerpode la bomba, llamado difusor o caracol.

El uso de las bombas centrífugas está mucho más extendido que el delas volumétricas, ya que además de las ventajas económicas, presenta unaserie de ventajas mecánicas y de funcionamiento, entre las que cabedestacar las siguientes:

• Son máquinas rotativas.

• No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamientoson muy sencillos.

• El sistema de accionamiento eléctrico y el acoplamiento con el motores muy sencillo.

• Se adaptan con facilidad a diversas condiciones de funcionamiento,sin necesidad de utilizar aparatos reguladores.

• El mantenimiento de una bomba centrífuga es muy sencillo, y sereduce a renovar al engrase, limpieza y cambio de los elementos deestanqueidad (prensa estopas).

Los elementos básicos que componen una bomba centrífuga son lossiguientes:

Partes principales de una bomba centrífuga

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Boca de aspiración:

Generalmente provista de una brida para conectar la tubería de aspiración;es el orificio por el cual el fluido accede al interior de la bomba por laaspiración que ésta genera.

Rodete o impulsor:

Pieza formada por un conjunto de álabes que giran dentro de una carcasacircular y que están conectados por medio de un eje al motor deaccionamiento.

Difusor o caracol:

Es el órgano fijo de la bomba que recoge el líquido que abandona elrodete, cambiando la dirección de su movimiento para dirigirlo a la bocade salida. Es un transformador de energía, transformando parte de laenergía dinámica que el rodete aplica al fluido en energía de presión.

Boca de impulsión: salida del difusor de la bomba que conduce la tuberíade impulsión y que se une a ella por medio de una brida.

6.3.1. Clasificación

• Según la trayectoria del fluido dentro de la bomba:

Bombas centrífugas: el fluido llega al rodete en dirección paralela al ejedel mismo, y lo abandona en dirección perpendicular al mismo. Sufuncionamiento se caracteriza por ofrecer una relación alturamanométrica/caudal alta.

Bombas axiales o de hélice: el fluido entra y sale de la bomba siguiendouna trayectoria paralela al eje de giro del rodete. El cociente alturamanométrica/caudal es bajo. Se utilizan para bombear grandes caudalesa baja presión.

Bombas helico-centrífugas: es un diseño intermedio a los dos anteriores,en que el fluido llega al rodete siguiendo una trayectoria paralela al ejede accionamiento y lo abandona formando un ángulo con el mismoinferior a 90°.

Tipos de bombas según trayectoria del fluido

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• Según la construcción del rodete:

De rodete abierto:

En esta clase de impulsor los álabes están unidos directamente al eje degiro, sin ningún plato en los extremos. Su uso está limitado a bombasmuy pequeñas, pero se puede manejar cualquier líquido, que puedallevar incluso sólidos en suspensión o abrasivos.

De rodete semiabierto:

Es un rodete similar al abierto, pero reforzado por medio de un plato,situado en la cara opuesta a la entrada de la bomba. Son especialmenteapropiadas, al igual que las de rodete abierto, para trabajar con líquidosviscosos, abrasivos y a elevadas temperaturas.

De rodete cerrado:

Los álabes se sitúan entre dos discos laterales. Es el que permite obtenermejores rendimientos. Debido al refuerzo que ofrecen estos discos, estetipo de impulsores puede soportar mejor los esfuerzos que se aplican aleje, así como las dilataciones y contracciones, lo que los hace apropiadospara trabajar a altas temperaturas. La posibilidad de obstrucción de loscanales cerrados del rodete hace que no sean apropiados para trabajarcon líquidos sucios.

• Según la posición del eje de accionamiento:

Bombas horizontales:

El eje de accionamiento está en posición horizontal y esto obliga a queel motor y la bomba estén al mismo nivel. Este tipo de bombas se utilizanpara trabajar en seco, llegando el líquido hasta la bomba a través de unatubería de aspiración. Como el fluido también debe lubricar los arosrozantes y las juntas del rotor, no pueden funcionar en vacío, y debencebarse antes de ponerlas en marcha par evitar averías.

Tiene la ventaja de ser más baratas y de fácil mantenimiento.

Bombas verticales:

El eje se monta en posición vertical, permaneciendo el motor casi siemprepor encima de la bomba, por lo que es posible mantener la bombasumergida en el fluido a bombear. Se utilizan en pozos, aplicacionesmarinas y bombeo de aguas sucias. Para grandes caudales resultan máseconómicas que las horizontales.

• Según la utilización de la bomba:

Bombas para elevación.

Bombas para circulación.

Bombas de velocidad.

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6.3.2. Curvas características

Las curvas que más nos interesan, por describir el funcionamiento yfacilitar la selección de la bomba adecuada para cada aplicación, son lasque representan la altura manométrica (o presión), la potencia y elrendimiento de la bomba, todos ellos en función del caudal.

• Curva altura manométrica – caudal:

Nos indica las distintas alturas manométricas que proporciona una bombapara cada uno de los caudales que atraviesa el rodete. La alturamanométrica representa le energía que proporciona la bomba, y seobtiene para esta gráfica curvas semejantes para cada velocidad de girodel rodete.

• Curva rendimiento – caudal:

En esta curva se representa el rendimiento global de la bomba. Suconocimiento es imprescindible para poder seleccionar la bomba másadecuada para cada instalación, ya que ésta deberá funcionar lo máscerca posible del punto de máximo rendimiento.

• Curva potencia – caudal:

Representa la potencia que deberemos aplicar en el eje de la bomba.

El caudal y la altura de impulsión manométrica que puede proporcionaruna bomba centrífuga quedan perfectamente definidas por la curvacaracterística de la misma. Ambas magnitudes, permanecerán invariablessiempre que se mantenga la velocidad de giro del rodete y la geometría

Curva altura manométrica - caudal

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del mismo, no viéndose modificadas por las características del fluidoimpulsado. En caso de trabajar con fluidos de distintas densidades, aigual altura manométrica, el líquido más denso ejercerá una mayorpresión sobre la boca de impulsión, y por tanto será necesario aplicarmayor potencia a la bomba. Las curvas de la altura y el rendimiento enfunción del caudal permanecerán invariables, viéndose modificadaúnicamente la de la potencia.

6.3.3. Punto de funcionamiento. Selección de la bomba

Hasta ahora hemos definido las características y el funcionamiento dela bomba centrífuga sin tener en cuenta las condiciones de trabajo a queva a ser sometida.

El trabajo de una bomba dentro de una instalación consiste en crear unvacío, de forma se aspire el fluido que será posteriormente impulsado.Las condiciones de presión y caudal que suministrará la bomba no sólodependen de las características de ésta, definidas con las curvas queproporciona el fabricante, sino que se verán condicionadas por laresistencia que debe vencer la bomba, que estará determinada por laaltura a que debe elevarse el fluido bombeado y la resistencia que ofrecela instalación al paso del mismo.

Del mismo modo que se obtiene una curva característica de la bomba,se puede dibujar una gráfica que represente las pérdidas que provocala instalación, expresadas en unidades de altura manométrica, en funcióndel caudal que circula por ella.

El punto de funcionamiento de una bomba se obtiene gráficamente porcomparación de ambas curvas, coincidiendo con la intersección de lasmismas.

Curva rendimiento - caudal

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Para seleccionar la bomba más adecuada para cada instalación, deberemostener en cuenta que este punto deberá estar situado en la zona queobtengamos un mayor rendimiento.

6.3.4. Instalación, puesta en marcha y controlde bombas centrífugas

En este apartado se tratarán una serie de cuestiones relativas a la instalacióny utilización de las bombas centrífugas.

• Cavitación:

Es un fenómeno que consiste en la vaporización de un fluido, atemperaturas inferiores al punto de ebullición y que se produce cuandola presión a la que éste está sometido es igual o inferior a la tensiónsuperficial del mismo.

La cavitación puede aparecer en la aspiración de las bombas cuandoéstas se encuentran situadas por encima de la superficie libre del líquidoen el punto de captación, provocando entre otros efectos indeseables eldescenso brusco del caudal impulsado y la rápida corrosión de loscomponentes de la bomba.

Las condiciones de aspiración y las pérdidas a lo largo de la tubería deaspiración son los determinantes en la aparición de este fenómeno.

Para poder determinar de antemano si va a producirse la cavitación enuna instalación es necesario definir dos nuevos conceptos:

Punto de funcionamiento

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Altura neta positiva disponible (NPSHd):

Es la energía de que disponemos, en forma de presión, para llevar elfluido hasta la entrada de la bomba. Esta presión será aquella a la queestá sometido el líquido, generalmente la presión atmosférica, salvo quese trate de fluidos presurizado dentro de un tanque o instalación cerrada,a la que tenemos que descontar la altura a la que está situada la bombacon respecto a la superficie libre del líquido, y las pérdidas producidasa lo largo de toda la tubería de aspiración.

Teniendo en cuenta que las pérdidas en la tubería son función del caudal,la altura neta positiva disponible disminuirá al aumentar el caudal.

Altura neta requerida (NPSHr):

Es un dato característico de la bomba y que debe facilitar el fabricantey que representa las pérdidas de presión que se producen en el interiorde la bomba debido al rozamiento del fluido con los álabes del rodete.Como en el caso anterior, su valor depende del caudal circulante.

Se puede demostrar que la condición de no cavitación es que la alturaneta positiva disponible sea mayor que la altura neta requerida. Igualandoambos datos podemos determinar cuál será la altura máxima de aspiraciónde una bomba centrífuga. Para bombas comerciales la altura máxima deaspiración es de 7 a 8 metros, si el fluido con el que trabaja la bomba esagua.

• Cebado de bombas:

Cuando las bombas no están funcionando, en el momento del arranque,el tramo de aspiración puede estar lleno de aire. Por su diseño, las bombascentrífugas no pueden aspirar aire con efectividad, por tanto, la bombano podrá crear la aspiración suficiente para que el líquido llegue hastael rodete y poder así entrar en funcionamiento normal, realizando eltrasiego del líquido.

El proceso de cebado consiste el llenado de la bomba y la conducciónde aspiración, para crear unas condiciones previas a la puesta en marchade la bomba que permitirán un funcionamiento normal de la misma.Esto no será necesario en aquellas bombas que estén instaladas de formaque se mantengan siempre llenas de líquido (bombas cuyo rodete estásituado por debajo de la superficie libre del fluido a trasegar).

El cebado pede realizarse de forma manual, a través de orificios dispuestospara tal fin o de forma automática, con la ayuda de bombas auxiliares(para instalaciones de grandes dimensiones), utilizando bombas auto-aspirantes o cualquier otro sistema que permita eliminar el aire contenidodentro de la bomba y la tubería de aspiración.

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• Regulación de bombas:

La regulación de la bomba consiste en variar su punto de funcionamientopara adaptarse a los requerimientos del usuario, generalmente paraobtener de ella el caudal deseado.

La regulación puede realizarse de dos formas:

Modificando de la resistencia que ofrece la tubería de impulsión,intercalando en ella una válvula de regulación o variando la velocidadde giro del rodete, utilizando para ello variadores de velocidad.

• Equipamiento para instalación de bombas:

Para el correcto funcionamiento de las bombas éstas deben ir acompañadasde una serie de equipos accesorios, entre los que cabe destacar lossiguientes:

En la tubería de aspiración:

Filtro colador para evitar la entrada de objetos extraños a la bomba.

Válvula de pie o válvula de retención que impide el vaciado de la tuberíade aspiración cuando la bomba deja de funcionar.

Instalación típica de bomba de elevación

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Válvula de aspiración, para permitir el acceso y desmontaje de la bombaen caso de avería.

En la tubería de impulsión:

Válvula de retención que impide el vaciado de la tubería de impulsióncuando la bomba deja de funcionar.

Válvula de impulsión (de compuerta o mariposa), para permitir el accesoy desmontaje de la bomba en caso de avería. También se utilizan paramaniobra en el arranque de la bomba.

Calderín de amortiguación para prevenir daños por causa del golpe deariete.

6.4. Bombas circuladoras

Las bombas circuladoras son bombas centrífugas que se utilizan eninstalaciones de producción de calor y que tienen como objetivo elmantener el agua, u otro fluido calorportador, en circulación dentro deun circuito de calefacción o de agua caliente sanitaria, venciendo lasresistencias (pérdidas de presión por rozamiento en tuberías y accesorios)que ofrece la instalación.

Estas bombas, por lo general, son de rotor húmedo, por tanto, el aguaimpulsada es la encargada de lubricar y refrigerar las partes móviles dela bomba. Si la bomba circuladora de una instalación se pone enfuncionamiento en seco puede sufrir graves averías.

Condiciones de generales de montaje de las bombas circuladoras:

• Se montarán entre dos válvulas de corte para facilitar su desmontajeen caso de avería.

Bomba circuladora

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• Deben situarse en tramos de tubería rígidos para evitar vibraciones.

• La tubería no debe soportar el peso de la bomba salvo en instalacionesindividuales en las que se utilicen bombas especialmente preparadaspara ello.

• Las conexiones de las tuberías con el circulador deben hacerse deforma que no se transmitan esfuerzos sobre la bomba (por estar lasbridas de unión desalineadas).

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7. VÁLVULAS DE CONTROL

7.1. Generalidades

Las válvulas son dispositivos mecánicos, cuya función es la de controlaro regular la circulación de un fluido a través de un conducto.

Las válvulas se componen de:

• Cuerpo de válvula: contiene y sirve de soporte a los demás elementosque componen la válvula.

• Accionamiento: mecanismo a través del cual se controla la aperturay cierre de la válvula.

• Obturador o tapón: componente que realiza el cierre mecánico,impidiendo o limitando la circulación del fluido.

• Junta o asiento: es el elemento que dará estanqueidad a la válvulacuando esté cerrada.

Los materiales utilizados para la construcción de estos componentes sonmuy variados, y se seleccionan en función de las condiciones de trabajoa que va a estar sometida la válvula (presión, temperatura, característicasdel fluido,…).

La apertura y cierre de la válvula se realiza a través de un sistema deaccionamiento. Podemos encontrar válvulas de accionamiento manual(por medio de manivelas o volantes) y servoválvulas, que disponen deun sistema de apertura motorizado, por medio de bobinas (electroválvulas),motores eléctricos o cilindros neumáticos.

También podemos encontrar válvulas accionadas automáticamente, esdecir, que su apertura y cierre se produce por la variación de la magnitudque se desea controlar y no tienen sistemas de accionamiento exteriores:válvulas de seguridad (accionadas por presión), válvulas termostáticas(accionadas por las variaciones de temperatura), válvulas de retención(accionadas por presión o por gravedad),…

Las válvulas se instalan de forma que el fluido se vea obligado a pasar através de ellas. Existen distintos sistemas de montaje de las válvulas:

• Roscadas.

• Con bridas.

• Entre bridas.

• Soldadas.

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7.2. Tipos de válvulas

A continuación se describen los tipos de válvulas más usuales, así comolos materiales empleados en su construcción y sus aplicaciones máscomunes:

7.2.1. Válvulas de bola

Son válvulas con un obturador esférico taladrado que gira dentro de unasiento elástico que ejerce la función de junta de estanqueidad. La válvulase cierra al girar la bola un cuarto de vuelta con ayuda de una manivela.El taladro de la bola es del mismo diámetro que la tubería, de forma quecuando está abierta permite el paso total y en línea recta del fluido.

Esta es una válvula de uso general, para aplicaciones en las que se requiereuna apertura rápida, no siendo adecuadas para la regulación. Son válvulassencillas y económicas que no requieren mantenimiento, fáciles demontar y que proporcionan un cierre hermético.

Los materiales con que se construyen permiten diversas aplicaciones:

Material del cuerpo: fundición dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros alcarbono, aceros inoxidables, plásticos de polipropileno y PVC.

Material de la bola: latón cromado, acero inoxidable, plásticos depolipropileno y PVC.

Material del asiento: nylon, teflón, vitón y neopreno.

Se fabrican diversas variaciones sobre este mismo tipo de válvula quepermiten múltiples aplicaciones: válvulas de 3 y 4 vías, válvulas con pasoreducido, válvulas con entrada por la parte superior,…

Válvula de bola

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7.2.2. Válvulas de mariposa

El paso del fluido se controla con un obturador en forma de disco(lenteja), que gira alrededor de un eje que lo atraviesa y está en posiciónperpendicular al sentido de la circulación del fluido. Esta válvula se abrey cierra con un cuarto de vuelta, con ayuda de manivelas, volantes omotorizadas (accionamiento eléctrico o neumático). Para grandesdiámetros pueden incorporar un reductor para facilitar su apertura.

Son válvulas ligeras, fáciles de instalar y mantener, que permiten maniobrasfrecuentes. No son adecuadas para la regulación ni para trabajar conaltas presiones.

Requieren elevados esfuerzos para su accionamiento y provocan caídasde presión relativamente altas, en comparación con las válvulas de bola,al quedar la lenteja dentro de la corriente de fluido.

Los materiales empleados para la construcción de este tipo de válvulasson:

Material del cuerpo: fundición dúctil, aceros al carbono, aceros inoxidables,plásticos de polipropileno y PVC.

Material del disco: latón cromado, acero al carbono, acero inoxidable,plásticos de polipropileno y PVC.

Material del asiento: vitón, neopreno. Caucho, poliuretano, butilo,…

7.2.3. Válvulas de compuerta

Son unas válvulas en las que se cierra el orificio de paso del fluido conun disco vertical de caras planas que se desliza sobre el asiento. Elaccionamiento de estas válvulas se realiza por medio de un volante.

Son válvulas de uso general, con fluidos limpios, para apertura y cierre(no son adecuadas para regulación) ofreciendo buena estanqueidad ypoca caída de presión al quedar el orificio totalmente abierto.

Según la forma del disco, podemos encontrar válvulas de cuña, deguillotina, de cuña flexible,…

7.2.4. Válvulas de diafragma

Este tipo de válvula dispone de un diafragma de material elástico quepuede ser empujado por un elemento compresor, de forma que cierreel orificio de paso. Este tipo de válvulas se acciona mediante un volante.

Son válvulas para utilizar con bajas presiones, siendo útiles tanto para laapertura y cierre total como para la regulación.

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Tienen la característica de mantener el mecanismo de accionamientocompletamente aislado del fluido, por lo que son especialmente útilespara el manejo de fluidos corrosivos y con sólidos en suspensión.

7.2.5. Válvulas de globo

En las válvulas de globo la apertura y el cierre se consiguen por eldesplazamiento de un disco o tapón que acopla sobre un asiento quegeneralmente es paralelo al sentido de circulación del fluido.

Este tipo de válvulas provoca elevadas pérdidas de presión por el recorridoque debe hacer el fluido por su interior, pero tienen la ventaja de sermuy adecuadas para realizar funciones de regulación.

Válvula de diafragma

Válvula de globo

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Según su geometría constructiva podemos encontrar válvulas de globoen ángulo y en “Y” con las que se consigue mejorar la trayectoria delfluido y disminuir así las perdidas de presión. También las podemosencontrar de tres vías, para mezcla y distribución de fluidos.

7.2.6. Válvulas de retención

Las válvulas de retención son válvulas de accionamiento automático, esdecir, que no tienen controles externos, y que están destinadas a impedirla circulación del fluido en una determinada dirección.

La válvula se abre con la presión del fluido circulante, y el cierre seprovoca por el propio peso del mecanismo o por la acción de un resortede cierre.

Como ocurre con el resto de válvulas, hay gran variedad de modelos,sistemas y tipos de válvulas de retención que se adaptan a cualquieraplicación.

7.3. Válvulas con aplicaciones específicas

7.3.1. Purgadores de aire automáticos

Son válvulas que deben montarse en los puntos más altos de la instalacióny tienen la función de eliminar el aire contenido en la misma de formaautomática.

Válvula de retención de disco

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7.3.2. Válvulas de seguridad (limitadoras de presión)

Es un tipo de válvula de acción automática cuya función es la de limitarla presión máxima que puede alcanzarse dentro de un sistema cerrado.Esta válvula permanece cerrada por la acción de un resorte. Cuando sealcanza dentro del sistema la presión a la que está tarada la válvula, éstase abre y se realiza una descarga de fluido al exterior, provocando asíuna caída brusca de la presión.

7.3.3. Llaves termostáticas

Son llaves que permiten regular de forma automática la temperaturaambiente, y que actúan regulando el caudal de agua que circula pordentro de un emisor de calor (radiador). Estas llaves detectan latemperatura ambiente a través de un bulbo, y por medio de un muellecomparador provoca el desplazamiento del vástago de la válvula, enfunción de la consigna de temperatura seleccionada en el elemento deconsigna.

7.3.4. Válvulas de tres vías

Las válvulas de tres vías disponen de una vía común que puede unirsea una vía directa (válvula abierta) o la vía de by-pass (válvulas cerradas).

Funcionamiento de un purgador automático

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Se utilizan para la regulación de circuitos de calefacción, accionadasmediante un servomotor que controla su apertura y cierre.

Esta válvula puede utilizarse para variar a potencia de calefacción,mediante la variación del caudal que circula por el primario (válvuladiversora) o realizando una mezcla de caudales que se envía a los emisores(válvula mezcladora).

7.3.5. Válvulas de cuatro vías

Estas válvulas se utilizan para regular la temperatura del agua en elmomento del arranque de una instalación. Se instalan de forma quepermiten mezclar el agua en el retorno a la caldera, facilitando el aumentode temperatura del líquido.

Parte del agua que sale de la caldera, se mezcla con el retorno y se envíade nuevo al intercambiador de la caldera.

Aplicaciones de las válvulas de tres vías

Aplicaciones de las válvulas de cuatro vías

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8. VASOS DE EXPANSIÓN

8.1. Aplicaciones y tipos

En los sistemas de calefacción por agua caliente es necesario mantenerdentro del circuito una presión superior a la atmosférica para evitar queel agua circulante se vaporice o entre en ebullición al calentarse.

Al mismo tiempo, también necesitaremos absorber las variaciones devolumen que experimenta el agua (o fluido térmico), en el interior delsistema, al dilatarse y contraerse como consecuencia de las variacionesde temperatura a que se ve sometida.

Para ello utilizaremos los llamados vasos o depósitos de expansión, queal mismo tiempo nos ayudan a minimizar los daños que pueda provocarsobre los distintos componentes de la instalación el golpe de ariete.

Los depósitos o vasos de expansión pueden ser abiertos o cerrados:

8.1.1. Depósitos de expansión abiertos

Es un depósito que se sitúa a la altura necesaria para presurizar el circuitode agua por altura piezométrica. La normativa vigente prohíbe su usoen instalaciones nuevas, pero podemos encontrarlos en instalaciones.

Estos depósitos abiertos tienen el inconveniente de permitir la entradade aire en el sistema, y que éste sea absorbido por el agua, favoreciendoasí la corrosión de todos los componentes con los que entra en contacto.También permite la pérdida de fluido por evaporación o por descargas.

Vaso de expansión abierto

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8.1.2. Vasos de expansión cerrados

Los vasos de expansión cerrados funcionan por compresión de unacámara de aire, u otro gas, contenida en su interior, que está presurizaday separada del agua por una membrana elástica.

El uso de vasos de expansión cerrados tiene las siguientes ventajas:

Facilidad y sencillez de montaje, lo que simplifica la instalación, al nonecesitar conductos de evaporación y descarga.

Evita el contacto del agua interior del circuito con el aire atmosférico,evitando así problemas de corrosión.

No hay pérdidas de fluido por evaporación o descarga.

8.2. Cálculo de vasos de expansión cerrados

Para poder seleccionar el vaso de expansión que debemos montar enuna instalación de calefacción por agua necesitaremos conocer en primerlugar el volumen total de agua que contiene el circuito. Para facilitareste trabajo podemos utilizar la tabla de la página siguiente, que nosindica el volumen de agua que contiene un metro de tubería en funciónde su diámetro.

El vaso de expansión cerrado, como se ha expuesto anteriormente,dispone de una cámara de gas que se comprime al dilatarse el agua comoconsecuencia del aumento de temperatura, hasta que se equilibran laspresiones del sistema. El vaso de expansión debe absorber el incrementode volumen que experimenta el agua, por tanto para poder saber elvolumen útil del vaso, se calcula con la fórmula siguiente:

Vaso de expansión cerrado

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Donde es el coeficiente de dilatación del agua, que depende de sutemperatura y puede obtenerse de la tabla siguiente:

El volumen total de depósito, estará en función del coeficiente deutilización, que depende de la presión de trabajo de la instalación y dela presión máxima que podemos alcanzar, y que se obtiene con la fórmulasiguiente:

El volumen total del vaso de expansión será:

TUBO DE ACERO DIN2440 TUBO DE COBRE

DIÁMETRO CONTENIDO DE AGUA (l/m) DIÁMETRO CONTENIDO DE AGUA (l/m)

3/8" 0.128 6/8 0.028

1/2" 0.213 8/10 0.050

3/4" 0.380 10/12 0.079

1" 0.602 12/14 0.113

1 1/4" 1.04 13/15 0.133

1 1/2" 1.359 14/16 0.154

2" 2.248 16/18 0.201

2 1/2" 3.772 20/22 0.314

3" 5.204

4" 8.820

5" 13.431

= contenidoútil VV

Temperatura 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Coef. Dilatación 0.027 0.177 0.435 0.782 1.21 1.71 2.27 2.90 3.59 4.34

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El depósito de expansión seleccionado deberá estar previsto para soportaruna presión de 1,5 veces la máxima del circuito, sin que sufra fugas nideformaciones. Esta presión nunca será inferior a la presión de timbrajede la válvula de seguridad preceptiva del circuito.

8.3. Instalación de vasos de expansión cerrados

Para instalar el vaso de expansión en un circuito de calefacción por agua,deberemos seguir las siguientes directrices:

• No debe instalarse ninguna válvula de cierre entre la caldera y el vasode expansión, ya que si ésta se cierra, quedaría inutilizado el vaso yno podría cumplir con su función.

• Para un correcto funcionamiento, debe quedar instalado en la líneade aspiración del circulador de agua, en el conducto de retorno dela caldera.

• La conexión del vaso de expansión al circuito se realizará de formaque se evite la formación de bolsas de aire, mediante un trazadoapropiado de la tubería que facilite la evacuación del aire o con lacolocación de purgadores automáticos.

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9. CHIMENEAS

La chimenea es un conducto que sirve para evacuar los gases producidosen la combustión desde el generador de calor a la atmósfera.

El tiro de una chimenea es la depresión que se produce en la base de lamisma, como consecuencia de la diferencia de peso entre los gasescalientes que ésta contiene y el aire frío exterior. El tiro de una chimeneadebe ser capaz de evacuar los productos de la combustión, venciendolas resistencias que oponen el propio conducto de la chimenea y el hogarde la caldera donde se realiza el proceso de combustión.

El tiro de la chimenea es directamente proporcional a la altura de lamisma y a la diferencia de temperaturas entre el aire exterior y los gasesde la combustión. Podemos calcular, de una forma sencilla, el valor mediode la depresión disponible en la base de la misma aplicando la expresiónsiguiente:

H = 0,45 x h

Donde h es la altura de la chimenea en metros y la depresión se obtieneen mm.c.a.

En la figura siguiente se muestra el esquema constructivo de una chimenea.Hay que recordar que todo el conjunto debe estar convenientementeaislado térmicamente para evitar las pérdidas de calor y el consiguienteenfriamiento de los humos que provocaría la aparición de condensadosy la pérdida de tiro.

Elementos de una chimenea

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Cuando se realiza el cálculo de una chimenea deberemos tener en cuentael tipo de hogar con que está equipada. En calderas con el hogar endepresión, los humos salen del hogar con presión negativa, que seincrementa en el tramo horizontal. Para hogares en sobrepresión, elventilador del quemador impulsa los humos, por lo que el tiro de lachimenea puede ser menor.

9.1. Cálculo de la chimenea

El cálculo de la sección y la altura de una chimenea deben realizarse deforma que permita la correcta evacuación de los humos, realizándoselos cálculos de forma que se obtiene la sección del tramo vertical y deltramo horizontal por separado.

La sección de la chimenea puede calcularse con la fórmula siguiente:

Donde:

K es un coeficiente que depende del tipo de combustible:

Calderas presurizadas: entre 0,008 y 0,014

Calderas para combustibles líquidos: 0,03

Calderas para combustibles sólidos: 0,02

Pn es la potencia nominal de la caldera en kcal/h.

hred es la altura reducida de la chimenea en metros.

A la sección de la chimenea en cm2.

Para poder calcular la altura reducida, aplicaremos la fórmula siguiente:

En la que:

h es la altura real de la chimenea en metros.

L es la longitud del tramo horizontal en metros.

n el número de codos.

kc es el coeficiente de pérdidas en el codo (generalmente se toma 0,5).

hcal es la altura a considerar por las perdidas de carga en la caldera(1 metro por cada mm.c.a. de pérdidas en la caldera).Este es un datoque debe proporcionar el fabricante de la caldera.

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A partir de estos datos podemos obtener la sección que debe tener eltubo vertical de la chimenea. Hay que tener en cuenta que en el caso deinstalaciones que no se encuentren a nivel del mar, la sección de tuboobtenida con estos cálculos debe incrementarse un 6% por cada 500 mde altitud, para compensar la pérdida de densidad del aire con la altura.

Para calcular la sección del tubo horizontal utilizaremos la fórmulasiguiente, teniendo siempre en cuenta que su longitud debe ser siempreinferior a la mitad de la altura del tramo vertical:

Donde:

Ah es la sección del tubo horizontal en cm2.

Av es la sección del tubo vertical en cm2.

L es la longitud del tramo horizontal en metros.

H es la altura real de la chimenea en metros.

Si con los resultados obtenidos comprobamos que si no podemos instalarla chimenea querida por falta de espacio o cualquier otro condicionantede tipo técnico o constructivo, siempre podremos optar por utilizar elsistema de evacuación de humos por tiro forzado, consistente en lacolocación de un extractor en la parte alta de la chimenea que debefuncionar siempre de manera solidaria con el quemador de la caldera.

9.2. Recomendaciones para la instalación de chimeneas

• La boca de las chimeneas debe sobresalir siempre un metro porencima de las cumbreras o muros de edificios colindantes, situadosen un radio de 10 metros.

• No debe situarse en ningún caso por debajo del borde superior deun hueco de fachada (puertas, ventanas, respiraderos,…) que seencuentre entre 10 y 50 metros de distancia de la chimenea.

• Las chimeneas deben disponer de un registro para limpieza y undrenaje par condensados.

Además, se instalarán puntos para tomas de muestras y control de lacombustión. Como mínimo serán dos y estarán situados, uno de ellosa 50 cm de la unión con la caldera y el otro a una distancia entre 1y 4 metros de la boca de salida de la chimenea.

• Las chimeneas se construirán con materiales incombustibles yresistentes a las altas temperaturas y a los agentes agresivos que puedan

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resultar de la combustión, debiendo además estar convenientementeaisladas térmicamente.

• Las chimeneas se construirán preferentemente de sección circular,manteniendo la sección constante a lo largo de su recorrido. Puedenconstruirse chimeneas rectangulares siempre que la relación entreel lado menor y el mayor sea menor de 1,5.

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U.D. 1 EQUIPOS

RESUMEN

Las instalaciones de producción de calor se componen de una granvariedad de elementos.

Es importante para el alumno adquirir unos conocimientos básicos decuál es la función de cada uno de estos elementos y las condiciones quedeben cumplirse para un correcto funcionamiento de todos ellos.

La elección de cada componente, desde el tipo de combustible, hastalos elementos de control, y su correcto montaje, puesta en marcha yfuncionamiento, será determinante para conseguir el objetivo propuesto.

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U.D. 1 EQUIPOS

CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN

1. Explica los distintos tipos de combustión.

2. ¿Qué es el diagrama de la combustión? ¿Para qué se utiliza?

3. Indica cuáles son los productos resultantes de la combustión,especificando los que pueden resultar perjudiciales o nocivos.

4. Indica cuáles son los tipos de combustibles más utilizados y explicapor qué.

5. Componentes básicos de una caldera.

6. ¿Qué es una caldera estanca?

7. Componentes básicos de un quemador de gasóleo.

8. ¿Qué es un quemador atmosférico?

9. Tipos de captadores solares.

10. Explica cómo influye la posición de un panel solar plano en surendimiento.

11. ¿Qué es un intercambiador de temperatura?

12. ¿Qué es un interacumulador?

13. Explica la diferencia entre una bomba volumétrica y una bombacentrífuga.

14. ¿Qué función tiene el circulador en una instalación?

15. ¿Cuál es la misión del vaso de expansión?

16. ¿Qué es el tiro de una chimenea? ¿De qué factores depende?

85


U.D. 1 EQUIPOS

BIBLIOGRAFÍA

Balboa Batlle, Joan: Mantenimiento de calefacción, CEYSA.

Calvo Villamaría, T.; F. Galdón Trillo F.: Curso de Instalador de Calefacción,

Climatización y Agua Caliente Sanitaria, CONAIF.

Carnicer Royo, Enrique; Mainar Hasta, Concepción: Instalaciones

hidrosanitarias, Paraninfo.

Compañía Roca Radiadores, S.A.: Monografías Técnicas.

De Andrés, J. A.; Pomatta, R.; Aroca, S.; García, M.: Instalaciones de

combustibles gaseosos, A. Madrid Vicente, Ediciones.

Grim, Nils R.; Rosales, Robert C.: Manual de diseño de calefacción, ventilación

y aire acondicionado, McGraw-Hill.

Industrial Blansol, S.A.: Manual Técnico de Suelo Radiante.

Llorens, Martín: Calefacción, Ceac.

Martín Sánchez, Franco: Manual de Instalaciones de Fontanería y Saneamientos.A. Madrid Vicente, Ediciones.

Márquez Martínez, Manuel: Combustión y quemadores, Marcombo.

Milán Díaz, César: Fontanería, Paraninfo.

Porges, Fred: Prontuario de Calefacción, Ventilación y aire Acondicionado,Marcombo.

Material gráfico facilitado por:

SEDICAL, S.A.

VALDECO, S.L. (Valenciana de combustión)

SALVADOR ESCODA, S.A.

CALDERAS BUDERUS

INDUSTRIAL BLANSOL, S.A.

VAILLANT

TEYVI, S.L. grupo ATTSU (calderas industriales).


U.D. 2 INSTALACIONES DE ALMACENAMIENTODE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

M 7 / UD 2


U.D. 2 INSTALACIONES DE ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 91

Objetivos ........................................................................................ 93

1. Tanques de almacenamiento ................................................. 95

1.1. Tanques............................................................................. 95

1.2. Conexiones de los tanques .............................................. 95

2. Instalación de tanques............................................................. 98

2.1. Tanques enterrados.......................................................... 98

2.2. Tanques de superficie ...................................................... 98

2.3. Tanques situados en fosas ................................................ 100

2.4. Tanques semienterrados .................................................. 101

3. Instalaciones para suministro de combustibles

por tubería............................................................................... 102

3.1. Descripción....................................................................... 102

3.2. Equipo de trasiego ........................................................... 102

3.3. Tuberías de distribución.................................................. 103

4. Protección contra incendio.................................................... 107

4.1. Instalaciones de superficie en exterior de edificios....... 107

4.2. Instalaciones de superficie en interior de edificios ....... 108

Resumen ........................................................................................ 109


Bibliografía .................................................................................... 113



91

INTRODUCCIÓN

En las instalaciones de producción de calor, tanto domésticas comoindustriales, en las que se aprovecha la energía calorífica generada pormedio de un proceso de combustión es necesario disponer de una ciertacantidad de combustible almacenado en la propia instalación paraasegurar el suministro al sistema de generación de calor.

Las instalaciones de almacenamiento están compuestas por el conjuntode recipientes de todo tipo que puedan contener líquidos combustibles,el área donde están ubicados, los accesorios necesarios para su instalación,conexión e instalaciones de carga, descarga o trasiego.

En esta unidad se exponen las condiciones que deben cumplir lasinstalaciones de almacenamiento de combustibles para consumo en lapropia instalación destinados a la producción de calor en instalacionesindustriales fijas (hornos y quemadores de aplicaciones diversas) o eninstalaciones de calefacción, climatización y producción de agua calientesanitaria, centrándose en las instalaciones fijas para combustibles líquidosde clase C y D, que son los más habitualmente utilizados en este tipo deinstalaciones.

93

OBJETIVOS

El objetivo de esta unidad es que los alumnos conozcan las característicasde las instalaciones de almacenamiento de combustibles líquidos de claseC y D, así como las medidas de seguridad que deben observarse deacuerdo con la normativa vigente (reglamento de instalaciones petrolíferase instrucciones técnicas complementarias MI-IP03).



95

1. TANQUES DE ALMACENAMIENTO

1.1. Tanques

Los tanques son recipientes para el almacenamiento de líquidos, queestán diseñados para soportar una presión manométrica interna entre0 y 1 kg/cm2.

Los tanques para almacenamiento de combustibles líquidos se puedenconstruir con materiales diversos, tales como el acero, el plástico reforzado,polietileno, fibra de vidrio u otros materiales, siempre observando lacompatibilidad entre el material del tanque y el combustible que se deseaalmacenar. Los tanques, como medida de seguridad, se pueden construircon paredes dobles, del mismo o distinto material y compartimentadospara poder almacenar distintos productos o disminuir el volumen dealmacenamiento.

Los combustibles de las clases C y D se podrán someter al calentamientoen el interior del tanque, si sus propiedades físicas lo requieren, empleandopara ello los medios adecuados.

Las operaciones de reparación de tanques de acero para combustiblepueden resultar especialmente peligrosas, debido a la presencia devapores inflamables y tóxicos. Por ello, estas intervenciones solamentepodrán ser realizadas por empresas autorizadas, amparadas por elcorrespondiente estudio técnico y bajo dirección facultativa.

1.2. Conexiones de los tanques

Para la utilización de los tanques de almacenamiento es necesario dotarlosde una serie de conexiones para la carga, descarga o ventilación.



Tanque de superficie con conexiones

96

Como norma general, las conexiones se realizarán con tuberías rígidas,pudiéndose utilizar conectores flexibles para la conexión entre las tuberíasrígidas y las tubuladuras del tanque o equipos de consumo y bombeo.Estas conexiones deben construirse con materiales apropiados para eltrasiego de combustibles y se protegerán exteriormente con fundasmetálicas o similares.

En caso de que se utilicen estos conectores flexibles, deberán estarsiempre accesibles, para facilitar las operaciones de inspección ymantenimiento.

1.2.1. Conexiones para carga del tanque

El llenado de los tanques se realizará a través de una tubería de cargaque dispondrá del correspondiente acoplamiento rápido que garanticesu fijación, impidiendo la desconexión fortuita, además de ser compatiblescon los del camión o medio de transporte utilizado para el suministrode combustible a la instalación.

La boca de carga se situará a una distancia inferior a 10 metros de lazona donde se sitúan las unidades móviles para realizar las operacionesde trasvase de líquidos.

La tubería de carga entrará en el tanque hasta 15 cm del fondo, siempreque la capacidad de éste sea superior a 1000 litros, recomendándose queel final de la misma se realice en forma de cayado, si el combustiblealmacenado es de clase C o D, para evitar que se remuevan los residuosdepositados en el fondo.

Si la capacidad del tanque es inferior a los 3000 litros, y el combustiblealmacenado es de clase C o D, no será necesaria la presencia de unatubería de carga, realizándose el llenado a través de un orificio dispuestopara tal fin.

1.2.2. Ventilación

Los tanques deben disponer de una tubería de ventilación que permitala evacuación de gases, de forma que se evite la presurización del tanque.

Esta tubería tendrá un diámetro mínimo de 25 mm para tanques hasta3000 litros, y de 40 mm para el resto, desembocando al aire libre deforma que los vapores no puedan penetrar en locales o viviendas ni enpuntos con una fuente de calor que pueda provocar su ignición. Latubería debe quedar instalada con una pendiente del 1% hacia el depósitopara evitar el vertido de condensados.

Si el volumen de almacenamiento de productos de clase C o D es inferiora 1500 litros, la tubería de ventilación puede desembocar en un local



97

cerrado, siempre que esté correctamente ventilado, disponiendo derejillas con una superficie mínima de ventilación de 200 cm2.

1.2.3. Tuberías para extracción del combustible

La extracción del combustible se puede realizar por aspiración, impulsióno por gravedad, a través de una tubería que se dimensionará de acuerdocon el caudal que debe suministrarse a los puntos de consumo.

La tubería de extracción debe disponer de una válvula de retención paraevitar el vaciado de la tubería y una válvula de cierre rápido para casosde emergencia, que permanecerá abierta durante el funcionamientonormal de la instalación.

1.2.4. Tuberías de retorno

Devuelven al tanque parte del combustible que se ha enviado a los puntosde consumo a través de la tubería de extracción y que retorna por nohaber sido consumido.

Estas tuberías se dimensionan como las de extracción y deben cumplircon los mismos requerimientos que éstas.



98

2. INSTALACIÓN DE TANQUES

2.1. Tanques enterrados

Los tanques enterrados deberán tener una capacidad máxima dealmacenamiento de 100 m3 para combustibles de clase C y D, quedandoubicados a una distancia suficiente de los cimientos del edificio, paraevitar la transmisión de esfuerzos y a 0,5 m como máximo del límite dela propiedad.

Como medida de seguridad, este tipo de tanques debe incluir un sistemade detección de fugas, como un cubeto con tubo buzo o doble paredcon detección de fugas.

2.2. Tanques de superficie

Los tanques situados en superficie pueden estar situados en el interioro en el exterior de edificaciones.

En cualquiera de los dos casos, y siempre que no se trate de depósitosde doble pared, deberán estar situados dentro de un cubeto estanco dela misma capacidad que el tanque, cuya función es la de retener los



Tanque enterrado

Tanque de superficie con cubeto y alambrada

99

productos contenidos en el tanque en caso de rotura o derrame accidentaldurante los procesos de trasiego o manejo.

Si la capacidad del depósito es inferior a 1000 litros de combustible declase C o D, el cubeto puede sustituirse por una bandeja de capacidadigual al 10% de la del depósito.

En caso de ser necesario los tanques de superficie se protegeránmecánicamente contra impactos exteriores que puedan dañarlos.

2.2.1. Tanques de superficie interiores

La capacidad de los tanques para combustibles de clase C o D instaladosen el interior de edificios está limitada a 100 m3.

Si estos tanques tienen una capacidad superior a 5000 litros deberánestar situados en un recinto dedicado exclusivamente a este fin, conpuerta que se abra hacia el exterior, de acceso restringido conveniente-mente señalizado.

Los tanques de capacidad inferior, podrán estar situados en el mismolocal que la caldera, siendo la distancia mínima entre el tanque u otrofoco de calor de 1 metro, o de 0,5 metros si están separados por un murode resistencia al fuego RF-120. La temperatura de la superficie del tanqueno debe ser superior a 40° C en ningún caso.

La distancia mínima del depósito a los muros y a la cubierta en ningúncaso será inferior a 0,5 metros.

A efectos de prevención de incendios, los locales en los que se instale untanque de almacenamiento de combustible se considerará coma localde riesgo medio para combustibles tipo C y de riesgo bajo paracombustibles tipo D.

2.2.2. Tanques de superficie exteriores

Cuando los tanques para el almacenamiento de combustibles líquidosqueden ubicados en el exterior de edificios, deberán disponer de uncubeto impermeable, con una pendiente del 2% hacia una arqueta derecogida de vertidos.

La capacidad del cubeto dependerá del número de tanques que albergue:

• Un solo tanque: la misma capacidad que el tanque.

• Varios tanques: la misma capacidad que el mayor de los tanques oel 10% de la capacidad total.

La distancia entre recipientes para combustibles de clase C y D, concapacidad superior a 5000 litros, se recoge en la tabla siguiente:



100

Donde d es el diámetro del tanque.

