14 - cálculo de instalación de calefaccion bitubular
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Profesor: Dr. Julián Domene García
4º C
Instalaciones II
C UR
S O 1 1 -1 2 DISEÑO Y CÁLCULO DE LA
INSTALACIÓN DECALEFACCIÓN PARA UNA
VIVIENDA ENBENALUA DE GUADIX
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Resumen de las pérdidas totales en la vivienda:
SUMA TOTAL 10.115 W
Local QSI Infiltraciones QT
Salón 3.757 472 4.229
Baño 239 22
261
Cocina 678 56
734
Dormitorio 1 735 127
862
Dormitorio 2 993 213
1.206
Dormitorio 3 604 53
657
Dormitorio 4 991 278 1.269
Vestíbulo 787
110
897
Pérdidas totales= pérdidas por transmisión + pérdidas por infiltraciones:
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Con estos valores, se tendrá que hallar elmodelo de radiador idóneo para suministrar ésta potencia en las condiciones establecidas.
Los radiadores se montan en la vivienda
completamente exentos, debajo de lasventanas, con lo cual el rendimiento de losmismos será el máximo, es decir el 100 %.
SELECCIÓN DE LOS RADIADORES
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SELECCIÓN DE LOS RADIADORES
Los valores expuestos en la tabla siguiente, estáncalculados para salto térmico de 60º C,
correspondientes a la antigua norma UNE 9015,sustituida por la norma europea UNE-EN 442,después de la entrada en vigor del RITE, en la cualsu valor es de 50º C. Encontrando la diferencia
posteriormente.
Los radiadores se han elegido del
catálogo general de la marca comercial“Roca”. [email protected]
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TEMA 7
1. Salón comedor:
Pérdidas 4.229 W = 3.636 Kcal/h1 radiador
2 radiadores
Cálculo de los radiadores
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TEMA 7 Pérdidas Salón = 4.229 W = 3.636 kcal/h
2 Radiadores Dubal 70, Emisión = 1.196,3x2 = 2.392,6 kcal/h
Con 7 elementos cada uno
1 Radiador Dubal 30, de 1.273,5 Kcal/hCon 15 elementos
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TEMA 7
1. Salón comedor:
Pérdidas 4.229 W = 3.636 Kcal/h1 radiador 1.273 Kcal/h
2 radiadores 2.393 Kcal/h
SUMA 3.666 Kcal/h
Cálculo de los radiadores
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EJEMPLO DE CÁLCULO
9
1
2 3
45
67
8 9
10
11
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Local W Kcal/h Nº Radiador Elementos Emisión
calorífica
Salón 4.229 3.6361
2 y 3
Dubal 30
2xDubal 70
15
2x7
1.273
2x1.196
Baño 261 224 4 Dubal 30 3 255
Cocina 734 631 5 Dubal 45 6 677
Dormitorio 1 862 741 6 Dubal 60 6 886
Dormitorio 2 1.206 1.037 7 Dubal 70 7 1.196
Dormitorio 3 657 565 8 Dubal 45 6 677
Dormitorio 4 1.269 1.091 9 Dubal 70 7 1.196
Vestíbulo 897 771 10 y 11 Dubal 45
Dubal 30
4
4
451
340
10.115 8.697 72 9.343
De la misma manera y resumiendo:
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Queda definido el caudal de agua que circula por el dispositivoemisor, como:
C = Q/cxΔt
En la que:
C = caudal másico de agua que circula por el emisor en kg/s.
