Instalaciones de climatización y ventilación. UD 1: Redes de agua y refrigerantes


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1 Instalaciones de climatización y ventilación UD 1: Redes de agua y refrigerantes 1. Redes de tuberías Generalidades Las conexiones entre las tuberías y las enfriadoras o bombas de calor aire-agua con motor eléctrico de potencia superior a 3 KW se realizarán mediante elementos flexibles. Suponiendo un EER de 2, esto supone enfriadoras de potencia nominal superior a 6 KW (aproximadamente). 1.1 Llenado y vaciado de los circuitos: alimentación y purga La alimentación de los circuitos cerrados se podrá realizar bien mediante la presión de la red o bien desde depósito de alimentación. A) Llenado mediante la presión de red La alimentación se deberá realizarse mediante un dispositivo que no permita el reflujo del agua, hacia el exterior de la instalación, en caso de caída de presión en la red del edificio, para ello el dispositivo creará una discontinuidad entre el circuito y la red. El dispositivo se llama desconector. Antes del desconector se dispondrá de una válvula de cierre, un filtro y un contador en el orden indicado. El llenado será manual. El siguiente esquema muestra el sistema de llenado con desconector: 1

2 Desconector Válvula Filtro Manómetro Grupo de llenado automático Termómetro Contador m 3 /h Desconector Regulador de presión Vaso de expansión Válvula de seguridad B) Llenado mediante depósito En el caso de que el fluido del circuito cerrado tenga anticongelante, la solución se elaborará en un tanque de preparación y se introducirá en el circuito mediante una bomba, de forma manual o automática. La siguiente figura muestra el esquema de instalación. Válvula de seguridad Tanque de preparación Bomba de llenado M Conexión sistema de llenado no fijo Vaso de expansión M V Desagüe Circuito cerrado 2

3 Válvula de alivio En el tramo que conecta los circuitos cerrados al dispositivo de alimentación se instalará una válvula automática de alivio que tendrá un diámetro mínimo DN 20 y estará tarada a una presión igual a la máxima de servicio en el punto de conexión más 0,2 a 0,3 bar, siempre menor que la presión de prueba. Diámetro de la conexión El diámetro mínimo de las conexiones en función de la potencia térmica nominal de la instalación se elegirá de acuerdo a lo indicado en la Tabla. Vaciado y purga Los vaciados parciales se harán en puntos adecuados del circuito, a través de un elemento que tendrá un diámetro mínimo nominal de 20 mm. El vaciado total se hará por el punto accesible más bajo de la instalación a través de una válvula cuyo diámetro mínimo, en función de la potencia térmica del circuito, se indica en la Tabla. Ejemplo cálculo de tuberías de llenado y vaciado de circuitos Determina el diámetro de las tuberías de llenado y vaciado del circuito de distribución de una instalación de climatización con bomba de calor de 24 KW. Tomaremos los diámetros de tuberías correspondientes a refrigeración por ser más desfavorables, resultando: Tubería de llenado: DN20, Tubería de vaciado total: DN25 Las tuberías de vaciado parcial serán de 20 mm 1.2 Presiones a considerar en los circuitos: elementos de seguridad Las presiones a considerar en la puesta en marcha y funcionamiento de la instalación son las siguientes: 3

4 Altura de la instalación H (m): es la diferencia de cotas entre el vaso de expansión y el punto más elevado del circuito. Presión mínima Pm (bar): la presión mínima o presión de llenado es m la presión a la que se llena el circuito cerrado. Se fija de forma que se asegure una presión relativa de, al menos 0,5 bar en cualquier parte del circuito y no más de 1 bar, con la bomba parada o en marcha. Presión inicial del vaso de expansión Piv (bar): la presión inicial de la cámara de aire del vaso m de expansión Piv debe ser 0,2 bar inferior a la presión de llenado P. i Presión máxima de servicio PM (bar): en un circuito cerrado de calefacción, M es la presión del circuito hidráulico cuando el fluido se dilata al alcanzar su temperatura máxima. Habitualmente PM = Pm + 1 Presión de la válvula de alivio Pva (bar) (válvula de seguridad): es la presión a la que abre las válvula de seguridad (válvula automática de alivio) situada en el tramo que conecta el circuito cerrado al dispositivo de alimentación. Esta presión debe ser 0,3 bar superior a la presión máxima de servicio. La descarga de las válvulas de seguridad será siempre conducida hasta un sumidero y deberá quedar a la vista. Presión nominal de los equipos, accesorios PN (bar): es la presión a la que pueden estar VS trabajando los equipos con normalidad sin que se reduzca su vida útil. La presión nominal debe ser superior o igual a la de tarado de las válvulas de seguridad. Presión de las válvulas de seguridad Pvs (bar): además de la válvula de alivio, los circuitos cerrados dispondrán de una o más válvulas de seguridad. La presión de tarado, mayor o igual que la presión máxima de servicio en el punto de instalación y menor que la de prueba, vendrá determinada por la norma específica del producto o, en su defecto, por la reglamentación de equipos y aparatos a presión. Presión de prueba: la presión de prueba de los circuitos cerrados para climatización será una vez y media la presión máxima efectiva de trabajo a la temperatura de servicio, con un mínimo de 6 bar. Ejemplo presiones en un circuito hidráulico de climatización mediante bomba de calor. Se instala una bomba de calor en la planta baja de un edificio de 3 plantas. Los fancoils del piso superior están 10 metros por encima de la maquina y del vaso de expansión. Llenaremos el circuito a una presión mínima (de llenado) de Pm=1,5 bar (relativa) en la maquina, y por tanto en el vaso de expansión. De esta forma los fancoils del piso superior estarán a 0,5 bar. 4

5 La presión inicial del nitrógeno del vaso (antes de instalarlo) será de Piv=1,2 bar. La presión máxima de servicio del circuito se establece en PM = 1,5 + 1 = 2,5 bar. Se instalara una válvula de alivio de seguridad de Pva = 2,5 + 0,3 = 2,8 bar, que serán de 3 Bar. Todos los elementos que se instalen tendrán una presión nominal de PN=4 bar y estarán dotados por una válvula de seguridad de Pvs = 4 bares.. La presión de prueba del circuito será de: PB = 1,5 PM = 1,5 x 2,5 = 3,75 bar. Como el mínimo es de 6 bar se realizará la prueba a esta presión. 1.3 Dispositivos de seguridad de los equipos Los circuitos de agua a temperatura mayor que la ambiente llevaran los siguientes dispositivos de funcionamiento y seguridad en el siguiente orden creciente: Termostato de funcionamiento: sonda de temperatura asociada a un regulador que actué sobre el suministro de calor de forma proporcional o todo-nada. Presostato o termostato de corte que corta el suministro de energía cuando se alcance un valor determinado de presión o temperatura. Válvula de seguridad. Descarga a la atmosfera del exceso de presión. Los circuitos cerrados llevaran un vaso de expansión con un manómetro. 1.4 Válvulas de seguridad Se instalara una válvula automática de alivio en el tramo que conecta el circuito cerrado al dispositivo de alimentación. El diámetro nominal de esta válvula de seguridad será de 20 mm como mínimo. La presión de tarado de esta válvula será de 0,3 bar superior a la presión máxima de servicio. Además de la válvula de alivio, se instalaran una o más válvulas de seguridad. La presión de tarado será mayor que la presión máxima de ejercicio en el punto de instalación y menor que la de prueba. En el caso de generadores de calor, la válvula de seguridad estará dimensionada por el fabricante del generador. Las válvulas de seguridad deben tener un dispositivo de accionamiento manual para pruebas de tipo leva que no modifique el tarado de la misma. Se dispondrá de un sistema de seguridad que impida la puesta en marcha de la instalación si el sistema no tiene la presión de ejercicio de proyecto o memoria técnica. Ejemplo presiones en un circuito cerrado (caso A) Caso de sistema de llenado y generador (calor o frio) en la misma planta. 5

6 Vamos a representar en una línea todas las presiones. En el caso A, al estar el punto de llenado y el generador en la misma planta, todas las presiones estarán representadas en una misma línea. Con los datos del ejercicio anterior la presión de llenado será de Pm=1,5 bar, la presión máxima de servicio será de PM=2,5 bar y la presión de alivio de la válvula de seguridad de PVS=3,0 bar. La presión de prueba será en este caso de PB=6 bar. El generador lleva una válvula de seguridad de 4 bar que abrirá entre la presión de la válvula de alivio (3 bar) y la presión de prueba (6 bar). Ejemplo presiones en un circuito cerrado (caso B) Caso de generador 4 plantas (12 metros) sobre el sistema de llenado. En la Figura se muestran las presiones a la altura del sistema de llenado (cota=0 m) y a la altura del generador (cota=+12 m). La presión del agua en la bomba de calor es 12 m.c.a. = 1,2 bar inferior a la presión en el sistema de llenado. Supongamos una presión de llenado Pm=2,0 bar (1,2 +0,8), para que la presión en el generador sea de 0,8 bar. La presión máxima de servicio será de PM=3,0 bar y la presión de alivio de la válvula de seguridad de Pva=3,5 bar. La presión de prueba será en este caso de PB=6 bar. La bomba de calor lleva una válvula de seguridad de Pvs=4 bar, que se corresponde con 5,2 bar (4 + 1,2) a la altura del sistema de llenado; es decir, que abrirá entre la presión de la válvula de alivio (3,5 bar) y la presión de prueba (6 bar) tal y como especifica el RITE. 6

7 Ejemplo presiones en un circuito cerrado (caso C) Caso de bomba de calor 4 plantas (12 metros) por debajo del sistema de llenado. En la Figura se muestran las presiones a la altura del sistema de llenado (cota=0 m) y a la altura de la bomba de calor (cota=-12 m). La presión del agua en la bomba de calor es 1,2 bar superior a la presión en el sistema de llenado. La presión de llenado será de 0,5 a 1 bar, tomamos Pm=1,0 bar, siendo la presión en la bomba de calor de 2,2 bar. La presión máxima de servicio será de PM=2,0 bar y la presión de alivio de la válvula de alivio seguridad de Pva=2,5 bar. La presión de prueba será en este caso de PB=6 bar. La bomba de calor lleva una válvula de seguridad de 4 bar, que se corresponde con 2,8 bar a la altura del sistema de llenado; es decir, que abrirá entre la presión de la válvula de alivio 2,5 bar y la presión de prueba 6 bar tal y como especifica el RITE. Si la válvula de alivio fuese de 3 bares, antes de la válvula de alivio descargará la válvula de seguridad de la bomba de calor contradiciendo el RITE. 1.5 Dilataciones de las tuberías Las variaciones de longitud a las que están sometidas las tuberías, debido a la variación de la temperatura del fluido que contienen, se deben compensar con el fin de evitar roturas en los puntos mas débiles. Los elementos de dilatación se diseñaran y calcularan según la norma UNE El empleo de compensadores de dilatación térmica es actualmente la solución técnica mas adecuada para evitar las tensiones en las tuberías por dilataciones. Además, se pueden realizar cambios de trazado en forma de L, Z o U. Los dilatadores conformados con tubería deben instalarse sensiblemente en el centro del tramo a compensar, entre los dos puntos de anclaje; los dilatadores deslizantes o de fuelle, sin embargo, pueden colocarse en cualquier posición, preferentemente cerca de uno de los puntos de anclaje. 7

8 El tramo de tubería entre los puntos de anclaje, que debe ser de sección constante, se guiará convenientemente, de manera que el elemento de dilatación reciba solamente esfuerzos en sentido axial. En el caso de instalaciones de agua con bomba de calor, la temperatura mínima es de 5 C y la máxima puede ser de 45 C. La dilatación del tubo en mm viene dada por: Siendo: Cd: el coeficiente de dilatación del material en mm/m C: acero: 0,012; acero inox: 0,024; aluminio: 0,024; cobre: 0,017; fundición de hierro: 0,011. L: longitud del tramo en m. T: el incremento máximo de temperaturas esperado. Ejemplo cálculo de dilatación En un tramo de 12 metros de tubo de cobre, si se produce una diferencia de temperaturas de 40 C se obtiene: L = 0, = 8,2 mm. Empleando un compensador de dilataciones de tipo deslizante o de fuelle que permita una expansión de 10 mm evitaremos la aparición de tensiones en los tubos Conexión y desconexión de las unidades terminales Los fancoils llevaran a la entrada y a la salida una válvula de cierre. Asimismo contaran con un dispositivo manual o automático para poder modificar las aportaciones térmicas. 8

