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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 1
3.- ANEXOS DE CÁLCULO.
3.1.- NECESIDADES DESHUMIDIFICACIÓN.
La evaporación en la lámina de agua será tanto mayor cuanto mayor sea la
ocupación de la piscina, y en particular el número de bañistas, porque la mayor
interacción entre agua y aire en flujo turbulento que se crea como consecuencia del
chapoteo, favorece la evaporación . Además una elevada velocidad del aire también
favorece la evaporación .
Existen dos factores adicionales que suponen un aporte de humedad extra al
ambiente y que debemos de considerar para calcular el incremento de humedad
absoluta:
1.- Carga latente de los propios bañistas y del público en general, que es
un factor importante en las piscinas de competición, porque la ocupación de las gradas
es elevada.
2.- El aire exterior de ventilación , que en algunos casos puede tener más
humedad absoluta que el aire ambiente interior, y esto supone un aumento de la
humedad ambiental, aunque en la mayoría de los casos ocurre justo lo contrario
ayudando a deshumectar por estar este aire exterior más seco que el interior.
Para calcular la cantidad de agua evaporada se ha utilizado la fórmula de
Bernier :
(Kg/h)
Me = masa de agua evaporada [kg/h]
S= superficie de piscina (m2)
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We=humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del agua (kgag/kga)
[Tabla: 0.0213 kg agua/kg aire]
Was=humedad absoluta del aire saturado a la temperatura del aire interior
(kgag/kga) [Tabla: 0.024 kg agua/kg aire]
Ga=grado de saturación [65%]
n= número de nadadores por m2 de superficie de lámina de agua.
N=número total de ocupantes (espectadores).
En la fórmula de Bernier podemos ver que el agua evaporada depende de la
diferencia entre humedad absoluta en la saturación a la temperatura del agua y la
humedad absoluta del aire ambiente, y por supuesto, del número de bañistas. Por
tanto, cuanto mayor sea la temperatura del agua será mayor su humedad absoluta en
la saturación y como consecuencia aumentará la cantidad de agua evaporada, en las
mismas condiciones del aire ambiente. Por el contrario, si la temperatura del aire
interior, su humedad relativa, o ambas bajan, su humedad absoluta disminuye y, como
consecuencia, aumenta la evaporación. Por tanto, es conveniente que la temperatura
del agua no sea excesivamente alta y que la temperatura del aire sea siempre mayor
que la del agua para que la evaporación y las condiciones de confort sean las
adecuadas.
En las líneas siguientes se reflejan las condiciones de cálculo que hemos
introducido en la fórmula de Bernier y a partir de la misma hemos obtenido la masa de
agua que debemos de evaporar para obtener las condiciones climáticas óptimas en la
piscina cubierta.
Número de nadadores en la piscina principal: 60
Número de nadadores en la piscina complementaria: 15
Número de espectadores (sólo se ha considerado en el vaso principal): 25
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Área del vaso principal: 415 m2
Área del vaso complementario: 132,8 m2
Temperatura del aire ambiente : 28ºC
Temperatura de los vasos de piscina: 26ºC
Humedad relativa: 65%
Masa de agua evaporada en el vaso principal : 85,834 kg/h
Masa de agua evaporada en el vaso complementario : 23,48 kg/h
Después de aplicar los datos especificados anteriormente a la fórmula de
Bernier, la cantidad de agua que debemos de evaporar será:
MASA TOTAL DE AGUA EVAPORADA: 104,314 kg/h
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3.2.- PÉRDIDAS DE CALOR EN LOS VASOS DE LAS PISCINAS.
3.2.1.- PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN.
Cuando el agua se evapora del vaso de la piscina se absorbe calor por lo
que se produce un enfriamiento del resto del agua de la piscina que no se evapora, es
decir, se poduce un descenso de la temperatura del agua del vaso. Por tanto, cuanto
mayor sea la evaporación mayor será el enfriamiento que sufre el agua del vaso y a su
vez mayores serán las necesidades que habrá que aportar para mantener constante la
temperatura del vaso de la piscina. Para calcular las pérdidas por evaporación
utilizamos la fórmula:
[w]
Todos los datos que se necesitan para realizar el cálculo de las pérdidas de
evaporización se han indicado en el apartado anterior (cálculo de las necesidades de
deshumectación) salvo el dato de 677.8 wh/kg que representa el calor de
vaporización del agua para una temperatura de 26ºC.
Las pérdidas de EVAPORACIÓN que hemos obtenido son:
Pérdidas por evaporación en el vaso principal: 56.483,78 w
Pérdidas por evaporación en el vaso complementario : 15.916,68 w
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3.2.2.- PÉRDIDAS POR RADIACIÓN.
Para calcular las pérdidas que el vaso de la piscina sufre debido a la
radiación se utiliza la fórmula de Stefan Boltzmann . Estas pérdidas están en función
de la diferencia entre la temperatura media de los cerramientos y la del agua. Ambas
temperaturas están elevadas a la cuarta potencia y están expresadas en grados Kelvin
(ºK=ºC+273):
[w]
D=constante de Stefan-Boltzmann= 5.67x10-8 w/m 2K4
E=emisividad del agua=0.95
Tag= Temperatura del agua (ºK)= 26 + 273 = 299K
Tc=Temperatura superficial de los cerramientos (ºK)= 25 + 273= 298 K
Svaso=Superficie de los vasos de las piscinas (Están ya definidas)
En el caso de las piscinas cubiertas los cerramientos deben encontrarse a
muy pocos grados de temperatura por debajo (Tc=25ºC) dependiendo del tipo de
cerramiento y coeficiente de transmisión de calor, de la del aire ambiente, y por tanto a
muy poca diferencia con la del agua, por tanto estas pérdidas por radiación en piscinas
cubiertas se consideran generalmente despreciables.
Las pérdidas por RADIACIÓN que hemos obtenido son:
Pérdidas por radiación en el vaso principal: 2.378 w
Pérdidas por radiación en el vaso complementario: 761 w
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3.2.3.- PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN.
Las pérdidas por convección en el caso de piscinas cubiertas son
prácticamente despreciables, y la explicación es porque al aplicar la fórmula que nos
permite calcular estas pérdidas su valor resultante es muy pequeño, debido a que la
diferencia de temperatura con la cual trabajamos en las piscinas climatizadas es muy
pequeña. Para calcular las pérdidas por convección utilizamos la fórmula que se
detalla a continuación:
[w]
Constante =0.6246
Tag=Temperatura del vaso de agua (26ºC)
Ta=Temperatura del aire (28ºC)
Svaso=Superficie de los vasos de las piscinas.
Vaso principal: 415 m 2
Vaso complementario: 132,8 m2
Las pérdidas por CONVECCIÓN que hemos obtenido son:
Pérdidas por convección en el vaso principal: -653 w
Pérdidas por convección en el vaso complementario: -209 w
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3.2.4.- PÉRDIDAS POR RENOVACIÓN.