Q = potencia calorífica en W
Δt = diferencia temperatura de entrada y salida del emisor
C = calor específico del agua 4.185 J (kg ºC)
Se toma como base para el cálculo una diferencia de 20ºC
Con lo que en el salón-comedor:
C = 3.636/4.185x20 = 0,043kg/s
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El resto de valores:
Local W Kcal/h Nº Radiador Elementos Emisión
calorífica Caudal
Salón 4.229 3.6361
2 y 3
Dubal 30
2xDubal 70
15
2x7
1.273
2x1.196 0,043
Baño 261 224 4 Dubal 30 3 255 0,003
Cocina 734 631 5 Dubal 45 6 677 0,009
Dormitorio 1 862 741 6 Dubal 60 6 886 0,01
Dormitorio 2 1.206 1.037 7 Dubal 70 7 1.196 0,014
Dormitorio 3 657 565 8 Dubal 45 6 677 0,008
Dormitorio 4 1.269 1.091 9 Dubal 70 7 1.196 0,015
Vestíbulo 897 771 10 y 11 Dubal 45
Dubal 30
4
4
451
340
0,011
10.115 8.697 72 9.343 0,113
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Ésta es sustituida por la norma europea UNE-EN442, después de la entrada en vigor del RITE, enla cual su valor es de 50º C. Encontrando ladiferencia posteriormente.
Los valores expuestos en la tabla siguiente, estáncalculados para salto térmico de 60º C,
correspondientes a la antigua norma UNE 9015.
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TEMA 7 Pérdidas Salón = 4.229 W = 3.636 kcal/h
2 Radiadores Dubal 70, Emisión = 1.191,3x2 = 2.382,6 kcal/h
Con 10 elementos cada uno
1 Radiador Dubal 30, de 1.283,4 Kcal/hCon 18 elementos
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Comparación entre las normas UNE 9015 y UNE-EN 442- Radiadores
Norma UNE9015 (60ºC)
Norma UNE 442(50ºC)
Local W Kcal/h Nº Radiador Elementos Emisión
calorífica Radiador Elementos
Emisióncalorífica
Salón 4.229 3.6361
2 y 3
Dubal 30
2xDubal 70
15
2x7
1.273
2x1.196Dubal 30
2xDubal 70
18
2x10
1.283
2x1.191
Baño 261 224 4 Dubal 30 3 255 Dubal 30 4 285
Cocina 734 631 5 Dubal 45 6 677 Dubal 45 8 635
Dormitorio 1 862 741 6 Dubal 60 6 886 Dubal 60 8 831
Dormitorio 2 1.206 1.037 7 Dubal 70 7 1.196 Dubal 70 10 1.191
Dormitorio 3 657 565 8 Dubal 45 6 677 Dubal 45 8 635
Dormitorio 4 1.269 1.091 9 Dubal 70 7 1.196 Dubal 70 10 1.191
Vestíbulo 897 771 10 y 11 Dubal 45
Dubal 30
4
4
451
340
Dubal 45
Dubal 30
6
5
477
356
10.115 8.697 72 9.343 87 9.266
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Como se aprecia la aplicación del salto térmicode la UNE-EN 442 (10º) supone un aumento del
doble en lo referente al gasto, y por lo tantoconlleva un sobredimensionamiento de lastuberías.
En cuanto a los caudales:
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Comparación entre las normas UNE 9015 y UNE-EN 442CAUDALES
Norma UNE9015 (60ºC)
Norma UNE 442(50ºC)
Local W Kcal/h Nº Elemento
sEmisióncalorífica Caudal Elementos
Emisióncalorífica Caudal
Salón 4.229 3.6361
2 y 3
15
2x7
1.273
2x1.196 0,043 18
2x10
1.283
2x1.191 0,086
Baño 261 224 4 3 255 0,003 4 285 0,006
Cocina 734 631 5 6 677 0,009 8 635 0,018
Dormitorio 1 862 741 6 6 886 0,01 8 831 0,02
