Tema 4. Calculo Del Circuito Hidráulico

GESTIN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES SOLARES TRMICAS (GMM) TEMA 4. CLCULO DEL CIRCUITO HIDRULICO

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TEMA 4.- CLCULO DEL CIRCUITO HIDRULICO

1. CAUDAL DEL CIRCUITO PRIMARIO

El caudal del circuito primario se calcula a partir de:

el caudal unitario por m2 del captador, la superficie del captador, el nmero de captadores.

El Apartado 3.3.5.1 de del DB HE 4 del CTE establece que el caudal del fluido

portador se determinar de acuerdo con las especificaciones del fabricante como consecuencia del diseo de su producto. En su defecto, su valor estar comprendido entre 1,2 l / s y 2 l / s por cada 100 m2 de red de captadores, lo que equivale a 43,2 l / hm2 y 72 l / hm2, respectivamente.

Esta condicin es algo superior a la del RITE que establece, en su ITE 10.1.3.2, que el caudal de circulacin estar comprendido entre 1,2 l / s y 1,6 l / s por cada 100 m2 de rea de captadores (43,2 l / hm2 y 57,6 l / hm2).

Un valor medio de 50 l / h por m2 de captacin solar para captadores solares conectados en paralelo es adecuado para lograr una transferencia adecuada de la energa captada y es el que se utilizar como base de los clculos, salvo otra indicacin concreta del fabricante acerca del caudal recomendado para su captador.

La Seccin HE 4 que en las instalaciones en las que los captadores estn conectados en serie, el caudal de la instalacin se obtendr aplicando el criterio anterior y dividiendo el resultado por el nmero de captadores en serie.

El caudal que circula por una batera de captadores en paralelo es el resultado de la suma de caudales que circulan por cada uno de los captadores, porque la conexin distribuye el fluido de forma independiente en cada captador. Sin embargo, una conexin en serie mantiene el caudal constante, siendo el mismo fluido el que atraviesa todos los captadores que componen la fila, aumentando su temperatura en cada paso, aunque con un rendimiento menor.

El caudal se calcula con la siguiente frmula:

Q = Qcaptador x A x N Siendo: Q caudal total del circuito primario, en l / h Qcaptador caudal unitario del captador, en l / (hm2) A superficie de un captador solar, en m2 N nmero de captadores en paralelo, entendiendo que el caudal de una serie equivale a un nico captador

A continuacin se muestra la diferencia de caudal derivado de la conexin en serie - paralelo o en paralelo de un campo de captadores de idntica disposicin.


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CONEXIN EN SERIE-PARALELO:

Campo de captadores conectados en serie-paralelo DE = GH = 50 x A= 50 x A CD = FG = 50 x A + 50 x A = 100 x A BC = BF = 50 x A + 100 x A = 150 x A AB = 150 x A + 150 x A = 300 x A l / m2h CONEXIN EN PARALELO:

Campo de captadores conectados en paralelo DE = GH = 50 x 3 x A = 150 x A CD = FG = 50 x 3 x A + 150 x A = 300 x A BC = BF = 50 x 3 x A + 300 x A = 450 x A AB = 450 x A + 450 x A = 900 x A l/m2h

2. CIRCUITO HIDRULICO DE DISTRIBUCIN DE A.C.S

El circuito hidrulico de distribucin del agua caliente sanitaria para el consumo tiene diversas configuraciones segn el esquema elegido para la instalacin.


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La forma de clculo es igual a la de cualquier instalacin de distribucin de A.C.S, por lo que se analizar simplemente la normativa de aplicacin. El Apartado 4.2.1 del DB HS 4, referente al dimensionado de los tramos dice:

El Apartado 4.4.1 Dimensionado de las redes de impulsin de A.C.S del DB HS 4 dice que para las redes de impulsin o ida de A.C.S se seguir el mismo mtodo de clculo que para las redes de agua fra.

Tambin habr que tener en cuenta el Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Tcnicas Complementarias (ITE), en lo aplicable a este tema.

La temperatura es la de consumo y los materiales son los admitidos para

suministro de A.C.S, como ya se explic anteriormente. 2.1. DIMENSIONADO DE LAS TUBERAS

El dimensionado de las tuberas del circuito primario se realiza de la forma habitual de cualquier circuito hidrulico, segn las leyes de la dinmica de fluidos en los tubos de seccin constante.