Las distancias indicadas en la tabla pueden reducirse si se adoptanmedidas adicionales de protección contra incendios, que complementena las obligatorias, tales como la utilización de elementos separadoresresistentes al fuego, sistemas fijos de extinción de incendios, brigadaspropias de extinción de incendios, etc., previstos en la instrucción técnicacomplementaria MI-IP03.

2.3. Tanques situados en fosas

Los tanques de combustible pueden quedar ubicados dentro de una fosaque, en cualquier caso, debe ser estanca.

Si la fosa es cerrada, deberá cumplir con los mismos requerimientos queun almacenamiento en el interior de un edificio, no pudiéndose situarla cubierta de la fosa por encima de la cota del terreno.

Si la fosa está abierta, el almacenamiento se realiza por debajo de la cotadel terreno, considerándose como un almacenamiento en el exterior enla que las paredes de la fosa realizan la función de cubeto, tomando lasprecauciones oportunas para la evacuación de las aguas pluviales.

Se considera fosa semiabierta cuando dispone de una cubierta que dejaun espacio hasta la coronación de los muros de al menos 50 cm,permitiendo la correcta ventilación. Se considera a todos los efectoscomo una fosa abierta, en la que se ha eliminado el problema deeliminación de aguas pluviales al estar protegida por la cubierta.



CLASE DE PRODUCTO TIPO DE RECIPIENTE SOBRE EL QUE SE APLICA DISTANCIA MÍNIMA

C A RECIPIENTES PARA PRODUCTOS DE CLASE C Y D. 0,2 · d (mínimo 0,5 metros)

D A RECIPIENTES PARA PRODUCTOS DE CLASE D. 0,2 · d (mínimo 0,5 metros)

Tanque en fosa

101

2.4. Tanques semienterrados

El tanque semienterrado queda situado dentro de una fosa y cubiertopor una capa de arena inerte como se indica en la figura.

En este caso, el tanque ha de cumplir con lo especificado para los tanquesenterrados.



Tanque semienterrado

102

3. INSTALACIONES PARA SUMINISTRO DECOMBUSTIBLES POR TUBERÍA

3.1. Descripción

Estas instalaciones están destinadas a conducir el combustible líquidodesde el tanque de almacenamiento hasta el punto de consumo, para lageneración de agua caliente de calefacción y ACS.

El conjunto de la instalación de suministro de combustible líquido a lasinstalaciones de consumo, se inicia con un tanque de almacenamientoque debe reunir las condiciones establecidas en los puntos anteriores.

De este almacenamiento partirá una tubería que llevará el combustiblehasta un equipo de trasiego adecuado a las características de la instalaciónde consumo.

La red descrita en los párrafos anteriores, almacenamiento, equipo detrasiego, red de tuberías y sus accesorios, equipos de seguridad y controly equipos de medida tendrán la ubicación adecuada a las característicaspropias del elemento a instalar, lugar en el que se ubique, medidas deseguridad a tomar, y elementos que la rodeen, pudiendo variar para elmismo elemento en función de los condicionantes anteriormentemencionados u otros que pudieran existir.

3.2. Equipo de trasiego

El equipo de trasiego es el encargado de impulsar el combustible deltanque de almacenamiento a los puntos de consumo. En suministros porgravedad no será necesario instalar el equipo de trasiego, al realizar laaspiración la bomba del propio quemador.

Será un grupo de presión compuesto por los siguientes elementos:

• Grupos moto-bomba: impulsión del combustible.

• Un filtro: retención de impurezas.

• Un manómetro: lectura de presión en la impulsión.

• Un vacuómetro: lectura de depresión en aspiración.

• Un presostato: seguridad contra sobrepresiones por control demarcha/paro.

• Una válvula de seguridad, para evitar sobrepresiones en la red,haciendo retornar el combustible al tanque.

• Un vaso de expansión: protección golpe de ariete y regulación depresión.



103

El grupo de presión se montará en un alojamiento apropiado. Para lasinstalaciones exteriores, se alojará en una caseta resistente al fuego tipoRF-120, correctamente ventilada ventilación.

Cuando la instalación se realice en el interior de una edificación, sedeberá dotar de protección adecuada al lugar donde se encuentre. Sieste alojamiento se encuentra próximo a zonas habitadas se le dotarádel correspondiente aislamiento para evitar a la transmisión de ruidoso vibraciones molestas.

3.3. Tuberías de distribución

2.3.1. Tuberías y accesorios

El material de las tuberías para las conducciones de hidrocarburos podráser de acero al carbono, cobre, plástico u otro adecuado al producto quese trate, siempre que cumplan con los siguientes requisitos:

• Resistencia química interna y externa a los productos petrolíferos.

• Permeabilidad nula a los vapores de los productos petrolíferos.

• Resistencia mecánica adecuada a la presión de prueba.

Las uniones de los tubos entre sí y de éstos con los accesorios se haránde acuerdo con los materiales en contacto y de forma que el sistemautilizado asegure la resistencia y estanqueidad, sin que ésta pueda verseafectada por los distintos carburantes o combustibles a transportar.



Grupo de presión

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Las uniones de los diferentes tramos de la tubería de acero se realizaránpor soldadura a tope con oxiacetilénica o eléctrica.

No está permitido el uso de uniones desmontables (roscadas o embridadas)salvo en las uniones con equipos o que puedan ser permanentementeinspeccionadas visualmente.

Para la tubería de cobre el espesor de pared mínimo será de un milímetro.Las uniones de los diferentes tramos de la tubería de cobre se realizaráncon soldadura fuerte y a tope o con soldadura blanda con un contenidode plata de 6 por 100, como mínimo. Las uniones roscadas se limitarána las conexiones entre tubería y accesorios o entre accesorios.

Se utilizarán los medios o sistemas de montaje de forma que lasconducciones tendrán el menor número posible de uniones en surecorrido.

Las válvulas serán estancas, interior y exteriormente, debiendo resistiruna prueba hidráulica igual a tres veces la de trabajo, con un mínimode 6 kg./cm2. Será preceptivo que las válvulas que se instalen lleventroquelada la presión máxima a la que pueden estar sometidas.

Se instalarán llaves de corte, de cierre rápido, que permitan independizarcualquier ramal de la instalación, antes y después de los filtros, contadores,purgadores y cualquier otro accesorio o conjunto de ellos que se instale,a fin de poder facilitar su manipulación si fuera preciso, sin afectar porello a la totalidad de la red.

2.3.2. Instalación de las tuberías

La red de distribución de combustible líquido tendrá distintas formas ypuede discurrir por distintos lugares en función de la aplicación a quese destine y de la situación de los distintos componentes de la instalación.

Las tuberías pueden discurrir por el exterior de las edificaciones, encuyo caso irán enterradas, o por galería de servicios, o por el interior delas edificaciones.

Cuando las tuberías discurran por el exterior de las edificaciones iránenterradas en una zanja de 40 cm de profundidad, como mínimo, medidosdesde la superficie del terreno a la generatriz superior de la tubería. Estazanja, siempre que sea posible, será independiente de las de otros servicios.

Cuando la tubería de conducción de combustible líquido deba ir enterradaen una zanja con conducciones de otros servicios, se observarán lassiguientes condiciones:

• Se situarán a 30 cm, como mínimo, de las conducciones de gas yelectricidad.



105

• No podrán situarse, bajo ningún concepto, por encima de lasconducciones de agua potable.

Como medida de protección, la tubería irá enterrada en una capa dearena de río lavada. Esta capa tendrá un espesor de 10 cm por debajo,y 20 cm por encima de la tubería.

Las llaves de corte, purgadores y filtros, que se monten en los ramalesde distribución, irán alojadas en arquetas de fábrica con su correspondientetapa, que serán resistentes al paso de vehículos cuando estén situadas encalzadas o zonas de circulación de los mismos.

Los equipos de medida individual se alojarán en armarios apropiadosque les protejan mecánica y térmicamente.

Cuando la red discurra por el interior de un sótano o local anejo, biendiáfano o con uso definido (garaje, trasteros, etc.), la tubería dedistribución de combustible líquido se montará por el techo del local.En las zonas en las que tengan que discurrir por las paredes del mismose situarán lo más próximo posible al techo o al suelo.

No deberá ir empotrada en paredes, muros, forjados y fábricas en general,salvo caso excepcional.

Las tuberías estarán instaladas de forma que su aspecto sea limpio yordenado, dispuestas en líneas paralelas o a escuadra con los elementosestructurales del edificio.

La separación entre tuberías y su accesibilidad serán tales que puedamanipularse o sustituirse una tubería sin tener que desmontar el resto.

Los apoyos o amarres de las tuberías serán tales que no se puedanproducir flechas superiores al 2 por 1.000, ni ejerzan esfuerzo algunosobre elementos o aparatos a los que estén unidas, permitiendo la libredilatación de la tubería.

Entre sujeción y tubería se intercalará material elástico apropiado.

Existirá al menos un soporte entre dos uniones de tuberías y, conpreferencia, se colocarán éstos al lado de cada unión.

Los tubos llevarán elementos de soporte a una distancia no superior ala indicada en la tabla siguiente:



106



No se podrán utilizar soportes de madera o alambre como elementosfijos. Si se emplearan durante la ejecución de la obra deberán serdesmontados al finalizar ésta o sustituidos por los indicados anteriormente.

Todos los soportes deberán ir montados sobre elementos elásticos,empotrados en la fábrica a la que se sujete la tubería, a fin de evitartransmisión de ruidos y vibraciones a la edificación.

Cuando las tuberías pasen a través de muros, tabiques, forjados, etc., sedispondrán

manguitos pasamuros protectores, que dejen espacio libre alrededor dela tubería de 10 mm, debiendo rellenarse este espacio con materiaplástica. Los manguitos deberán sobresalir de los paramentos al menos5 mm.

Dentro de la vivienda, e inmediatamente antes del equipo de consumo,se instalarán los siguientes elementos:

• Válvula limitadora de presión, con o sin manómetro.

• Válvula de corte automática (electroválvula enclavada con elquemador) o manual, instalada inmediatamente antes del quemador.

• Filtro.

TUBOS DE COBRE TUBOS DE ACERO

Diámetro Nominal Separación máxima Diámetro Nominal Separación máxima

de la tubería en mm. entre soportes en metros. de la tubería en mm. entre soportes en metros

< 15 1,80 10 1,20

20 2,50 De 10 a 20 1,80

25 2,50 De 25 a 40 2,40

32 2,80 De 50 a 100 3,00

40 3,00

60 3,00

70 3,00

80 3,50

100 4,00

125 5,00

150 6,00

107



4. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO

Las instalaciones, los equipos y sus componentes destinados a la proteccióncontra incendios en un almacenamiento de combustibles líquidos seajustarán a lo establecido en el reglamento de instalaciones de proteccióncontra incendios.

La protección contra incendios estará determinada por el tipo de líquido,la forma de almacenamiento, su situación y la distancia a otrosalmacenamientos y por las operaciones de manipulación, por lo que encada caso deberá seleccionarse el sistema y agente extintor que másconvenga.

4.1. Instalaciones de superficie en exterior de edificios

3.1.1. Protección con agua

No necesitan sistemas de protección contra incendios por agua, losalmacenamientos de superficie, cuando su capacidad global no excedade:

500 metros cúbicos para los productos de la clase C.

Sin límite para los productos de la clase D.

Deberán disponer de un sistema de abastecimiento de agua contraincendios, los almacenamientos de superficie con capacidades globalessuperiores a las anteriores, y que no excedan de 1.000 metros cúbicospara los productos de la clase C.

La red de distribución de agua, en este caso, será de utilización exclusivapara este fin, y deberá tener las bocas de incendio suficientes, mediantehidrantes de arqueta o de columna, o bocas de incendio equipadas, queaseguren de forma inmediata y continua el caudal de agua requeridosegún lo establecido en la Instrucción Técnica MI-IP03.

3.1.2. Protección con extintores

En todas las zonas del almacenamiento donde existan conexiones demangueras, bombas, válvulas de uso frecuente o análogos, situados enel exterior de los cubetos y en sus accesos se dispondrá de extintores deltipo adecuado al riesgo y con eficacia mínima 144b para productos declase B y de 89b para productos de las clases C y D.

Los extintores, generalmente, serán de polvo, portátiles o sobre ruedas,dispuestos de tal forma que la distancia a recorrer horizontalmente desde

108



cualquier punto del área protegida hasta alcanzar el extintor adecuadomás próximo no exceda de 15 m.

La distancia de los extintores a los puntos de suministro no podrá excederde 15 m para clase B y 25 m de clases C y D.

4.2. Instalaciones de superficie en interior de edificios

Para los productos de las clases C y D se instalarán extintores de tipoadecuado al riesgo y con eficacia mínima 89b.

En todas estas instalaciones los medios de protección y extinción quetengan funcionamiento manual deberán estar al alcance del personalque los maneje. Entre el almacenamiento y los equipos la distanciamáxima en horizontal no excederá de 15 m; de estar los tanques dentrode cubeto o habitación, los equipos se encontrarán fuera.

109



RESUMEN

Las instalaciones de almacenamiento de combustibles adquieren especialimportancia por su peligrosidad intrínseca.

A lo largo de esta unidad se han expuesto las distintas posibilidades dealmacenamiento en tanques fijos de combustibles tipos C y D.

Es necesario hacer especial hincapié en la necesidad de respetar en todomomento la normativa vigente aplicable a este tipo de instalaciones, queestablece la condiciones necesarias que se deben cumplir para unalmacenamiento seguro de los productos combustibles.

111




1. ¿Qué es un tanque de almacenamiento?

2. ¿Cuáles son las conexiones de que debe disponer un tanque?

3. Características de la tubería de llenado del tanque.

4. ¿Bajo qué condiciones puede compartir local el tanque de combustiblecon la caldera?

5. ¿Qué es un cubeto y cuál es su función?

6. ¿Qué es el equipo de trasiego y de qué elementos se compone?

113



BIBLIOGRAFÍA













Martín Sánchez, Franco: Manual de Instalaciones de Fontanería y Saneamientos.A. Madrid Vicente, Ediciones





SEDICAL, S.A.



CALDERAS BUDERUS


VAILLANT



U.D. 3 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN PORRADIADORES Y PRODUCCIÓN DE AGUACALIENTE SANITARIA

M 7 / UD 3


U.D. 3 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR RADIADORES Y PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

117

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 119

Objetivos ........................................................................................ 121

1. Datos de partida....................................................................... 123

1.1. Plano de la vivienda ......................................................... 123

1.2. Demanda de la carga térmica en las dependencias ....... 123

1.3. Puntos de consumo de ACS y demanda prevista ........... 126

2. Tuberías ................................................................................... 129

2.1. Materiales para tuberías................................................... 129

2.2. Instalación de tuberías para conducción de agua

caliente.............................................................................. 134

3. Situación de los elementos de la instalación ......................... 136

3.1. Grupo térmico y acumulador de ACS............................. 136

3.2. Depósito de gasóleo ......................................................... 136

3.3. Chimenea ......................................................................... 138

3.4. Radiadores ........................................................................ 138

4. Selección y dimensionado de los emisores (radiadores) ..... 140

4.1. Tipos de radiadores ......................................................... 140

4.2. Dimensionado de los radiadores..................................... 142

4.3. Dimensionado de radiadores para el ejemplo

propuesto.......................................................................... 144

5. Distribución y dimensionado de tuberías de calefacción..... 146

5.1. Tipos básicos de instalación ............................................ 146

5.2. Dimensionado de la red de tuberías............................... 147

6. Distribución y dimensionado de las tuberias de ACS ........... 160

6.1. Tipos de instalación ......................................................... 160

6.2. Dimensionado de las tuberías de ACS............................ 160

7. Puesta en marcha de la instalación ........................................ 166

8. Operaciones de mantenimiento de la instalación ................ 167

Resumen ........................................................................................ 169

Actividades complementarias ....................................................... 171

Bibliografía .................................................................................... 173



119

INTRODUCCIÓN

Para elevar la temperatura de una vivienda se emplean varios sistemasde calefacción. Aparte del generador de calor, que en nuestro caso seráuna caldera de pie gasóleo, necesitamos un circulador que mueva el aguacalentada en el generador o agua de primario hacia la instalación acalefactar. Ya en el local calefactado necesitamos unos emisores de calorque transmitan el calor del agua calentada o de primario procedente delgenerador al local.

El sistema de calefacción por radiadores es comúnmente utilizado yaprovecha la transmisión de calor por convección, siendo los elementosdisipadores radiadores.

Habría que comentar que los radiadores del sistema de calefacción selocalizan en determinados puntos del local a calefactar, trabajando atemperaturas medias que en ningún caso deben superar los 80° C,produciendo un efecto de circulación del aire en la estancia porconvección, al calentarse éste en la proximidad del radiador y comenzarun ascenso a las zonas altas de la estancia.

Al enfriarse en su recorrido, baja nuevamente el aire volviendo a pasarpor el radiador. Cuanta más superficie emisora de calor, mayor conforttendremos con este sistema.

En esta unidad se proyectará una instalación de calefacción y agua calientesanitaria para una vivienda unifamiliar, estudiando todos los elementosque la componen y su funcionamiento.

La instalación a proyectar, seguirá el esquema de la figura:

120



Como se ha comentado, se utilizará como generador una caldera degasoil que proporcionará agua caliente para el sistema de calefacciónpor radiadores y para el acumulador de agua caliente sanitaria. Ladistribución de agua caliente para los dos suministros se proyectará contubo de cobre rígido, convenientemente aislada cuando sea necesariocon coquillas aislantes tipo armaflex.

121

OBJETIVOS

Entre los objetivos de esta unidad se encuentran la descripción de loselementos propios de una instalación de calefacción por radiadores y laproducción de agua caliente sanitaria, utilizando como generador unacaldera que utiliza gasoil como combustible.

Igualmente se establecerán los criterios para la selección y dimensionadode los elementos que componen la instalación, según el esquemapresentado anteriormente.



123

1. DATOS DE PARTIDA

Para dimensionar una instalación de calefacción y agua caliente sanitaria,ofreciendo el resultado que resulte más favorable al usuario final desdeel punto de vista técnico y económico, es necesario disponer de una seriede datos que nos permitan realizar tanto los estudios previos necesariospara determinar las características generales de la instalación (tipo deinstalación, materiales a emplear, trazados de tuberías,…) como loscálculos necesarios para realizar un correcto dimensionado.

Entre los datos y documentación necesarios más relevantes, podemosenumerar los siguientes:

• Planos del edificio.

• Materiales de construcción empleados.

• Uso a que está destinado el edificio.

• Temperaturas interiores y exteriores.

• Tipo de instalación.

• Combustible a emplear.

1.1. Plano de la vivienda

En esta unidad se realizará el diseñode un sistema de calefacción porradiadores y de producción de aguacaliente sanitaria para una viviendaunifamiliar. El plano que utilizaremosa lo largo de toda la esta unidad esel Plano 1.

La vivienda en cuestión considera-remos que está situada en la provinciade Valencia, próxima a la costa.

1.2. Demanda de la cargatérmica en las dependencias

La instalación de calefacción de unedificio debe suministrar toda lapotencia calorífica necesaria paracompensar todas las pérdidas de calorque se producen, a través de lasparedes o por infiltraciones o airenecesario para la ventilación.



Plano 1

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Estas pérdidas de calor estáncondicionadas básicamente portres factores:

• Temperatura interior deledificio, que para el caso deviviendas oscila entre 20° C y23° C.

• Zona climática en que seencuentra el edificio y lasinclemencias del tiempo a quese verá sometido.

• Características propias deledificio (materiales empleadosen la construcción y calidadesde los mismos.

Para conocer la demanda total de calefacción del edificio deberíamoscalcular las pérdidas de calor a través de los cerramientos del mismo, apartir de datos como los coeficientes de transmisión térmica y la diferenciade temperatura entre el interior y el exterior. Este cálculo resulta laboriosoy no aporta nada al contenido de este módulo, por ser materiacorrespondiente a otras asignaturas de este mismo ciclo formativo, porello, para realizar los cálculos de manera aproximada y que nos permitadesarrollar de una forma más o menos precisa el proyecto propuesto enesta unidad se expone un método de cálculo estimativo, que con ayudade tablas nos permite obtener unos resultados aproximados, válidos parala realización de estudios y anteproyectos.

En la tabla siguiente podemos obtener las pérdidas de calor de cadaestancia de la vivienda en función de su volumen:



DEMANDA POR TEMPERATURA INTERIOR DEMANDA DE CALOR DEMANDA DE CALORHABITACIÓN RECOMENDABLE (°C) kW/h · m3 Kcal/h · m3

Salas de estar 22° C 0.0588 50.6

Dormitorios 21° C 0.0536 46.0

Cocinas 20° C 0.0480 41.4

Baños 21° C 0.0536 46.0

Pasillos 18° C 0.0400 34.5

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Los resultados obtenidos de esta tabla deben multiplicarse por una seriede factores que dependen de la zona climática donde se encuentre, y dela orientación de las distintas habitaciones de la vivienda.

1.2.1. Cálculo de demandas de calefacción parael ejemplo propuesto

Los cálculos que debemos realizar, empleando el método simplificadoanteriormente, para determinar cuál será la demanda de energía parala calefacción de la vivienda se resumen en la tabla de la página siguiente.

Para el cálculo de la volumetría se ha considerado una altura de 2,5 mpara todas las estancias, y que la vivienda está situada en una zonaclimática B.

Las superficies de las habitaciones se han calculado con ayuda de laescala indicada en el plano de la vivienda, al igual que la orientación dela misma.



ZONA CLIMÁTICA FACTOR C

A 0.7

B 0.8

C 0.9

D 1.0

E 1.15

ORIENTACION FACTOR O

Zonas de montaña 1.2

Orientación Norte 1.15

Otras 1

126

1.3. Puntos de consumo de ACS y demanda prevista

El propósito del sistema de producción de agua caliente sanitaria essuministrar a cada aparato de consumo el caudal de agua caliente quedemanda, a la temperatura adecuada y en el momento preciso, teniendoen cuenta que ésta se mezcla habitualmente con agua fría.

Para usos sanitarios, es necesario calentar el agua fría procedente de lared, que llega a una temperatura que oscila entre los 6 y los 14° C,dependiendo de la zona y la época del año, hasta los 40 ó 45° C, que esla temperatura de uso.

El consumo diario de agua caliente depende de multitud de factores.Entre ellos podemos destacar el uso a que se destina el edificio, lascostumbres de sus habitantes, la época del año, incluso el día de lasemana. Por este motivo, los valores que se utilizan a continuación pararealizar el cálculo de la demanda prevista son orientativos.

Para determinar el consumo de agua caliente sanitaria para el caso deuna vivienda, en la que se prevé la instalación de un acumulador nosbasaremos en la tabla de consumos diarios en litros para los distintospuntos de consumo, que nos servirán de orientación.



EstanciaSuperficie

(m2)

Volumen

(m3)

Factor de

zona

climática

Factor de

orientación

Demanda

de calor

(Kcal/h·m3)

Demanda

total de

calor

(Kcal/h)

Dormitorio 1 12.25 30.625 0.8 1.15 46.0 1296,05

Dormitorio 2 10.5 26.25 0.8 1.15 46.0 1110,09

Dormitorio 3 11.05 27.625 0.8 1 46.0 1010,60

Salón comedor 27.36 68.4 0.8 1 50.6 2768,80

Coc ina 9.25 23.125 0.8 1 41.4 765,90

Aseo 1 2.55 6.375 0.8 1 46.0 234,60

Aseo 2 3.5 8.75 0.8 1 46.0 322,00

Pasillo 10.38 25.95 0.8 1 34.5 716.22

TOTALES 8323,75

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El cálculo se realiza teniendo en cuenta que la temperatura dentro delacumulador es de 60° C.

Una vez conocidos los puntos de consumo que debemos alimentar, elprocedimiento a seguir consistirá en sumar todas las demandas de ACSa la temperatura de 40° C, que coinciden con las indicadas en la últimacolumna de la tabla informativa anterior, y aplicarles un coeficiente desimultaneidad, que dependerá del confort que se quiera conseguir:

Confort reducido K = 0.5

Confort medio K = 0.7

Confort elevado K = 0.9

1.3.1. Cálculo de la demanda de ACS para el ejemplo propuesto

Aplicando el método de cálculo propuesto, a la vivienda que estamosutilizando como ejemplo, tendremos que para los puntos de consumode la misma, la demanda de agua caliente sanitaria a 40° C será lasiguiente:



PUNTOS DE CONSUMO CONSUMO (l) TEMPERATURA DE USO (°C) CONSUMO A 40°C (l)

Lavabo 9 35 7.5

Fregadero 25 45 29.2

Bañera 150 40 150

Ducha 40 40 40

Bidé 5 38 4,7

PUNTO DE CONSUMO CANTIDAD CONSUMO A 40°C

Fregadero 1 29.2

Lavabo 2 15

Bidet 1 4.7

Bañera 1 150

Ducha 1 40

TOTAL 238.9 litros

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Si queremos tener un grado de confort medio, tendremos que multiplicarel resultado obtenido por 0,7, obteniendo que la demanda prevista deagua caliente sanitaria a 40° C será de 167,23 litros diarios.

La potencia calorífica necesaria para la producción del agua calientesanitaria se puede calcular aplicando la fórmula siguiente:

Donde:

V = volumen del acumulador (m3)

Pe = peso específico del agua caliente en (kg/l)

Ce = calor específico del agua (kcal/kg °C)

T = salto térmico entre el agua de entrada y de salida (°C)

t = tiempo necesario para la puesta en servicio (horas)

Considerando valores habituales para viviendas, con un salto térmico de50° C y tiempo para puesta en servicio de 2 horas, podemos calcular lapotencia calorífica requerida para la instalación propuesta como ejemplo,obteniendo:



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2. TUBERÍAS

2.1. Materiales para tuberías

2.1.2. Cobre

Los tubos de cobre son de los más utilizados para la fabricación detuberías. En el comercio se pueden encontrar dos calidades:

• Cobre duro: tubería rígida que se suministra en barras de 5 ó 6 metrosde longitud, apropiada para la ejecución de instalaciones vistas porsu resistencia mecánica.

• Cobre recocido: después de aplicarle el tratamiento térmico adecuado,se consigue un material más maleable, que conserva el resto de suscaracterísticas intactas. Comercialmente se presenta en rollos, cuyalongitud depende del diámetro del tubo, lo que lo hace apto parainstalaciones sinuosas con tramos de gran longitud, por la facilidaddel mismo para adaptarse a cualquier trazado.

El cobre en general presenta una serie de características que lo hacenespecialmente apto para realizar instalaciones de fontanería, calefacción,conducción de gases, etc. Sus características más destacables son:

• Gran resistencia a la corrosión.

• Interior totalmente liso (provoca pequeñas pérdidas de carga e impidelas incrustaciones).

• Fácil de instalar y manipular, pudiéndose cortar y soldar fácilmentepor capilaridad.

Los inconvenientes que presenta su utilización son su elevado coste encomparación con otros materiales y el elevado coeficiente de dilatación,que obliga a tomar algunas precauciones cuando se utiliza en instalacionesde agua caliente y calefacción.

Para la ejecución de instalaciones con tubería de cobre hay disponiblesen el mercado gran variedad de accesorios, preparados para su uniónmediante soldadura por capilaridad o con manguitos mecánicos decompresión, ofreciendo todas estas uniones gran confiabilidad.

Comercialmente, los tubos de cobre se denominan por su diámetroexterior y el espesor del tubo.

El mayor problema que puede presentar la utilización de tuberías decobre aparecerá cuando se realicen instalaciones mixtas en las que seutilizan tuberías de cobre y de acero, ya que se forma una pila elemental



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que provoca la oxidación y picado de la tubería de hierro. Para evitar laaparición de este fenómeno, hay que tomar las precauciones que seindican a continuación:

• Montar un manguito de plástico que sirva de aislante en el punto deunión de los dos materiales.

• Procurar, siempre que sea posible, que la tubería de hierro esté situadaantes que la de cobre en el sentido de la circulación del agua.

• Utilizar ánodos de sacrificio que protejan las tuberías de hierro.

2.1.2. Acero galvanizado

Son tuberías que se construyen con acero de bajo contenido en carbonoque se galvaniza posteriormente para aumentar su resistencia a lacorrosión.

Este tipo de tuberías son de elevada resistencia mecánica y permitenrealizar las uniones por soldadura, con accesorios roscados o con bridas.



DIMENSIONES TUBERÍAS DE COBRE.

ESPESORES (mm)

0,75 1 1,2 1,5

DIÁMETRO

EXTERIOR

(mm) DIÁMETRO INTERIOR (mm)

6 4,5 4,0 -- --

8 6,5 6,0 -- --

10 8,5 8,0 -- --

12 10,5 10,0 -- --

15 13,5 13,0 -- --

18 16,5 16,0 -- --

22 -- 20,0 19,6 19,0

28 -- 26,0 25,6 25,0

35 -- 33,0 32,6 32,0

42 -- 40,0 39,6 30,0

54 -- -- 51,6 51,0

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Tienen el inconveniente de presentar una superficie interior rugosa,que además de facilitar los depósitos de cal aumenta las pérdidas depresión.

Su uso en instalaciones de tipo residencial está siendo desplazado porotros tipos de materiales más duraderos, higiénicos y fáciles de instalar.

Comercialmente se presenta en barras de 5 ó 6 metros de longitud enuna gama de diámetros en pulgadas.

2.1.3. Acero inoxidable

El acero inoxidable se considera un material higiénico, como se demuestraen la mayoría de las aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica.Entre las características más destacables para su utilización en instalacionesde agua caliente sanitaria y calefacción, podríamos destacar su resistenciafrente a los agentes externos, que lo hacen resistente a la corrosión, evitalas incrustaciones y provoca una mínima pérdida de carga, obteniéndosemayores velocidades del fluido.

También permite obtener excelente acabado decorativo evitando costosadicionales de pinturas o protecciones exteriores. También presentamenor conductividad térmica que otros materiales.

Los principales inconvenientes de uso de los aceros inoxidables son elcoste de los materiales, que resultan mucho más caros que otros, y ladificultad de manipulación, mecanizado y soldadura, por su gran resistencia



DIMENSIONES DE TUBERÍA DE ACERO GALVANIZADO NORMA ISO

Diámetro nominal Diámetro nominal Espesor de pared Diámetro interior

(pulgadas) (mm) (mm) (mm)

3/8 10 1,8 13,15

1/2 15 2 17,75

3/4 20 2,35 22,05

1 25 2,65 28,20

1 1/4 32 2,65 36,95

1 1/2 40 2,90 42,45

2 50 2,90 54,20

2 1/2 65 3,25 69,00

3 80 3,25 81,75

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y especial cuidado que hay que tener para evitar que pierda suscaracterísticas al someterlos a procesos de soldadura.

Para las instalaciones sanitarias y en viviendas se han desarrollado gamasde tubos y accesorios, para soldadura por capilaridad o uniones prensadascon los que se consiguen abaratar los costes de mano de obra en laejecución de instalaciones con tubos de acero inoxidable.

2.1.4. Materiales plásticos

Dentro de la gran variedad de materiales plásticos que podemos encontraren el mercado, los que se utilizan más comúnmente en la fabricación detuberías son el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno (PE) y elpolipropileno (PP).

Cada uno de estos materiales tienen unas características diferenciadas,pero en general todas las tuberías de materiales plásticos se caracterizanporque:

• Son ligeras y muy resistentes a los agentes externos (salvo a loshidrocarburos, que pueden deteriorarlas).

• Son aislantes térmicos y eléctricos.

• Son fáciles de manipular, pudiéndose modelar y soldar al aplicarlescalor.

• Tienen un interior muy liso, por lo que provocan pocas pérdidas depresión y difícilmente se producen incrustaciones.

Como inconvenientes, podemos resaltar los siguientes:

• Elevado coeficiente de dilatación térmica.

• Presión de trabajo limitada a un máximo de 25 bar.

• Envejecen en presencia del aire y de la luz solar.

2.1.4.1. PVC y polietileno

Son tubos rígidos que se presentan comercialmente en barras de hasta5 m, en una gama de presiones que va desde los 4 kg/cm2 a los 16 kg/cm2.

Hay disponibles para este tipo de material gran variedad de accesorios.Las uniones se realizan por un acoplamiento cilíndrico machihembradoque se puedo encolar o soldar por fusión.

En el caso del polietileno, también se presenta en tubos flexibles que sepueden unir con acoplamientos elásticos o con accesorios prensados delatón.

Estos tubos son muy resistentes a los materiales de obra y tampoco seven afectados por la corrosión, como ocurre con los materiales metálicos.



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DIMENSIONES TUBERÍAS DE PRESIÓN DE PVC.

PRESIÓN DE SERVICIO (kg/cm2)

4 6 10 16

DIÁMETRO

EXTERIOR

(mm) ESPESOR (mm)

16 --- --- --- 1,2

20 --- --- --- 1,5

25 --- --- 1,5 1,9

32 --- --- 1,8 2,4

40 --- 1,8 2,0 3,0

50 --- 1,8 2,4 3,7

63 --- 1,9 3,0 ---

DIMENSIONES TUBERÍAS DE PRESIÓN DE PE.

PRESIÓN DE SERVICIO (kg/cm2)

4 6 10

DIÁMETRO

EXTERIOR

(mm) ESPESOR (mm)

10 2,0

12 2,0

16 --- --- 2,0

20 --- --- 2,0

25 --- 2,0 2,3

32 --- 2,0 2,9

40 2,0 2,3 3,6

50 2,0 2,8 4,5

63 2,4 3,6 5,7

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2.1.5. Materiales multicapa

Son materiales plásticos sometidos a un proceso de fabricación especialque permite mejorar sus características resistentes, sobre todo aumentandosu resistencia al calor.

El más extendido es el polietileno reticulado. Tienen la ventaja depresentarse en tubos flexibles de gran longitud, lo que permite realizarlargas tiradas de tubería sin empalmes ni uniones.

Estos tubos están especialmente indicados para la realización deinstalaciones de agua caliente sanitaria y calefacción.

Las uniones se realizan por medio de accesorios de latón prensados.

2.2. Instalación de tuberías para conducción deagua caliente

Las tuberías deben dar un servicio continuo y duradero, por lo que debeninstalarse tomando las precauciones necesarias, siguiendo unas sencillasreglas.

En principio, las tuberías pueden montarse vistas o empotradas en obra.En general, es aconsejable que las tuberías no entren en contacto conlos materiales de la obra, por lo que en caso de tuberías empotradas esconveniente protegerlas con recubrimientos apropiados.

Para evitar la formación de bolsas de aire que dificulten la circulacióndel agua, hay que prestar especial atención al trazado de las tuberías,evitando recorridos zigzagueantes y cambios de altura. Es recomendablemontar los tubos con una pequeña pendiente del 2% para favorecer laevacuación de burbujas de aire, colocando en el punto más alto delcircuito un purgador automático de aire.

Deben disponerse los apoyos necesarios para las tuberías, situados,dependiendo del material y del diámetro de la tubería, cada dos o tresmetros. Estos apoyos se fijarán siempre sobre el tubo y no sobre losaccesorios o soldaduras. En el caso de utilizar tubos de cobre, se fijarána las paredes o techos con abrazaderas de latón o cobre, de las que existenen el mercado a tal efecto.

Las tuberías no deben entrar nunca en contacto con instalacioneseléctricas o de telecomunicaciones para evitar la corrosión o las posiblesderivaciones eléctricas.

Cuando se realizan instalaciones de tuberías para la distribución de aguacaliente, bien sea para uso sanitario o para sistemas de calefacción, esnecesario tomar precauciones para garantizar un adecuado suministro,para evitar problemas derivados de los fenómenos de contracción y

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dilatación de los tubos como consecuencia de los cambios de temperaturaa que se ven sometidos, y para evitar las pérdidas de calor.

Con carácter general, deberemos tener en cuenta las normas siguientes:

• La distancia entre las tuberías de agua caliente y agua fría debe sercomo mínimo de 4 cm, situándose la de agua caliente por encima dela de agua fría.

• Las tuberías de agua caliente deberán estar aisladas térmicamentepara evitar pérdidas de calor, especialmente las tuberías del sistemade calefacción que circulen por el exterior del edificio o por localesno calefactados.

• En los tramos rectos de tubería, deberá colocarse un compensadorde dilatación cada 25 metros como mínimo. Así mismo, los soportesdel tubo se colocarán lejos de los cambios de dirección (esquinas),situados siempre sobre tramos rectos para permitir la dilatación delas tuberías y evitar la aparición de tensiones sobre los accesorios.

• Deben tomarse las precauciones necesarias para evitar la formaciónde bolsas de aire, bien dando a la tubería la pendiente adecuada omontando purgadores automáticos de aire.

• El paso de tabiques o forjados se realizará con manguitos pasamurosholgados (mínimo 10 mm), que se sellarán con materiales aislantesflexibles.

• Como norma general, se evitará el uso de materiales plásticos en lastuberías de agua caliente.

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3. SITUACIÓN DE LOS ELEMENTOS DELA INSTALACIÓN

3.1. Grupo térmico y acumulador de ACS

El grupo térmico y el acumulador de ACS quedarán ubicados en unasala especialmente prevista para su colocación, junto con el depósito degasóleo. Esta sala no tendrá la consideración de sala de máquinas segúnel RITE por no superar la potencia de la caldera los 70 kW.

Se tomará la precaución de situar dos rejillas de ventilación cuya dimensiónmínima debe ser de 5 cm2 por kW instalado. Se situarán una en la partebaja del local, a 10 cm del suelo, y otra en la parte superior, a 20 cm deltecho. De esta forma se asegura el aporte de aire necesario para realizarla combustión del gasóleo en el hogar de la caldera.

Tanto la caldera como el acumulador se conectarán utilizando los racoresde conexión proporcionados por el fabricante. Se conducirán a un puntode desagüe tanto las válvulas de vaciado como las de seguridad, procurandoque el paso de agua en estos casos resulte visible.

3.2. Depósito de gasóleo

El depósito para almacenamiento de combustible tendrá una capacidadtal que garantice el funcionamiento de la instalación durante un periodode 30 días.

Existen diversas posibilidades para la instalación del depósito decombustible; enterrados en interior o exterior, se superficie interioreso a la intemperie, en posición horizontal o vertical, depósitos de chapade acero o de polietileno,…

Para la instalación proyectada en esta unidad se propone la instalaciónde un depósito de polietileno, apto para almacenar productos petrolíferoscon punto de inflamación superior a los 55° C, instalado en el interiory con una capacidad de 1.000 litros de gasóleo.

Para la correcta instalación del depósito de polietileno, se utilizarán losaccesorios siguientes:

• Cubeta de seguridad para evitar derrames de combustible en caso deque se produzcan fugas o roturas accidentales del mismo. Esta cubetase instalará con una pendiente del 2% hacia un lado que permita lainspección visual de la misma. No dispondrá de sumidero ya queestá prohibido el vertido de hidrocarburos a través de la red desaneamiento.

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• Conducto de respiración o venteo. Esta tubería tendrá un diámetrode 30 mm para depósitos de 1000 litros; se evitarán codos y tramoshorizontales donde pueda quedar acumulado combustible y entrarándentro del depósito más de 30 mm.

• Tubería de carga o llenado. Para depósitos de 1000 litros, debe tenerun diámetro de 3" y llegar hasta el fondo del depósito. Tendrá unalongitud máxima de 25 m y una pendiente del 5% para que elcombustible fluya hacia el depósito.

• Válvula de corte en el conducto de salida del depósito y válvula devaciado del mismo.

El local donde quede ubicado el depósito de combustible deberá cumplircon las condiciones siguientes:

• Deberá estar aislado del resto del edificio con paredes resistentes alfuego (RF-120), y ubicado en la planta más baja, con puerta de accesocon apertura hacia el exterior y convenientemente señalizada.

• Deberá disponer de un sistema de ventilación natural o forzada. Estaventilación será independiente de la requerida para la caldera. Eneste caso se instalarán rejillas para ventilación natural cuya superficieserá de 100 cm2 por cada 10 kW. de potencia instalada.

• Alrededor del depósito se dejará un espacio suficiente para poderinspeccionarlo cómodamente (mínimo 40 cm). Del mismo modo esrecomendable que el depósito quede instalado a una altura de0,5 metros del suelo.

• El depósito de combustible no podrá quedar ubicado en el mismolocal que la caldera salvo en el caso de que su capacidad sea comomáximo de 1000 litros y la distancia a la caldera sea superior a 3 metros.

Para llevar el combustible hasta el quemador de la caldera, se instalaráun circuito de transporte. La alimentación de combustible puede hacersepor gravedad, siempre que el depósito esté situado por encima delquemador y la bomba del combustible del mismo sea capaz de aspirarel gasóleo. En caso contrario, será necesario realizar una alimentaciónforzada, con ayuda de un grupo de presión auxiliar.

En el proyecto que nos ocupa se alimentará el quemador por gravedad,con una instalación ejecutada con tuberías de cobre rígido y que estarácompuesta por una doble línea, para alimentación y retorno. Ambastuberías deben contar con válvulas de corte en sus extremos para permitiraislar el depósito y el quemador para facilitar las posibles operacionesde limpieza o mantenimiento.

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A la entrada del quemador se instalará un filtro de gasoil para evitar lallegada de impurezas al mismo, y a la salida una válvula antirretorno queimpida el retroceso del combustible hacia el quemador.

3.3. Chimenea

Para garantizar el correcto funcionamiento de la caldera es necesarioque la instalación de la chimenea se realice adecuadamente, situandoel conducto vertical de la misma lo más cerca posible de la salida dehumos de la caldera y limitando en lo posible la presencia de codos, otramos horizontales que favorecen las pérdidas de carga y la acumulaciónde suciedad, con la consiguiente pérdida de tiro.

La chimenea a utilizar debe estar aislada térmicamente con lana de rocapara evitar condensaciones por enfriamiento de los humos.

Por tratarse de un uso residencial y estar instalada a la intemperie, elmaterial elegido para los tubos que conforman la chimenea es el aceroinoxidable, que es resistente a la corrosión, al tiempo que ofrece unaspecto decorativo.

Para evitar molestias provocadas por los humos resultantes de lacombustión, la chimenea deberá tener una altura tal, que supere en3 metros la altura de la vivienda.

3.4. Radiadores

Como se verá más adelante, los radiadores son los elementos que van aceder calor a la habitación.

Para obtener una temperatura uniforme en todo el local, los emisoresdeben emplazarse, siempre que sea posible, en la pared más fría de laestancia o en los puntos de entrada de corrientes de frío, evitando siempreque sea posible que queden ubicados dentro de nichos o debajo derepisas, ya que esto provoca la pérdida de potencia calorífica de losmismos. El lugar más adecuado para su instalación es debajo de lasventanas que pueda tener la habitación.

Los radiadores deben quedar fijados con soportes específicos ymanteniendo las distancias al suelo y a la pared adecuadas.

En el caso de los radiadores elegidos para la instalación ejemplo, deberánquedar situados a 10 cm sobre el suelo y a 4 cm de la pared, de formaque se deje suficiente espacio para la correcta circulación de aire.

En el proyecto que se está desarrollando como ejemplo, los radiadoresse han situado debajo de las ventanas en los dormitorios. En el pasillose ha optado por colocar uno en cada extremo, donde están las puertas.Los aseos no tienen una pared especialmente fría, por lo que se han

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instalado junto a las puertas, donde había espacio disponible. En el salóncomedor, hay una gran ventana, pero por la distribución del mobiliarioy las características de la ventana mirador, se ha optado por dividir elradiador en dos módulos iguales y situarlos uno a cada lado de la puerta,por ser el único espacio que quedaba libre.

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4. SELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE LOS EMISORES(RADIADORES)

4.1. Tipos de radiadores

Los radiadores son los elementos de la instalación que proporcionaránel calor necesario a cada estancia del edifico para mantener unascondiciones de confort preestablecidas. Los radiadores permiten la cesióndel calor desde el fluido caloportador al ambiente por convección y porradiación.

Los tipos de radiadores más utilizados en las instalaciones de calefacciónde viviendas son los siguientes:

• Radiadores de hierro fundido:

Son el tipo de radiador más tradicional, está compuesto por variosmódulos que se acoplan entre sí.