En una piscina cubierta existen pérdidas continuas de agua, desde la
evaporada, a la que los propios bañistas sacan del vaso del agua, o la gastada en la
limpieza de fondos y filtros. Sin embargo, estas cantidades son muy inferiores al 5%
del volumen total del vaso que obligatoriamente por normativa, debido a razones
higiénicas sanitarias, debe reponerse diariamente. Esta renovación, conlleva que las
pérdidas de calor por este concepto sean importantes, y en todo caso dependerán de
la temperatura del agua de la red y de la temperatura del agua de la piscina que se
pretenda alcanzar. Estas pérdidas se pueden calcular utilizando la siguiente fórmula:
[w]
Vr=Volumen de agua de renovación (m3) (5% volumen del vaso )
Volumen de la piscina principal/ (5% Vtotal): 747 m3 /37,35 m3
Volumen de la piscina complementaria/ (5% Vtotal): 159,36 m3 /7,97 m3
D= Densidad del agua=1000kg/m 3
Ce=Calor específico del agua=1.16 (wh/kgºC)
Ta= Temperatura del agua de la piscina (26ºC=299 K)
Tx=Temperatura del agua de la red (10ºC=283 K)
(1/24): Este término se coloca en la expresión para cambiar las pérdidas por
renovación de las unidades de wh a pérdidas diarias en ambos vasos de la piscina.
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Las pérdidas por RENOVACIÓN (diarias) que hemos obtenido son:
Pérdidas por renovación en el vaso principal: 28.884 w
Pérdidas por renovación en el vaso complementario: 6.161,92 w
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3.2.5.- PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN.
Estas pérdidas dependerán de las características constructivas del vaso
(enterado, visto…etc.) y del coeficiente de transmisión térmica del material empleado.
En el caso más habitual del vaso de hormigón construido dentro del propio sótano del
recinto las pérdidas por transmisión se calculan utilizando la fórmula:
[w]
Ct= Coeficiente de transmisión de muros y solería (1.50w/m 2ºC)
S= Superficie de cerramiento del vaso
Piscina principal = Perímetro +Tapa inferior: 149,76+415=564,76 m2
P. complementaria =Perímetro + Tapa inferior: 59,04+132,8=191,84 m2
Tag=Temperatura del agua de la piscina (26ºC)
Tex=Temperatura exterior al cerramiento (sótano) (15ºC)
Las pérdidas por TRANSMISIÓN que hemos obtenido son:
Pérdidas por transmisión en el vaso principal: 9.318,54 w
Pérdidas por transmisión en el vaso complementario: 3.165,36 w
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En la tabla siguiente mostramos un cuadro resumen de todas las pérdidas
que tenemos en una piscina climatizada y que hemos ido detallando anteriormente con
las definiciones de cada una de las mismas:
VASO PRINCIPAL (W) VASO COMPLEMENTARIO(W)
PÉRDIDAS EVAPORACIÓN 56.483,78 15.916,68
PÉRDIDAS RADIACIÓN 2.378 761
PÉRDIDAS CONVECCIÓN -653 -209
PÉRDIDAS RENOVACIÓN 28.884 6.161,92
PÉRDIDAS TRANSMISIÓN 9.318,54 3.165,36
PÉRDIDAS TOTALES 96.411,32 (w) 25.795,96 (w)
Para cubrir las pérdidas del vaso de la piscina se utiliza inicialmente los
condensadores de agua-agua de la BCP, para aquellos casos en que éstos sean
insuficientes entonces utilizaremos la energía solar (circuito primario) y como última
alternativa para cubrir las pérdidas utilizaremos la caldera de Biomasa.
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En la siguiente gráfica se recogen las pérdidas de calor que existen en los
vasos de ambas piscinas de nuestro complejo deportivo.
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3.3.- POTENCIA NECESARIA PARA PUESTA A REGIMEN.
Cuando haya que llenar el vaso de la piscina completamente con agua de la
red, la potencia calorífica necesaria es superior a la de mantenimiento, que es la suma
de todas las potencias que hemos calculado en el apartado 4.2. Para calcular la
potencia de puesta a régimen debemos de utilizar la fórmula siguiente:
[w]
V=Volumen del vaso de la piscina.
Vaso principal: 747 m 3.
Vaso pequeño: 159,36 m3.
D=Densidad del agua (1000 kg/m 3)
Ce=Calor específico del agua (1.16 wh/kgºC )
Tag=Temperatura del agua de la piscina (26ºC)
Tx=Temperatura de llenado de la red (10ºC)
T=Tiempo de puesta en régimen (6 días=144h )
En este proyecto se han considerado 6 días de puesta a régimen porque
para esta situación la potencia que tenemos que utilizar tiene un valor aproximado a la
suma total de todas las pérdidas que existen en los vasos de nuestra piscina, y de esta
forma evitamos utilizar aparatos de mayor potencia de la necesaria. Esta medida
también la hemos podido tomar porque durante la puesta a régimen la piscina estará
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cerrada. Dicha puesta a régimen se realizará cada vez que sea necesaria tanto por
motivos higiénicos o de normativa.
Las potencia por PUESTA EN MARCHA que hemos obtenido son:
Potencia por puesta en marcha en el vaso principal: 96.280 w
Potencia por puesta en marcha en el vaso complementario: 20.539,73 w
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3.4.- PERDIDAS DE CALOR POR PAREDES (CERRAMIENTOS).
La transmisión de calor por paredes (cerramientos en general) se entiende a
efectos de cálculo como la energía que se transfiere a través de las mismas. Su
expresión de cálculo se desprende da la ecuación de transferencia de calor por
conducción, para el caso unidimensional:
[w]
K: coeficiente de conductividad del material (W/m2K)
S: Superficie neta del cerramiento (m2)
Tinterior -Texterior : Diferencia de temperatura (K).
3.4.1.- SUPERFICIE NETA DEL CERRAMIENTO (S)
La superficie neta se considera aquella que es perpendicular a la transmisión
de calor entre los dos espacios, y consta del mismo material constructivo. Por ejemplo,
en una pared, si a la superficie total le restamos la debida a la superficie de las
ventanas, puertas…. etc., obtendremos la superficie neta con un mismo valor de K.
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3.4.2.- COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.
El K de un material nos indica el grado de aislamiento que este proporciona a
ambos lados del cerramiento. Cuanto mayor es el valor de la K más energía calorífica
puede transmitir.
Este coeficiente varía en función del material que compone la pared, así
como de las características del fluido a ambas partes del cerramiento. En este
proyecto hemos especificado todas los cerramientos y cada una de las K
correspondientes han sido tomadas del libro MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO
donde aparecen tabuladas.
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3.4.3.- FACHADA (ZONA SUR) DE LA PISCINA.
Las características de la fachada son las recogidas en el siguiente párrafo:
Área de la fachada: 117.21 m2
Temperatura interior: 28 ºC
Temperatura exterior: (consideramos la temperatura inferior de todo el rango
de valores que podemos considerar entre los meses comprendidos entre octubre y
mayo) 6 ºC
K: Coeficiente de transmisión global con las siguientes características:
Constitución del paramento: Paneles prefabricados (hormigón o arena) 10
y 15 cm.
Constitución del muro: Hormigón (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2ºC)
El calor transferido a través de la fachada se obtiene aplicando la fórmula
definida en el apartado 3.4:
Qtransferido = 4.022,65 Kcal/h=4.667,5 w
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3.4.4.- CUBIERTA (ZONA SUR) DE LA PISCINA.