La Seccin HE 4 recomienda en el diseo de los tramos considerar que la longitud de las tuberas del sistema debe ser tan corta como sea posible con objeto de evitar prdidas trmicas y evitar al mximo los codos y prdidas de carga en general. Los tramos horizontales tendrn siempre una pendiente mnima del 1% en el sentido de la circulacin.

Las tres variables del clculo de una tubera son el caudal en el tramo, la prdida de carga por rozamiento y la altura piezomtrica o presin en el conducto. En los circuitos de las instalaciones de energa solar trmica, la altura piezomtrica se considera igual a cero, debiendo la bomba de circulacin proporcionar la necesaria para el movimiento del lquido, salvo que sean abiertos.

La ecuacin de continuidad establece la relacin entre el caudal Q, la velocidad V y la seccin S, en la tubera de seccin constante:


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Siendo: Q caudal, en m3/s V velocidad, en m/s S seccin interior de la tubera, en m2 D dimetro interior de la tubera, en m

Esta expresin se suele expresar en relacin a la velocidad, utilizando unidades ms habituales en estas aplicaciones, y teniendo en cuenta que 1litro/h = 278 10-7 m3/s, resultando:

Siendo: v velocidad, en m/s Q caudal, en l/h D2 dimetro interior de la tubera, en mm

Partiendo de un caudal dado, la eleccin de una velocidad idnea es un factor que se debe ponderar cuidadosamente tanto por cuestiones acsticas (por encima de 1,5 m / s resulta muy ruidosa) como por el depsito de material disuelto (por debajo de 0,5 m / s se producen incrustaciones).

Como la Seccin HE 4 no contiene indicacin alguna al respecto, se puede recomendar para tuberas metlicas:

en derivaciones interiores, no superar 1 m / s en acometidas y distribuidores puede ser 1,5 m / s en exterior y cmaras de instalaciones hasta 2 m / s

El DB HS 4 Suministro de agua del CTE, refirindose a las instalaciones de

suministro en el interior de los edificios, limita la velocidad a un intervalo entre 0,50 y 2,00 m / s en tuberas metlicas y entre 0,50 y 3,50 m / s en tuberas termoplsticas y multicapas, valores que son coherentes con lo anterior.

Con estos valores de la velocidad, y conocido el caudal, puede calcularse la seccin de la tubera.

Hay que tener en cuenta las instrucciones de los fabricantes, aunque sin olvidar que el CTE slo considera el cobre y el acero inoxidable como nicos materiales en el circuito primario, limitndose el uso de los materiales plsticos, con mayor aislamiento acstico, al circuito secundario, sin olvidar que si el agua alcanza una temperatura de 60 C, no se admitir la presencia de componentes de acero galvanizado. 2.2. PRDIDA DE CARGA EN LAS TUBERAS

PRDIDA DE CARGA LINEAL EN LAS TUBERAS

Otro aspecto a tener en cuenta en el dimensionado de las tuberas es la prdida de carga. Los conductos oponen resistencias al fluido resultante debido al rozamiento. Se trata de un fenmeno complejo que ha sido objeto de numerosos estudios desde las investigaciones de Bernuilli en el siglo XVIII, y cuyo resultado es la prdida de la altura piezomtrica, o de presin, en el circuito que hay que compensar mediante el


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impulso de una bomba, puesto que la presin inicial en el caso de estos circuitos es cero.

Existen numerosas expresiones empricas que proporcionan unos resultados aproximados de la prdida de carga unitaria de un tramo recto de tubera en funcin del dimetro y de la velocidad o el caudal. El clculo de caudales se fundamenta en el Principio de Bernuilli que, para un fluido sin rozamiento, se expresa como:

Siendo: V Velocidad g aceleracin de la gravedad; peso especfico del fluido; p presin.

El enunciado de este principio es que a lo largo de toda corriente fluida la energa total por la unidad de masa es constante, estando constituida por la suma de presin, la energa cintica por unidad de volumen y la energa potencial igualmente por unidad de volumen Se aprecia que los tres sumandos tienen unidades de longitud, por lo que el principio normalmente se expresa en hidrodinmica enunciando que, a lo largo de una lnea de corriente, la suma de la altura geomtrica, la altura de velocidad y la altura de presin se mantiene constante.

Considerando el razonamiento, la ecuacin entre dos puntos 1 y 2 se puede expresar como:

Siendo prdidas (1,2) la prdida de energa (o de altura) que sufre el fluido por rozamiento al circular entre el punto 1 y el punto 2. Esta ecuacin es aplicable por igual al flujo por tuberas como por canales y ros.