Tienen la ventaja de ser muy duraderos. Debido al material con queestán construidos y a la gran cantidad de agua que contienen, son emisorescon mucha inercia térmica, es decir, que tardan mucho tiempo encalentarse y en enfriarse, por lo que son especialmente apropiados paraser utilizados en instalaciones de funcionamiento continuo.

El principal inconveniente que plantea el uso de estos radiadores es labaja capacidad de emisión de cada módulo, lo que implica el uso deradiadores de gran tamaño. Además es necesario someterlos a operacionesperiódicas de mantenimiento, sobre todo pintura y eliminación de óxidopara mantenerlos en buen estado.

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• Radiadores de aluminio inyectado:

Al igual que los radiadores de hierro fundido están formados por variosmódulos que se unen entre si para formar el radiador del tamaño deseado.

El uso de este tipo de radiadores está muy extendido por las ventajas quepresenta frente a los anteriores: poco peso, mayor rendimiento térmico,facilidad de montaje y mantenimiento. También tiene una inercia térmicareducida.

• Radiadores de chapa de acero:

Están formados por módulos de chapa de acero estampado soldadosentre sí, por lo que no es posible desmontarlos ni ampliar su tamaño.Son aparatos de poca inercia térmica y pueden tener una vida útil muylarga si se montan y mantienen correctamente.

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• Paneles de chapa de acero:

Como los anteriores, están construidos con chapa de acero, y no sonmodulares. Son elementos planos con una superficie de emisión planay muy grande. Son de reducido tamaño, lo que permite montarlos enlugares donde el espacio disponible es reducido.

• Radiadores para baño (toalleros):

Son radiadores que se construyen con tubos de acero o de aluminio yque están especialmente diseñados para se instalados en cuartos de bañoy ser utilizados para secar o calentar las toallas.

4.2. Dimensionado de los radiadores

El dimensionado de los radiadores que se colocarán en cada estancia dela vivienda consistirá en determinar el número de módulos que debencomponer cada uno de los emisores.

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Como paso previo a la selección de los radiadores, deberemos tener encuenta las condiciones de funcionamiento de la instalación, es decir, latemperatura de llegada del agua al radiador, la temperatura de salidadel mismo y el salto térmico.

Generalmente, el dimensionado del emisor se realiza para un saltotérmico de 50° C con temperatura de entrada del agua al radiador de80° C y temperatura de salida de 60° C.

El tipo de radiador utilizado también será determinante, ya que la potenciade emisión de cada uno de ellos es diferente. A modo de orientación sepuede ver en la siguiente tabla informativa, la potencia emitida por losdistintos tipos de radiador que podemos encontrar en el mercado, enfunción de sus dimensiones y para las condiciones de funcionamientoestablecidas anteriormente ( T = 50°C).

Tipo de emisor

Tamaño45 cm 60 cm 75 cm

2 columnas 50 69 87HIERRO FUNDIDO

3 columnas 72 94 116

Liso 109 143 184ALUMINIO

Aberturas 113 148 190

2 columnas 50 58 83ACERO

3 columnas 73 93 117

PANEL ACERO Por metro de ancho 1.560 1.810 2.300

POTENCIA EMITIDA POR ELEMENTO EN Kcal/h

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En el supuesto probable de que las condiciones de trabajo de los radiadoresdifieran de las establecidas anteriormente, los valores que se ofrecen enla tabla anterior no serán válidos y deberán recalcularse.

Para ello utilizaremos las fórmulas siguientes:

Temperatura media del radiador:

Salto térmico:

Potencia para un salto térmico distinto a 50° C:

Donde:

P es la potencia para un salto térmico distinto de 50° C

P50 es la potencia facilitada en tablas para un salto térmico de 50° C

T es el salto térmico

n es un número característico del emisor y que proporciona el fabricante.

Para el correcto funcionamiento de los todos los emisores de la instalaciónserá necesario regular el caudal de agua que atraviesa cada uno de ellos,permitiendo así el ajuste de la transmisión de calor en cada uno de ellos.

Esto se consigue con la utilización de válvulas que convenientementetaradas permiten distribuir de forma uniforme todo el caudal de aguacaliente disponible en la instalación, entre todos los radiadores. Estasválvulas se denominan detentores.

Además de los detentores es necesario montar purgadores manuales oautomáticos que permiten eliminar el aire del circuito de calefacción.

También será necesario colocar un purgador en cada radiador, teniendoen cuenta que en el caso de radiadores de aluminio es necesario instalarpurgadores automáticos especiales, para eliminar la posible formaciónde hidrógeno gaseoso en la instalación, como resultado del proceso deoxidación de los radiadores nuevos.

4.3. Dimensionado de radiadores para el ejemplo propuesto

Para la vivienda unifamiliar que es objeto de este estudio, se pretendenutilizar radiadores de aluminio con aberturas para todas las habitaciones,salvo para los dos baños donde sería conveniente instalar radiadores detipo toallero.

145



El tamaño, o más bien la altura del radiador dependerá del lugar dondepretenda montarse. Los radiadores que están situados debajo de unaventana serán de 45 cm de altura, ya que en estos casos hay menos espaciodisponible. El resto serán todos de 60 cm de alto, que resultan menosvoluminosos.

En la tabla siguiente se resumen los cálculos necesarios para determinarlos módulos que deberá tener el radiador que se monte en cada estancia,así como la potencia instalada realmente como consecuencia de losredondeos.

Estancia Demanda de

calor (Kcal/h)

Altura del

radiador (cm)

Nº teórico de

módulos

Nº de

módulos

Potencia

instalada

(Kcal/h)

Dormitorio 1 1296.05 45 11.47 12 1356

Dormitorio 2 1110.09 45 9.80 10 1130

Dormitorio 3 1010.6 45 8.99 9 1017

Salón 2768.8 60 18.70 20 2960

Coc ina 765.9 60 5.17 6 888

Aseo 1 234.6 60 1.58 2 740

Aseo 2 322.0 60 2.17 3 444

Pasillo 716.22 60 4.84 6 740

Los módulos de que se compone cada radiador se han redondeado a unnúmero par, por si es necesario dividirlo en dos partes, bien por la formay dimensiones del local donde van a situarse (como es el caso del pasillo)o por ser un radiador muy grande y ser más conveniente para su montaje(como ocurre en el salón).

146



5. DISTRIBUCIÓN Y DIMENSIONADO DE TUBERÍASDE CALEFACCIÓN

5.1. Tipos básicos de instalación

5.1.1. Instalación monotubular

En la instalación monotubo los emisores quedan instalados en serie,formando un circuito en forma de anillo que sale y retorna a la caldera.La temperatura del agua que entra a cada radiador es diferente, por loque es necesario sobredimensionar los últimos emisores de la instalaciónpara compensar estas pérdidas de temperatura del agua que entra a losradiadores. Según el RITE no pueden instalarse más de cinco radiadoresen cada anillo.

Para este tipo de instalaciones deben utilizarse llaves específicas querealizan la función de detentor y mezclador. Desvían parte del agua quellega al próximo emisor.

Por tratarse de un circuito en serie, el caudal de agua caliente que llegade la bomba circuladora debe recorrer toda la tubería, por lo que no esposible hacer reducciones de sección en el circuito hidráulico, montándosetodas las tuberías del mismo diámetro.

5.1.2. Instalación bitubular

La instalación bitubular es un sistema de distribución que consiste en lautilización de dos tuberías, una de ida y otra de retorno donde se conectanlos emisores. La conexión de los radiadores siempre se realiza de formaque la entrada del agua se efectúa por la parte superior del mismo y lasalida por la inferior.

Con este tipo de instalación se consigue que la temperatura de entradadel agua a cada radiador sea prácticamente la misma.

147



La instalación bitubular permite realizar el retorno a la caldera de formadirecta, con lo que la longitud de la tubería a emplear será menor o sepuede realizar un retorno invertido, el que necesitaremos más metrosde tubo para completar la instalación, pero a cambio conseguiremos uncircuito mejor equilibrado en los aspectos térmicos e hidráulicos.

La solución adoptada para la instalación que estamos utilizando comoejemplo es una instalación bitubular de retorno directo, con lo que lastuberías de alimentación y retorno serán paralelas.

5.2. Dimensionado de la red de tuberías

5.2.1. Trazado sobre el plano

El trazado de la instalación sobre elplano nos permitirá seleccionar eltrazado óptimo de las mismas y nosservirá posteriormente para obtenerlas longitudes de tuberías necesariaspara realizar los cálculos hidráulicosde la instalación.

El trazado de las tuberías se realizacuando ya tenemos ubicados el restode los componentes de la instalación,(caldera, acumulador, radiadores,…)teniendo en cuenta, que en la ma-yoría de los casos éstas circulan sobreel falso techo de la vivienda, perofijadas sobre los muros, por lo quees conveniente que sigan paralelas alo mismos, lo que facilitará las pos-teriores bajadas a los radiadores.

148



5.2.2. Esquema de la instalación y numeración de los tramos

Con el trazado de las tuberías sobre el plano, tenemos perfectamenteubicadas las tuberías y demás elementos que componen la instalación.Esto nos permite obtener las longitudes de tubo a escala por medidadirecta sobre el plano, pero complica la comprensión del circuitohidráulico así como los cálculos posteriores que debemos realizar.

Por todo esto es conveniente realizar un esquema numerado, de formaque podamos identificar a primer golpe de vista cada tramo, su recorridoy caudal circulante.

En este esquema se representan con diferentes colores las tuberías deida y retorno, así como todos los radiadores de la instalación. Para facilitarla identificación de cada tramo de tubería y de cada elemento de haoptado por numerarlos.

A cada radiador de la instalación se le ha asignado un número de ordeny se ha numerado también el inicio y cada bifurcación que se produceen la tubería. Esto nos permitirá identificar cada tramo de tubería porel número del punto de inicio y el número del punto final del mismo.

También se puede anotar en el esquema la longitud de cada tramo y elcaudal que circula por el mismo.

En la tabla siguiente se hace un resumen de todos los tramos, con suidentificación y longitud (para obtener las longitudes de tubería delplano hay que tener en cuenta que los ramales principales circulan porel falso techo y las conexiones de los radiadores deben llegar hasta ellas.Consideraremos en este caso que el techo de la vivienda está a 2,5 metrosdel suelo).

149



TABLA DE TRAMOS Y LONGITUDES DE TUBERIA

Tuberías de alimentación: Tuberías de retorno:

1 - 2 9 1 – 2 9

2 - 3 1 2 - 3 1

3 - 4 1,5 3 - 4 1,5

4 - RADIADOR 1 2 4 - RADIADOR 1 2,5

4 - 5 4,2 4 - 5 4,2

5 - RADIADOR 2 4 5 - RADIADOR 2 4,5

5 – RADIADOR 3 5 5 – RADIADOR 3 7

2 – 6 3 2 – 6 3


6 – 7 1 6 – 7 1


7 – 8 1 7 – 8 1

8 – RADIADOR 6 3 8 – RADIADOR 6 3,5


3 – 9 3 3 – 9 3

3 – RADIADOR 8 2,5 3 – RADIADOR 8 4,5

9 – 10 1,5 9 – 10 1,5

10 – RADIADOR 9 2,5 10 – RADIADOR 9 3


150



5.2.3. Caudales circulantes en cada tramo

El caudal que circula por cada tramo de tubería debe ser el suficientepara garantizar el correcto funcionamiento del radiador al que alimenta.

Se calcula dividiendo la potencia calorífica del radiador por el saltotérmico. Para sistemas de calefacción que utilicen agua como fluidotérmico, tendremos que:

Aplicando la fórmula anterior con la potencia calorífica expresada enkcal/h y el salto térmico en grados centígrados, se obtiene el caudalexpresado en l/h.

Para sistemas que utilicen un fluido térmico distinto del agua, el resultadoobtenido lo dividiremos por el calor específico del fluido utilizado.

En la tabla siguiente se muestra el caudal requerido por cada uno de losradiadores instalados:

El caudal que circula por cada tramo debe ser el suficiente para alimentartodos los radiadores que tenga aguas abajo.

En la instalación de nuestro ejemplo el caudal de agua que circula porcada tramo de tubería será el que se indica en la tabla resumen siguiente:

EstanciaPotencia

(Kcal/h)

Nº de

módulos

Caudal

(l/h)

Dormitorio 1 1356 12 67,80

Dormitorio 2 1130 10 56,50

Dormitorio 3 1017 9 50,85

Salón 2960 10x2 74,00x2

Cocina 888 6 44,40

Aseo 1 740 2 37,00

Aseo 2 444 3 22,20

Pasillo 740 3x2 18,50x2

151



Podemos observar, que por tratarse de un sistema de distribución conretorno directo, con el trazado paralelo de tuberías, los caudales quecirculan en tramos homólogos de ida y retorno son iguales.

TABLA DE TRAMOS Y CAUDALES CIRCULANTES


TRAMO Q (l/h) TRAMO Q (l/h)

1 - 2 463,75 1 – 2 463,75

2 - 3 333,05 2 - 3 333,05

3 - 4 115,70 3 - 4 115,70

4 - RADIADOR 1 37,00 4 - RADIADOR 1 37,00

4 - 5 78,70 4 - 5 78,70

5 - RADIADOR 2 22,20 5 - RADIADOR 2 22,20


2 – 6 217,35 2 – 6 217,35


6 – 7 143,35 6 – 7 143,35


7 – 8 69,35 7 – 8 69,35



3 – 9 130,70 3 – 9 130,70


9 – 10 86,30 9 – 10 86,30



152



5.2.4. Selección del diámetro de las tuberías

La selección del diámetro de los tubos que debemos utilizar, se realizaatendiendo a dos criterios, siempre partiendo de que sabemos el tipo detubería que vamos a utilizar.

En primer lugar, debemos limitar la velocidad de circulación del aguadentro de las tuberías, que no debe superar los 2 m/s para evitar ruidos.Generalmente se utilizan velocidades comprendidas entre 0,5 y 1,5 m/s.

En segundo lugar, debemos tener en cuenta que las pérdidas de presiónpor metro de tubería no superen un valor máximo de 40 mm.c.a., fijadopor normativa. Generalmente se toman valores de diámetro de tubo deforma que las pérdidas estén alrededor de 15 mm.c.a.

153



La forma más sencilla de seleccionar el diámetro de la tubería es utilizandotablas de doble entrada, en las que a partir del caudal circulante y lavelocidad de circulación del agua podemos determinar el diámetro dela tubería a utilizar y al mismo tiempo comprobar la pérdidas de presiónque tendremos con este diámetro de tubo.

Sobre la tabla se ha dibujado (línea roja discontinua) un ejemplo paraque sirva de guía para poder calcular los diámetros de todas las tuberíasde la instalación. Se ha representado la forma de recalcular el diámetrode la tubería para el tramo 1–2 de ida, por la que debe circular un caudalde agua de 463,73 litros/hora.

En la tabla se entra con el valor del caudal en l/h. Se traza una rectavertical a partir de este punto, que debe prolongarse hasta que corte ala línea oblicua de la velocidad de circulación de agua que hemosestablecido. Ahora ya podemos obtener en la parte superior de la tablael diámetro interior del tubo, y trazando una recta horizontal podemoscomprobar cuál será la pérdida de presión por metro de tubería.

Los resultados obtenidos son los siguientes:

Caudal: 463,73 l/h

Velocidad: 0,5 m/s

Diámetro tubo: 20 mm

Pérdidas presión: 17 mm.c.a./m

Aplicando esto a nuestro ejemplo, teniendo en cuenta que vamos arealizar la instalación con tubería de cobre recocido, podemos utilizarla tabla adjunta para calcular el diámetro de las tuberías que debemosutilizar.

5.2.5. Pérdidas de carga en las tuberías. Selecciónde la bomba de circulación

La función de la bomba de circulación es la de hacer circular el aguacalentada en la caldera hacia los elementos emisores. El caudal que debemover la bomba ya lo hemos calculado en los apartados anteriores.

También necesitaremos calcular las pérdidas de presión totales de lainstalación para poder seleccionar el circulador más adecuado.

Las pérdidas de carga totales de la instalación, se calculan sumando a laspérdidas de presión que se producen en las tuberías las pérdidas localesdebidas a los accesorios de la tubería (codos, tes, reducciones,…), a lasválvulas, a los emisores,…

154



Existen diversos métodos para calcular las pérdidas de presión locales.En este texto proponemos utilizar el método de la longitud equivalente,que consiste en asignar a cada accesorio una longitud equivalente detubería que provoca las mismas pérdidas de presión que el propioaccesorio. Este dato lo podemos obtener en tablas informativas elaboradasa tal efecto, como la que se muestra a continuación:

TABLA DE TRAMOS, DIÁMETROS Y PÉRDIDAS.


TRAMOQ

(l/h)

Øint

(mm)

P

(mm.c.a.)TRAMO

Q

(l/h)

Øint

(mm)

P

(mm.c.a.)

1 – 2 463,75 20 17 1 – 2 463,75 20 17

2 – 3 333,05 16,5 10 2 - 3 333,05 16,5 10

3 – 4 115,70 12,5 10 3 - 4 115,70 12,5 10

4 - RADIADOR 1 37,00 8,5 10 4 - RADIADOR 1 37,00 8,5 10

4 – 5 78,70 10 12 4 - 5 78,70 10 12

5 - RADIADOR 2 22,20 8,5 3 5 - RADIADOR 2 22,20 8,5 3

5 – RADIADOR 3 56,50 8,5 15 5 – RADIADOR 3 56,50 8,5 15

2 – 6 217,35 14,5 15 2 – 6 217,35 14,5 15

6 – RADIADOR 4 74,00 10 12 6 – RADIADOR 4 74,00 10 12

6 – 7 143,35 12,5 15 6 – 7 143,35 12,5 15


7 – 8 69,35 10 12 7 – 8 69,35 10 12



3 – 9 130,70 12,5 16 3 – 9 130,70 12,5 16


9 – 10 86,30 10 16 9 – 10 86,30 10 16



155



Como en el apartado anterior hemos calculado el diámetro de todas lastuberías de la instalación y al mismo tiempo las pérdidas de presión pormetro de tubería, si a cada tramo de tubería le añadimos la longitudequivalente de todos los accesorios montados sobre ella, podemos calcularfácilmente la caída de presión en ese tramo.

Aplicando esto a la instalación de nuestro ejemplo, podemos elaboraruna tabla para el ramal más desfavorable de la instalación (el ramal másdesfavorable, coincide habitualmente con el más largo, ya que al tenermás metros de tubo, las pérdidas de presión son mayores):

LONGITUDES EQUIVALENTES DE DIVERSOS ACCESORIOS.

3/8”

10 mm

”

15 mm

”

20 mm

1”

25 mm

1 ”

32 mm

1 ”

40 mm

2”

50 mm

2 ”

65 mm

Cono de reducción 0,20 0,30 0,50 0,65 0,85 1,00 1,30 2,00

Codo 90 0,38 0,50 0,63 0,76 1,01 1,32 1,71 1,48

Codo o Curva 45 0,20 0,34 0,43 0,47 0,56 0,70 0,83 1,00

Curva 90 0,18 0,33 0,4 0,60 0,84 0,96 1,27 1,48

Te 45 1,50 1,68 1,80 1,92 2,40 3,00 3,60 4,20

Te recta 1,80 2,50 3,00 3,60 4,10 4,60 5,00 5,50

Válvula de retención 0,20 0,30 0,55 0,75 1,15 1,50 1,90 2,65

Válvula de compuerta 0,14 0,18 0,21 0,26 0,36 0,44 0,55 0,69

Válvula de asiento 1,10 1,34 1,74 2,28 2,89 3,46 4,3 5,51

Intercambiador --- --- --- 2,10 5,00 12,5 13,4 14,2

Radiador 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,75 6,50

Radiador con Valvulería 3,75 4,40 5,25 6,00 6,75 7,50 8,80 10,1

Caldera 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,75 6,50

1/2 3/4 1/4 1/2 1/2

156



Cálculo pérdidas de presión en tubería de ida.

TRAMO CAUDALDIAMETRO

(mm)

LONGITUD

(m)CODOS DERIVACIONES REDUCCIONES EMISOR

LONGITUD

EQUIVALENTE

(m)

PÉRDIDA

POR

METRO

(mm.c.a.)

PERDIDA

TOTAL

(mm.c.a.)

1-2 463,75 20 9 6x0,70 1x1,1 -- -- 14,3 17 243,10

2-6 217,35 14,5 3 -- 1x0,80 -- -- 3,8 15 57,00

6–RADIADOR 4 74,00 10 3 2x0,50 -- 1x0,20 1x3,75 7,95 12 95,4

6–7 143,35 12,5 1 -- 1x0,75 1x0,25 -- 2 15 30,00

7–RADIADOR 5 74,00 10 4 3x0,50 -- 1x0,20 1x3,75 9,45 12 113,40

7–8 69,35 10 1 -- 1x0,70 1x0,20 -- 1,9 12 22,8

8–RADIADOR 6 18,50 8,5 3 3x0,40 -- 1x0,15 1x3,75 5,23 3 15,69

8–RADIADOR 7 50,85 8,5 6 3x0,40 -- 1x0,15 1x3,75 8,23 15 123,45

TOTAL 700,84

Cálculo pérdidas de presión en tubería de retorno.

TRAMO CAUDALDIAMETRO

(mm)

LONGITUD

(m)CODOS DERIVACIONES REDUCCIONES EMISOR

LONGITUD

EQUIVALENTE

(m)

PÉRDIDA

POR

METRO

(mm.c.a.)

PERDIDA

TOTAL

(mm.c.a.)

1-2 463,75 20 9 6x0,70 1x1,1 -- -- 14,3 17 243,10

2-6 217,35 14,5 3 -- 1x0,80 -- -- 3,8 15 57,00

6–RADIADOR 4 74,00 10 5 2x0,50 -- 1x0,20 1x3,75 9,95 12 119,4

6–7 143,35 12,5 1 -- 1x0,75 1x0,25 -- 2 15 30,00

7–RADIADOR 5 74,00 10 6 3x0,50 -- 1x0,20 1x3,75 11,45 12 137,40

7–8 69,35 10 1 -- 1x0,70 1x0,20 -- 1,9 12 22,8

8–RADIADOR 6 18,50 8,5 3,5 3x0,40 -- 1x0,15 1x3,75 5,73 3 17,69

8–RADIADOR 7 50,85 8,5 8 3x0,40 -- 1x0,15 1x3,75 10,23 15 153,45

TOTAL 780,85

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Con los datos de caudal que debe impulsar la bomba y la caída de presiónen el tramo más desfavorable, podemos seleccionar la bomba quenecesitamos, ayudándonos con la curva característica del circulador queproporciona el fabricante.

A continuación se muestra cómo utilizar el gráfico, entrando con losdatos del ejemplo propuesto, caudal de 463,75 l/h y pérdida de presiónde 1481,69 mm.c.a.

El fabricante de los circuladotes proporciona un gráfico como el anterior,en el que se representa el campo de trabajo de los modelos de circuladorque nos ofrece. Trazando las líneas de caudal y de presión sobre estagráfica podemos obtener el punto de funcionamiento del circulador de

158



la instalación. En el ejemplo propuesto, podemos ver que este punto seencuentra dentro del campo de trabajo de la bomba tipo 1, que es laque se ajusta a nuestra instalación y la que debemos por tanto instalar.

5.2.6. Equilibrado hidráulico de la instalación

Una vez que se ha ejecutado la instalación del sistema de calefacción porradiadores, es posible que algunos parámetros de funcionamiento de lamisma no sean los previstos en al cálculo teórico. Por este motivo esnecesario disponer en la instalación de componentes de regulación quenos permitan ajustar el sistema de transmisión de energía calorífica a losradiadores, regulando el caudal de agua caliente que circula a través decada uno de ellos.

Es posible que dentro de una misma instalación nos encontremos conradiadores que se calientan más y más rápidamente que otros, que inclusopueden llegar a no calentarse. Esto es debido a que el caudal que impulsala bomba tiende a circular por aquellos tramos del circuito que tienenmenos pérdidas de presión, con lo que el caudal de agua caliente quecircula por los tramos con mayores pérdidas de carga es menor, con elconsiguiente defecto de aporte calorífico.

Para compensar estas diferencias entre unos emisores y otros es necesarioutilizar una válvula o detentor que permita aumentar las pérdidas depresión en los radiadores más favorecidos para compensar hidráulicamentela instalación.

El detentor se monta a la salida del radiador, en caso de instalacionesbitubulares, o en la propia válvula de regulación, en el caso de instalacionesmonotubulares.

Con el equilibrado hidráulico de la instalación, podremos conseguir quecada emisor funcione según lo previsto.

Para realizar el equilibrado, procederemos del modo siguiente:

En primer lugar abriremos al máximo el detentor del radiador que estaen posición más desfavorable, para ir cerrando progresivamente el delos demás radiadores, quedando más cerrado el del radiador que estémás próximo a la caldera.

Posteriormente comprobaremos que la regulación ha sido efectivaponiendo en marcha el sistema de calefacción y comprobando que elsalto térmico en cada radiador es correcto y se mantiene constante.

A la vista de los resultados de la comprobación se procederá a corregirel funcionamiento de la instalación abriendo o cerrando los detentoresde aquellos emisores que no funcionen correctamente.

159



Este proceso puede resultar engorroso y complicado en instalacionescomplejas, pudiendo resultar más conveniente el uso de reguladores decaudal que regulen el flujo de agua caliente en cada rama.

160



6. DISTRIBUCIÓN Y DIMENSIONADO DELAS TUBERÍAS DE ACS

6.1. Tipos de instalación

Existen dos sistemas para el abastecimiento de agua caliente en el interiorde una vivienda: la distribución directa o la distribución en anillo, conrecirculación de agua caliente.

La solución que se adopta generalmente es la distribución directa, porser un sistema de instalación más sencillo, que requiere el uso de menosmetros de tubería y no necesita la instalación de una bomba derecirculación. Si se utiliza este sistema será necesario vaciar el agua fríade las tuberías antes de poder disponer de agua caliente en el grifo.

Este sistema de distribución de agua caliente se utiliza en instalacionescortas, es decir, que el acumulador de agua caliente no está demasiadolejos de los puntos de consumo, máximo 12 metros, como suele ocurriren el caso de viviendas con suministro individual.

La distribución en anillo supone la instalación de una bomba derecirculación que mantiene en movimiento el agua caliente dentro deun circuito de tuberías en el que está incluido el acumulador, con lo queestá más cerca de los puntos de consumo y su disponibilidad en el grifoes inmediata. Por la complejidad de este tipo de instalación, solamentese utiliza en edificios singulares (colegios, centros deportivos, hoteles,…)o en edificios de viviendas con suministro colectivo de agua calientesanitaria.

6.2. Dimensionado de las tuberías de ACS

6.2.1. Trazado sobre el plano

El trazado de la red de tuberías para distribución de ACS sobre el planonos permitirá seleccionar el trazado óptimo de las mismas y nos serviráposteriormente para obtener las longitudes de tuberías.

En el plano facilitado de la vivienda, están representados los puntos deconsumo de agua caliente. Trazaremos la red de tuberías necesaria parallevar el agua caliente desde el acumulador hasta los puntos de consumo,que para el ejemplo que estamos desarrollando a lo largo de este capítulo,se encuentran en la cocina, en un aseo y en un cuarto de baño.

Como en el caso de la red de tuberías del sistema de calefacción, en eltrazado de las tuberías se recomienda seguir las líneas de los muros dela vivienda.

161



6.2.2. Esquema y numeración de tramos

En el plano de la instalación, queda perfectamente representado elrecorrido de las tuberías para el suministro de ACS a los distintos puntosde consumo. Con objeto de facilitar el proceso de cálculo paradimensionado de la tuberías es conveniente elaborar un esquemasimplificado donde sea fácil identificar los distintos ramales de distribución,así como sus puntos de partida y llegada, para asignarles el caudalcirculante, longitudes, etc.

Para poder trabajar con mayor facilidad, el esquema se numerará parapoder hacer referencia a los distintos tramos por el número del puntode inicio y el número del punto final del mismo. El proceso de numeraciónconsistirá en asignar números correlativos a todos los puntos de consumode la red y a todas las derivaciones de la misma.

En la figura siguiente se muestra el esquema numerado correspondientea nuestra instalación.

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Sobre este esquema también es conveniente indicar las longitudes de lostramos de tubería, los caudales circulantes y otros datos que puedanresultar de interés para el proceso de dimensionado de la red.

6.2.3. Cálculo de longitudes

El cálculo de longitudes de tubos debe realizarse como se ha indicadopara las instalaciones de calefacción. Se toman medidas sobre el planoa escala del edificio, teniendo en cuenta que la instalación de las tuberíasse ha realizado por el falso techo de la vivienda, por lo que será necesarioañadir a las medidas obtenidas la longitud de tubo necesaria para llegardesde el falso techo hasta el punto de consumo. Para el ejemplo queestamos desarrollando podemos considerar que esta bajante tiene unalongitud aproximada de 2 metros.

Para el cálculo de las pérdidas de carga añadiremos a estas longitudes,la longitud equivalente de los accesorios utilizados para realizar lainstalación, como se ha expuesto anteriormente.

6.2.4. Caudales de cada tramo

Los caudales que circulan por cada tramo se determinarán a partir delgasto de cada aparato sanitario y teniendo en cuenta que cada ramaldeberá abastecer a todos los aparatos que estén situados aguas abajo. Enla tabla siguiente se indica el gasto de los aparatos sanitarios más comunesen viviendas:

Como resulta improbable que se utilicen al mismo tiempo todos losaparatos sanitarios de un edificio, deberemos aplicar coeficientes desimultaneidad para aminorar el caudal que circula por cada tramo.

En el caso de viviendas como la que nos ocupa, consideraremos que sólose utilizan simultáneamente un sanitario por cada estancia, siendo ésteel de mayor consumo.

GASTO EN APARATOS SANITARIOS

Puntos de consumo Caudal (l/s)

Lavabo 0,10

Ducha 0,20

Bidé 0,10

Bañera 0,30

Fregadero 0,20

163



En la vivienda considerada en el ejemplo, tenemos tres habitaciones consuministro de ACS, la cocina, un aseo y baño. Por tanto, el máximoconsumo simultáneo lo tendremos cuando se utilicen al mismo tiempoel fregadero, la ducha y la bañera.

El caudal que circula por cada tramo se resume en la tabla siguiente:

6.2.5. Velocidades de circulación y pérdidas de carga

Las velocidades de circulación y las pérdidas de carga, al igual que ocurrecon las tuberías del sistema de calefacción, se establecen a partir devalores recomendados.

La pérdida de carga en tuberías no deberá superar en ningún caso los40 mm.c.a./m, aunque para realizar los cálculos de dimensionado detuberías se procura mantener el valor de la pérdidas de presión alrededorde los 15 mm.c.a./m.

La velocidad de circulación del agua caliente por dentro de las tuberíasdebe mantenerse siempre por debajo de los 2 m/s para evitar que seproduzcan ruidos. Como valores aconsejables de diseño, se recomiendatomar como velocidad máxima 1,5 m/s, para evitar vibraciones de lostubos y como velocidad mínima 0,5 m/s, con objeto de evitar que seproduzcan depósitos de cal o arenilla en el interior de los tubos.

CAUDAL CIRCULANTE POR TRAMOS

TRAMO PUNTOS CONSUMO SIMULTANEO CAUDAL (l/s)

1 – 2 fregadero-ducha-bañera 0,7

2 – 7 fregadero 0,2

2 – 3 ducha - bañera 0,5

3 – 8 ducha 0,2

3 – 4 bañera 0,3

4 – 9 lavabo 0,1

4 – 5 bañera 0,3

5 – 10 bañera 0,3

5 – 6 lavabo 0,1

6 – 11 bidé 0,1

6 - 12 lavabo 0,1

164



6.2.6. Selección del diámetro de los tubos

Los diámetros de los tubos que componen la red de distribución de aguacaliente sanitaria pueden dimensionarse de igual modo que las tuberíasdel sistema de calefacción.

Los diámetros de los ramales que alimentan cada aparato sanitario noes necesario calcularlos, ya que se pueden fijar a partir de datos establecidosen tablas informativas y que indican valores que por la experienciapráctica garantizan un buen funcionamiento.

El resultado obtenido para el resto de los tramos será el siguiente:

DIÁMETROS DE RAMALES PARA ALIMENTACIÓN DE SANITARIOS

PUNTO DE CONSUMO TRAMO Ø INTERIOR DE TUBO (mm)

Fregadero 2 – 7 15

Ducha 3 – 8 15

Lavabo 4 – 9 15

Bañera 5 -10 20

Bidé 6 – 11 15

Lavabo 6 -12 15

DIAMETROS DE TUBERÍAS

TRAMO Ø INTERIOR DE TUBO (mm) VELOCIDAD (m/s) PÉRDIDAS (mm.c.a./m)

1 – 2 34 0,65 15

2 – 3 34 0,6 13

3 – 4 26 0,55 15

4 – 5 26 0,55 15

5 - 6 16,5 0,50 20

165



7. PUESTA EN MARCHA DE LA INSTALACIÓN

Antes de proceder a la puesta en marcha de la instalación, deberemosasegurarnos de que todos los componentes de la instalación se encuentranen disposición de prestar servicio. Para poner en servicio equipos einstalaciones, realizaremos en primer lugar las siguientes operaciones:

• Llenado del circuito de calefacción:

En primer lugar se abrirán los purgadores de todos los emisores de calor(radiadores) y se procederá a abrir la llave de llenado de agua fría de lacaldera.

Cuando empiece a salir agua por los purgadores, se irán cerrandoprogresivamente, y al final se cerrará la válvula de llenado, cuandopodemos comprobar en el manómetro de la caldera que la presión enel interior del circuito es de 1 bar.

Una vez que el circuito está lleno y presurizado procederemos a poneren marcha la bomba de circulación, asegurándonos de que no gira enseco, lo que podría provocar que se averiase.

Con la bomba en marcha, procederemos a purgar de nuevo el circuitode calefacción, y una vez finalizada esta operación se restituye la presióndel circuito abriendo de nuevo la válvula de llenado de la caldera.

Una vez finalizado el proceso, deberemos comprobar que no hay fugasde agua en el circuito.

• Llenado del circuito de ACS:

Para llenar el circuito de ACS se procederá primeramente a abrir losgrifos, y se abrirá la entrada de agua. Los grifos se cerrarán cuando salgaagua por ellos de forma continua, asegurándonos de este modo quequedan llenas las tuberías y el acumulador de agua caliente sanitaria.

Cuando esté el circuito lleno, se procederá a comprobar que no hayfugas de agua en la instalación.

• Llenado del circuito de gasoil:

Antes de proceder a llenar las tuberías de alimentación de gasoil alquemador, nos aseguraremos que el depósito de combustible está lleno,a continuación se procederá a abrir la llave de salida de gasoil del depósito,y se comprobará la ausencia de fugas en toda la conducción, tanto en laida como en el retorno.

Tras comprobar que el filtro está limpio y correctamente instalado, seprocederá a purgar la tubería de combustible.

166



Una vez realizadas estas operaciones con éxito, la instalación estará listapara ponerla en funcionamiento. La puesta en marcha se realizará,comprobando antes que hay alimentación eléctrica, accionando elinterruptor general de puesta en marcha de la caldera.

En este momento el quemador se pone en marcha y comienza laproducción de agua caliente sanitaria, que quedará almacenada en alacumulador. El quemador se parará automáticamente cuando latemperatura del agua dentro del acumulador alcance el valor prefijado(entre 35 y 60° C). No volverá a ponerse en marcha hasta que porconsumo o por pérdidas de calor, la temperatura del agua dentro delacumulador descienda.

El sistema de calefacción se activa desde el panel de control que estarásituado dentro de la vivienda y que permite seleccionar la temperaturaambiente además de conectar y desconectar la calefacción. Al accionarel interruptor de puesta en marcha, la caldera se pone en funcionamiento,junto con el circulador para enviar agua caliente a los emisores. Latemperatura del agua se puede regular entre 60 y 85° C. El termostatocontrola la parada y puesta en marcha del quemador en función de latemperatura del agua en el circuito de calefacción.

La parada de la caldera se efectúa desde el interruptor general. Si seprocede a parar la caldera, deberemos cerrar la salida del depósito decombustible como medida de precaución.

167



8. OPERACIONES DE MANTENIMIENTO DELA INSTALACIÓN

Para mantener la instalación en buenas condiciones de funcionamientoes necesario realizar una serie de operaciones periódicas de mantenimientopreventivo y correctivo, que nos permitirán garantizar que todos loscomponentes de la instalación se conservan en buen estado.

Para este tipo de instalaciones, y como norma general, el mantenimientodebe realizarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante de losequipos.

El mantenimiento preventivo de este tipo de instalaciones se realizaráanualmente y consistirá en la realización de las siguientes operaciones:

• Comprobar que la presión del circuito en frío se encuentra dentrode los límites establecidos (entre 1 y 1,2 bar).

• Revisar y limpiar el filtro de gasoil.

• Revisar el correcto funcionamiento del termostato de calefacción.

• Revisar el correcto funcionamiento del termostato de agua calientesanitaria.

• Limpiar el interior de la caldera y el quemador.

• Comprobar que la presión del vaso de expansión es de 1 bar.

• Comprobar la estanqueidad de las tuberías de agua y gasoil.

• Limpiar la chimenea.

• Comprobar el buen estado de los sensores de temperatura.

• Comprobar el caudal de gas y la presión del mismo.

• Comprobar el funcionamiento de la bomba de recirculación.

• Accionar la válvula de seguridad y comprobar su funcionamiento.

• Revisar el estado general de la caldera y el acumulador de ACS.

• Comprobar el estado de los emisores.

• Purgar el aire de la instalación, si no se han instalado purgadoresautomáticos.

La frecuencia de las revisiones que se efectúan a los distintos componentesde la instalación, puede ser modificada en función de las característicasde la misma, localización, intensidad de uso,…

El mantenimiento correctivo tiene la función de realizar las reparacionesy correcciones, de los defectos observados durante el mantenimientopreventivo o de los daños por averías ocasionales.

169



RESUMEN

En este tipo de instalaciones es importante, en primer lugar conocer lascargas térmicas del edificio que se desea calefactar, así como el consumoprevisto de ACS para que la instalación diseñada sea capaz de cubrir lasnecesidades del usuario.

A continuación, debe tenerse en cuenta una correcta ubicación de todoslos componentes de la instalación, así como los puntos de consumo deagua caliente, para posteriormente ocuparse del trazado de las tuberías.

Por último, debemos tener en cuenta las condiciones que se debencumplir para la ubicación de la caldera en la sala de máquinas y elalmacenamiento del combustible.

Todos estos pasos deben llevarse a cabo concienzudamente para obtenercomo resultado una instalación con un funcionamiento óptimo.

171



ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

A partir de el plano de una vivienda unifamiliar de varias plantas (viviendaadosada o pareada tipo duplex, con sótano, y dos plantas) desarrollar elproyecto para la instalación de calefacción por radiadores siguiendo lospasos establecidos en esta unidad.

Utilizar para la selección de todos los componentes de la instalacióninformación recopilada a partir de catálogos de fabricantes (emisores,calderas, valvulería, chimeneas,…), obtenidos directamente a través deInternet, de forma que el resultado obtenido se ajuste en la medida delo posible a una instalación real

Elaborar a partir de la información recopilada, una lista de componentes,instrucciones de uso y mantenimiento de la instalación.

173



BIBLIOGRAFÍA


















SEDICAL, S.A.



CALDERAS BUDERUS


VAILLANT



U.D. 4 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN PORSUELO RADIANTE

M 7 / UD 4


U.D. 4 INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE

177

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 179

Objetivos ........................................................................................ 181

1. Datos de partida....................................................................... 183

1.1. Planos de la vivienda ........................................................ 183

1.2. Demanda térmica de las dependencias .......................... 184

2. Componentes de una instalación de calefacción

por suelo radiante ................................................................... 187

2.1. Los forjados ...................................................................... 187

2.2. Panel aislante.................................................................... 187

2.3. Tuberías ............................................................................ 188

2.4. Banda perimetral ............................................................. 191

2.5. Sistema de colectores ....................................................... 192

2.6. Bomba circuladora de agua............................................. 194

2.7. Sistema de regulación de la caldera................................ 194

3. Situación de los elementos de la instalación ......................... 195

3.1. Caldera.............................................................................. 195

3.2. Chimenea ......................................................................... 196

3.3. Colectores y central de regulación.................................. 197

3.4. Distribución de los tubos ................................................. 197

3.5. Ejemplo de la instalación................................................. 198

4. Ejecución, montaje y puesta en marcha ................................ 199

4.1. Adaptación de la obra...................................................... 199

4.2. Instalación del sistema de calefacción ............................ 199

4.3. Puesta en marcha ............................................................. 202

4.4. Equilibrado hidráulico..................................................... 203

4.5. Operaciones de mantenimiento de la instalación ......... 204

Resumen ........................................................................................ 207

Actividades complementarias ....................................................... 209

Bibliografía .................................................................................... 211



179

INTRODUCCIÓN

La calefacción por suelo radiante consiste en una tubería empotrada enla capa de mortero y que discurre por debajo de toda la superficie dellocal a calefactar. Esta tubería conduce agua caliente a baja temperatura,entre 35 y 45° C, producida generalmente por una caldera, aunque sepuede utilizar también como generador un sistema de captadores solareso una bomba de calor. Si se utiliza una bomba de calor, el sistema sepuede utilizar tanto para calentar como para refrescar el edificio.

El agua caliente cede el calor al suelo a través de las tuberías, el suelo,a su vez, lo transmite al ambiente del edificio. La temperatura del suelodebe mantenerse siempre por debajo de los 29 ° C.

Este sistema de calefacción presenta una serie de ventajas frente a lossistemas tradicionales, entre las que cabria destacar una mejor distribuciónde temperaturas. Como puede verse en la figura, el sistema que más seaproxima a la distribución óptima de temperaturas, que es aquella en laque la temperatura mayor se tiene a ras del suelo, manteniéndosetemperaturas más bajas conforme nos aproximamos al techo.

180



Entre otras ventajas podemos enumerar las de tipos estético, al resultartotalmente invisible; las de seguridad, ya que no están accesibles a losusuarios del edificio superficies calientes a elevadas temperaturas; y elmantenimiento.

En esta unidad se expone la configuración básica de una instalación decalefacción por suelo radiante, alimentada por una caldera mural de gasnatural.

181

OBJETIVOS

El objetivo de esta unidad es el de exponer el funcionamiento y todoslos componentes de un sistema de calefacción novedoso, como es el desuelo radiante, así como los cálculos necesarios para llegar a un diseñocorrecto de la instalación.

Para facilitar la comprensión de todo el proceso se ha propuesto unejemplo de instalación que se dimensiona a lo largo de la unidad.



183

1. DATOS DE PARTIDA

Para dimensionar una instalación de calefacción por suelo radiante, yobtener el resultado que resulte más favorable al usuario final desde elpunto de vista técnico y económico es necesario disponer de una seriede datos que nos permitan realizar tanto los estudios previos necesariospara determinar las características generales de la instalación (tipo deinstalación, materiales a emplear, trazados de tuberías,…) como loscálculos necesarios para realizar un correcto dimensionado.

Entre los datos y documentación necesarios más relevantes, podemosenumerar los siguientes:

• Planos del edificio.

• Materiales de construcción empleados.

• Uso a que está destinado el edificio.

• Temperaturas interiores y exteriores.

• Tipo de instalación.

• Combustible a emplear.

1.1. Planos de la vivienda

En esta unidad se realizará el diseño de un sistema de calefacción porsuelo radiante de una vivienda. El plano que utilizaremos a lo largo detoda esta unidad es el siguiente:



184

En él está representada la orientación del edificio, y la escala del dibujo,que nos permitirá obtener la información dimensional requerida.

