RESUMEN DE INSTALACIONES TERMOMECÁNICAS (Calefacción y Refrigeración) PDF

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• NOCIONES SOBRE TERMODINÁMICA Y TRANSMISIÓN DEL CALOR.➢ Calor.p. (Instalaciones de Aire Acondicionado y Calefacción-Manual de Cálculo (Quadri)): Es la forma de energía que se transfiere de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura entre ellos. El calor es susceptible de medir...

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Resumen parcial Instalaciones Termomecánicas. • NOCIONES SOBRE TERMODINÁMICA Y TRANSMISIÓN DEL CALOR. ➢ Calor.p.7. (Instalaciones de Aire Acondicionado y Calefacción-Manual de Cálculo (Quadri)): Es la forma de energía que se transfiere de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura entre ellos. El calor es susceptible de medir; lo que se efectúa teniendo en cuenta dos magnitudes fundamentales: ▪ Intensidad de calor: Esta magnitud esta relacionada con la velocidad del movimiento molecular, estableciéndose para medirla una unidad práctica que da una idea del grado o nivel de calor que tiene un sistema determinado. Arbitrariamente se fijan parámetros comparativos que permiten determinar dicho nivel de calor, al que se denomina temperatura. Se dice que un cuerpo con gran velocidad molecular tiene más temperatura o más nivel de calor que otro. Las escalas más comunes para medir la intensidad de calor son: Centigrados o Celcius, Fahrenheit y temperatura absoluta o Kelvin. ▪ Cantidad de calor: Esta representa la suma de las energías térmicas de todas las moléculas que componen a un cuerpo. Es decir, que mientras que la intensidad indica el grado de movimiento molecular, la cantidad de calor señala el contenido total de calor de un sistema. Así, una barra de hierro al rojo vivo tiene una temperatura superior que un cubo de agua caliente, pero este seguramente tendrá más cantidad de calor que el hierro. Por ende, se demuestra que la cantidad de calor de un cuerpo es función de la masa del cuerpo y de su temperatura. Para determinar la cantidad de calor se ha establecido un valor característico de cada sustancia que se denomina calor específico, que se define como la cantidad de calor necesario para elevar en 1ºC la temperatura de la unidad de masa de una sustancia. Como unidad se utiliza el agua a presión atmosférica normal y temperatura igual a 15ºC, definiéndose como Kcal (kilocaloría) a la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de agua en 1º C (14,5 a 15,5). [1 𝑘𝑐𝑎𝑙 = 4,185 𝑘𝐽 = 1,163 𝑤𝑎𝑡𝑡] ▪ Calor sensible: es el calor que suministrado o sustraído de una sustancia produce una variación sensible de la temperatura, es decir que el efecto de siente. ▪ Calor latente: es el calor que suministrado o sustraído de una sustancia produce un cambio de estado físico, sin variar la temperatura. ➢ Transmisión del calor.p.11: Los fenómenos que intervienen en la transmisión del calor son tres: ▪ Conducción: Este tipo de transmisión es típica de los sólidos, se origina por la agitación molecular provocada por el calor que se transmite progresivamente, sin modificar la distancia relativa de las moléculas.

La velocidad con que un material deja pasar el calor por conducción depende de su conductividad que es una propiedad que tiene cada material. Hay materiales que conducen más que otros, los metales son materiales mucho mejores conductores del calor que la madera, por ejemplo. ▪ Convección: La forma de transmisión de calor por convección es propia de los fluidos, por ejemplo, el gas o agua. Se produce por efecto de la variación de su peso debido a un aumento o disminución de temperatura, se establece en ellos una circulación permanente y continua mientras reciban calor. Ese movimiento produce, entonces, la transferencia del calor por convección.

▪ Radiación: Se define como radiación térmica a la transmisión de calor de un cuerpo a otro sin contacto directo, en forma de energía radiante. Incluso se da a través del vacío (sol).