En el caso de la cubierta (situación de los paneles solares) hemos decidido
dividir la misma en cuatro zonas donde en cada una de las cuales hemos determinado
las correspondientes áreas:
Área de la cubierta zona 1: 68.88 m2
Área de la cubierta zona 2: 497.3 m2
Área de la cubierta zona 3: 262.89 m2
Área de la cubierta zona 4: 169.62 m2
Temperatura interior: 28 ºC
Temperatura exterior: 6 ºC
K: Coeficiente de transmisión global de todas las zonas que componen la
cubierta con las siguientes características:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acústicas y aislante encima del pavimento de
50mm 0.49 Kcal/ (hm 2ºC)
El calor transferido a través de cada una de las zonas de la cubierta se
obtiene aplicando la fórmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Zona 1)= 742,53 Kcal/h=863,41 w
Qtransferido (Zona 2)= 5.360,9 Kcal/h=6.233,5 w
Qtransferido (Zona 3)= 2.833,95 Kcal/h=3.295,3 w
Qtransferido (Zona 4)= 1.828,50 Kcal/h=2.126,16 w
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3.4.5.- FACHADA (ZONA NORTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona norte está constituida por una gran
cristalera, que permite el paso de la luz a través de la misma iluminando la zona de la
piscina cubierta.
Área de la cristalera: 107.18 m2
Área de la puerta de acceso: 3.68 m2
Área de la fachada encima de la cristalera: 106.04 m2
Temperatura interior: 28 ºC
Temperatura exterior: 6 ºC
K: Coeficiente de transmisión global de la fachada encima de la cristalera
con las siguientes características:
Constitución del paramento: Paneles prefabricados (hormigón o arena) 10
y 15 cm.
Constitución del muro: Hormigón (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2ºC)
K: Coeficiente de transmisión global de la cristalera con las siguientes
características:
Vidrio: Tipo de posición vertical doble con un espesor de la lámina de aire de
13 mm con un chasis doble 2.7 Kcal/ (hm 2ºC)
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K: Coeficiente de transmisión global de la puerta de acceso con las
siguientes características:
Puerta de acceso: Con un doble chasis para un espesor de la puerta de 2.5
cm. 1.7 Kcal/ (hm 2ºC)
El calor transferido a través de cada una de las zonas de la fachada norte se
obtiene aplicando la fórmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormigón)= 3.639,30 Kcal/h=4.231,73 w
Qtransferido (Cristalera)= 6.366,5 Kcal/h=7.403 w
Qtransferido (Puerta)= 137,64 Kcal/h=160 w
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3.4.6.- FACHADA (ZONA ESTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona este está constituida por varias puertas,
una ventana y el resto es una fachada de hormigón.
Área de la puerta de acceso 1: 7.13 m2
Área de la puerta de acceso 2: 3.8 m2
Área de la fachada sin puerta y sin ventana: 88.76 m2
Área de la zona de acceso a la pista de baloncesto: 32.1 m2
Temperatura interior: 28 ºC
Temperatura exterior: 6 ºC
K: Coeficiente de transmisión global de la fachada sin puerta y sin ventana
con las siguientes características:
Constitución del paramento: Paneles prefabricados (hormigón o arena) 10
y 15 cm.
Constitución del muro: Hormigón (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2ºC)
K: Coeficiente de transmisión global de la cristalera con las siguientes
características:
Vidrio: Tipo de posición vertical doble con un espesor de la lámina de aire de
13 mm con un chasis doble 2.7 Kcal/ (hm 2ºC)
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K: Coeficiente de transmisión global de la puerta de acceso con las
siguientes características:
Puerta de acceso: Con un doble chasis para un espesor de la puerta de 2.5
cm. 1.7 Kcal/ (hm 2ºC)
K: Coeficiente de transmisión global de la zona de acceso al polideportivo
que está en la zona superior de la piscina con las siguientes características:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acústicas y sin aislante.
1.02 Kcal/ (hm 2ºC)
El calor transferido a través de cada una de las zonas de la fachada este se
obtiene aplicando la fórmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormigón)= 3.046,24 Kcal/h=3.542,14 w
Qtransferido (Puertas de acceso)= 408,6 Kcal/h=475,1 w
Qtransferido (Ventana)= 314,23 Kcal/h=365,37 w
Qtransferido (Zona acceso)= 987,25 Kcal/h=1.148 w
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3.4.7.- FACHADA (ZONA OESTE) DE LA PISCINA.
En el caso de la fachada de la zona oeste está constituido por una fachada
de hormigón principalmente.
Área de la fachada de hormigón: 132.75 m2
Área de la zona de acceso a la pista de baloncesto: 44 m2
Temperatura interior: 28 ºC
Temperatura exterior: 6 ºC
K: Coeficiente de transmisión global de la fachada de hormigón con las
siguientes características:
Constitución del paramento: Paneles prefabricados (hormigón o arena) 10
y 15 cm.
Constitución del muro: Hormigón (ligero) 1300 kg/m3 espesor 10 cm con un
enlucido ligero de 20 mm 1.56 Kcal/ (hm 2ºC)
K: Coeficiente de transmisión global de la zona de acceso al polideportivo
que está en la zona superior de la piscina con las siguientes características:
Naturaleza del piso o pavimento: Espesor del techo 20 cm y peso del
material (454 kg/m3)
Techo: Suspendido con losas acústicas y sin aislante.
1.02 Kcal/ (hm 2ºC)
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CLIMATIZADAS.
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El calor transferido a través de cada una de las zonas de la fachada este se
obtiene aplicando la fórmula definida en el apartado 3.4:
Qtransferido (Hormigón)= 4.556 Kcal/h=5.297,7 w
Qtransferido (Zona acceso)= 987,36 Kcal/h=1.148 w
Sumando todas las áreas finalmente obtendremos que el calor total que se
pierde a través de los cerramientos, es aproximadamente:
Qtransferido (total)=35.223 Kcal/h=40.957 w
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3.5.- PERDIDAS POR VENTILACIÓN.
La ventilación es el sistema por el cual se asegura que el local a condicionar
presenta un aire de una calidad aceptable para las personas que lo ocupan. Se
encarga de realizar el aporte de aire del exterior y retirar parte del aire interior,
asegurando una recirculación y renovación del aire.
La ventilación siempre será un factor desfavorable para el cálculo de cargas,
ya que siempre retira aire del interior a la temperatura y humedad deseadas para
introducir aire del exterior, que deberá ser tratado.