También es necesario conocer la localización geográfica de la vivienda.Por proximidad, supondremos que la vivienda del ejemplo está situadaen la provincia de Valencia, próxima a la costa.

1.2. Demanda térmica de las dependencias

La instalación de calefacción de un edificio debe suministrar toda lapotencia calorífica necesaria para compensar todas las pérdidas de calorque se producen, a través de las paredes o por infiltraciones o airenecesario para la ventilación. Estas pérdidas de calor están condicionadasbásicamente por tres factores:

• Temperatura interior del edificio, que para el caso de viviendas oscilaentre 20°C y 23°C.

• Zona climática en que se encuentra el edificio y las inclemencias deltiempo a que se verá sometido.

• Características propias del edificio (materiales empleados en laconstrucción y calidades de los mismos.

Para conocer la demanda total de calefacción del edificio, deberíamoscalcular las pérdidas de calor a través de los cerramientos del mismo, apartir de datos como los coeficientes de transmisión térmica y la diferenciade temperatura entre el interior y el exterior.

Este cálculo resulta laborioso y no aporta nada al contenido de estemódulo, por ser materia correspondiente a otras asignaturas de estemismo ciclo formativo, por ello, para realizar los cálculos de maneraaproximada y que nos permita desarrollar de una forma más o menosprecisa el proyecto propuesto en esta unidad se expone un método decalculo estimativo, que con ayuda de tablas nos permite obtener resultadosaproximados, válidos para la realización de estudios y anteproyectos.

En la tabla siguiente podemos obtener las pérdidas de calor de cadaestancia de la vivienda en función de su volumen:



DEMANDA POR TEMPERATURA INTERIOR DEMANDA DE DEMANDA DEHABITACIÓN RECOMENDABLE (°C) CALOR kW/h · m3 CALOR Kcal/h · m3

Salas de estar 22 °C 0.0588 50.6

Dormitorios 21 °C 0.0536 46.0

Cocinas 20 °C 0.0480 41.4

Baños 21 °C 0.0536 46.0

Pasillos 18 °C 0.0400 34.5

185

Los resultados obtenidos de esta tabla deben multiplicarse por una seriede factores que dependen de la zona climática donde se encuentre, y dela orientación de las distintas habitaciones de la vivienda.



ZONA CLIMÁTICA FACTOR C

A 0.7

B 0.8

C 0.9

D 1.0

E 1.15

ORIENTACION FACTOR O

Zonas de montaña 1.2

Orientación Norte 1.15

Otras 1

1.2.1. Cálculo de demandas de calefacción parael ejemplo propuesto

Los cálculos que debemos realizar, empleando el método simplificadoanteriormente, para determinar cuál será la demanda de energía parala calefacción de la vivienda se resumen en la tabla siguiente:

186

Para el cálculo de la volumetría se ha considerado una altura de 2,5 mpara todas las estancias, y que la vivienda está situada en una zonaclimática B.



Estancia Superficie (m2)Volumen

(m3)

Factor de zona

climática

Factor de

orientación

Demanda de

calor

(Kcal/h·m3)

Demanda

total de

calor

(Kcal/h)

Dormitorio 1 12,96 34,2 0.8 1 46,0 1258,56

Dormitorio 2 11,15 27,9 0.8 1 46,0 1026,78

Dormitorio 3 11,15 27,9 0.8 1 46,0 1026,78

Estar - comedor 39,04 97,6 0.8 1 50,6 3950,84

Cocina 9,57 23,9 0.8 1 41,4 791,56

Baño 1 6,64 16,6 0.8 1 46,0 610,88

Baño 2 4,12 10,3 0.8 1 46,0 379,04

Vestíbulo - Pasillo 8,96 22,4 0.8 1 34,5 618,24

TOTALES 9662,28

187

2. COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN DECALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE

2.1. Los forjados

El forjado es un elemento constructivo que forma parte de la estructurade la vivienda, y separa unas plantas de otras. No es en sí mismo unelemento constitutivo del sistema de calefacción por suelo radiante, perova a servir de base para el resto de componentes.

La única condición que se exige al forjado de la vivienda es que sea lomás liso posibles, sin irregularidades, ni pegotes o restos de hormigón,para evitar posibles daños a los componentes que se colocan sobre él.

2.2. Panel aislante

Los paneles aislantes se colocan directamente sobre el forjado de lavivienda, y sobre ellos se sitúan los distintos circuitos de tuberías.

Estos paneles realizan la función de aislar térmica y acústicamente. Seutilizan diversos materiales para la fabricación de estos paneles. Podemosencontrar en el mercado paneles de diversos tipos:

• Paneles rígidos moldeados, construidos con porespan o poliuretanoexpandido de alta densidad, plastificados; están listos para encajarunos con otros mediante un sistema de machihembrado y para alojarel tubo, disponiendo de unos tetones que facilitan la fijación delmismo.

• Paneles en rollo o mantas, de poliestireno expandido de alta densidadpara poder soportar el peso de la capa superior de mortero sindeformarse. El aislante se protege con diversas capas de materialesplásticos para evitar que se deteriore. Dependiendo del fabricante,estos rollos pueden incluir diversos accesorios para facilitar sucolocación (tiras autoadhesivas) y la posterior distribución y fijaciónde los tubos (cuadrícula de referencia o grapas de fijación).



188

2.3. Tuberías

Los circuitos de tuberías instalados bajo el suelo de la vivienda, por losque circula el agua caliente, son el elemento fundamental de la instalaciónde calefacción por suelo radiante.

El material que se utiliza para la ejecución de este tipo de instalacioneses el polietileno reticulado, que soporta perfectamente la circulacióncontinua de agua caliente sin deteriorarse. También es inerte al contactocon materiales como el yeso y el hormigón, y la dilatación que sufre alcalentarse no afecta a los materiales de construcción.

Estos tubos se suministran en rollos de hasta 50 metros de longitud, altiempo que es muy flexible, lo que permite realizar los distintos circuitosdel sistema, de una sola tirada, sin empalmes que queden embebidosbajo la capa de mortero. Con la ausencia de empalmes se minimiza elriesgo de fugas y averías.

La flexibilidad del material permite moldearlo a mano y adaptarlofácilmente a los cambios de dirección y sortear la presencia de obstáculos.

Para un correcto funcionamiento de la instalación, y para asegurar queel aporte calorífico en cada habitación es el adecuado, es importantedeterminar cuál debe ser la distancia que debemos dejar entre tubos alrealizar el montaje.

Para ello, utilizaremos las tablas siguientes, en las que a partir de datosde entrada, como el diámetro del tubo a utilizar, la temperatura mediade circulación del agua por los tubos y el tipo de suelo, podremos saberla emisión de energía calorífica que obtendremos, en W/m2, así comola temperatura del suelo.



189



CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS SUELO RADIANTE PARA SUELOS DE ALTACONDUCTIVIDAD (GRES, MÁRMOL, CERÁMICOS,…)

Tubos DN15 Tubos DN20Temperaturamedia del agua

(ºC)

Distancia demontaje P

(cm)Emisióncalorífica

(W/m2)

Temperaturamedia del suelo

(ºC)

Emisióncalorífica(W/m2)

Temperatura mediadel suelo

(ºC)

10 55,6 25,0 56,5 25,1

15 50,1 24,5 51,2 24,6

20 45,2 24,1 46,4 24,2

35 ºC

30 36,9 23,3 38,1 23,4

10 74,1 26,7 75,4 26,8

15 66,8 26,0 68,9 26,3

20 60,3 25,4 61,9 25,6

40 ºC

30 49,2 24,4 50,8 24,6

10 92,7 28,3 94,2 28,4

15 83,6 27,5 85,4 27,7

20 75,4 26,8 77,4 27,0

45 ºC

30 61,5 25,6 63,5 25,7

10 111,2 30,0 113,0 30,2

15 100,3 29,0 102,4 29,2

20 90,5 28,1 92,8 28,4

50 ºC

30 73,8 26,6 76,2 26,9

190



CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS SUELO RADIANTE PAR A SUELOS DE BAJACONDUCTIVIDAD (PARQUET, MADERA, SINTÉTICOS,…)

Tubos DN15 Tubos DN20Temperaturamedia del agua

(ºC)

Distancia demontaje P

(cm)Emisióncalorífica

(W/m2)

Temperaturamedia del suelo

(ºC)

Emisióncalorífica(W/m2)

Temperatura mediadel suelo

(ºC)

10 88,7 29,9 90,6 30,0

15 76,9 29,1 79,1 29,2

20 66,6 28,4 69,0 28,6

35 ºC

30 50,7 27,3 52,6 27,5

10 118,3 32,5 120,7 32,7

15 102,5 31,4 105,4 31,6

20 89,1 30,4 92,0 30,6

40 ºC

30 67,5 28,9 70,2 29,1

10 147,8 35,2 130,9 35,4

15 128,1 33,7 131,8 34,0

20 111,4 32,4 115,1 32,7

45 ºC

30 84,4 30,4 87,7 30,6

10 177,4 36,0 181,1 36,3

15 153,7 33,8 158,2 34,2

20 133,6 32,0 138,1 32,4

50 ºC

30 101,3 29,1 105,2 29,5

191

Estas tablas son válidas para una temperatura ambiente de 20° C, y tubosde PE reticulado, instalados bajo una capa de mortero de 3 a 7 cm deespesor y sobre el correspondiente panel aislante.

Para distancias entre tubos que no estén en las tablas, se pueden interpolarlos valores de emisión y la temperatura del suelo.

En la tabla siguiente se resume el proceso de cálculo seguido para lavivienda del ejemplo que se está utilizando a lo largo de esta unidad:



Estancia Superficie (m2)

Demanda

de calor

(Kcal/h)

Demanda de

calor (W)

Demanda de

calor (W/m2)

Separación

tubos (cm)

Temperatura

del suelo (ºC)

Dormitorio 1 12,96 1258,56 1462,70 112,94 10 30,2

Dormitorio 2 11,15 1026,78 1194,14 107,09 15 29,2

Dormitorio 3 11,15 1026,78 1194,14 107,09 15 29,2

Estar - comedor 39,04 3950,84 4592,83 117,64 10 30,2

Cocina 9,57 791,56 920,58 96,19 20 28,4

Baño 1 6,64 610,88 710,45 106,99 15 29,2

Baño 2 4,12 379,04 440,82 106,98 15 29,2

Vestíbulo - Pasillo 8,96 618,24 720,18 80,38 -- --

Para elaborar la tabla anterior se ha tenido en cuenta que los suelos dela vivienda son de tipo cerámico y se ha utilizado tubos de DN 20 entodas las estancias, y para una temperatura media de circulación del aguade 50° C.

Se podrían utilizar diversos diámetros de tubo, pero con esto únicamenteconsigue complicar el proceso de instalación sin aportar mejoras notables.

El vestíbulo y el pasillo se calentarán con los tubos que van hacia las otrasestancias.

2.4. Banda perimetral

La banda perimetral es una cinta de material poroso cuya función es lade absorber la dilatación que sufre el suelo de la vivienda al calentarse,evitando además, que los elementos calientes (componentes del suelo)entren en contacto con elementos fríos (tabiques y muros) evitando asílas pérdidas de calor por puente térmico.

192

2.5. Sistema de colectores

El sistema de colectores está formado por un conjunto de accesorioscuya función es la de distribuir el agua caliente que procede de la calderaa los circuitos de calefacción.

El sistema de colectores incorpora una serie de componentes que permitenregular el funcionamiento de la instalación, permitiendo efectuar unaregulación independiente de cada circuito, lo que nos permite tenerdistintas temperaturas en las estancias del edificio, en función de lasnecesidades de éstas.

El sistema de colectores debe quedar ubicado en una caja de registro,para facilitar el acceso al mismo y permitir la ejecución de las operacionesde regulación. Es conveniente que estas cajas incorporen una cerradurade seguridad para evitar la manipulación de los elementos de controlpor personal no entrenado, que pudiese provocar un mal funcionamientodel sistema de calefacción.

2.5.1. Colector de ida y retorno

El colector en sí es un componente de latón que está preparado paraque se atornillen sobre él todos los componentes de regulación, así comolas bocas de las tuberías que conforman los circuitos de calefacción decada habitación de la vivienda.



193

En el colector de ida, que envía el agua a los circuitos, se colocan losdetentores y en el colector de retorno las válvulas termostatizable.

2.5.1. Válvulas termostatizables

Cada circuito dispone de una válvula termostatizable que permite realizarel cierre total o parcial de cada uno de ellos de forma independiente.Esta regulación puede realizarse de forma manual o por la acción de untermostato ambiente.

2.5.2. Detentores

En el sistema de calefacción, cada uno de los circuitos que calientan lasestancias de la vivienda, tienen longitudes distintas y en consecuenciapérdidas de presión distintas. Con el fin de compensar estas diferenciasy conseguir una circulación de caudal de agua caliente uniforme portodos los circuitos, y que no se desvíe mayor caudal hacia lo circuitosmás favorables hidráulicamente, se utilizan detentores.

Los detentores se montan en el colector de ida y se complementan conmedidores de caudal, montados en el colector de retorno, que facilitanlas operaciones de equilibrada hidráulico del sistema.

La regulación de los detentores solamente debe ser realizada por personalcualificado.

2.5.3. Válvulas de corte

Cada colector incorpora una válvula de corte para independizarlo delresto del sistema de calefacción, en caso de necesidad por averías, o paradejar inactivas partes del sistema que no se utilizan.



194



Junto con estas válvulas, a la entrada de cada uno de los colectores esconveniente montar un termómetro, que nos permite controlar lastemperaturas del agua de ida y del agua de retorno.

2.5.4. Válvula de purgado y vaciado

En el extremo de cada uno de los colectores, se montan unas válvulascuya función es la de purgar las burbujas de aire del sistema, para facilitarla correcta circulación del agua a través de los distintos circuitos decalefacción.

Al mismo tiempo, estas válvulas permiten vaciar el agua contenida enestos circuitos en caso de ser necesario.

2.6. Bomba circuladora de agua

La bomba circuladora tiene la función de mantener el agua enmovimiento, dentro del circuito cerrado de calefacción, llevando el aguacaliente procedente de la caldera hasta los emisores, donde se enfría,para retornar de nuevo a la caldera para volver a calentarse.

Las calderas murales incluyen la bomba circuladora, junto con el vasocerrado de expansión.

2.7. Sistema de regulación de la caldera

El sistema de regulación y control es el que controlará el funcionamientode todo el sistema de calefacción por suelo radiante, en función de lasnecesidades de aporte calorífico que haya en cada momento.

Su objetivo principal será el de conseguir un confort óptimo, minimizandoal mismo tiempo el consumo de energía.

Podemos encontrar sistemas de regulación de varios tipos, entre ellostenemos:

• Sistema de regulación a temperatura fija: es el sistema más sencillo;actúa de forma que la temperatura del agua que llega a los emisoresse mantiene siempre constante, y es siempre la establecida en elproyecto de diseño de la instalación.

• Sistemas de regulación a temperatura variable: este sistema deregulación varía la temperatura de agua que llega a los emisores,variándola en función de una serie de parámetros, entre los que estánla temperatura exterior y a temperatura interior de la vivienda.

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3. SITUACIÓN DE LOS ELEMENTOS DELA INSTALACIÓN

3.1. Caldera

La caldera propuesta para este tipo de instalación es una caldera muralde tipo mixto, de forma que pueda dar servicio al sistema de calefaccióny al mismo tiempo, aprovecharla para la producción de agua calientesanitaria.

Esta caldera se alimentará con gas, desde una red de distribución.

En el lugar donde quede ubicada la caldera, deberán cumplirse una seriede condiciones de ventilación y extracción de humos. Por tratarse deuna caldera estanca, pude quedar instalada indistintamente en dormitorios,cuartos de baño, duchas o aseos., con la condición de que éstos tenganuna pared que comunique directamente con un patio de ventilación,salvo que el aparato esté dotado de conductos de aspiración y evacuaciónque permitan que la instalación del mismo se realice lejos de la paredo conducto por donde deba evacuar los productos de la combustión. Ental caso, deberán respetarse las longitudes máximas de conductoestablecidas por el fabricante y la descarga exterior se realizará comomínimo a 40 cm de cualquier ventana o entrada de aire a la vivienda.El tubo instalado será de Ø125 mm., comenzando siempre con unconducto vertical cuya longitud debe ser mayor de 200 mm. y realizándosela evacuación de los gases de combustión a través de la fachada deledificio, al exterior.

En el ejemplo propuesto la caldera quedará ubicada en el lavadero, quecumple con las condiciones necesarias para la ubicación de aparatosestancos, sujeta a la pared siguiendo las instrucciones técnicas delfabricante y respetando las disposiciones legales vigentes.

Para facilitar las posteriores operaciones de mantenimiento, tendremosla precaución de montar la caldera a una distancia mínima del techo de400 mm.

En general, la instalación de las calderas murales mixtas es relativamentesencilla, y consistirá en conectar las cuatro tomas de agua (dos para ACSy dos para calefacción), conectar la toma de llenado de agua de la red,conectar al desagüe la descarga de la válvula de seguridad y la alimentaciónde gas. También será necesario disponer de un punto para la conexióneléctrica de la caldera.

Para la realización de las conexiones de agua y gas será preceptivo utilizarlos racores que el fabricante suministra junto con la caldera.

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3.2. Chimenea

Para las calderas murales estancas, como es el caso, necesitaremos dostubos, uno para la evacuación de los gases de combustión y otro para laentrada de aire, necesario como comburente para realizar la combustión.Podemos utilizar dos tipos de chimeneas o tubos de evacuación:

• Sistema concéntrico, que incluye en el tubo de entrada de aire, eltubo de salida de gases, en la parte interior. Con este sistema de salidade gases tenemos la ventaja de ser un sistema más compacto y conuna instalación más simple, al necesitar sólo un taladro en la paredpara sacar el tubo al exterior. La salida se puede realizar colocandolos tubos en posición horizontal o en vertical; dependiendo del tipode salida tendremos un accesorio distinto.

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• Sistema de tubos separados, con dos tubos independientes, uno parala entrada del aire para la combustión a la caldera y por el otroextraemos los gases al exterior, pudiendo desembocar estos tubos ala misma fachada o a distintas. Se puede realizar un trazado horizontalo vertical. Este tipo de ejecución permite alcanzar mayores longitudesque con un sistema concéntrico al presentar menor pérdida de cargaen el tubo de entrada de aire a la cámara de combustión.

En la instalación propuesta, se instala un conducto concéntrico, ya quela longitud de la chimenea es muy corta, y por tanto se opta por lasolución más compacta ya que no se justifica el uso de un doble conducto.

3.3. Colectores y central de regulación

Los colectores y la central de regulación quedan ubicadas dentro de unaarmario metálico, que debe quedar empotrado en la pared, a 70 cm. delsuelo aproximadamente, y en un lugar que sea fácilmente accesible, parapoder realizar las operaciones de regulación y mantenimientocómodamente, estos armarios deben incluir una cerradura de seguridadpara evitar su manipulación.

Como norma general se instalará un armario por cada planta de lavivienda.

3.4. Distribución de los tubos

Los tubos de un sistema de calefacción por suelo radiante, se distribuyenpor el suelo de los locales a calefactar, con el fin de conseguir unadistribución uniforme del calor.

Se pueden utilizar varios sistemas para distribuir los tubos:

• Distribución en serpentín:

El tubo entra por un extremo del local a calefactar y lo recorre formandolíneas paralelas zigzagueantes, hasta cubrir toda la superficie del suelo.

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Es la forma más sencilla de distribuir el tubo, pero tiene el inconvenientede realizar un reparto de calor que no resulta uniforme, ya que el aguase va enfriando a lo largo del circuito y está mucho más caliente en unextremo de la estancia que en otro.

• Distribución en doble serpentín:

Es similar a la distribución en serpentín, pero dejando una separaciónmayor entre las líneas de ida. Este hueco será ocupado por las tuberíasde retorno hasta llegar al punto de partida.

Con este tipo de distribución se logra un reparto uniforme del calor, yestá especialmente indicado para locales con formas irregulares o localesalargados.

• Distribución en espiral:

El tubo describe una espiral cuadrada o rectangular, formada por las doslíneas paralelas de la ida y el retorno.

Con este sistema se consigue igualar la temperatura del suelo en todoslos puntos.

3.5. Ejemplo de la instalación

En la vivienda del ejemplo, la distribución propuesta de todos loselementos de la instalación, es la siguiente:

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4. EJECUCIÓN, MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA

4.1. Adaptación de la obra

Si se tiene previsto realizar una instalación de calefacción por sueloradiante en un edificio, deberemos tener en cuenta, ya desde la fase dediseño del mismo, que este tipo de instalación requiere un espacio extrade unos 8 cm. sobre el forjado, ya que deben colocarse el panel aislantede 2 cm. de espesor, los tubos de 2 cm. de diámetro y sobre éstos unacapa de mortero, cuyo espesor debe ser como mínimo de 4 cm.

Es importante respetar el espesor mínimo de la capa de mortero, ya quesi ésta fuese demasiado fina podría favorecer la distribución irregulardel calor y la aparición de grietas.

Si se aumenta el espesor de la capa de mortero, nos encontraremos conuna mayor inercia térmica del sistema de calefacción, necesitando tiemposmayores, tanto para calentarse como para enfriarse.

También es importante comprobar que la superficie del forjado, sobrela que se colocarán los paneles aislantes, debe ser lo más lisa y niveladaposible, ya que si los paneles aislantes se colocan sobre superficiesirregulares, pueden romperse al pisarlos o colocar peso sobre ellos, conla posterior aparición de grietas en el suelo de las habitaciones.

No debe procederse a ejecutar el montaje de la instalación hasta que nose hayan levantado todos los tabiques, que limitan cada uno de loscircuitos, y estén instalados todos los desagües, ya que éstos quedaránubicados bajo el suelo radiante,

4.2. Instalación del sistema de calefacción

4.2.1. Ubicación de los colectores

Las cajas con los colectores se colocan siempre a mayor altura que loscircuitos a los que alimentan, ya que de este modo se garantiza el correctofuncionamiento de la válvula de purga. Como mínimo, los colectoresdeben quedar 700 mm. por encima del forjado, para poder respetartambién los radios de curvatura de los tubos de polietileno.

Tomaremos la precaución de situar los colectores en lugares accesiblespara facilitar la manipulación de todos los elementos de regulación quecontienen.

En el caso de viviendas de varias plantas es aconsejable montar un juegode colectores en cada planta, para evitar que los circuitos de calefacción

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sean demasiados largos, ya que si solo se emplea una caja de colectoresésta debería estar situada en la planta más alta.

4.2.2. Colocación de la banda perimetral y el panel aislante

Antes de colocar los paneles aislantes, se monta la banda perimetral,apoyada en los tabiques de la dependencia. También es necesario rodearlas columnas, y demás obstáculos, como los tubos de desagüe queencontraremos en cocinas y baños con la banda perimetral, para evitarla formación de puentes térmicos o acústicos y los posibles problemasque pueda ocasionar la dilatación de la losa formada por el mortero yel pavimento.

Si es necesario crear juntas de dilatación en la losa de mortero, tambiénpodemos utilizar para ello la banda perimetral. Estas juntas seránpreceptivas en locales cuya superficie sea superior a los 40 m2 o que seanmuy alargados (su longitud sea mayor que el doble de su anchura).También es conveniente crear juntas de dilatación en todos los huecosde las puertas, de forma que se independicen las losas de las habitacionesde las de los pasillos.

Siempre que un tubo deba atravesar una de las juntas de dilatación seenfundarán con un tubo protector, de forma que con los movimientosde dilatación y contracción, el mortero no roce directamente sobre eltubo y lo deteriore.

Una vez que se ha quedado instalada la banda perimetral, se procederáa cubrir el suelo de cada local con el panel aislante.

Los paneles utilizados deben quedar perfectamente engarzados entre sí,tomando la precaución de no dejar huecos entre ellos por los que puedacolarse el mortero que colocaremos posteriormente.

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4.2.3. Distribución de los tubos

Siguiendo las indicaciones de los planos de montaje de la instalación,en los que se indica la ubicación de los colectores y el recorrido de lostubos, se procederá a distribuir los tubos por encima del panel aislantey a unir las distintas dependencias con los colectores, procurando hacerpasar los tubos por los pasillos, ya que de este modo aprovechamos paracalefactarlos.

Al realizar la distribución, tomaremos las precauciones necesarias paraevitar que los tubos se crucen, haciendo que éstos circulen paralelamenteunos a otros.

También deberemos evitar las aglomeraciones de tubos, lo que provocaríaun calentamiento excesivo de la zona. Debemos tener en cuenta que latemperatura máxima superficial está limitada a 29° C.

La forma más conveniente de que los tubos entren en las distintashabitaciones de la vivienda es utilizando el hueco de las puertas,protegiendo siempre con una funda todos aquellos tramos del tubo queatraviesen muros, crucen juntas de dilatación, o entren y salgan del sueloatravesando forjados o la propia losa de mortero.

Al realizar la distribución de los tubos sobre los paneles aislantes deberemosasegurarnos de que éstos queden fijos, evitando desplazamientos tantoverticales como horizontales. Para conseguirlo, y dependiendo del tipode panel aislante que se utilice, se emplearán grapas de fijación o lostetones que a tal efecto llevan incorporados los paneles. Cuanto menorsea la distancia entre los puntos de fijación de los tubos, más fácil serámantenerlos en su posición, por lo que si se utilizan las grapas de fijación,éstas deberán situarse como máximo a 50 cm. de distancia unas de otras.

La distancia o paso entre tubos se determina en los cálculos de lainstalación, oscilando entre los 10 y los 30 cm. de separación. La toleranciaadmitida en la posición de los tubos es de ±10 mm. Igualmente se estableceque el desplazamiento de la posición vertical de los tubos no puedesuperar los 5 mm.

Los tubos de polietileno reticulado pueden curvarse en frío, admitiendoradios de curvatura de hasta 10 veces su diámetro exterior. Si fuesenecesario realizar curvas con radios menores, deberá calentarse el tubopara poder manejarlo con mayor facilidad y evitar el deterioro del mismo.

4.2.4. Prueba de presión

El objetivo de la prueba de presión es comprobar que no hay fugas y elcircuito de calefacción es perfectamente estanco.

202



La prueba consistirá en someter a los tubos que componen el circuitoa una presión de 6 kg/cm2, de acuerdo con la normativa europea, antesde se recubiertos con mortero. Esta presión se mantendrá durante24 horas, considerándose que la prueba ha sido satisfactoria si transcurridoeste tiempo la presión no ha bajado. En caso contrario, deberemos buscarla fuga que ha provocado esta pérdida de presión, repararla y repetir laprueba par comprobar que la reparación ha sido efectiva.

No deben ser sometidos a la prueba de presión componentes de lainstalación como la caldera, la bomba de circulación y el calderón deexpansión, ya que podrían sufrir daños debido a un exceso de presión.

4.2.5. Capa de mortero

Después de haber realizado la prueba de presión y haber comprobadoque no hay fugas, se procederá a extender el mortero y cubrir los tuboscon una capa no inferior a 4 cm.

Durante el proceso de hormigonado es conveniente mantener los tubosbajo presión (como en la prueba hidráulica), para evitar que sufrandeformaciones o se aplasten y al mismo tiempo, permitir las dilatacionesque sufrirán cuando se calienten.

Para facilitar las tareas de extensión y mejorar las características de lacapa de mortero, se añade un líquido especial que aumenta su fluidezy retrasa el fraguado, requiriendo éste menos cantidad de agua para suamasado. El resultado final es un mortero menos poroso y más fluido,que envolverá perfectamente los tubos, sin dejar bolsas de aire. Seconsigue con estos aditivos un mortero de mayor resistencia mecánicay una mejor transmisión de calor, evitando la formación de fisuras graciasa un fraguado más lento.

4.3. Puesta en marcha

Antes de proceder a la puesta en marcha de la instalación, y para evitarque se dañen los distintos componentes de la instalación es necesarioproceder al vaciado y limpieza de la misma.

A continuación se procede al llenado de la instalación, a través del grifode llenado, hasta conseguir la presión adecuada, que oscila entre 1,5 y2 kg/cm2, garantizando así el correcto funcionamiento de la instalación.

El paso siguiente consistirá en purgar las tuberías para eliminar todas lasburbujas de aire que puedan contener. Para ello se pone en marcha labomba circuladora, y se procede a realizar la purga con los purgadoresque están incorporados a los colectores. Esta operación se simplificanotablemente si se utilizan purgadores automáticos.

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Llegados a este punto, ya se puede poner todo el sistema enfuncionamiento, haciendo subir la temperatura progresivamente. Hayque tener en cuenta que debe respetarse el tiempo de fraguado delhormigón que es de aproximadamente 30 días.

En la primera puesta en marcha se limitará la temperatura del fluido de25° C y se mantendrá así, en funcionamiento continuo durante tres días,para pasar posteriormente a trabajar a la temperatura máxima de serviciodurante 4 días. En este periodo de tiempo es probable que se desprendauna gran cantidad de humedad, contenida en el mortero, por lo queserá necesario ventilar la vivienda.

En función del tipo de pavimento que se desee aplicar sobre la capa demortero, deberán tomarse una serie de precauciones para tener un buenresultado.

Para los suelos de gres, terrazo o mármol, deberá mantenerse la calefacciónapagada durante las operaciones de colocación y siete días después dela misma.

Con los revestimientos de moqueta textil o plásticos, es convenienteapagar la calefacción dos días antes y mantenerla apagada dos díasdespués de la colocación.

Los suelos de parquet se colocarán siempre con la calefacción apagada,siendo conveniente acondicionar la madera almacenándola durantealgunos días en una habitación calefactada.

4.4. Equilibrado hidráulico

Como ya se ha comentado, en una instalación de calefacción por sueloradiante, como en todo circuito, el agua caliente impulsada por la bombacirculadora, tiende a circular por los circuitos que ofrecen menor

Regulación y equilibrado hidráulico

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resistencia. Por ello en una instalación sin equilibrar, los circuitos cortos,por los que circula mayor caudal, tienden a sobrecalentarse, mientrasque los más largos nunca se calientan lo suficiente.

El equilibrado hidráulico consistirá en igualar las pérdidas de todos loscircuitos, para que cada uno de ellos reciba el caudal que necesita paraconseguir la potencia calorífica establecida.

Esta operación se realiza manipulando el cabezal del detentor, hastaconseguir que la pérdida de caudal en cada circuito, sea tal que por élcircule el caudal necesario. Se hará la verificación de que el caudal quecircula es el deseado.

4.5. Operaciones de mantenimiento de la instalación

Para mantener la instalación en buenas condiciones de funcionamientoes necesario realizar una serie de operaciones periódicas de mantenimientopreventivo y correctivo, que nos permitirán garantizar que todos loscomponentes de la instalación se conservan en buen estado.

El mantenimiento preventivo de este tipo e instalaciones se realizaráanualmente y consistirá en la realización de las siguientes operaciones:

• Comprobar que la presión del circuito en frío se encuentra dentrode los límites establecidos.

• Revisar el funcionamiento de la válvula de gas.

• Comprobar el correcto funcionamiento de los termostatos.

• Limpiar el intercambiador de calor, el quemador y el tubo de humos.

• Comprobar la estanqueidad de las tuberías de agua y de gas.

• Comprobar el buen estado del termopar y la incidencia de la llamapiloto sobre el mismo.

• Comprobar el caudal de gas y la presión del mismo.

• Comprobar el funcionamiento de la bomba de recirculación.

• Accionar la válvula de seguridad y comprobar su funcionamiento.

• Revisar el estado general de la caldera y proceder a su limpieza.

• Revisar las conexiones del suelo radiante.

• Comprobar que la distribución de calor es uniforme por toda lasuperficie.

• Comprobar el estado de los colectores y de las válvulas, accionándolaspara verificar su funcionamiento.

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La frecuencia de las revisiones que se efectúan a los distintos componentesde la instalación puede ser modificada en función de las característicasde la misma, localización, intensidad de uso,…

El mantenimiento correctivo tiene la función de realizar las reparacionesy correcciones de los defectos observados durante el mantenimientopreventivo o de los daños por averías ocasionales.

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RESUMEN

En esta unidad se aborda el diseño de instalaciones de calefacción porsuelo radiante, un método novedoso, que también se puede utilizar pararefrescar la casa y que aporta a los usuarios unas condiciones óptimas deconfort térmico.

Como complemento se ha tratado el uso de calderas murales de gas,muy extendidas en las instalaciones domésticas.

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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

A partir del plano de una vivienda unifamiliar de varias plantas (viviendaadosada o pareada tipo duplex, con sótano, y dos plantas) desarrollar elproyecto para la instalación de calefacción por suelo radiante siguiendolos pasos establecidos en esta unidad.

Utilizar para la selección de todos los componentes de la instalacióninformación recopilada a partir de catálogos de fabricantes (tuberias,calderas, valvulería, chimeneas,…), obtenidos directamente a través deInternet, de forma que el resultado obtenido se ajuste en la medida delo posible a una instalación real.

Elaborar a partir de la información recopilada, una lista de componentes,instrucciones de uso y mantenimiento de la instalación.

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BIBLIOGRAFÍA


















SEDICAL, S.A.



CALDERAS BUDERUS


VAILLANT



U.D. 5 INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DECAPTACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA SUMINISTRODE AGUA CALIENTE SANITARIA

M 7 / UD 5


U.D. 5 INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA SUMINISTRO DE AGUA CALIENTE SANITARIA

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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 217

Objetivos ........................................................................................ 219

1. Nociones básicas sobre equipos solares compactos .............. 221

1.1. Descripción....................................................................... 221

1.2. Componentes ................................................................... 222

1.3. Montaje ............................................................................. 222

2. Dimensionado de instalaciones para producción de ACS.... 225

2.1. Generalidades................................................................... 225

2.2. Determinación de la demanda de ACS .......................... 225

2.3. Energía solar disponible .................................................. 226

2.4. Energía solar aprovechable ............................................. 228

2.5. Superficie de los captadores............................................ 229

2.6. Depósito acumulador....................................................... 230

3. Ejemplo de cálculo de un sistema compacto de captación

de energía solar térmica ......................................................... 231

4. Puesta en marcha y mantenimiento de la instalación........... 235

Resumen ........................................................................................ 237

Bibliografía .................................................................................... 239



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INTRODUCCIÓN

Los sistemas de colectores solares permiten aprovechar una alta proporciónde la energía emitida por el sol para generar calor. Esto produce unmenor consumo de combustibles fósiles y, por lo tanto, una menoremisión de contaminantes tan perjudiciales para nuestro entorno.

La producción de agua caliente sanitaria es una de las más comunesaplicaciones de los sistemas de colectores solares.

Como puede observarse en el gráfico adjunto, la demanda de aguacaliente es aproximadamente constante a lo largo de todo el año.

Por el contrario, la energía que solar disponible varía en función de laestación del año en la que nos encontremos, siendo mucho mayor enlos meses de verano que en el invierno.

En verano el sistema solar es capaz de cubrir completamente toda lademanda de energía para la producción de agua caliente sanitaria,aunque es necesario utilizar un sistema convencional de calentamientode apoyo que cubra las necesidades no aportadas con la energía solar,ya que puede haber largos períodos de bajos niveles de radiación solaren los que debe asegurarse la producción de agua caliente sanitaria.

A lo largo de todo el año, los sistemas de colectores solares puedenproporcionar alrededor de un 60% del agua caliente sanitaria que seconsume en una vivienda.

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OBJETIVOS

En esta unidad se pretende introducir al alumno en la utilización de loscaptadores solares para la producción de agua caliente sanitaria, yproporcionarle la información necesaria para poder seleccionar el equipomás adecuado para cada instalación.

El desarrollo teórico y la resolución del ejemplo propuesto se centranen los captadores solares compactos, por ser éstos los más extendidos.

Para seleccionar el equipo más adecuado pueden utilizarse catálogos defabricantes, en los que solamente necesitamos saber el número deconsumidores para obtener directamente el equipo que necesitamosinstalar.

A lo largo de esta unidad se desarrolla el proceso de cálculo más complejo,que tiene en cuenta todos los factores que influyen en el funcionamientode los captadores solares y que por tanto son fácilmente extrapolablesa otros tipo de instalaciones con aprovechamiento de energía solar.



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1. NOCIONES BÁSICAS SOBRE EQUIPOS SOLARESCOMPACTOS

1.1. Descripción

Los captadores solares compactos son unos equipos que agrupan todoslos elementos necesarios para la producción de agua caliente sanitariaa partir de la energía que proporciona el sol.

Estos equipos funcionan calentando en un captador solar el agua quecircula por dentro de un circuito cerrado (circuito primario), que actúacomo fluido térmico, y a la que se le añade generalmente algún tipo deanticongelante. Dentro de un tanque acumulador, y con ayuda de unintercambiador de calor, se calienta el agua potable que será utilizadaposteriormente por el consumidor.

La circulación del agua en el circuito primario se produce por el efectotermosifón, debido a que el agua fría posee una densidad mayor que elagua caliente, por lo que ésta se ve desplazada hacia la parte superiordel sistema. Esto obliga a situar el depósito acumulador sobre el captadory lo más cerca posible del mismo.

Para favorecer el efecto termosifón deben cumplirse una serie decondiciones:

• Diferencia de altura entre el captador y el acumulador grande.

• Elevada diferencia de temperatura entre la ida y el retorno del fluido.

• Evitar las pérdidas de carga en las tuberías de circulación (no colocaraccesorios innecesarios, como válvulas, reducciones,…).

• Utilizar diámetros de tubería mayores de 1/2".

• Colocar un purgador para eliminar bolsas de aire que dificultan lacirculación.



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Estos equipos tienen el inconveniente de nopoder regular la temperatura de calentamientodel depósito, lo que puede provocar la corrosióndel mismo o la acumulación de cal. Este fenó-meno se puede evitar si se utilizan acumuladoressuficientemente grandes, cuya capacidad seamayor de 80 l/m2 de captador.

Como complemento, al conjunto se le añadenaccesorios que mejoran su funcionamiento yaumentan su rendimiento, como unas resistenciaseléctricas situadas dentro del depósito acumulador y que actúan comosistema calefactor de apoyo o una bomba de circulación para impulsarel agua del circuito primario.

1.2. Componentes

En la figura siguiente se ilustran los distintos elementos de que se componeun captador solar compacto:

1.3. Montaje

1.3.1. Tipos de instalación

Los colectores compactos solares pueden montarse indistintamente sobresuperficies planas o superficies inclinadas.

• Montaje sobre superficies planas:

Cada colector necesita una estructura auxiliar sobre la que se montará.Estas estructuras permiten variar la inclinación de montaje del colectory ubicarlo sobre el suelo o sobre la cubierta plana de un edificio.



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• Montaje sobre tejado:

Los colectores solares pueden montarse también sobre un tejado inclinado.En este caso se puede optar por dos soluciones distintas: el montajeintegrado de los colectores sobre el tejado, sustituyendo éstos a la propiacubierta, o el montaje sobre la cubierta, con ayuda de un sistema deanclaje especial, de forma que los colectores quedan sobre el tejado,conservándose la cubierta original y siguiendo éstos la inclinación de lamisma.

1.3.2. Requisitos de espacio para instalación decaptadores solares

Antes de proceder a la instalación de los captadores solares debemostener en cuenta el espacio del que se dispone. El espacio necesario parael montaje de cada instalación concreta quedará definido por lasnecesidades de cada equipo, que indicará el fabricante en lascorrespondientes instrucciones de instalación y montaje y la normativavigente a tal efecto: Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios,normativas regionales y ordenanzas municipales.

Para captadores montados sobre el tejado hay que dejar un espaciomínimo entre captadores para el paso de tuberías, y en los bordes deltejado, como se muestra en el croquis siguiente:



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Para el montaje de colectores sobre una superficie plana, el espacio queocupa cada uno de ellos es igual al necesario para ubicar la estructurade soporte que necesitan. En caso de que se monten varias filas decolectores, será necesario dejar un espacio entre filas que evite elsombreamiento de los colectores. La distancia mínima entre colectores(x), está establecida en el RITE, y se calcula en función de la altura delcaptador (h) y un coeficiente K que depende de la inclinación de montajedel mismo.

También será necesario prestar atención a la presencia de obstáculossobre la cubierta plana que puedan proyectar sombras sobre los captadores;para ello será necesario situar los captadores a una distancia suficientedel obstáculo, como se muestra en la figura:



Inclinación 20 25 30 35 40 45 50 55

K 1.53 1.63 1.73 1.81 1.87 1.93 1.97 1.99

x = K·h

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2. DIMENSIONADO DE INSTALACIONES PARAPRODUCCIÓN DE ACS

2.1. Generalidades

El dimensionado o selección del equipo para la producción de ACS,consistirá básicamente en determinar la superficie de los captadoresnecesarios para satisfacer las necesidades energéticas del usuario, asícomo el volumen del acumulador.

La demanda de agua caliente sanitaria determinará el aporte energéticorequerido para su producción. Depende básicamente de dos factores:

• Zona climática donde se realiza la instalación, que condiciona latemperatura del agua de que disponemos en la red de tuberías, y latemperatura ambiente, que condicionan el rendimiento del captador.

• Ocupación y tipología del edificio: el número de ocupantes y el usoa que se destina el edificio determina la demanda de agua caliente.

El rendimiento del captador, es decir, el aprovechamiento que se puedehacer de la energía solar depende de las condiciones exteriores a queestán sometidos los captadores, y de la posición de montaje de los mismos:

• Radiación media diaria o cantidad de energía por unidad de superficiey de tiempo, que podremos conocer a partir de tablas informativascon los datos correspondientes a cada provincia.

• Inclinación del captador: lo más conveniente, y por ello habitual, esmontar el captador con una inclinación igual a la latitud en que estáinstalado el captador, de forma que los rayos del sol incidan sobre lasuperficie del mismo lo más perpendicularmente posible, con lo queel aprovechamiento de la energía será máximo. Para conseguir unmejor rendimiento a lo largo del año de los captadores solares, enalgunas latitudes puede ser necesario variar la inclinación de montajedel captador en función de la estación del año en que nos encontremos.

• Orientación del captador: con el fin de aprovechar al máximo laradiación solar, los captadores deben montarse orientados hacia elsur geográfico, siempre que la instalación se encuentre en el hemisferionorte, admitiéndose pequeñas desviaciones.

2.2. Determinación de la demanda de ACS

Existen diversos métodos para poder estimar cuál será el consumo deagua caliente sanitaria en litros/día. Esta estimación puede realizarse apartir de las normativas municipales o comunitarias o a partir de tablas



226

informativas en las que se puede determinar cuál será la demanda deACS en función del número de ocupantes, temperatura de consumo delagua caliente y uso a que se destina el edificio.

También resulta interesante conocer la variación de esta demanda a lolargo del año para poder determinar el aporte solar porcentual querecibe la instalación. Para el caso de viviendas, la demanda de aguacaliente sanitaria se mantiene prácticamente constante a lo largo de todoel año.

La demanda energética para la producción de agua caliente sanitariavendrá dada por la fórmula:

Donde:

E es la energía necesaria.

D es el volumen de agua demandado.

Tconsumo es la temperatura de consumo del ACS.

Tentrada la temperatura del agua en la red.

Ce es el calor específico del agua.

Esta estimación de la demanda energética es un factor clave para ladeterminación de la superficie de los captadores y la distribución de lasnecesidades energéticas a lo largo de todo el año.

2.3. Energía solar disponible

Una vez conocida la demanda de energía necesaria para conseguir unadecuado suministro de agua caliente sanitaria, será necesario determinarla cantidad de energía que aporta el sol, así como la proporción de lamisma que podemos aprovechar. De este modo podemos saber los datoscorrespondientes a la cobertura solar en cada época del año.

2.3.1. Radiación solar

La radiación solar media (H) es la cantidad de energía por unidad desuperficie que recibiría un captador solar si estuviera situado en el suelo.Estos datos se pueden obtener a partir de tablas informativas en las quese ofrecen los valores correspondientes a cada provincia.

A modo de ilustración, en el mapa siguiente se representan por coloreslas zonas con mayor o menor radiación solar media.



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Dato obtenido de las tablas mencionadas anteriormente; hay que aplicaruna serie de factores de corrección en función de las condicionesambientales y la posición de montaje:

• Calidad del aire: si el aire de la zona donde se prevé instalar el equipode captación está limpio, el valor de la radiación solar debemultiplicarse por 1,05. En caso contrario -de aire con polución- elfactor a utilizar será 0,95.

Hcorregido = H · 1,05 (para aire limpio)

Hcorregido = H · 0,95 (para aire sucio)

• Energía útil que llega al captador: dependiendo de la inclinación demontaje del captador varía la cantidad de energía solar que se puedeaprovechar. La inclinación de montaje del captador que permite unmejor aprovechamiento es aquella que coincide con su latitud ±10°.En algunos casos, como por ejemplo el de captadoresmontados directamente sobre el tejado del edificio sin utilizarestructura de soporte, no se puede regular la inclinaciónde los paneles solares, por lo que será necesario introducirun factor de corrección, que depende de la latitud de laubicación y del ángulo de montaje de los captadores.



228

La orientación de los colectores también condiciona la cantidad deenergía térmica que pueden proporcionar. La orientación óptima parael colector solar es la Sur, admitiéndose desviaciones al Este o al Oestede 10°. En el caso de colectores montados sobre el tejado inclinado, suorientación será la misma que la del tejado, por lo que el ángulo deincidencia de los rayos del sol sobre el captador no será el más apropiado,con la consiguiente pérdida de rendimiento.

El valor de la energía útil se obtiene a partir de la expresión:

Eutil = 0,94 · K · f · Hcorregido

Donde el factor K de inclinación se obtiene a partir de tablas informativas,y el factor F de orientación se puede obtener a partir del diagramasiguiente:

2.4. Energía solar aprovechable

De toda la energía solar que llega al captador, solamente podremosaprovechar una parte, perdiéndose al menos un 10% en todos loselementos de la instalación. Además deberemos tener en cuenta elrendimiento del captador, que cuantifica las pérdidas producidas porradiación, absorción, convección y conducción. Se puede avaluar a partirde la expresión:

Los términos A (eficiencia óptica) y U (pérdidas de calor en la superficiedel captador) dependen de los materiales empleados en la construccióndel captador, y son datos que ofrece el fabricante del mismo.

El salto térmico es la diferencia de temperaturas entre el fluidocaloportador (Tm) y la temperatura ambiente (Ta).



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También interviene en la expresión del rendimiento, la intensidadradiante (I) o cantidad de energía útil captada por unidad de tiempo ysuperficie.

Así pues, la energía que podemos aprovechar será:

Dado que el valor del rendimiento es propio del captador y es un datoque debe ofrecer el fabricante del mismo, para realizar cálculos estimativos,y teniendo en cuenta la latitud donde va a realizarse la instalación, puedeconsiderarse a modo de aproximación que el valor del rendimiento oscilaentre 0,5 y 0,7.

2.5. Superficie de los captadores

Para poder calcular la superficie total de los captadores que necesitamosinstalar, es necesario conocer la energía demandada y la energía útildisponible por unidad de superficie. De la relación entre estos datos, yteniendo en cuenta la cobertura mínima que deseamos obtener, se puedecalcular la superficie de captadores necesaria:

El porcentaje de cobertura solar que se utiliza habitualmente en el diseñode instalaciones de producción de agua caliente sanitaria, oscila entreel 40% y el 70%.

Para asegurarnos de que el diseño es correcto, comprobaremos que secumplen las siguientes premisas:



utilp E9,0E =

RITE

(para instalaciones

individuales)

1,25 < 100·A/M < 2

A es la superficie total de captadores

en m2

M es el consumo medio diario en los

meses de verano

IDEA

(para producción de

ACS)

50 < V/A <180

V es el volumen de consumo diario

A es la superficie total de captadores

en m2

230

2.6. Depósito acumulador

Como la energía que se puede obtener del sol no siempre coincide conla demanda por parte del usuario, es necesario disponer de un sistemade acumulación que actúe a modo de almacén de energía y nos permitadisponer de agua caliente en aquellos momentos de poca o nula radiaciónsolar, haciendo de ésta cuando hay poco consumo.

Lo ideal, de acuerdo con las recomendaciones del RITE, es hacer coincidirel volumen del depósito acumulador con el consumo medio diario.



231

3. EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN SISTEMACOMPACTO DE CAPTACIÓN DE

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Para ilustrar el proceso de cálculo y selección de equipos solares compactos,se propone a continuación un supuesto práctico, que se resolveráaprovechando las herramientas informáticas que acompañan este libro,que siguen el mismo proceso que se ha descrito, pero facilitan el trabajodel diseñador.

Supuesto práctico:

Se desea instalar un sistema de captación solar compacto que se ubicarásobre la cubierta plana (terraza) de una vivienda unifamiliar situada enla provincia de Valencia.

El edificio estará habitado por 5 personas, que tendrán un consumoelevado de agua caliente sanitaria a 45° C.

Se desea obtener una cobertura solar del 70%.

Comenzaremos por arrancar el programa para el cálculo de colectoressolares, y aparece la ventana siguiente:

A continuación deberemos introducir los datos solicitados. En el problemapropuesto, se nos indica que se trata de una instalación de ACS situadaen la provincia de Valencia, con cobertura solar del 70%.



232



Los datos de inclinación del captador y azimut del mismo los podemoselegir al tratarse de un equipo que se sitúa sobre una cubierta plana conla correspondiente estructura de soporte que nos permite inclinarlo yorientarlo en la posición más adecuada. La inclinación óptima debecoincidir con la latitud de la localización del captador (en este caso, 40°)y la orientación más favorable será la orientación sur (azimut 0°).

El esquema que se nos presenta se puede obviar ya que no coincide connuestro caso, pero no influye en el resultado de los cálculos. Si pulsamosen la casilla de localización podemos introducir datos específicos deubicaciones concretas, en caso de disponer de ellos.

La ventana se presentará ahora como sigue:

Procederemos ahora a introducir los datos del consumo, haciendo dobleclic sobre el botón correspondiente situado en el esquema de la instalación.

Introducimos los datos del consumo anual que podemos obtener de lastablas informativas contenidas en el anexo correspondiente (300 l/día)y la temperatura de consumo (45° C).

Ahora podemos continuar y proceder a realizar los cálculos y obtenerlos resultados que necesitamos.

233



Podemos saber cuál debe ser el volumen mínimo del acumulador quedebemos utilizar haciendo doble clic sobre el botón correspondiente.El resultado obtenido es de 240 l.

Con el botón calcular se nos permite acceder a la ventana siguiente quenos ofrece los resultados obtenidos, así como resúmenes de los datosutilizados.

234



Podemos ver la superficie del campo de colectores necesarios (4,48 m2)así como la evolución del comportamiento de la instalación a lo largodel año.

Con estos datos y con el catálogo del fabricante podemos seleccionar elequipo más adecuado para nuestros propósitos.

Utilizando este extracto del catálogo de equipos solares compactos deSalvador Escoda, S.A., podemos determinar que el que más se ajusta anuestras necesidades es el ECOSOL-300 de dos colectores, acumuladorde 300 litros y superficie de captador solar de 5,2 m2.

235



4. PUESTA EN MARCHA Y MANTENIMIENTO DELA INSTALACIÓN

Para que la instalación funcione correctamente y para alargar la vida detodos los elementos que la componen es conveniente seguir las pautasde puesta en marcha y mantenimiento de los equipos, establecidas porel fabricante de los mismos.

Para efectuar la puesta en marcha de captadores solares, se seguiráncomo norma general las siguientes indicaciones:

• Abrir la válvula de llenado de la instalación, para llenarla desde lazona más baja a la zona más alta con agua de la red de agua potable,para limpiar el sistema de posibles impurezas y proceder a comprobarlas posibles fugas que pudiera presentar.

• Una vez realizadas las comprobaciones pertinentes, se procederá allenar el circuito primario con el fluido caloportador definitivo(generalmente será agua con anticongelante). Esta operación serealizará en horas de baja radiación solar o con los paneles solarestapados.

• Seguidamente se procederá a purgar el circuito primario con el vasode expansión cerrado. Algunos equipos disponen de purgadoresautomáticos, que facilitan esta operación.

• Con el circuito purgado se procederá a ajustar la presión del vaso deexpansión, que en vacío debe ser de 1,2 bar. La presión del sistemadebe quedar entre 1,5 y 2,2 bar en frío.

Las operaciones de mantenimiento preventivo tienen como objetivocomprobar que los componentes de la instalación se mantienen en buenestado y continúan funcionando correctamente. Las comprobacionesque debemos realizar de forma semestral o anual, dependiendo deltamaño de la instalación, son las siguientes:

• Controlar el estado del anticongelante.

• Purgar el circuito.

• Comprobar la presión de la instalación y reponer si es necesario.

• Comprobar el estado de las sondas.

• Comprobar el estado y funcionamiento de las válvulas.

• Verificar que no hay fugas o defectos de aislamiento.

• Limpiar los captadores.

237



RESUMEN

La energía solar es una energía limpia y barata que puede aportar unahorro económico al usuario de la instalación.

Para un correcto aprovechamiento de este tipo de instalaciones esimportante recordar las condiciones para un correcto funcionamiento.

Si se calcula adecuadamente la superficie de paneles necesarios, y éstosse montan con una orientación y una inclinación adecuadas, podemosconseguir que nos suministren hasta un 70% de la energía necesariapara la producción de agua caliente sanitaria.

239



BIBLIOGRAFÍA


















SEDICAL, S.A.



CALDERAS BUDERUS


VAILLANT


FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO

DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 7:Instalaciones de producción de calor

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

Tomo 2

MÓDULO 7INSTALACIONES DE

PRODUCCIÓN DE CALOR

Tomo 2

CICLO FORMATIVOMONTAJE Y MANTENIMIENTODE INSTALACIONES DE FRÍO,CLIMATIZACIÓN YPRODUCCIÓN DE CALORGRADO MEDIO

AUTORES:César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Edita

Conselleria de Cultura, Educación y Deporte


Autores Expertos

César González Valiente / Francisco Javaloyas Grau

Dirección y coordinación del proyecto


Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives

Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives

Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas

Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés

Fotografías e ilustraciones de interior: Autor del módulo

Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet

Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial

de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión

por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos,

sin la autorización previa y por escrito del editor.

ISBN: 978-84-96438-44-6

978-84-96438-50-7

CONTENIDO DEL MÓDULO SIETE

TOMO 1

U.D. 1 Equipos .............................................................................. 5

U.D. 2 Instalaciones de almacenamiento de combustibles

líquidos............................................................................... 87

U.D. 3 Instalación de calefacción por radiadores y producción

de agua caliente sanitaria .................................................. 115

U.D. 4 Instalación de calefacción por suelo radiante ................. 175

U.D. 5 Instalación de un sistema de captación solar térmica

para suministro de agua caliente sanitaria ....................... 213

TOMO 2

U.D. 6 Estudio de diversos esquemas y sistemas de centrales

térmicas en edificios residenciales ................................... 245

U.D. 7 Instalaciones de vapor. Estudio de un esquema tipo y

elementos que lo componen ............................................ 279

U.D. 8 Instalaciones de aceite térmico. Estudio de un esquema

tipo y elementos que lo componen.................................. 327

U.D. 9 Instalación de un horno de secado de pintura................ 393

U.D. 10 Instalaciones de regulación y control............................... 421

Glosario del Módulo ......................................................................... 455


U.D. 6 ESTUDIO DE DIVERSOS ESQUEMAS YSISTEMAS DE CENTRALES TÉRMICAS ENEDIFICIOS RESIDENCIALES

M 7 / UD 6


U.D. 6 ESTUDIO DE DIVERSOS ESQUEMAS Y SISTEMAS DE CENTRALES TÉRMICAS EN EDIFICIOS RESIDENCIALES

247

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 249

Objetivos ........................................................................................ 251

1. Central de calefacción con dos sectores ................................ 253

2. Instalación de agua caliente sanitaria por acumulación....... 255

3. Central con servició de calefacción climatización y ACS

con micro acumulación de ACS y acumulación del

primario ................................................................................... 257

4. Central con servicio de calefacción, climatización, ACS con

interacumulador de doble serpentín de caldera y solar....... 260


dos interacumuladores de simple serpentín, uno en

segunda etapa en caldera y otro en primera etapa para

calentamiento solar ................................................................. 262


dos microacumulaciones y calentamiento instantáneo con

intercambiadores de placas, acumulación térmica en el

primario de solar..................................................................... 264

7. Combinacioes de esquemas vistos.......................................... 266

Resumen ........................................................................................ 269

Anexos ........................................................................................... 271



249

INTRODUCCIÓN

Existen muchos tipos de instalaciones que se pueden realizar para unmismo edificio; en este tema veremos cómo se pueden aplicar distintassoluciones para llegar a un mismo fin; los técnicos y diseñadores lasseleccionarán en función de criterios económicos, de mantenimiento yde servicio.

Los esquemas aquí señalados no son los únicos, e incluso se pueden usarfilosofías que haya depositadas en varios de ellos; tampoco se pretendeseñalar con detalle todos los elementos necesarios. El objeto es atendera las distintas formas de realizar las instalaciones y razonar cada una deellas para que en el futuro podamos comprender el desarrollo de losmismos.

251

OBJETIVOS

Introducir al alumno en la discusión de las ventajas e inconvenientes delas distintas posibilidades de las instalaciones.

Valorar de forma teórica los esquemas y comprender el concepto deahorro energético con la ayuda de los esquemas de fluidos.

Comprender las distintas formas de producción de calor para calefaccióny ACS.



253

1. CENTRAL DE CALEFACCIÓN CON DOS SECTORES

En el esquema siguiente observamos una caldera de agua caliente queda servicio a dos zonas distintas y que están reguladas por una centralitade calefacción.

Cada zona tendrá circulación constante y la posibilidad de obtener unatemperatura distinta para cada circuito de calefacción en función de losparámetros que se quieran regular, temperatura del ambiente de la zonaa climatizar, sistema de calefacción utilizado, temperatura de ACS, etc.

Un aumento de la temperatura se conseguirá abriendo o cerrando laválvula de tres vías que estará comandada por la centralita.

Con este esquema podríamos tener incluso calefacciones de bajatemperatura como son el suelo radiante y fancoils, ya que la válvula detres vías está colocada de forma que permite una recirculación constanteen el circuito de servicio y apertura modulada para el calentamiento delcircuito.

Para que esto se pueda realizar con éxito es necesario garantizar que loscircuitos no tengan un calentamiento excesivo que podría dañar lainstalación, especialmente en caso de suelo radiante (sería convenienteinstalar un termostato de seguridad que impidiera el aporte de calor encaso de sobrepasar ciertos limites, por ejemplo 45° C).

También podríamos tener un sistema de calefacción por radiadores ytemperatura ambiente controlada con la variación de temperatura delcircuito de agua caliente a radiadores o un sistema mixto de suelo radiantey radiadores.

Observamos que la caldera está equipada con un sistema anticondensacióncuya función es para evitar que los humos de la combustión condensenel vapor de agua que contienen y arrastren el ácido sulfúrico que podríadañar el cuerpo de la caldera.

El sistema consta de una bomba en by–pass con la entrada y salida y untermostato que garantiza una mezcla de agua de caldera con el agua deretorno si éste se produce más frío de lo recomendable, evitando que elagua llegue a la caldera excesivamente fría.



254



255

2. INSTALACIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIAPOR ACUMULACIÓN

En el esquema siguiente observamos una caldera (1) de agua calientededicada a suministrar calor a un depósito interacumulador (2) de ACS.

La bomba de circulación (3) circulara agua cuando el termostato deldepósito interacumulador demande calor.

La válvula de seguridad (4) abrirá el circuito cerrado de la caldera,primario o el del circuito de ACS en caso de que se produzca unasobrepresión que pueda dañar cualquier elemento de la instalación; ala salida de las válvulas de seguridad se instalarán embudos (11) quepermitan observar la fuga de agua en caso de que se produzca.

En el circuito primario hay instalado un separador de aire (18) queelimina las burbujas de aire de la instalación evitando la oxidación queproduce el oxigeno.

Para absorber la dilatación del agua al calentarse hay un depósito deexpansión tipo membrana (16) que recoge el exceso de volumen cuandose produce y la devuelve cuando la instalación pierde volumen.

Para llenar el circuito primario se conecta a la red con una válvula debola (15) que aislará el circuito de la red una vez llenado, y una válvulaantirretorno (10) que evita que el agua del circuito de calefacción puedaentrar en el circuito de agua de red, fundamentalmente por motivos desalubridad.

La entrada de agua fría (7) a la instalación de ACS es filtrada (17) ydispone de una válvula antirretorno que evita fugas del agua calientesanitaria a la red de agua fría. Antes de entrar en el depósito interacu-mulador (2) se mezcla con el agua de retorno del anillo de ACS.

El anillo de ACS garantiza que la instalación de distribución no disminuyasu temperatura más de 5° C desde la impulsión al retorno (medidasantilegionela); para ello se dispone de un termostato en la tubería deretorno (9) que acciona la bomba de recirculación de ACS.



256



257

3. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN,CLIMATIZACIÓN Y ACS CON MICRO ACUMULACIÓN

DE ACS Y ACUMULACIÓN DEL PRIMARIO

Los servicios que da la instalación que se muestra en el siguiente esquemason de calefacción por sistemas de baja temperatura, fancoils o sueloradiante y refrigeración producida por dos enfriadoras colocadas enparalelo o de forma independiente para cada circuito, es decir un circuitopuede suministrar frío, y el otro calor.

En los hoteles se puede dar la posibilidad de necesitar enfriar locales enlos que exista una cantidad de gente considerable, debido a la celebraciónde eventos, banquetes, bodas, bailes, etc. Mientras que en las habitacionesse requiere calefacción, con este tipo de instalación podemos independizarcircuitos y realizar esta operación.

En el caso de avería o mantenimiento de una enfriadora, una sola podríasuministrar frío o calor a los dos circuitos si los comunicamos a travésdel by–pass de avería; tendremos solución de emergencia para los doscircuitos aunque con menos potencia disponible.

También tiene una parte de producción de ACS que tiene comocaracterística principal la renuncia a la acumulación de ACS y laacumulación de la energía en forma de agua caliente en el circuitoprimario de calefacción; el objeto es disminuir la cantidad de ACS en lainstalación y así disminuir el riesgo de la proliferación de la bacteria dela legionelosis.

El coste de los depósitos de ACS es más elevado que los de acero, usadospara acumulación térmica, lo que significaría un ahorro que nos permitiríainvertir en el intercambiador y la bomba de circulación necesaria paracalentar el ACS.

Como es sabido la limpieza de la bacteria de la legionela se consigueaumentando la temperatura del circuito hasta 70° C y la acumulación seproducirá a 60° C y la red de distribución no debe tener temperaturainferior a 50° C en la impulsión ni 45° C en el retorno del anillo, tal ycomo se indica en el gráfico.



258



259



260

4. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN,CLIMATIZACIÓN, ACS CON INTERACUMULADORDE DOBLE SERPENTÍN DE CALDERA Y SOLAR

El servicio de climatización y ventilación es igual al descrito anteriormente.

La energía necesaria para el calentamiento del ACS es recogida funda-mentalmente por las placas solares lo que supone un ahorro importantey una colaboración con el medio ambiente; como no es posible diseñaruna instalación para que tenga el 100 % de autonomita con energía solarse hace necesario una caldera de apoyo que suministrara calor cuandolas placas solares no sean suficientes.

Otra función de la caldera de apoyo es poder aumentar la temperaturacuando se desee realizar una desinfección térmica que consistirá enelevar la temperatura hasta 70° C.

El termostato que pone en marcha la aportación térmica de la calderadebería estar regulado sobre los 58° C, que son 2° C menos de latemperatura de almacenamiento.

Esto presenta el inconveniente de que las placas solares perderánrendimiento por perdidas energéticas al ambiente; en su interior deberácircular fluido a más de 75° C que en invierno supondrá un salto térmicoimportante.

Salto térmico invierno = (75° C – 10 °C) = 65 °C.

Aun así, siempre resulta interesante el aprovechamiento de energíatérmica solar ya que es una energía gratuita.

Se hecha de menos en este esquema una solución para verano, en el quela aportación de energía solar suele ser superior a la demanda; cuandoesto sucede, el calentamiento del circuito solar suele ser superior a 100° Ccon lo que se produce un aumento de presión en el circuito primario,que hay que absorber.

El deposito de ACS, además de estar muy bien aislado, deberá estarfabricado con materiales que permitan un almacenamiento alimentario:acero inoxidable, recubrimiento de epoxi, materiales plásticos, o cualquierotra solución que favorezca una limpieza y no incorpore elementosindeseables en el agua.



261



262

5. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN,CLIMATIZACIÓN, ACS CON DOS

INTERACUMULADORES DE SIMPLE SERPENTÍN,UNO EN SEGUNDA ETAPA EN CALDERA Y OTRO

EN PRIMERA ETAPA PARA CALENTAMIENTO SOLAR

Este esquema es una variante del circuito anterior que pretende obtenerun mejor rendimiento energético.

El fundamento de aumento de la eficiencia energética se basa en que lacaldera solo actué para elevar la temperatura hasta 60° C cuando lasplacas solares no han sido suficientes.

De esta manera el circuito solar trabajará a menos temperatura y laspérdidas energéticas al exterior se reducirán considerablemente,especialmente en épocas de invierno, ya que el primer depósito estaráa la temperatura que alcance con la única aportación de las placas solares.

Esta solución genera una posibilidad de desarrollo de la bacteria de lalegionelosis, que habrá que solventar calentando el deposito hasta 60° Cuna vez al día, con aportación de calor de la caldera de apoyo y hasta70° C cada vez que se quiera realizar una limpieza térmica.

La instalación propuesta supone un sobrecosto sobre la anterior pueshay que poner dos depósitos donde sólo había uno, pero podríacompensarse por el ahorro energético.



263



264



6. CENTRAL CON SERVICIO DE CALEFACCIÓN,CLIMATIZACIÓN, ACS CON DOS MICROACUMULA-CIONES Y CALENTAMIENTO INSTANTÁNEO CON

INTERCAMBIADORES DE PLACAS, ACUMULACIÓNTÉRMICA EN EL PRIMARIO DE SOLAR

La solución del esquema siguiente es una variación que la hace máscompleja pero que pretende tener un mejor aprovechamiento energéticoy un menor riesgo de legionelosis.

Como se observa, se reduce considerablemente el volumen de ACSalmacenado, logrando evitar que existan lugares donde se puedadesarrollar y facilitando considerablemente las limpiezas térmicas.

Ejemplo:

Si para realizar la limpieza térmica tengo que elevar la temperatura deun depósito de 10.000 litros hasta 70° C, éste tardara un tiempoconsiderable en volver a bajar a temperatura de trabajo, tiempo en quela aportación solar se reducirá a mínimos.

Si además considero que la temperatura de almacenamiento no seráinferior a 60° C obtendremos que la fugas térmicas al exterior por lasplacas solares serán considerables.

Con la solución planteada la acumulación de energía solar nunca puedeser caldo de cultivo de la legionela pues se realiza en un circuito cerradoajeno a la instalación de ACS y no importará su temperatura: simplementerecogeremos el calor que den las placas sin la preocupación de latemperatura.

Como la temperatura del agua de red siempre es fría y se calienta hasta60° C, como temperatura de almacenamiento en esta solución dividiremosel calentamiento en dos etapas:

1ª Calentamos desde 15° C hasta la temperatura de acumulación térmicacon un intercambiador de placas.

2ª Desde la temperatura que obtengamos hasta 60° C con la caldera deapoyo y otro intercambiador de placas.

Otra ventaja energética que obtendremos es que cuando queramos elevarla temperatura de todo el circuito hasta 60° C o hasta 70° C el volumena calentar será mínimo y por lo tanto el periodo en que la aportacióntérmica de las placas solares resulta menos ventajoso, se reduce.

Con esto obtenemos en invierno un mejor rendimiento y en veranopodremos acumular calor por encima de 60° C, hasta incluso 110° C, sin

265



aumentar excesivamente la presión del circuito con que podríamosobtener una mayor acumulación térmica que podríamos aprovechar enconsumos punta.

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7. COMBINACIONES DE ESQUEMAS VISTOS

Central con servicio de calefacción, ACS con Interacumulador de dobleserpentín de caldera y solar.

267



Central con servicio de calefacción, ACS con dos interacumuladores desimple serpentín, uno en segunda etapa en caldera y otro en primeraetapa para calentamiento solar. Solar.

268



Central con servicio de calefacción, ACS con dos microacumulacionesy calentamiento instantáneo con intercambiadores de placas, acumulacióntérmica en el primario de solar.

269



RESUMEN

Hemos visto que existen muchas combinaciones y formas de resolverinstalaciones; cada solución aporta ventajas y características diferentesrespecto a las otras; el técnico deberá considerar motivos económicospero muy especialmente criterios de eficiencia energética: cada vez más,las leyes obligan a considerar instalaciones con eficiencias energéticaselevadas.

Las instalaciones solares térmicas son obligadas en los edificios de nuevaconstrucción ya que producen un ahorro considerable de energía.

271



ANEXOS

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277




U.D. 7 INSTALACIONES DE VAPOR.ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOSQUE LO COMPONEN

M 7 / UD 7


U.D. 7 INSTALACIONES DE VAPOR. ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOS QUE LO COMPONEN

281

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 283

Objetivos ........................................................................................ 285

1. Conceptos básicos ................................................................... 287

1.1. Cambios de estado: vaporización y condensación ....... 287

1.2. Vapor de agua saturado, sobrecalentado...................... 287

1.3. Volúmenes específicos de vapor.................................... 288

1.4. Calor sensible ................................................................. 289

1.5. Calor latente ................................................................... 289

1.6. Relación entre la presión y la temperatura del vapor.. 290

2. Generalidades sobre calderas de vapor ................................. 292

2.1. Definiciones.................................................................... 292

2.2. Requisitos de seguridad para calderas de vapor .......... 294

3. Accesorios y elementos adicionales para calderas ................ 299

3.1. Válvulas de paso. Tipos .................................................. 299

3.2. Válvulas de retención. Tipos ......................................... 299

3.3. Válvulas de seguridad..................................................... 300

3.4. Válvulas de descarga rápida y de purga continua ........ 302

3.5. Indicadores de nivel. Grifos y columna ........................ 303

3.6. Controles de nivel por flotador y por electrodos......... 305

3.7. Bombas de agua de alimentación ................................. 307

3.8. Manómetros.................................................................... 307

3.9. Presostatos ...................................................................... 308

3.10. Quemadores. Tipos........................................................ 310

3.11. Válvula de aireación....................................................... 311

4. Tratamiento del agua para calderas....................................... 313

4.1. Características del agua para calderas .......................... 313

4.2. Descalcificadores y desmineralizadores........................ 314

4.3. Desgasificación térmica y por aditivos .......................... 316

4.4. Regulación del pH ......................................................... 317

4.5. Recuperación de condensados...................................... 318

4.6. Régimen de purgas a realizar ........................................ 319

282

5. Esquema típico de una instalación de vapor......................... 321

Resumen ........................................................................................ 323

Bibliografía .................................................................................... 325





283

INTRODUCCIÓN

La caldera de vapor es un elemento de aportación calorífica muy extendidoen la industria.

Este sistema de transferencia de calor está indicado para la mayoría deaplicaciones; su instalación es bastante sencilla, ya que el propio fluidotransmisor fluye por la instalación por presión, no siendo necesario elconcurso de bombas de circulación o demás sistemas de transporte defluidos.

El buen funcionamiento de este tipo de instalaciones requiere unacorrecta eliminación del condensado producido en la cesión del calorlatente del vapor. Una de las ventajas que tiene el vapor frente a otrossistemas es la gran capacidad de intercambio de calor que posee, lo quese traduce en un menor tamaño de los intercambiadores de vapor ainstalar, o sea, un menor coste.

Estas instalaciones tiene el handicap de que si se requieren altastemperaturas de funcionamiento, éstas se traducen en altas presiones,y sobrepasados ciertos valores de volumen y presión se eleva la categoríadel generador de vapor, según el reglamento vigente, con lo queaumentarían las exigencias de instalación y, consecuentemente, el coste.

En este tipo de sistemas pueden existir instalaciones que tienen granporcentaje de recuperación de condensado; se puede disponer de sistemasde recuperación con los que se puede obtener un importante ahorroenergético en su instalación en forma de consumo de combustible,necesidades de tratamiento de agua, etc.; se deberá estudiar la instalaciónde un sistema de recogida de condensados a presión, en detrimento deltradicional depósito atmosférico y con mayor efectividad que éste.

Sala de calderas

285

OBJETIVOS

Conocer las instalaciones de producción de calor con vapor de agua.

Conocer los sistemas de seguridad de las calderas de vapor de agua.

Reconocer una caldera de vapor y su manejo con seguridad.



287

1. CONCEPTOS BÁSICOS

1.1. Cambios de estado: vaporización y condensación

La materia se presenta en la Naturaleza en forma de tres estados diferentessegún sea la energía intermolecular que posea. En el estado sólido lasfuerzas de atracción intermolecular (cohesión) son muy fuertes, superioresa la energía propia y se mantiene el volumen y la forma.

Si a este cuerpo en estado sólido le cedemos calor, aumentará su energíainterna logrando que sus moléculas puedan vencer determinadas fuerzasde cohesión obteniéndose un nuevo estado de la materia, estado líquido,en el que el cuerpo mantiene el volumen pero no la forma. Al continuarcediendo energía a este cuerpo, se llega a un punto en que la energíamolecular es superior a las fuerzas de cohesión, rompiéndose totalmenteéstas y alcanzándose el estado gaseoso de la materia, en que no se conservani el volumen ni la forma.

Vemos, pues, que aumentando la temperatura de un cuerpo éste puedepasar de sólido a líquido y a gas, y de forma inversa, al enfriarlo serecorrerá el camino en sentido contrario.

1.2. Vapor de agua saturado, sobrecalentado

Como hemos visto anteriormente, el agua en determinadas condicionesde presión y temperatura se presenta en forma de vapor.

Se dice que el vapor es saturado cuando sus condiciones de presión ytemperatura corresponden a un punto de cambio de estado, de formaque en dicho punto puede coexistir el vapor de agua y el agua en estadolíquido. En la práctica, el vapor saturado puede ser seco si en su seno noexiste partícula alguna de agua en estado líquido, y húmedo si en su senohay partículas de agua en estado líquido.



Cambios de estado

288

Vapor sobrecalentado es aquel que tiene una temperatura superior a sucondición de saturado.

1.3. Volúmenes específicos de vapor

Se llama volumen específico de un cuerpo al volumen ocupado por launidad de masa de dicho cuerpo en el caso de que éste sea homogéneo:

Ahora bien, en el caso de los vapores hay que tener en cuenta que sonmuy comprensibles: su volumen depende de la presión que soportan, ytambién de su temperatura. Para estudiar la relación que existe entre elvolumen y la presión de una masa de vapor, es necesario mantener latemperatura constante durante el estudio.

Cuando un gas se comprime sin variar su temperatura (compresiónisotérmica), su volumen V disminuye de tal modo que para unadeterminada masa gaseosa m, el producto de la presión P por el volumenV se mantiene constante:

Además, tenemos que para dos estados de una misma masa de vapor,uno de presión P1 y volumen V1 y otro de presión P2 y volumen V2, secumple que:

y como la masa no ha cambiado (aunque sí lo haya hecho su volumen),tenemos que:



Estados del vapor

289

1.4. Calor sensible

Calor sensible es el que toman o ceden los cuerpos para cambiar sutemperatura.

Cuando un cuerpo cambia de temperatura, la cantidad de calor que hatomado o perdido se calcula con la ecuación:

Siendo:

Q = calor en Kcal.

M = masa en kg.

Ce = Calor específico en kcal/kg/° C.

t2 – t1= Temperaturas inicial, final en ° C.

El factor Ce es un factor que depende de cada material.

1.5. Calor latente

Para hacer hervir agua es necesario aportar mucho calor. Podemoscomprobarlo en casa colocando un cazo con agua al fuego: muy prontovemos cómo elevamos su temperatura hasta el punto de ebullición(100° C), pero cuando se pone a hervir, precisa mucho tiempo para



Grafico temperatura- calor absorbido- cambio de estado

290

evaporarse totalmente, y además mientras hierve la temperatura semantiene en 100° C, por mucho o poco fuego que le proporcionemos.

Este fenómeno aparece cuando un cuerpo cambia de estado (líquido,sólido o vapor).

Cuando el agua pasa de líquido a vapor precisa una cantidad grande deenergía que denominamos calor latente de vaporización, que en el casodel agua es de 540 Kcal por cada kg que se evapora. Es decir, para elevarel agua de 0° C a 100° C, precisamos 100 kcal/kg, y para que cada kg deagua se evapora, 540 Kcal. Kcal.

Por otra parte, cuando el vapor de agua pasa a líquido, es decir secondensa, libera la misma cantidad de energía (540 Kcal/kg). El vaporde agua calienta mucho al condensarse (podemos apreciarlo cuando enuna cafetería nos calientan un vaso de leche con vapor, como en unossegundos calientan la leche, mediante el calor latente del vapor de agua).

El calor latente lo calculamos con la fórmula:

CL es el factor de calor latente, en Kcal/kg.

Cada material tiene un factor de calor latente propio.

Otro factor latente es el de solidificación / fusión, es decir para pasar defase líquida a sólida y viceversa (agua / hielo), que es distinto del devaporización.

1.6. Relación entre la presión y la temperatura del vapor

Como ya hemos visto, el agua evapora a 100° C en un recipiente abierto(presión atmosférica).

Si ese recipiente lo cerramos, el vapor de agua generado no puedeescapar y el agua al evaporar ocupa espacio de la fase gaseosa, estefenómeno produce un aumento de presión en el recipiente que guardauna estrecha relación con la temperatura del agua.



Formas adoptadas diferentes fases

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Es decir cuando aumenta la temperatura en un recipiente cerrado lapresión aumenta en una relación establecida.

De la misma manera realizamos el vacío o bajamos la presión de unrecipiente por debajo de la atmosférica, el agua que existe en su interiorbajara su punto de ebullición.

La tabla que relaciona las presiones y la temperatura de equilibrio es lasiguiente.



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2. GENERALIDADES SOBRE CALDERAS DE VAPOR

2.1. Definiciones

Caldera.

Es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquierfuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, através de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Caldera de vapor.

Es toda caldera en la que el medio de transporte es vapor de agua.

Economizador precalentador.

Es un elemento que recupera calor sensible de los gases de salida de unacaldera para aumentar la temperatura del fluido de alimentación de lamisma.

Sobrecalentador.

Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva latemperatura del vapor saturado procedente de la caldera.

Recalentador.

Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva latemperatura del vapor parcialmente expansionado.



Caldera de vapor

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Calderas de nivel definido.

Son aquellas calderas que disponen de undeterminado plano de separación de las faseslíquida y vapor, dentro de unos límitespreviamente establecidos.

Calderas sin nivel definido.

Son aquellas calderas en las que no hay un planodeterminado de separación entre las fases líquiday vapor.

Presión de diseño.

Es la máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será lautilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera.

Presión máxima de servicio.

Es la presión límite a la que quedará sometida la caldera una vez conectadaa la instalación receptora.

Temperatura de diseño.

Es la temperatura prevista en las partes metálicas sometidas a presión enlas condiciones más desfavorables de trabajo.

Temperaturas de trabajo.

Son las diversas temperaturas alcanzadas en los fluidos utilizados en lascalderas, en las condiciones normales de funcionamiento.

Vigilancia directa.

Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio de unoperador que permanece de forma continua en la misma sala de calderaso en la sala de mando.

Vigilancia indirecta.

Es cualquier otra forma de supervisión que difiera de la vigilancia directa.

Operador.

Es la persona encargada de vigilar, supervisar, conducir y mantener, encondiciones de seguridad, cualquier caldera a su servicio.

Fabricante.

Es la persona física u organización (empresa) que construya la caldera.

Usuario.

Es la persona individual o la organización que utiliza la caldera.



Nivel de agua

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2.2. Requisitos de seguridad para calderas de vapor

Válvulas de seguridad

Todas las válvulas de seguridad que se instalen en las calderas de estaInstrucción serán de sistema de resorte y estarán provistas de mecanismosde apertura manual y regulación precintable, debiéndose cumplir lacondición de que la elevación de la válvula deberá ser ayudada por lapresión del vapor evacuado. No se permitirá el uso de válvulas de seguridadde peso directo ni de palanca con contrapeso.

Toda caldera de vapor saturado llevará como mínimo dos válvulas deseguridad independientes, las cuales deberán precintarse a una presiónque no exceda en un 10 por 100 a la de servicio, sin sobrepasar en ningúncaso la de diseño. No obstante, las calderas de la clase C podrán llevaruna sola válvula, que deberá estar precintada a la presión de diseño comomáximo.

La descarga de las válvulas de seguridad deberá realizarse de tal formaque se impida eficazmente que el vapor evacuado pueda producir dañosa personas o a bienes.

La sección de la tubería de descarga será lo suficientemente amplia paraque no se produzca una contrapresión superior a la prevista sobre lasválvulas cuando éstas descargan. Tanto las válvulas como sus tuberías dedescarga estarán provistas de orificios de drenaje y las bocas de salida delas tuberías de descarga irán cortadas a bisel.

En ningún caso se instalará entre una caldera y cada una de sus válvulasde seguridad una válvula de cierre, a no ser que esté dotada de undispositivo eficaz que impida su maniobra por persona no autorizada.



Válvula de seguridad

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Válvulas del circuito de agua de alimentación

La tubería de alimentación de agua desde la bomba dispondrá de dosválvulas de retención; una de estas válvulas se situará muy cerca de lacaldera y la otra se colocará a la salida de la bomba. La válvula de retenciónsituada junto a la caldera llevará, entre ésta y dicha válvula, una válvulade interrupción que pueda aislar e incomunicar la caldera de la tuberíade alimentación; estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una válvulamixta de interrupción y retención.

Todas las válvulas deberán estar protegidas contra la acción de los fluidoscalientes y se instalarán en sitio y forma tales que puedan ser accionadasfácilmente por el personal encargado.

Válvulas del circuito de vapor

Toda caldera de vapor saturado y sobrecalentadodispondrá de una válvula que pueda interceptar elpaso de salida del vapor. Si se trata de un grupode calderas que tengan un colector común, la tuberíade salida de cada unidad estará provista además deuna válvula de retención. Estas dos válvulas podránser sustituidas por una sola que realice simultá-neamente ambas funciones de cierre y retención.



Circuito de alimentación

Válvula vapor

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Todas las válvulas, excepto las de retención, serán de cierre lento, fácilmaniobra y husillo exterior. La velocidad de salida del vapor a través deellas, para la máxima producción en régimen continuo, no debe sobrepasar40 m/s, en el caso de vapor saturado, y 50 m/s, en el caso de vaporsobrecalentado y recalentado.

Altura de agua y tubos de nivel en calderas de nivel definido

El nivel mínimo del agua en el interior de una caldera debe mantenersepor lo menos 70 milímetros más alto que el punto más elevado de lasuperficie de calefacción. En las calderas acuotubulares, la distancia setomará en relación al borde superior del tubo de bajada que esté situadoen la parte más alta del calderín.

El nivel medio del agua estará situado, como mínimo, a 50 milímetrospor encima del nivel límite definido en el párrafo anterior. Ambos nivelesse marcarán de modo bien visible sobre el indicador de nivel.

Los conductos de unión de los indicadores de nivel con las cámaras quecontienen el líquido y el vapor serán, como mínimo, de 25 mm. dediámetro interior; el radio interior de las curvas será al menos igual avez y media el diámetro del tubo y no deberá permitir la formación desifones. No obstante, para conductos de unión rectos y de longitudinferior a 30 cm. el diámetro interior del conducto podrá ser de 20 mm.



Niveles

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Los indicadores de nivel deberán estar colocados en sitio fácilmentevisible para el personal encargado del mantenimiento de la caldera.Cuando los indicadores de nivel disten más de ocho metros de laplataforma de conducción o del lugar donde permanezca normalmenteel conductor de la caldera, ésta deberá ir dotada de dos dispositivosindependientes que trasmitan la posición del nivel de agua a un lugarque no diste del conductor más de cuatro metros.

En todas las calderas de esta Instrucción se utilizarán indicadores denivel del tipo de caja refractora y se montarán de forma tal que permitafácilmente su comprobación, limpieza y sustitución.

Todos los indicadores de nivel dispondrán de las correspondientes llavesque permitan su incomunicación con la caldera y de un grifo de purga.

Sistema de alimentación de agua

Toda caldera de esta Instrucción estará provista de, al menos, un sistemade alimentación de agua, seguro, con excepción de las calderas queutilicen combustibles sólidos no pulverizados, que dispondrán de dossistemas de alimentación de agua, independientes; en el caso de queestas calderas tuvieran una potencia superior a 6.000.000 Kcal/h(7.000 KW), dichos sistemas de alimentación, estarán accionados pordistinta fuente de energía. Si varias calderas forman una batería, seconsiderarán como una sola caldera, a efectos de lo dispuesto en elpresente artículo.

El sistema de alimentación de agua deberá poder inyectar dicho líquidoa una presión superior en un tres por ciento como mínimo a la presiónde tarado más elevada de las válvulas de seguridad, incrementada en lapérdida de carga de la tubería de alimentación y en la altura geométricarelativa.

El sistema de alimentación de agua deberá poder inyectar una cantidadde agua igual a 1,5 veces la máxima que pueda evaporar la caldera obatería de calderas que alimenta, excepto en las calderas automáticascomprendidas en el artículo 23, en las que la cantidad de agua a inyectardeberá ser igual, como mínimo, a 1,1 veces la máxima que puedaevaporarse, más la pérdida de agua por purgas.

Para las calderas con nivel de agua definido, en las que esté automatizadala aportación de agua, el sistema de alimentación estará controlado porun dispositivo que detecte, al menos, el nivel de agua. Este sistema dealimentación podrá ser de acción continua, la bomba de alimentaciónde agua estará continuamente en servicio, y el caudal introducido, vendráregulado por una válvula automatizada y mandada por la acción delsistema controlador de nivel; dicho sistema actuará de forma que laválvula que controla la alimentación de agua, quede en posición abierta,



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si se producen fallos del fluido de accionamiento (corriente eléctrica,aire, etc.). En el caso de acción discontinua, el sistema detector de nivel,actuará sobre la bomba de alimentación, parándola, y/o poniéndola denuevo en servicio, según las necesidades.

Para las calderas automatizadas con nivel de agua no definido, el sistemade alimentación cubrirá la demanda de vapor de la instalación mediantebombas de tipo volumétrico.

El agua de alimentación deberá ser introducida en la caldera de talmanera que no descargue directamente sobre superficies expuestas agases a temperatura elevada o a la radiación directa del fuego.

No se autorizarán las bombas alimentadoras accionadas a mano, sea cualsea la categoría de la caldera.

La alimentación de las calderas mediante una toma de la red deabastecimiento y distribución de agua de servicio público podrá admitirsecuando la presión disponible en la tubería en el punto de la acometida,exceda de 2 Kg./cm2, como mínimo, a la presión de tarado más elevadade las válvulas de seguridad, incrementada en la pérdida de cargacorrespondiente al sistema de tratamiento de agua, y siempre que lacorrespondiente Delegación Provincial del Ministerio de Industria yEnergía así lo autorice. Cuando la alimentación de agua de una calderaproceda de la red de distribución de la localidad, deberá colocarse unmanómetro en la tubería de alimentación y una válvula de retención.

A la salida de cada uno de los aparatos alimentadores, y antes de la válvulade interrupción, se colocará un manómetro.

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3. ACCESORIOS Y ELEMENTOS ADICIONALESPARA CALDERAS

3.1. Válvulas de paso. Tipos

Son dispositivos empleados para permitir o interrumpir el paso del caudalde fluido a través de las tuberías o conducciones de la caldera.

En las válvulas de asiento el cierre se consigue mediante un vástago quedesciende hasta un asiento metálico cuando se atornilla la válvula haciaabajo. Para abrir la válvula, se eleva el vástago, distanciándolo de su asientomediante un movimiento en sentido contrario al indicado anteriormente.

En las válvulas de compuerta, el pasoqueda libre o cerrado según la disposi-ción que ocupe una compuerta despla-zable con relación a la trayectoria queha de seguir el fluido en la tuberíacorrespondiente.

Toda caldera de vapor saturado ysobrecalentado ha de disponer de unaválvula que pueda interceptar el paso desalida del vapor. Estas válvulas serán decierre lento, fácil maniobra y husilloexterior. La velocidad de salida del vapora través de ellas, para la máximaproducción en régimen continuo, nodebe sobrepasar 30 m/s para el caso devapor saturado y 50 m/s en el caso devapor sobrecalentado y recalentado.

3.2. Válvulas de retención. Tipos

Las válvulas de retención son dispositivos instalados en las conduccionesde fluidos, que permiten el paso de los mismos en un sentido pero queimpiden su retroceso posterior. Por eso se denominan también válvulasde no retorno.

La denominación de los distintos tipos utilizados depende del elementoincorporado para retener o impedir el retroceso del fluido, y que,normalmente consiste en un vástago apoyado en su asiento, en unaclapeta (especie de compuerta que bascula sobre un eje de fijaciónsuperior) o en su disco.

Válvula de asiento

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A continuación, indicaremos algunos de los lugares en que van instaladaslas válvulas de retención, según las distintas calderas y conforme a lalegislación vigente:

• Dos válvulas de retención en la tubería de alimentación de agua desdela bomba.

• Una válvula de retención en la tubería de salida de vapor de cadaunidad que forme parte de un grupo de calderas o recalentadorescon un colector común.

• Una válvula de retención en la tubería de alimentación de agua queproceda de la red de distribución pública.

3.3. Válvulas de seguridad

La válvula de seguridad es el primer y último elemento que intervienede manera esencial en los componentes de una caldera de vapor.

Por supuesto que todos los elementos instalados en una caldera de vaporpara la seguridad de la caldera son importantes, todos ellos intervienenen el funcionamiento seguro de la caldera.

Como en un debate, el cuadro eléctrico actúa de moderador paramantener un diálogo fluido entre los distintos elementos que intervienentanto en la seguridad como en el control de funcionamiento; un nivelde agua que detecta cuándo falta o sobra agua en la caldera; un presostatode seguridad que interviene si la presión en el interior de la calderaalcanza la establecida y además los bloqueos producidos por el malfuncionamiento de la bomba de agua o del quemador y, por supuesto,controla el funcionamiento de todos los demás elementos de la caldera.

Todos los elementos se comunican con el cuadro eléctrico; si en algúnmomento detectan un mal funcionamiento intervienen, haciendo caerla maniobra, se para el quemador y lo comunica a través de una alarmasonora e iluminando un piloto externo que nos informa mostrando elelemento que ha producido la anomalía.

Válvula de retención

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El único elemento de seguridad que no interviene en dicho diálogo esla válvula de seguridad, que actúa de manera autónoma, como ejecutoraen una misión de la que ella es la última responsable, cuando los sistemasintermedios de seguridad fallan por el motivo que sea y la presión en lacaldera continúa creciendo; esta válvula debe estar regulada a la presiónmáxima de trabajo, determinada en las características de la caldera, deforma que si la presión interior de la caldera excede esta presión detarado se abre permitiendo la salida libre del vapor producido por lacaldera y disminuyendo la presión en el interior de la misma.

Como es de suponer, la anomalía que ha provocado la apertura de laválvula de seguridad sigue permitiendo el funcionamiento de la calderapor lo que el quemador estará funcionando, la caldera sigue produciendovapor y la válvula de seguridad seguirá descargando vapor y presiónindefinidamente hasta que paremos la maniobra de la caldera.

Debemos procurar parar sólo la maniobra, poniendo el interruptor acero, con el fin que el quemador deje de funcionar y podamos veriluminado el piloto correspondiente al elemento que ha producidoel fallo.

El vapor que sale de la caldera a través de la válvula de seguridad sedescarga al exterior por una tubería de mismo diámetro que el de salida


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de dicha válvula; este tubo de descarga debe tener la salida totalmentelibre al exterior por lo que es conveniente que el final de este tubo acabeen forma de flauta de manera que nunca se pueda taponar por undescuido y además se cree un flujo dirigido del vapor evacuado.

El vapor que está pasando por el tubo de descarga también producecondensación y la misma cae por el propio tubo hasta el asiento de laválvula de seguridad; mientras ésta esté abierta parte de la condensaciónsaldrá con al exterior empujada por el vapor y otra parte volverá a lacaldera, sin embargo, cuando cierre el agua de condensación se quedarásobre el asiento de la válvula, que con el tiempo acabará por crear óxidoque puede impedir el normal funcionamiento de la misma.

Para evitar que el condensado que se producirá en el tubo de descargaperjudique al asiento de la válvula, hay que montar un tubo de desagüeconectado en la salida que disponen la mayoría de las válvulas de seguridadpara éste fin; si no fuera así, es conveniente instalar una toma de descargaen un punto bajo (curva de salida) del propio tubo de evacuación.

3.4. Válvulas de descarga rápida y de purga continua

Las válvulas de descarga rápida son empleadas principalmente paraefectuar la purga de calderas de una forma completa. Se conoce con elnombre de purga de desahogo o evacuación de una cierta cantidad deagua de la caldera, preferentemente de aquella que contenga unaconcentración muy alta de sales o precipitados.

La purga en el fondo de la caldera sirve para reducir las concentracionesde sales y de sólidos no disueltos.

Purga continua.

El exceso de sales disueltas en lacaldera produce espumas en la zonade evaporación, por lo que lasburbujas de vapor se ven dificultadaspara salir del agua, con el consi-guiente aumento de energía nece-saria que se traduce en una mayorvelocidad de desprendimiento quetiene por efecto aumentar la posi-bilidad de arrastre de agua a la líneade vapor a consumo.

Las sales se eliminan por medio de purgas que se efectúan de formaperiódica o continuamente.

La legislación vigente dice al respecto que, cuando proceda la purgacontinua, se colocarán dos válvulas: la primera de cierre y la segunda de

Válvula de descarga rápida

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tipo de aguja micrométrica con indicador de apertura o de otro tipoespecial para su cometido.

Como hemos indicado, si existe un exceso de sales disueltas se producenespumas, y como éstas están en la superficie de evaporación es en estepunto donde debe purgarse, por medio de un sistema continuo y en laproporción requerida para no purgar demasiado (despilfarro de aguay energía) o poco (en este caso continuaría existiendo el problema delas espumas). Así pues, la abertura o posición de la válvula de purgacontinua deberá ajustarse en función de la calidad del agua dealimentación y la producción de vapor de la caldera. Este ajuste puedeser manual o por medios automáticos por medio de sistemas que controlanen continuo la salinidad del agua de la caldera, y en función de esta señalactúan automáticamente sobre la válvula de purga.

3.5. Indicadores de nivel. Grifos y columna

El nivel de agua en el interior de la caldera podrá apreciarse en la zonade cristal del nivel óptico. El nivel correcto se mantendrá en la zona denivel medio y siempre se mantendrá entre el máximo y el mínimoseñalados en el nivel óptico. Caso de no ser así, purgar el nivel óptico;para asegurarse de que el nivel óptico no esté sucio o bloqueado, realizaruna maniobra de purga del nivel óptico según se describe en la fichaadjunta sobre nivel óptico. Si persiste la anomalía avisar al fabricante omantenedor autorizado de equipos a presión.

Es normal que el nivel de agua oscile cuando está el quemador en marcha;si esto no ocurre, purgarlo siguiendo las instrucciones de la hoja específica.

De manera sistemática se debe purgar diariamente el nivel óptico alcomenzar la jornada y cada dos horas, siempre con la caldera a presión.

La caldera posee dos sistemas de seguridad por nivel mínimo de agua,que impiden que el quemador funcione si el nivel de agua no ha alcanzadoel nivel mínimo. Si el nivel de agua no ha alcanzado el nivel mínimo, elsistema eléctrico bloquea el generador. Si esta alarma se activa deberádesconectar la caldera y hacerla revisar por el fabricante o mantenedorautorizado de equipos a presión.

Al principio del trabajo es normal que aumente el nivel de agua unoscentímetros. Esto no supone fallo alguno y es debido a que al calentarseel agua aumenta de volumen, por lo tanto no será necesario interrumpirel trabajo.

Si el nivel está totalmente lleno en el arranque puede deberse a que enla última parada no se abrió la válvula de aireación (7), ni se cerró laválvula de entrada de agua, y al enfriarse la caldera desaparece la presión,se crea el vacío en la caldera y se aspira agua del depósito a través de la

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bomba. Cuando ocurra esto, abrir las válvulas de vaciado y de aireaciónhasta recuperar el nivel correcto.

Si el nivel llega al máximo cuando la caldera está en funcionamiento,pararla inmediatamente y hacerla revisar por el fabricante o mantenedorautorizado de equipos a presión.

A continuación, se muestra la descripción del nivel óptico, las instruccionespara su purga y las operaciones de mantenimiento y conservación.

El nivel óptico permite ver el nivel real que alcanza el agua en el interiorde la caldera.

A consecuencia del oleaje que se forma en el interior de la caldera, esnormal que la señal se mantenga oscilante, siendo a la vez indicativo deque los conductos de comunicación de la caldera se mantienensuficientemente limpios para poder considerar como válida la señal quese observa.

Por las características del tallado del cristal, éste permanece oscuro enlas zonas bañadas por el agua y claro en las zonas donde no alcanza elagua.

Mantenimiento

El conjunto de los grifos de nivel requiere la realización de las operacionesque a continuación se describen para asegurar el buen funcionamiento

Purga de nivel óptico

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del mismo. La operación de purga de niveles se realizará con la calderaa presión.

A. Cerrar los grifos 1 y 4.

B. Abrir la válvula de purga del grifo de nivel 5.

C. Abrir 1/3 de vuelta el grifo 1 para que pase vapor a través del grifode la zona de cristal y escape por la válvula de purga del nivel óptico,lo que mantendrá limpio este circuito. Después de aproximadamente10 segundos volver a cerrar.

D. Abrir 1/3 de vuelta el grifo 4 para que pase agua a través del grifo dela zona del cristal y escape por la válvula de purga del nivel óptico,lo que mantendrá limpio este circuito. Después de aproximadamente10 segundos volver a cerrar.

E. Cerrar la válvula de purga 5.

F. Abrir lentamente los grifos 1 y 4, primero 1/3 de vuelta ambos ydespués totalmente, abriéndolos de este modo se evita que el sistemade cierre de seguridad por rotura de cristal se active y bloquee lacomunicación con el nivel óptico.

G. Terminadas las operaciones descritas, el nivel estará oscilante cuandoel quemador esté en funcionamiento; en caso contrario repetir laoperación descrita en el punto F.

3.6. Controles de nivel por flotador y por electrodos

La caldera, cuando se pone en funcionamiento automático, el llenadode agua al interior de la misma también se realiza automáticamente, enfunción del nivel de agua; para la regulación se utilizan electrodos quedetectan el nivel de agua. El funcionamiento del sistema de llenado,bombas, electrodos se muestra en las siguientes láminas.

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3.7. Bombas de agua de alimentación

La alimentación de agua a la caldera se realiza por medio de unaelectrobomba multicelular con capacidad para alimentar mas de 1,1veces la vaporización máxima de la caldera, más las perdidas por purgas;con presión de agua en la acometida de la caldera superior al 10 % dela presión de timbre de ésta, incrementada en la pérdida de carga de latubería de alimentación y en la altura geométrica relativa.

El funcionamiento de la electrobomba se realizará por medio de uncontrol de nivel que actuará sobre la bomba de alimentación, parándolao poniéndola en servicio según las necesidades.

El agua de alimentación deberá ser introducida en la caldera de maneraque no descargue directamente sobre superficies expuestas a gases atemperaturas elevadas o a la radiación directa del fuego.

A la salida de la bomba de alimentación, y antes de la válvula deinterrupción, se colocará un manómetro, con una válvula de interrupciónpara el citado manómetro. Con este manómetro comprobaremos elcorrecto funcionamiento de la bomba.

3.8. Manómetros

Manómetro

Se instalará un manómetro clase cinco de sensibilidad, con señal bienvisible correspondiente a la presión efectiva máxima de la instalación,

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grifo de tres direcciones y placa brida de 40 mm. de diámetro, parasujetar en ella el manómetro patrón con el que se deben realizar laspruebas.

Las dimensiones y características de los manómetros serán las determinadasen la normativa vigente y serán de modelo aprobado por la ComisiónNacional de Metrología y Metrotecnia.

3.9. Presostatos

La presión se mantiene de manera automática entre los límites preesta-blecidos por el o los presostatos; el presostato de seguridad (26) actúacomo seguridad bloqueando la caldera en caso de que la presión alcanceo sobrepase dicho valor.

Para variar las presiones o la diferencia entre la presión de paro y la depuesta en marcha del quemador se debe proceder según se detalla acontinuación en la imagen específica.

Bajo ningún concepto se manipulará el presostato de seguridad, salvoque lo realice el fabricante o mantenedor autorizado de equipos a presión.

La presión de trabajo será siempre menor o igual que la presión máximade servicio y menor que la presión de diseño. La presión de diseño y lamáxima de servicio figuran en la placa de identificación de la caldera.

Una lectura directa de la presión se puede realizar a través del manómetro(24) en el que estará marcada bien visible la presión máxima de servicio,y en caso de superarse este valor en manómetro se deberá desconectarel quemador, parar la caldera y avisar al fabricante o mantenedorautorizado de equipos a presión.

A continuación se muestra las láminas de instrucciones del funcionamientode los presostatos de trabajo de las calderas de una y dos llamas.

La manipulacion de los presostatos sólo está permitida al fabricante dela caldera o instalador autorizado.

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Elementos control presión caldera una marcha

Elementos control presión caldera dos marcha

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3.10. Quemadores

Las calderas de vapor pueden llevar cualquier tipo de quemador de losya estudiados, combustibles sólidos, líquidos o gaseosos; su control serealizará atendiendo a las limitaciones que impone el Reglamento deaparatos a presión y la maniobra del fabricante de la caldera.

Detalle presostato

Tabla de equivalencias de temperatura con la presión de trabajo

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3.11. Válvula de aireación

En las calderas de vapor de nivel definido, al espacio entre la superficiedel agua a nivel y la salida del vapor se le llama cámara de vapor; en esteespacio es donde se acumula el vapor producido por la caldera para elconsumo. Esta cámara de vapor es estanca, permitiendo la salida delvapor solamente por los puntos preparados para ello, como son la propiaválvula de salida del vapor, la válvula de seguridad y la válvula de aireación.

Cuando tenemos que poner en marcha la caldera, lo primero quecomprobamos es el nivel de agua, si el agua a recuperar es mínima, nose encenderá ningún piloto de alarma por falta de nivel, por lo quepodemos poner el interruptor directamente en automático, la bomba sepondrá en marcha hasta alcanzar nivel correcto y se parará.

Si no fuera así, se iluminaría alguno de los pilotos de alarma por faltade nivel y por lo tanto el llenado tiene que hacerse manual.

Tanto para reposición parcial o total del agua, ésta se debe hacermanualmente, poniendo el interruptor en posición manual y accionandoel interruptor de la bomba.

En este punto es donde debemos recordar para qué sirve y cómo utilizarla válvula de aireación de la caldera ya que nos encontramos ante lasituación normal al iniciar la jornada: la caldera está fría y sin presión.

Recordemos que el interior de la caldera, en condiciones normales detrabajo, es estanco, por lo tanto no estará a presión atmosférica; al pararla caldera el vapor comienza a enfriarse y a perder presión; si la paradaes lo suficientemente larga, éste vapor se condensa y el espacio queocupaba se queda en depresión; así es como nos encontraremos la calderacuando vayamos a ponerla en marcha. Es en ésta situación cuandodeberemos recurrir a la Válvula de Aireación para permitir la entradade aire en la caldera y conseguir que su interior esté a presión atmosférica.

En esta situación, con la válvula de aireación abierta, podemos llenar lacaldera de agua o vaciarla.

Si intentamos llenar la caldera sin abrir la válvula de aireación estaríamosejerciendo una presión sobre la cámara de aire/ vacío que obligará asubir la presión en el interior de la caldera llegando incluso a ser detectadopor el presostato de seguridad.

Con el vaciado de la caldera nos encontraremos con una situación similarpero a la inversa, la depresión existente en el interior de la caldera nonos permitirá vaciar el agua; si abrimos la válvula de aireación, se pondráa presión atmosférica y ya se podrá vaciar.

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Nivel de sobrellenado (otra situación característica)

En más de una ocasión, al arrancar la caldera, nos hemos encontradocon que el agua supera y rebasa el nivel normal de funcionamiento; esto,en calderas bajo la nueva normativa supone que se dispare la alarma porexceso de nivel, nivel de sobrellenado; sea con alarma o sin ella lo propioes vaciar la caldera hasta conseguir el nivel correcto.

La cuestión es: ¿por qué se llena la caldera de agua sin nuestraintervención?

Como hemos visto en el texto anterior sobre la válvula de aireación,también en éste caso nos encontramos con un efecto consecuencia dela depresión en el interior de la caldera.

Esta depresión succionará de aquellos puntos que le permitan hacerlo;si la válvula de aireación está cerrada (normal cuando se deja con vapor),lo hará a través de la entrada de agua si la encuentra abierta.

La solución es tan sencilla como acostumbrarse a dejar cerrada la válvulade entrada de agua a la caldera o instalar una electroválvula enclavadacon el funcionamiento de la bomba de alimentación de agua del generadorde vapor.

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4. TRATAMIENTO DEL AGUA PARA CALDERAS

4.1. Características del agua para calderas

El usuario tiene la obligación de realizar un tratamiento de agua eficiente,que asegure que la calidad de la misma se ajuste a la norma UNE 9 075y a mantener un régimen adecuado de controles, purgas y extraccionesque asegure el mantenimiento del agua dentro de los limites indicados.

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4.2. Descalcificadores y desmineralizadores

Los descalcificadores son aparatos que transforman el agua dura (altocontenido de iones Ca y Mg) en agua blanda (ausencia de iones Ca y Mg).

La mayoría de las aguas contienen, en mayor o menor proporción, salesminerales incrustantes (sales de calcio y magnesio) que se depositan enel interior de las tuberías o de la maquinaria, disminuyendo considera-blemente su eficacia, y se dicen que son aguas duras porque los depósitosforman un precipitado más o menos espeso que, a veces, se endurececomo si fuera de piedra.

La dureza se determina por análisis químicos y se mide en miligramosde sales de calcio y magnesio contenidos por litro de agua. Losdescalcificadores son, pues, aparatos que permiten sustituir los ionesminerales incrustantes por iones solubles en el agua. Para llevar a cabodicha transformación se utilizan productos tales como resinas a base depoliestireno formadas por pequeñas esferas de 0,3 mm de diámetro quetienen la propiedad de cambiar los iones de calcio y magnesio (cales)por iones de sodio, solubles en agua.

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Para regenerar estos aparatos no es necesario sustituir la resina que,prácticamente, tiene una duración indefinida, sino que basta con circularsalmuera (cloruro sódico). La regeneración del descalcificador se efectúade manera completamente automática por el impulso de un temporizadordebidamente programado o por el impulso de aparato volumétrico.Una vez regenerado, el aparato se vuelve a poner en servicio automáti-camente y puede volver a dar servicio durante la duración de un nuevo

Instalación tipica de tratado de agua de alimentación con descacificador

Descalcificador instalado

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ciclo; se entiende por ciclo de un aparato la cantidad de agua que éstepuede tratar en el intervalo de tiempo comprendido entre dos regene-raciones, y depende de la cantidad de resina que el aparato contiene yde la dureza del agua a tratar.

Los descalcificadores no pueden tratar siempre todos los tipos de agua,pues es posible que el contenido de sales disueltas sea demasiado elevadoo puedan existir problemas de contenido de Fe, Mn, Cu, etc. En dichocaso, es necesario desmineralizar el agua de forma que se eliminen lassales que existen en el agua mediante columnas llenas de resinas plásticasque tienen la propiedad de absorber tanto los aniones como los cationes,dejando un agua prácticamente pura. La regeneración de las propiedadesde las resinas se realiza por medio de ácidos y bases apropiadas (sulfúrico,hidróxido sódico, etc.).

4.3. Desgasificación térmica y por aditivos

Tanto desde el punto de vista del cumplimiento de la normativa relativaa las características del agua de alimentación de caldera como del ahorroenergético que podemos obtener en nuestras instalaciones de vapor, esimportante conocer las ventajas de instalar un desgasificador térmico ennuestro sistema de generación de calor.

Las especificaciones que recoge la norma UNE 9-075 indican que elcontenido de O2 disuelto en el agua ha de ser menor de 0,2 mg/lit. Elcontrol del oxígeno disuelto en el agua se puede realizar de dos formas:mediante la aditivación química de secuestrantes como Hidracinas,Aminas o Sulfito Sódico, o mediante el sistema de calentar el agua dealimentación hasta una temperatura de 105° C, temperatura en la queel agua no dispone de gases en disolución.

Es importante reseñar además que en sectores como el alimentario estáprohibido el uso de secruestrantes como la Hidracina y sus derivadospor la toxicidad de los mismos, que puede producir la contaminaciónde los productos finales, por lo que el sistema de desgasificación térmicase convierte en el sistema más apropiado en estos casos.

El desgasificador térmico consta de una cámara situada sobre el tanquede alimentación de agua, en la cual, se introduce el agua de reposicióny condensados de la instalación por la parte superior, en forma de unalluvia de finas gotas de agua, inyectando vapor a una presión adecuadapor la parte inferior del desgasificador a contracorriente, logrando deesta forma, el calentamiento y la separación de los gases disueltos quesalen al exterior por la parte superior del mismo. Para asegurar que laeliminación de oxígeno ha sido completa es necesario mantener eldepósito de alimentación a una temperatura de 105° C, por lo que el

317



sistema debe estar presurizado a una presión de 0,5 bar mediante laadición al propio depósito de vapor.

Las ventajas que la instalación de este sistema representan en nuestrosistema de generación de calor son las siguientes:

• Temperatura del agua de alimentación a caldera a 105° C, con lo quese reducen los inconvenientes de los choques térmicos y las oscila-ciones de presión generadas en los sistemas de alimentación de aguatodo – nada.

• Reducción del régimen de purgas de la caldera para mantener elnivel de concentración de sales disueltas en el interior de la calderasegún especifica la normativa UNE 9-075.

• Reducción del consumo de combustible por la necesidad de unamenor cantidad de agua de aportación al reducir el volumen depurgas de caldera.

• Eliminación del gasto correspondiente al consumo de secuestrantesquímicos de O2.

Los ahorros generados pueden ser un factor determinante a la hora devalorar la posible instalación de este sistema.

4.4. Regulación del pH

Alimentar una caldera con un pH inferior a 8,5 podría dar lugar acorrosión por acidez; así pues, es necesario tratar el agua de alimentaciónpara que el pH a la entrada de la caldera esté entre 8,5 y 9,5, sobre todocon el fin de evitar corrosiones en las tuberías y bomba de alimentación.

Desgasificador

318



Esta regulación del pH se consigue adicionando al agua de alimentaciónfosfato trisódico en la proporción correspondiente, que además tiene lapropiedad de eliminar la dureza residual que pudiera tener el agua trasel tratamiento de descalcificación al evitar que las sales calcáreas seadhieran a las paredes metálicas de la caldera.

4.5. Recuperación de condensados

Se denomina recuperación de condensados al sistema que permiteincrementar el rendimiento energético de una instalación de vapormediante la recuperación parcial o total del calor evacuado en forma decondensados por las máquinas consumidoras de vapor de calentamientoindirecto.

En una caldera se produce vapor aportando energía calorífica al aguacontenida en la misma. Este vapor, mediante las apropiadas canalizaciones,se envía a las máquinas que lo han de consumir, restituyendo solamenteel calor de condensación en el caso de que el circuito de vapor en lamáquina sea independiente del circuito de fabricación (calentamientoindirecto). A la salida de estas máquinas se instalan unos aparatosdenominados purgadores, cuya misión es evitar que salga el vapor ysolamente permite la salida de este vapor condensado.

Este agua condensada está a la temperatura correspondiente a la presióna la que el vapor ha llegado en la máquina y, por lo tanto, todavía almacenauna cantidad apreciable de calor.

Deposito de recogida de condensados

319



Esta recuperación de condensados es muy importante que pueda dirigirsedirectamente a la caldera siempre que sea posible o, en el peor de loscasos, al depósito de alimentación de agua; pero una instalación racionaly económica no deberá en ningún caso evacuar al desagüe estoscondensados, salvo que pueda existir la posibilidad de que en el procesode consumo de vapor pueda contaminarse de grasas y aceites.

4.6. Régimen de purgas a realizar

En toda caldera al vaporizarse el agua contenida en la misma, el aguaque queda en su interior va aumentando su salinidad, formando lodosque se depositan en sus partes bajas y espumas que se mantienen en lasuperficie de evaporación. Ambas consecuencias son perjudiciales a la

Sistema de recogida de condensados a alta presión (ATTSU)

Deposito enfriador y despresurizador de purgas (ATTSU)

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caldera porque los lodos aumentan la suciedad interior de la caldera,dificultando la transmisión del calor y consiguiente pérdida de rendimientoy las espumas favorecen los arrastres de agua a la red de vapor.

Para la eliminación de lodos, las calderas disponen de válvulas de drenajesituadas en su parte inferior y para la eliminación de espumas, de válvulasde purga situadas unos 50 mm por debajo del plano medio.

Como es lógico, a mayor cantidad de agua purgada menor posibilidadde lodos y espuma en la caldera, pero teniendo en cuenta que el aguaque se purga está caliente a la temperatura correspondiente a la presiónde servicio y calentar este agua ha costado un dinero invertido encombustible, es necesario limitar las purgas al mínimo requerido.

El sistema más extendido es instalar una válvula de purga continua parala purga de las espumas, que permite purgar un porcentaje ajustable deltotal de agua aportada, siendo esta cantidad de agua a purgar determinadapor medio de los análisis químicos periódicos que deben realizarse delagua del interior de la caldera, o por medios automáticos mediantesondas sumergidas en el interior de la caldera que controlan continua-mente la salinidad del agua en la misma.

Para drenar los lodos que se van acumulando en las partes bajas de lascalderas se actúa sobre las válvulas de drenaje por un corto período detiempo cada determinado número de horas de servicio de la caldera,recomendándose que si una caldera dispone de varias válvulas de drenaje,éstas se operen una a una y nunca de forma simultánea.

Cuadro de mandos purga automática (ATTSU)

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5. ESQUEMA TÍPICO Y ELEMENTOS DE UNAINSTALACIÓN DE VAPOR

Esquema vapor

Equipo consumidor

Lineas de vapor a dos presiones con

purgador final de linea

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Grupo reductor de presión

Caldera de vapor eléctrica

Equipo acumulador de vapor

Caldera de vapor con aportación de calor

por aceite térmico (Vaporizador)

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RESUMEN

Las instalaciones de vapor son muy usadas en la industria actual. Hemosanalizado la caldera de vapor, sus accesorios, las condiciones de trabajo,hemos visto múltiples imágenes de los accesorios, esquemas y equiposque compones una instalación de vapor habiendo realizado unaintroducción general a un mundo de las instalaciones de calor muyespecifico y apasionante por su utilidad.

Este tema vale para comprender los mecanismos que mueven estasinstalaciones y el por qué de los procesos utilizados, habiendo usadocomo hilo conductor las informaciones de un fabricante de calderas, elReglamento de aparatos a presión.

325



BIBLIOGRAFÍA

Operadores Industriales de Calderas. Ministerio de Industria y energía,Subdirección general de seguridad Industrial.Depósito Legal NUM: M-2.548/1.983

http://www.teyvi.es/ie/default.htm

http://www.attsu.com


U.D. 8 INSTALACIONES DE ACEITE TÉRMICO.ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOSQUE LO COMPONEN

M 7 / UD 8


U.D. 8 INSTALACIONES DE ACEITE TÉRMICO. ESTUDIO DE UN ESQUEMA TIPO Y ELEMENTOS QUE LO COMPONEN

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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 331

Objetivos ........................................................................................ 333

1. Esquemas tipo y leyenda......................................................... 335

2. Características principales ...................................................... 339

2.1. Temperatura máxima de servicio.................................... 339

2.2. Temperatura de diseño.................................................... 339

2.3. Presión máxima de servicio ............................................. 339

2.4. Presión de diseño............................................................. 340

2.5. Volumen............................................................................ 340

2.6. Categoría .......................................................................... 340

2.7. Superficie de calefacción................................................. 340

2.8. Fluidos contenidos ........................................................... 341

3. Aparatos de seguridad............................................................. 342

3.1. Válvula de seguridad ........................................................ 342

3.2. Rompedora de vacío ........................................................ 343

4. Aparatos de medida................................................................. 344

4.1. Indicadores de nivel......................................................... 344

4.2. Manómetros...................................................................... 344

4.3. Termómetros .................................................................... 346

5. Elementos auxiliares ............................................................... 347

5.1. Circuito de salida de aceite.............................................. 347

5.2. Circuito de alimentación ................................................. 347

5.3. Toma de tierra .................................................................. 348

5.4. Mirilla cámara de combustión......................................... 348

6. Prescripciones de seguridad................................................... 350

6.1. Depósito de expansión .................................................... 350

6.2. Botellín separador de gases ............................................. 351

6.3. Tubo de expansión........................................................... 351

6.4. Depósito colector ............................................................. 352

7. Equipos de control.................................................................. 353

7.1. Órganos de regulación .................................................... 353

330

7.2. Automatismos de seguridad ............................................ 353

7.3. Acción de los dispositivos de seguridad.......................... 359

7.4. Restricciones normativas del usuario.............................. 361

8. Instrucciones para el uso, conservación y seguridad............. 363

8.1. Instalación ........................................................................ 363

8.2. Combustibles .................................................................... 365

8.3. Instalación eléctrica ......................................................... 366

8.4. Protección contra incendios............................................ 366

8.5. Puesta en marcha de la instalación................................. 366

8.6. Entretenimiento y mantenimiento ................................. 368

8.7. Pruebas periódicas ........................................................... 369

8.8. Reparación........................................................................ 369

Resumen ........................................................................................ 371


Bibliografía .................................................................................... 391





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INTRODUCCIÓN

El uso de generadores e instalaciones de aceite térmico está indicado ensistemas donde se necesiten altas temperaturas de trabajo, del orden de200° C o más. Este tipo de instalaciones tienen la ventaja de funcionara muy alta temperatura y moderadas presiones de trabajo con lo quetenemos la ventaja de que son sistemas que según la reglamentaciónvigente se encuadran en la categoría C, por lo que no necesitan condicionesespeciales de instalación en cuanto a la obra civil y distancias a otrasinstalaciones.

El principal inconveniente de estas instalaciones se centra en su menorrendimiento térmico y su coste, normalmente elevado, debido precisa-mente a la alta temperatura a la que se trabaja, lo que se traduce en eluso de bombas, válvulas y equipamiento de regulación de alto preciocomparado por ejemplo con las instalaciones de vapor o de agua caliente.

Así mismo, al igual que en las instalaciones de agua caliente y sobreca-lentada, se necesita de un sistema de bombeo del fluido transmisor queincrementa los costes de funcionamiento, debido al consumo constantede energía eléctrica de estos equipos.

Otra posible desventaja asociada a estas instalaciones es el alto coste delfluido transmisor, aceite térmico, y la menor capacidad de intercambioque posee frente al vapor, lo que hace necesaria la instalación de mayoresintercambiadores a igual potencia.

333

OBJETIVOS

Esta unidad didáctica es una introducción a las instalaciones de aceitetérmico, en las que la sala de calderas y la caldera en si son equiposregulados por el Reglamento de Aparatos a Presión, en los que enocasiones existe la necesidad de la figura profesional del “Operador deCalderas” que es el responsable de comprobar las seguridades de lacaldera y los mantenimientos diarios que surgen.

Un operador de calderas debe conocer el RAP y sus ITC (InstruccionesTécnicas Complementarias) para adquirir esta competencia, de la cualserá examinado en la Delegación de Industria, y así obtener el carnéprofesional que le acredita.

Esta unidad didáctica y la anterior han sido desarrolladas comointroducción al temario oficial para obtención del citado carné, ademásde pretender:

Conocer las instalaciones de aceite térmico.

Saber determinar y localizar las medidas de seguridad exigibles a estasinstalaciones.

Conocer los criterios de uso de las instalaciones de aceite térmico, susaplicaciones y sus limitaciones.



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1. ESQUEMAS TIPO Y LEYENDA

Descripción del generador.

Los generadores de fluido térmico son acuotubulares, formados porserpentines concéntricos, con número de entradas en función del caudalde circulación, de tubo de acero, formado por espiras, cuyas generatricesde tubo están en contacto unas con otras formando una pantalla cilíndricaen cuyo interior se realiza la combustión. Por el interior del tubo serpentíncircula el fluido térmico en régimen forzado y turbulento para evitar quese alcancen temperaturas de película excesivas.

Los serpentines indicados se sitúan en el interior de una virola de chapade acero que completa el circuito forzado de los gases de combustión,el cilindro citado está calorifugado exteriormente y recubierto por chapametálica; ninguno de los cilindros citados está sujeto a presión.

Los cuerpos cilíndricos indicados, así como el serpentín de paso de aceitevan montados sobre una base construida con perfiles laminados.

Los generadores verticales y horizontales son exactamente iguales en suconstrucción variando únicamente la posición vertical u horizontal delserpentín y sus envolventes.



Generador de aceite térmico vertical

336



Esquema tipo n° 1

337



Esquema tipo n° 2

338



Leyenda

339

2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

2.1. Temperatura máxima de servicio

Recordemos que las temperaturas de trabajo son las diversas temperaturasalcanzadas en los fluidos utilizados en las calderas, en las condicionesnormales de funcionamiento.

Generalmente se diseñan los generadores para una temperatura máximade servicio de hasta 325°C, temperatura que puede ser inferior y queúnicamente dependerá de la calidad y tipo de fluido térmico que seutilice en la instalación.

2.2. Temperatura de diseño

Es la temperatura prevista en las partes metálicas sometidas a presión enlas condiciones más desfavorables de trabajo; generalmente la temperaturade diseño es de 450°C.

La temperatura de diseño se utiliza para calcular la resistencia de loselementos sometidos a presión, porque no tiene la misma resistencia unmetal en frío que uno caliente; generalmente baja con el aumento dela temperatura.

2.3. Presión máxima de servicio

Es la presión límite a la que quedará sometida la caldera una vez conectadaa la instalación receptora.

De conformidad con el Articulo 7°, tercero de la Instrucción TécnicaComplementaria MIE. AP1, la presión máxima de servicio se componede:

• Presión máxima debida a la tensión de vapor o al uso de gas inerte:0.50 kgf/cm2.

• Presión debida a la altura geométrica del líquido (máxima):5,00 kgf/cm2.

• Presión dinámica producida por la bomba de circulación (máxima),más presión estática: 9,00 kgf/cm2.

Máxima presión de servicio 9,00 kgf/cm2.

(Datos ofrecidos a nivel de ejemplo, ya que puede variar en las distintasinstalaciones).



340

2.4. Presión de diseño

Es la máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y será lautilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera.

2.5. Volumen

El volumen de la caldera será el del fluido contenido en su interior y semide en m3.

2.6. Categoría

Dependiendo de la categoría de una caldera se puede saber el nivel depeligrosidad y exigencias de seguridad a la que está sometida, el RAP(Reglamento de Aparatos a Presión) hace una clasificación en la que lasconsidera de categorías A, B y C. Siendo las más peligrosas las de categoríaA y las menos las de categoría C.

Hay que pensar que se considera el peligro de explosión y expansión delas partes a presión por lo que se determina la categoría a partir de laexpresión:

P x V

Donde:

P = Presión de diseño en Kg/cm2.

V = Volumen de los fluidos contenidos en m3.

Se determina la categoría por las expresiones siguientes:

Categoría A: V x P > 600

Categoría B: 10 < V x P 600

Categoría C: V x P 10

Generalmente las calderas de aceite térmico son de categoría C, aunquehay que distinguir entre las calderas de aceite térmico y las de fluidotérmico, ya que el aceite es un fluido conocido y el fluido térmico escualquiera que sea diferente del agua.

2.7. Superficie de calefacción

Se denomina superficie de calefacción a la que dispone la caldera paratransmitir el calor de la llama y de los humos al fluido; el calor pasa porradiación fundamentalmente en el hogar, al ser la llama un elementocaliente y luminoso, el resto del recorrido lo hace por convección forzaday transmisión hasta conseguir que los humos calientes sean enfriados ycedan su calor al fluido de la caldera.



341

Una excesiva superficie de calefacción genera un coste de la calderainnecesario y una superficie corta genera pérdidas energéticas y salidade humos calientes a la atmósfera.

2.8. Fluidos contenidos

Este tipo de calderas usan como fluido caloportador el aceite térmicocuyas características vendrán determinadas por la temperatura máximade servicio.

Un dato muy importante es la resistencia al calor, que permitirá que latemperatura de película, alcanzada a la temperatura máxima de servicio,no deteriore el mismo.

La temperatura de película es la que existe en la periferia de los tubossometidos a la acción de la llama; éste es un punto de riesgo, ya que siaumenta por encima del punto de resistencia al calor, el aceite térmicocraquiza, provocando una solidificación y adhesión en el interior de lostubos que puede llegar a obstruir el circuito.

La tensión del vapor a la temperatura máxima de servicio será siempreinferior a la presión atmosférica; asimismo, los fluidos térmicos utilizadosserán resistentes a la oxidación y a la descomposición.



342

3. APARATOS DE SEGURIDAD

3.1. Válvula de seguridad

Como en un debate, el cuadro eléctrico actúa de moderador paramantener un diálogo fluido entre los distintos elementos que intervienentanto en la seguridad como en el control de funcionamiento; un nivelde aceite que detecta cuándo falta o sobra aceite en la instalación; unpresostato de seguridad que interviene si la presión en el interior de lacaldera alcanza la establecida y además los bloqueos producidos por elmal funcionamiento de la bomba de circulación o del quemador y, porsupuesto, controla el funcionamiento de todos los demás elementos dela caldera.

Todos los elementos se comunican con el cuadro eléctrico, y si en algúnmomento detectan un mal funcionamiento intervienen haciendo caerla maniobra, se para el quemador y lo comunica a través de una alarmasonora e iluminando un piloto externo que nos informa mostrando elelemento que ha producido la anomalía.

El único elemento de seguridad que no interviene en dicho diálogo esla válvula de seguridad, que actúa de manera autónoma, como ejecutoraen una misión de la que ella es la última responsable, cuando los sistemasintermedios de seguridad fallan por el motivo que sea y la presión en lacaldera continúa creciendo; esta válvula debe estar regulada a la presiónmáxima de trabajo, determinada en las características de la caldera, deforma que si la presión interior de la caldera excede esta presión detarado se abre, permitiendo la salida libre del fluido, disminuyendo lapresión en el interior de la misma.

En el depósito de expansión cerrado, si fuese de este tipo, se instalaráuna sola válvula. La válvula será de elevación, sistema de resorte, salidaconducida, en la que la presión del fluido evacuado contribuye a laelevación de la válvula.

La citada válvula será tarada a la presión de 0,50 Kgf/cm2.

La válvula de seguridad será dimensionada de forma que la descarga dela misma impida un aumento de presión en la instalación de más del10% de la permitida.

Estará la válvula preparada para establecer una conducción hasta eldepósito colector, con tubo de acero de sección mayor que la nominalde la válvula, de modo que no se produzca una contrapresión superiora la prevista.

En ningún caso se instalará antes o después de la válvula de seguridadninguna válvula de paso o estrangulamiento de la conducción.



343

La válvula se instalará tal como dispone la I.T.C.MIE.AP1, Art. 19 punto1.1.2.

3.2. Rompedora de vacío

Un sistema rompedor de vacío es el que provoca que el interior de unrecipiente quede en comunicación con la atmósfera, permitiendo laentrada de aire del exterior cuando se detecta que existe presión inferiora la atmosférica.

Si el depósito de expansión es de tipo cerrado, se instalará en el mismouna válvula rompedora de vacío.




344

4. APARATOS DE MEDIDA

4.1. Indicadores de nivel

Una buena circulación de aceite se hace necesaria para el correctofuncionamiento de la caldera, resultando inadmisible la existencia debolsas de aire en la instalación. Una de las cosas que puede provocar laexistencia de bolsas es un nivel bajo, por lo tanto en el depósito deexpansión de la instalación se colocará un indicador visual de nivel.

1. El nivel mínimo del aceite en el depósito de expansión estará medidosobre el punto más elevado de la instalación.

2. El nivel mínimo se marcará de modo bien visible sobre el indicadorde nivel.

3. En todas las instalaciones, los niveles se montarán de forma tal quepermitan fácilmente su comprobación, limpieza y sustitución.

4. El indicador de nivel dispondrá de las correspondientes llaves quepermitan su incomunicación con el depósito y de un grifo de purga.

4.2. Manómetros

Circuito entrada aceite

Junto al generador, y entre éste y la bomba de circulación, se colocaráun manómetro de clase cinco de sensibilidad y que indicará la presiónde impulsión de la bomba.



Indicador de nivel

345

En la esfera, de alcance 0 - 10 Kgf/cm2, se indicará con una señal visible(trazo rojo) la presión máxima de servicio.

Circuito salida aceite

Junto al generador, y entre éste y la válvula de interrupción de salida delíquido caloriportante, se instalará un manómetro de clase cinco desensibilidad que indicará la presión en el principio de la red del circuitode salida de aceite.

En la esfera de alcance 0 - 10 Kgf/cm2 se indicará con una señal visible(trazo rojo) la presión máxima de servicio de la red general.

Observando los dos manómetros podemos determinar varias situaciones:

Bomba de circulación de aceite parada:

Los dos manómetros señalan únicamente presión estática, correspondientea la presión de la columna de aceite o la presurización del circuito.

Bomba de circulación con funcionamiento defectuoso por bolsas de gaso aire (cabitación):

Los manómetros oscilan y aumentan y bajan rápidamente la presión;esta observación viene acompañada del salto de la alarma provocada porel presostato diferencial de aceite.

Caldera funcionando correctamente:

El manómetro de entrada de aceite marca más presión que el de saliday la diferencia corresponde a la pérdida de carga que ofrece el serpentínde la caldera al circular por su interior.



Localización aparatos de medida

346



4.3. Termómetros

Circuito de entrada

El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipoanalógico o digital, con el que registrará la temperatura de entrada delaceite a la caldera.

Circuito de salida

El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipoanalógico o digital, con el que registrara la temperatura de salida delaceite a la caldera.

La diferencia que exista entre el termómetro de entrada y de salida esel salto térmico que la caldera le provoca a el aceite.

Salida de humos

El generador estará equipado con un termómetro 0/500° C, de tipoanalógico o digital, con el que registrará la temperatura máxima de lasalida de los gases de combustión.

De su observación podemos determinar una aproximación sobre elrendimiento de la combustión, sabiendo que cuanto más cerca está latemperatura de los humos a la de salida del aceite térmico mejor seráel rendimiento.