9 Una de las válvulas de corte será específicamente utilizada para el equilibrado hidráulico. 1.7 Accesibilidad Los equipos y accesorios de la instalación deben estar situados de forma tal que se facilite su limpieza, mantenimiento y reparación Accesibilidad a las enfriadoras Los fabricantes suelen establecer distancias mínimas de separación para el correcto funcionamiento de las enfriadoras, que en algunos casos tienen en cuenta que exista un espacio mínimo para la realización de las operaciones de ejecución y mantenimiento. Se recomienda una distancia libre de 0,6 metros para una correcta entrada de aire y distancia de trabajo para la realización de operaciones de mantenimiento. La distancia lateral mínima recomendada es de 0,2 m, incrementándose a 0,6 m si en el lateral se encuentran las conexiones eléctricas o de las tuberías de agua o alguna tapa de registro. Se trata de recomendaciones para el prediseño de la instalación, ya que las distancias concretas a respetar las dará cada fabricante para cada máquina en particular. En el diseño de la instalación debe quedar claro cómo se va a realizar el acceso con seguridad a las enfriadoras tanto para la ejecución de la instalación como para las posteriores operaciones de mantenimiento. Si se instalan en lugares no transitables será necesario incluir las necesarias medidas de seguridad. La Figura muestra, a modo de ejemplo, las medidas adoptadas para el acceso a una enfriadora situada sobre un cuarto de ascensores. Se ha realizado una gatera con un arco de protección para evitar caídas. Además se ha instalado un cable de vida donde el operario pueda sujetarse y realizar los trabajos en la máquina de forma segura. El RITE establece que las unidades exteriores que se instalen en las fachadas deben integrarse en la misma, quedando ocultas a la vista exterior Accesibilidad a fancoils Es habitual instalar los fancoils en espacios muy reducidos. El Reglamento establece la obligación de realizar accesos adecuados cerca de cada aparato que puedan ser abiertos sin necesidad de herramientas. Se considera que el tamaño mínimo de los accesos en falsos techos no desmontables deberá ser de 0,5x0,5 metros. Deberá prestarse atención a los requisitos establecidos por 9

10 el fabricante. En cualquier caso se recomienda la instalación de los equipos en locales con falsos techos totalmente desmontables. 1.8 Aislamiento térmico de las redes de tuberías IT Todas las tuberías y accesorios, así como equipos, aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico cuando contengan: a) Fluidos refrigerados con temperatura menor que la temperatura del ambiente del local por el que discurran; b) Fluidos con temperatura mayor que 40 ºC cuando estén instalados en locales no calefactados, entre los que se deben considerar pasillos, galerías, patinillos, aparcamientos, salas de máquinas, falsos techos y suelos técnicos, entendiendo excluidas las tuberías de torres de refrigeración y las tuberías de descarga de compresores frigoríficos, salvo cuando estén al alcance de las personas.» Para evitar la congelación del agua en tuberías expuestas a temperaturas del aire menores que la de cambio de estado se podrá utilizar una mezcla de agua con anticongelante. En toda instalación térmica por la que circulen fluidos no sujetos a cambio de estado, en general las que el fluido caloportador es agua, las pérdidas térmicas globales por el conjunto de conducciones no superarán el 4% de la potencia máxima que transporta. El espesor mínimo de aislamiento de las tuberías de diámetro exterior menor o igual que 25 mm y de longitud menor que 10 m, contada a partir de la conexión a la red general de tuberías hasta la unidad terminal, y que estén empotradas en tabiques y suelos o instaladas en canaletas interiores, será de 10 mm, evitando, en cualquier caso, la formación de condensaciones. En las conexiones de equipos de refrigeración doméstico o equipos de energía solar, espacios reducidos de curvas y juntas se permitirá una reducción de 10 mm sobre los espesores mínimos. Los espesores mínimos de aislamientos térmicos, expresados en mm, en función del diámetro exterior de la tubería sin aislar y de la temperatura del fluido en la red y para un material con conductividad térmica de referencia a 10 C de 0,040 W/ (m.k) deben ser los indicados en las siguientes tablas: 10

11 11

12 Para materiales de conductividad térmica distinta de la anterior, se considera válida la determinación del espesor mínimo aplicando las ecuaciones del apartado tuberías 12

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16 Distancia de soportes para tuberías plásticas Soporte de tuberías: UNE

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