Dormitorio 2 1.206 1.037 7 7 1.196 0,014 10 1.191 0,028
Dormitorio 3 657 565 8 6 677 0,008 8 635 0,016
Dormitorio 4 1.269 1.091 9 7 1.196 0,015 10 1.191 0,030
Vestíbulo 897 771 10 y 11 4
4
451
340 0,011
6
5
477
356 0,022
10.115 8.697 72 9.343 0,113 87 9.266 0,226
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Distribución instalación tuberías
18A
B
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RED HIDRÁULICA DE CALEFACCIÓN
DISTRIBUCIÓN
RAMAL 1
RAMAL 2
AB
C D E F
G H I J K
RAD 1Comedor-Estar
RAD 2
Comedor-Estar
RAD 3
Comedor-Estar
RAD 4
Baño
RAD 5
Cocina
RAD 6Dormitorio 1
RAD 7Dormitorio 2
RAD 8Dormitorio 3
RAD 9Dormitorio 4
RAD 10Pasillo
RAD 11Vestíbulo
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DISEÑO DE LA RED DE TUBERIAS
Norma UNE9015 (60ºC)
Norma UNE 442(50ºC)
Nº Elementos Caudal Elementos Caudal (kg/s)
1
2 y 3
15
2x7 0,043 18
2x10 0,086
4 3 0,003 4 0,006
5 6 0,009 8 0,018
6 6 0,01 8 0,02
7 7 0,014 10 0,028
8 6 0,008 8 0,016
9 7 0,015 10 0,030
10 y 11 4
4 0,011
6
5 0,022
72 0,113 87 0,226
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DISEÑO DE LA RED DE TUBERIAS
Norma UNE 442(50ºC)
Nº Elementos Caudal (kg/s) Kg/h l/h
1
2 y 3
18
2x10 0,086 310
4 4 0,006 21,6
5 8 0,018 64,8
6 8 0,02 72,0
7 10 0,028 100,8
8 8 0,016 54,1
9 10 0,030 108,0
10 y 11 6
5 0,022 79,2
87 0,226 810,5 810
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DISEÑO DE LA RED DE TUBERIAS
Caudal total: 426,9 + 383,6 = 810,5
Ramal 1 Kg/h l/h Ramal 2 l/h l/h
2 100 1 110 110
3 100 200 11 36,2 146,2
5 64,8 264,8 6 72 218,2
8 54,1 318,9 10 43 261,2
9 108 426,9 4 21,6 282,8
7 100,8 383,6
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RED HIDRÁULICA DE CALEFACCIÓN
CAUDALES
RAMAL 1
RAMAL 2
AB
C D E F
G H I J K
RAD 1Comedor-Estar
RAD 2
Comedor-Estar
RAD 3
Comedor-Estar
RAD 4
Baño
RAD 5
Cocina
RAD 6Dormitorio 1
RAD 7Dormitorio 2
RAD 8Dormitorio 3
RAD 9Dormitorio 4
RAD 10Pasillo
RAD 11Vestíbulo
810,5
426,9
383,6
108
318,9
54,1
264,8
64,8
200
100
100
100,8
282,8
21,6
261,2
43
218,272
146,2
36,2
110
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CÁLCULO DE LA RED HIDRÁULICA DECALEFACCIÓN
Se utilizará tubería de cobre para la ejecución del circuito detuberías.
El cálculo se efectuará tratando de minimizar las pérdidas de carga
Aunque la normativa prevé que éstas no superen los 40mmcda/m, usualmente se trabaja con pérdidas entre 12 y
16 mmcda/m. Sin sobrepasar los 20.Por lo tanto, en nuestro caso se elegirán diámetrossuficientemente grandes para que esto ocurra.
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Podemos encontrar los diámetros en el ábaco
correspondiente a las tuberías de cobre, teniendo en cuentaasí mismo la velocidad del agua, que según el RITE, nodebe pasar de 0,5 m/s en los montantes y 1,5 en losdistribuidores.
NOTA:
El anterior reglamento, recomendaba que la pérdida de carga fuera inferior a 40 mmcdapor metro, y la velocidad de 2 m/s en locales habitados y 3 en tuberías enterradas.
CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS
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DISEÑO DE LA RED DE TUBERIAS- RAMAL - 1
Norma UNE 442(50ºC)
Tramo l/h l/m
A-B 810 13,5
B-C 426 7,1
C-D 318 5,3
D-E 265 4,4
E-F 200 3,3
F-1 100 1,6
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13,5 l/m
V=1 m/s
TRAMO A-B
Diámetro interior 20 mm (Tubo de cobre de 22x1)
Pérdidas de carga 20 mmcda/m
V=0,65 m/s
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En el punto B, la tubería se bifurca en dos ramales, uno para lateral de lavivienda, siendo:
Tramo Q D V
Pérdida de
carga
unitaria
L
A-B l/m mm m/s Mmcda/m m
13,5 20 0,65 20 7,1
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Tramo Q D V
Pérdida de
cargaunitaria L
A-B 13,5 20 0,65 20 7,1
B-C 7,1 16,5 0,38 14 0,65
C-D 5,3 14,5 0,37 14 4,15D-E 4,4 14,5 0,33 12 7,95
E-F 3,3 14,5 0,25 7 1,25
F-2 1,6 10,5 0,23 9,5 6,3
C-9 10,5 0,22 8 2,4D-8 10,5 0,20 9 2,66
E-5 8,5 0,20 9 1,77
F-3 10,5 0,23 9,5 1,77
RAMAL 1
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Tramo L D V
Pérdida
de carga
unitaria
B-G 4,65 16,5 0,33 10G-H 3,05 14,5 0,33 12
H-I 1 14,5 0,28 9
I-J 0,95 14,5 0,25 7
J-K 4,85 12,5 0,23 7G-7 2,96 10,5 0,2 7
H-4 3,61 8,5 0,1 2,5
I-10 1,92 8,5 0,11 3
J-6 5,96 10,5 0,16 4,3K-11 2,66 8,5 0,14 4,5
K-1 13,70 10,50 0,24 10
RAMAL 2
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RED HIDRÁULICA DE CALEFACCIÓN
DIAMETRO TUBERIAS
RAMAL 1
RAMAL 1
AB
C D E F
G H I J K
RAD 1Comedor-Estar
RAD 2
Comedor-Estar
RAD 3
Comedor-Estar
RAD 4
Baño
RAD 5
Cocina
RAD 6Dormitorio 1
RAD 7Dormitorio 2
RAD 8Dormitorio 3
RAD 9Dormitorio 4
RAD 10Pasillo
RAD 11Vestíbulo
20 mm
16,5
16,5
10,5
14,5
8,5
14,5
8,5
14,5
10,5
10,5
10,5
14,5
8,5
14,5
8,5
10,5
12,5
8,5
10,5
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El paso siguiente consistirá en mostrar de que forma puede estimarsela pérdida de carga principal (únicamente de los tramos rectos de las
tuberías) de la línea de alimentación de los radiadores.
Pérdidas de carga principales
Se tendrá que determinar qué circuito es el que genera una mayor resistencia al paso del líquido.
Parece lógico que será el de mayor longitud, en nuestro caso setratará del ramal II.
El circuito hidráulico completo, con la línea de retorno, se puede ver en el siguiente esquema:
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Pérdidas de carga principales
RAMAL 1
RAMAL 2
RadiadorDormitorio 2
RadiadorBaño
RadiadorPasillo
RadiadorDormitorio 1
RadiadorVestíbulo
RadiadorComedor-Estar
CALDERAA A’
B
B’
GHIJK
111 6 10 4 7
1.480 555 966
415 332
1.385
5.133 W
2.035 3.0013.416
3.748
Potencia calorífica 10.776 W
Para estimar las pérdidas de cargaprincipales se confecciona la tablasiguiente
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Pérdidas de carga principales
Datos de los planos de tuberías Cálculos hidráulicos
Capacidad delramal
Caudal deagua
Longitud deltramo
Diámetro Velocidad
del fluidoPérdida de
carga unitariaPérdida de
carga del tramo
C L D V Hf/L hf
Tramo W Kg/h M mm m/s mmcda mmcda
AB 10.776 810 7,1 20 0,47 15 107,7
BG 5.133 383,6 4,65 16,5 0,33 10 46,5
GH 3.748 282,8 3,05 14,5 0,33 12 36,6
HI 3.416 261,2 1 14,5 0,28 9 9
IJ 3.001 218,2 0,95 14,5 0,25 7 6,7
JK 2.035 146,2 4,85 12,5 0,23 7 34
K1 1.480 110 13,7 10,5 0,24 10 137
Pérdidas de carga debidas a la longitud de la tuberia de ida (sin accesorios) 337,5
Las perdidas de carga debidas a la longitud de la tubería de ida más larga (ramal 2) sin tener encuenta la existencia de resistencias aisladas (accesorios) son de 337,5 mmca
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Sabiendo que las pérdidas de carga originadas por codos, llaves,radiadores, válvulas, etc., suponen aproximadamente del 30 al 50 % delas pérdidas totales, que son las que deberá vencer la bomba,sirviéndonos para su cálculo.