Si llamamos L a la distancia entre los puntos 1 y 2, medidos a lo largo de la conduccin, entonces el cociente (prdidas 1 - 2) / L representa la prdida de altura por unidad de longitud de conduccin. A este valor se le llama pendiente de la lnea de energa y se le denomina J en hidrulica, aunque a partir de aqu se emplea la forma ms habitual en fontanera Pdcunitaria.

En el caso de las tuberas de seccin circular constante, de acuerdo con el principio de continuidad de la vena lquida, el agua se traslada en un conducto a seccin llena y velocidad constante, por lo que si una rodaja diferencial de masa m y


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espesor l se traslada entre dos puntos por el principio de conservacin de la energa, se puede poner:

Esto es: mgH = R

Donde R representa la prdida de energa producida por el rozamiento de la rodaja diferencial, que ser por tanto directamente proporcional a la longitud L recorrida, a la altura geomtrica H, Por otra parte, la prdida unitaria J Pdcunitaria es la relacin entre H y L por lo que, sustituyendo y despejando, resulta la frmula general de prdidas de carga, por unidad de longitud, de los conductos circulares a seccin llena:

Siendo: PDCunitaria prdida de carga en metro de columna de agua por metro lineal de tubera (m. c.d.a / m); V velocidad media circulante, en m/s; g aceleracin de la gravedad, en m/s2; D dimetro interior de la tubera, en m; coeficiente de rozamiento del material del tubo, adimensional equivalente a 4/l.

La prctica de la ingeniera hidrulica ha conducido al desarrollo de numerosas frmulas experimentales, derivadas de las ecuaciones fundamentales pero matizadas mediante nmeros adimensionales, particularizando para los distintos materiales utilizados, o bien para lmites de secciones del conducto. Podemos mencionar la ecuacin emprica de Prony, o la de Darcy.

Siendo: PDCunitaria prdida de carga, en mm de columna de agua por metro lineal de tubera (mm.c.a./m) V velocidad media circulante, en m/s D dimetro interior de la tubera, en m F constante del material de la tubera

En el caso que el lquido caloportador no sea agua, sino se utilice una mezcla de agua y anticongelante a base de glicol, la prdida de carga unitaria obtenida por la frmula anterior deber multiplicarse por 1,3 para tener en cuenta la mayor viscosidad del fluido. Los fabricantes suelen dar indicaciones para otras viscosidades.

El factor F es un valor experimental que puede tomarse en la tabla siguiente para tuberas nuevas Valores de F para tuberas nuevas


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Hay autores que adoptan para el clculo la frmula de Flamant con un coeficiente de rugosidad nico, sea cual sea el tipo de tubera, por considerar que, pasado un cierto tiempo de utilizacin, la rugosidad relativa no es la del metal de origen, sino la resultante del material depositado por el agua en la cara interna de la tubera.

La prdida de carga no est regulada por cuestiones acsticas como la velocidad, aunque en el antiguo Reglamento de Instalaciones de Calefaccin, Climatizacin y Agua Caliente Sanitaria,

aprobado por Real Decreto 1618, de 4 de julio de 1980, se estableca que: las tuberas se calcularn de forma que la prdida de carga en tramos rectos sea inferior de 40 mm.c.a./m, sin sobrepasar 2 m / s en tramos que discurran por locales habitados y 3 m / s en tuberas enterradas o galeras. Aunque esta limitacin ha desaparecido en el actual RITE, pueden tomarse como referencia, si bien 40 mm.c.a/ m resulta una limitacin excesiva.

Para la determinacin de los dimetros de las tuberas de los diferentes tramos de una instalacin se puede utilizar una tabla similar a la incluida a continuacin, que deber particularizarse para los tramos existentes. El dimetro de tubera seleccionado ser el que nos proporcione

Determinacin del dimetro de tuberas de los diferentes tramos de una instalacin

Puede ser necesario, en ocasiones, relacionar el dimetro con el caudal en

lugar de relacionarlo con la velocidad. Una de las expresiones, obtenidas a partir de la frmula de Flamant, es la que se propone a continuacin y es aplicable para tuberas de paredes lisas de cobre, por las que circula agua caliente


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Siendo: PDCunitaria la prdida de carga en mm de columna de agua por metro lineal de tubera (mm c.a./m); Q caudal de circulacin por la tubera, en l

PRDIDA DE CARGA AISLADA EN LAS TUBERAS

Adems de las prdidas de carga lineales, existen en las tuberas otro tipo de prdidas debidas a las piezas especiales existentes en el circuito, tales como accesorios, derivaciones, curvas, cambios de seccin, llaves, etc., que se denominan aisladas, puntuales o locales.

