FORMAS PARA LA OBTENCIÓN DE CALOR POR UNIDAD DE LONGITUD EN SISTEMA DE PISO RADIANTE

Transferencia de Calor

07 de Junio de 2010

Alumno: Eduardo A. MuñozProfesor: Manuel Pedraza

Introducción

El piso radiante es un sistema de calefacción que se caracteriza por colocar tubos, en distintas configuraciones, en la losa de cimentación del local a climatizar.

Según ASHRAE, la correcta denominación de “piso radiante” se ha de realizar siempre y cuando el calor aportado por radiación por este tipo de sistema sea igual o superior al 50% del calor total.

Características

Otorga un mejor confort térmico, puesto que se ha demostrado que una distribución vertical de temperaturas que mantiene ligeramente más calientes los pies que la cabeza otorga una sensación de más agrado, y a la vez, que la distribución horizontal de temperaturas sea uniforme, favoreciendo más esta opción.

Con respecto al diseño, es un sistema que no incomoda estética ni funcionalmente, al no estar a la vista; por lo que ofrece un alto grado de distribución de los espacios interiores.

Económicamente, es mejor este tipo de sistema respecto a otros que utilicen agua caliente, puesto que debe circular a una menor temperatura con respecto a la calefacción central por emisores.

Lamentablemente, posee una alta inercia térmica, en otras palabras, el sistema de calefacción por piso radiante debe operar durante varias horas para lograr la temperatura de confort.

Perfiles de temperatura

Transferencia de Calor por el Sistema de Piso Radiante

Existen varios métodos para dimensionar cuanto calor disipará el piso radiante; primero que todo, hay que señalar que el calor a disipar debe ser el calor de pérdida del inmueble para lograr la condición de confort.

Luego, existen varios métodos para determinar el calor que disipará el sistema de piso radiante por unidad de longitud.

Métodos

Método REHAU/RAUTHERM. Mediciones DICTUC. Métodos ASHRAE.

Método ESAK. Método WIRSBO. Método Watson/Chapman

Método REHAU/RAUTHERM

Con: La temperatura media del agua . El espaciamiento entre los tubos del serpentín (que

DEBE ser PEX para este método). Diámetro.

TABLA RAUTHERM

EJEMPLO REHAU/RAUTHERM

Temperatura media del agua: 50 ºC Espaciamiento entre tubos M: 25 cm Diámetro : 20 mm De tabla:

Carga (C):

222 fthr

BTU4,57

mhr

kcal7,155

m

W1,181

A

QC GEN

eD

EJEMPLO REHAU/RAUTHERM

Calor de requerimiento (Q) Superficie calefactora (S) Largo Total (L)

hr·m

kcal63,38

m88

m4,57

hr

kcal400.3

2

L

Q

M

SL

C

QS

Q

REQ

REQ

REQ

Mediciones DICTUC

Mediciones para tubería PEX sin aislación:

Cº 50

Cº 45

Cº 65

hr·m

kcal15,22

hr·m

kcal1,18

hr·m

kcal3,34

T

REQ

T

REQ

T

REQ

L

Q

L

Q

L

Q

Método ASHRAE

En este método se utiliza la ecuación de flujo calórico por radiación de Stefan-Boltzmann:

Luego, tomando: Factor de forma = 1 Factor de emisividad = 0,97*

▪ *Min, T.C., L.F. Schutrum, G.V. Parmelee, and J.D. Vouris. 1956. Natural convection and radiation in a panel heated room. ASHAE Transactions 62:337.

42

4121· TTAFfQrad

Método ASHRAE

: Temperatura media de agua, ºC.AUST : Temperatura del área ponderada de todas las superficies interiores (del inmueble), como puertas, ventanas, muros, cielo, piso, etc., ºC.

: Flujo de calor transmitido por convección natural. :Temperatura deseada de piso, ºC. :Temperatura interior de confort, ºC.

2

448

m

W15,27315,273105 AUSTT

A

QMA

rad

MAT

208,0

31,0

m

W42,2

e

INTPINTPCN

D

TTTT

A

Q

CNQ

PTINTT

EJEMPLO ASHRAE

Tomando las mismas condiciones que en el ejemplo REHAU, agregando que la temperatura de confort es de 21 ºC, considerando que también será la temperatura AUST; la temperatura deseada de piso es 27 ºC –recomendación REHAU– y que ASHRAE indica que para generar la carga C, sólo es necesario sumar los calores de radiación con el de convección natural, por unidad de área:

2

2

22

2

2

hr·m

kcal9,42

m2,79

m8,19

hr·m

kcal7,171

m

W7,199

m

W8,28

m

W9,170

L

Q

M

SL

C

QS

A

Q

A

QC

A

Q

A

Q

REQ

REQ

CNrad

CN

rad

OBSERVACIONES

El método ASHRAE no analiza las resistencias térmicas directamente, pero lo hace a través de las temperaturas de piso y AUST.

Para un análisis recabado, se pueden utilizar los siguientes parámetros, también recomendados por ASHRAE:

Resistencias térmicas

Materiales típicos de tubos para piso radiante

MaterialConductividad Térmica K,

BTU/hr·ft·ºF

Acero al Carbono (AISI 1020) 30Aluminio 137

Cobre 225Bronce Rojo (85% Cu; 15% Zn) 92

Acero Inoxidable (AISI 202) 10

Polietileno de baja densidad (LDPE) 0,18

Polietileno de alta densidad (HDPE) 0,24

Polietileno Reticulado (VPE or PEX) 0,22

Caucho con Textil Reforzado (HTRH) 0,17

Polipropileno Copolímero en Bloques (PP-C) 0,13

Polipropileno Copolímero Estadístico (PP-RC) 0,14

Recubrimientos de piso típicos

Descripción Resistencia térmica R, ft²·hr·°F/BTUConcreto desnudo 0,00Cubierta Asfáltica 0,05

Recubrimiento de goma 0,05Alfombra ligera 0,60

Alfombra ligera con relleno de goma 1,00Alfombra ligera con relleno ligero 1,40Alfombra ligera con relleno grueso 1,70

Alfombra gruesa 0,80Alfombra gruesa con relleno de goma 1,20

Alfombra gruesa con relleno ligero 1,60Alfombra gruesa con relleno grueso 1,90

3/8 in de madera 0,545/8 in. de piso de madera (roble) 0,57

1/2 in. de parquet de roble y relleno 0,68Linóleo 0,12

Suelo de mármol 0,18Relleno de caucho 0,62

Primer recubrimiento de uretano, 3/8'' 1,6148 oz. de esponja de caucho aplastada 0,78

Aparejo de uretano, 1/2 in. 2,09

Bibliografía consultada

ASHRAE – HVAC Systems And Equipments Handbook (SI Edition) (2008)

REHAU – Calefacción por Suelo Radiante (Know How para calor series). Información Técnica 864.680Sp.

Felipe Ibarra, Rodrigo Pérez – Proyecto de calefacción por piso radiante con apoyo de energía solar para una vivienda habitación. Tesis de Ingeniero en Climatización (2008).

Manuel Roca, Juan Carratalá – Calefacción: Suelos Radiantes. Escuela Técnica Superior de Arquitectura Las Palmas de Gran Canaria (2005).

ESAK - Manual Técnico de diseño y cálculo para calefaccion bajo suelo suelo Por Agua Caliente. (2002).

Richard D. Watson, Kirby S. Chapman - Radiant heating and cooling handbook. (2002)