Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería en Construcción
“ANTEPROYECTO DE CALEFACCION POR PISO RADIANTE PARA SALON DE EVENTOS DE CENTRO DE FERIAS PARQUE SAVAL”
Tesis para optar al título de: Ingeniero Constructor. Profesor Patrocinante: Sr: Carlos Vergara Muñoz. Ingeniero Civil Mecánico, Magister en Economía y Gestión Regional, Doctor en Economía Aplicada.
RODRIGO ALEJANDRO VILLARRUEL CUEVAS VALDIVIA – CHILE 2010
INDICE GENERAL Contenido
………………………………………………………………………….. Página
Capítulo I.- Introducción.
1
1.1.- Planteamiento del Problema.
1
1.2.- Estado del Arte.
2
1.2.1.- Ventajas del Piso Radiante según Orkli.
4
1.2.2.- Desventajas del Piso Radiante según Orkli.
5
1.3.- Objetivos.
6
1.4.- Metodología.
6
1.5.- Estructura de la Tesis.
6
Capítulo II.- El Piso Radiante.
7
2.1.- Composición del Piso Radiante.
7
2.2.- Características de los Elementos que Componen el Piso Radiante.
8
2.2.1.- Aislamiento.
8
2.2.2.- Tuberías de Polietileno Reticulado.
10
2.2.3.- Banda Perimetral.
13
2.2.4.- Mortero.
14
2.2.5.- Sistema de Distribución.
14
2.2.6.- Sistema de Regulación de Temperatura.
17
2.2.6.1.- Control en función de la temperatura exterior.
17
2.2.6.2.- Control en función de la temperatura interior.
20
2.3.- Modos de Distribución de Tuberías en el Piso.
20
2.4.- Recomendaciones Para la Instalación.
22
2.4.1.- Temperatura del Agua.
22
2.4.2.- Temperatura en la Superficie del Piso.
22
2.4.3.- Juntas de Dilatación.
23
2.4.4.- Prueba de Presión.
23
2.4.5.- Primera Puesta en Marcha.
24
2.4.6.- Equilibrado Hidráulico de los Circuitos.
24
Capítulo III.- Diseño del Piso Radiante Para el Salón de Eventos de Centro de Ferias Parque Saval.
25
3.1.- Características del Salón de Eventos.
25
3.1.1.- Uso del Salón de Eventos.
25
3.1.2.- Descripción del Salón.
25
3.2.- Método de Cálculo de la Instalación.
29
3.2.1.- Método de Cálculo de Carga Térmica.
29
3.2.1.1.- Cálculo de Transmitancia Térmica.
29
3.2.1.2.- Cálculo de Pérdida de Calor por Renovación de Aire.
31
3.2.1.3.- Cálculo de Carga Térmica.
32
3.2.2.- Cálculo de los Paneles Radiantes.
34
3.2.2.1.- Determinación de la Temperatura Superficial del Piso.
34
3.2.2.2.- Formulas Para Calcular la Cantidad de Tubería Pex-A y Cantidad de Serpentines por Circuito.
36
3.2.2.3.- Cálculo de Tubería y Cantidad de Serpentines.
36
3.2.2.4.- Determinación de Separación entre Tuberías.
38
3.2.3.- Cálculo del Arranque y Matrices de Alimentación y Retorno.
39
3.2.4.- Selección de la Bomba de Circulación.
41
3.2.4.1.- Características de la Bomba de Circulación.
42
3.2.5.- Selección de la Caldera.
43
3.2.5.1.- Selección del Quemador.
44
3.2.6.- Circuito de Caldera
46
3.2.6.1.- Circuito Anticondensación
46
3.2.6.2.- Circuito a Serpentines
47
3.2.7.- Cálculo del Estanque de Expansión.
48
3.2.8.- Sistema de Regulación.
50
Capítulo IV.- Estudio Económico
52
4.1.- Inversión.
52
4.1.1.- Costo de los Elementos que Componen el Piso Radiante.
52
4.1.2.- Costo de Aislar Térmicamente el Salón de Eventos.
56
4.1.3.- Costo de Construcción de Sala de Calderas.
57
4.1.4.- Costo Total de la Inversión del Sistema de Calefacción por Piso Radiante.
58
4.2.- Consumo de Combustible por Evento.
58
Capitulo V.- Conclusión.
61
Bibliografía.
63
Anexos. Anexo A. Esquema de Superficies que Componen el Salón.
68
Anexo B. Cálculo de Transmitancia Térmica.
71
Anexo C. Cálculo de Arranque y Matrices de Alimentación y Retorno.
79
Anexo D. Selección de la Bomba de Circulación.
86
Anexo E. Caudal en el Circuito de Caldera.
92
Anexo F. Cálculo de Volumen de Agua en la Instalación.
95
Anexo G. Costos Unitarios.
97
Anexo H. Gráficos de Pérdida de Carga en Tuberías.
104
Anexo I. Especificaciones Técnicas.
106
Anexo J. Planos.
113
INDICE DE FIGURAS
Figura
.......………………………………………………………………………….
Página
N° 1. Curvas de distribución de temperatura según el tipo de calefacción utilizada
3
N° 2. Distribución de temperaturas en edificios altos.
5
N° 3. Composición del piso radiante.
7
N° 4. Placas nopas.
8
N° 5. Composición de tubería pex con barrera anti-oxígeno.
11
N° 6. Modos de extender los rollos de tubería para evitar tensiones.
13
N° 7. Tubos colectores con válvulas termostatizables y reguladores de caudal.
15
N° 8. Purga automática.
16
N° 9. Purga manual.
16
N° 10. Llave de vaciado.
16
N° 11. Curva de trabajo de centralita de regulación TRS20.
18
N° 12. Sonda de Impulsión.
18
N° 13. Esquema de instalación con centralita de regulación.
19
N° 14. Dos circuitos en la misma estancia, el más próximo a los ventanales tiene menor separación entre tubos.
21
N° 15. Circuito con diferencial de emisión térmica.
22
N° 16. Cruce te tubos en juntas de dilatación.
23
N° 17. Radier existente.
26
N° 18. Disposición de elementos en el muro lateral.
26
N° 19. Acceso centro de ferias.
27
N° 20. Vista trasera del salón.
28
N° 21. Cielo Centro de ferias.
28
N° 22. Temperatura del piso en función de su emisividad térmica.
35
N° 23. Distancia entre tuberías en función del salto térmico T* y su emisividad térmica.
39
N° 24. Curva de trabajo bomba de Circulación.
42
N° 25. Esquema de bomba anticondensación.
44
N° 26. Curva de trabajo bomba de anticondensación.
47
N° 27. Circuito de bomba anticondensación y válvula mezcladora de la instalación.
48
N° 28. Esquema de regulación de temperatura ambiente.
51
Figuras en Anexos N° 29. Muros Laterales.
68
N° 30. Acceso.
68
N° 31. Perfil Metálico.
68
N° 32. Muro tipo A.
69
N° 33. Muro tipo B.
69
N° 34. Muro tipo C.
70
N° 35. Radier del salón.
70
N° 36. Diagrama de Caudales en Circuito a Serpentines.
93
N° 37. Esquema Circuito Anticondensación.
94
N° 38. Diagrama de Pérdida de Carga en Tubería Aqualine.
104
N° 39. Diagrama de Pérdida de Carga en Cañerías de Acero.
105
INDICE DE ECUACIONES Ecuación
.......…………………………………………………………………......... Página
[1]. Elementos Simples y Homogéneos.
29
[2]. Elementos Compuestos.
30
[3]. Elementos con cámara de aire no ventilada.
30
[4]. Pérdida de Calor por Renovación de Aire.
31
[5]. Potencia Requerida por la Instalación.
32
[6]. Potencia por Unidad de Superficie Calefactora.
34
[7]. Longitud Total de Tubería.
36
[8]. Cantidad de Serpentines.
36
[9]. Carga Térmica por Circuito.
37
[10]. Salto Térmico entre Temperatura Media del Agua y Temperatura Ambiente.
38
[11]. Caudal de Agua en Cañerías.
40
[12]. Consumo de Combustible del Quemador.
45
[13]. Capacidad de Estanque de Expansión.
48
[14]. Consumo de Combustible por Periodo de Calefacción.
58
[15]. Pérdida de Calor Medio.
59
Ecuaciones en Anexos [16]. Pérdida de Carga en Piezas Especiales.
86
[17]. Velocidad de Escurrimiento.
86
[18]. Ecuación de Continuidad.
92
[19]. Ecuación de la Energía.
92
[20]. Volumen de Agua por Metro Lineal.
95
INDICE DE TABLAS Tablas
.......………………………………………………………………….............
N° 1. Características técnicas de placas nopas.
Página 9
N° 2. Características técnicas de la tubería.
11
N° 3. Resumen de Valores Transmitancia Térmica.
30
N° 4. Resumen Carga Térmica de la Instalación.
33
N° 5. Resumen de Manifold y Serpentines por Circuito.
38
N° 6. Resumen Diámetros de Arranques.
40
N° 7. Diámetros de Matrices de Alimentación y Retorno.
41
N° 8. Resumen Pérdidas de Carga y Caudales por Circuito.
42
N° 9. Poder Calorífico Inferior.
45
N° 10. Resumen de Volumen de Agua en los Circuitos.
49
N° 11. Resumen de Volumen Total en la Instalación.
49
N° 12. Costos de Elementos del Sistema de Calefacción.
52
N° 13. Costo del Hormigón H30 Instalado.
54
N° 14. Colocación Juntas de Dilatación.
54
N° 15. Costo de Chimenea de Caldera.
54
N° 16. Instalación Eléctrica de Elementos de Calefacción.
55
N° 17. Costo Total de Sistema de Calefacción por Piso Radiante.
55
N° 18. Costo de Aislación Térmica del Salón.
56
N° 19. Costo de Construcción de Sala de Calderas.
57
N° 20. Costo Total de Instalación de Calefacción por Piso Radiante.
58
N° 21. Temperaturas Medias por Mes en Valdivia, en °C.
59
Tablas en Anexos. N° 22. Calor Requerido por Manifold A y B.
79
N° 23. Caudal y Pérdida de Carga en Manifold A y B.
80
N° 24. Calor Requerido por Manifold C y D.
80
N° 25. Caudal y Pérdida de Carga en Manifold C y D.
81
N° 26. Calor Requerido por Manifold E y F.
82
N° 27. Caudal y Pérdida de Carga en Manifold E y F.
83
N° 28. Calor Requerido por Manifold G y H.
83
N° 29. Caudal y Pérdida de Carga en Manifold G y H.
84
N° 30. Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito I.
84
N° 31. Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito II.
85
N° 32. Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito III.
85
N° 33. Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito IV.
85
N° 34. Pérdida de Carga en Accesorios del Circuito I.
87
N° 35. Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito I.
88
N° 36. Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito II.
88
N° 37. Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito II.
89
N° 38. Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito III.
89
N° 39. Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito III.
90
N° 40. Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito IV.
91
N° 41. Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito IV.
91
N° 42. Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito I.
95
N° 43. Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito II.
95
N° 44. Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito III.
96
N° 45. Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito IV.
96
N° 46. Lana Mineral Aislan 1C e = 50 mm.
97
N° 47. Malla Hexagonal Inchalam ¾” x 22 26,5 [kg/rollo].
97
N° 48. Termobrise 150.
97
N° 49. Excavación Fundaciones.
98
N° 50. Cama de Ripio e = 10 cm.
98
N° 51. Polietileno.
98
N° 52. Malla Acma C-92.
99
N° 53. Hormigón Cimiento 170 Kg-C/M3.
99
N° 54. Hormigón 225 Kg-C/M3.
99
N° 55. Radier 400 Kg-C/M3.
100
N° 56. Fierro Liso Ø 6mm L = 6 mts.
100
N° 57. Fierro Estriado A-44 Ø 10 mm L = 6 mts.
100
N° 58. Fierro Estriado A-44 Ø 12 mm L = 6 mts.
101
N° 59. Ladrillo Titan 29x14x7,1 cm.
101
N° 60. Moldaje Sobrecimiento.
101
N° 61. Moldaje Pilar Aislado 20x20 cm.
102
N° 62. Moldaje Cadena 20x20 cm.
102
N° 63. Cercha.
102
N° 64. Costanera 2x2" Pino Dimensionado Seco.
103
N° 65. Zinc alum Acanalado 0,35 x 851x 3000 mm.
103
N° 66. Instalación Eléctrica Sala de Calderas.
103
RESUMEN En la presente Tesis se estudia la implementación de un sistema de calefacción por piso radiante para el salón de eventos del Centro de Ferias Parque Saval ubicado en la ciudad de Valdivia, ya que al no contar con un sistema de calefacción se ve imposibilitado su uso en periodos invernales. En primer lugar se describen las características de los elementos que componen el sistema. A continuación se estudian las características del recinto y se sugieren las modificaciones que se deben realizar de acuerdo a las necesidades de aislación del salón. Posteriormente se diseña el sistema tomando en cuenta la normativa correspondiente, para finalizar con el presupuesto, lo que indica si la implementación del sistema por piso radiante es factible para este local.
SUMMARY The present thesis deals with the study of the implement of calefaction system for radiant floor for the event saloon in the Center of Fairs or Commercial exihibition in the Saval Park located in Valdivia city, because without a calefaction system its difficult its use in Winter periods. First, the description of the characteristics of the elements that compose the system are shown. Then the characteristics of the place are studied and suggestions of modifications that can be developed an given according to the needs of insolation of the salón. Later, the system is designed taking account the corresponding rules, to finish with the cost that it indicates if the implementation of the system for radiant floor is possible for this local.
1
CAPITULO I.- INTRODUCCION
1.1.- Planteamiento del Problema Debido a la majestuosidad de la flora con que cuenta el Centro de Ferias Parque Saval, se considera un espacio ideal para la recreación y esparcimiento familiar de la comunidad valdiviana. Además gracias a las modernas instalaciones que se combinan con el entorno, se impone como uno de los espacios de eventos más importantes del sur de nuestro país. El Centro de Ferias cuenta con un salón de eventos de 1500 m2, en el cual se realizan diversas actividades durante la temporada primavera-verano, destinadas tanto al sector empresarial como para la comunidad valdiviana y turistas. Entre algunas de estas actividades se pueden mencionar: La Feria de la Construcción, La Expo Muebles, La Fiesta de la Cerveza, entre otras (Centro de Ferias Parque Saval, 2007). Sin embargo, la utilización de este salón se ve dificultada durante la temporada otoñoinvierno, debido a que no cuenta con un sistema de calefacción que proteja de las bajas temperaturas de la zona. Es por esta razón, que surge la necesidad de diseñar un sistema de calefacción que permita la utilización del recinto en esta temporada, para así tener un calendario de eventos que ya no solo contemple la temporada primavera-verano, sino que se puedan realizar eventos durante todo el año. Dada la gran superficie y altura que presenta este local, la calefacción más adecuada para este tipo de recinto es el piso radiante, debido a que con otros sistemas de calefacción el aire caliente tiende a estratificarse cerca del techo, cuando la mayor necesidad térmica se encuentra en la parte inferior de las habitaciones. Calentando la superficie del piso se cubre esta necesidad, sin tener que calentar innecesariamente el aire del techo, lo cual conlleva a un ahorro de energía. Al distribuirse el calor por el suelo, se consigue un gradiente de temperatura ideal para el confort humano, manteniendo los pies calientes y la cabeza fría. Esto da una sensación de comodidad a la persona ya que el aire no es tan pesado a la altura de la cabeza (Esak, 2007). Por las razones ya esgrimidas se pretende realizar en esta tesis el diseño de un proyecto de calefacción por piso radiante para el salón de eventos ya mencionado.
2
1.2.- Estado del Arte El piso radiante es un sistema de calefacción que está constituido por una red de tuberías uniformemente esparcidas que se embeben en el mortero, el cual absorbe la energía térmica disipada por las tuberías y las cede al pavimento, que a su vez, emite esta energía al local mediante radiación y en menor grado por convección natural. Estas tuberías además del piso, pueden ser distribuidas en paredes o techos por lo cual el nombre que lleve el sistema de calefacción dependerá del lugar de ubicación de las tuberías, como por ejemplo piso radiante o techo radiante. Este sistema puede ser utilizado durante todo el año, ya que se puede emplear como sistema de refrigeración durante la temporada estival (Blansol, 2007). Sin embargo este sistema no es nuevo, sino que resulta ser la evolución de un sistema ya ocupado en la antigüedad. Los primeros vestigios de sistemas por superficies radiantes datan de unos 3000 años, fueron los romanos en el siglo I antes de Cristo los que importaron esta técnica de la actual Turquía, los romanos la llamaban Hipocasus y en la España medieval recibía el nombre de Glorias, el cual utilizaba la misma técnica de los romanos. Este sistema de suelo radiante rudimentario consistía en hacer circular aire y gases calientes por unos canales situados debajo del pavimento. Estos gases eran producto de la combustión en un hogar situado a un nivel inferior al de la zona a calefactar (Ortega, 2001). Con la calefacción por piso radiante según Esak (2007) se puede obtener una sensación de bienestar térmico que no se consigue con los otros sistemas de calefacción, ya que se ha demostrado mediante estudios que la curva de calefacción por piso radiante es la que más se aproxima a la curva ideal de distribución de calor (figura N° 1). Es por esto, que el sistema correctamente dimensionado proporciona al cuerpo humano una sensación de confort y bienestar superiores a otros sistemas de calefacción.
3
Figura N° 1.- Curvas de distribución de temperatura según el tipo de calefacción utilizada (fuente: Sapje, 2009). El propósito de este sistema es brindar un ambiente en que la temperatura, humedad, la pureza y velocidad del aire, puedan garantizar las condiciones óptimas de confort para los ocupantes del recinto. Según Ortega (2001), la temperatura de circulación del agua debe estar entre 30°C y 50°C. Debido a las bajas temperaturas de funcionamiento se eliminan los rápidos movimientos convectivos del aire que provocan los cambios de temperatura en el cuerpo humano. Su uso no reseca el aire lo que permite crear un ambiente natural. Al no existir corrientes no se levantan ácaros de polvo, evitando de esta forma los problemas para las personas alérgicas y asmáticas, por lo cual es el único sistema de calefacción recomendado por la Organización Mundial de la Salud (Soliclima. 2007). Según Giacomini (2006) la temperatura que el cuerpo efectivamente percibe no es únicamente la del aire, si no la media entre éste y la radiante de las superficies que lo rodean. Así, si se calienta una de las superficies como el suelo, su temperatura radiante será mayor, y por lo tanto, con una menor temperatura del aire ambiente, 20°C, se obtiene la misma sensación térmica que con un sistema convectivo, que lo hace a 22°C, eliminando la sensación de pesadez que se advierte en los entornos sobrecalentados. La diferencia de 2°C de la temperatura ambiente se obtiene con la utilización del piso radiante para mantener el mismo grado de confort frente a otros sistemas, implica un importante ahorro de energía. Una disminución de la temperatura ambiente de 1°C representa un ahorro de
4
energía del 5% al 7%. Al tener una reducción de 2°C se permite un ahorro energético de un 10 a un 14% del consumo total. En los sistemas de calefacción basados en el fenómeno de transferencia de calor por convección, gran parte del calor suministrado queda acumulado en el techo a una temperatura elevada de 24 a 26°C, para obtener en la zona de ocupación una temperatura de confort de 22°C. Por otra parte, con el sistema de piso radiante se mantiene el calor en la parte inferior del local, que es la zona donde realmente se requiere, alcanzando así, tan solo 16°C en la parte superior. Por consiguiente, el gradiente térmico a través del radier es notablemente inferior al de un sistema tradicional, ahorrando entre un 30 a un 40% de energía.