En nuestro caso serán:
337,5 x 0,50 = 169 mmcda
Pérdidas de carga secundarias
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Serán la suma de las calculadas, principales y secundarias, de talforma que:
337,5 + 169 = 506,5 mmcda
Pérdidas de carga totales
Cál l d l b b l d
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Según el caudal calculado de 6,4 l/m,equivalente a 0,38 m³/h y una pérdida de
carga total de 5,06 mcda, según las curvasde caudal presión de Roca:
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Cálculo de la bomba aceleradora
Cál l d l b b l d
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Cálculo de la bomba aceleradora
0,38 m³/h
5,06 mcda
PC-1055
7,6
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Actualmente la bomba de circulación se encuentra, lamayor parte de veces instalada en el conjunto de lacaldera. Por esto el fabricante, que conoce ésta, decide sutipo y características.
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La potencia de la caldera o calderas, debe ser capaz desuministrar la debida a la calefacción y la necesaria para ACS,siempre que el grupo térmico mixto sea inferior a 70 KW.
álculo de la caldera y el quemador
Será la necesaria para contrarrestar las pérdidas de calor através de los elementos constructivos, el aire de renovacióndebido a la infiltración e incluso la pérdida de calor disipada enlas tuberías.
La Directiva Europea 92/42/CEE, exige que los generadorestengan un rendimiento mínimo en función de su potencia útil ysegún el tipo de combustible. RD 275/1995.
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álculo de la caldera y el quemador
El cálculo de la caldera se realiza:
Potencia total demandada = QT=(ΣQ1+ΣQ2)xA
Q1=potencia calculada en radiadores (kcal/h)
Q2=potencia disipada en tuberías
A=aumento de inercia de valor 1,2
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En nuestro caso:
Potencia calculada radiadores = 9.266 w = 9,26 kwPotencia total = (9,26/0,95) 1,2 = 11,64 kW.
Se adoptará una caldera tipo Lidia, modelo Lidia 20 GT, de Roca.Grupo térmico de fundición, para instalaciones de calefacciónpor agua caliente hasta 4 bar y 100º C.
De 15000 kcal/h (17,4 kW), y resto de características que sepueden observar en:
álculo de la caldera y el quemador
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En cuanto al quemador, igual que la bomba, el fabricante, por conocer las características de la caldera, procede a la seleccióndel mismo. En nuestro caso un quemador de gasoil Neotronic y
kadet-tronic, modelo , 2RS-L, integrado en el conjunto.
álculo del quemador
Cumplirá lo establecido en la IT correspondiente, en cuanto a suregulación. Básicamente se elige en función de la longitud yanchura de la llama.
El consumo horario de combustible viene expresado por laexpresión:
Q = Qt/Pci x µ [email protected]
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Se deben cumplir una serie de consideraciones con estoselementos:
Es recomendable un vaso de expansión por caldera
La alimentación del agua al sistema no puede realizarse conuna conexión directa a la red de distribución urbana. Se debehacer preferiblemente por el vaso.
No debe existir ningún elemento de corte entre la caldera y elvaso de expansión.
álculo del vaso de expansión
Debe calcularse el contenido de agua de la instalación llena,contando todos los elementos que la componen, radiadores,tuberías y caldera, que junto al factor de dilatación del agua,
nos proporcionará la capacidad del vaso [email protected]
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álculo del vaso de expansión
Si es abierto, se debe calcular según la norma UNE 100155-88.