→ Las tres formas juntas:

▪ Coeficiente de transmitancia total “K”.p.12: Se define como la cantidad de calor en kcal, que se transmite totalmente en una hora a través de un m2 de superficie, existiendo una diferencia de temperatura de 1º C entre el ambiente externo e interno. Los coeficientes K para las construcciones normales están tabulados por la norma IRAM 11601, por lo que no es necesaria su determinación. Pero para muros especiales o de características particulares debe ser determinado. 𝑘𝑐𝑎𝑙 [𝐾] = ℎ𝑚2 º𝐶

• SENSACIÓN DE CONFORT. CONFORT TÉRMICO.p.18: La palabra confort proviene del latín: con-fortaire, significa dar fuerza, alentar. Podemos decir que dicha palabra señala el bienestar físico del ser humano. Habrá un confort total cuando se den ciertas condiciones en los factores luminosos, térmicos, acústicos, etc., que caracterizan el ambiente, sean ellos de origen natural o artificial. De todos estos factores se efectuará un análisis del confort térmico exclusivamente, cómo lograrlo mediante la utilización de equipos de aire acondicionado y calefacción. Para lograr un buen acondicionamiento ambiental un determinado sistema debe cumplir las siguientes funciones:

2) En invierno si se calienta el aire sin agregarle humedad, la humedad relativa disminuye y provoca el resecamiento de las mucosas respiratorias. 3) El filtrado le quita al aire impurezas, polvos y partículas en suspensión. 4) La circulación evita el estancamiento, pero se deben hacer leves movimientos para evitar corrientes. 5) La ventilación es importante para evitar que el aire se envicie pues la respiración consume oxígeno. 7) En verano si se enfría el aire y no se extrae la humedad, el porcentaje de la humedad relativa aumenta en forma considerable provocando molestias y pesadez. ➢ Instalaciones de calefacción.p.118: Todo sistema de calefacción tiende en invierno a proporcionar una condición climática interior uniforme, destinada a lograr el confort para las personas o establecer condiciones adecuadas para procesos industriales. La calefacción comprende: la generación de calor, mediante calderas, estufas y todo artefacto que convierta combustible en calor útil; la distribución por cañerías o conductos, y la disipación del calor mediante unidades terminales en los ambientes, como radiadores, convectores, paneles radiantes, etc. Todo proceso de diseño y dimensionamiento de un sistema de calefacción comienza con el balance térmico de invierno, el mismo tiende a determinar la cantidad de calor que se debe suministrar a los locales para compensar las pérdidas, manteniendo la temperatura confortable adecuada. Las pérdidas de calor dependen de una serie de factores que son: pérdidas por paredes, vidrios, puertas, techos, pisos, que componen el contorno del local, así como para compensar las pérdidas por infiltración de aire frio en invierno. ▪ Cargas de acondicionamiento en invierno: Una vivienda perderá calor a través de todos sus cerramientos exteriores: paredes, aberturas, techo. Se considerará también pérdida por el piso en zonas en las cuales en gran parte del año se encuentran cubiertas de nieve las calles, pavimentos y alrededores de las viviendas. La temperatura interior se fijará siempre en 24 ºC, tanto en verano como en invierno. Para calcular la cantidad de calor que pierde cada ambiente haremos las siguientes consideraciones: i. Paredes exteriores: Se descuentan las aberturas para calcular la superficie por las que hay pérdidas. ii. Las pérdidas de calor en aberturas exteriores ya sean ventanas o puertas se calculan por separado de la mampostería. iii. No se considerarán perdidas de calor entre cerramientos que lindan con locales calefaccionados. iv. En paredes interiores las puertas se las considera incluidas dentro de la superficie de la pared dado que el K es prácticamente igual. v. Para locales no acondicionados que no dan al exterior, como las escaleras, se considera una temperatura promedio.

Las cargas de calefacción en invierno se dividen en cargas de calefacción sensible y cargas de calor latente. Las cargas de calor sensible son las pérdidas de calor a través del edificio. No se tienen en cuanta la radiación ni los ocupantes, lámparas y motores Las cargas de calor latente se consideran si se utiliza humidificador. La carga total de calefacción es:

▪ Sistemas de calefacción por agua caliente.p.154: Estos sistemas de calefacción se basan fundamentalmente en la circulación de una cantidad constante de agua a través de una red de cañerías. A esta agua se le entrega calor sensible

por medio de un generador de calor o caldera, y se la distribuye hasta los elementos destinados a la cesión de calor o calefactores, que difunden ese calor a las habitaciones. El transmisor de calor es el agua. Se la denomina fluido termodinámico, del que se aprovecha su elevado calor específico (Ce=1). Se consideran calefactores los radiadores, convectores, caloventores, tubos de aletas, serpentines de calefacción, etc., denominándoselos unidades terminales. ✓ Clasificación.

(I) Según la forma en que se produce la circulación. a) Instalaciones de calefacción por gravedad: En estas, la circulación del agua se realiza en virtud de la diferencia de densidades entre el agua caliente de ida y las más fría de retorno. En efecto: supóngase el sistema más simple de calefacción que se representa en la figura:

Se supone que las variaciones de temperatura del agua se producen solo en el radiador y en la caldera, considerando idealmente que no existen pérdidas de calor por las cañerías. Se origina entonces una presión eficaz debido a la diferencia de peso entre la columna de agua del retorno y el de alimentación.

En general se trabaja con temperaturas de agua de alimentación de 90º C. El agua penetra, entonces, a esa temperatura en el radiador, donde se produce un descenso de la temperatura de 20 ºC debido a la cesión de calor sensible al ambiente. De esa manera, el agua retorna a una temperatura más baja, 70º C, provocando esa diferencia de densidades su circulación por las cañerías. En estos casos, la diferencia efectiva de presiones es pequeña, dependiendo fundamentalmente de las características físicas del edificio, o sea, la altura. Sin embargo, esta pequeña presión basta para asegurar la correcta circulación del agua en edificios no muy extensos horizontalmente. b) Circulación forzada o por bomba.p.156: Son instalaciones que constan para producir la circulación de una bomba circuladora.

La calefacción por bomba presenta las siguientes ventajas con respecto a las instalaciones por gravedad:

Como desventajas se pueden mencionar:

En estos sistemas es fundamental dar importancia a la eliminación del aire, ya que dificulta la circulación del agua. → Recipiente de expansión: A medida que aumenta o disminuye la temperatura del agua, ésta, por efecto de la dilatación, va ocupando un mayor o menor volumen. Con el fin de regular esta variación de volumen se utilizan depósitos especiales llamados tanques, recipientes o vasos de expansión.

Si estos recipientes no existiesen se produciría un aumento de presión dentro de la instalación que puede afectar a algunos de sus elementos, especialmente los artefactos más débiles como la caldera. Estos tanques se instalan en la parte más alta, facilitando, a la vez, la comunicación de la instalación con la atmósfera. En la generalidad de los casos, dicho recipiente se utiliza como carga de agua del sistema. Se los construye en chapa de hierro galvanizado Nº 14 o 16 (espesor mínimo 3 mm) de forma cilíndrica o rectangular. Las cañerías de conexión en una instalación elemental se unen como indica la figura:

Los peligros provienen siempre de la caldera. Por ejemplo, si la caldera queda desvinculada, por algún motivo, del tanque de expansión, la dilatación del agua ejercería una presión excesiva que puede hacerla estallar. Por ello se especifica que, en toda instalación de calefacción por agua caliente abierta, la caldera debe estar unida al recipiente de expansión por medio de dos cañerías de seguridad que no puedan cerrarse, o sea que no tengan válvulas interpuestas. El diámetro se calcula con:

La cañería de seguridad de alimentación se empalma por encima del nivel máximo del tanque para evitar una circulación continua de agua entre ambas cañerías de seguridad, a través del tanque de expansión. Si se observa el proceso de llenado, puede considerarse en un primer momento la instalación vacía. El agua penetra en el tanque a través del conducto de seguridad de retorno, llenando toda la instalación de abajo hacia arriba (fig. 5-IX). Así, la cañería de seguridad del retorno también cumple la función de carga del sistema. De este modo el agua va avanzando por vasos comunicantes y elimina el aire hacia arriba, el que a través de la cañería de seguridad de alimentación se canaliza hacia el exterior. Es decir, entonces, que la cañería de seguridad de alimentación cumple también la función de cañería de ventilación. Para la eliminación del aire, el tanque tiene un rebosadero y cañería de desaire que deberá ser del mismo diámetro que la cañería de la cañería de seguridad de alimentación, por la que se efectúa la descarga de aire a la atmósfera. El caño termina en un codo abierto e invertido (fig. 4-IX). → Cálculo de la capacidad del tanque de expansión: La misma debe ser el doble de la necesaria para contener el aumento por la dilatación del agua. Sin embargo, dicho tanque no sólo cumple con función de expansión, sino también la de carga de agua del sistema. Por tal motivo, para el cálculo se puede emplear la fórmula práctica, que siempre ha dado resultados satisfactorios:

→ Forma de disponer las cañerías.p.158: La distribución de cañerías que vincula las unidades pueden ser del tipo bitubular o monotubular, como se puede apreciar en la figura 7-IX. La instalación bitubular cuanta con dos cañerías, una de alimentación y otra de retorno, mientras que la monotubular cuenta con una sola cañería, conectándose los artefactos prácticamente en serie.

Se desarrollará solo instalación bitubular inferior ya que es la que efectuamos en la catedra. En esta disposición la cañería de distribución se encuentra en las losas de los sótanos y de ellas se derivan los distintos montantes.

La alimentación de agua se produce desde abajo hacia arriba, debiendo preverse la eliminación del aire (fig. 9-IX).

→ Principios básicos en el montaje de cañerías.p.161: En el proyecto de las redes de cañerías de agua deben tenerse en cuenta estos dos aspectos fundamentales. 1. Adecuadas pendientes para la eliminación del aire. 2. Posibilidad de vaciado de todas las cañerías por gravitación desde la parte inferior de la instalación. 1. Eliminación de aire: Debe estudiarse una manera correcta de eliminar el aire contenido en la instalación, especialmente al procederse a su llenado, en la generalidad de los casos, desde el tanque de expansión. Puede quedar en la red de cañerías o en alguna parte de la instalación aire acumulado que no se puede eliminar y dificulta la circulación del agua. Si la pendiente no fuera la adecuada como en la figura 15-IX-B, el agua al avanzar por las dos cañerías en el proceso de llenado, encerraría aire, formando una bolsa que dificulta el funcionamiento de la instalación. Otro ejemplo sería el de la conexión errónea de un radiador que acumularía el aire anulando el funcionamiento de este (ver fig. 15-IX-A).

Se podría solucionar el problema colocando cañerías de desaire o trampas manuales de desaire o grifos de purga en la unidad terminal, pero no son soluciones técnicamente correctas (ver fig. 15-IXD y E).

En general, como el aire, por ser más liviano, tiende a ocupar la parte más alta de la instalación, se utiliza el tanque de expansión como respiradero general del sistema. 2. Vaciado de la instalación: Debe cuidarse en el montaje dar a las cañerías las pendientes adecuadas para que el vaciado se produzca por gravitación desde la parte inferior de la instalación. De no ser así, se formarían bolsas de agua en el vaciado que no podrían eliminarse.

Un ejemplo es el caso de distribución inferior, en la que, si bien desde el punto de vista de la eliminación del aire no existirían problemas, no ocurre así en el caso de vaciado, en la que no se elimina el agua de la cañería horizontal. No existen requisitos especiales en cuanto a las pendientes de las cañerías, salvo que sean las necesarias y suficientes como para producir el vaciado (ver fig. 15-IX.C).

→ Ubicación de la bomba circuladora de agua.p.162: La bomba circuladora no puede instalarse en ningún punto del circuito de seguridad, sino antes o después, en un punto A o B, en la figura 16-IX, porque ambas cañerías no pueden tener estrechamientos.

En general, puede montarse la bomba en la cañería de alimentación o de retorno, siempre que no se produzca depresión en punto alguno de la red de cañerías. Si, por ejemplo, hay alguna unidad terminal en depresión, podría entrar aire a través del prensaestopa de la llave de regulación, causando problemas en la circulación. Esto se produce cuando se coloca la bomba en el retorno, por lo tanto, la bomba sólo se puede colocar en el circuito de retorno cuando el recipiente de expansión está con respecto a la unidad terminal más elevada a una altura mayor que la presión que origina la bomba (ver fig. 17-IX).

En la mayoría de los edificios esa altura es de alrededor de 3 a 5 m, valores que suelen ser superiores a las presiones usuales de bombas de calefacción. (II) Según la presión que deben soportar. a) Instalaciones de baja presión.p.164: Son las que se han detallado precedentemente; se las denomina de vaso abierto porque quedan en comunicación con la atmósfera, manteniéndose la presión atmosférica constante dentro de la instalación. El agua a presión normal pasa al estado de vapor a los 100ºC, por lo que en todas estas instalaciones se suele trabajar con temperaturas de agua a 90ºC, a fin de tener un remanente para evitar que pueda formarse vapor en la instalación. b) Instalaciones de media y alta presión: Se llaman también instalaciones por agua sobrecalentada. En media presión se trabaja con agua a 120ºC (hasta 3 atm) y en alta presión a temperaturas de 150 a 160ºC (hasta 7 atm).

→ Cálculo de cañerías de calefacción.p.165: Al efectuar el análisis del escurrimiento del agua por las cañerías, el diámetro de los tramos que comprende la instalación se establece mediante un gráfico que permite su determinación, sobre la base del caudal de agua circundante en litros/horas y la pérdida de carga o gradiente R en mmca/m, que se supone constante. El caudal surge de la fórmula:

El gradiente R se supone constante y se lo determina en el grafico 18-V, sobre la base de una velocidad máxima del agua en la red; esta velocidad máxima a la salida de la bomba circuladora se fija para estas instalaciones en 0,4 a 0,8 m/seg (nosotros adoptamos 0,5), con el fin de lograr una circulación lo suficientemente rápida pero que no origine ruidos ni erosión en la red, sin causar, además, pérdidas excesivas que darían bombas con mucha presión. Por tal motivo, entonces, con el caudal máximo de la red (QT/10), que es el caudal de la bomba y su velocidad de salida determinamos el R cte. y se obtienen con el mismo gráfico los distintos diámetros tentativos de las cañerías. Para la determinación de la contrapresión de la bomba se emplea la siguiente ecuación (p.85 MC): [𝑯 = (𝟐 ∑ 𝒍 + 𝒁) 𝑹]

Luego de buscar una bomba en catalogo que satisfaga el C y H, tenemos que verificarla, para ello hay que satisfacer la siguiente ecuación:

El Z y las longitudes equivalentes se determinan con la tabla 4.3. Luego, se pueden redimensionar las cañerías con sus respectivos R reales para aproximarse a la anterior igualdad. Pero si o si el primer H debe ser mayor o igual al segundo H. → Características de las cañerías.p.76: Las cañerías que se utilizan en instalaciones comunes son de hierro negro. Las hay sin costura, de muy poco uso, que algunos pliegos piden para sistemas de muy elevada presión. Sin embargo, su empleo actualmente no se justifica dado que la industria nacional logra producir cañerías con costura capaz de soportar elevadas presiones sin ningún problema. Los diámetros de las cañerías que se usan van desde los 13 mm en adelante y son de dos tipos común y reforzada. La utilización de las reforzadas es recomendable. El montaje y unión de las cañerías, en obra, se realiza de dos maneras: i. Mediante roscado. ii. Mediante soldadura. Otros materiales que se pueden emplear son: latón, bronce, cobre e incluso plásticos con tratamie...