[w]
Q: Caudal de aire por persona: 10 l/s persona ó 36 m 3/h persona
N: Número de personas: 100 personas
Texterior : Temperatura del exterior: 28ºC
Tinterior : Temperatura del interior del recinto: 6ºC
����: Densidad del aire: 1.2 kg/m 3
Cespecífico : Calor específico del aire: 0.24 Kcal/ (kg ºC) (1kw=860 Kcal/h)
Aplicando la fórmula obtenemos unas pérdidas por ventilación de:
Pérdidas por ventilación: 26.523 w
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CUADRO RESUMEN DEMANDA DE ENERGÍA
PÉRDIDAS VASO PISCINA PRINCIPAL
PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN 56.483,78 (w)
PÉRDIDAS POR RADIACIÓN 2.378 (w)
PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN -653 (w)
PÉRDIDAS POR RENOVACIÓN 28.884 (w)
PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN 9.318,54 (w)
PÉRDIDAS TOTALES 96.411,32 (w)
PÉRDIDAS VASO PISCINA COMPLEMENTARIA
PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN 15.916,68 (w)
PÉRDIDAS POR RADIACIÓN 761 (w)
PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN -209 (w)
PÉRDIDAS POR RENOVACIÓN 6.161,92 (w)
PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN 3.165,36 (w)
PÉRDIDAS TOTALES 25.795,96 (w)
PÉRDIDAS CALEFACCIÓN
FACHADA SUR 4.667,50 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 1) 863,41 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 2) 6.233,50 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 3) 3.295,60 (w)
CUBIERTA SUR (ZONA 4) 2.126,16 (w)
PÉRDIDAS CERRAMIENTOS (SUR) 17.186,17 (w)
FACHADA NORTE (HORMIGÓN) 4.231,73 (w)
FACHADA NORTE (PUERTA) 160 (w)
FACHADA NORTE (CRISTALERA) 7.403 (w)
PÉRDIDAS CERRAMIENTOS (NORTE) 11.794,73 (w)
FACHADA ESTE (HORMIGÓN) 3.542,14 (w)
FACHADA ESTE (PUERTA) 475,1 (w)
FACHADA ESTE (VENTANA) 365,37 (w)
FACHADA ESTE (ZONA ACCESO) 1.148 (w)
PÉRDIDAS CERRAMIENTOS (ESTE) 5.530,61 (w)
FACHADA OESTE (HORMIGÓN) 5.297,70 (w)
FACHADA OESTE (ZONA OESTE) 1.148 (w)
PÉRDIDAS CERRAMIENTOS (OESTE) 6.445,7 (w)
PÉRDIDAS TOTALES CERRAMIENTOS 40.957,21 (w)
PÉRDIDAS POR VENTILACIÓN
VENTILACIÓN 26.523 (w)
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CLIMATIZADAS.
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En la siguiente gráfica se recogen las pérdidas de calor que existen en este
tipo de instalación expresadas porcentualmente.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.- SELECCIÓN DE INTERCAMBIADORES.
El criterio que hemos seguido para elegir los intercambiadores es eligiendo
aquellos que tienen mayor superficie de intercambio efectiva porque presentan las
siguientes ventajas:
Permite trabajar con mayores saltos térmicos entre el fluido frio y el
fluido caliente.
El calor transferido es mucho mayor porque aunque sea menor el
coeficiente global de transferencia de calor al aplicar la formula de calor
transferido por un intercambiador siempre nos da mayor transferencia
de calor. En aquello casos dudosos, lo que se ha hecho es multiplicar
el coeficiente global por el área efectiva y siempre se ha tomado de
todas las posibilidades aquellas que nos dan una transferencia de calor
mayor.
Q (calor transferido)= UA (T-t)
U: Coeficiente global de transferencia (W/m2K)
A: Área de transferencia (m2)
T-t: Salto de temperatura entre el fluido caliente y el fluido frio (K).
El nivel de ensuciamiento del intercambiador es más pequeño y esto
nos ayuda a tener menor número de pérdidas. Se produce una
desaceleración del proceso de ensuciamiento.
Aunque la ventaja más importante es que presentan menores pérdidas con el
exterior y esto mejora el equipo que utilizamos desde el punto de vista energético.
En el RITE se define la eficiencia de un intercambiador de calor como la
relación entre la potencia térmica recibida por el fluido secundario y la máxima
potencia térmica que puede recibir y que depende de las condiciones de los fluidos
primarios y secundarios a la entrada del aparato.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 28
3.6.1.- GENERACIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA.
Previamente vamos a determinar la potencia que necesitamos para
conseguir que el agua acumulada se mantenga a 60 ºC. Hemos realizado el cálculo
para el circuito primario y finalmente el cálculo para el circuito secundario, donde la
única diferencia está en el tiempo mínimo que necesitamos. La potencia se calcula
utilizando la siguiente fórmula:
( )acumulación redV T T
PotenciaTiempo
× −=
CONDICIONES DE DISEÑO en el caso de PANELES SOLARE S:
Temperatura de agua en la red (ºC) 10
Temperatura de acumulación (ºC) 60
Volumen de acumulación (l) (2 depósitos de 1500 litro) 3.000
Tiempo de calentamiento mínimo (h). 5 h
Potencia de generación del conjunto (Kcal/h)/Kw 30.000/34,88
CONDICIONES DE DISEÑO en el caso de CALDERA:
Temperatura de agua en la red (ºC) 10
Temperatura de acumulación (ºC) 60
Volumen de acumulación (l) (2 depósitos de 1500 litro) 3.000
Tiempo de calentamiento mínimo (h) 2 h
Potencia de generación del conjunto (Kcal/h) /Kw 75.000/87,21
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 29
3.6.2.- INTERCAMBIADOR DE PANELES.
En este caso existe un único intercambiador, situados entre el circuito
primario de paneles y el depósito de acumulación solar. En este caso, en el esquema
de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES. Se ha optado por un
intercambiador de placas realizado en acero inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 3.000 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65ºC
Temperatura de salida (primario): 55ºC
Caudal del secundario(circuito del depósito): 3.000 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 50ºC
Temperatura de salida (secundario): 60ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 30.000 Kcal/h ; 34,88 Kw
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.6.3.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DE ACS.
En este caso, existe un único intercambiador, situado entre el circuito
secundario de apoyo de caldera, y el depósito de apoyo de ACS. En este caso, en el
esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ACS. Se ha optado por un
intercambiador de placas realizado en acero inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 7.500 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85ºC
Temperatura de salida (primario): 75ºC
Caudal del secundario(circuito del depósito): 7.500 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 50ºC
Temperatura de salida (secundario): 60ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 75.000 Kcal/h ; 87,21 Kw
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.6.4.- INTERCAMBIADOR DEL VASO DE LA PISCINA PRINCIPAL.
En este caso existe un único intercambiador, que está situado entre el
circuito primario de paneles y el vaso principal de la piscina. En este caso, en el
esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES 1 y debe cubrir las
pérdidas de calor del vaso principal de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 96,5 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65ºC
Temperatura de salida (primario): 55ºC
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26ºC
Temperatura de salida (secundario): 36ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 82.990 Kcal/h ; 96,5 Kw
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.6.5.- INTERCAMBIADOR DEL VASO DE LA PISCINA
COMPLEMENTARIO.
En este caso existe un único intercambiador, que está situado entre el
circuito primario de paneles y el vaso complementario de la piscina. En este caso, en
el esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de ES 2 y debe cubrir las
pérdidas de calor del vaso complementario de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 25,8 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de paneles): 2.218 l/h
Temperatura de entrada (primario): 65ºC
Temperatura de salida (primario): 55ºC
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 2.218 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26ºC
Temperatura de salida (secundario): 36ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 22.188 Kcal/h ; 25,8 Kw
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.6.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DEL VASO PRINCIPAL
(CALDERA)
En este caso existe un único intercambiador, situado entre el circuito
secundario de apoyo de la caldera, y el vaso de la piscina principal. En este caso, en
el esquema de inicio este intercambiador recibe el nombre de P1 y debe cubrir las
pérdidas de calor del vaso principal de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 96,5 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85ºC
Temperatura de salida (primario): 75ºC
Caudal del secundario(circuito de vaso piscina): 8.299 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26ºC
Temperatura de salida (secundario): 36ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 82.990 Kcal/h ; 96,5 Kw
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CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.6.7.- INTERCAMBIADOR DE APOYO DEL VASO
COMPLEMENTARIO (CALDERA)
En este caso existe un único intercambiador, situado entre el circuito
secundario de apoyo de la caldera, y el vaso de la piscina complementario. En el
esquema de inicio, este intercambiador recibe el nombre de P2 y debe cubrir las
pérdidas de calor del vaso complementario de la piscina que han sido estimadas en
aproximadamente 25,8 Kw Se ha optado por un intercambiador de placas de acero
inoxidable.
Los datos de diseño considerados en su selección son los siguientes:
Caudal primario (circuito de caldera): 2.219 l/h
Temperatura de entrada (primario): 85ºC
Temperatura de salida (primario): 75ºC
Caudal del secundario(circuito del vaso piscina): 2.219 l/h
Temperatura de entrada (secundario): 26ºC
Temperatura de salida (secundario): 36ºC
Potencia intercambiada: (Kcal/h ; Kw ) 22.219 Kcal/h ; 25,8 Kw
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CLIMATIZADAS.
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CLIMATIZADAS.
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3.7.- CALDERA.
En nuestra instalación hemos decidido colocar una caldera de biomasa, la
cual debe tener un rango de potencia mayor de la que necesitamos en nuestra
instalación.
La caldera debe de tener una capacidad para afrontar las pérdidas por
renovación y por calefacción además de las potencias de los intercambiadores P1, P2
y ACS.
EQUIPOS ALIMENTADOS POR LA CALDERA POTENCIA
PÉRDIDAS POR VENTILACIÓN 26.523 (w)
ACS (INTERCAMBIADOR DE LA CALDERA) 87.210 (w)
PÉRDIDAS EN EL VASO PRINCIPAL (P1) 96.411,32 (w)
PÉRDIDAS EN EL VASO COMPLEMENTARIO (P2) 25.795,96 (w)
PÉRDIDAS POR CERRAMIENTOS 40.957,21 (w)
POTENCIA TOTAL 276.897,49 (w)
Para abastecer la potencia de 277 Kw vamos a colocar una caldera, para
producción tanto de agua caliente como para abastecer las diferentes pérdidas que se
han detallado en este anexo, la cual está alimentada con combustible ecológico
proveniente de fuentes de energía renovable, como es en este caso, la biomasa .
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CLIMATIZADAS.
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3.7.1.- CARACTERÍSTICAS DE LA CALDERA SELECCIONADA.
La caldera seleccionada presenta las siguientes características técnicas:
Potencia térmica nominal para W20. 320 Kw
Sobrepresión de trabajo permitida en la caldera. 6 bar
Temperatura de descarga permitida. 95ºC
Temperatura mínima de la alimentación de retorno. 65ºC
Capacidad de la caldera (agua): 560 litros
Masa total de la caldera: 5.070 Kg
Peso de los ladrillos refractarios. 2.150 Kg
Cámara/Intercambiador de calor. 1.450/1.470 Kg
Resistencia al agua dT=20 K. 1.800 Pa
Flujo continuo (dt=20 K). 13,80 m3/h
Flujo continuo (dt=15 K). 18,34 m3/h
Adicionalmente, los datos sobre el diseño de la chimenea serán:
Temperatura de los gases de combustión: 140ºC
Cantidad necesaria de combustible en forma de astillas y biomasa
granuladas W30: 110 Kg
Circulación de la masa de gases de combustión con W50 14% 02. Carga
nominal (kg/h; m3/h) 1.828/2.200
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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Presión de alimentación necesaria. Carga nominal. 2 Pa
Diámetro del tubo de gases de combustión. 300 mm
Las dimensiones estructurales de la caldera de biomasa son:
B: Anchura de la caldera 2.130 mm
L: Profundidad de la caldera: 2.170 mm
H: Altura de la caldera: 2.295 mm
H1: Altura de la descarga: 1.820 mm
H2: Altura de la conexión de alimentación de retorno. 620 mm
H3: Altura del tubo de gases de combustión: 2.730 mm
H4: Altura del enlace del cargador (con aleta de contrafuego)
2.440 mm
H5: Unidad de tiro inducido. 2.940 mm
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Descarga y alimentación de retorno. DN/PN6 100
Conexión del dispositivo de seguridad de descarga térmica Manguito ¾”
L1: Longitud de la caldera 920 mm
L2: Longitud de la compuerta de limpieza 160 mm
B1: Anchura de la cámara 1.072 mm
Dimensiones necesaria para la cámara (L/A/H) 2.490x980x2.020 mm
Dimensiones necesarias para el intercambiador de calor (L/A/H)
1.250x1.190x2.450 mm
Altura mínima del almacén: 3.000 mm
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CLIMATIZADAS.
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3.8.- CÁLCULO DE LA ENERGÍA SOLAR.
3.8.1.- DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN.
Con objeto de minimizar el impacto visual de las instalaciones de captación,
se ha previsto orientar los paneles solares orientados al sur y apoyados sobre los
tragaluces orientados a norte.
Para la determinación de las pérdidas por orientación, se ha utilizado la
expresión 3.5 del Documento Básico HE-4 , apartado 3.5. Cálculo de las pérdidas por
orientación e inclinación. La expresión a la cual nos referimos es la siguiente:
Pérdidas (%)= 100x (1,2x10 -4x (β-βopt )2+3,5x10-5xα2)).
Siendo:
β= Inclinación en grados sexagesimales (47º en este caso)
βopt =latitud + 10 º, (47º en este caso)
α=desviación respecto al sur, positivo al oeste, (0º en este caso)
Como no existe desviación, sustituyendo valores, se obtienen unas pérdidas
por orientación del 0%, y ya que no existen pérdidas por inclinación al adoptarse la
inclinación óptima para la situación de la instalación.
Estas pérdidas se tendrán en cuenta a la hora de determinar la fracción del
aporte solar respecto a la demanda anual de la instalación.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 46
3.8.2.- CALCULO DEL NÚMERO DE COLECTORES.
Según el HE-4 en el apartado referido a la contribución solar mínima, se
considera, ésta como la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada
exigida y la demanda energética anual, obtenidos a partir de los valores mensuales.
En nuestro caso estamos en la zona climática V y por tanto, en función de los
diferentes niveles de demanda de agua caliente sanitaria a una temperatura de 60º C,
la contribución solar mínima debe de ser de un 70% (Este valor también es la
contribución solar mínima para el caso de piscinas cubiertas)
Además, según el nuevo código técnico de la edificación, al estar Punta
Umbría situada en la zona climática V la demanda por cada usuario será de 20 litros
A.C.S./día a 60 ºC.
Con la energía solar pretendemos cubrir la siguiente demanda energética,
que es detallada a continuación:
Potencia de generación del ACS: 30.000 Kcal/h
Pérdidas en el vaso principal: 82.913,74 Kcal/h
Pérdidas en el vaso complementario: 2 2.185,86 Kcal/h
Las pérdidas que han sido detalladas arriba, son las pérdidas que tiene
nuestra piscina en una hora de funcionamiento. Las horas que vamos a considerar de
funcionamiento en nuestro proyecto serán las siguientes. La potencia de generación
del ACS tendrá un tiempo de funcionamiento de 5 horas diarias, mientras que las
pérdidas en el vaso de la piscina se considerarán para 9 horas diarias, que es el
tiempo que estará en funcionamiento la piscina para los usuarios.
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CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 47
Con las condiciones de diseño que hemos propuesto la demanda total que
necesitamos de energía solar para abastecer las necesidades energéticas de un día
de funcionamiento de la piscina serán:
Demanda total: 1. 215.896,4 Kcal/día ; 1.045,67 Kw/día
Para realizar el cálculo de placas solares que necesitamos para cubrir las
pérdidas de la piscina y el agua caliente sanitaria lo que hemos decidido es calcular de
forma independiente las placas solares que necesitamos para cubrir las pérdidas de
los dos vasos de la piscina y a éstas les sumaremos las placas solares que
necesitamos para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria.
Número de colectores solares para cubrir las pérdidas de los vasos : 168
(Superficie de absorción): 76,50 m2
Número de colectores solares para cubrir el ACS de los vestuarios: 30
(Superficie de absorción): 428,40 m2
Número de colectores TOTAL : 198
(Superficie de absorción total): 504,9 m2
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CLIMATIZADAS.
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Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 56
3.9.- REDES DE TUBERÍAS.
3.9.1.- INTRODUCCIÓN.
Existen diversos medios transportadores de la energía calorífica /frigorífica,
que mediante el intercambio de calor con el aire del local a climatizar consiguen que
éste se encuentre en las condiciones deseadas. Algunos medios pueden ser aire (en
máquinas del tipo roof-fop) o los gases refrigerantes (en los sistemas VRV).
El agua es el fluido más frecuentemente utilizado como transmisor de
energía, desde la producción (calderas, bombas de calor o plantas enfriadoras) hasta
las unidades climatizadoras (fan-coils, climatizadoras…etc.) el hecho de ser un fluido
muy común, barato, de elevado calor específico, lo hacen atractivos para las
instalaciones. Mediante las redes de tuberías se consigue hacer llegar esta energía
necesaria para la climatización. Será necesario dimensionar estas redes de tuberías
para que por ellas pueda circular el caudal necesario, con una pérdida de carga que
no sobrepase los límites reglamentarios y con una velocidad adecuada.
El reglamento RITE limita a 40 mm.c.a. /m.l. la pérdida de carga máxima en
tramos rectos.
Los materiales utilizados en la actualidad para las tuberías de agua son:
Cobre: es un material caro pero su mano de obra es muy barata.
Acero: Es un material barato pero su mano de obra es bastante cara.
Actualmente existe también la posibilidad de utilizar otros materiales, como
es el caso del polipropileno, con el que se consiguen bajos niveles sonoros y resulta
ser un material barato y de poco mantenimiento, pero como en todas las innovaciones
presenta dificultades en la mano de obra y todavía no está del todo implantado como
alternativa real.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 57
La pérdida de carga par unidades de climatización se obtiene directamente
del fabricante.
La diferencia de presiones debida a las curvas, reducciones,…etc., se calcula
como un número determinado de tramo recto. Por tanto, cada impedancia del circuito
equivaldrá a un determinado número de metros rectos que habrá que sumar a los
reales (longitud equivalente). Por ejemplo:
1.- Curvas de 90º = 3 metros de longitud equivalente.
2.- Cambios de sección= 1 metro de longitud equivalente.
Normalmente las instalaciones se diseñan con las tuberías de impulsión y de
retorno en un mismo recorrido, por lo que la longitud del circuito de impulsión es igual
al de retorno. Para el cálculo de la bomba necesaria, se calcula y se multiplican por 2
sus tramos.
En las instalaciones pequeñas y medianas, la pérdida de carga total (debida
a los equipos y la longitud de los tramos) viene muy determinada por la pérdida de
carga de los equipos, muy superior al resto.
3.9.2.- LÍMITES DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LA TUBERÍA.
El ruido, la erosión y los costes de instalación y mantenimiento limitan la
velocidad máxima y mínima en redes de tuberías. Si las medidas de las tuberías son
demasiado pequeñas, los niveles de ruido, erosión y los costes de bombeo son
desfavorables. Si las tuberías son demasiado grandes, el coste de la instalación es
excesivo. Por consiguiente, las medidas de las tuberías se eligen para minimizar el
coste inicial de la instalación evitando los indeseables efectos del exceso de velocidad.
En nuestra instalación hemos elegido que el agua que recorre nuestra instalación lleva
un rango de velocidad comprendido entre 0.5 – 2.5 m/s.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 58
3.9.3.- EQUILIBRADO DE LOS CIRCUITOS.
En una instalación, hay que conseguir que todos los circuitos tengan la
misma pérdida de carga, ya que si no se equilibran, los caudales NO serán los que
necesitamos para cubrir las necesidades térmicas sino que serán los necesarios para
el equilibrado de tuberías (circulará más agua por los circuitos con menor variación de
presión, mientras que circulará menos agua por los circuitos con mayor variación de
presión)
Para equilibrar una instalación, lo que se hace es aumentar la pérdida de
carga de los circuitos con menor pérdida con el más desfavorable.
Los elementos utilizados para equilibrar una red de tubería consisten en
disminuir algunos diámetros de tuberías, o bien colocar válvulas de equilibrado en los
retornos de las unidades climatizadoras.
3.9.4.- DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS.
Para el dimensionamiento de las tuberías tomaremos como limitaciones de
cálculo una pérdida de carga máxima por metro de tubería de 40 mmca/m y una
velocidad máxima del agua de 2.5 m/s.
Teniendo en cuenta todo esto y aplicando un método de cálculo que
relaciona la velocidad del agua con la pérdida de carga y el diámetro de la tubería se
puede dimensionar los diámetros. La fórmula de Hazen-Williams relaciona estos
parámetros:
∆P: Perdida de carga en Pa (1m de columna de agua es equivalente a 9,81
Kpa.)
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 59
L: Longitud de la tubería en metros
V: velocidad que es función del caudal y del diámetro interior.
D: Diámetro interior de la tubería
C: factor de rugosidad de la tubería, que en el caso de tuberías de acero se
puede considerar entre 100 y 140 dependiendo del estado de corrosión en que se
encuentre. En este proyecto se va a tomar un valor de 140 que es el máximo.
También se ha de tener en cuenta las pérdidas de carga de las válvulas,
filtros...etc., que forman parte del circuito. Se puede aplicar la siguiente fórmula:
∆h: Pérdida de carga en metros de columna de agua.
V: Velocidad del agua (m/s)
G: gravedad (9,81 m/s 2)
K: coeficiente de pérdida de la válvula, los valores de estos coeficientes se
recogen en la siguiente tabla donde estos coeficientes son sin dimensiones para
obtener finalmente los valores de las alturas de las pérdidas de carga en metros por
columnas de agua que es la variación de altura que debemos de obtener.
DIÁMETRO NOMINAL TIPOS DE VÁLVULAS
PULGADAS MM REGULACIÓN ANTI-RET. FILTRO
(1/4) 10 8 0.4
(1/2) 15 5.5 0.3
(3/4) 20 6.1 3.7 0.3
1 25 4.6 3 0.2
1 1/4 32 3.6 2.7 0.2
1 1/2 40 2.9 2.5 0.2
2 50 2.1 2.3 0.2
2 1/2 65 1.6 2.2 0.2
3 80 1.3 2.1 0.1
4 100 1 2 0.1
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 60
3.9.5.- HOJAS DE CÁLCULO DE LAS REDES DE TUBERIA.
3.9.5.1.- ESQUEMA DE ENERGÍA SOLAR.
TRAMOS Q ф V LON. L. EQV. P. CARGA P.CARGA
m3/h m m/s m m mmca/m mmca
ACS-DEP. ACUMULAD.(B12)
TR. INICIAL 7,9 0,06 0,80 6 13,35 80,09
TR. FINAL 7,9 0,06 0,80 6 13,35 80,09
TOTAL 160,18
DEP.-LLENADO DE AGUA
(B10)
TR. ÚNICO 5 0,03 1,97 3,5 154,27 539,95
TOTAL 539,95
ES-DEP. ACUMULADOR(B11)
TR. INICIAL 3,1 0,054 0,38 6 3,42 3,63 34,23
TR. FINAL 3,1 0,054 0,38 6 3,42 3,63 34,23
TOTAL 68,46
PANELES
TR.INIC.(ES) 3,1 0,059 0,32 9 3,42 2,36 29,32
TR. FIN.(ES) 3,1 0,059 0,32 9 3,42 2,36 29,32
T.INIC.(ES1) 10,6 0,059 1,08 27 3,42 23,01 699,93
TR.FIN.(ES1) 10,6 0,059 1,08 27 3,42 23,01 699,93
T.INIC.(ES2) 2,7 0,059 0,27 25,5 1,71 1,83 49,73
TR.FIN.(ES2) 2,7 0,059 0,27 25,5 1,71 1,83 49,73
TOTAL 1.557,97
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 61
3.9.5.2.- ESQUEMA DE CALEFACCIÓN.
TRAMOS CAUDAL ф V LON. L. EQV. P. CARGA P. CARGA
m3/h m m/s m m mmca/m mmca
CALDERA-ACS (B2)
TR. INICIAL 8 0,05 1,13 9 3,42 30,60 380,03
TR. FINAL 8 0,05 1,13 9 3,42 30,60 380,03
TOTAL 760,05
CALDERA-DESHUMIDIFICAD.(B1)
TR. INICIAL 15 0,07 1,26 30 3,42 27,31 912,60
TR. FINAL 15 0,07 1,26 30 3,42 27,31 912,60
TOTAL 1.825,19
CALDERA-INTERCAMB.(B3)
T. INIC.(P1) 10,6 0,05 1,50 27 3,42 51,53 1.567,45
T. FIN (P1) 10,6 0,05 1,50 27 3,42 51,53 1.567,45
T. INIC.(P2) 2,7 0,05 0,38 25,5 1,71 4,09 111,37
T. FIN (P2) 2,7 0,05 0,38 25,5 1,71 4,09 111,37
TOTAL 3.357,65
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 62
3.10.- DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DE UNA BOMBA.
Para hallar una bomba necesitamos dos parámetros:
1.- Caudal: debe ser el de la instalación, según las necesidades térmicas.
2.- Presión disponible: hallar la presión que deberá vencer en el tramo más
desfavorable. Normalmente se aplica un coeficiente de seguridad (10%-20%)
Los fabricantes proporcionan las curvas de funcionamiento de sus bombas,
en base al caudal y presión disponible para un mismo rodete.
Si observamos la gráfica podemos realizar los siguientes comentarios:
El punto más estable de trabajo, donde el rendimiento es el más alto, se
corresponde a la zona central.
Nunca se debe elegir la bomba de la curva más alejada, que se
corresponde con el último rodete, ya que si por algún motivo se tiene
que aumentar las prestaciones, no se tenga que cambiar la bomba.
Los purgadores de vapor se acostumbran a colocar en las partes altas
de la instalación. Para permitir que salga el aire que pueda hacer en la
tubería.
Normalmente se colocan dos bombas 1 en funcionamiento.
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CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 63
Los manómetros sirven por el hecho de medir la presión, como instrumentos
para saber si una instalación tiene fugas (antes de aislarla se deben efectuar las
pruebas). El punto más desfavorable (con menos presión) será el de retorno que
posee más altura, y por tanto servirá para el llenado de agua de la instalación.
Una vez dimensionados las canalizaciones que constituyen los circuitos
primarios y secundarios, y evaluadas las pérdidas de carga de los distintos elementos
previstos en los mismos, se procede al dimensionamiento y selección de las bombas
de circulación de los distintos circuitos.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.- ESQUEMA DE ENERGÍA SOLAR.
3.10.1.1.- CIRCUITO PRIMARIO DE PANELES (B13)
La bomba B13 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 17
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, colectores solares, intercambiadores, etc.). En
la tabla que se detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 8,2 mca.
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B13
Circuito tubería 0,054 1 1.558 1.558 Válv. regulación 0,054 4 17,00 2,06 2 434,3 1.737,05
Válv. regulación 0,054 2 10,60 1,29 2 168,84 337,67 Válv. regulación 0,054 2 2,70 0,33 2 10,95 21,91
Intercamb. ES 1 3,10 1.641,18 1.641,18 Intercamb. ES 2 1 2,26 2.089,71 2.089,71
TOTAL 7.385,52
TOTAL(+10%) 8.214,07
NOTA: El valor de la constante K es a dimensional y está recogido en el apartado 3.9
donde está especificado para cada uno de los valores correspondientes a las distintas
válvulas en función del diámetro de las tuberías donde están colocadas.
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.2.- CIRCUITO SECUNDARIO DE CALDERA ACS (B12)
La bomba B12 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 7,9
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 6,1 mca.
TIPO ф
UNID CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B12 (ACS)
Circuito tubería 0,059 1 160,2 160,2 Válv. regulación 0,059 2 7,9 0,80 2 65,8 131,62 Válv. regulación 0,059 2 7,9 0,80 2 65,8 131,62 Interc. CALDERA 1 3,1 5.056,1 5.056,07
TOTAL 5.479,50
TOTAL(+10) 6.027,44
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.3.- CIRCUITO PRIMARIO DE PANELES (B11)
La bomba B11 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 3,1
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, intercambiador ES, etc.). En la tabla que se
detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 2 mca .
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B11
Circuito tubería 0,054 1 68,5 68,5
Válv. regulación 0,054 3 3,1 0,38 2 14,44 43,32
Válv. regulación 0,054 2 1,55 0,19 2 3,61 7,22
Intercambiador ES 1 3,1 1.641,18 1.641,18
TOTAL 1.760,22
TOTAL(+10%) 1.936,25
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.10.1.4.- BOMBA QUE INTRODUCE AGUA EN LOS DEPÓSITOS. (B10)
La bomba B10 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 5
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, etc.). En la tabla que se detalla a continuación,
se resumen los principales datos utilizados en el dimensionamiento de las bombas del
circuito primario, resultando una pérdida de carga mínima de 3,8 mca.
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO PANELES B10
Circuito tubería 0,03 1 540 540
Válv. regulación 0,03 2 5 1,97 3,6 709,83 1.419,67
Válv. regulación 0,03 2 5 1,97 3,6 709,83 1.419,67
TOTAL 3.379,34
TOTAL(+10%) 3.717,27
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
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3.10.2.- ESQUEMA DE CLIMATIZACIÓN.
3.10.2.1.- CIRCUITO CALDERA-INTERCAMBIADORES VASOS PISCINA
(B3)
La bomba B3 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 13,3
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 10,9 mca
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO CALDERA B3
Circuito tubería 0,04 1 3.358 3.358
Válv. regulación 0,05 4 13,3 1,88 2,1 379,31 1.517,26
Válv. antiretorno 0,05 1 13,3 1,88 2,3 415,44 415,44
Válv. regulación 0,08 2 2,7 0,15 1,3 1,48 2,95
Intercamb. P2 0,05 1 2,3 4.617,74 4.617,74
TOTAL 9.911,39
TOTAL(+10%) 10.902,53
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
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3.10.2.2.- CIRCUITO CALDERA ACS (B2)
La bomba B2 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 8 m3/h
y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, intercambiador ACS, etc.). En la tabla que se
detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 6,8 mca.
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO CALDERA B2
Circuito tubería 0,05 1 761 761
Válv. regulación 0,05 5 8 1,13 2,1 137,24 686,19
Intercamb. (ACS) 0,05 1 8 4.699,29 4.699,29
TOTAL 6.146,48
TOTAL(+10%) 6.761,13
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
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CLIMATIZADAS.
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3.10.2.3.- CIRCUITO CALDERA-DESHUMECTADORA (B1)
La bomba B1 debe de seleccionarse para el caudal correspondiente a 15
m3/h y la pérdida de carga de los elementos que constituyen este circuito (redes de
canalizaciones, válvulas de regulación, deshumectadora, etc.). En la tabla que se
detalla a continuación, se resumen los principales datos utilizados en el
dimensionamiento de las bombas del circuito primario, resultando una pérdida de
carga mínima de 5,3 mca.
TIPO ф
UNID. CAUDAL V
K PÉRDIDA PÉRD.TOT.
m m3/h m/s mmca mmca
CIRCUITO DESHUMECTADORA B1
Circuito tubería 0,04 1 1.825,20 1.825,2
Válv. regulación 0,04 2 7,2 1,59 2,9 374,78 749,57
Válv. regulación 0,065 3 15 1,26 1,6 128,71 386,12
Deshumectadora
2 7,2 900 1.800
TOTAL 4.760,89
TOTAL(+10%) 5.236,98
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CLIMATIZADAS.
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DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
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3.11.- VASOS DE EXPANSIÓN.
3.11.1.- INTRODUCCIÓN.
En las redes de tuberías, al aumentar la temperatura, aumenta también el
volumen del agua y este aumento va acompañado de un incremento del volumen
disponible, debido a la dilatación simultánea de los componentes del circuito.
Este hecho provoca un aumento de la presión en el circuito. Los sistemas de
expansión son los encargados de compensar este aumento de volumen del agua para
que la presión del circuito no sobrepase la presión nominal de sus componentes.
Existen varios sistemas de expansión:
1.- Vasos de expansión cerrados. Consiste en un recipiente o depósito de
agua conectado a la tubería que alberga en su interior una membrana elastómera
formando una cámara de aire, al aumentar la presión el agua comprime este aire y
aumenta el volumen de agua en el vaso aliviando así el exceso de volumen en el
circuito.
2.- Vasos de expansión abiertos. Consiste en un recipiente que está
abierto por la parte superior y permite el trasiego de fluido fuera del sistema. En el
caso de expansión el agua se elimina a través de un desagüe y en caso de
contracción se llena el circuito con una acometida conectada a una válvula con boya
que abre cuando baja el nivel del vaso.
3.-Sistemas de expansión con transferencia de masa. Con estos sistemas
se recurre a un trasiego de fluido desde el circuito hasta un depósito de
almacenamiento exterior y viceversa.
Para este tipo de aplicación, los vasos de expansión más adecuados son los
vasos de expansión cerrados que son lo que vamos a calcular.
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 86
3.11.2.- CÁLCULO DE LOS VASOS DE EXPANSIÓN CERRADOS.
En nuestro proyecto hemos colocado dos vasos de expansión. El primer vaso
de expansión está colocado en el circuito primario, que es aquel circuito cerrado que
relaciona los paneles solares, los intercambiadores ESI 1 y ESI 2 y además dos
depósitos de acumulación de agua.
Por otra parte, el segundo vaso de expansión está colocado en el circuito
secundario, que es aquel circuito cerrado que comprende las calderas, las baterías de
calor de los equipos de deshumectación, los intercambiadores P1 y P2, y los dos
depósitos de acumulación de agua.
Condiciones de diseño de los vasos de expansión:
Temperatura máxima de trabajo será de 100 ºC (esta temperatura es lo
que corresponde al tarado de diseño del sistema de disipación previsto a
la salida del sistema de captación)
Temperatura mínima de trabajo será de 4ºC (temperatura correspondiente
a la máxima densidad del agua).
Presión máxima de trabajo al caso más desfavorable (4.0 kg/cm 2)
Presión máxima de trabajo corresponde al 90% de la máxima de trabajo
según UNE 100.155.87 resultando en este caso 3,6 kg/cm 2 (esta es la
presión a la cual debe tararse la válvula del circuito)
Presión mínima de trabajo 0,5 kg/cm 2
Para calcular el volumen del vaso de expansión Vt en litros debemos de
utilizar la siguiente fórmula:
VE e pV V C C= × ×
Vve: Volumen útil del vaso de expansión (l).
V: Volumen total del circuito (l).
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 87
Ce: Coeficiente de dilatación del fluido, el cual se calcula utilizando la fórmula
para temperaturas comprendidas entre 70 ºC y 140 ºC:
Ce= (-33,48 + 0,738xT) x10-3 T: temperatura máxima=100ºC
Cp: Coeficiente de presión del gas el cual se obtiene a partir de la expresión:
p
PMC
PM Pm=
−
PM: Presión máxima de diseño del vaso. (3,6 kg/cm 2)
Pm: Presión mínima de trabajo (0,5 kg/cm 2)
En las siguientes tablas se recogen el volumen de tuberías que necesitamos
para el cálculo de los vasos de expansión.
CIRCUITO PRIMARIO.
DIÁMETRO VOLUMEN
(L/M) LONGITUD
(M) VOLUMEN
(L)
0,059 2,73 12 32,76
0,03 0,7 7 4,9
0,054 2,29 12 27,48
0,059 2,73 24,84 67,8132
0,059 2,73 60,84 166,0932
0,059 2,73 54,42 148,5666
TOTAL 447,613
DISEÑO DE INSTALACIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA EN PISCINAS
CLIMATIZADAS.
Proyecto fin de carrera. LAURA MORENO CORRALES. Página 88
CIRCUITO SECUNDARIO.
Por tanto, los cálculos necesarios para determinar los vasos de expansión
que hemos instalado se recogen en la siguiente tabla.
Presión de precarga del vaso de Expansión (kg/cm ) 2
Presión de tarado de la válvula de seguridad (kg/cm ) 4
Presión Mínima de trabajo (kg/m ) 0,5
Presión Máxima de trabajo (kg/m ) 3,6
Coeficiente de presión Cp (Adimensional) 1,16
Temperatura máxima de trabajo del circuito (ºC) 100
Coeficiente de temperatura Ce (Adimensional) 0,04032
Volumen de tuberías primario/secundario (l) 448/497
Volumen de baterías y equipos (l) 220
Volumen de depósito 0
Volumen total del circuito primario (l) 668
Volumen total del circuito secundario (l) 717
Volumen seleccionado del vaso de expansión del primario (l) 31,28
Volumen seleccionado del vaso de expansión del secundario (l) 33,57
DIAMETRO VOLUMEN
(L/M) LONGITUD VOLUMEN
0,05 1,96 24,84 48,6864
0,065 3,32 66,84 221,9088
0,05 1,96 60,84 119,2464
0,05 1,96 54,42 106,6632
TOTAL 496,5048
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