Su volumen será:
Vv=0,06xVt
Vt, es el volumen total de agua incluyendo el de la tubería deconexión desde la caldera al vaso, que tendrá un diámetro de:
D = 15+1,5√P
P=potencia instalada en kW, en todo caso, D=25 mm (según UNE100157-89)
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En nuestro caso, será un vaso de expansión cerrado,con compresor, con lo cual:
Vu = Vxf d
Vu=volumen útil del vaso
V= Volumen del agua de la instalación
Fd= Factor de dilatación, que en la EN 442, adopta como valor medio la temperatura de 70º C
álculo del vaso de expansión
Dilatación del agua
10 ºC 0,027 %
20 ºC 0,177 %
30 ºC 0,435 %
40 ºC 0,782 %
50 ºC 1,21 %
60 ºC 1,71 %
70 ºC 2,27 %
80 ºC 2,90 %
90 ºC 3,59 %
100 ºC 4,34 % [email protected]
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álculo del vaso de expansión
V, tendrá un valor:
Radiadores: 68 elementos x 0,43 litros + 19x0,36 = 36,08 litros
Caldera: 13 litrosTuberías: 71 m x 0,079 l/m = 5,6 litros ( Según tabla norma UNE-EN1057)
Factor de dilatación: 0,0228 (temperatura 70º C, EN 442).
El volumen del vaso será tan pequeño que:
Se dispondrá de un modelo “vasoflex” de Roca de 8 litros decapacidad, que cumplirá con lo que se necesita.
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La cantidad de agua a evacuar por la válvula de seguridad secalcula:
G = Q/500
G = capacidad de descarga
Q = potencia de la instalación en kcal/h (o en kW)
Válvula de seguridad
La tubería de descarga, la encontramos en la tabla 2 de la normaUNE 100157-89, donde la obtenemos directamente en función de
la potencia de la instalación.
El diámetro mínimo de ésta, será de 20 mm.
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Se calcula para una reserva de un mes, considerando el de Enero. Por medio del métodode los grados-día:
Capacidad depósito combustible
Donde: V=Volumen depósito de combustible
Q=Potencia de la caldera (kcal/h)
G=número de grados-día mes de Enero (UNE 24026)
V=coeficiente de uso
I=coeficiente de intermitencia
R=rendimiento de la instalación=0,85
P=poder calorífico de la unidad de combustible (10500 kcal/kg, para el gasóleo C)
( ) 352
1050085,025
85,01243,2571500024=
⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
=
⋅⋅−
⋅⋅⋅⋅
=
P Rt t
I vGQV ei
Chi
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IT 1.3.4.1.3.1 Evacuación de los productos de lacombustión
Chimenea
La evacuación de los productos de la combustión en
las instalaciones térmicas se realizará de acuerdocon las normas generales expuestas en el párrafoanterior.
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En los edificios de nueva construcción en losque se prevea una instalación térmica, laevacuación de los productos de la
combustión del generador se realizará por unconducto por la cubierta del edificio, en elcaso de instalación centralizada.
Chimenea
Chi
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IT 1.3.4.1.3.2 Diseño y dimensionado de chimeneas
Chimenea
Es válido el dimensionado de las chimeneas de acuerdo a lo
indicado en las normas: UNE-EN 13384-1
UNE-EN 13384-2
UNE 123001, según el caso.
La chimenea será de material resistente a la acción agresiva de los
productos de la combustión y a la temperatura, con la estanquidadadecuada al tipo de generador empleado.
En el caso de chimeneas metálicas la designación según la normaUNE-EN 1856-1 o UNE-EN 1856-2 de la chimenea elegida en cadacaso y para cada aplicación será de acuerdo a lo establecido en lanorma UNE 123001. [email protected]
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Para la evacuación de los productos de lacombustión de calderas, la sección de la chimenea,su material y longitud serán los certificados por elfabricante de la caldera.
Chimenea
Pero conociendo la potencia de la instalación (kcal/h
o kW) así como la altura de la chimenea, la obtencióndel diámetro es inmediata, por medio del diagramacomercial. Siendo éste el procedimiento más seguro.
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Chimenea
La sección de los conductos de humo, secalcula de acuerdo con el volumen de gasesprevisibles, según la expresión de Sander,
con la cual se hacen los ábacoscorrespondientes:
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S = 213 cm²
Sección circular:
213 = 3,14x R² con lo que
R = 8,25 cm
Con estos datos: