04 junio 2013

Procedimiento de diseño de sistemas de agua caliente domésticos



El sistema de alimentación de agua doméstica con un depósito por gravedad se presenta en la figura con la que iniciamos este artículo.

Para una operación apropiada del sistema, el depósito se localizará al menos a 10 m sobre el grifo más alto. En edificios altos es necesario usar válvulas reductoras de presión en los suelos más bajos antes de los accesorios.

El volumen del depósito debe ser diseñado para compensar por la capacidad limitada de las líneas de alimentación. El tanque se rellena cuando el consumo de agua caliente y agua fría es inferior que la capacidad de las líneas de alimentación – y el tanque se vacía cuando el consumo es mayor que la capacidad de las líneas de alimentación.

Una desventaja del sistema con tanques de gravedad en la parte superior es el peligro potencial de congelación durante el invierno. Los tanques grandes también influyen en la construcción del edificio.

Suministro de agua doméstica con un depósito presurizado

El sistema de suministro de agua doméstica con un tanque presurizado.



El diseño de un sistema de agua caliente puede realizarse con el siguiente procedimiento:

  1. Determinar la demanda de agua caliente – cantidad y temperatura.
  2. Seleccionar el tipo, capacidad y superficie de calentamiento del acumulador – o intercambiador de calor.
  3. Selección de la caldera.
  4. Diseño del esquema de tuberías y dimensionar tuberías.


Demanda de agua caliente – cantidad y temperatura

La demanda de agua normalmente se suministra a las temperaturas y consumidores a 50 – 60 º C. En cocinas profesionales se requiere una temperatura de 65 ºC para satisfacer normas sanitarias. El agua caliente no se almacenará a temperaturas por debajo de 60 ºC para evitar el riesgo de legionella.

Donde se necesitan temperaturas más bajas por motivos de seguridad la temperatura del agua no excederá 40 – 50 ºC

El agua caliente puede almacenarse a altas temperaturas y reducirse suministrando a la temperatura adecuada mezclándola con agua fría con válvulas mezcladoras. El almacenamiento de agua caliente a temperaturas más altas incrementa la capacidad total del sistema y se reduce la necesidad de volumen de almacenamiento.

La cantidad de agua caliente se determina por número de ocupantes y sus hábitos de consumo.

El tipo, capacidad y superficie de calentamiento del acumulador – o intercambiador de calor

El acumulador de agua caliente reducirá el suministro de calor máximo requerido. La capacidad de suministro de calor a un sistema con acumulador se calculará como:

H = 4.19 V (q2 - q1) / t
Donde:

  • H = Capacidad de suministro de calor (kW)
  • V = Volumen del acumulador almacenado (litros)
  • q1 = Temperatura del agua fría (ºC)
  •  q2 = Temperatura del agua caliente (ºC)
  • t = Tiempo disponible para que el volumen acumulado se caliente (seg)

La ecuación anterior puede modificarse para expresar el volumen acumulado caliente si la capacidad de suministro caliente si la capacidad de suministro de calor y el tiempo disponible de calentamiento se conoce:

V = Ha ta / 4.19 (q2 - q1)
Donde:
  • Ha = Suministro de calor disponible (kW)
  • ta = Tiempo de calentamiento disponible (seg).

Con un calentador instantáneo sin acumulador de acumulación el suministro de calor puede calcularse como:

H = 4.19 v (q2 - q1)
Donde:

v = Caudal volumétrico requerido (l/s)
La superficie de calentamiento requerido en el intercambiador de calor puede calcularse como:

A = 1000 H / k qm
Donde:

A = Superficie de calentamiento (m2)
H = Tasa de calentamiento (kW)
k = Coeficiente de transmisión de calor total (W/m2K)
qm = Diferencia de temperatura media logarítmica (K)

El coeficiente de transmisión de calor depende del material y construcción del acumulador.

La caldera

La caldera con la capacidad correcta debe ser seleccionado de los catálogos del fabricante donde:
Capacidad de la caldera = Capacidad de calentamiento del acumulador + margen de seguridad (normalmente 10 – 20 %)

Diseño del esquema de tuberías y dimensionado de tuberías

El flujo de volumen máximo a través de tuberías de conexión a accesorios y otro equipo se determina por la máxima demanda de cada consumidor o accesorio.

El máximo caudal volumétrico a través de tuberías viene determinado por la máxima demanda de los accesorios y la demanda estadística basada en el número y tipos de accesorios y equipos suministrados.

Diámetro nominal
Máximo número de tuberías servidas
Caudal de tuberías
Tuberías de retorno
in
Tuberías de acero
(mm)
Tuberías de cobre
(mm)
Altura de hasta 20 m
(70 ft)
Altura sobre 20 m
(70 ft)
1/2
15
15
1
1 - 2
1 - 8
3/4
20
22
2 - 4
3 - 9
9 - 29
1
25
28
5 - 8
10 - 19
30 - 66
1 1/4
32
35
9 - 24
20 - 49
67 - 169
1 1/2
40
42
25 - 49
50 - 79
170 - 350
2
50
54
50 - 99
80 - 153
2 1/2
65
67
100 - 200
154 - 300



Bibliografía:


Engieeringtoolbox


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