Para el clculo de las prdidas de carga aisladas, o locales, existen tres sistemas: el denominado mtodo cintico, el de las longitudes equivalentes y el de aumento de rozamiento de las tuberas (habitualmente un 15%) por las prdidas locales.

El mtodo cintico es el ms exacto, pero excesivamente complicado para los usos habituales de los circuitos hidrulicos. Se basa en la relacin proporcional entre la energa dinmica del fluido y las prdidas de carga, a travs de un coeficiente de proporcionalidad K, que se tabula experimentalmente, resultando la siguiente expresin:

El mtodo de aumento de rozamiento de las tuberas por las prdidas locales consiste en incrementar las prdidas lineales en un porcentaje, habitualmente un 15% para compensar dichas prdidas.

Aunque parece poco riguroso, diversos estudios han llegado a la conclusin de que sus valores son bastante aproximados a los de los otros mtodos.

El mtodo de las longitudes equivalentes es el ms habitual y el que se utiliza en este bloque, asigna a cada uno de los accesorios, curvas, etc. un valor equivalente en prdida de carga a una longitud de tramo de tubera recta, obtenido experimentalmente.


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Los valores de cada prdida de carga equivalente depende del tipo de

singularidad, su material, seccin de la tubera y datos de fabricacin. Por ello, estos datos suelen ser proporcionados por los fabricantes, aunque existen tablas genricas con valores medios aproximados que pueden utilizarse para el clculo si no se disponen de otros datos ms precisos proporcionados por el fabricante o suministrador.

Prdidas de carga unitarias en tuberas lisas de acero (uso genrico)

AISLAMIENTO TRMICO EN LAS TUBERAS

Las tuberas deben estar convenientemente aisladas. La Seccin HE 4 no resulta lo

suficientemente concreta, prescribiendo que el aislamiento de las tuberas de la intemperie deber llevar una proteccin externa que asegure la durabilidad ante las acciones climatolgicas, no dejando zonas visibles de tuberas o accesorios, pero sin especificar sus dimensiones.

Consultando, el DB-HS-4 Suministro de agua, para las instalaciones de agua caliente sanitaria (A.C.S) se establece que el aislamiento de las redes de tuberas, tanto en impulsin como en retorno, debe ajustarse a lo dispuesto en el Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios y su Instrucciones Tcnicas Complementarias, RITE.

De forma general, el Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios, RITE, y su correccin de errores de febrero de 2008, en la IT 1.2.4.2.1.1 sobre aislamiento trmico, dice que las tuberas y accesorios, as como equipos, aparatos y depsitos de las instalaciones trmicas que contengan fluidos con temperatura mayor de 40 C, dispondrn de un aislamiento trmico cuando estn instalados en locales no calefactados, entre los que se deben considerar pasillos, galeras, patinillos, aparcamientos, salas de mquinas, falsos techos y suelos tcnicos. Indica tambin que los equipos, componentes y tuberas, que se suministren aislados de fbrica, deben cumplir con su normativa especfica en materia de aislamiento o con la que determine el fabricante.

Con estas condiciones, en la mayora de los casos habr que aislar convenientemente tanto el circuito primario como el secundario, quedando a expensas de las condiciones particulares de cada instalacin.

En esta misma IT, el RITE establece que para el clculo del espesor mnimo de aislamiento se podr optar por el procedimiento simplificado o por el alternativo.


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El procedimiento alternativo se detalla en la IT 1.2.4.2.1.3, indicando que el mtodo

de clculo se podr formalizar mediante un programa informtico siguiendo los criterios de la norma UNE-EN ISO 12241, y no se ha tenido en cuenta en esta gua.

El procedimiento simplificado se detalla en la IT 1.2.4.2.1.2 indicando en las tablas 1.2.4.2.1 y 1.2.4.2.2 los espesores mnimos de aislamiento trmicos, en mm, de tuberas y accesorios que transportan fluidos calientes, en funcin del dimetro exterior de la tubera sin aislar y de la temperatura del fluido en la red para un material con conductividad trmica de referencia a 10 C de 0,040 W/(m K).

En esta misma IT el RITE establece que los espesores mnimos de aislamiento de las

redes de tuberas que tengan un funcionamiento continuo todo el ao, como redes de agua caliente sanitaria, deben ser los indicados en las tablas indicadas anteriormente incrementados en 5 mm.

En las tablas 1.2.4.2.1 y 1.2.4.2.2 incluidas en el RITE se recogen los espesores mnimos de aislamiento (mm) de tuberas y accesorios que transportan agua caliente sanitaria que discurren por el interior o exterior de edificios respectivamente.

Estos espesores mnimos son vlidos para materiales de aislamiento con una conductividad trmica igual a 0,040 W / (m K) a 20 C.

El RITE establece que, cuando se utilicen materiales de conductividad trmica distinta a ref = 0,04 W/(m K) a 10 C, se considera vlida la determinacin del espesor mnimo aplicando las siguientes ecuaciones:

Para superficies de seccin circular:

ref conductividad trmica de referencia, igual a 0,04 W / (mK) a 10 C. : conductividad trmica del material empleado, en W / (mK) dref espesor mnimo de referencia, en mm d espesor mnimo del material empleado, en mm D dimetro interior del material aislante, coincidente con el dimetro exterior de la tubera, en mm EXP significa el nmero neperiano elevado a la expresin entre parntesis 3. CLCULO DE LAS BOMBAS DE CIRCULACIN

La circulacin del fluido caloportador es semejante al de un sistema convencional de calefaccin o A.C.S, realizndose con ayuda de bombas de circulacin, o circuladores, segn se ha descrito en el apartado de componentes.

Las bombas deben vencer la resistencia que opone el fluido a su paso por la tubera, no la presin hidrosttica porque la columna de agua ejerce fuerza tanto en el sentido de impulsin como en el de aspiracin, anulndose sus efectos. nicamente en sistemas de drenaje automtico que funcionan a presin atmosfrica es necesario considerar tal presin, que tiene que suministrar constantemente la bomba, vacindose la instalacin al pararse sta.


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La Seccin HE 4 dice que si el circuito de captadores est dotado con una bomba

de circulacin, la cada de presin se debera mantener aceptablemente baja en todo el circuito.

Tambin hay que tener en cuenta que en instalaciones superiores a 50 m2 se montarn dos bombas idnticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario, aunque esta obligacin no afecta al clculo porque dos circuladores en paralelo no modifican las condiciones de presin del circuito, an en el caso de funcionar simultneamente.

Los dos valores caractersticos de una bomba de circulacin son:

1. la altura manomtrica H que proporciona a bomba, o prdida de carga que son capaces de vencer;

2. el caudal de circulacin Q, cuya relacin viene determinado por su curva caracterstica propia de cada aparato y que debe suministrar el fabricante.

La bomba del circuito primario de captacin debe elegirse a partir de las

condiciones nominales de trabajo, definidas por el caudal de circulacin y la altura manomtrica del punto de funcionamiento.

El caudal de circulacin se ha calculado anteriormente. La altura manomtrica H de la bomba en el punto de trabajo debe compensar la prdida de carga del circuito, determinada fundamentalmente por:

Las prdidas de carga del tramo ms desfavorable de tuberas. La prdida de carga producida por el intercambiador de calor, ya sea externo

o incorporado al acumulador. La prdida de carga de los captadores solares del circuito ms desfavorable.

Es decir:

H = Pdctuberas + Pdcintercambiador + Pdccaptadores

Ya se ha explicado el modo de clculo de la prdida de carga lineal en tramos de tubera, Pdctuberas, as como las prdidas de carga singulares debidas a cambios de direccin, derivaciones o elementos hidrulicos existentes en la canalizacin, utilizando el mtodo de las longitudes equivalentes.

Las prdidas de carga de los colectores o grupos de colectores en serie han de

sumarse para obtener la prdida de carga total. Si, como es usual, la combinacin incluye conexiones en paralelo, a falta de

otros datos y como primera estimacin, pueden suponerse vlidos los valores de la prdida de carga dados por la frmula siguiente

Donde APT es la prdida de carga del grupo de N colectores en paralelo con caudal total NC, teniendo cada uno de ellos con una prdida de carga de Ap con caudal C.


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Los datos recogidos se pueden recoger en una tabla

Siendo: Q caudal que circula por cada tramo, en l / h DN dimetro nominal de la tubera, en mm D dimetro interior de la tubera, en mm v velocidad de circulacin del fluido por cada tramo en m/s Pdcunit prdida de carga por metro lineal de tubera, en mm c.a./m Pdcunit=378 x Q1,75 / D1,75, en el caso de que el fluido caloportador sea una mezcla de agua y anticongelante, para tener en cuenta la mayor viscosidad, se deber multiplicar por 1,3 L longitud del tramo de tubera, en mm Lsing longitud equivalente de las singularidades del tramo, en mm Ltotal longitud total a considerar, en mm Ltotal=L + Lsing Pdc prdida de carga del tramo, en m.c.a, Pdc = Pdcunit /1.000 Ltotal

Las prdidas de carga en los intercambiadores de calor Pdcintercambiador y en los captadores solares de, es una informacin que deben suministrar los fabricantes de estos componentes. Los catlogos de los captadores solares incluyen una curva de prdida de carga en funcin del caudal de circulacin, obtenida mediante un ensayo en laboratorio.

Conocidos estos dos valores Q y H se selecciona una bomba cuya curva caracterstica est por encima del punto de funcionamiento de diseo. Para obtener con precisin el caudal real deseado es posible instalar una vlvula de equilibrado hidrulico en el tramo general de circuito primario, ajustada en la posicin adecuada.

El volumen del vaso de expansin depende el volumen total de fluido en el circuito primario de la instalacin y del coeficiente de dilatacin en funcin de la mezcla de agua y anticongelante del fluido caloportador y del salto trmico producido en las condiciones extremas de la instalacin. Si el vaso de expansin es cerrado, caso habitual, tambin interviene el factor de presin, o relacin entre la presin final absoluta del vaso de expansin (o presin de tarado de la vlvula de seguridad) y la diferencia entre las presiones absolutas final e inicial del vaso de expansin.

La determinacin del tamao de un vaso de expansin abierto, recordando que su uso est limitado a sistemas de potencia trmica inferior a 70 kW, se realiza mediante la siguiente frmula:

Vvaso = V x n


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Siendo: Vvaso Volumen del vaso de expansin, litros. V Volumen de fluido caloportador en el circuito primario, litros. n Coeficiente de dilatacin, incremento del volumen del fluido caloportador desde 4 C hasta la temperatura mxima alcanzable por los captadores, adimensional, cuyo valor se ver ms adelante.

El volumen de fluido caloportador se obtiene sumando el contenido de todas las tuberas, los captadores, intercambiadores de calor y, en general, cualquier elemento que contenga fluido. Se suele considerar tambin en los manuales el llamado volumen de reserva, que compensan ciertas prdidas de fluido como el debido a la purga de aire y la contraccin a bajas temperaturas, aunque muchos autores no consideran tal volumen por las condiciones climticas espaolas, relativamente benignas.

En todo caso, se trata de un componente econmico en el conjunto de la instalacin y es aconsejable no escatimar en cuanto a su tamao.

En el caso de un vaso de expansin cerrado, el clculo se realiza mediante la siguiente frmula:

Siendo: Vvaso volumen del vaso de expansin, litros V volumen de fluido caloportador en el circuito primario, litros n coeficiente de dilatacin, adimensional Pf presin absoluta final del vaso de expansin, kg / cm Pi presin absoluta inicial del vaso de expansin, kg / cm

La fraccin, se denomina factor de presin Fp, y representa el cociente entre la presin final y la diferencia entre las presiones final e inicial.

Como valor de Pf suele partirse del valor de la presin correspondiente al tarado de la vlvula de seguridad, Pvs, que es la mxima a la que la instalacin puede funcionar. Para obtener la presin absoluta, el valor de tarado de la vlvula de seguridad debe incrementarse en 1 kg / cm2, que es la presin atmosfrica, y aplicar un valor reductor de 0,90 porque si el lmite fuera el mismo que el de la vlvula sta podra dispararse frecuentemente.

Con esto resulta:

La presin nominal de la vlvula de seguridad constituye el lmite que nunca se debe alcanzar durante las condiciones de operacin, incluso en estado de estancamiento. La presin de la vlvula de seguridad se elige en funcin de las presiones nominales de los componentes del circuito primario.

Estos a menudo tienen una presin nominal de 10 bar, mientras que la de 6 bar suele ser bastante comn en las instalaciones pequeas.