1.2.1.- Ventajas del piso radiante según Orkli (2008): - Estética: al encontrarse los tubos empotrados en el piso, se puede utilizar todo el espacio interior para su decoración, ya que se eliminan los radiadores, convectores u otros equipos. - Libertad de Elección de pisos: Con el piso radiante se puede elegir cualquier tipo de revestimiento para pisos, pero siempre hay que tener en cuenta su conductividad térmica a la hora de realizar el cálculo de la instalación, ya que esta no se comportara de la misma manera con un tipo u otro de pavimento. - Temperatura uniforme en toda la vivienda: con la calefacción por piso radiante se obtiene una temperatura constante y homogénea en toda la superficie de la vivienda, desapareciendo así las zonas frías y calientes que se producen con otros sistemas de calefacción. - Calefacción de Grandes Volúmenes: Como se puede ver en la figura N° 2, la distribución de temperatura en el suelo radiante a diferencia de otros sistemas, el calor se distribuye hasta los 2 – 2,5 metros de altura, por lo que resulta ideal para calefaccionar grandes volúmenes. El piso radiante es ideal para calefaccionar polideportivos, iglesias, hospitales, etc.
5
Figura N° 2.- Distribución de temperaturas en edificios altos (Esak, 2007)
- Seguro: Todos los circuitos del piso radiante comienzan y terminan en colectores colocados por encima del piso. No hay empalmes y la alta calidad de las tuberías asegura la ausencia de averías. - Limpio: Cuando se tiene un emisor de calor, se queman las partículas de polvo que hay a su alrededor y el movimiento de aire que se genera las va depositando en la pared de la parte superior de dicho emisor, creando manchas en las paredes. Sin embargo al no existir tal circulación de aire en el sistema radiante, desaparece este problema. - Permite varias alternativas de fuentes de energía: El piso radiante se puede adaptar tanto a fuentes de energía convencionales como alternativas, por ejemplo: gasoil, gas, electricidad, bombas de calor, energía solar, energía geotérmica y calderas de biomasa.
1.2.2.- Desventajas del piso radiante según Orkli (2008): - Elevación del piso: El espesor del suelo aumenta debido a las tuberías y el aislamiento que se aloja dentro de él. - Inercia térmica: El piso radiante calienta la masa del piso de la estancia, por lo que el calentamiento y enfriamiento del sistema es más lento que en los sistemas por aire, inclusive puede tardar un par de horas en alcanzar la temperatura ambiente deseada. - Mayor Costo de instalación: La instalación del piso radiante es aproximadamente un 15% más cara que un sistema de calefacción tradicional de calefacción, pero es un porcentaje relativo, ya que dependerá de los materiales que se utilicen en su construcción.
6
1.3.- Objetivos El objetivo principal de esta tesis es el diseño de un proyecto de calefacción por piso radiante para el salón de eventos del Centro de Ferias Parque Saval, determinando tanto las características del piso radiante como las características técnicas de la instalación además de realizar el estudio económico correspondiente.
1.4.- Metodología En primer lugar para lograr los objetivos propuestos, se recopilará y procesará información de libros, sitios web, manuales de instalación, especificaciones técnicas del recinto y la norma aplicable a este tipo de proyecto, esta información será de gran ayuda para tener presente todos los factores que se deben considerar a la hora de llevar a cabo un proyecto de este tipo. Luego se harán visitas a terreno, para finalmente recopilar información de precios de mercado, el cual se hará recurriendo a los proveedores de los materiales que componen un piso radiante.
1.5.- Estructura de la Tesis El capítulo I comenzará con el planteamiento del problema, se entregará una descripción general del tema a desarrollar; se darán a conocer los objetivos, la metodología y la estructura que llevara esta memoria de tesis. El capítulo II estará enfocado a describir el piso radiante en forma general, indicando los componentes constitutivos para su construcción, se presentaran las alternativas de disposición que pueden llevar las tuberías y los factores que se deben tener en cuenta a la hora de implementar la calefacción por piso radiante. En el capítulo III se presentarán las características del recinto y se harán todos los cálculos que implique el diseño de un piso radiante. En el Anexo I se presentan las especificaciones técnicas de la instalación proyectada. En el capítulo IV se hará un estudio económico, para evaluar el costo de implementación de este sistema para el Centro de Ferias Parque Saval. Por último, en el capitulo V se dará término esta memoria de tesis con la conclusión, bibliografía, planos y anexos.
7
CAPITULO II.- EL PISO RADIANTE
2.1.- Composición del Piso Radiante Para la realización de un proyecto de este tipo es indispensable conocer los elementos que lo constituyen y los factores que se deberán tener en cuenta para su correcto funcionamiento, dado que cualquier error ya sea de cálculo, de instalación o puesta en marcha puede desencadenar en una pérdida de las cualidades que presenta la calefacción de este tipo.
Figura N° 3.- Composición del piso radiante (fuente: Esak, 2007)
Constructivamente el piso radiante se ve representado mediante corte en la figura N° 3, donde se puede apreciar la composición y distribución de los elementos que componen este sistema de calefacción. En ella se puede observar que en la zona inferior de los muros exteriores va instalada una banda de material aislante flexible de no más de 1 cm de espesor, que llega hasta el nivel del piso terminado. Sobre el radier son colocadas planchas de aislamiento con densidad suficiente para soportar cargas de presión a las que estará sometido el piso, ya sea para uso habitacional o industrial. Cuando la humedad pueda penetrar por el radier y ser absorbida por el aislante, se debe colocar una capa delgada de plástico como barrera antivapor. Sobre el aislamiento se distribuyen las tuberías, cuyas características se detallarán más adelante. El mortero formado por la mezcla de cemento, arena, agua y un aditivo especial las envuelve quedando una capa por encima de ellas. Por último se sitúa el pavimento, que puede
8
ser de cualquier material de los usados habitualmente. Lo que no se debe realizar por ningún motivo es colocar una tarima que deje una cámara de aire entre el mortero y el tipo de pavimento que se instale (Ortega, 2001).
2.2.- Características de los Elementos que Componen el Piso Radiante
2.2.1.- Aislamiento Para evitar que el calor se propague hacia el suelo es necesario colocar un aislante entre el radier y el mortero que cubre las tuberías, generalmente este aislante es de poliestireno expandido ya que conjuga favorablemente una excelente característica aislante, facilidad de conformado, resistencia mecánica y bajo costo (Alb, 2009). En la actualidad existen dos presentaciones de estas planchas: lisas y con tetones (nopas). Esta última según Aislapol (2004), presenta un diseño conformado por una serie de protuberancias moldeadas, distribuidas sobre la totalidad de la placa lo que las hace adecuadas para sistemas por piso radiante ya que permite guiar las tuberías a las distancias adecuadas y recibir estas solo por presión sin la necesidad de utilizar algún sistema de sujeción o agarre mecánico adicional (aunque a veces es necesario la utilización de fijaciones debido a la tensión que presenta el tubo después de desenrollado). Este modelo de aislante permite distancia entre tubos de 5, 10, 15, 20, 25 y 30 centímetros.
Figura N° 4.- Placas nopas (Aislapol, 2004)
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Si bien la placa nopa ofrece cierta ventaja en el tendido del tubo presenta el inconveniente que una parte no despreciable de la superficie del tubo queda en contacto con los tetones, lo que produce que se reduzca la superficie eficaz de intercambio térmico (Alb, 2009). Los aspectos positivos de este tipo de placas según Aislapol (2004), es que gracias a que poseen una superficie térmicamente aislada no absorben el agua del mortero de la sobrelosa, lo que es ideal para un correcto fraguado. Otro aspecto importante, es que debido al diseño que posee permiten ahorrar hormigón de una sobrelosa armada sin afectar su resistencia. Por cada 100 m2 de sobrelosa ejecutada sobre estas placas se ahorran 0,57 m3 de hormigón. Además este sistema lleva unas bandas salientes que sobresalen de la base para que el tubo quede separado del aislamiento unos milímetros, con el objeto que el mortero lo envuelva completamente y presentan un diseño de ensamble lateral entre ellas, lo que asegura la continuidad de la capa de aislación térmica, lo que facilita su instalación. Debido al bajo coeficiente de conductividad térmica λ= 0,0384 Watt/m x °K (NCh 853) que posee, asegura que el calor entregado por la cañería radiara hacia el piso y se evitarán pérdidas hacia la losa inferior o para este caso el terreno.
Tabla N° 1.- Características técnicas de placas nopas Ancho Largo Espesor base Altura de nopas Espesor total Diámetro de nopas Separación entre nopas Elevación de cañerías Área cubierta por placa Diámetro de cañerías Rango de temperatura
600 mm 900 mm 20 mm 25 mm 45 mm 57 mm 50 mm 5 mm 0,54 m2 hasta 25 mm 50°C hasta +80°C
(Fuente: Aislapol, 2004)
Por otra parte la plancha lisa permite tender el tubo en la orientación más conveniente para la instalación. En este caso se debe colocar una lamina de polietileno sobre la superficie de la plancha que servirá de barrera antivapor y evitara que se produzca un puente térmico durante el vertido del motero. Opcionalmente se puede colocar una lámina de reflexión en la superficie, la cual tendrá como principal función actuar como difusor y reflector térmico ya que la cara superior de aluminio que posee facilita una difusión más homogénea del calor
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cedido por los tubos al mortero. Y por último se colocará una malla acma que servirá de fijación para los tubos (Alb, 2009). Sin embargo, según Ortega (2001) esta última técnica va en desuso, ya que algunos fabricantes no garantizan el tubo si este va fijado a la malla puesto que se pueden ocasionar daños al momento de asentarlos, y por el contrario, el sistema de placa base con tetón es el más usado en la actualidad. Debido a estas razones se optará por la placa nopa para el proyecto, ya que en el caso de verse dañada la tubería puede ocasionar una pérdida de las cualidades de este sistema de calefacción. Según Ortega (2001) la instalación de las planchas comenzará desde una esquina y siguiendo la línea paralela de una de las paredes. Si son machihembradas se recomienda dejar pegada a la pared el ensamble lateral superior, para poder montar sobre la inferior opuesta, la siguiente plancha. El machihembrado en ocasiones no da la suficiente estabilidad a la unión entre las planchas, por lo que se recomienda usar grapas para unirlas o bridas para atar los semitetones que forman un tetón al unir dos paneles. Una vez colocado el aislamiento se debe evitar caminar sobre este, si fuere necesario se instalaran tablones para que el aislamiento no se deteriore.
2.2.2.- Tuberías de Polietileno Reticulado Por muchos años las tuberías utilizadas para sistemas por piso radiante fueron metálicas, hierro primero y cobre después, actualmente estas tuberías se han remplazado por tuberías de plástico resistentes a altas temperaturas y presiones de trabajo, denominadas tuberías termoplásticas, entre las cuales se encuentran las tuberías de polietileno reticulado. Según Orkli (2008), el polietileno al ser un termoplástico es un material muy flexible pero con poca resistencia al calor y sometiéndolo a un proceso de reticulación se obtiene un material capaz de soportar temperaturas de hasta 95° C. Existen 3 métodos de reticulación: a.-) Reticulación por peróxido (PEX-A) : En este método la reticulación se realiza a la vez que se va conformando el tubo. Mediante la acción de un peróxido o catalizador se consigue crear lazos fijos de unión entre las cadenas de polietileno lográndose así una mayor resistencia a las altas presiones y temperaturas, este tipo de reticulación será la que se usara más adelante en el proyecto. b.-) Reticulación por silano (PEX-B): En este método la reticulación se realiza después de conseguir el tubo de polietileno, sumergiendo el tubo en cubetas.
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c.-) Reticulación por radiación de electrones (PEX-C): En este método la reticulación también se realiza después de conseguir el tubo de polietileno. Este proceso se realiza por impacto de electrones en la superficie del tubo. En instalaciones de calefacción cerrada el agua que circula se ve sometida a variaciones de temperaturas. A medida que la temperatura aumenta, el agua que circula por la instalación aumenta su capacidad de absorber oxigeno para luego ser liberado al momento de enfriarse, provocando la oxidación de las zonas metálicas de la instalación, lo que reduce su vida útil. Para evitar esto la Norma UNE EN 1264 de suelo radiante, la Norma Alemana DIN 4726 y la Norma Chilena Nch 2086 (Recal, 2008a), estipulan la utilización de una barrera anti-oxigeno para reducir los problemas de corrosión que se producen al combinar tubos de plástico con materiales ferrosos en la instalación. Las tuberías Pex-A Aqualine con barrera anti-oxígeno están provistas de una fina capa de Alcohol Etivinilico (EVOH) que evita toda difusión de oxigeno como dicta la norma (Anwo, 2008a).
Figura N° 5.- Composición de tubería Pex con barrera anti-oxígeno (Rehau, 2008)
El sistema de tuberías además de poseer características impermeables a la difusión de oxigeno posee las siguientes características.
Tabla N° 2.- Características técnicas de la tubería Característica Densidad Grado de Reticulación Rugosidad Temperatura máxima de servicio Temperatura máxima puntual
Valor 951 >75 0,007 95 110
Unidad Kg/m3 % Mm °C °C
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Coeficiente de dilatación lineal (20 °C) Calor especifico Conductividad térmica Resblandecimiento Resistencia a la tracción Alargamiento a la rotura Modulo de elasticidad (20 °C)
1,4 x 10-4 2,3 0,35-0,38 130-132 >22 >400 >800
°C-1 KJ/Kg•K W/m•K °C N/mm2 % N/mm2
Fuente: Anwo (2008a)
La Tubería Aqualine se puede curvar en frio hasta alcanzar un rango de curvatura igual a 5 veces el diámetro externo del tubo. Para radios de curvatura más bajos es necesario calentar el tubo utilizando aire caliente a 130°C-150°C (Anwo, 2008a). Según Rehau (2008), las soldaduras en tuberías empotradas deben eliminarse por completo, ya que se corre el riesgo de sufrir fisuras, lo que trae como consecuencia las filtraciones que para ser reparadas obligan a intervenir el pavimento. Algunos fabricantes presentan sistemas de unión entre tramos de tubos de polietileno reticulado mediante sistemas por casquillo corredizo, que dan solución a todos los posibles problemas de postventa y mantención, y que pueden empotrarse en la obra con suficientes garantías de estanqueidad. Para la instalación del tubo según Ortega (2001), existen 3 formas de extender el rollo de modo que se eviten las tensiones que lo levanten (figura N° 6). En el primer caso (1), un operario que va por delante y caminando hacia atrás con el rollo del tubo asido entre sus brazos, deslizara el rollo girándolo de manera que el tubo salga por la parte inferior, para evitar las tensiones que lo levantarían. Otro operario le seguirá, fijando el tubo en la dirección que caminen ambos operarios. Este modo resulta apropiado para tubos de dimensiones DN16 y DN 20 y rollos de gran longitud. En el segundo caso (2), el operario porta el rollo sobre su hombro, y los desliza al tiempo que lo fija con el pie o con una grapadora. Este método resulta apropiado para rollos de poca longitud y dimensiones DN16. En el último caso (3), el operario que lleva el rollo camina detrás, permitiendo que el tubo salga por arriba y que este pase por sobre el hombro del operario que se desplaza por delante, de modo que mientras se extiende el tubo este lo fija inmediatamente a la plancha de aislación.
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Figura N° 6.- Modos de extender los rollos de tubería para evitar tensiones (Ortega, 2001). Para el caso de los extremos del tubo, cuando toman la forma ascendente hacia el colector, se recomienda introducir el tubo sobre una curva rígida o una funda corrugada de canalización eléctrica de alta resistencia para evitar que este sufra rozamientos provocados por la dilatación y contracción de la losa mortero. Los diámetros comerciales usados habitualmente para este tipo de instalaciones son el de 16x1,8 mm y el de 20x2 mm y se pueden encontrar hasta de 32x2,9 mm. Estos tubos se suministran en rollos que van de los 50 mts, hasta los 240 mts según sea el fabricante (Rehau. 2008). En el caso del tubo de 20x2 mm viene suministrado en rollos de 240 metros (Anwo. 2008a).
2.2.3.- Banda Perimetral Según Rehau (2008), es una banda de aislamiento que separa la losa de mortero con la pared, logrando que esta sea una losa flotante, cuya función es evitar la formación de puentes acústicos y permitir la dilatación térmica del mortero de calefacción. Según DIN 18560 la cinta debe permitir un movimiento del mortero de calefacción de cómo mínimo 5 milímetros. El material para la banda perimetral puede ser espuma de polietileno, poliestireno expandido o algún otro material aislante. Su espesor no suele ser superior a 10 mm. La disposición se podrá ver en el plano N° 2.
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2.2.4.- Mortero Según la norma UNE EN 1264 de suelo radiante, el espesor mínimo de la capa de mortero debe ser de 30 mm medidos a partir de la generatriz superior de la tubería. Sin embargo es recomendable una sección de espesor de 4 a 5 cm de mortero por sobre la generatriz de la tubería (Giacomini, 2006). Según Blansol (2007), una losa de mortero demasiado fina podría originar zonas frías y calientes en el suelo, así como la aparición de grietas. Por encima de estos valores se aumenta considerablemente la inercia del sistema lo que es un inconveniente para este tipo de calefacción. Es recomendable agregar un aditivo al mortero para aumentar su fluidez. Con una mayor fluidez del mortero, se requerirá una menor cantidad de agua para el amasado y producirá que se reduzca la porosidad una vez fraguado, mejorando así las características de resistencia a la compresión y maleabilidad. De esta forma el mortero envolverá perfectamente el tubo sin dejar burbujas de aire que dificultarían la transmisión del calor. Luego de realizada la sobrelosa de mortero se requiere que la temperatura ambiente no sea inferior a 5°C durante un mínimo de 3 días a partir del momento del hormigonado y se eviten los excesos de calor así como las corrientes de aire a fin de limitar lo máximo posible las contracciones del mortero durante el secado. Para el proyecto el radier tendrá un espesor de 4,5 cm medidos a partir de la generatriz del tubo y se considerará un hormigón H30 debido a las características y uso del recinto (Nch 170.Of85).
2.2.5.- Sistema de Distribución Según Orkli (2008), su misión es distribuir el agua caliente recibida de la caldera a cada uno de los circuitos de tuberías y permitir la regulación de las temperaturas de cada habitación según sean sus necesidades caloríficas. Está compuesto de dos tuberías horizontales paralelas sujetas a la pared mediante un soporte, a estas tuberías también llamadas colectores se les pueden acoplar válvulas, detentores, purgadores, termómetros, llaves de vaciado, caudalímetro y adaptadores para tubos Pex.
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Según Caloryfrio (2007) en el mercado se pueden encontrar dos tipos de kit de colectores: los modulares y no modulares. La ventaja que poseen los colectores modulares es que se pueden realizar una gran cantidad de combinaciones. Sin embargo tiene diversas desventajas. La primera de ellas es que existe un mayor riesgo de fuga, ya que el número de uniones puede ser elevado. La segunda desventaja estriba en el hecho, que es el propio instalador el que tiene que realizar el montaje de los diferentes módulos, lo cual repercutirá en el aumento de la mano de obra. Por último hay que mencionar que al ser el propio instalador el que realiza las uniones, no garantiza que estas puedan soportar las presiones de trabajo de la instalación. Por otro lado las ventajas que poseen los colectores no modulares son diversas ya que todo el montaje se realiza en fábrica, de este modo se asegura que no existen fugas ya que se realizan pruebas de estanqueidad. Se comprueba que los colectores soportaran las pruebas de trabajo a las que estará sometido y además el instalador solo tendrá que colocar el kit que vendrá ya armado, lo cual se traduce en un ahorro de tiempo y dinero en la instalación. Si se busca alguna desventaja de este sistema, podría ser que en el caso de querer muchas combinaciones, sea necesario disponer de un amplio espacio para su instalación. A modo de ejemplo se puede apreciar en la figura N° 7, que en el colector inferior del distribuidor, el cual se conectará a la matriz de alimentación del circuito, se puede disponer de válvulas termostatizables que permitan aislar cada circuito de la instalación. En el colector superior, el que será de retorno, se puede utilizar un detentor que puede ir acompañado por un caudalímetro o un regulador de caudal, este último con la ventaja de actuar como detentor y caudalímetro en una única pieza, sin embargo esta no es la única combinación que se puede realizar en los colectores.
Figura N° 7.- Tubos colectores con válvulas termostatizables y reguladores de caudal
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(Orkli, 2008) Uno de los mecanismos
imprescindible que debe incorporar el distribuidor son los
purgadores.
Figura N° 8.- Purga automática
Figura N° 9.- Purga manual (Anwo, 2008b)
La función de los purgadores es permitir la evacuación del aire de las instalaciones, facilitando la circulación del agua a través de los serpentines y pueden ser manuales o automáticos: debe situarse uno en el colector de ida y el otro en el colector de retorno, o al menos uno en el tubo colector que este situado más alto. Otras de las piezas imprescindibles del sistema de distribución es la llave de vaciado y las válvulas de corte, estas últimas permiten aislar la instalación del circuito con el resto de la instalación.
Figura N° 10.- Llave de vaciado (Anwo, 2008b)
Es posible incorporar termómetros en los colectores que permitan comprobar el salto térmico entre la ida y el retorno. Se puede instalar un termómetro en el colector de ida y otro en el de retorno, en este caso el termómetro indica la media de temperaturas del agua que circulan por el colector de retorno. Otro caso es instalar un único termómetro en el colector de ida y un
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termómetro en cada vía de retorno. De esta forma se conocerá la temperatura de retorno en cada vía, lo que permitirá al instalador conocer el salto térmico por cada serpentín, pudiendo actuar sobre los detentores de modo que, al disminuir el caudal el salto térmico aumenta, o a la inversa. Para no dejar el sistema de distribución a la vista se dispone de una caja metálica donde se alojaran los colectores.
2.2.6.- Sistema de Regulación de Temperatura El sistema de regulación controla el funcionamiento del sistema de calefacción, en función de las necesidades de mantener un grado de confort optimo dentro del local, regulando que la temperatura no sobrepase la admisible, que el local se pueda calefaccionar en el momento adecuado y que minimice el consumo energético, apagándolo cuando sea necesario (Orkli, 2008).
2.2.6.1.- Control en función de la temperatura exterior Según Orkli (2008), la regulación ideal del piso radiante es un control en función de la temperatura exterior, ya que permite disminuir el efecto de la inercia térmica manteniendo una temperatura interior constante. Este control recibe el nombre de centralita, cuyo objetivo es adelantarse a los cambios climáticos externos accionando una válvula mezcladora para que proporcione el agua de ida a los circuitos a la temperatura adecuada con la suficiente antelación para que esta variación de temperatura en el exterior no provoque una variación de temperatura en el interior. Esta variación en la temperatura exterior tarda cierto tiempo en sentirse en el interior, que es aproximadamente el tiempo que necesita un piso radiante para reaccionar ante un cambio de temperatura. Mediante una programación impuesta se relaciona que para cada temperatura exterior se le asigne un valor de temperatura de impulsión en la centralita con la ayuda de una curva de trabajo. La curva elegida debe ser aquella que proporcione una temperatura de ida de acuerdo con los cálculos, para una temperatura exterior mínima de diseño de la instalación.
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Figura N°11.- Curva de trabajo de centralita de regulación TRS20 (Rehau, 2008)
La centralita de regulación puede recibir información de diferentes fuentes; generalmente en el mercado se puede encontrar que las centralitas vienen con estas fuentes, las que se serian una sonda exterior, la cual se coloca en la zona norte de la edificación e indica a la centralita la temperatura exterior en cada momento. Esta sonda debe situarse a una altura superior a 2.5 metros y por supuesto alejada de canales de ventilación o fuentes productoras de calor como por ejemplo chimeneas o aparatos de aire acondicionado. También incorporan una sonda de impulsión, la que se introduce en la tubería que transporta el agua hacia los circuitos, transmitiendo continuamente el valor de la temperatura del agua de impulsión. Debe situarse aproximadamente a 1 metro de la bomba (Azpiazu, 1990).
Figura N° 12.- Sonda de Impulsión (Azpiazu, 1990)
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Según Ortega (2001), algunas centralitas admiten una sonda ambiente interior, con ella se introduce el dato de temperatura ambiente interior en su microprocesador y actúan desplazando la curva hacia abajo o hacia arriba, o variando la pendiente de forma automática. Si la vivienda estuviese sin calefacción durante días, esta se encontraría muy fría; al poner en marcha el sistema podría ocurrir que la temperatura exterior no fuera muy baja y por tanto la temperatura del agua de ida no se ordenaría alta, una señal de temperatura ambiente interior baja actúa en el microprocesador para que este mueva la mezcladora proporcionando mayor temperatura de ida. En el caso contrario, es decir, si por alguna causa sube la temperatura ambiente interior aunque la exterior sea muy baja se produciría el efecto inverso, limitando la temperatura de ida. Según la norma UNE EN 1264 se debe colocar un elemento de seguridad que evite que el agua se introduzca al sistema a una temperatura superior a 55°C. Para ello se coloca un termostato de seguridad que bloqueará la bomba en el momento en que se detecte una temperatura superior a la ya mencionada. La centralita mostrara una señal indicando que el termostato de seguridad ha bloqueado el circuito (Orkli, 2008).
Figura N° 13.- Esquema de instalación con centralita de regulación (Orkli, 2008).
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2.2.6.2.- Control en función de la temperatura interior El sistema descrito anteriormente es el ideal para una calefacción de este tipo, sin embargo según Orkli (2008), posee un inconveniente ya que no tiene en cuenta la incidencia del sol en el recinto (en el caso de trabajar con centralitas de regulación sin sonda interior). Para tener en cuenta esta incidencia y para zonificar la instalación se pueden colocar termostatos que envíen una señal a unas cabezas termoeléctricas situadas en los colectores instalados en cada circuito, de manera que se controle la apertura y cierre de las válvulas termostatizables de cada serpentín en función de la temperatura de la estancia. Para este tipo de regulación los elementos necesarios serian básicamente cabezas termoeléctricas y termostatos. Según Ortega (2001), otra opción sería colocar un termostato que actuaría conectando o desconectando la caldera y la bomba de circulación, ya sea según la temperatura ambiente interior o según la hora del día y la temperatura ambiente. En este caso la instalación se puede simplificar, con el solo hecho de colocar una válvula de tres vías manual. En la puesta en marcha el técnico debe situarla en una posición de mezcla tal que la temperatura del agua no vaya a los circuitos a más de 50 °C. Realizada esta operación es conveniente desmontar la palanca de maniobra de la mezcladora para evitar manipulaciones indeseadas por personas ajenas o desconocedoras de la instalación. Este sistema también requiere de un termostato de seguridad en la tubería de ida a los distribuidores que interrumpiría la alimentación eléctrica del circulador y la del quemador de la caldera, parando la generación y el transporte de calor, ante una subida eventual de la temperatura de ida por sobre los 55 °C. Los dos termostatos, el de seguridad en la ida y el de temperatura ambiente deben estar conectados en serie. Esta simplificación ahorra dinero en la inversión pero al no mezclar según las variaciones térmicas exteriores, es necesario tener en cuenta que una vez arrancada la calefacción el tiempo que tarda en notarse es mayor que una calefacción por radiadores y mucho mayor que un sistema de calefacción por aire caliente forzado, por lo que el programador habrá de enviar la señal de arranque con antelación suficiente a las horas en que realmente se necesite una sensación térmica mayor. Por lo general entre 5 a 6 horas es lo que tarda la onda térmica en notarse en el ambiente.
2.3.- Modos de Distribución de Tuberías en el Piso Según Ortega (2001), la distribución de los tubos no debe ser en forma aleatoria, dado que se debe conseguir un reparto uniforme del calor en toda la superficie del local a calefactar. Esto se consigue determinando la separación entre tubos y el espesor de la losa de hormigón.
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El tubo se puede distribuir de 3 formas básicas: distribución en serpentín simple, distribución en doble serpentín y distribución en espiral. Para cualquiera de los tipos de distribución se comienza alineando los tubos a una separación de 10 a 15 cm del límite del circuito. A la hora de decidir el tipo de distribución se debe tener en cuenta que las necesidades caloríficas no son uniformes en toda la superficie, sino que en la zona junto a los muros exteriores y ventanales esta necesidad es mayor que hacia el interior del local. Para solucionar esto, es posible concentrar el paso de los tubos en las proximidades de las zonas exteriores con el fin de aumentar la emisión térmica. En el caso de zonas perimetrales o con grandes ventanales podemos crear diferenciales de emisión térmica realizando dos zonas con distinta separación entre tubos. Primero se hace una espiral con una separación entre tubos, y una segunda con menor separación a la zona más próxima al exterior. Al realizar esta variante se puede evitar que los circuitos sobrepasen una cierta cantidad de metros de tubería que provocaría demasiada pérdida de carga.
Figura N° 14.- Dos circuitos en la misma estancia, el más próximo a los ventanales tiene menor separación entre tubos (Ortega, 2001).
Otra forma de establecer un diferencial de emisión térmica consiste en hacer una sola espiral, donde los tubos que se encuentran por debajo de los ventanales quedaran a una menor separación que en el resto de la habitación.
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Figura N° 15.- Circuito con diferencial de emisión térmica (Ortega, 2001). Ningún circuito debe superar la longitud de 200 metros, sin embargo es aconsejable limitarlos a una longitud total de 120 metros para así no obtener circuitos con demasiada perdida de carga (Giacomini, 2006).
2.4.- Recomendaciones Para la Instalación
2.4.1.- Temperatura del Agua La temperatura de trabajo del agua como se ha mencionado anteriormente debe estar entre 30°C y 50 °C, y ésta jamás debe superar los 55°C (Ortega, 2001). Según Giacomini (2006), es importante que la diferencia de temperatura entre la ida y el retorno se mantenga dentro de un salto térmico establecido. Cuanto menor sea la temperatura del agua mayores serán el confort y la economía de este sistema. Según la norma EN 1264-3 el salto térmico entre la ida y el retorno deberá estar comprendido en un rango entre 0°C y 5°C, sin embargo es bastante común encontrar un salto térmico ∆T = 10°C.
2.4.2.- Temperatura en la Superficie del Piso Según Rehau (2008), ya que la superficie tendrá contacto directo con las personas y por motivos médicos y fisiológicos las temperaturas máximas admisibles de la superficie del piso serán de 29° C en estancias en general; y en zonas raramente transitadas será de 35° C.
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2.4.3.- Juntas de Dilatación De acuerdo con Giacomini (2006), las juntas de dilatación absorben las variaciones dimensionales de la losa de hormigón. La banda perimetral sirve de compensación en las áreas periféricas del hormigón y reducen la transmisión acústica y térmica del suelo en las zonas colindantes. Las superficies entre juntas de dilatación no deben superar los 40 m2, la longitud de uno de los lados debe ser como máximo de 8 metros. En el caso de locales rectangulares, las áreas incluidas dentro de las juntas de dilatación
pueden superar estas dimensiones, con la
condición que la relación entre las dos longitudes no supere la relación de 2:1. Según Blansol (2007), en el caso que los tubos tuvieren que atravesar algún tabique o discurran transversalmente a las juntas de dilatación, deben ser enfundados con tubo corrugado (aproximadamente unos 30 cm) para evitar el rozamiento directo del mortero sobre dichos tubos.
Figura N° 16.- Cruce te tubos en juntas de dilatación (Blansol, 2007). El detalle de las juntas de dilatación del proyecto se encuentra en el Plano N° 2.
2.4.4.- Prueba de Presión Según Giacomini (2006), previo a cubrir la superficie con hormigón, se deben verificar los circuitos para asegurar su estanqueidad. Según la norma EN 1264-4 se debe verificar la estanqueidad mediante una prueba de presión. La prueba se debe llevar a cabo con el doble de la presión de servicio y no debe ser inferior a 6 bares. Esta presión se debe mantener durante 24 horas, si al cabo de este tiempo la presión no ha bajado se da la prueba como satisfactoria. De lo contrario, significa que existe en algún punto de la instalación una fuga que debe ser subsanada. Una ligera caída de presión al comienzo de
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la prueba puede ser a causa de la dilatación del tubo, pero si no existen fugas de agua la presión se estabiliza pasadas unas horas. La presión se debe mantener en los tubos durante la operación de hormigonado para controlar que el tubo no sufra daños y permitir la posterior dilatación del mismo.
2.4.5.- Primera Puesta en Marcha Según Giacomini (2006), antes de realizar la puesta en marcha se deben vaciar las tuberías para limpiarlas de posibles residuos. La puesta en marcha no se debe realizar hasta que hayan pasado 21 días después del hormigonado según EN 1264. La primera puesta en marcha se realizará con el fluido a una temperatura entre 20°C y 25°C y se debe mantener al menos 3 días. Luego se aumentara hasta alcanzar la temperatura máxima de servicio y se mantendrá durante los siguientes 4 días.
2.4.6.- Equilibrado Hidráulico de los Circuitos Según Orkli (2008), una vez realizado el calentamiento inicial es necesario proceder al equilibrado de la instalación para que el calentamiento de la superficie sea uniforme. Es decir, si no hubiere un equilibrado hidráulico daría como resultado que los serpentines de mayor longitud presentarían mayores caídas de presión, provocando que estos no se calentaran lo suficiente y por otro lado se sobrecalentaran las vías más cortos. Al igualar las pérdidas de carga, se conseguirá que cada vía reciba exactamente el caudal de agua que se ha calculado para conseguir una determinada potencia calorífica. Esta operación es muy importante ya que de ella depende el buen funcionamiento del piso radiante. Una vez realizado el equilibrado, el instalador se debe asegurar que el salto térmico entre la ida y el retorno no sea superior a 10°C.
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CAPITULO III.- DISEÑO DEL PISO RADIANTE PARA EL SALON DE EVENTOS DE CENTRO DE FERIAS PARQUE SAVAL
3.1.- Características del Salón de Eventos Para el estudio de un proyecto de calefacción se necesitan conocer todas las características del recinto a calefactar. Sin embargo para el caso del Salón de Eventos del Centro de Ferias Parque Saval no se cuenta con las especificaciones técnicas del recinto, ya que no disponen de ella, tanto en la Dirección del Parque Saval como en la Ilustre Municipalidad de Valdivia. Por otra parte, debido a la no concordancia entre los planos existentes, y en algunos casos con el recinto emplazado en el Centro de ferias, las medidas que se utilizaran más adelante en el diseño del proyecto serán las tomadas en terreno. Ya que no se disponen de especificaciones técnicas, no se cuenta con información de los materiales utilizados, por ende se supondrá el espesor de estos tomando como base los espesores existentes en el mercado.
3.1.1.- Uso del Salón de Eventos De acuerdo a las visitas en terreno realizadas para el diseño del proyecto, se pudo apreciar que en las exposiciones las superficies utilizadas por los stands, corresponden a las adjuntas a los muros laterales como al centro del local. En este caso los expositores pueden permanecer cierto lapsus de tiempo sentados como pueden estar en pie. No así los asistentes, pues ellos permanecerán la totalidad del tiempo en pie.
3.1.2.- Descripción del Salón • Orientación: el acceso del recinto posee orientación Sur-Este de acuerdo al plano regulador de Valdivia, el que se encuentra en el Taller de Urbanismo de la Escuela de Arquitectura de la Universidad Austral de Chile. • Piso: de acuerdo a los planos de ampliación de baños y cocina del Salón de Eventos, facilitado por Secplan de la Ilustre Municipalidad de Valdivia, se supondrá un radier de hormigón de 10 centímetros de espesor, apoyado sobre una cama de ripio compactado de 10 centímetros, tomando como base el construido en la ampliación del recinto.
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Figura N° 17.- Radier existente
• Muros: De acuerdo a visitas en terreno, los muros laterales del edificio se conforman de varios materiales los que se describirán en orden ascendente; la base está compuesta por un muro de hormigón de espesor 20 centímetros con una altura de 1,2 metros. Continúa con instapanel, el que se supondrá de espesor 0,5 milímetros y una altura de 3,58 metros. Después del instapanel, se observa policarbonato traslucido de espesor 5 milímetros con una altura de 0,85 metros, finalmente se puede apreciar una celosía fija de 40 centímetros de altura.
Figura N° 18.- Disposición de elementos en el muro lateral.
Como el salón no cuenta con una adecuada aislación se deberá aislar térmicamente las superficies compuestas por instapanel para disminuir las pérdidas de calor que se producirán por esta superficie, tanto en los muros laterales como en el resto de las áreas compuestas de este material. La aislación elegida para el proyecto será lana mineral de 50 milímetros de espesor. Por otra parte también se recomendara que la celosía fija sea reemplazada en su totalidad. Para ello se sugiere instalar intervalos de celosías móviles y entre estos, paneles de instapanel u otro material de preferencia del propietario. De este modo se facilitara la ventilación del recinto en periodos estivales y en épocas de bajas temperaturas el lugar se podrá mantener
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cerrado, para así evitar pérdidas de calor por esta superficie. En el mercado existe un quiebra vistas llamado Termobrise 150 (HunterDouglas, 2008) que puede ser usado para solucionar el problema de la celosía móvil, ya que en su interior cuenta con un elemento aislante que sería de gran utilidad para favorecer la protección del recinto de las temperaturas exteriores. Sin embargo este sólo será considerado a modo de sugerencia en el análisis de costos debido al elevado valor que posee en el mercado. Sin perjuicio de lo anterior, para efectos de cálculos sólo se considerara un panel fijo de instapanel en toda la superficie de la celosía. • Acceso: El acceso en su parte inferior consta de una superficie vidriada, con espesor de vidrio de 5 milímetros y altura de 3,96 metros. Luego continúa con una superficie de policarbonato traslucido de espesor 5 milímetros y altura de 1,74 metros. Por último está compuesto de una superficie de instapanel de espesor 0,5 milímetros con una altura en el centro de 4,63 metros. Las puertas del recinto tienen un ancho de 1,75 metros por 3,96 metros de alto.
Figura N° 19.- Acceso centro de ferias.
• Vista Posterior: En su parte posterior el salón colinda con el exterior y con una ampliación realizada el año 2006. Esta ampliación consta de la implementación de baños y cocina para el público. El detalle del muro será analizado más adelante en el anexo A.
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Figura N° 20.- Vista trasera del salón.
La ampliación realizada no cuenta con puertas que permitan separar la superficie del salón con el acceso a los baños y cocina, por lo que en esta zona se producirá una gran pérdida de calor si no se separaran estos dos ambientes. Es por esto que se deberá efectuar la instalación de puertas que permitan separar estos sectores, de modo que se pueda calefaccionar de una manera más eficiente el recinto sin que este sufra de pérdidas de calor. Para efectos de cálculo se supondrá la superficie del vano cubierta por una superficie vidriada al igual que el acceso, con espesor de vidrio de 5 milímetros. • Cielo: El cielo está compuesto por instapanel de espesor 0,5 milímetros, con aislación de lana mineral espesor 50 milímetros, la cual se supondrá de densidad aparente 50 kg/m3 para efectos de cálculo.
Figura N° 21.- Cielo Centro de ferias.
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3.2.- Método de Cálculo de la Instalación
3.2.1.- Método de Cálculo de Carga Térmica El proceso de dimensionamiento de una instalación de calefacción comienza con el cálculo de la carga térmica del local a calefactar, de esta forma se apreciaran las perdidas energéticas que deben ser compensadas por el sistema para lograr las condiciones interiores de confort deseadas (Ortega, 2001). Para ello se supondrá una temperatura interior de 17° C, la cual es la temperatura interior de diseño para un salón de exposición (Llorens, 1994).
3.2.1.1.- Cálculo de Transmitancia Térmica El valor del coeficiente global de transmisión U, será calculado para
los diversos
componentes de la envolvente del edificio de acuerdo a lo establecido en la Norma NCh 853.Of91. De la cual se desprenden las siguientes variables que intervendrán en el diseño. RT = Resistencia térmica total [m2 K/ W] U = Transmitancia térmica [W/m2K] Rsi = Resistencia térmica de una superficie al interior de un edificio [m2 K/ W] Rse = Resistencia térmica de una superficie al exterior de un edificio [m2 K/ W] Rg = Resistencia térmica de una cámara de aire no ventilada [m2K/W] e = espesor [m] λ = Conductividad térmica [W/m•K] Kl = Transmitancia térmica lineal [W/m•K]
• Elementos Simples y Homogéneos: 1 U = ------------------Rsi + e / λ + Rse
[1]
30
• Elementos Compuestos: 1 U = ----------------------Rsi + Σ (e / λ) + Rse
[2]
• Elementos con cámara de aire no ventilada: 1 U = ------------------------------Rsi + Ri + Rg + Re + Rse
[3]
Ya conocidas las formulas que se utilizarán en este cálculo y aclaradas las sugerencias para disminuir las pérdidas de calor que se producirán en el recinto si este no tuviere aislación, se procederá a calcular los valores de transmitancia térmica. El detalle de los cálculos se aprecia en el anexo B. Tabla N° 3.- Resumen de Valores Transmitancia Térmica. Superficie del Local
Superficie en Contacto con el exterior
Cielo Superficie en contacto con locales no calefaccionados Superficie en contacto con Ático no calefaccionado Superficie en Contacto con local auxiliar Puertas
Piso
Elemento Hormigón Instapanel (aislado) Policarbonato Celosía (cerrada) Vidrio Perfil metálico tipo A Perfil metálico tipo B Instapanel (aislado) Muro tipo A Muro tipo B Muro tipo C Instapanel (aislado) Policarbonato Instapanel (sin aislación) Policarbonato Exterior Vidriada Interior Vidriada Perdida Transversal Elemento Pérdida Perimetral
Fuente: Elaboración propia
U [W/m2°K] 4,12 0,747 6,954 8,333 8,054 8,215 3,507 0,764 0,489 0,509 0,548 0,685 3,791 4,166 3,791 8,054 4,096 1,142 K [W/m°K] 1
31
3.2.1.2.- Cálculo de Pérdida de Calor Por Renovación de Aire Según Ortega (2001), las fugas de calor al exterior por renovación de aire, suponiendo que el aire exterior entrante tenga el mismo contenido de humedad que el interior saliente, pueden evaluarse por la siguiente expresión:
Qr = Caire • ρaire • V • N • (Ta – Te)
[4]
Tomando el valor del calor específico del aire Caire, como 0,24 [Kcal/Kg•°C], y su densidad ρaire como 1,233 [Kg/m3], entonces la ecuación [4] quedara como: Qr = 0,29 • V • N • (Ta – Te) Donde: Qr = Pérdida por renovación de aire [Kcal/h] V = volumen del recinto [m3] Ta = temperatura ambiente interior [°C] Te = temperatura exterior [°C] N = tasa de renovación de aire, en renovaciones por hora Como se ha mencionado anteriormente la temperatura ambiente interior será de 17°C, la temperatura exterior de cálculo para la localidad de Valdivia según Tabla 2 de la NCH1078 será de 3°C y la tasa de renovación de aire será igual a 1 (Porges, 1974). Ya conocidos los valores de las variables que entraran en el diseño, se procederá a calcular las pérdidas de calor por renovación de aire. Sea: V = 13.600,07 m3 Ta = 17 °C Te = 3 °C N=1 Reemplazando en la ecuación [4] se tiene: Qr = 0,29 • 13.600,07 • 1 • (17 – 3)
32
Qr = 55.216,28 [Kcal/h]
3.2.1.3.- Cálculo de Carga Térmica Ya realizado el primer paso para el diseño de este sistema, se procederá a calcular la cantidad de calor necesaria para mantener el grado de confort dentro del recinto, para ello se utilizarán los datos obtenidos en los cálculos anteriores usando la siguiente fórmula:
Q = S • (Ti – Te) • U • 0,86 [Kcal/h]
[5]
Donde: Q = Potencia Requerida [Kcal/h] S = Superficie [m2] Ti = Temperatura interior de cálculo en °C Te = temperatura exterior de cálculo en °C U = Coeficiente global de transmisión de calor [W/ m2°K] (Tapia, 1993)
33
34
3.2.2.- Cálculo de los Paneles Radiantes
Para el dimensionamiento del piso radiante el local se dividirá en 4 sectores debido a la gran superficie que este posee. Estos 4 sectores poseerán idénticas dimensiones, lo que llevara a que posean iguales necesidades energéticas. De acuerdo a la información que proporciona el fabricante de las tuberías, esta entregaría como promedio 30 [Kcal/ml], entrando con una temperatura de alimentación de 50°C y de retorno 40°C (Anwo. 2008a) Por otra parte según Ortega (2001), se debe tener en cuenta que las pérdidas de carga no deben superar los 20 mmca/ml, y la velocidad de circulación debe estar entre 0,35 y 0,85 m/seg. Para este proyecto se supondrá una longitud de serpentín de 73 metros, para evitar que el panel más lejano supere los 120 metros de longitud en total, de modo de evitar pérdidas de carga muy grandes y aprovechar la longitud en que viene el rollo.
3.2.2.1.- Determinación de la Temperatura Superficial del Piso Según Ortega (2001), en sistemas radiantes es necesario determinar la potencia térmica necesaria por unidad de superficie calefactora q, en W/m2, de este modo se utilizará la siguiente fórmula:
Q q = ----- • 1,16 [W] Sut
[6]
Donde: Q = Potencia requerida [Kcal/hr] Sut = Superficie total a utilizar como emisor radiante [m2] El recinto cuenta con una superficie total de 1426,25 [m2], sin embargo la superficie a ocupar como emisor de calor es de 1351,48 [m2], ya que se descontara la superficie compuesta por los pilares existentes y la de separación entre ellos. Reemplazando en la ecuación [6] se tiene:
35
127.189,70 [Kcal/hr] q = ---------------1351,48 [m2] q = 94,111 • 1,16 [W] q = 109,17 [W/m2]
Conocida la potencia por unidad de superficie útil, la temperatura en la superficie del piso se puede estimar de acuerdo al grafico de la figura N° 22.
Figura N° 22.- Temperatura del piso en función de su emisividad térmica (Ortega. 2001).
De acuerdo a la figura N° [22], se puede observar que la temperatura superficial del piso en función de su emisividad térmica será de 28,2 °C, temperatura que está por debajo de los 29°C, máximo permitido.
36
3.2.2.2.- Fórmulas Para Calcular la Cantidad de Tubería Pex-A y Cantidad de Serpentines por Circuito. Para calcular la cantidad de tubería Pex-A que se ocupará en cada circuito, se utilizará la siguiente fórmula: Qc L = ---- [m] Qs
[7]
Donde: L: Longitud total de la tubería. Qc : Calor requerido por el circuito. Qs : Calor que entrega la tubería por metro lineal. (Tapia, 1993)
Para calcular la cantidad de serpentines que se ocuparan en cada circuito, se utilizará la siguiente fórmula: L C = ---- [m] 73
[8]
Donde: C: Número de serpentines en el circuito L: Longitud de tubería a ocupar en el circuito 73: Longitud del serpentín (Tapia, 1993)
3.2.2.3.- Cálculo De Tubería y Cantidad de Serpentines Como ya se mencionó, el primer paso será dividir el recinto en 4 circuitos, los cuales tendrán idénticas dimensiones debido a la geometría que éste posee. De acuerdo a esto se tiene lo siguiente:
37
Qt Qc = ----- [Kcal/h] 4
[9]
Donde: Qt : Es la carga térmica del recinto. Por lo tanto reemplazando en la ecuación [9], se tiene: 127.189,70 Qc = ---------------4 Qc = 31.797,43 [Kcal/h] Debido a que los 4 sectores poseerán los mismos requerimientos energéticos, el cálculo se hará sólo para el primer circuito ya que los restantes poseerán igual longitud de tubería y cantidad de serpentines que el primero.
• Circuito I: 1.- Cantidad de Tubería: Qc = 31.797,43 [Kcal/h] Qs = 30 [Kcal/ml] 31.797,43 L = -------------- = 1.059,91 Metros de tubería 30 2.- Cantidad de Serpentines: 1.059,91 C = -------------- = 14,52 Serpentines 73 Por lo tanto de acuerdo a estos cálculos cada circuito deberá tener 15 serpentines y dos manifold, uno de 7 vías y otro de 8 vías.
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Tabla N° 5.- Resumen de Manifold y Serpentines por Circuito Circuito
Cantidad de Manifold
Cantidad de Serpentines
I II III IV
2 2 2 2
15 15 15 15
Fuente: Elaboración propia
La disposición que tendrán los serpentines calculados se observará en el Anexo J, plano N° 1.
3.2.2.4.- Determinación de Separación Entre Tuberías Según Ortega (2001), la separación entre tuberías depende del caudal (Lt/h) que circule por cada circuito y del salto térmico ∆T, es decir, la diferencia de temperatura entre la ida y el retorno. Por otra parte los valores de la distancia entre tuberías varían desde los 50 mm hasta un máximo de 300 mm para grandes áreas. A continuación se calculará el salto térmico T* entre la temperatura media del agua en los circuitos Tm y la temperatura ambiente de diseño Ta, según: T* = Tm – Ta
[10]
De acuerdo con los valores mencionados anteriormente se tiene que, para una temperatura de impulsión de 50°C y una temperatura de retorno de 40°C correspondería una temperatura media Tm = 45°C. Reemplazando en la ecuación [10] se tiene: T* = 45 – 17 T* = 28 °C
39
Figura N° 23.- Distancia entre tuberías en función del salto térmico T* y su emisividad térmica (Ortega, 2001).
De acuerdo al grafico de la figura N° 23, entrando con una temperatura T* = 28,2 °C para una potencia por unidad de superficie útil q = 109,17 [W/m2], se obtiene que la separación de tuberías debe ser mayor a 30 centímetros, como se ha mencionado anteriormente este valor es la separación máxima que pudiere haber entre tuberías. Sin embargo, debido a la gran superficie que posee el recinto, se diseñará cada circuito con una separación de tuberías de 20 centímetros en las zonas perimetrales, pasando por una separación de 25 cm en los serpentines próximos a estos y dejando una separación de 30 cm en los serpentines más cercanos al centro del recinto. A pesar de ser 30 cm la separación máxima, habrá un serpentín con una distancia entre tuberías de 50 cm por circuito, dado que es el serpentín que se encuentra colindando con los otros 3 circuitos y en la parte central del salón de eventos, lugar donde no es necesario entregar tanto calor a diferencia de las zonas marginales.
3.2.3.- Cálculo del Arranque y Matrices de Alimentación y Retorno Para dimensionar el arranque y las matrices de alimentación y retorno de los circuitos, se sumara el caudal que circulará por los colectores para dimensionar el primero y el caudal total del circuito para dimensionar las matrices. Para este caso se utilizará el gráfico de pérdida de carga en tuberías de acero dispuesto en el anexo H.2, ya que para el proyecto es imposible utilizar tuberías Pex en las matrices de
40
alimentación y retorno puesto que no se encuentran diámetros de estas tuberías que puedan soportar el caudal que llegara a los circuitos. Para estos cálculos se utilizará la siguiente fórmula: Q MW = ---∆T
[11]
Donde: MW: Caudal de agua Q: Cantidad de Kcal/h ∆T: Salto térmico (Vergara, 2007) Tabla N° 6.- Resumen Diámetros de Arranques Circuito Manifold I II III IV
A B C D E F G H
Caudal [L/seg] 0,487 0,426 0,487 0,426 0,487 0,426 0,487 0,426
Diámetro [Pulg] 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4
Pérdida de Carga [mmca/ml] 11,2 9,8 11,2 9,8 11,2 9,8 11,2 9,8
Fuente: Elaboración Propia Los cálculos para obtener los resultados de la tabla N° 6 se aprecian en el Anexo C.1.
41
Tabla N° 7.- Diámetros de Matrices de Alimentación y Retorno Circuito
Tramo
I
II
III
IV
1-2 2-3 3-2 2-1 1-4 4-5 5-4 4-1 1-6 6-7 7-6 6-1 1-8 8-9 9-8 8-1
Caudal [litros/seg] 0,913 0,426 0,426 0,913 0,913 0,426 0,426 0,913 0,913 0,426 0,426 0,913 0,913 0,426 0,426 0,913
Diámetro [Pulgada] 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2
Pérdida de Carga Total [mm.c.a] 644,36 6,86 6,86 644,36 159,31 6,86 6,86 159,31 754,01 6,86 6,86 754,01 1.242,62 6,86 6,86 1.242,62
Fuente: Elaboración Propia Los cálculos para obtener los resultados de la tabla N° 7 se aprecian en el Anexo C.2.
3.2.4.- Selección de la Bomba de Circulación Para seleccionar una bomba que se adecue a los requerimientos del proyecto, se deben conocer la pérdida de carga (∆H) del circuito más desfavorable de la instalación y el caudal de diseño que se requiere para que el sistema entregue la cantidad de calor deseada (Llorens, 1994). Sin embargo para este proyecto, se instalará una bomba por circuito, la que irá en cada red de alimentación inmediatamente después del colector principal. Ya que cada circuito se hará de forma independiente, se debe calcular cual será el caudal total de cada circuito y ubicar su serpentín más desfavorable, para así calcular la pérdida de carga que debe vencer la bomba. Ya conocidos estos valores se buscará una bomba cuya curva de trabajo tenga un punto que se corresponda con el caudal del circuito y la pérdida de carga del mismo, este punto debe encontrarse en la curva de trabajo de la bomba o por debajo de ésta (Ortega, 2001).
42
Tabla N° 8.- Resumen Pérdidas de Carga y Caudales por Circuito Circuito I II III IV
Caudal [l/seg] 0,913 0,913 0,913 0,913
∆H [m.c.a] 3,76 2,68 3,96 5,05
Fuente: Elaboración Propia
De acuerdo a los valores obtenidos en los cálculos, se puede seleccionar la bomba que se requiere. En cada uno de ellos se utilizará la misma bomba de circulación, dado que los valores de caudal y perdida de carga de cada circuito están por debajo de la curva de trabajo de la bomba seleccionada. El detalle de los cálculos se aprecia en el anexo D.
3.2.4.1.- Características de la Bomba de Circulación Marca: Salmson Modelo: SXM 40–80 DN40 Voltaje: 220 V Revoluciones por minuto: 2010 – 2730
Figura N° 24.- Curva de trabajo bomba de Circulación (Salmson, 2009)
43
3.2.5.- Selección de la Caldera Para la elección de la caldera según Llorens (2001), se deben tener en cuenta los siguientes puntos: • Tipo de combustible a quemar. • Potencia calorífica que precisa el recinto, es aconsejable un margen de seguridad del 20% de la totalidad de la potencia. De acuerdo a lo anterior se elegirá una caldera de gasoil cuya potencia de acuerdo al segundo punto deberá ser: Potencia Caldera = Potencia Instalación * 1,2 Potencia Caldera = 127.189,70 * 1,2 Potencia Caldera = 152.627,64 [Kcal/h] De acuerdo con este valor se elegirá una caldera de Chapa de Acero Ivar a Petróleo, cuyas características son: Modelo: Super Rac 190 Marca: IVAR Potencia Térmica Nominal: 165.000 [Kcal/h] Contrapresión: 1,2 [mbar] Capacidad de Agua: 228 [dm3] Presión Máxima de Funcionamiento: 5 [bar] Temperatura de Retorno Mínima Admitida: 50 [°C] Peso en Vacio: 450 [kg] Al observar detenidamente los datos de la caldera, surge el inconveniente que la temperatura del agua de retorno de la instalación estará por debajo de la temperatura mínima admitida por el fabricante. Este hecho provocaría la condensación del vapor de agua contenidos en los humos de evacuación de la caldera, la cual posee características acidas y corrosivas, que a la larga corroe la chapa de acero provocando la disminución de la vida útil de la caldera a 2 o 3 años aproximadamente, según el fabricante (Ivar, 2008). Ivar (2008), sugiere que para eliminar totalmente este problema se debe instalar una bomba
44
anticondensación como muestra la figura N° [25], donde un termostato situado en el retorno del agua a la caldera y regulado a 55°C le enviara una señal continuamente a la bomba para que la temperatura del agua de ingreso a la caldera no sea inferior a esta.
Figura N° 25.- Esquema de bomba anticondensación (Azpiazu, 1990)
A modo de sugerencia, el propietario también podrá optar
por una caldera de alto
rendimiento, marca Buderus, la cual permite trabajar a bajas temperaturas, lo que es ideal para este sistema de calefacción. Sin embargo el gran inconveniente de usar esta fuente de calor es el elevado precio que posee, el cual sumado a todos los accesorios podría llegar a triplicar el precio de una caldera convencional según el distribuidor (Anwo, 2008b). A modo de dejar como constancia este hecho, el valor de la caldera (sin accesorios) que se necesita para cumplir las necesidades del proyecto costaría US$ 9.010 correspondiente al modelo G315/200, según Anwo (2008b). La ventaja de esta caldera además de
permitir trabajar a bajas
temperaturas de retorno del agua, con lo que se simplificaría el sistema ya que la temperatura de impulsión del agua sería fijada a 50°C lo que provocaría la eliminación de la válvula mezcladora y la bomba anticondensación debido a que cuenta con un sistema llamado Thermostream, basado en la mezcla del agua de retorno con el agua caliente de impulsión en el interior de la caldera, es que admite una centralita de regulación en función de la temperatura exterior, especialmente diseñada para este artefacto.