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5. ELEMENTOS AUXILIARES

5.1. Circuito de salida de aceite

Válvula de interrupción

En el circuito de salida del fluido térmico y junto al generador, se colocaráuna válvula de interrupción de accionamiento manual, que permitiráindependizar el equipo de la instalación cuando se desee.

5.2. Circuito de alimentación

Equipo de bombeo

Es el encargado de hacer circular el aceite térmico por el generador yla instalación; siempre debe estar en marcha y cualquier parada o averíaque se produzca en el equipo de bombeo provocará el paro del quemador,ya sea por abrirse el circuito eléctrico de éste o bien por actuar algunode los automatismos de seguridad que se indicarán, es decir que cualquierfallo eléctrico o mecánico del equipo de bombeo no podrá producir unaelevación de temperatura inadmisible en el líquido caloriportante.

A tal efecto, el generador de referencia estará equipado con unaelectrobomba de recirculación centrífuga con cierre mecánico refrigeradopor aire (Artículo 19 punto 1.3. I.T.C.MIE AP1).

El caudal de la bomba es directamente proporcional a la potencia delgenerador e inversamente proporcional al calor especifico del aceite ala temperatura de trabajo, al peso especifico del aceite y al incrementode temperatura deseado.

Veamos un ejemplo de cálculo de caudal necesario.

Considerando que:

Potencia térmica del generador = 2.000.000 Kcal/hora

Calor especifico = 0’59 Kcal/Kg.

Peso especifico = 775 Kg/m3.

Incremento de temperatura = 20 °C

Resulta un caudal de: 217 m3/hora

La presión dinámica producida por la bomba indicada será como máximode 4,5 Kgf/cm2.

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Filtro

Antes de la entrada del fluido térmico a la bomba de recirculación seinstalará un filtro tipo colador, a fin de evitar desperfectos a la bombapor partículas sólidas procedentes de la red general.

Válvula de interrupción

En el circuito de entrada del fluido térmico a la bomba de circulación,se colocará una válvula de interrupción de accionamiento manual.

Nota:

Todos los accesorios indicados serán de construcción:

• PN -16 para temperaturas de servicio de hasta 300° C.

• PN -25 para temperaturas mayores y hasta 325° C.

5.3. Toma de tierra

De conformidad con lo dispuesto en el Articulo 21 de la I.T.C.MIE AP1,el generador, el equipo de combustión, la bomba y el cuadro de maniobradispondrán de una conexión a masa para reducir su potencial a cero.

5.4. Mirilla cámara de combustión

La cámara de combustión estará provista de una mirilla de material ycolor adecuado a las condiciones de servicio, a fin de permitir una buenavisión de la llama con el objeto de ayudar a los técnicos de mantenimientoa regular el quemador observando el color de la llama y su longitud.

Circuito alimentación aceite

349



350



6. PRESCRIPCIONES DE SEGURIDAD

6.1. Depósito de expansión

El fluido térmico, al aumentar su temperatura, aumenta su volumen,funcionando las instalaciones de fluido térmico llenas de líquido, esnecesario prever un aparato capaz de absorber de forma segura estasvariaciones de volumen; para este cometido se utiliza el depósito deexpansión.

Todos los generadores se suministrarán con un depósito de expansión,de forma que:

Las instalaciones de fluido térmico de hasta 1.000 litros de capacidad,estarán equipadas con un depósito de expansión, de capacidad suficientepara que puedan absorber 1,5 veces el aumento de volumen de toda lacarga del líquido a la máxima temperatura de servicio.

En las instalaciones con una capacidad superior a 1.000 litros bastarácon que puedan absorber 1,3 veces el aumento de volumen de toda lacarga de líquido a la máxima temperatura de servicio.

Las dimensiones de los depósitos de expansión utilizados estarán enfunción de la carga total de fluido de cada instalación y su elección sehará individualizada para cada instalación.

El depósito de expansión será de tipo abierto o cerrado, en función dela temperatura de trabajo y de las características del fluido.

Depósito de expansión abierto

Cuando las características del fluido térmico utilizado, así como de latemperatura de trabajo, supongan que a la temperatura máxima deservicio la presión de vapor de dicho fluido sea muy inferior a laatmosférica, el depósito de expansión será abierto y estará en comunicaciónatmosférica de una forma libre y segura que impida la formación desobrepresiones que superen en más del 10% la presión máxima permitida.

Para proteger el aceite térmico de la oxidación que podría ocasionar sucontacto con el aire, cuando la temperatura del aceite supera los 60° C,el depósito de expansión de tipo abierto está en comunicación con laatmósfera a través del depósito colector y dentro de éste, a través de unsistema de sellado que impide que el aire de la atmósfera esté en contactocon el aceite caliente que puede haber en el deposito de expansión.

El tubo de comunicación con la atmósfera estará situado en la generatrizsuperior del depósito colector, verticalmente, pero terminará con una

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curva de 180° que evita que accidentalmente puedan caer a este depósitoobjetos extraños.

Depósito de expansión cerrado

Cuando las características del fluido térmico utilizado, así como de latemperatura de trabajo, supongan que a la temperatura máxima deservicio, la presión de vapor de dicho fluido esté próxima o supere lapresión atmosférica, el depósito de expansión será cerrado y se llenaráde gas inerte a una presión que no será superior a 0,5 kgf/cm2, presiónque vendrá limitada por la válvula de seguridad indicada en el punto3.1., y dispondrá de sistemas de seguridad que impidan una sobrecargade presión.

Este depósito de expansión no llevará tubo rebosadero, pero la salida dela válvula de seguridad será dirigida al depósito colector.

Cuando se utilice una válvula de seguridad, cumplirá las disposicionesconstructivas y de calidad recogidas en el apartado 1 del artículo 15 delas ITC MIE AP-1.

El depósito de expansión será cilíndrico, horizontal y en el mismo seinstalarán los elementos de seguridad indicados en el punto 3 y elindicador de nivel indicado; además estará equipado con un limitadorde nivel mínimo de seguridad que se describe más adelante.

6.2. Botellín separador de gases

Está formado por un pequeño cuerpo cilíndrico vertical unido por unade sus generatrices al circuito de retorno de aceite térmico; por el fondoinferior, al circuito de retorno al generador y por el superior, al depósitode expansión.

Este botellín estará destinado a separar la humedad y gases del circuitode líquido caloriportante y que proviene de la construcción o instalaciónde los aparatos de consumo en su puesta en marcha o después de unaparada prolongada.

6.3. Tubo de expansión

Desde el botellín separador de gases saldrá un tubo de expansión queestará unido a la parte baja del depósito de expansión; la tubería deexpansión estará desprovista de estrechamientos y de cualquier elementode cierre.

Así, el depósito de expansión está conectado con el depósito colector yéste está conectado con la atmósfera a través de una tubería de diámetronominal igual o superior al resultante de la siguiente fórmula:

352



Siendo:

Q = potencia térmica de la caldera en Kcal/h.

d = diámetro mínimo expresado en mm.

Luego necesitará un DN que se especifica en la parte de cálculos.

Que evitará de manera eficaz que la presión pueda superar en más deun 10% la presión máxima permitida de la instalación.

Si junto al aceite caloriportante caliente pudiese haber agua, estasconexiones atmosférica serán del tamaño siguiente al obtenido según laformula anterior.

6.4. Depósito colector

Toda instalación de fluido térmico se suministrará con un depósitocolector con una capacidad suficiente para recibir la cantidad total deaceite de la instalación, es decir, la suma de la caldera del depósito deexpansión, de las tuberías de distribución y de los equipos consumidores,y dispondrá de volumen para una pequeña reserva.

Por consiguiente, dado que la capacidad del depósito colector no dependeexclusivamente de la caldera, sino del conjunto de la instalación, sefijarán las dimensiones de los mismos para cada instalación.

Este depósito se instalará en el punto más bajo que resulte de la instalación,de la caldera o del equipo consumidor.

De conformidad con la Norma UNE 9 - 310 – 76, el colector dispondráde un tubo de ventilación y otro de vaciado.

El depósito colector dispondrá de una válvula de cierre que permite laextracción del agua que pudiese haber en la instalación, y que a travésdel depósito de expansión y de la comunicación entre este depósito y eldepósito colector (el vaciado del depósito de expansión se realiza en elcolector) pasa a este depósito.

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7. EQUIPOS DE CONTROL

El generador de fluido térmico proyectado estará equipado con losautomatismos de regulación y seguridad previstos en la I.T.C.MIE.AP1y que se indican a continuación.

7.1.- Órganos de regulación

7.1.1. Regulación de nivel

La altura de nivel en el depósito de expansión se mantiene constante atemperatura constante y un control de nivel mínimo situado en estedepósito de expansión impide que funcione el equipo de aporte deenergía térmica en caso de que dicho nivel no se alcance.

En el depósito de expansión de la instalación se colocará un indicadorde nivel visual tipo caja con cristal de reflexión.

7.1.2. Regulación de temperatura

Los generadores están equipados con un termostato situado en el circuitode salida del aceite y que actúa parando o poniendo en marcha elquemador para mantener la temperatura del fluido térmico entre límitesde temperatura prefijados; dichos límites se mantendrán por debajo dela temperatura máxima permitida.

Los termostatos podrán ser sustituidos por termostatos de tipo electrónico,con sonda de tipo de termopar y con lectura digital de la temperaturade ajuste y de la temperatura real.

7.1.3. Regulación de presión

Los generadores están dotados con un presostato de control de presiónmáxima, que detectan el funcionamiento del mismo; si por alguna causase alcanzase esta presión (por ejemplo, la creación de bolsas de vaporde agua, el haberse cerrado alguna válvula de circulación, etc.) dichopresostato estará regulado por debajo de la presión de servicio delquemador.

7.2. Automatismos de seguridad

Si la acción de un órgano de seguridad provoca el paro de la combustión,este paro será definitivo, precisando, para su nueva puesta en marcha,de una acción manual. Cuando actúe alguno de los automatismos deseguridad se pondrá en funcionamiento una señal acústica de alarma.

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7.2.1. Seguridad en el fluido

Seguridad por nivel de aceite

En el depósito de expansión se colocará un limitador bajo de nivel, tipoflotador, que actuará sobre el funcionamiento del quemador, parándolocuando el nivel de aceite en el mismo descienda por debajo de una alturamínima prefijada.

Seguridad por exceso de temperatura del fluido

El generador está equipado con un termostato de seguridad por excesode temperatura, situado en el circuito de salida del aceite y ajustado amayor temperatura que el termostato de control, actúa como seguridaddel primero y del sistema y en el caso de que la temperatura del fluidoalcanzase la temperatura a que este termostato está regulado, parará deforma definitiva el quemador y conectará el sistema de alarma acústica.

Seguridad de presión máxima (Art. 23.3.3 ITC MIE AP1)

Garantizada por un presostato de control que actúa cuando la presiónen la salida de la bomba supere la presión máxima de servicio y que encualquier caso siempre será inferior a la presión de diseño del generadory que, en el caso de alcanzarse dicha presión, provoca la parada definitivadel generador, de los circuitos de mando del quemador y conecta laalarma.

Es necesaria la acción manual para la nueva puesta en marcha delgenerador, después de haber actuado la seguridad por presión máxima.

Se recomienda al usuario que en este supuesto sea un técnico competentequien ponga en marcha el generador, después de haber realizado unarevisión del mismo.

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Seguridad por defecto de caudal

Un presostato diferencial entre las tomas de entrada y salida del fluidotérmico del generador, actuará en todos aquellos casos en que se produzcauna disminución del caudal prefijado, parando el quemador, cortandoel paso de combustible y haciendo sonar la alarma sonora.

El mecanismo de funcionamiento se basa en el hecho conocido de lapérdida de presión en el interior del generador al caudal de régimen;el presostato diferencial actúa cuando la diferencia de presiones, es decirel caudal que circula, es menor al previsto.

7.2.2. Seguridad en la combustión

Seguridad concerniente a la evacuación de humos(Art. 23.3.4 ITC MIE AP1)

Cuando exista un sistema de obturación del circuito de humos, será im-prescindible la existencia de un dispositivo (final de carrera) que impidala combustión, si dicho sistema de obturación no está en posición abierta.

Seguridad de la llama (Art. 23.3.5 ITC MIE AP1)

El quemador del generador, ya sea para combustible líquido o para gas,estará provisto de un dispositivo eficaz de detección de la llama.

Si la llama desaparece durante el normal funcionamiento del quemador,dicho dispositivo provocará el cierre de los órganos de mando automáticode alimentación de combustible al quemador, conectándose la alarmaacústica.

El tiempo de respuesta entre la desaparición de la llama y el momentoen que la alimentación de combustible es interrumpida será comomáximo de 1 segundo.

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Después de una extinción anormal de la llama, se prohíbe totalmenteel reencendido automático, debiendo realizarse una vez subsanada laavería, mediante una acción manual.

Seguridad de aire de combustión para combustibles gaseosos(Art. 23.3.6 ITC MIE AP1)

El quemador de gas está dotado de un presostato de baja presión paradetectar la presencia de aire suficiente para la combustión, bloqueandola llegada de combustible al quemador y provocando el paro del mismoen caso de fallo en la aportación de dicho aire.

Este bloqueo requerirá, para su nueva puesta en marcha, de la acciónmanual, una vez subsanada la anomalía.

Seguridad de encendido para quemadores automáticos(Art. 23.3.7 ITC MIE AP1).

El programa de encendido del quemador comprende una serie deoperaciones ordenadas de la siguiente forma:

A. En el momento de la señal de puesta en marcha, se producirá unbarrido para evacuar los gases que hubiesen podido quedar en elinterior del hogar y el circuito de humos; el volumen del aire debarrido será cuatro veces superior al del volumen del hogar y lostubos de humos y se realizará con el dispositivo de reglaje de aireabierto en la posición de caudal suficiente.

B. Después del barrido descrito en el punto A, entrará en funcionamientoel sistema de encendido, compuesto por una fuente de calor depequeña potencia calorífica (un arco eléctrico que salta entre doselectrodos) capaz de provocar el encendido del combustible principal.

C. Las válvulas automáticas del combustible principal no podrán abrirsehasta que haya aparecido la fuente de calor que produzca el encendido.

El dispositivo de seguridad de la llama interrumpirá la alimentaciónde combustible cuando la llama principal no se haya establecido enmenos de 5 segundos para los quemadores de combustibles líquidos,o de 2 segundos para los quemadores de combustibles gaseosos.

D. No se permitirá ninguna tentativa automática de reencendido despuésde un fallo en el encendido. Para poder realizar un reencendido seprocederá a subsanar la causa de la anomalía y se empezará de nuevoel ciclo de reencendido con el prebarrido descrito en el punto A.

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Seguridad relativa a los combustibles (Art. 23.4 ITC)

Cuando un combustible líquido deba alcanzar una cierta temperaturapara que su combustión sea perfecta, será necesario instalar un termostatoque impida el funcionamiento del quemador, en tanto no se alcancedicha temperatura. Si eventualmente, utiliza un combustible que no debaser calentado, podrá ponerse fuera de servicio el dispositivo indicado y,en tal caso, habrá un testigo luminoso en el cuadro de mando indicandodicha circunstancia.

Cuando el combustible utilizado sea gas, y la alimentación del mismo alquemador se realice a través de un reductor o elevador de presión, seránecesario instalar una válvula de sobrepresión de gas a la salida delmismo. El escape de esta válvula de sobrepresión de gas se realizará alaire libre, a una altura suficiente y de manera tal que el gas expulsadono pueda penetrar en los locales vecinos.

Adicionalmente, existirá un mecanismo que impida el funcionamientodel quemador cuando la presión del gas no esté comprendida dentrode los límites prescritos por el fabricante.

En el generador equipado con quemador de combustible líquido, en elcual la presión del combustible está producida por la acción de unabomba, accionada por el motor del ventilador del propio quemador,existe una electroválvula que interrumpe el paso de combustible, en elmomento en que se recibe la señal de paro.

El quemador es de potencia mayor a 500.000 Kcal/hora por lo que estaráequipado con dos electroválvulas montadas en serie.

En los generadores equipados con quemador de combustible gaseoso,la interrupción de la alimentación de gas al quemador se realiza por doselectroválvulas automáticas instaladas en serie y una tercera electroválvulade seguridad con toma intercalada entre estas dos electroválvulas y quefunciona del siguiente modo:

Cuando el quemador está funcionando, las dos electroválvulas principalesinstaladas en serie están abiertas y la electroválvula de seguridad intermediacerrada.

Cuando el quemador está parado, las dos electroválvulas instaladas enserie están cerradas y la electroválvula de seguridad intermedia abierta,de manera que si la primera de estas electroválvulas no cerraseperfectamente, el gas que pasaría a través de ésta, saldría al exterior através de la electroválvula de seguridad que está abierta sin tensión; elescape al exterior de esta electroválvula de seguridad pasa a través de unbotellín transparente que contiene glicerina, de manera que seaperceptible el burbujeo del gas a través del liquido.

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El escape de gas que atraviesa este botellín se conduce al exterior deledificio, a una altura suficiente y de modo que no pueda penetrar enotro edificio; además este conducto estará provisto de un cortafuegos.

Una válvula de interrupción de accionamiento manual también impidela llegada de combustible al quemador de la caldera, tanto si se utilizacombustible liquido como gaseoso.

El tiempo de respuesta entre el momento en que la llama desaparece yel momento en que la alimentación de combustible es interrumpida serácomo máximo de diez segundos para combustibles líquidos y para unapotencia de 300.000 Kcal/h., y de un segundo para combustibles gaseososy combustibles líquidos con una potencia superior a 300.000 Kcal/h.

Asimismo, la sonda fotoeléctrica bloqueará el quemador si en el cursode la puesta en marcha del mismo, el combustible no se ha inflamadodespués de un lapso de tiempo prefijado de antemano, que no sobrepasarálos diez segundos para quemadores de combustibles de hasta 300.000Kcal/h., y de cinco segundos para quemadores de mayor potencia; paraquemadores de gas, los tiempos de seguridad serán como máximo dedos segundos para potencias de hasta 2.000.000 Kcal/h., y de tres segundospara potencias mayores.

El funcionamiento de las seguridades relativas a los combustiblespresupone una acción manual de desbloqueo una vez comprobadas ysolucionadas las causas de estas averías.

Seguridad por exceso temperatura de gases de combustión

En el principio de la chimenea se coloca un termostato que controla latemperatura de salida de los gases de combustión.

Cualquier anomalía en el circuito de fluido caloriportante, ya sea porexceso de combustible, de temperatura del fluido o por defecto de caudal,supone un aumento de temperatura de salida de gases, que hace actuarel termostato, bloqueando el quemador, cerrando el paso de combustibleal mismo y haciendo sonar la alarma sonora.

Barrido de gases

Todos los quemadores estarán equipados con un programador desecuencias que pondrá en funcionamiento el ventilador del quemadorantes de su encendido. El volumen de aire introducido en el hogar y sucircuito de humos será como mínimo el doble del volumen total de dichocircuito.

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7.3. Acción de los dispositivos de seguridad

Todos los dispositivos de seguridad actúan de forma que al producirseun paro por la acción de ellos, y aun en el caso de que se restablezcanlas condiciones normales, es necesaria la reposición manual para la nuevapuesta en marcha del generador.

Dispositivos de paro en el sistema de calentamiento(Art. 23.3.1 ITC MIE AP1).

Los sistemas de mando automático de este generador son de tipo eléctricoy, en caso de fallo en el suministro de energía eléctrica, retornan a laposición de parada desconectando el sistema de calentamiento, de modoque al restablecerse el suministro de energía eléctrica, es necesariorealizar una puesta en marcha manual, para restablecer el funcionamientodel generador.

El suministro de energía eléctrica al quemador de combustible se realizaa través de un contactor de mando, que interrumpe inmediatamente lallegada de dicha energía cuando recibe la señal de cierre.

Los quemadores con que se equipará el generador de fluido térmicoserán automáticos y estarán provistos de una sonda fotoeléctrica que, encaso de extinción de la llama, cierra el paso de combustible y accionauna señal de alarma.

Válvulas de cierre de combustible

En el generador equipado con quemador de combustible liquido, en elcual la presión del combustible está producida por la acción de unabomba, accionada por el motor del ventilador del propio quemador,existe una electroválvula que interrumpe el paso de combustible, en elmomento en que se recibe la señal de paro.

En los generadores equipados con quemador de combustible gaseoso,la interrupción de la alimentación de gas al quemador se realiza por doselectroválvulas automáticas instaladas en serie y una tercera electroválvulade seguridad con toma intercalada entre estas dos electroválvulas y quefunciona del siguiente modo:

Cuando el quemador está funcionando, las dos electroválvulas principalesinstaladas en serie están abiertas y la electroválvula de seguridad intermedia,cerrada.

Cuando el quemador está parado, las dos electroválvulas instaladas enserie están cerradas y la electroválvula de seguridad intermedia, abierta;de manera que si la primera de estas electroválvulas no cerraseperfectamente, el gas que pasaría a través de ésta saldría al exterior através de la electroválvula de seguridad que está abierta sin tensión; el

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escape al exterior de esta electroválvula de seguridad pasa a través de unbotellín transparente que contiene glicerina, de manera que seaperceptible el burbujeo del gas a través del liquido.

El escape de gas que atraviesa este botellín se conduce al exterior deledificio, a una altura suficiente y de modo que no pueda penetrar enotro edificio; además este conducto estará provisto de un cortafuegos.

Una válvula de interrupción de accionamiento manual también impidela llegada de combustible al quemador de la caldera, tanto si se utilizacombustible liquido como gaseoso.

El tiempo de respuesta entre el momento en que la llama desaparece yel momento en que la alimentación de combustible es interrumpida serácomo máximo de diez segundos para combustibles líquidos y para unapotencia de 300.000 Kcal/h., y de un segundo para combustibles gaseososy combustibles líquidos con una potencia superior a 300.000 Kcal/h.

Asimismo, la sonda fotoeléctrica bloqueará el quemador, si en el cursode la puesta en marcha del mismo el combustible no se ha inflamadodespués de un lapso de tiempo prefijado de antemano, que no sobrepasarálos diez segundos para quemadores de combustibles de hasta 300.000Kcal/h., y de cinco segundos para quemadores de mayor potencia; paraquemadores de gas los tiempos de seguridad serán como máximo de dossegundos para potencias de hasta 2.000.000 Kcal/h., y tres segundos parapotencias mayores.

Presostatos en quemadores de combustibles gaseosos

En los quemadores para combustibles gaseosos, cuando la alimentaciónde gas se realice a través de un reductor o elevador de presión, se instalaráuna válvula de sobrepresión a la salida del mismo.

Un presostato accionará el dispositivo de bloqueo del quemador cuandola presión del gas sea inferior o superior a la fijada por el fabricante delquemador.

Un presostato cerrará el paso de combustible cuando la presión de aireal quemador sea inferior al límite prefijado por el fabricante.

Seguridad por paro de la bomba

En el cuadro eléctrico se dispondrá de un dispositivo de seguridad, queimpida la puesta en marcha del quemador si antes no se ha puesto enmarcha la bomba de circulación de aceite; dicho dispositivo cierra elcircuito eléctrico del quemador al poner en marcha la bomba decirculación y lo desconecta cuando ésta se para.

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Seguridad en caso de fallo de corriente eléctrica(Art. 21.3 ITC MIE-AP1).

El cuadro eléctrico del generador estará equipado con un interruptorautomático que, en caso de corte o fallo de energía, abre el circuitoeléctrico general de la instalación, siendo necesario un rearme manualpara la nueva puesta en marcha del generador, una vez restablecido elsuministro de energía eléctrica.

7.4. Restricciones normativas del usuario

Calderas bajo vigilancia indirecta (Art. 23.1 ITC MIE AP1)

El generador incorpora en la instalación eléctrica un temporizador paraparo automático que actúa sobre el conjunto caldera/quemador,desconectándolo, si tras un funcionamiento de dos horas no se harealizado una inspección para asegurarse del buen funcionamiento delgenerador y no se ha maniobrado el conmutador colocado en el mismogenerador.

Una señal acústica, accionada por los dispositivos de seguridad siguientes:

• Falta de nivel en el depósito de expansión.

• Falta de caudal de aceite.

• Temperatura excesiva del aceite.

• Sobrepresión de aceite.

• Temperatura excesiva de los gases de combustión.

• Desaparición de la llama.

• Falta de aire de combustión en las calderas que utilicen combustiblegaseoso.

• Falta de vigilancia.

• Presión de gas distinta a la permitida por el fabricante del quemador.

Sonará en el generador y será audible en el puesto en el que el conductordel generador se encuentre habitualmente, instalándose una segundaalarma acústica si para este fin fuese necesario.

Desde dicho lugar deberá poderse bloquear el sistema de calefacción dela caldera y éste no podrá volver a ponerse en servicio sin que mediepreviamente una acción manual dentro de la sala de calderas y hasta nohaber comprobado la desaparición de la causa que ha perturbado sunormal funcionamiento.

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La anulación de una cualquiera de las seguridades del generadorpresupondrá pasar de inmediato a un régimen de vigilancia directa,anotando dicha circunstancia en el Libro Registro correspondiente.

Prohibición de puesta en marcha por aparatos de relojería(Art. 21.4 ITC MIE AP1)

Se advierte al usuario de la prohibición de realizar la puesta en marchadel generador por la utilización de aparatos de relojería, realizándoseesta puesta en marcha necesariamente por acción manual directa.

Aportación calorífica máxima (Art. 21.5 ITC MIE AP1)

Se advierte al usuario de la prohibición de superar la aportación caloríficamáxima para la que han sido construidos los generadores, y que figuraen la placa de características del mismo.

Los generadores son válidos para fuelóleo, gasóleo y gas natural y propano.

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8. INSTRUCCIONES PARA EL USO, CONSERVACIÓNY SEGURIDAD

8.1. Instalación

El artículo 9, punto 3 de la I.T.C.MIE.AP1 del Reglamento de Aparatosa Presión, aprobado por Real Decreto 1244/1979 de 4 de abril indicaque estas calderas pueden ser instaladas sin limitación en cuanto a suemplazamiento, con la única excepción de estar encima o debajo deviviendas y locales de pública concurrencia. La situación del generador,no obstante, ha de permitir que todas las operaciones de mantenimiento,entretenimiento y conservación puedan efectuarse en condiciones deseguridad. El espacio ocupado por el generador y el necesario para lasoperaciones de mantenimiento y entretenimiento estará debidamentedelimitado por una cerca metálica o cadena, con el fin de impedir elacceso de personal ajeno al servicio del generador.

El generador, y en especial los aparatos de medida, seguridad y control,estarán debidamente iluminados.

La sala donde se instale el generador de fluido térmico estará ventilada,debiendo disponer, cuando linda con el exterior, en su parte inferior deunas aberturas cuya sección total sea como mínimo, en cm2, la 1/500veces la potencia calorífica de los quemadores. En la parte superior deuna de las paredes que dé al exterior o en el techo y en posición opuestaa las aberturas de entrada de aire, existirán unas aberturas con unasección equivalente al 50% de la sección de la ventilación inferior.

Si la sala donde se ubica el generador no linda con el exterior podrádisponerse de una entrada de aire canalizada con un caudal mínimo de1,8 m/hora de aire por térmica (1000 kcal/h) de la potencia del equipode combustión y utilizando, cuando sea preciso, ventiladores apropiados.

Depósito de expansión

Será dimensionado de modo que pueda absorber el aumento de volumende toda la carga de líquido caloriportante de la instalación a su máximatemperatura.

Las instalaciones de fluido térmico de hasta 1.000 litros de capacidad,estarán equipadas con un depósito de expansión, de capacidad suficientepara que puedan absorber 1,5 veces el aumento de volumen de toda lacarga del líquido a la máxima temperatura de servicio.

En las instalaciones con una capacidad superior a 1.000 litros bastarácon que puedan absorber 1,3 veces el aumento de volumen de toda lacarga de liquido a la máxima temperatura de servicio.

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Las dimensiones de los depósitos de expansión utilizados estarán enfunción de la carga total de fluido de cada instalación y su elección sehará individualizada para cada instalación.

El depósito de expansión será de tipo abierto o cerrado, en función dela temperatura de trabajo y de las características del fluido.

El reglamento de Aparatos a Presión prohíbe la instalación de estosdepósitos directamente por encima del generador de calor.

La descarga de la válvula de seguridad debe ser conducida de forma queno pueda causar daños a personas o cosas, al depósito colector, que estáen comunicación con la atmósfera y dispuesto para este uso.

Depósito colector

El depósito colector tendrá una capacidad suficiente para recibir latotalidad del líquido caloriportante, así como una pequeña reserva delmismo; se situará en el punto más bajo de la instalación a fin de que ladescarga de la misma pueda efectuarse por gravedad. El depósito colectordispondrá de un tubo de ventilación equipado con cortafuegos y de untubo de vaciado.

Instalador

De acuerdo con lo previsto en el vigente Reglamento de Aparatos aPresión, la instalación debe efectuarla una Empresa especialmenteautorizada por la Delegación Provincial de Industria u OrganismoAutónomo competente, para la instalación de aparatos a presión.

En toda la instalación se tendrá en cuenta cuanto dispone la InstrucciónTécnica Complementaria MIE.AP2 (Orden de 8 de octubre de 1.980)y Norma UNE 9310, principalmente en lo que se refiere a materiales,diámetro de las tuberías y uniones, teniendo en cuenta que cuando estosúltimos sean soldados y con un diámetro mayor de 25 mm. deben serrealizados por especialistas soldadores con el certificado de calificación.Se tendrá especial cuidado con los efectos de dilatación del materialdebido a la temperatura proveyendo la instalación de los adecuadoscompensadores y puntos fijos.

Aceite caloriportante

El aceite a utilizar en el generador debe ser adecuado a la temperaturamáxima de servicio, no pudiendo sobrepasarse en ningún punto delgenerador las temperaturas máximas de masa y de película del fluidoutilizado. A tal efecto, antes de utilizar un aceite determinado se deberáconsultar al fabricante de la caldera facilitándole las características delmismo; a la vista de éstos el fabricante, si procede, dará su conformidadmediante certificado acreditativo de que con aquel determinado aceite

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caloriportante, en ningún punto del generador se superan las temperaturasantes citadas.

El certificado del fabricante de la caldera es imprescindible para la puestaen servicio de la caldera.

Llenado de aceite

Antes de llenar por primera vez la instalación con el aceite caloriportante,se someterá todo el sistema a una limpieza esmerada, para suprimir elóxido, la suciedad y los restos de soldadura.

El llenado se efectuará en frío partiendo del punto más bajo de lainstalación, debiéndose abrir, al llevarlo a efecto, todas las válvulas depaso, especialmente la válvula de seguridad del depósito de expansión,a fin de dar salida al aire que contenga la instalación; el llenado seefectuará lentamente hasta alcanzar el nivel medio señalado en elindicador de nivel visual situado en el depósito de expansión.

Una vez llena la instalación, se pondrá en marcha la bomba de circulacióny seguidamente el quemador, calentando el aceite a baja temperatura,para dar salida al aire por las válvulas de aireación.

Cuando no escape gas alguno por las válvulas de aireación, se calentarálentamente la instalación hasta alcanzar la temperatura de ebullición delagua, con el fin de eliminar de ella los restos de humedad que,eventualmente, puedan quedar, y que se evaporarán a través del depósitode expansión.

Puesta en servicio

Antes de la puesta en servicio de la instalación la empresa instaladoradeberá efectuar los ensayos y pruebas previstos en la I.T.C.MIE.AP1 yAP2.

El generador de fluido térmico no podrá ponerse en servicio sin la previaautorización de la Delegación Provincial de Industria y Energía uOrganismo Autónomo que la sustituya.

8.2. Combustibles

Combustibles gaseosos

La instalación de gas al quemador se efectuará según las Normas Básicasde Instalaciones de Gas (O.P.G. de 29.03.73), I.T.C.MIE.AP2 delReglamento de Aparatos a Presión, e instrucciones de la compañíasuministradora. La sección de tubería será la suficiente para que lavelocidad de circulación del gas a caudal máximo no sea superior a los30 m/seg., y la pérdida de carga será tal que asegure que la presión de

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llegada al quemador no sea inferior a un 10% de la presión en el origende la instalación.

Combustibles líquidos

Cuando se utilice combustible líquido, deberá almacenarse en un tanqueque reúna las condiciones del vigente Reglamento de InstalacionesPetrolíferas. El tanque de almacenamiento no podrá estar instalado enla misma sala donde se ubique el generador; no obstante, en lasproximidades de éste, y a una distancia mínima, en proyección horizontal,de 60 cm. del quemador o caldera, podrá instalarse un depósito nodrizapara la alimentación del quemador.

8.3. Instalación eléctrica

Se dispondrá de una instalación eléctrica que reúna las condicionestécnicas del vigente Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. Lacorriente será alterna, trifásica, con toma a tierra y a 220 o 380 voltiosde tensión.

La instalación eléctrica debe estar a cubierto o protegida contra losefectos del líquido portador térmico que eventualmente pueda salir.

8.4. Protección contra incendios

Cerca de la instalación del generador y del equipo consumidor no debenalmacenarse productos inflamables o combustibles.

En las proximidades del generador y de los equipos consumidores seinstalará un extintor de mano para fuegos de la clase B.

8.5. Puesta en marcha de la instalación

El primer encendido es conveniente que lo realice la empresa fabricantedel generador o la empresa instaladora autorizada, que comprobarán,antes del encendido, que toda la instalación esté llena de líquidocaloriportante y que éste alcanza la altura de nivel señalada en el depósitode expansión.

Se comprobará que las válvulas de interrupción situadas en el circuitogeneral de salida y retorno están abiertas.

Comprobar que el termostato de máxima y mínima, situado en la salidade aceite caliente, marque la temperatura mínima que deba alcanzar algenerador y que los termostatos electrónicos de salida, entrada y chimeneaestán reglados a las temperaturas máximas de servicio.

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Comprobar que el quemador de combustible líquido o gaseoso se hallaen condiciones de funcionamiento, siguiendo para ello las instruccionesfacilitadas por el fabricante del mismo.

Comprobar la libertad de las válvulas de seguridad y rompedora de vacíosituadas en el depósito de expansión.

Comprobar que todas las juntas se hallan en perfecto estado.

Comprobar el perfecto estado del cuadro eléctrico de mando (reléstérmicos, fusibles, lámparas indicadoras de señalización, pulsadores, etc.)y en el quemador la célula fotoeléctrica.

Puesta en marcha de la bomba de circulación y encendido

Antes del encendido se pondrá en funcionamiento la bomba derecirculación de aceite y cuando ésta alcance la velocidad de régimen,poner en marcha el quemador. Al poner en marcha la bomba derecirculación se cierra el circuito eléctrico del quemador, de forma quesi aquella no está en marcha, el quemador no puede funcionar.

A la primera puesta en marcha, y cuando el generador ha alcanzado latemperatura máxima de servicio, es conveniente anotar en el Libro-Registro de Usuario la presión de recirculación que indican losmanómetros situados a la entrada y salida del líquido térmico de lacaldera, dato que servirá más tarde para comprobar si se han producidoincrustaciones en el interior del serpentín.

Alcanzada la temperatura de servicio, es conveniente comprobar latemperatura del termostato de seguridad de gases, y reglarlo por encimade aquella temperatura unos 25° C, de forma que cualquier anomalíaque se produzca en el generador, que siempre se traduce en un aumentode temperatura de los gases de combustión, pueda ser detectada por estetermostato, en cuyo caso se producirá el paro del quemador y dará unaseñal de alarma.

Durante la marcha

Durante la marcha del generador, éste no precisa de cuidados especiales,si bien es necesario que en períodos de tiempo no superiores a dos horasse comprueben las temperaturas de los termómetros y las lecturas de lostermostatos. La operación de vigilancia y control debe ser encomendadaa persona competente, la cual deberá poner en conocimiento de laDirección de la empresa usuaria cualquier anomalía que observe en elnormal funcionamiento del generador. El nombre y apellidos delconductor del generador se harán constar en el Libro Registro delUsuario.

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Paro de la instalación

Es conveniente que al efectuar el paro del quemador se deje enfuncionamiento la bomba de circulación, preferentemente hasta que latemperatura del aceite en la instalación baje hasta los 100° C.

8.6. Entretenimiento y mantenimiento

Diariamente

Antes de la puesta diaria se comprobará la altura de nivel del líquidotérmico en el depósito de expansión; en caso necesario hay que rellenarlohasta la indicación de nivel medio.

Semanalmente

• Limpieza de todos los filtros de la instalación.

• Limpieza de la célula fotoeléctrica y de los cristales de protección.

• Limpieza de la mirilla del hogar.

• Limpieza de los electrodos de encendido del quemador.

• Verificar el nivel de aceite y engrase de la bomba de recirculación.

• Que los termostatos estén reglados a la temperatura adecuada.

• Limpiar todos los aparatos de la instalación.

Mensualmente

Además de las indicadas anteriormente, verificar el buen funcionamientoy estado de conservación de todo el material eléctrico, conexiones yautomatismos.

Comprobar el estado del aislamiento térmico del quemador y de la puertade la caldera.

Trimestralmente

Tras la primera puesta en marcha, así como después del cambio a otrolíquido transmisor, debe revisarse el líquido caloriportante al cabo detres meses, verificación que deberá efectuar el fabricante del mismo oun técnico responsable.

Anualmente o cada 3000 horas de trabajo

Anualmente o cada 3.000 horas de trabajo (el plazo que antes se cumpla)debe extraerse una muestra del líquido caloriportante, que debe seranalizada por el fabricante del mismo, quien informará si se han alteradoo no sus características químicas y físicas y si sigue siendo utilizable o

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debe ser sustituido; el fabricante deberá confirmar por escrito el resultadode la comprobación y ensayo e indicar la próxima fecha de revisión,

Protección ecológica

Queda terminantemente prohibido el vertido de los líquidoscaloriportantes a cualquier vía de agua o zona de posible utilizaciónpública, debiendo entregarse a cualquier empresa autorizada para eltratamiento de ese tipo de residuos industriales conservando un justificantede dicha entrega.

8.7. Pruebas periódicas

Cada año

Cada año se debe examinar el generador de fluido térmico por personalcompetente y autorizado, el cual debe examinarlo detenidamente,comprobando especialmente si los órganos de seguridad, automatismos,aparatos de medida, bombas, etc., se encuentran en perfectas condicionesde funcionamiento.

Efectuada la revisión se realizará una prueba de funcionamiento, sinsobrepasar la temperatura máxima de servicio, comprobándose el correctofuncionamiento de todos los automatismos.

Cada cinco años

Cada cinco años se solicitará de la Delegación Provincial de Industria yEnergía u Organismo Autónomo que la sustituya la revisión y prueba delgenerador, atendiendo para ello a las instrucciones previstas en el vigenteReglamento de Aparatos a Presión e I.T.C.MIE.AP1.

El resultado de las pruebas periódicas se hará constar en el Libro-Registrode Usuario que junto con estas Instrucciones será facilitado al usuariodel generador de fluido térmico.

8.8. Reparación

Toda reparación que afecte a las partes a presión del generador debe sercomunicada a la Delegación Provincial de Industria donde está instaladoel generador u Organismo Autónomo que la sustituya; las reparacionessólo podrán efectuarlas las empresas constructoras o instaladoras deaparatos a presión especialmente autorizadas para este tipo deinstalaciones.

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RESUMEN

En esta unidad didáctica hemos repasado las instalaciones de aceitetérmico desde el punto de vista del reglamento de aparatos a presión,seguridades y funcionamiento. Los elementos de control, diseño,combustión intercambiadores, etc. son tratados en otras unidadesdidácticas.

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1. La presión es:

a. La fuerza ejercida sobre un cuerpo.

b. La fuerza ejercida por cada metro.

c. La fuerza ejercida por unidad de superficie.

d. La fuerza ejercida por unidad de volumen.

2. Señala la unidad que no hace referencia a la presión:

a. Bar.

b. Pascal.

c. Metro cuadrado.

d. Kilogramo fuerza por m2.

3. Señala la unidad que no hace referencia a la presión:

a. N/m2.

b. Pa/m2.

c. Pa.

d. Kp/m2.

4. Si expresamos que tenemos 1 Kgf/cm2 de presión absoluta:

a. Es imposible, las unidades no están bien expresadas.

b. Es una presión superior a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa.

c. Es una presión inferior a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa.

d. Es una presión igual a un 1 Kgf/cm2 de presión relativa.

5. El instrumento que se encarga de medir la presión es:

a. El presiómetro.

b. El presostato.

c. El presiostómetro.

d. El manómetro.

6. El instrumento que no se encarga de medir la presión es:

a. El manómetro.

b. La columna de agua.

c. El presiostómetro.

d. La columna de mercurio.

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7. La presión que marcan los manómetros en las calderas de vapor suelen ser:

a. Kgf/cm2 (presión relativa)

b. Kgf/cm2 (presión absoluta)

c. mm.c.d.a. (presión absoluta)

d. Km.c.d.a. (presión relativa)

8. Los aparatos destinados a medir la presión atmosférica se llaman:

a. Barómetros.

b. Termómetros.

c. Caudalímetros.

d. Manómetros.

9. Un termómetro de dilatación es:

a. El que se basa en las variaciones de volumen que experimentanlos cuerpos al variar su temperatura.

b. El que se basa en las variaciones de presión que experimentanlos gases al variar su temperatura.

c. El que se basa en el cambio de resistividad eléctrica que experi-mentan los cuerpos al variar su temperatura.

d. El que se basa en los cambios de potencial eléctrico experimentadosen la unión o soldadura de dos metales distintos.

10. Un termómetro de resistencia es:

a. El que se basa en las variaciones de volumen que experimentanlos cuerpos al variar su temperatura.

b. El que se basa en las variaciones de presión que experimentanlos gases al variar su temperatura.

c. El que se basa en el cambio de resistividad eléctrica que experi-mentan los cuerpos al variar su temperatura.

d. El que se basa en los cambios de potencial eléctrico experimentadosen la unión o soldadura de dos metales distintos.

11. Se denomina vapor a:

a. Todo cuerpo físico que se encuentra en estado gaseoso.

b. Aquellos gases que en condiciones normales de presión ytemperatura (1 atm y temperatura ambiente) su estado normales el estado líquido.

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b. Aquellos gases que en condiciones normales de presión y tempe-ratura (2 atm y temperatura ambiente) su estado normal es elestado líquido.

d. Todo cuerpo físico que se encuentra en estado gaseoso y está porencima de 100° C.

12. Señala cual no es un medio de transmisión del calor:

a. Conducción.

b. Conductividad.

c. Radiación.

e. Convección.

13. El sol, fundamentalmente transmite su calor a la tierra por:

a. Conducción.

b. Conductividad.

c. Radiación.

e. Convección.

14. Una resistencia eléctrica transmite el calor al agua de un termo eléctrico fundamentalmente por:

a. Conducción.

b. Conductividad.

c. Radiación.

e. Convección.

15. Cuando el calor se transmite por movimiento de masa, corrientes deaire o liquido, estamos hablando de transmisión del calor por:

a. Conducción.

b. Conductividad.

c. Radiación.

d. Convección.

16. Se dice que el vapor es saturado:

a. Cuando sus condiciones de temperatura corresponden a un punto,de forma que en dicho punto pueden coexistir el vapor de aguay el agua en estado líquido.

b. Es aquel que tiene una temperatura superior a su punto deevaporación.

c. Es aquel que tiene una presión superior a su punto de evaporación.

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d. Cuando sus condiciones de presión y temperatura correspondena un punto de cambio de estado, de forma que en dicho puntopueden coexistir el vapor de agua y el agua en estado líquido.

17. El vapor que tiene una temperatura superior a su condición de saturado se llama:

a. Sobrecalentado.

b. Subenfriado.

c. Expansionado.

d. Húmedo.

18. El vapor que se obtiene al aumentar el volumen de un vapor saturadosin comunicarle calor se llama:

a. Sobrecalentado.

b. Subenfriado.

c. Expansionado.

d. Húmedo.

19. La acción de cambiar de estado liquido a estado gaseoso de denomina:

a. Liquefacción.

b. Solidificación.

c. Vaporización.

d. Condensación.

20. La acción de cambiar de estado gaseoso a estado líquido de denomina:

a. Sublimación.

b. Solidificación.

c. Vaporización.

d. Condensación.

21. Caloría es:

a. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 kilogramo de aguapara que su temperatura aumente 1°C.

b. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 gramo de agua paraque su temperatura aumente 1°C.

c. La cantidad de calor que hay que ceder a 1 gramo de agua paraque su temperatura disminuya 1°C.

d. Ninguna de todas.

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22. La temperatura de evaporación del agua a la presión de 0,5 Kg/cm2

(absoluta) es de:

a. 100° C

b. 105° C.

c. 80,9° C.

d. 104,9° C.

23. Todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquierfuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías,a través de un medio de transporte en fase liquida o vapor se denomina:

a. Caldera de vapor.

b. Generador de aceite térmico.

c. Caldera.

d. Sobrecalentador.

24. La caldera en la que el medio de transporte es agua a temperaturainferior a 110° C se denomina:

a. Caldera de poca temperatura.

b. Caldera de agua sobrecalentada.

c. Caldera de agua caliente.

d. Caldera de baja temperatura.

25. La caldera en la que el medio de transporte es un líquido distinto alagua se denomina:

a. Caldera de aceite térmico.

b. Caldera de fluido térmico.

c. Caldera de vapor seco.

d. Economizador.

26. La presión de diseño es:

a. La máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y serála utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de lacaldera, siendo siempre superior a la presión máxima de servicio.

b. La máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño, y serála utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de lacaldera, siendo siempre inferior a la presión máxima de servicio.

c. La máxima presión de trabajo a la temperatura de trabajo, y serála utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de lacaldera, siendo siempre superior a la presión máxima de servicio.

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d. La máxima presión de trabajo a la temperatura de trabajo, y serála utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de lacaldera, siendo siempre inferior a la presión máxima de servicio.

27. Vigilancia directa:

a. Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio deun operador que permanece de forma continua en la misma salade calderas.

b. Se realiza cuando la caldera tiene un PxV mayor de 50.

c. Es la supervisión del funcionamiento de la caldera por medio deun operador que permanece de forma continua en la misma salade calderas o en la sala de mando.

d. Se realiza siempre que el PxV es menor de 50.

28. La variación de la aportación calorífica que puede permanecer estableen cualquier valor comprendido entre los caudales máximo y mínimose llama:

a. Regulación progresiva por escalas.

b. Regulación todo/poco/nada.

c. Regulación todo/nada.

d. Regulación progresiva modulante.

29. La persona encargada de vigilar, supervisar, conducir y mantener, encondiciones de seguridad, cualquier caldera a su servicio se denomina:

a. Técnico de servicio.

b. Responsable de mantenimiento.

c. Mecánico de planta térmica.

d. Operador.

30. Estar al corriente del funcionamiento de la caldera y ser conscientedel peligro que puede ocasionar una falsa maniobra, un mal entrete-nimiento o una mala conducción es una condición exigible:

a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

31. Que el personal encargado de la operación de la caldera sea debida-mente instruido, y si la caldera es de PxV > 50, que posea el carnécorrespondiente, es una condición exigible:

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a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

32. Tener presente las normas de seguridad y mantenimiento que corres-pondan en cada caso, conservando en buen estado la caldera y susaccesorios, es una condición exigible:

a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

33. Incluir la caldera en un libro de registro, visado y sellado por lacorrespondiente Dirección Provincial del Ministerio de Industria yEnergía o Comunidad Autónoma que la sustituya, es una condiciónexigible:

a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

34. Entregar, entre otros documentos, cuaderno de instruccionescorrespondientes al funcionamiento de la caldera y sus accesorios,es una condición exigible:

a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

35. Una capacidad de agua y de vapor suficientes para prevenir lasfluctuaciones del vapor y del nivel de agua, es una condición exigible:

a. Al fabricante.

b. Al operador.

c. A la caldera.

d. Al usuario.

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36. Para una operación segura de la caldera, además de los condiciona-mientos exigibles correspondientes, el operador deberá disponer alalcance de su mano, en la sala de calderas de:

a. Un manual de instrucciones de la caldera.

b. Un manual de instrucciones de los elementos de control de losequipos consumidores.

c. Un manual de instrucciones de la alarma contra incendios.

d. Un teléfono móvil para recibir información en caso de avería.

37. Las calderas de vapor saturado, deberán llevar como mínimo:

a. 3 válvulas de seguridad las de categoría a.

b. 2 válvulas de seguridad las de categoría b.

c. 2 válvulas de seguridad todas las categorías.

d. 1 válvula de seguridad las de categoría a.

38. Los sobrecalentadores de vapor que puedan permanecer bajo presióncon independencia de la caldera llevarán:

a. Como mínimo, una válvula de seguridad.

b. Como mínimo, dos válvulas de seguridad.

c. Como mínimo, un nivel óptico.

d. Una bomba de alimentación.

39. En las calderas de vapor, con el objeto de evitar fugas de agua calientea presión hacia la red o al depósito de alimentación de agua a lacaldera, en el circuito de agua de alimentación dispondremos de:

a. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba yotra muy cerca de la caldera, pero separada de ésta por una válvulade interrupción.

b. Dos válvulas de retención: una situada a la entrada de la bombay otra muy cerca de la caldera, pero separada de ésta por unaválvula de interrupción.

c. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba yotra muy cerca de la caldera, pero separada de la primera válvulapor una válvula de interrupción.

d. Dos válvulas de retención: una situada a la salida de la bomba yotra muy cerca de la caldera, a la salida de vapor.

40. Las calderas nivel definido dispondrán de indicadores de nivel en lacantidad de:

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a. 1, las de categoría A y B.

b. 3, los de categoría C.

c. 2, las de categoría A y uno las de categorías B y C.

d. 2, las de categoría A y B y uno las de categorías C.

41. Toda caldera de vapor dispondrá de, al menos, un sistema de alimen-tación de agua seguro, con excepción de las calderas que utilicencombustibles__________________, que dispondrán de dos sistemasaccionados por distinta fuente de energía:

a. Líquidos.

b. Líquidos inflamables.

c. Sólidos no pulverizados.

d. Gaseosos.

42. Cuando la alimentación de agua de una caldera de vapor proceda dela red de distribución de la localidad, deberá colocarse ___________________ en la tubería de alimentación y una válvula de retención:

a. Un presostato.

b. Un termómetro.

c. Un manómetro.

d. Una indicación de peligro agua descalcificada.

43. Todas las calderas de agua sobrecalentada de categoría A o B dispon-drán de dos o más válvulas de seguridad de alivio independientes:

a. Las de categoría C llevarán solo una sola válvula de seguridad dealivio.

b. Las de categoría C podrán llevar una sola válvula de seguridad dealivio.

c. Las de categoría C también.

d. Las de categoría C llevaran válvula de aireación como sustitutode la válvula de seguridad de alivio.

44. En las instalaciones de agua sobrecalentada con depósitos de expansióncerrados a la atmósfera, éstos dispondrán:

a. De la correspondiente válvula de aireación y de sistema rompedorde vacío.

b. De un sistema de presurización homologado.

c. De una membrana resistente al ataque de ácidos.

d. De un sistema rompedor de vacío en comunicación con la caldera.

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45. En las calderas de agua caliente las válvulas de cierre o separaciónen las tuberías de subida y bajada de la caldera, estarán instaladas demanera que:

a. Garanticen la unión de la caldera al vaso de expansión inclusocon las válvulas cerradas.

b. Garanticen la unión de la instalación al vaso de expansión inclusocon las válvulas cerradas.

c. Garanticen la unión de la caldera a la instalación incluso con lasválvulas cerradas.

d. Se han de cumplir todos los requisitos anteriores.

46. Indica qué medida de seguridad no es exigible en una caldera deagua caliente:

a. Un hidrómetro.

b. Un vaso de expansión.

c. Un depósito colector situado en el punto más bajo de la instalación,con dispositivos de ventilación y vaciado.

d. Una válvula de retención, o una manguera flexible, en el circuitode alimentación.

47. Indica qué medida de seguridad no es exigible en una caldera deagua caliente:

a. Una válvula de seguridad en calderas con vaso de expansióncerrado, o una tubería de seguridad de subida en calderas convaso de expansión abierto, si se trata de calderas con combustibleslíquidos o gaseosos hasta 300.000 Kcal/h. controladas termostáti-camente, y con presión estática en el punto más bajo de la calderano superior a 15 m. de columna de agua.

b. Una válvula de seguridad de alivio, cuando se trate de calderasinstaladas en circuito cerrado.

c. Válvulas de cierre o separación en las tuberías de subida y bajadade la caldera, instaladas de manera que garanticen la unión dela caldera al vaso de expansión incluso con las válvulas cerradas.

d. Una bomba de reserva, con motor independiente, o bien undispositivo adecuado que impida una elevación inadmisible detemperatura en el líquido caloriportante en caso de fallar labomba principal.

48. En una caldera automática de vapor, en caso de fallo interrupciónde la corriente eléctrica…

383



a. Se conectará automáticamente cuando el suministro eléctrico searepuesto, por eso son automáticas.

b. No se conectarán automáticamente cuando el suministro eléctricosea repuesto, aunque sean automáticas.

c. Es indiferente, generalmente es el fabricante el que determina lasituación.

d. Ninguna de todas es correcta.

49. Estas calderas montarán en su circuito eléctrico, un dispositivo deparo automático que actúe sobre el sistema de calefacción si tras unfuncionamiento de _________, no se ha maniobrado el conmutadorcolocado en la sala de calderas. Se exceptúan de este requisito lascalderas de vaporización instantánea:

a. Tres horas.

b. Una hora.

c. Media hora.

d. Dos horas.

50. Indica qué prescripción de seguridad no afecta a las calderas de aguasobrecalentada:

a. Instalación de válvulas de seguridad.

b. Instalación de vaso de expansión.

c. Instalación de un hidrómetro.

d. Instalación de válvulas seccionadoras que independicen la calderade la instalación.

51. Un elemento que permite la comunicación de un aparato a presióncon la atmósfera cuando en su interior la presión es negativa se llama:

a. Depresiómetro.

b. Presostato negativo.

c. Rompedor de vacío.

d. Antinegativas.

52. Indica en qué caso se adoptará la puesta en servicio de la caldera oel recalentador mediante un sistema de relojería:

a. Cuando esté verificado y homologado el sistema.

b. Cuando la presión sea menor de 3 bares.

c. Nunca.

d. Es un extra que se puede añadir a la caldera.

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53. Las calderas y recalentadores que utilicen combustibles sólidos comoelemento de aportación calorífica dispondrán de mirillas que permitanuna buena visión de la llama:

a. Situados en el hogar.

b. Situados en la fase líquida.

c. No son obligatorios.

d. Depende de la forma constructiva del hogar.

54. Las calderas automáticas dispondrán de un dispositivo que verifiqueel buen funcionamiento antes de reiniciar su sistema de aportacióncalorífica tras cesar el fallo de corriente eléctrica que interrumpiera,en su caso, dicho servicio:

a. No está expresamente prohibido.

b. Tendrá que tener conformidad del fabricante.

c. Es aconsejable en sistemas de control a distancia.

d. Es obligatorio que exista este sistema.

55. ¿Cuándo se adoptará la puesta en servicio de la caldera o el recalen-tador mediante un sistema de relojería?

a. Cuando se considere necesario.

b. Si tiene que trabajar el sistema y no hay personal suficiente.

c. No hay nada que lo permita o lo limite.

d. En ningún caso.

56. Las calderas manuales que utilicen combustibles gaseosos comosistema de aportación calorífica:

a. Tendrán que ser de vigilancia directa.

b. Están prohibidas.

c. Son más eficientes, pues el control visual resulta ventajoso.

d. Tienden al desuso pues resulta caro el operario que las controla.

57. Las calderas de vapor manuales cuyo sistema de aportación caloríficase base en combustible sólido alimentado manualmente dispondránde un mecanismo que cortará automáticamente la aportación caloríficay que accionará una alarma acústica en cuanto la presión sobrepaseel valor correspondiente a la máxima de servicio o cuando el nivelde agua descienda al límite reglamentario:

a. No, sólo es necesaria la alarma acústica.

b. Sí, es del todo correcto.

385



c. No, sólo es necesario cortar la aportación calorífica.

d. Todas son falsas.

58. Las calderas automáticas con vigilancia indirecta montarán en sucircuito eléctrico, un dispositivo de paro automático que actúe sobre____________________ si tras un funcionamiento de dos horas, nose ha maniobrado el conmutador colocado en la sala de calderas:

a. Sistema de aportación calorífica.

a. Una alarma acústica.

c. Una alarma acústica o visual.

d. Alimentación de agua a la caldera.

59. Las calderas en las que el fluido caloportador se sitúa en el interiorde los tubos y el fuego en el exterior se denominan:

a. Calderas acutubulares.

b. Calderas pirotubulares.

c. Es indiferente.


60. Las calderas en las que el fluido caloportador se sitúa en el exteriorde los tubos y los humos en el interior se denominan:

a. Calderas acutubulares.

b. Calderas pirotubulares.

c. Es indiferente.


61. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua amenos de 110° C se denominan:

a. Calderas de vapor.

b. Calderas de agua caliente.

c. Calderas de agua sobrecalentada.

d. Calderas de fluido térmico.

62. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua enestado gaseoso se denominan:





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63. Las calderas que usan como medio de transporte cualquier fluidodiferente del agua se denominan:





64. Las calderas que usan como medio de transporte del calor agua amás de 110° C se denominan:





65. Cuando la alimentación de agua de una caldera proceda de la red dedistribución de la localidad, deberá colocarse:

a. Un filtro de carbón activo en la tubería de alimentación y unaválvula de seccionamiento.

b. Un manómetro en la tubería de alimentación y una válvula deretención.

c. Un manómetro en la tubería de alimentación y una válvula deseguridad.

d. Un filtro de ósmosis en la tubería de alimentación y una válvulade retención.

66. Cuando dos o más calderas de agua sobrecalentada trabajen enparalelo, cada una de ellas dispondrá de válvulas de interrupción enel circuito principal de agua para:

a. Incomunicar la caldera con la instalación en el caso de avería olimpieza.

b. Fraccionar la potencia de la instalación.

c. Evitar contaminaciones cruzadas.

d. Mantener la instalación incomunicada de una fuga de combustible.

67. Las ____________________ dispondrán de un hidrómetro comomedida de seguridad:




387




68. En ningún caso se superará el aporte calorífico máximo indicado porel fabricante de la caldera o aparato en:




d. Ninguna de todas.

69. La presión estática Pe:

a. Actúa sólo cuando existe velocidad en el conducto.

b. Actúa en un sentido dentro del conducto. Se manifiesta en elmismo sentido y no en el contrario de la corriente.

c. Actúa en todos sentidos dentro del conducto. Se manifiesta en elmismo sentido y en el contrario de la corriente

d. Actúa en todos los sentidos dentro del conducto. Se manifiestasólo en el sentido contrario de la corriente.

70. La presión dinámica Pd:

a. Actúa en el sentido contrario de la velocidad del fluido.

b. Actúa en el sentido opuesto de la velocidad del fluido.

c. Actúa en el sentido transversal de la velocidad del fluido.

d. Actúa en el sentido de la velocidad del fluido.

71. Se denomina ________________, la mayor o menor facilidad con quese produce la entrada de aire al hogar y la salida de los gases de lacombustión a la chimenea tras su recorrido a través de las superficiesde calefacción de la caldera:

a. Sobrepresión del hogar.

b. Depresión del hogar.

c. Tiro de la caldera.

d. Rendimiento de la caldera.

72. Se denomina __________ al obtenido por el diseño de la caldera alaprovechar el fenómeno físico de que los gases calientes por su menordensidad tienden a desplazarse hacia arriba dentro de la atmósfera,sin utilizar ninguna clase de medio mecánico:

a. Tiro natural.

b. Tiro forzado.

388



c. Tiro estanco.

d. Tiro normal.

73. El tiro natural no se favorece con:

a. Una mayor altura de la chimenea.

b. Una menor temperatura de los gases de combustión.

c. Una menor temperatura ambiental.

d. Unas mayores secciones de paso del aire en el hogar y de los gasesde la combustión en su recorrido por la caldera.

74. Se denomina ___________, si este tiro se obtiene a través de un mediomecánico tal como un ventilador o un eyector de vapor en la chimenea:

a. Tiro natural.

b. Tiro forzado.

c. Tiro estanco.

d. Tiro normal.

75. Cuando la presión en el hogar es inferior a la presión atmosférica,ya sea por tratarse de una caldera de tiro natural o bien porque, alfinal de la caldera y antes de la chimenea, se disponga un ventiladorque aspire los gases de combustión este hogar se dice que está en:

a. Depresión.

b. Sobrepresión.

c. Equilibrado.

d. Ventilado.

76. El hogar que permanece a la presión atmosférica o ligeramenteinferior, lográndose el aporte necesario para la combustión por mediode un ventilador de aire que aporta el aire necesario para la combustiónvenciendo la resistencia que le ofrece el recorrido de este aire hastael hogar y un ventilador de extracción de los gases de combustiónsituado al final de la caldera y antes de la chimenea, se dice que estáen:

a. Depresión.

b. Sobrepresión.

c. Equilibrado.

d. Ventilado.

389



77. En los gases en los que la presión en ellos es superior a la presiónatmosférica, y el aporte de aire necesario para la combustión seobtiene mediante la acción de un ventilador que impulsa el airenecesario hasta el hogar, se dice que están en:

a. Depresión.

b. Sobrepresión.

c. Equilibrado.

d. Ventilado.

78. Para realizar la combustión completa de un combustible necesitaremos:

a. Exceso de combustible.

b. Exceso de aire.

c. Cantidad de aire exacta.

d. Sólo se consigue con el gas natural.

79. La reacción química que no es de combustión es:

a. C + O2 = CO2 + CALOR

b. H2 + O = H2O + CALOR

c. S + O2 = SO2 + CALOR

d. CO2 = C + O2 + CALOR.

80. El exceso de aire en la combustión:

a. Es innecesario.

b. Si es muy elevado afecta negativamente al rendimiento energéticode la combustión.

c. Es necesario para completar la combustión.

d. Consigue aire limpio en la chimenea.

81. El exceso de aire en la combustión:

a. Debe de ser mayor en los combustibles sólidos que en los gaseosos.

b. Debe ser mayor en los combustibles líquidos que en los sólidos.

c. Debe ser mayor para el gas natural que para el gasóleo.

d. Debe ser mayor para el fuel que para la madera.

82. Una forma de evitar los inquemados es:

a. Reducir el tiro de la caldera.

b. Aumentar la proporción de aire.

390



c. Disminuir el aire que no se quema.

d. Aumentar la proporción de aire.

83. Una chimenea alta:

a. Aumenta el tiro.

b. Disminuye el tiro.

c. Es indiferente para el tiro.

d. Permite que la combustión sea más eficiente.

84. Una chimenea mal aislada:

a. Aumenta el tiro.

b. Disminuye el tiro.

c. Es indiferente para el tiro.

d. Permite que la combustión sea más eficiente.

391



BIBLIOGRAFÍA

Documentación e imágenes de la empresa Teyvi S.L. (Grupo ATTSU).

ITC MIE-AP1 e ITC MIE-AP2 del Reglamento de Aparatos a Presión.

Reglamento de Aparatos a Presión (Real Decreto 1244/79 de 4 de abril).

http://www.fpdistancia.net


U.D. 9 INSTALACIÓN DE UN HORNO DE SECADODE PINTURA

M 7 / UD 9


U.D. 9 INSTALACIÓN DE UN HORNO DE SECADO DE PINTURA

395

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 397

Objetivos ........................................................................................ 399

1. Descripción general del aparato............................................. 401

2. Circuito de gas (rampa de gas) .............................................. 403

2.1. En el piloto de encendido ............................................... 403

2.2. En el quemador................................................................ 403

2.3. Cámara de combustión.................................................... 404

2.4. Salida de gases de combustión ........................................ 405

3. Quemador ............................................................................... 406

3.1. Potencia y características del quemador......................... 406

4. Sistema de aportación de aire ................................................ 408

5. Ficha técnica del quemador y la rampa de gas...................... 409

6. Tipo de gas a utilizar............................................................... 410

7. Pruebas y ensayos reglamentarios. ......................................... 412

7.1. Prueba de estanqueidad .................................................. 412

7.2. Prueba de correcto funcionamiento durante la puesta

en marcha......................................................................... 412

7.3. Prueba de correcto funcionamiento en la situación

de servicio ......................................................................... 412

8. Seguridad................................................................................. 414

Resumen ........................................................................................ 417

Bibliografía .................................................................................... 419



397

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones de los hornos en la industria son muy amplias: se utilizanen funciones de secado, cocción, tratamientos térmicos de metales, etc.

Además de las funciones que se asignan a los hornos están los materialesy procesos sobre los que intervienen; no es lo mismo un horno de cocciónde cerámica con temperaturas muy elevadas que uno de cocción depintura de temperaturas más moderadas. Básicamente, todos los hornoscuentan con un habitáculo en el cual se introduce calor y un elementocalefactor, eléctrico o de combustión.

En esta unidad didáctica estudiaremos las características de un horno decocción de pintura, su habitáculo, su sistema de aportación de calor yel sistema de renovación de aire.

Horno de infrarrojos

399

OBJETIVOS

Dar una idea general del funcionamiento de un tipo de horno y hacerllegar la idea de que existen muchos tipos de hornos aplicados a laindustria.



401

1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL APARATO

Se trata de un horno de secado industrial de pinturas, fabricadoexclusivamente para esta aplicación, que utiliza para el calentamientoy la consiguiente producción de aire caliente, la energía caloríficaproducida por la combustión de un quemador de combustible gas.

Consta de un recinto por el que las piezas húmedas son introducidas porun sistema de carrusel automático, un sistema calefactor, una instalaciónde impulsión de aire caliente, un sistema de retorno de aire húmedo,un mecanismo de renovación de aire saturado y un equipo de filtrado.

El aire utilizado como fluido calefactor es reciclado (renovado y filtrado)constantemente para evitar excesivas concentraciones del disolvente dela pintura que pudieran dar lugar a mezclas explosivas o insalubres.



Vista exterior horno de secado de pinturas

Vista interior horno de secado de pinturas

402



Características técnicas

Dimensiones exteriores (aproximadas):

Largo 10.000 mm.

Ancho 1.800 + 1000 mm.

Alto 3.050 mm.

Tiempo de secado 6' 30" min.

Aislamiento Planchas de lana de roca.

Centitrés BX623 de 100 mm de espesor.

Densidad del aire 70 Kg/m3.

Temperaturas Regulable, según la necesidad.

De trabajo 110°C.

Aporte calorífico gas natural.

Potencia calorífica instalada 300 Kw.

Caudal de aire en recirculación 24.000 m3/h.

Potencia de los ventiladores de recirculación aire 2 de 4 Kw.

Presión estática disponible en los ventiladores 60 mm.c.d.a.

El aire calentado es impulsado a través de conductos sobre el recinto delhorno con toberas de impulsión.

La aspiración de aire se hace por la parte inferior por una aperturadonde se alojan los filtros de alta temperatura, para evitar la salida deaire hacia el quemador.

Este sistema genera una fuerte recirculación de aire para aumentar lasuperficie de intercambio entre el aire y la humedad de las piezas,facilitando su secado.

403

2. CIRCUITO DE GAS (RAMPA DE GAS)

2.1. En el piloto de encendido

El piloto es una pequeña llama que se mantiene encendida mientras elquemador está en servicio, sirve para iniciar la combustión cada vez queel quemador necesita hacer un arranque y asegurar el correcto encendidoy propagación de la llama.

El circuito del piloto está formado por dos electroválvulas de seguridaden serie.

El piloto de encendido incorpora una bujía para la ignición por arcoeléctrico.

Si no existiese la llama piloto, cada vez el quemador se pusiera en marcha,los ventiladores tendrían que realizar un barrido con aire nuevo de todoel horno, provocando su enfriamiento y haciendo inviable sufuncionamiento.

2.2. En el quemador

El circuito de gas dispone, a la salida del grupo de regulación, de doselectroválvulas de seguridad dispuestas en serie con la válvula de regulaciónde caudal de gas de accionamiento eléctrico. Existe un by-pass de laválvula de regulación con una electroválvula para el encendido delquemador.

Un control visual de hermeticidad instalado inmediatamente despuésde la 1ª electroválvula de seguridad controla las fugas de gas de la1ª electroválvula de seguridad.

Si se desea controlar la hermeticidadde las dos electroválvulas será ne-cesario instalar un control electró-nico de hermeticidad, que resultaopcional hasta 300 kW y obligatoriopara potencias superiores.

En la entrada del circuito de gas,delante de la 1ª electroválvula deseguridad, está ubicado el presostatode control de mínima presión degas (siempre) y, en su caso, despuésde la válvula de regulación de caudalde gas, el presostato de máxima.



Quemador y rampa de gas

404

2.3. Cámara de combustión

Es el lugar donde se aloja el quemador; este quemador permite lautilización del gas natural y propano para el calentamiento directo degrandes volúmenes de aire, y está diseñado para obtener una combustiónextremadamente limpia.

El volumen de aire a calentar se mezcla con los gases producidos por lacombustión del equipo, calentándose de una forma uniforme antes deloído de aspiración del ventilador de recirculación de la máquina sinningún tipo de intercambiador, lo que mejora el rendimiento térmicodel conjunto, porque no hay pérdidas en los humos.

Se realiza un control proporcional de la potencia para evitar las paradasy arrancadas del quemador, estabilizándose la potencia a las necesidadestérmicas del horno y consiguiendo una temperatura más uniforme yajustada.

La llama es de forma lineal y se genera en el espacio que forman losdeflectores de acero inoxidable que en forma de V distribuyen el airedel cajón posterior donde se inyecta el aire total preciso para la combustión,con un exceso y presión suficientes para que la estabilidad y forma dela llama no se vea afectada por las condiciones del conducto, o zona demezcla a que va aplicado el quemador.



Vista exterior cámara de combustión

Dimensiones cámara

Largo 2.000 mm.

Ancho 900 mm.

Alto 2.850 mm.

405

2.4. Salida de gases de combustión

Se dispone de una chimenea de salida de los gases que se producen enel interior del horno para evacuar gases de combustión, vapor de aguay vapores de disolventes.



Chimenea de extracción

Cantidad: 1

Diámetro: 200 mm

Tiro: Natural

Caudal total de extracción: 1.000 m3/h

Registros de ajuste: Sí

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3. QUEMADOR

El quemador instalado en este horno pertenece a la familia de los“Quemadores en Vena de aire” y funciona en el interior de la corrientede aire a calentar. Es de tipo modular formado por múltiples quemadorespequeños que disponen de una brida para montar sobre una placapreparada para insertar el conjunto en el interior de la cámara decombustión.

La mezcla de aire y gas se produce en la propia cabeza del quemadorsituado en la corriente de aire a calentar.

Cada quemador está formado por un esqueleto modular con bases defundición gris que soportan unos deflectores de acero inoxidable, unacaja envolvente de acero con brida de fijación y un motor ventilador. Losdeflectores están provistos de orificios por cuyas secciones el gas inyectadodesde las bases recibe el oxígeno para la combustión.

3.1. Potencia y características del quemador

El horno va dotado de un quemador de gran elasticidad y muy estable.

• Fabricante ...................................................................... Quemamax.

• Marca........................................................................... Quemamax 1.

• Potencia nominal................................................................... 310 kW

Sus características generales son:

• Combustible: gas natural, GLP, aire propanado, etc.

• Elevado rendimiento: 100% sobre el PCI del combustible.

• T máxima 400° C.

• Índice de exceso de aire, n= 1,5 a 3.

• Capacidad: de 20 a 210kW.

• Longitud de la llama aprox. 500 mm nominal.

• Rango de regulación 20:1 estándar.

• Piloto de gas.

• Detección de llama por célula ultravioleta UV o electrodo de ionización.

• Emisiones ( T 50° C quemador).

• CO < 10 ppm vol. (Típico < 5 ppm)

• NOx < 5 ppm vol (Típico < 3 ppm)



407

• CO2. Aumento de la concentración a la salida del quemador enfunción del salto térmico: CO2 (ppm vol.) 37 x T (°C)

• Presión de la cámara de combustión: de –6 a +1 mbar.



Leyenda quemador

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4. SISTEMA DE APORTACIÓN DE AIRE

El aire total para la combustión se incorpora en el cajón que rodea a losdeflectores del quemador. Este aire es nuevo siempre y su caudal semantiene fijo cualquiera que sea la potencia a que está trabajando elequipo.

Este equipo va destinado a la aplicación de secado de pintura. Estosprocesos obligan a una renovación importante de los gases que seproducen, ya sea para evacuar el vapor de agua o vapores disolventes.

Ello significa que la aportación de aire nuevo que se precisa es de nivelesmuy superiores al necesario para la combustión.

Al propio tiempo, el poder disponer del aire total de combustión apresión constante y normalmente bastante superior al del circuito delhorno, da las ventajas siguientes:

• La llama es totalmente estable a cualquier potencia.

• Las variaciones de presión o caudal del horno, no influyen en elproceso de combustión ni en la forma y regulación de la llama.

Se controla la seguridad del suministro de aire de combustión medianteun presostato diferencial.

El aire o gases de recirculación son controlados por un presostatodiferencial que asegura su circulación a través del horno.

Un termostato de temperatura máxima se sitúa en el circuito para evitarsobrecalentamientos.

Un regulador de temperatura PID posiciona la válvula de combustiblesegún las indicaciones del punto de consigna.



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5. FICHA TÉCNICA DEL QUEMADOR YLA RAMPA DE GAS



ELEMENTO A AUTORIZAR

APLICACIÓN DE UN QUEMADOR ECLIPSE VAV V2.0 150EN UN HORNO DE SECADO

FABRICANTE HORNO SECADO

CAMPO DE APLICACIÓNHORNO DE SECADO

USOS:SECADO DE PIEZAS A PINTAR

FABRICANTE QUEMADOR

CARACTERÍSTICAS DEL APARATO

TIPO DE COMBUSTIBLE: GAS PROPANO/GAS NATURALNº QUEMADORES: 1TIPO QUEMADOR: VAC V2.0 – 300MARCA QUEMADOR: QUEMAMAXPOTENCIAS: 210 – 20 KwCONSUMOS: 20 – 2 Nm3/HPRESIÓN DE TRABAJO: 20 – 40 mbar

02P2 PRESOSTATO GAS MÍNIMA03EV9-03EV10 ELECTROVÁLVULA SEGURIDAD03EV5-03EV6 ELECTROVÁLVULA SEGURIDAD PILOTOS VÁLVULA REGULACION ACCIONADA POR SERVOMOTOR

03EV7 ELECTROVÁLVULA DE ENCENDIDO03P14 PRESOSTATO AIRE COMBUSTION03EV11 ELECTROVÁLVULA DE PUESTA AL AIRE CON BORBOTEADOR

OBSERVACIONES:

APROBADO POR LA DELEGACIÓN GENERALDE INDUSTRIA

FECHA AUTORIZACIÓN

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6. TIPO DE GAS A UTILIZAR

Los gases que se podrán utilizar como combustible, serán cualquiera delos gases de la primera, segunda o tercera familia, es decir será un aparatomultigas.

Gas natural distribuido normalmente por las redes de Enagas

Gas propano suministrado por Repsol butano

El propano comercial es una mezcla de hidrocarburos que se obtienena partir de la destilación fraccionada de petróleo crudo. Por ser esteproducto, muy variable, en función de su procedencia, lo es asimismoel propano comercial obtenido de aquel.

Un análisis de una muestra, dio la siguiente composición, que puededarse como típica:



COMPOSICIÓN Y

CARACTERÍSTICAS

Metano % Vol. 98,6 87,08 85,97 91,88

Etano % Vol. 0,44 5,56 12,88 6,78

Natural % Vol. 0,07 2,11 0,37 0,64

Butano % Vol. 0,03 0,81 0,05 0,09

Pentanos% Vol. 0,01 0,22 - -

Hexanos % Vol. 0,001 0,08 - -

Dióxido de carbono % Vol. 0,7 1,15 - -

Nitrógeno % Vol. 0,15 2,95 0,75 0,61

P.C.S. Kcal/m3 (N) 9,504 10,106 10,462 10,084

P.C.I. Kcal/m3 (N) 8,549 9,140 9,468 9,088

Peso específico kg/m3 (N) 0,73 0,83 0,81 0,77

Densidad relativa 0,56 0,64 0,63 0,6

CO2 total en humos m3/m3 gas 1,01 1,1 1,13 1,08

N2 total en humos m3/m3 gas 7,56 8,06 8,32 8,02

Vol. Tot. humos secos m3/m3 gas 8,57 916 9,45 9,09

Indice de Wobbe 12,638 12,593 13,230 13,037

411

Etano ....................................................................................... 0,4 %

Propano................................................................................. 93,0 %

Isobutano ................................................................................ 0,5 %

Butano ..................................................................................... 6,2 %

Mercaptanos ................................................................ 0,0015 g/m3

Humedad......................................................................... 0,30 g/m3

Los valores medios de características físicas, pueden tabularse comosigue:

Tensión de vapor absoluta a 200 C ................................... 9 Kg/m2

Tensión de vapor absoluta a 500 C ................................. 18 Kg/m2

Masa específica del líquido a 200 C......................... 0,506 Kg/dm3

Masa específica del líquido a 500 C....................... 0,4548 Kg/dm3

Masa específica del gas a 200 C y p. atm. .................... 1,85 Kg/m3

Poder calorífico inferior ........................................ 11.000 Kcal/Kg

Poder calorífico superior....................................... 11.800 Kcal/Kg

Poder calorífico inferior ........................................ 20.400 Kcal/m3

Poder calorífico superior....................................... 24.000 Kcal/m3

Temperatura de ebullición (aprox.) .................................... -450 C

Temperatura de inflamación ............................................... 5350 C

Temperatura máxima llama (aire) ................................... 1.9200 C

Temperatura máxima llama (oxígeno)............................ 2.8200 C

Contenido de CO2 en los humos......................................... 13,1 %



412



7. PRUEBAS Y ENSAYOS REGLAMENTARIOS

Previamente a la puesta en marcha definitiva de los aparatos se realizaránlas pruebas necesarias, así como las operaciones de regulación y ajusteprecisas para garantizar su correcto funcionamiento y el de todos susdispositivos de seguridad y control.

Entre las pruebas deberán figurar:

7.1. Prueba de estanqueidad

Se comprobará la estanqueidad del circuito de gas entre la llave delaparato y el quemador, a la presión máxima de utilización con unasolución jabonosa.

Asimismo, se comprobará que no existe fuga interior a través de lasválvulas de corte.

7.2. Prueba de correcto funcionamiento durantela puesta en marcha

Verificando que:

• El barrido de la cámara de combustión es eficaz.

• El encendido de la llama del quemador piloto es correcto.

• El encendido de las llamas del quemador principal es correcto.

• Se cumplen las secuencias y maniobras del programador.

• Los tiempos máximos de seguridad no sobrepasan los establecidos.

7.3. Prueba de correcto funcionamiento enla situación de servicio

Verificando que:

• La eficacia del dispositivo de control de llama.

• La eficacia de presión de tarado del dispositivo de control de lapresión de gas.

• La eficacia y presión de tarado del dispositivo de control de la presióndel aire.

• El gasto calorífico del quemador.

• La temperatura y el análisis de los productos de la combustión algasto calorífico nominal del quemador.

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• Los tiempos máximos de seguridad en la actuación de las válvulasautomáticas de paso de gas cuando se produce fallo detectado poralguno de los dispositivos de seguridad.

Una vez efectuadas las pruebas de funcionamiento, se comprobará, deforma visual, que los materiales y órganos del aparato, tanto el elementoreceptor como el equipo de combustión, no presenten deformacionesanormales ni deterioros que puedan influir de forma negativa.

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8. SEGURIDAD

Se recomienda para garantizar al máximo la seguridad del personal, delas instalaciones y de la producción seguir las recomendaciones descritasen las normas NFPA. Otras normas que pueden ser consideradas sonEPA, TA-Luc, etc.

Las tres condiciones básicas que deben cumplirse para minimizar losfallos son:

• Aplicación y localización apropiada del equipo.

• Formación de los operadores.

• Programa de mantenimiento.

a. Localización y aplicación del equipo

Deben considerarse especialmente:

• Tomar las máximas precauciones frente a la posibilidad de incendiopor sobre calentamiento o por escape de combustible.

• Localizar los materiales inflamables lo más lejos posible. Distanciamínima: 0,6 metros.

• Garantizar la ventilación adecuada del local.

• Deben tomarse precauciones especiales e implantar las seguridadesa que obligue la legislación local en caso de utilizar combustiblesgaseosos más pesados que el aire (GPL).

• Minimizar la exposición del personal ante la posibilidad de fuego,explosión, asfixia o materiales tóxicos. Las salidas de emergencia nodeben quedar nunca obstruidas.

• Deben separarse convenientemente los materiales de stock, equipoenergético y otra maquinaria, con el fin de asegurar una mínimainterrupción y su máxima protección en caso de accidente.

• La instalación debe quedar protegida de ambientes o procesosexternos potencialmente corrosivos.

• Accesibilidad a sprinklers automáticos, puertas o válvulas de expansión,puertas de inspección o mantenimiento, etc.

• Proteger cables o tubos que puedan ser afectados por superficiescalientes o por fugas da gases calientes en uniones de conductos.

• Proteger con dispositivos de seguridad los elementos que lo requieranpara evitar daños al personal por calor, vibración o equipo mecánico.

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• El equipo debe incorporar un visor adecuado que permita observarel encendido del quemador.

• Puesta a tierra del equipo y del cuadro para evitar descargas eléctricas.

• Los paneles o puertas de seguridad antiexplosión (en su caso) debenestar localizados de modo que no se exponga el personal a ningúndaño.

b. Formación de los operadores

• Los nuevos operadores deben ser formados para que conozcan elequipo y su funcionamiento.

• El operador debe tener acceso a las instrucciones de funcionamientoen cualquier momento.

• Las instrucciones básicas que deben conocer son: Arranque, Paro yProcedimientos de emergencia.

• Los esquemas básicos son el Diagrama de Proceso e Instrumentación(P+ID) (en su caso), el plano mecánico y el esquema eléctrico. Serecomienda que esta documentación se encuentre accesible en cadaequipo.

• Es conveniente que en la información de los operarios se incluyandatos sobre:

– Cuándo mezclas aire/combustibles son inflamables.

– Riesgos de explosión.

– Fuentes de ignición y temperatura de ignición.

– Funciones de control y elementos de seguridad.

• Deben seguirse las indicaciones de mantenimiento preventivosuministradas por el fabricante.

• Ante la detección de un escape de combustible importante o unproblema de seguridad debe procederse inmediatamente:

– Desconectando la alimentación eléctrica.

– Cerrando la válvula manual de corte de combustible.

• El equipo portátil antiincendios (extintores) deberá ser de un tipoaprobado y estar disponible en el área según normas específicas.Debe seguirse el programa propio de inspección y mantenimiento.

• No está permitido fumar o encender fuego fuera del área de seguridadcontrolada o destinada a tal efecto en la planta.

• Cualquier trabajo de reparación o soldadura deberá ser vigilado porpersonal de seguridad con disposición de extintores.

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c. Programa de mantenimiento

Las comprobaciones básicas pueden resumirse en:

• Comprobar que la ventilación de la zona es correcta.

• Verificar que el tiempo y las condiciones de barrido de la cámaradonde está el quemador son correctos.

• Verificación del estado del sistema para suministro de aire fresco, delsistema de extracción así como del ratio de ventilación necesario enprocesos en que se evaporan disolventes.

• Verificar que no existe fuga de gas al ambiente. Se percibirá por elolor característico del gas y puede localizarse mediante un spray deagua jabonosa.

• Verificar la estanqueidad de las válvulas de gas mediante el sistemaincorporado al equipo.

• Comprobar que el encendido del quemador es seguro y que la llamaque se forma es estable.

• Sustitución periódica de la célula para la detección de llama.

• Comprobación periódica de las distintas seguridades del equipo.

• No debe anularse ninguna seguridad ni debe cambiarse su valor detarado sin autorización expresa del fabricante.

• Ante un paro prolongado de la instalación se recomienda el cierrede las válvulas manuales de corte de combustible.

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RESUMEN

Para la seguridad del personal y protección de la instalación, debenseguirse cuidadosamente las instrucciones dadas para la supervisión y/omonitorización de las condiciones que pueden causar o pueden inducirun riesgo real o potencial:

• Los equipos de combustión y unidades donde el combustible, gaseso vapores inflamables están involucrados, deben disponer de todoslos elementos de seguridad de acuerdo con las normas aplicables yla buena práctica de los fabricantes.

• Las consideraciones de seguridad deben extenderse a los equiposadyacentes y a otros equipos próximos para evitar la contribuciónadicional de riesgos.

• Un paro de seguridad del equipo de calefacción por cualquiera delas características o elementos de seguridad prescritos, requeriráindistintamente para un nuevo arranque:

– Intervención manual de un operador o

– Nuevo ciclo automático de encendido por un sistema programadoraprobado.

• Las áreas principales de seguridad deben incluir, pero no deben estarlimitadas a:

– Barrido de aire fresco.

– Aire de recirculación.

– Aire de combustión.

– Presencia de llama.

– Presión de combustible.

• Debe tenerse siempre presente que:

– La mera presencia de un elemento de seguridad en una instalaciónno puede por si mismo asegurar la absoluta seguridad de operación.

– No hay sustituto para un operador diligente, capacitado y bienformado.

– Una alta repetición del ciclo de operación de cualquier seguridadpuede reducir su vida.

– Las válvulas de seguridad automáticas no son sustitutos de lasválvulas principales de corte manual.

• Una inspección y mantenimiento programados regularmente detodos los elementos de seguridad debe efectuarse anticipadamente

418



contra los riesgos, reales o potenciales, que pueden presentarse encualquier momento.

• Debe ser única responsabilidad del usuario el establecer y programarla frecuencia y extensión de los planes de inspección y mantenimiento(así como las acciones correctivas que deben tomarse) ya que sólo elusuario conoce cuales son las condiciones reales de operación.

• Es responsabilidad del fabricante del equipo el suministrar recomen-daciones y/o sugerencias sobre los procedimientos de inspección ymantenimiento.

• Los elementos de seguridad deben ser adecuadamente instalados ymantenidos de acuerdo con las instrucciones del fabricante/s.

• Los elementos de seguridad así como la instalación de combustibledebe estar protegida contra daño físico o manipulación accidental.

• Los elementos de seguridad no deben ser cortocircuitados ni by-pasados.

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BIBLIOGRAFÍA

General

Instrucción sobre documentación y puesta en servicio de las instalaciones receptoras

de gases combustibles y instrucción sobre instaladores autorizados de gas y empresas

instaladoras. Orden de 17 de Diciembre de 1985.

Reglamento del servicio público de gases combustibles. Real Decreto 2913/73de 26 de Octubre.

Equipos de combustión

Instalaciones receptoras y redes de distribución interior:

Instalaciones receptoras de Gas Natural UNE 60-620-

Instrucciones Técnicas Complementarias del Reglamento de Aparatos que utilizan

gas como combustible-ITC-MIE-AG-20. Orden de 15 de Diciembre de 1988.

ITC MIE AG20 DEL Reglamento de Aparatos que utilizan gas como combustible.

Quemadores a gas - Parte 1: Quemadores atmosféricos. UNE 60-740-85/1.

Quemadores a gas - Parte 2: Quemadores con ventilador. UNE 60-740-85/2.

Reglamento de Aparatos que Utilizan Gas como Combustible. Real Decreto494/1988 de 20 de Mayo (B.O.E. 25-5-88).

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