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DISTRIBUCION DE AGUA EN INSTALACIONES DE A.A.

1.- Introducción

El agua, en estado puro o con aditivos se emplea como fluido caloportador para transportar la energía térmica.

La ventaja del agua respecto del aire está en el mayor calor que es capaz de transportar por unidad de volumen.

Densidad, ρ, Peso específico, γ, Presión (absoluta, relativa, atmosférica), Altura (geométrica, manométrica, aspiración, impulsión), Pérdidas de carga, …

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2.- Bombas centrífugas (I)

La misión es provocar el movimiento del agua por la instalación, venciendo las resistencias que impone el circuito hidráulico al paso del agua, mediante la aplicación de una energía.

Existen principalmente dos tipos de bombas:

•De desplazamiento positivo: de embolo, rotativas y de tornillo.

•Centrífugas; son las empleadas en los sistemas de climatización, calefacción o refrigeración; producen un flujo continuo de agua; el par de arranque es pequeño, lo que hace fácil su accionamiento.Características: caudal (m3/h o l/h), la presión suministrada o altura h, la altura de aspiración, la potencia consumida y la presión máxima que puede soportar.

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2.- Bombas centrífugas (II)

Ventajas: de sencilla construcción, no requieren tolerancias estrictas, no necesitan válvulas, no tienen movimientos alternativos, compacta y poco peso, de vida prolongada y fácil mantenimiento.

Como inconvenientes tiene que presenta bajos rendimientos con caudales pequeños; y no se autoceban.

Las partes de la bomba son:•El rodete.•Aspiración.•Carcasa o voluta., puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos).•Empaquetaduras y cierres mecánicos.

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2.- Bombas centrífugas (III)

Existen bombas de rotor húmedo (sin mantenimiento, menos ruido, peor rendimiento y para circuitos abiertos) y de rotor seco.

Se llama bomba multifase o multietapa a las bombas que tienen varios rodetes encerrados en una única carcasa.

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3.- Cavitación

NPSH requerida: es una característica de la bomba

NPSH disponible: es una característica del circuito de aspiración, debe superar al requerido en un orden de 0,5m.

Es la vaporización del agua dentro de la bomba por efecto de la depresión interior creada en la entrada de la misma; debe evitarse por ser fuente de ruidos y provocar el desgaste de las piezas por la vibraciones y por el golpeo; hay mayor peligro cuando se trabaja con agua caliente.

Las bombas centrífugas tienen una altura de aspiración limitada; se llama NPSH: altura neta de succión positiva: es la presión mínima por debajo de la cual se produce cavitación en la bomba, existen dos NPSH:

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4.- Leyes de semejanza

Al variar la velocidad de giro (n) aumentan o disminuyen el caudal proporcionalmente, y la presión proporcionalmente a n2.

La potencia empleada es proporcional a n3.

Al variar el diámetro del rodete, varían el caudal y la presión proporcionalmente.

Variando la anchura del rodete, varía el caudal proporcionalmente.

Variando la inclinación o el número de álabes cambia la forma de la curva característica H-Q.

El comportamiento de la bomba se ve afectado por la viscosidad del agua, lo que la hace sensible a la temperatura; al aumentar la viscosidad, disminuye el rendimiento, aumenta la potencia absorbida y disminuye la presión suministrada para un caudal determinado.

1/3

2

11/2

2

1

2

1

2

1

2

1

PabsPabs

PP

QQ

DrodeteDrodeteó

rpmrpm

=

==

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5.- Punto de funcionamiento (I)

El funcionamiento está marcado por la intersección entre la curva de la bomba y la de la tubería, pero si la tubería transporta agua de un depósito de un nivel inferior la curva esta desplazada.

Circuito abierto/cerrado:⇒ P.estática

Variación de la velocidad

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5.- Punto de funcionamiento (II)

Para variar el punto de funcionamiento de la bomba:• Instalando un depósito de acumulación para las puntas de demanda.• Instalando varias bombas en paralelo.• Con un bypass entre la impulsión y la aspiración.• Provocando una pérdida de carga con una

válvula situada en la tubería de impulsión• Variando la velocidad de giro.

Comparando el consumo eléctrico

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5.- Punto de funcionamiento (III)

En las bombas con convertidor electrónico:

•Bypas Pto1 al Pto 2

•Convertidor Pto 1 al Pto 3

Regulación con presión variable

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6.- Acoplamiento (I)

Acoplamiento de bombas en paralelo, para cada altura conseguida el caudal es la suma de los caudales de todas las bombas acopladas.

Hay que colocar una válvula antiretorno en cada una de las bombas.

Si las bombas son distintas pueden suceder situaciones no deseables.

Acoplamiento de bombas en serie para cada caudal suministrado la altura es la suma de la conseguida por cada una de las bombas acopladas.

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7.- Montaje e instalación

•Lugar accesible•Fácil aspiración•Cebado, válvulas de pie de pozo•Alineación•Uniones flexibles•Válvulas de retención•Conos difusores•Elementos de medida

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8.- Selección

Curvas del fabricante:

Gráfico de selección rápida

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9.- Tuberías de agua (I)

Usualmente, la instalación de tuberías es bitubular.El caudal a circular por cada elemento depende de la potencia calorífica, del calor específico del fluido caloportador y de las temperaturas de entrada y salida del agua.

)C)(ºTsTi()kgCº/kWh(Ce)kW(P)h/kg(Q

−=

La velocidad del agua recomendable es del orden de 2 m/seg.

Las tuberías deben estar aisladas, las pérdidas térmicas máximas no deben ser superiores al 5% de la potencia útil instalada.

Hay que tener en cuenta es la dilatación o contracción que sufren las tuberías por efecto de la diferencia de temperatura del agua.

∆L = L x α x ∆t

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9.- Tuberías de agua (II)

Existen dos tipos de perdidas de carga:– Pérdidas de carga estáticas; definida por la altura geométrica del

circuito; en circuitos cerrados no ha de tenerse en cuenta.– Pérdidas de carga dinámicas, producidas por el rozamiento del agua en

las tuberías al moverse a través de ellas; la fórmula que lo expresa es:ϕ es el coeficiente de rozamiento del tuboV es la velocidad del agua en m/segPe es el peso específico del aguaL es la longitud equivalente del tubo en metrosg es la fuerza de la gravedadD es el diámetro interior del tubo en m

Dxgx2LxPexVxp

2

ϕ=∆

– Las pérdidas de carga dinámicas accidentales son las que tiene lugar en los elementos de la instalación: baterías, válvulas, codos …

10,840,7

0,260,20,15

0,410,30,22

0,430,380,31

2550100

T rama derivación

T rama alineadaCurva 90ºCodo 90ºDiámetro

mm

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9.- Tuberías de agua (III)

El método usual para las pérdidas en tuberías es el gráfico.– Fluido– Tª fluido– Material tubo

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10.- Otros elementos del circuito (I)

Debe diseñarse un sistema de llenado y vaciado.

Deben instalarse válvulas de cierre antes y después de cada elemento.

BuenaBuenaBuenaMachoMuy buenaMuy buenaBuenaComp. asientos oblicuos

BuenaMuy buenaBuenaComp. ajuste mecánicoBuenaMuy buenaBuenaComp. libre dilatación

Muy buenaRegularMuy buenaAsientoDuraciónPér. cargaEstanquidadTipo de Válvula

La capacidad de regulaciónde las válvulas es la variación de la pérdida de carga y del caudal en función de su apertura.

%100%x

x KKk =

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10.- Otros elementos (II)

Combinar la característica de las válvulas y las de los elementos que controlan

Válvulas de 3 vías:– Mezcladoras (Q cte, T var)– Desviadoras (Q var, T cte)Mejor V. 2 vías (Q var, T cte)

Válvula de seguridad para evitar sobrepresiones.

Evitar bolsas de aire, pendientes del 0,2% e instalar purgadores.

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10.- Otros elementos (III)

Deben instalarse filtros de malla a la entrada de elementos.

Colocar elementos de medida de presión y de temperatura.

Las tuberías irán aislada, evitar pérdidas térmicas, condensaciones y quemaduras.

Se debe instalar de un sistema de protección contra la no circulación de agua para evitar las congelaciones del agua en las enfriadoras o lastemperaturas excesivas en las calderas.

Instalar dispositivos antivibratorios antes y después de la bomba.

Depósito de expansión para absorber las dilataciones del agua.

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11.- Colectores (I)

Colectores de:– impulsión – retorno

Solución: bypas, doble circulación, desacoplador, o un único colector

Posible problema si control con V3 vías, se puede generar circulación inversa por mayor presión en un circuito que de otro

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12.- Equilibrado hidráulico (I)

Cuando existen diversos circuitos hidráulicos en paralelo, para que el caudal se reparta según las condiciones de diseño, estos han de estar equilibrados.

El circuito hidráulico tiene que garantizar el caudal mínimo por los grupos térmicos y que en las unidades terminales está disponible como mínimo el caudal nominal.

En las instalaciones de calefacción con retorno invertido, pero no suele ser válido para climatización, ya que los distintos circuitos hidráulicos suelen ser muy diferentes entre sí, y no tienen la demanda nominal al mismo tiempo.

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12.- Equilibrado hidráulico (II)

Se divide el circuito en varios subcircuitos, equilibrándose primero cada subcircuito, para finalmente equilibrar la instalación.

Para conseguir el caudal son necesarias válvulas de equilibrado y válvulas de regulación de presión diferencial.

Cuando se modifica o cierra el caudal de un circuito se desajustan los caudales de los demás circuitos que están en paralelo con él; las válvulas equilibradoras autoajustan su posición para que en estas situaciones no se modifiquen los caudales.

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12.- Equilibrado hidráulico (III)

Métodos para conseguir el equilibrado hidráulico de los circuitos

• El equilibrado proporcional, se miden los caudales con la válvula principal abierta; ajustar la válvula del último terminal, después ajustar la válvula del ante último, pero esto desajusta la del último, que se debe reajustar; se repite el con el resto de las válvulas.

• El método de compensación, no necesita reequilibrados, en primer lugar se ajusta la válvula del último ramal; después se ajusta el ante último ramal; la modificación introducida en el último se ajusta con la válvula principal. El proceso se repite para el resto de los ramales.

• El procedimiento computerizado, se mide el caudal en cada válvula y la presión disponible, después el programa indica la posición que debe tener cada válvula

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13.- Programas informáticos tuberías

Definición de la red Resultados

Definiciones generales

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14.- Programas informáticos bombas

Fluido de trabajoTipo de circuito

Resultados