Pf = 0,90 Pvs + 1


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La presin inicial, Pi, de llenado del circuito ser como mnimo de 0,5 kg / cm2 al nivel de los captadores solares para evitar la entrada de aire en el circuito, a la que se suma 1 por la presin atmosfrica (Pi = 1,5 kg/cm2 de presin absoluta). A este valor deber aadirse la presin correspondiente a la altura de la columna de agua situada sobre el vaso, o presin esttica Pest. Si la diferencia de cota existente entre el punto ms alto de la instalacin y la posicin del vaso es de 10 m, la presin esttica a aadir ser de 1 kg / cm2 de presin relativa (es decir, 2 kg / cm2 de presin absoluta). En este caso, el valor de Pi sera de 2,5 kg / cm2 de presin absoluta. Es decir:

Pi = Pest + 0,5 + 1

Hay que tener en cuenta que cuando se habla de presiones de kg / cm2, en realidad se est hablando de kilopondio o kilogramo fuerza.

kp = 1 kg 9,81 m / s2 = 9,81 N

Al convertir de metros a centmetros resulta una equivalencia de: 1 kp /cm2 = 9,81 N / cm2 x 10.000 cm2 / m2 = 98.100 N / m2 (Pascales) 1 atm = 101325 Pa = 0,968 kp /cm2

Es decir, cuando se habla de un kg/cm2, se est hablando de la presin en kilopondios equivalente a una atmsfera, con un pequeo error, que es lo mismo que decir 1 bar, unidad de presin que no corresponde con el Sistema Internacional, cuya unidad de medida es el Pascal.

El coeficiente de dilatacin, n, de la mezcla depende de su composicin y de salto trmico, si consideramos dilatacin desde 4 C hasta 100 C, el valor para agua sin aditivos, es igual a 0,043. En el caso que se utilice agua con anticongelante y no se disponga de informacin concreta respecto la dilatacin de la mezcla, se puede tomar un valor de igual a 0,08. Se aconseja, en general, seguir las instrucciones del fabricante de los productos anticongelantes.

Se debe considerar tambin el denominado volumen de reserva para compensar prdidas de fluido, como la purga de aire y la contraccin del fluido a temperaturas muy bajas, que debera ser de por lo menos tres litros, incluso en el caso de instalaciones pequeas.

Respecto a su posicin en el circuito, el Apartado 3.3.5.4 de la Seccin HE 4, del documento bsico HE del CTE indica que los vasos de expansin preferentemente se conectarn en la aspiracin de la bomba y que la altura en la que se situarn los vasos de expansin abiertos ser tal que asegure el no desbordamiento del fluido y la no introduccin de aire en el circuito primario.

La conexin al circuito primario debe realizarse de forma directa, sin intercalar ninguna vlvula o elemento de cierre que puede aislar el vaso de expansin del circuito que debe proteger Parte 5 4. CLCULO DEL VOLUMEN DE ACUMULACIN

El volumen de acumulacin es una magnitud que permite un cierto grado de eleccin entre unos lmites, teniendo en cuenta que un volumen excesivamente pequeo no permite que el captador transfiera suficiente calor para hacer efectivo su funcionamiento en las horas de mayor emisin solar, y que un volumen excesivamente grande reduce la productividad.


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La Seccin HE4 del CTE establece que el rea total de los captadores tendr un valor tal que se cumpla la condicin:

Siendo: A la suma de las reas de los captadores, en m V el volumen del depsito de acumulacin solar, en litros

Este valor equivale a una horquilla de 50 a 180 l / m2 de captador, adoptndose habitualmente el valor de 75 l / m2.

Hay que tener en cuenta que el Apartado 3.3.3, Sistema de acumulacin solar

de la Seccin HE 4, establece que el sistema solar se debe concebir en funcin de la energa que aporta a lo largo del da y no en funcin de la potencia del generador (captadores solares), por tanto, se debe prever una acumulacin acorde con la demanda al no ser sta simultnea con la generacin. Este punto ha de tenerse especialmente en cuenta en los casos de temperatura de acumulacin inferior a 60C, que puede obligar a un aumento de la acumulacin.

El volumen de acumulacin interviene en la expresin del factor D2 del mtodo f-chart, de forma que al aumentar ste disminuye la superficie de captacin y viceversa. Esto es razonable, ya que un gran volumen de agua implica una gran cantidad de energa trmica, por lo que es menos importante que la captacin tenga un proceso rpido. Sin embargo, a menos acumulacin menos energa almacenada por lo que ser necesario mayor velocidad de captacin para atender la demanda y, por tanto, mayor superficie. ACUMULACIN CENTRALIZADA

La acumulacin solar centralizada es la considerada como ms conveniente segn el CTE, recordando que el Apartado 3.3.3.1 de la Seccin HE 4 del DB HE dice que, preferentemente, el sistema de acumulacin solar estar constituido por un solo depsito, ser de configuracin vertical y estar ubicado en zonas interiores.

El volumen de acumulacin podr fraccionarse en dos o ms depsitos que se conectarn, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados. El motivo de esta disposicin es que la conexin en serie invertida favorece la estratificacin de las temperaturas y, en todo caso, la exigencia de que estn equilibrados los circuitos est establecida con carcter general en el Apartado 3.3.5.1 de la Seccin HE 4.

La posibilidad de fragmentar el volumen de acumulacin refleja la necesidad de un equilibrio entre la eficiencia energtica y las posibilidades de una instalacin ya que los grandes volmenes tienen menores prdidas, pero implican mayor complejidad de realizacin y sustitucin por deterioro. La necesidad de proteger los depsitos, mediante su ubicacin en espacios protegidos del exterior, representa la principal dificultad de la disposicin centralizada por la gran superficie que ocupan, constituyendo un condicionante importante del proyecto de arquitectura. La sala deber satisfacer los requisitos de seguridad para las personas y para el propio edificio donde vaya construida y deber disponer de un sistema eficaz de desage as como del espacio suficiente para permitir los trabajos de mantenimiento y limpieza.


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Es recomendable prever la posibilidad de independizar los acumuladores mediante los adecuados bypas para efectuar operaciones de mantenimiento sin detener la instalacin. ACUMULACIN DISTRIBUIDA

Este sistema se considera como menos conveniente que el anterior en el CTE. No obstante, la tendencia del mercado hacia la individualizacin de las instalaciones para cada usuario, unida a la dificultad en algunos casos de contar con locales adecuados, hace prever su amplia utilizacin, al menos en zonas urbanas consolidadas.

Los depsitos de acumulacin suelen ser interacumuladores con intercambiador de serpentn o de doble envolvente. De todas formas, pueden disearse instalaciones con intercambiadores independientes para cada usuario, de forma que el consumo de A.C.S se individualice y no se requieran contadores divisionarios de agua caliente.

Si se consideran los lmites establecidos (de 50 l / m2 a 180 l / m2 de captador) se puede decir en una primera aproximacin que los depsitos tendrn una capacidad mnima de 100 litros para cada vivienda en edificios multifamiliares (equivale a 2 m2 de captador por vivienda) y de 150 litros en viviendas unifamiliares (equivale a 3 m2 de captador por vivienda), adoptando la opcin mnima.

Si el cumplimiento de los lmites ocasiona un volumen excesivo de acumulacin individual se puede optar por una configuracin mixta.

Los circuitos hidrulicos en estos sistemas son ms complejos que en los centralizados, por lo que es importante asegurar el equilibrado hidrulico del circuito con objeto de que el caudal se distribuya uniformemente por todos los acumuladores evitndose caminos preferentes del fluido. 5. INTERCAMBIADORES INCORPORADOS AL ACUMULADOR

El intercambiador de calor del Sistema de Captacin Solar debe ser capaz de disipar toda la energa procedente de los captadores solares hacia el depsito de acumulacin.

Cualquier intercambiador de calor existente entre el circuito de captadores y el sistema de suministro al consumo no debera reducir la eficiencia del captador debido a un incremento en la temperatura de funcionamiento de los captadores. El DB-HE-4 establece que, para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la


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relacin entre la superficie til de intercambio y la superficie total de captacin no ser inferior a 0,15. Es decir:

Stil intercambio 0,15 SC Siendo: Stil intercambio superficie til del intercambiador interno, en m2 SC superficie total de captadores instalados, en m2

Esta prescripcin tiene carcter de mnimo obligatorio, siendo aconsejable una mayor superficie.

6. INTERCAMBIADORES INDEPENDIENTES

La Seccin HE 4 establece que, para el caso de intercambiador independiente, la potencia mnima del intercambiador P se determinar para las condiciones de trabajo en las horas centrales del da suponiendo una radiacin solar de 1000 W/m2 y un rendimiento de la conversin de energa solar a calor del 50 %, cumplindose la condicin:

P 500 SC Siendo: P potencia mnima del intercambiador, en W Sc superficie de captacin, en m

Al igual que en el caso anterior, se trata del mnimo admisible, producindose un mayor rendimiento de la instalacin con intercambiadores de mayor potencia.

Tema 4. Calculo Del Circuito Hidráulico

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