3.2.5.1.- Selección del Quemador Según (Azpiazu, 1990), para el correcto acoplamiento de un quemador a un generador debe considerarse fundamentalmente la potencia y las características de la cámara de combustión de este.
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Ya elegido el generador según la potencia requerida por la instalación, se determina el valor en kilogramos por hora o en metros cúbicos por hora de combustible que hay que quemar, según la siguiente fórmula:
P Kg/h o m3/h = -----------PCI • η
[12]
Donde: P: Potencia del generador en kilocalorías por hora. PCI: Poder calorífico inferior del combustible. η: Rendimiento del generador. El PCI de un combustible consiste en la energía desprendida durante su combustión por unidad de medida, que puede ser Kg o m3, durante una hora, no recuperando la energía de condensación del vapor de agua que está contenido en los gases de combustión.
Tabla N° 9.- Poder Calorífico Inferior Elemento Gasoleo Gas Ciudad Gas Natural Gas Propano
PCI [Kcal/kg] 10200 3800 10000 20000
Fuente: Azpiazu (1990)
Reemplazando en la ecuación [12] y considerando los siguientes factores, se tiene: P: 165.000 [Kcal/h] PCI: 10.200 [Kcal/kg] η: 90%, (Ivar, 2008) 165.000 Kg/h = ------------------10.200 • 0,9 Kg/h = 17,97 kilogramos de combustible por hora.
46
Tomando en cuenta este resultado se utilizará un quemador Riello, el cual posee un rango de consumo entre 8 – 18 [Kg/h] (Anwo, 2008b).
3.2.6.- Circuito de Caldera Este circuito estará compuesto por válvulas de bola, válvula de compuerta, válvulas de retención y dos circuitos: circuito de anticondensación y circuito a serpentines, los cuales se procederá a detallar.
3.2.6.1.- Circuito Anticondensación Como el agua de retorno del sistema tendrá una temperatura de 40°C (o incluso menor), no puede llegar directamente a la caldera ya que se produciría condensación en ella, debido a que la temperatura mínima de admisión a la caldera es de 50°C, según especificaciones del fabricante. A fin de evitar que se produzca esta condensación, se instalará un circuito de anticondensación. Esta solución consiste en que la caldera genere agua caliente a mayor temperatura que la que alimentara a los circuitos de calefacción, y una bomba impulsara esta agua a una conexión en que se mezcla con el agua de retorno de los circuitos antes de ingresar a la caldera. Se fijará la temperatura del agua de salida de la caldera en 70°C. Es decir, de esta forma, el fluido que circulará por el circuito de anticondensación poseerá igual temperatura, que al ser más elevada permitirá que la bomba de anticondensación envié el caudal necesario para producir una mezcla con el agua proveniente desde los circuitos, la cual alcanzara una temperatura adecuada para ingresar a la caldera. La mezcla de estos caudales no deberá tener una temperatura inferior a los 55°C, temperatura sugerida de ingreso a la caldera para evitar el problema de condensación (Ivar, 2008). Ver figura N° 27. Para regular que la temperatura de ingreso no sea inferior a los 55°C, se instalará en el conducto de retorno a la caldera un termostato de contacto, que enviará una señal continuamente a la bomba, para que ésta se ponga en funcionamiento y envíe el caudal necesario para alcanzar la temperatura programada cuando ésta descienda. Para elegir la bomba adecuada se calculará el caudal que debe circular por el circuito de anticondensación, el que se detallara en el anexo E.2.
47
Según el manual de instrucciones para calderas SuperRac (Ivar, 2008), la pérdida de carga requerida por la bomba es ínfima ya que debe vencer sólo la resistencia de la caldera y de las válvulas que se encuentren en su circuito. De acuerdo a los resultados obtenidos en el anexo E.2., el caudal que debe circular por la bomba es 1,217 [Lt/s], por lo que la bomba escogida será la siguiente: Marca: Salmson Modelo: SCX 50–90 DN50 Voltaje: 230-400 V Revoluciones por minuto: 1930 – 2660
Figura N° 26.- Curva de trabajo bomba de anticondensación (Salmson, 2009)
3.2.6.2.- Circuito a Serpentines Como el agua debe ingresar a los circuitos a 50°C, se deberá reducir la temperatura del agua proveniente de la caldera. Para realizar esta disminución de temperatura, se mezclará el agua de retorno de los circuitos con la de salida de la caldera mediante una válvula mezcladora de 3 vías que será calibrada para que la mezcla ingrese a los circuitos a 50°C, ver figura N° 27.
48
Figura N° 27.- Circuito de bomba anticondensación y válvula mezcladora de la instalación (elaboración propia). El detalle del caudal necesario para producir la mezcla en la válvula de 3 vías se aprecia en el Anexo E.1.
3.2.7.- Cálculo del Estanque de Expansión Para seleccionar el vaso de expansión que debe ser capaz de absorber los esfuerzos de dilatación que se producen en el agua debido a los cambios de temperatura, es necesario conocer la cantidad de agua que circulara por la instalación (Ortega, 2001). La capacidad total que debe tener el estanque debe ser igual o superior al volumen calculado mediante la siguiente ecuación.
∆V V = --------------------------1 – [(P – Pi)/ (P- Pf)]
Donde: ∆V = Volumen de agua de la instalación * coeficiente de expansión. P = Presión atmosférica. Pi = Presión inicial, corresponde a la presión de precarga del estanque de expansión.
[13]
49
Pf = Presión final, corresponde a la presión en que la válvula de seguridad ha sido calibrada. (Recal, 2008b) El coeficiente de expansión del agua será el 3,5% del Volumen total de agua de la instalación. (Vergara, 2007) Tabla N° 10.- Resumen de Volumen de Agua en los Circuitos Circuito I II III IV
Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] 391,684 1592,75 316,492 404,427 480,145 Fuente: Elaboración Propia
Tabla N°11.- Resumen de Volumen Total en la Instalación Elemento Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] Circuitos 1.592,75 1.820,75 Caldera 228 Fuente: Elaboración Propia. El Cálculo del volumen de agua se detalla en el anexo F. Ya obtenido el volumen total de agua que circulara por la instalación, se procederá a calcular la capacidad que debe tener el estanque según la ecuación [13], considerando los siguientes factores: P = 1,03 [Kg/cm2] Pi = 1,5 [Kg/cm2] Pf = 4 [Kg/cm2] 1.820,75 * 0,035 V = ------------------------------------1 – [(1,03 + 1,5)/ (1,03 + 4)] V = 128,22 [Litros]
50
Por lo tanto, el estanque de expansión deberá poseer un volumen de 150 [Litros].
3.2.8.- Sistema de Regulación Como se mencionó anteriormente el sistema ideal de regulación para una superficie radiante sería mediante el uso de una centralita de regulación, la cual actuaría regulando la temperatura de impulsión del agua de acuerdo a las variaciones de temperatura exterior, y que a la vez sería reajustada por un termostato ambiente. Sin embargo, al momento de cotizar una centralita, no fue posible encontrar ésta en la mayoría de los distribuidores de artefactos de calefacción dentro del territorio nacional, a excepción de dos, donde por un lado una centralita no cumplía los requerimientos para este proyecto debido al tamaño de la bomba de circulación y por el otro la centralita que admite la caldera Buderus (la cual no se implementará en el proyecto debido al elevado costo de esta caldera). De acuerdo a la información proporcionada por los proveedores el uso de este sistema tendría un valor muy elevado, su funcionamiento sería muy complicado y en la gran mayoría de proyectos de calefacción no es utilizado este sistema, motivo por el cual no trabajan con este producto. Como no se dispone de una centralita, el sistema de regulación escogido para el proyecto será por acción directa sobre la bomba de circulación. Dicho de otro modo, el termostato ambiente podrá accionar y desconectar la bomba de circulación según sean las necesidades del recinto. Por otra parte, para evitar que la mezcladora envíe el agua a una temperatura más elevada que la fijada, se instalará un termostato de seguridad inmediatamente después de la bomba de circulación de cada circuito, el que actuará desconectando la bomba y encendiendo luz de alarma ante una eventual subida de temperatura por sobre los 55°C, temperatura máxima de ingreso a los circuitos (Ortega, 2001). La reanudación del funcionamiento de la bomba se hará en forma manual. Como el termostato ambiente y el de seguridad actuarán sobre la bomba de circulación, estos se conectarán en serie, ver figura N° 28.
51
Figura N° 28.- Esquema de regulación de temperatura ambiente (Elaboración Propia).
52
CAPITULO IV.- ESTUDIO ECONOMICO
4.1.- Inversión En el presente ítem se presenta el costo total que se debe realizar para la implementación de este sistema de calefacción, en el cual además se considerarán todos los gastos que implica su implementación, es decir: aislación del salón y construcción de la sala de calderas.
4.1.1- Costo de los Elementos que Componen el Piso Radiante Para obtener el costo de la instalación del sistema por piso radiante, se calculará el valor de cada uno de los elementos que lo conforman en forma detallada. Es decir, el valor de los elementos (artefactos) de un sistema de calefacción, la instalación del hormigón que cubrirá las cañerías, las juntas de dilatación, la chimenea y el sistema eléctrico para hacer funcionar los artefactos eléctricos. Tabla N° 12.- Costos de Elementos del Sistema de Calefacción N°
Elemento
Unid. Prec. Unit. Cantidad
Subtotal
Fuente
1
Placa Nopa e = 45 mm 20 kg/m3
Pla
2.040
2.621
5.346.840
Aislapol
2
Polietileno negro 3x20 m
Uni
24
6.877
165.048
Sodimac Internet
3
Pex-A Aqualine Fränk. 20*1,9 240 m
Uni
745
7.200
5.364.000
Anwo
4
Kit Colector Cromado 7 Vías
Uni
133.897
4
535.588
Anwo
5
Kit Colector Cromado 8 Vías
Uni
142.754
4
571.016
Anwo
6
Llave de Desagüe (Waste Cock)
Uni
5.273
8
42.184
Anwo
7
Purga Cromada Automática 1/2"
Uni
4.986
8
39.888
Anwo
8
Caldera Ivar Super Rac 190
Uni
2.558.110
1
2.558.110
Anwo
9
Quemador Petróleo Riello 40G20
Uni
561.117
1
561.117
Anwo
10 Estanque de Expansión Varem 150 Lt.
Uni
145.578
1
145.578
Cosmoplas
11 Bomba Circ. Salmson SXM 40-80
Uni
461.622
4
1.846.488
Cosmoplas
12 Bomba Circ. Salmson SCX 50-90
Uni
490.782
1
490.782
Cosmoplas
13 Válvula Mezc. 3 vías 2.1/2" Cidimme
Uni
401.691
1
401.691
Anwo
14 Aquasensor Reg. Temp. Agua
Uni
386.061
1
386.061
Anwo
15 Termostato de Inm. Simple 100 mm
Uni
12.051
5
60.255
Cosmoplas
16 Termostato Programable Milux
Uni
54.705
4
218.820
Anwo
17 Filtro de Agua Tipo Y 2.1/2"
Uni
38.023
1
38.023
Anwo
18 Válvula de Seguridad 1.1/4" 6 bars
Uni
53.663
1
53.663
Anwo
19 Estanque Subterráneo 2 m3
Uni
826.861
1
826.861
Transital S.A.
Tira
15.342
3
46.026
BPF
Cañerías 20 1.1/4" ASTM A-53 Sch40 L = 6 m
53
21 1.1/2" ASTM A-53 Sch40 L = 6 m
Tira
18.329
54
989.766
BPF
22 2"
ASTM A-53 Sch40 L = 6 m
Tira
24.620
1
24.620
BPF
23 2.1/2" ASTM A-53 Sch40 L = 6 m
Tira
39.057
2
78.114
BPF
24 Codo 90° Soldar Sch40 1.1/2"
Uni
960
56
53.760
BPF
25 Codo 90° Soldar Sch40 1.1/4"
Uni
850
16
13.600
BPF
26 Codo 90° Soldar Sch40 2.1/2"
Uni
2.900
2
5.800
BPF
27 Tee Bronce So So 1.1/2" x 1.1/4"
Uni
4.916
8
39.328
Climent Osorno
28 Copla Acero Negro So 1.1/2" x 1.1/4"
Uni
1.798
8
14.384
Climent Osorno
29 Tee Bronce So So 2.1/2"
Uni
15.563
2
31.126
Climent Osorno
30 Copla So So 2.1/2" x 2"
Uni
7.773
2
15.546
Climent Osorno
31 Válvula de bola 3/4"
Uni
2.118
8
16.944
Cosmoplas
32 Válvula de bola 1.1/4"
Uni
5.570
12
66.840
Cosmoplas
33 Válvula de bola 1.1/2"
Uni
7.688
8
61.504
Cosmoplas
34 Válvula de bola 2"
Uni
12.276
2
24.552
Cosmoplas
35 Válvula de bola 2.1/2"
Uni
28.943
6
173.658
Cosmoplas
36 Válvula de Retención 1.1/2"
Uni
14.279
4
57.116
Cosmoplas
37 Válvula de Retención 2"
Uni
15.427
1
15.427
Cosmoplas
38 Válvula de Retención 2.1/2"
Uni
30.304
2
60.608
Cosmoplas
39 Válvula de Compuerta 2.1/2"
Uni
23.727
1
23.727
Cosmoplas
40 Aeroflex 1.1/2" e= 13 mm L = 2 mt
Tira
3.289
44
144.716
Antartic
41 Aislan Caños con Osnab. 1.1/4 0,9 mt
Tira
3.125
8
25.000
Sodimac
42 Aislan Caños con Osnab. 1.1/2 0,9 mt
Tira
3.380
6
20.280
Sodimac
43 Aislan Caños con Osnab. 2" 0,9 mt
Tira
3.700
3
11.100
Sodimac
44 Aislan Caños con Osnab. 2.1/2" 0,9mt
Tira
3.890
7
27.230
Sodimac
45 Cinta Ad. Para Caños 50 mm x 66 mt
Uni
6.310
1
6.310
Sodimac Internet
Gl
4.730.180
1
4.730.180
FrioCalor Ltda.
Fitting
Válvulas
Aislante
Mano de Obra 46 Instalación
TOTAL 26.429.275 Utilidades de la Empresa 10%
2.642.928
Total Neto
29.072.203
Fuente: Elaboración Propia Algunos productos se cotizaron en dólares, los que se cambiaron a moneda nacional el día 23 de julio del 2010, considerando en valor del dólar en $ 521 pesos. En el ítem Instalación de la tabla N° 12, se considera los gastos generales y la mano de obra: la que incluirá solamente la instalación de placas nopas, colocación de polietileno, tendido de tuberías y cañerías; y la instalación de artefactos que incluye el sistema. (FrioCalor, 2009).
54
El valor del hormigón que cubrirá las cañerías y su colocación, al igual que las juntas de dilatación, la chimenea y el sistema eléctrico será calculado a continuación, para obtener el costo total del sistema por piso radiante. Tabla N° 13.- Costo del Hormigón H30 Instalado N°
Elemento
M3
Costo Unit. 60.711
M3
4.119
Unid.
1.0 Hormigón H30(90)-20-10-32-28-B
Cantidad
Subtotal
Fuente
91,02
5.525.915
Ready Mix
91,02
374.911
Ondac
Total
5.900.827
2.0 Mano de Obra 2.1 Colocación Hormigón
Fuente: Elaboración Propia. Para el caso del Hormigón también se utilizo el valor de la UF del día 23 de julio del 2010, cuyo valor correspondía a $ 21.227,6 pesos, sin IVA.
Tabla N° 14.- Colocación Juntas de Dilatación
1.0 Poliestireno 20 mm
M2
Costo Unit. 1.729
2.0 Poliestireno 10 mm
M2
1.729
N°
Elemento
Unidad
Cantidad
Subtotal
Fuente
26,28
45.438
Sodimac
6,46
11.169
Sodimac
Total
56.607
Fuente: Elaboración Propia. En la tabla N° 14 se considera el valor instalado de las juntas de dilatación. Tabla N° 15.- Costo de Chimenea de Caldera N°
Elemento
Unidad C. Unitario Cantidad
1.0 Chimenea d = 22 cm; D = 32 cm c/ais
ML
Subtotal
Fuente
4,5
292.500
GoodClima
Total
292.500
65.000
Fuente: Elaboración Propia En la tabla N° 15 se considera el valor de la chimenea instalada por metro lineal. Para la instalación eléctrica del sistema de calefacción se ha consultado al profesor Luis Narváez, quien ha propuesto que para la protección de las bombas y válvula motorizada se utilicen guarda motores regulables de bajo amperaje, ya que el disyuntor posee una capacidad
55
mínima (6 Amperes) muy superior a la de los artefactos y por esta razón no cumpliría su función de protegerlos. Tabla N° 16.- Instalación Eléctrica de Elementos de Calefacción N°
Elemento
Unid.
P. Unitario
Cantidad
Subtotal
1.0
Materiales
1.1
Conductor 2,5 mm2 (rojo, blanco y verde)
ML
94
346
32.524
1.1
pvc conduit 16 mm (color naranja) 6 mt
Tira
501
51
25.551
1.3
Guardamotor Reg. 1-1,6A 0,37KW
Uni.
5
27.746
138.730
1.4
Guardamotor Reg. 1,6-2,5A 0,7KW
Uni.
1
26.811
26.811
1.5
Luz piloto 22 mm 220V
Uni.
6
1.044
6.264
1.6
Automático 3x10A
Uni.
1
15.614
15.614
1.7
Barra T. Tierra 5/8x1,5 mts
Uni.
2
3.232
6.464
1.8
Conector 5/8"
Uni.
2
1.045
2.090
1.9
Tablero Metálico 300x300x200
Uni.
1
20.242
20.242
1.10 Otros 2.0 Mano de Obra
GL
27.429
1
27.429
2.1
GL
120.000
1
120.000
Total
421.719
Instalación
Fuente: Elaboración Propia
En el ítem Otros de la tabla N° 16, se considerará las abrazaderas para fijar las tuberías de pvc, las fijaciones del tablero, etc. Sumando los valores anteriores se obtiene el valor total neto de los elementos que componen el sistema de calefacción por piso radiante, incluida la mano de obra.
Tabla N° 17.- Costo Total de Sistema de Calefacción por Piso Radiante N° 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Elemento Elementos Sist. Piso Radiante Hormigón H30 Juntas de Dilatación Chimenea de Caldera Instalación Eléctrica Calefacción
Subtotal 29.072.203 5.900.827 56.607 292.500 421.719
Fuente: Elaboración Propia.
Total Neto 35.743.856
56
4.1.2.- Costo de Aislar Térmicamente el Salón de Eventos Se calculará el costo que implica aislar térmicamente el salón de eventos. Para efectos de cálculo la superficie de la celosía se considero cerrada por instapanel, en este apartado de considera a modo de sugerencia la celosía móvil termobrise 150 dadas sus características y a pesar de su elevado costo. Por otra parte no se considera el costo de la separación de ambientes mediante puertas entre el salón con la ampliación, puesto que mediante este vano se accede a las salidas de emergencia, por lo que la solución se deberá estudiar en conjunto entre el propietario y un prevencionista de riesgos.
Tabla N° 18.- Costo de Aislación Térmica del Salón
1.0 Lana Min. Aislan 1C 0,5x1,2 m
M2
Costo Unit. 2.454
2.0 Malla Hexagonal 3/4" x22 1,5 mt
M2
891
N°
Elemento
3.0 Termobrise 150
Unidad
M2
105.000
664,78
Costo Total 1.631.370
Sodimac
664,78
592.319
Sodimac
Subtotal
2.223.689
26,4
2.772.000
Total
4.995.689
Cantidad
Fuente
Venosor
Fuente: Elaboración Propia
El detalle de los costos unitarios de la aislación térmica se aprecia en el Anexo G.1.
57
4.1.3.- Costo de Construcción de Sala de Calderas Tabla N° 19.- Costo de Construcción de Sala de Calderas N°
Ítem
Unidad Costo Unit. Cantidad Subtotal
1.0 Movimiento de Tierras 1.1 Excavación
M3
2.011
4,03
8.104
2.1 Cama de Ripio e = 10 cm
M3
1.087
20,1
21.849
2.2 Polietileno
M2
216
20,1
4.342
2.3 Malla Acma C-92
M2
740
20,1
14.874
3.1 Hormigón Cimiento 170 Kg-C/M3 Hormigón Sobrecimiento 225 Kg3.2 C/M3 3.3 Radier 400 Kg-C/M3
M3
30.689
4,03
123.677
M3
40.311
0,54
21.768
M3
56.041
2,01
112.642
3.4 Pilares y Cadenas 225 Kg-C/M3
M3
40.311
1,02
41.117
4.1 Fierro Liso Ø 6mm L = 6 mts
Kg
933
17,18
16.029
4.2 Fierro Estriado Ø 10 mm L = 6 mts
Kg
845
35,54
30.031
4.3 Fierro Estriado Ø 12 mm L = 6 mts
Kg
827
46,32
38.307
M2
16.087
19,91
320.292
6.1 Moldaje Sobrecimiento
M2
6.219
5,31
33.023
6.2 Moldaje Pilar Aislado
M2
7.044
10,56
74.385
6.3 Moldaje Cadena
M2
5.196
5,31
27.591
GL
19.794
4
79.176
2.0 Relleno Radier
3.0 Hormigón
4.0 Enfierradura
5.0 Albañilería 5.1 Ladrillo Titán 6.0 Moldaje
7.0 Cercha 7.1 Cercha 8.0 Cubierta 8.1 Costanera 2x2" Pino Dim. Seco
ML
824
54,84
45.188
8.2 Zinca. Acan. 0,35 x 851x 3000 mm
M2
6.062
29
175.798
GL
58.284
1
58.284
GL
249.295
1
249.295
Total
1.495.772
9.0 Sistema Eléctrico 9.1 Instalación Eléctrica Sala de Caldera 10.0 Otros 10.1 Varios Gastos Generales 8%
119.662
Subtotal
1.615.433
Utilidades 10%
161.543
Total Neto
1.776.977
Fuente: Elaboración Propia.
El ítem 10.1, Otros, considera el 20% del costo directo, donde se incluyen las puertas, ventanas, pintura, iluminación, etc.
58
NOTA: La instalación eléctrica de la sala de caldera no incluirá empalme, ya que toda la nueva instalación eléctrica se deberá conectar a la red existente del Salón de Eventos, por lo cual el instalador deberá revisar y verificar la capacidad del empalme existente y modificar si fuera necesario. El detalle de los costos unitarios de la sala de calderas se aprecia en el Anexo G.2.
4.1.4.- Costo Total de la Inversión del Sistema de Calefacción por Piso Radiante La inversión total que se debe realizar para implementar el sistema de calefacción en el salón de eventos del Centro de Ferias Parque Saval, se observa en la siguiente tabla, en la cual se aplicará el 19% correspondiente al IVA en cada uno de los ítems. Tabla N° 20.- Costo Total de Instalación de Calefacción por Piso Radiante Elemento Sistema de Calefacción por Piso R. Aislación Térmica del Salón Construcción Sala de Calderas
Subt. Neto 35.743.856 4.995.689 1.776.977
Sub. C/IVA 42.535.189 5.944.870 2.114.602
Total 50.594.661
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.- Consumo de Combustible por Evento Para determinar la cantidad de petróleo que se ocupara en un evento se utilizará la siguiente expresión: Z • Qmedio Co = N • ---------------PCI • η Donde: Co: Consumo por mes o por periodo de calefacción en kilogramos o metros cúbicos. N: número de horas de funcionamiento de la caldera. Z: Numero de días de calefacción. PCI: Poder calorífico inferior del combustible η: Rendimiento térmico del generador
[14]
59
Qmedio : Pérdida de calor medio, donde: Q • (Ta – Tem) Qmedio = --------------------(Ta – Te min)
[15]
Con: Q: Pérdida de calor total. Ta: Temperatura interior de cálculo. Tem: Temperatura media del mes o del periodo de calefacción. Te min: Temperatura exterior de cálculo. (Azpiazu. 1990) Por lo tanto, reemplazando [15] en [14] se tiene que: Z • (Ta – Tem) • Q • c Co = N • -----------------------------(Ta – Te min) • PCI • η
La temperatura media del mes se puede estimar de acuerdo a la siguiente tabla.
Tabla N° 21.- Temperaturas Medias por Mes en Valdivia, en °C E F M A M 17,1 16,2 14,4 11,6 9,9
J J 8,2 7,6
A 8
S O N D 9,4 11,4 13,8 15,8
Fuente: Universidad Católica de Temuco (2007).
De acuerdo al calendario de eventos del Centro de Ferias Parque Saval, se puede estimar que en promedio un evento tendrá una duración de 3 días (ElNavegable, 2008). Se considerará el mes más desfavorable del año, es decir julio; el funcionamiento de la caldera durante 12 horas de forma continua y el poder calorífico del Petróleo según tabla N° 9, 10.200 [Kcal/kg]. Por lo tanto reemplazando en la ecuación resultante, se puede estimar que el consumo de combustible por periodo de evento será:
60
3 •127.189,70 • (17 – 7,6) Co = 12 • ----------------------------------10.200 • 0,9 • (17 – 3) Co = 334,90 [Kg de petróleo] La densidad del petróleo es 0,85 [kg/Lt] (Gamma Ingenieros S.A., 2006), convirtiendo a litros se tiene: 334,90 [kg] V = -----------0,85 [kg/Lt] V = 394 [Lt] Por lo tanto, considerando el mes más helado del año en un régimen de funcionamiento de la caldera de 12 horas (entre las 7 y 19 horas), habrá un consumo de 394 [Lt] de petróleo por evento de 3 días. Considerando el valor del petróleo a $ 519 pesos (Terpel, 2010), por evento de 3 días se tendrá un costo en combustible de $ 204.486 pesos. Sin embargo este valor puede disminuir, debido a que si el termostato percibe un aumento de la temperatura previamente fijada, gracias al aporte de calor que recibe el salón por parte de otras fuentes el sistema detendrá su funcionamiento.
61
CAPITULO V.- CONCLUSION
Realizado todo el proceso de dimensionamiento del sistema de calefacción por piso radiante se puede concluir en general lo siguiente: El calor necesario que debe aportar el sistema de calefacción por piso radiante para mantener una temperatura ambiente de 17°C en el Salón de Eventos del Centro de Ferias Parque Saval, es de 127.189,70 [Kcal/h]. Por lo que la potencia por superficie útil del Salón será de 109,17 [W/m2] ó 0,1092 [Kwh/m2]. Debido a la gran superficie que posee el Salón de Eventos se divide en 4 circuitos. Cada uno de estos circuitos está compuesto por 15 serpentines de polietileno reticulado con barrera antioxígeno de 20 mm de diámetro, los cuales tendrán una separación de tubería entre 20 y 30 cm. excepto un serpentín por cada uno de los circuitos que tendrá una separación entre tuberías de 50 cm. Todos ellos irán sobrepuestos en una placa nopa, de base 20 mm y nopas 25 mm, y estarán cubiertos por un radier de 7 cm de espesor. La longitud total del serpentín más desfavorable no supera los 120 metros (73 metros de longitud de serpentín más ida y retorno al serpentín). De lo contrario se producirían perdidas de carga muy elevadas en los serpentines más desfavorables. Lo anterior, en el entendido de que se efectuarán las siguientes modificaciones al local: a.- aislación de todas las paredes cubiertas por instapanel, con lana mineral de 1 cara de papel, espesor 50 mm. b.- reemplazo de celosías fijas por unas móviles que permitan mantener el salón cerrado cuando se ponga en funcionamiento el sistema de calefacción. c.- separación de ambientes, es decir, separar la superficie del salón de eventos de la superficie compuesta por la cocina y el baño.
Relativo al funcionamiento: • El piso tendrá una temperatura superficial de 28,2 °C. • El agua que circula por los serpentines ingresa a 50°C y tiene como máximo permitido 55°C. En el caso que se sobrepase la temperatura de impulsión por sobre los 55°C la bomba de
62
circulación detendrá su funcionamiento. Si no se limitara la temperatura de impulsión el agua podría ingresar a los circuitos a una temperatura superior a 55°C, provocando tanto daños fisiológicos en las personas como grietas en el radier, pues aumentará la temperatura superficial del piso por sobre el máximo permitido. • Se incluye una bomba de anticondensación en el circuito de la caldera, para evitar que se produzca la condensación del vapor de agua contenidos en los humos de evacuación de la caldera lo que provocará daños dentro de ésta. • En cuanto a la regulación de temperatura, la instalación de un termostato y una bomba de circulación por cada circuito permite trabajar con cada uno de estos de forma independiente, de modo que si un circuito necesitara mas aporte de calor que en los restantes, solo se pondrá en funcionamiento la bomba correspondiente.
En Cuanto a la Inversión y al Consumo de Combustible • El costo de la inversión que se debe realizar para implementar el sistema de calefacción por piso radiante en el salón de eventos tendrá un valor total de $ 50.594.661 millones de pesos. Este valor se desglosa de la siguiente manera: a) El costo total del sistema de calefacción propiamente tal tiene un valor de $ 42.535.189 pesos. b) El costo de aislar el salón de eventos tiene un valor de $ 5.944.870 pesos. c) El costo de construir una sala de calderas que cobije el circuito de caldera y las bombas de cada uno de los circuitos del piso radiante tiene un valor de $ 2.114.602 pesos.
• El costo para hacer funcionar el sistema de calefacción por evento de duración de 3 días tendrá un valor de $ 204.486 pesos, pues esta consumirá 394 [Lt] en este periodo. Si el evento tuviera una duración de más de 3 días se deberá agregar al costo ya mencionado $ 68.162 pesos por día extra de funcionamiento, ya que la caldera consumirá 131,33 [Lt] por día de funcionamiento.
63
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Termobrise
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2009.
Ficha
técnica
SCX-DCX-SXM-DXM.
16p.
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Caños
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en:
68
ANEXO A
ESQUEMA DE SUPERFICIES QUE COMPONEN EL SALON
A.1.- Superficie en contacto con el exterior
Figura N° 29.- Muros Laterales.
Figura N° 31.- Perfil Metálico.
Figura N° 30.- Acceso.
69
A.2.- Superficie en Contacto con Locales no Calefaccionados El muro tipo A, tipo B, tipo C; corresponden a un solo muro. Sin embargo se ha diferenciado de este modo debido a que presenta 3 tipos de composiciones al estar en contacto con 3 tipos de ambientes. El muro tipo A, colinda con un pasillo de acceso a los baños. El muro tipo B colinda con el baño de hombres. El muro tipo C colinda con una cocina.
Figura N° 32.- Muro tipo A
Figura N° 33.- Muro tipo B
70
Figura N° 34.- Muro tipo C
A.3.- Suelo
Figura N° 35.- Radier del salón (se considera aislado por la placa nopa)
71
ANEXO B
CALCULO DE TRANSMITANCIA TERMICA
B.1.- Superficie en Contacto con el Exterior B.1.1.- Hormigón Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] e = 0,2 [m] λ = 1,63 [W/ m•°K] 1 U = -----------------0,12 + 0,2/1,63 U = 4,120 [W/ m2•°K]
B.1.2.- Instapanel Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] e instapanel = 0,5 [mm] e lana mineral = 50 [mm] λ acero = 58 [W/ m•°K] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•°K] 1 U = ------------------------------------0,12 + 5x10-4/58 + 0,05/0,041 U = 0,747 [W/ m2•°K]
B.1.3.- Policarbonato Traslucido Acanalado Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr]
72
e policarbonato = 5 [mm] λ policarbonato = 0,21 [W/ m•°K] 1 U = -----------------------0,12 + 5x10-3/0,21 U = 6,954 [W/ m2•°K]
B.1.4.- Celosía Como se ha mencionado anteriormente se considerara la superficie cerrada por instapanel. Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] e acero = 0,5 [mm] λ acero = 58 [W/ m•°K] 1 U = ----------------------0,12 + 5x10-4/58 U = 8,333 [W/ m2•°K]
B.1.5.- Vidrio Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] E vidrio = 5 [mm] λ vidrio = 1,2 [W/ m•K] 1 U = ----------------------0,12 + 0,005/1,2 U = 8,054 [W/ m2•°K]
B.1.6.- Perfil Metálico tipo A Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr]
73
e acero = 0,1 [m] λ acero = 58 [W/ m•°K] 1 U = -----------------0,12 + 0,1/58 U = 8,215 [W/ m2•K]
B.1.7.- Perfil Metálico tipo B Rsi = 0,12 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 km/hr. e acero = 0,003 [m] λ acero = 58 [W/ m•°K] e cámara de aire = 94 [mm] Rg = 0,165 (Según tabla 7, Nch 853.Of91) 1 U = ------------------------------------0,12 + (0,003/58) x 2 + 0,165 U = 3,507 [W/ m2•°K]
B.2.- Cielo Rsi = 0,09 [m2•°K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] e instapanel = 0,5 [mm] e lana mineral = 50 [mm] λ acero = 58 [W/ m•°K] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•°K] 1 U = -------------------------------------0,09 + 5x10-4/58 + 0,05/0,041 U = 0,764 [W/ m2•K]
74
B.3.- Superficie en Contacto con Locales No Calefaccionados B.3.1.- Muro Tipo A Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] Rg = 0,165 [m2•K/W] e lana mineral = 50 [mm] e instapanel = 0,5 [mm] e cámara de aire = 70 [mm] e mortero= 80 [mm] e ladrillo = 21 [cm] e terciado = 9 [mm] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•K] λ acero = 58 [W/ m•K] λ mortero = 1,4 [W/ m•K] λ ladrillo = 0,76 [W/ m•K] λ terciado = 0,102 [W/ m•K] 1 U = -----------------------------------------------------------------------------------------------------0,12 + 0,12 + 0,05/0,041 + 5x10-4/58 + 0,08/1,4 + 0,21/0,76 + 9x10-3/0,102 + 0,165 U = 0,489 [W/ m2•K]
B.3.2.- Muro Tipo B Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] Rg = 0,165 [m2•K/W] e lana mineral = 50 [mm] e instapanel = 0,5 [mm] e cámara de aire = 70 [mm] e mortero= 80 [mm] e ladrillo = 21 [cm] e cerámico = 9 [mm] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•K]
75
λ acero = 58 [W/ m•K] λ mortero = 1,4 [W/ m•K] λ ladrillo = 0,76 [W/ m•K] λ cerámico = 1,75 [W/ m•K] 1 U = -----------------------------------------------------------------------------------------------------0,12 + 0,12 + 0,05/0,041 + 5x10-4/58 + 0,08/1,4 + 0,21/0,76 + 9x10-3/1,75 + 0,165 U = 0,509 [W/ m2•°K]
B.3.3.- Muro Tipo C Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] Rg = 0,165 [m2•K/W] e lana mineral = 50 [mm] e instapanel = 0,5 [mm] e cámara de aire = 70 [mm] e mortero= 30 [mm] e ladrillo = 7 [cm] e terciado = 9 [mm] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•K] λ acero = 58 [W/ m•K] λ mortero = 1,4 [W/ m•K] λ ladrillo = 0,76 [W/ m•K] λ terciado = 0,105 [W/ m•K] 1 U = -----------------------------------------------------------------------------------------------------0,12 + 0,12 + 0,05/0,041 + 5x10-4/58 + 0,03/1,4 + 0,07/0,76 + 9x10-3/0,105 + 0,165 U = 0,548 [W/ m2•K]
76
B.4.- Superficie en Contacto con Ático no Calefaccionado B.4.1.- Superficie compuesta por Instapanel Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] e instapanel = 0,5 [mm] e lana mineral = 50 [mm] λ acero = 58 [W/ m•K] λ lana mineral = 0,041 [W/ m•K] 1 U = ---------------------------------------------0,12 + 5x10-4/58 + 0,05/0,041 + 0,12 U = 0,685 [W/ m2•K]
B.4.2.- Superficie compuesta de Policarbonato Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] e policarbonato = 5 [mm] λ policarbonato = 0,21 [W/ m•K] 1 U = --------------------------------0,12 + 5x10-3/0,21 + 0,12 U = 3,791 [W/ m2•K]
B.5.- Superficie en Contacto con Local Auxiliar no Calefaccionado La superficie considerada en este ítem será la que se encuentra sobre el vano que conecta el salón de eventos con la ampliación. B.5.1.- Superficie compuesta por Instapanel Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W]
77
e instapanel = 0,5 [mm] λ acero = 58 [W/ m•K] 1 U = ------------------------------0,12 + 5x10-4/58 + 0,12 U = 4,166 [W/ m2•K]
B.5.2.- Superficie Compuesta por Policarbonato Rsi = 0,12 [m2•K/W] Rse = 0,12 [m2•K/W] e policarbonato = 5 [mm] λ policarbonato = 0,21 [W/ m•K] 1 U = ---------------------------------0,12 + 5x10-3/0,21 + 0,12 U = 3,791 [W/ m2•K]
B.6.- Piso B.6.1.- Pérdida Transversal Rsi = 0,17 [m2•K/W] Rse = 0, se considera viento mayor a 10 [km/hr] e poliestireno expandido = 20 [mm], Densidad aparente 20 kg/m3. e hormigón = 10 [cm] e cama de ripio = 10 [cm] λ poliestireno expandido = 0,0384 [W/ m•K] λ hormigón = 1,63 [W/ m•K] λ grava = 0,81 [W/ m•K] 1 U = --------------------------------------------------0,17 + 0,02/0,0384 + 0.1/1.63 + 0.1/0.81 U = 1,142 [W/ m2•K]
78
B.6.2.- Pérdida Perimetral 1 RT = -----U 1 RT = -----1,142 RT = 0,88 [m2 • °C/W] RT > 0,6; Entonces se considera como piso aislado con Transmitancia térmica lineal Kl = 1,0 [W/ m•K].
79
ANEXO C
CALCULO DE ARRANQUE Y MATRICES DE ALIMENTACION Y RETORNO En este paso se necesitara saber el caudal que se hará circular por los circuitos para entregar el calor requerido al Salón, el cual se calculara de acuerdo a la ecuación [11]. Con dicho resultado se podrá seleccionar el diámetro necesario del arranque, el que se determinara entrando con el caudal en el grafico del anexo H.2, donde se interceptara con la pendiente del diámetro deseado, y con ello se obtendrá la pérdida de carga que poseerá el tubo para el correspondiente caudal.
C.1.- Cálculo De Caudal por Circuitos y Pérdida de Carga del Arranque C.1.1.- Circuito I Para los 2 manifold y 15 serpentines de este circuito se tienen: Tabla N° 22.- Calor Requerido por Manifold A y B Manifold A B
Cantidad de Tubería Pex [m] Q [Kcal/h] Serpentines 8 584 17.520 7 511 15.330 Fuente: Elaboración Propia
Ya conocida la cantidad de calor que debe entregar cada manifold, se calculará el caudal requerido y posteriormente el diámetro de cañería que surtirá al manifold con su respectiva pérdida de carga por metro lineal. • Manifold A: 17.520 MWA = ----------50 – 40 MWA = 1.752 [L/h] MWA = 0,487 [L/seg]
80
De acuerdo al grafico de Tamaños de Tuberías de Calefacción por Agua Caliente del anexo H.2, entrando con un caudal de 0,487 [L/seg] se obtiene una tubería de diámetro 1.1/4” con una pérdida de carga de 11,2 mm/ml.
• Manifold B: 15.330 MWB = ----------50 - 40 MWB = 1.533 [L/h] MWB = 0,426 [L/seg] De acuerdo al anexo H.2, entrando con un caudal de 0,426 [L/seg] se obtiene la tubería de diámetro 1 1/4” con una pérdida de carga de 9,8 mm/ml. Tabla N° 23.- Caudal y Pérdida de Carga en Manifold A y B Manifold A B
L [m] 0,55 0,55
Caudal [l/seg] 0,487 0,426
Diámetro [pulgadas] 1 1/4 1 1/4
Perd. Unitaria [mm/ml] 11,2 9,8
Pérdida Total [mmca] 6,16 5,39
Fuente: Elaboración Propia
C.1.2.- Circuito II Para los 2 manifold y 15 serpentines de este circuito se tienen: Tabla N° 24.- Calor Requerido por Manifold C y D Manifold C D
Cantidad de Tubería Pex [m] Q [Kcal/h] Serpentines 8 584 17.520 7 511 15.330 Fuente: Elaboración Propia
Se calculará el caudal requerido y posteriormente el diámetro de cañería que surtirá al manifold con su respectiva pérdida de carga por metro lineal en cada caso.
81
• Manifold C: 17.520 MWC = ----------50 – 40 MWC = 1.752 [L/h] MWC = 0,487 [L/seg] De acuerdo al grafico del Anexo H.2., entrando con un caudal de 0,487 [L/seg] se obtiene una tubería de diámetro 1.1/4” con una pérdida de carga de 11,2 mm/ml.
• Manifold D: 15.330 MWD = ----------50 - 40 MWD = 1.533 [L/h] MWD = 0,426 [L/seg] De acuerdo al anexo H.2, entrando con un caudal de 0,426 [L/seg] se obtiene la tubería de diámetro 1 1/4” con una pérdida de carga de 9,8 mm/ml. Tabla N°25.- Caudal y Pérdida de Carga en Manifold C y D Manifold
L [m]
C D
0,55 0,55
Caudal [l/seg] 0,487 0,426
Diámetro [pulgadas] 1 1/4 1 1/4
Perd. Unitaria [mm/ml] 11,2 9,8
Fuente: Elaboración Propia.
Pérdida Total [mmca] 6,16 5,39
82
C.1.3.- Circuito III Para los 2 manifold y 15 serpentines de este circuito se tienen: Tabla N° 26.- Calor Requerido por Manifold E y F Manifold E F
Cantidad de Tubería Pex [m] Q [Kcal/h] Serpentines 8 584 17.520 7 511 15.330 Fuente: Elaboración Propia
• Manifold E: 17.520 MWE = ----------50 – 40 MWE = 1.752 [L/h] MWE = 0,487 [L/seg] De acuerdo al grafico de Tamaños de Tuberías de Calefacción por Agua Caliente del Anexo H.2., entrando con un caudal de 0,487 [L/seg] se obtiene una tubería de diámetro 1.1/4” con una pérdida de carga de 11,2 mm/ml.
• Manifold F: 15.330 MWF = ----------50 - 40 MWF = 1.533 [L/h] MWF = 0,426 [L/seg] De acuerdo al Anexo H.2., entrando con un caudal de 0,426 [L/seg] se obtiene una tubería de diámetro 1.1/4” con una pérdida de carga de 9,8 mm/ml.
83
Tabla N° 27.- Caudal y Pérdida de Carga en Manifold E y F Manifold
L [m]
E F
0,55 0,55
Caudal [l/seg] 0,487 0,426
Diámetro [pulgadas] 1 1/4 1 1/4
Perd. Unitaria [mm/ml] 11,2 9,8
Pérdida Total [mmca] 6,16 5,39
Fuente: Elaboración Propia.
C.1.4.- Circuito IV Para los 2 manifold y 15 serpentines de este circuito se tiene: Tabla N° 28.- Calor Requerido por Manifold G y H Manifold G H
Cantidad de Tubería Pex [m] Q [Kcal/h] Serpentines 8 584 17.520 7 511 15.330 Fuente: Elaboración Propia
• Manifold G: 17.520 MWG = ----------50 – 40 MWG = 1.752 [L/h] MWG = 0,487 [L/seg] De acuerdo al grafico de Tamaños de Tuberías de Calefacción por Agua Caliente del Anexo H.2., entrando con un caudal de 0,487 [L/seg] se obtiene una tubería de diámetro 1.1/4” con una pérdida de carga de 11,2 mm/ml.
• Manifold H: 15.330 MWH = ----------50 - 40 MWH = 1.533 [L/h]
84
MWH = 0,426 [L/seg] De acuerdo al Anexo H.2., entrando con un caudal de 0,426 [L/seg] se obtiene la tubería de diámetro 1 1/4” con una pérdida de carga de 9,8 mm/ml. Tabla N° 29.- Caudal y Pérdida de Carga en Manifold G y H Manifold
L [m]
G H
0,55 0,55
Caudal [l/seg] 0,487 0,426
Diámetro [pulgadas] 1 1/4 1 1/4
Perd. Unitaria [mm/ml] 11,2 9,8
Pérdida Total [mmca] 6,16 5,39
Fuente: Elaboración Propia
C.2.- Cálculo de Caudal y Pérdidas de Carga en Matrices de Alimentación y Retorno Para este caso se utilizara de igual forma el procedimiento anterior, seleccionando el diámetro de tuberías de alimentación y retorno de los circuitos de acuerdo al anexo H.2. C.2.1.- Circuito I Tabla N°30.- Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito I Tramo
L [m]
1-2 2-3 3-2 2-1
36,2 0,7 0,7 36,2
Caudal [litros/seg] 0,913 0,426 0,426 0,913
Diámetro [Pulgada] 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2
Pérdida de Carga Pérdida de Carga Unitaria [mm/ml] Total [mm] 17,8 644,36 9,8 6,86 9,8 6,86 17,8 644,36
Fuente: Elaboración Propia.
85
C.2.2.- Circuito II Tabla N° 31.- Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito II Tramo
L [m]
1-4 4-5 5-4 4-1
8,95 0,7 0,7 8,95
Caudal [litros/seg] 0,913 0,426 0,426 0,913
Diámetro [Pulgada] 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2
Pérdida de Carga Pérdida de Carga Unitaria [mm/ml] Total [mm] 17,8 159,31 9,8 6,86 9,8 6,86 17,8 159,31
Fuente: Elaboración Propia.
C.2.3.- Circuito III Tabla N° 32.- Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito III Tramo
L [m]
1-6 6-7 7-6 6-1
42,36 0,7 0,7 42,36
Caudal [litros/seg] 0,913 0,426 0,426 0,913
Diámetro [Pulgada] 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2
Pérdida de Carga Pérdida de Carga Unitaria [mm/ml] Total [mm] 17,8 754,01 9,8 6,86 9,8 6,86 17,8 754,01
Fuente: Elaboración Propia.
C.2.4.- Circuito IV Tabla N° 33.- Caudal y Pérdida de Carga en Matrices del Circuito IV Tramo
L [m]
1-8 8-9 9-8 8-1
69,81 0,7 0,7 69,81
Caudal [litros/seg] 0,913 0,426 0,426 0,913
Diámetro [Pulgada] 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2
Pérdida de Carga Pérdida de Carga Unitaria [mm/ml] Total [mm] 17,8 1.242,62 9,8 6,86 9,8 6,86 17,8 1.242,62
Fuente: Elaboración Propia.
86
ANEXO D
SELECCIÓN DE LA BOMBA DE CIRCULACION
D.1.- Pérdida de Carga en el Serpentín más Desfavorable de Cada Circuito El valor de las pérdidas de carga en arranques, matrices de alimentación y retorno será el calculado en los apartados anteriores. Para el caso de las pérdidas de carga en piezas especiales, se utilizara el método cinético dispuesto en el apartado Cálculo de las Pérdidas de Carga en Piezas Especiales y Accesorios de Unión de la Norma Nch 2485.Of2000. En este método se utiliza la siguiente fórmula: K • v2 JS = --------2•g
[16]
Donde: JS = Pérdida singular en m.c.a. v = velocidad de escurrimiento en m/seg. g = 9,8 m/seg2 k = Coeficiente de proporcionalidad, dispuesto en el anexo B de la Nch2485. El cálculo de la velocidad de escurrimiento se hará según la siguiente fórmula: 4•Q v = ----------π • D2
[17]
Donde: Q = Caudal máximo probable en m3/seg D = Diámetro interior en metros (Vinilit, 2009)
87
D.1.1.- Circuito I El serpentín más alejado de este circuito, se encuentra ubicado en el manifold B. • Pérdida de carga en la matriz de alimentación y retorno = 1.302,44 [mm.c.a.] • Pérdida de carga del arranque al manifold = 10,78 [mm.c.a.] • Pérdida de carga en piezas especiales: Tabla N° 34.- Pérdida de Carga en Accesorios del Circuito I Pieza
Caudal [l/seg]
Velocidad [m/seg]
J[m.c.a.]
Cantidad
Pérdida Total [m.c.a.]
Codo 1 1/2" Codo 1 1/4" Tee 1 1/2"x 1 1/4"x1 1/4" Tee 1 1/4"x 1 1/2"x1 1/4" Válvula de bola 1 1/2" Válvula de retención 1 1/2" Válvula de bola 1 1/4" Válvula de bola 3/4" Colector
0,913 0,426 0,913 0,426 0,913 0,913 0,426 0,094 0,426
0,5 0,3 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 0,33 0,3
0,0115 0,0041 0,0178 0,0071 0,0025 0,0319 0,0009 0,0011 0,0048
10 4 1 1 2 1 2 2 2 Total [m.c.a.]
0,115 0,016 0,018 0,007 0,005 0,032 0,002 0,002 0,010 0,207
Fuente: Elaboración Propia
• Pérdida de carga en el serpentín más desfavorable: Para este cálculo se utilizara la longitud total del serpentín más desfavorable, la que será de 113 metros. 113 • 30 MWI = ----------50 – 40 MWI = 339 [L/h] De acuerdo al grafico del fabricante del anexo H.1., se desprende que la pérdida de carga en la tubería Pex DN 20 para un caudal de 339 [L/h], es de 19,8 [mm/ml]. SI = 19,8 • 113 SI = 2.237,4 [mm.c.a.]
88
Tabla N° 35.- Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito I Elemento Matriz Alimentación y Retorno Arranque al Manifold Piezas Especiales Serpentín más Desfavorable
Pérdida [mm] Pérdida [m.c.a.] 1302,44 1,3024 10,78 0,0108 207 0,2070 2.237,40 2,2374 ∆H1 3,76
Fuente: Elaboración Propia
D.1.2.- Circuito II El serpentín más alejado de este circuito se encuentra ubicado en el manifold D. • Pérdida de carga en la matriz de alimentación y retorno = 332,34 [mm.c.a.] • Pérdida de carga del arranque al manifold = 10,78 [mm.c.a.] • Pérdida de carga en piezas especiales: Tabla N° 36.- Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito II Pieza
Caudal [l/seg]
Velocidad [m/seg]
J[m.c.a.]
Cantidad
Pérdida Total [m.c.a.]
Codo 1 1/2" Codo 1 1/4" Tee 1 1/2"x 1 1/4"x1 1/4" Tee 1 1/4"x 1 1/2"x1 1/4" Válvula de bola 1 1/2" Válvula de retención 1 1/2" Válvula de bola 1 1/4" Válvula de bola 3/4" Colector
0,913 0,426 0,913 0,426 0,913 0,913 0,426 0,094 0,426
0,5 0,3 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 0,33 0,3
0,0115 0,0041 0,0178 0,0071 0,0025 0,0319 0,0009 0,0011 0,0048
10 4 1 1 2 1 2 2 2 Total [m.c.a.]
0,115 0,016 0,018 0,007 0,005 0,032 0,002 0,002 0,010 0,207
Fuente: Elaboración Propia
• Pérdida de carga en el serpentín más desfavorable: Para este cálculo se utilizara la longitud total del serpentín más desfavorable del circuito II, la que será de 110,5 metros. 110,5 • 30 MWII = -------------50 – 40
89
MWII = 331,5 [L/h ] De acuerdo al grafico del fabricante del anexo H.1., se desprende que la pérdida de carga en la tubería Pex DN20, es de 19,3 mm/ml para una tubería DN20. SII = 19,3 • 110,5 SII = 2.132,65 [mm.c.a.] Tabla N° 37.- Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito II Elemento Matriz Alimentación y Retorno Arranque al Manifold Piezas Especiales Serpentín más Desfavorable
Pérdida [mm] Pérdida [m.c.a.] 332,34 0,3323 10,78 0,0108 207 0,2070 2.132,65 2,1327 ∆H2 2,68
Fuente: Elaboración Propia D.1.3.- Circuito III El serpentín más alejado de este circuito se encuentra ubicado en el manifold F. • Pérdida de carga en la matriz de alimentación y retorno = 1.521,74 [mm.c.a.] • Pérdida de carga del arranque al manifold = 10,78 [mm.c.a.] • Pérdida de carga en piezas especiales: Tabla N° 38.- Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito III Pieza
Caudal [l/seg]
Velocidad [m/seg]
J[m.c.a.]
Cantidad
Pérdida Total [m.c.a.]
Codo 1 1/2" Codo 1 1/4" Tee 1 1/2"x 1 1/4"x1 1/4" Tee 1 1/4"x 1 1/2"x1 1/4" Válvula de bola 1 1/2" Válvula de retención 1 1/2" Válvula de bola 1 1/4" Válvula de bola 3/4" Colector
0,913 0,426 0,913 0,426 0,913 0,913 0,426 0,094 0,426
0,5 0,3 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 0,33 0,3
0,0115 0,0041 0,0178 0,0071 0,0025 0,0319 0,0009 0,0011 0,0048
18 4 1 1 2 1 2 2 2 Total [m.c.a.]
0,207 0,016 0,018 0,007 0,005 0,032 0,002 0,002 0,010 0,299
Fuente: Elaboración Propia.
90
• Pérdida de carga en el serpentín más desfavorable: Para este cálculo se utilizara la longitud total del serpentín más desfavorable, la que será de 110,5 metros. 110,5 • 30 MWIII = -------------50 – 40 MWIII = 331,5 [L/h] De acuerdo al grafico del fabricante del anexo H.1., se desprende que la pérdida de carga en la tubería Pex DN20 es de 19,3 [mm/ml]. SIII = 19,3 • 110,5 SIII = 2.132,65 [mm.c.a.] Tabla N° 39.- Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito III Elemento Matriz Alimentación y Retorno Arranque al Manifold Piezas Especiales Serpentín más Desfavorable
Pérdida [mm] Pérdida [m.c.a.] 1521,74 1,5217 10,78 0,0108 299 0,2990 2.132,65 2,1327 ∆H3 3,96
Fuente: Elaboración Propia
D.1.4.- Circuito IV El serpentín más alejado de este circuito se encuentra ubicado en el manifold H. • Pérdida de carga en la matriz de alimentación y retorno = 2.498,96 [mm.c.a.] • Pérdida de carga del arranque al manifold = 10,78 [mm.c.a.] • Pérdida de carga en piezas especiales:
91
Tabla N° 40.- Pérdida de Carga de Accesorios del Circuito IV Pieza
Caudal [l/seg]
Velocidad [m/seg]
J[m.c.a.]
Cantidad
Pérdida Total [m.c.a.]
Codo 1 1/2" Codo 1 1/4" Tee 1 1/2"x 1 1/4"x1 1/4" Tee 1 1/4"x 1 1/2"x1 1/4" Válvula de bola 1 1/2" Válvula de retención 1 1/2" Válvula de bola 1 1/4" Válvula de bola 3/4" Colector
0,913 0,426 0,913 0,426 0,913 0,913 0,426 0,094 0,426
0,5 0,3 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 0,33 0,3
0,0115 0,0041 0,0178 0,0071 0,0025 0,0319 0,0009 0,0011 0,0048
18 4 1 1 2 1 2 2 2 Total [m.c.a.]
0,207 0,016 0,018 0,007 0,005 0,032 0,002 0,002 0,010 0,299
Fuente: Elaboración Propia.
• Pérdida de carga en el serpentín más desfavorable: Para este cálculo se utilizara la longitud total del serpentín más desfavorable del circuito IV, la que será de 113 metros. 113 • 30 MW = ----------50 – 40 MW = 339 [L/h] De acuerdo al grafico del fabricante del anexo H.1., se desprende que la pérdida de carga en la tubería Pex DN20, es de 19,8 [mm/ml]. SIV = 19,8 • 113 SIV = 2.237,4 [mm.c.a.] Tabla N° 41.- Resumen de Pérdidas de Carga del Circuito IV Elemento Matriz Alimentación y Retorno Arranque al Manifold Piezas Especiales Serpentín más Desfavorable
Pérdida [mm] Pérdida [m.c.a.] 2498,96 2,4990 10,78 0,0108 299 0,2990 2.237,40 2,2374 ∆H4 5,05
Fuente: Elaboración Propia.
92
ANEXO E
CAUDAL EN EL CIRCUITO DE CALDERA
E.1.- Caudal en Circuito a Serpentines Para determinar el caudal que debe circular en el colector principal se deberán sumar todos los caudales de los circuitos pertenecientes a la instalación. De acuerdo al anexo C, se puede observar que la suma de los caudales que circularan por los colectores de cada circuito será de 0,913 [L/seg], lo que implicara que el caudal necesario que debe circular por el colector principal será de 3,652 [L/seg]. Con este valor se obtendrá el caudal proveniente de la caldera y del circuito de retorno, los que se deberán mezclar para así obtener la cantidad de fluido necesario y a la temperatura adecuada para ingresar a los circuitos. La temperatura de salida de la caldera será fijada a 70°C. Las incógnitas en este paso serán Q2 y Q3, figura N° 36. Planteamientos de las ecuaciones: 1.- Ecuación de continuidad: Q2 + Q3 = Q1 2.- Ecuación de la Energía
Q2 • T2 • C2 + Q3 • T3 • C3 = Q1 • T1 • C1
[18] [19]
93
Figura N° 36.- Diagrama de Caudales en Circuito a Serpentines (Elaboración Propia).
Reemplazando en las ecuaciones [18] y [19] se tiene: En 1: Q2 + Q3 = 3,652 [L/seg] En 2: Q2 • 40 • 1 + Q3 • 70 • 1 = 3,652 • 50 • 1 Despejando las Incógnitas se obtiene: Q2 = 2,435 [L/seg] Q3 = 1,217 [L/seg]
E.2.- Caudal de Circuito Anticondensación Ya obtenidos los caudales necesarios para el colector principal, el siguiente paso será calcular el caudal que deberá circular por la bomba anticondensación. Se procederá de igual forma que en el apartado anterior.
94
Las incógnitas serán Q2 y Q1. Planteamiento de las ecuaciones: 1.- Ecuación de Continuidad
Q2 + Q3 = Q1
2.- Ecuación de la Energía
Q2 • T2 • C2 + Q3 • T3 • C3 = Q1 • T1 • C1
Figura N° 37.- Esquema Circuito Anticondensación (Elaboración Propia).
Reemplazando se tiene: En 1: Q2 + 1,217 = Q1 En 2: Q2 • 70 • 1 + 1,217 • 40 • 1 = Q1 • 50 • 1 Despejando se obtiene que: Q1 = 2,434 [L/seg] Q2 = 1,217 [L/seg]
95
ANEXO F
CALCULO DE VOLUMEN DE AGUA EN LA INSTALACION
En este apartado se detallara el caudal que circulará por cada uno de los circuitos de calefacción. El volumen en litros por metro lineal se obtendrá a partir de la siguiente fórmula: Lt ----m
= 1000 • π • [D/2]2
[20]
Donde: D: diámetro interior en metros. (Ortega, 2001)
Tabla N° 42.- Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito I Elemento Acero Pex-A
ø [pulg.] 1 1/2 1 1/4 DN20
L [m] 72,4 2,5 1.469,94
Lt / ml 1,316 0,967 0,2
Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] 391,684 95,278 2,418 293,988
Fuente: Elaboración Propia
Tabla N° 43.- Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito II Elemento Acero Pex-A
ø [pulg.] 1 1/2 1 1/4 DN20
L [m] 17,9 2,5 1.452,59
Lt / ml 1,316 0,967 0,2
Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] 316,492 23,556 2,418 290,518
Fuente: Elaboración Propia
96
Tabla N° 44.- Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito III Elemento Acero Pex-A
ø [pulg.] 1 1/2 1 1/4 DN20
L [m] 84,72 2,5 1.452,59
Lt / ml 1,316 0,967 0,2
Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] 404,427 111,492 2,418 290,518
Fuente: Elaboración Propia
Tabla N° 45.- Cálculo de Cantidad de Agua en el Circuito IV Elemento Acero Pex-A
ø [pulg.] 1 1/2 1 1/4 DN20
L [m] 139,62 2,5 1.469,94
Lt / ml 1,316 0,967 0,2
Volumen [Lt] Volumen Total [Lt] 480,145 183,740 2,418 293,988
Fuente: Elaboración Propia
97
ANEXO G
COSTOS UNITARIOS
G.1.- Costo Unitario de Aislación Térmica del Salón Tabla N° 46.- Lana Mineral Aislan 1C e = 50 mm N° Especificación
Unidad Cantidad
P. Unitario
Subtotal
Total
1.0 Materiales 1.1 Lana Mineral 1 cara 50 mm
M2
1,7
1.387
2.358
2.358
D/S
0,01
7.200
72
72
%
33
72
24
24
TOTAL
2.454
2.0 Mano de Obra 2.1 Jornal 3.0 Leyes Sociales
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 47.- Malla Hexagonal Inchalam ¾” x 22 26,5 [kg/rollo] N° Especificación
Unidad Cantidad
P. Unitario
Subtotal
Total
1.0 Materiales 1.1 Malla Hexagonal 3/4"x22
M2
1,5
530
795
795
D/S
0,01
7.200
72
72
%
33
72
2.0 Mano de Obra 2.1 Jornal 3.0 Leyes Sociales
24
24
TOTAL
891
P. Unitario
Subtotal
Total
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 48.- Termobrise 150 N° Especificación
Unidad Cantidad
1.0 Materiales 1.1 Termobrise 150
M2
1
100.000
100.000
100.000
M2
1
5.000
5.000
5.000
TOTAL
105.000
2.0 Mano de Obra 2.1 Instalador
Fuente: Venosor, 2010.
98
G.2.- Costo Unitario de Construcción Sala de Calderas Tabla N° 49.- Excavación Fundaciones N° 1.0 1.1 2.0
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Especificación Mano de Obra Jornal Leyes Sociales
D/S %
0,21 33
7.200 1.512
Total
1.512 499 TOTAL
1.512 499 2.011
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 50.- Cama de Ripio e = 10 cm N° 1.0 1.1 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Ripio Chancado (F:15 kms) Mano de Obra Jornal Leyes Sociales
M3
0,12
7.300
876
876
D/S %
0,022 33
7200 158
158 52 TOTAL
158 52 1.087
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Fuente: Ondac, 2002
Tabla N° 51.- Polietileno N° 1.0 1.1 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Polietileno 3x3 m Mano de Obra Jornal Leyes Sociales
M2
1,01
166
168
168
D/S %
0,005 33
7.200 36
36 12 TOTAL
36 12 216
Fuente: Ondac, 2002.
99
Tabla N° 52.- Malla Acma C-92 N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Malla Acma C - 92 2.5 x 5 m Alambre Negro #18 104m/kg Mano de Obra Enfierrador + Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
M2 Kg
0,05 0,13
11.996 823
600 107
600 107
D/S %
0,0013 33
19.000 25
25 8 TOTAL
25 8 740
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 53.- Hormigón Cimiento 170 Kg-C/M3 N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Ripio (Flete15km) Arena Gruesa (Flete 15km) Bolón Selecc (Flete 15 km) Cemento Bio-Bio Especial Perdida Betonera 300 Lt Mano de Obra Concretero Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
M3 M3 M3 Saco % Día
0,65 0,38 0,2 3,2 4 0,05
7.300 8.500 6.500 3.726 11.923 10.700
4.745 3.230 1.300 11.923 477 535
4.745 3.230 1.300 11.923 477 535
D/S %
0,85 33
7.500 6.375
6.375 2.104 TOTAL
6.375 2.104 30.689
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 54.- Hormigón 225 Kg-C/M3 N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Ripio (flete15km) Arena Gruesa (flete 15kg) Cemento Bio-Bio Especial Perdida Betonera 330 Lt Mano de Obra Concretero Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
M3 M3 Saco % Día
0,79 0,47 5,3 4 0,05
7.300 8.500 3.726 19.748 10.700
5.767 3.995 19.748 790 535
5.767 3.995 19.748 790 535
D/S %
0,95 33
7.500 7.125
7.125 2.351 TOTAL
7.125 2.351 40.311
Fuente: Ondac, 2002.
100
Tabla N° 55.- Radier 400 Kg-C/M3 N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 2.1 3.0
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Especificación Materiales Ripio (flete15km) Arena Gruesa (flete 15kg) Cemento Bio-Bio Especial Perdida Betonera 330 Lt Mano de Obra Concretero Leyes Sociales
Total
M3 M3 Saco % Día
0,78 0,46 9,4 4 0,05
7.300 8.500 3.726 35.024 10.700
5.694 3.910 35.024 1.401 535
5.694 3.910 35.024 1.401 535
D/S %
0,95 33
7.500 7.125
7.125 2.351 TOTAL
7.125 2.351 56.041
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 56.- Fierro Liso Ø 6mm L = 6 mts. N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Fierro 6 mm Liso Alambre Negro #18 104m/kg Mano de Obra Enfierrador + Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Kg Kg
1,08 0,02
591 823
638 16
638 16
D/S %
0,011 33
19.000 209
209 69 TOTAL
209 69 933
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N°57.- Fierro Estriado A-44 Ø 10 mm L = 6 mts. N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Fierro Estriado A-44 10 mm Alambre Negro #18 104m/kg Mano de Obra Enfierrador + Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Kg Kg
1,08 0,007
590 823
637 6
637 6
D/S %
0,008 33
19.000 152
152 50 TOTAL
152 50 845
Fuente: Ondac, 2002.
101
Tabla N° 58.- Fierro Estriado A-44 Ø 12 mm L = 6 mts. N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Fierro Estriado A-44 12 mm Alambre Negro #18 104m/kg Mano de Obra Enfierrador + Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Kg Kg
1,08 0,006
590 823
637 5
637 5
D/S %
0,0073 33
19.000 139
139 46 TOTAL
139 46 827
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 59.- Ladrillo Titan 29x14x7,1 cm. N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 2.0 2.1 3.0
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Especificación Materiales Ladrillo Titan 29x14x7,1 Arena Lepanto 20 km Cemento Bio-Bio Especial Perdida Mano de Obra Albañil + 1/2 Ayudante Leyes Sociales
Total
M2 M3 Saco %
39,5 0,032 0,27 12
315 7.000 3.726 1.006
12.443 224 1.006 121
12.443 224 1.006 121
D/S %
0,115 33
15.000 1.725
1.725 569 TOTAL
1.725 569 16.087
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 60.- Moldaje Sobrecimiento N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Pino 3"x3" Bruto Seco Clavo corriente 3"x10 (172 u) Pino 2"x2" Bruto Seco Terciado Moldaje 12 mm Clavo corriente 4"x8 (81 u) Punta 2" (609 uni) Alambre Negro #14 37m/kg Mano de Obra Carpintero + 1/2 Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
uni Kg uni Pla Kg Kg Kg
0,83 0,08 0,83 0,1 0,03 0,02 0,2
2.574 634 882 10.924 924 1.500 774
2.136 51 732 1.092 28 30 155
2.136 51 732 1.092 28 30 155
D/S %
0,1 33
15.000 1.500
1.500 495 TOTAL
1.500 495 6.219
Fuente: Ondac, 2002.
102
Tabla N° 61.- Moldaje Pilar Aislado 20x20 cm N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Pino 2"x2" Bruto Seco Terciado Moldaje 12 mm Clavo corriente 3"x10 172 un Punta 2" (609 uni) Pino 3"x3" Bruto Seco Clavo corriente 4"x8 (81 u) Alambre Negro #14 37m/kg Mano de Obra Carpintero + 1/2 Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
uni Kg uni Pla Kg Kg Kg
1,4 0,11 0,19 0,05 0,7 0,05 0,22
882 10.924 634 1.500 2.574 924 774
1.235 1.202 120 75 1.802 46 170
1.235 1.202 120 75 1.802 46 170
D/S %
0,12 33
15.000 1.800
1.800 594 TOTAL
1.800 594 7.044
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 62.- Moldaje Cadena 20x20 cm N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Pino 2"x2" Bruto Seco Terciado Moldaje 12 mm Clavo corriente 3"x10 172 un Punta 2" (609 uni) Alambre Negro #14 37m/kg Mano de Obra Carpintero + 1/2 Ayudante Leyes Sociales
uni Kg uni Pla Kg
1,4 0,11 0,19 0,05 0,22
882 10.924 634 1.500 774
1.235 1.202 120 75 170
1.235 1.202 120 75 170
D/S %
0,12 33
15.000 1.800
1.800 594 TOTAL
1.800 594 5.196
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 63.- Cercha N° 1.0 1.1 1.2 1.3 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Pino 2x5" Dim Seco Pino 1x4" Dim Seco Clavo Corriente 3"x10 Mano de Obra Carpintero + 1/2 Ayudante Leyes Sociales
PM PM Kg
2 3,67 0,4
2.933 1.008 634
5.866 3.699 254
5.866 3.699 254
D/S %
0,5 33
15.000 7.500
7.500 2.475 TOTAL
7.500 2.475 19.794
Fuente: Ondac, 2002.
103
Tabla N° 64.- Costanera 2x2" Pino Dimensionado Seco N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Especificación Materiales Pino 2x2" Clavo corriente 4"x8 Mano de Obra Carpintero + 1 Ayudante Leyes Sociales
Total
ML Kg
0,34 0,02
882 924
300 18
300 18
D/S %
0,02 33
19.000 380
380 125 TOTAL
380 125 824
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 65.- Zinc alum Acanalado 0,35 x 851x 3000 mm N° 1.0 1.1 1.2 2.0 2.1 3.0
Especificación Materiales Zincalum Acan 0,35 mm Clavo Techo Helicoi 2.1/2" Mano de Obra Carpintero + 1 Ayudante Leyes Sociales
Unidad Cantidad P. Unitario Subtotal
Total
M2 Kg
1,06 0,04
4.642 3.269
4.921 131
4.921 131
D/S %
0,04 33
19.000 760
760 251 TOTAL
760 251 6.062
Fuente: Ondac, 2002.
Tabla N° 66.- Instalación Eléctrica Sala de Calderas N° 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.0 2.1
Especificación Materiales Conductor 1,5 mm2 pvc conduit 16 mm 3 mt N. Caja Derivación Em. Interruptor Simple Enchufe Simple Equipo Fluorescente 2x40W Mano de Obra Electricista
Unidad Cantidad P. Unitario TOTAL ML Tira Uni. Uni. Uni. Uni.
20 3 3 2 2 2
63 252 130 640 1.045 8.254
1.260 756 390 1.280 2.090 16.508
GL
1
36.000 TOTAL
36.000 58.284
Fuente: Needish, 2010.
104
ANEXO H
GRAFICOS DE PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS
H.1.- Diagrama de Pérdida de Carga en Tubería Aqualine.
Figura N° 38.- Diagrama de Pérdida de Carga en Tubería Aqualine (Anwo, 2008a)
105
H.2.- Diagrama de Pérdida de Carga en Cañerías de Acero.
Figura N° 39: Diagrama de Pérdida de Carga en Cañerías de Acero (Vergara, 2007).
106
ANEXO I
ESPECIFICACIONES TECNICAS
I.1.- Generalidades Las presentes especificaciones técnicas en conjunto con los respectivos planos define el sistema de calefacción por piso radiante con que se dotara el Salón de Eventos de Centro de Ferias Parque Saval, Valdivia, Región de los Ríos. Estas especificaciones deben entenderse como las normas y requisitos mínimos que debe cumplir el instalador en lo referente a montaje, instalación, calidad de materiales, capacidad, tipo de equipos y en general de todos los elementos necesarios para la correcta instalación y funcionamiento del sistema. Así mismo debe entenderse que estas especificaciones describen solamente los aspectos más importantes de la instalación así como las consideraciones que se deben tener en cuenta para evitar pérdidas de calor por el cerramiento, sin entrar en especificaciones precisas de elementos menores. No obstante, el instalador será el responsable por una óptima ejecución del sistema y debe incluir todos los elementos menores. Además deberá verificar en terreno las condiciones actuales del recinto y prever y considerar en su presupuesto los ajustes necesarios para la correcta ejecución del proyecto.
I.1.1.- Discrepancias Toda discrepancia que surja en el transcurso de la instalación deberá ser resuelta entre el instalador y el mandante. En el caso de discrepancia entre planos y especificaciones, predominaran estas últimas.
I.1.2.- Normas En la ejecución de los trabajos de modificación, de instalación y los equipos suministrados deberán observarse las siguientes normas: • Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. • Los motores y componentes eléctricos deberán cumplir las normas UL/CSA/NEMA
107
• UNE EN 1224. • American Society of Heating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). • Los reglamentos y normas nacionales que tengan relación con estas instalaciones en particular, tales como SEC, SNS, INN, etc. El cliente dará especial importancia al cumplimiento de estas especificaciones tanto en la oferta como en la adjudicación y posterior ejecución de la instalación, haciendo especial hincapié en los niveles de ruido, calidad y presentación optima de todos los materiales instalados.
I.1.3.- Coordinación El desarrollo del proyecto se ha hecho considerando las medidas y características vistas en terreno. Es inevitable y normal que durante el desarrollo de la obra se produzcan interferencias menores, que deberán ser resueltas por personal de inspección técnica o de terreno.
I.1.4.- Referencia Las marcas mencionadas en las presentes especificaciones son referenciales. El contratista podrá proponer alternativas similares que deberán ser aprobadas por el cliente, de manera de mantener o mejorar las características inicialmente proyectadas. En todo caso, las dimensiones y características de marcas diferentes deberán ajustarse al proyecto y a los espacios disponibles.
I.1.5.- Garantía Los equipos serán de marca de reconocida prestigio, con representantes acreditados en el país que mantengan servicio técnico de reparaciones y repuestos. Independientemente de la garantía de fábrica, el representante garantizara solidariamente los equipos componentes y accesorios por el plazo de un año, contado desde la puesta en marcha.
108
I.1.6.- Servicio En los planos se ha dejado suficiente espacio para permitir una fácil mantención de la caldera y su limpieza externa e interna. Sin embargo, el contratista será responsable de verificar la suficiencia de dicho espacio de acuerdo al equipo que se suministre.
I.2.- Modificaciones del Local Deberán instalarse colchonetas de lana mineral Aislan 1 cara o similar, espesor 50 mm, en toda la superficie cubierta por instapanel a excepción de la superficie ubicada sobre los vanos que permiten el acceso a baños y cocina del recinto. Las colchonetas serán afirmadas por malla hexagonal Inchalam tipo 3/4" x 22 26,5 kg/rollo. La división de ambientes se hará de acuerdo a los requerimientos del cliente, sin perjuicio de los elementos sugeridos para los cálculos. En el caso de las celosías fijas, estas se reemplazaran por cualquier celosía móvil que prefiera el mandante. Deberá además considerarse la perforación de muros para el paso de las matrices de alimentación y retorno.
I.3.- Instalación del Sistema
I.3.1.- Condiciones de Cálculo Para el cálculo de las cargas térmicas se tomaron en cuenta los siguientes factores: I.3.1.1.- Temperatura y Humedad a) Exterior Temperatura bulbo seco, invierno: 3°C Humedad relativa invierno
: 95%
b) Interior Temperatura bulbo seco
: 17 °C
Humedad relativa
: sin control
109
G.3.1.2.- Temperatura del agua Temperatura surtidor: 50 °C Temperatura retorno: 40 °C
I.3.2.- Descripción del Sistema El proyecto se refiere al Salón de Eventos de Centro de Ferias Parque Saval, de la ciudad de Valdivia, XIV Región. Se contempla el sistema de calefacción por piso radiante, cuyas dimensiones, características y capacidades se indican en las presentes especificaciones técnicas y planos que acompañan al proyecto, en lo referente a matrices de alimentación y retorno, como a la distribución de circuitos y serpentines dentro del local. El sistema será alimentado por una caldera a petróleo, la que será instalada en una sala especialmente acondicionada para acoger dicho elemento.
I.3.3.- Sala de Calderas I.3.3.1.- Sala de Caldera Se contempla la construcción de una sala de calderas que estará ubicada en un sector adyacente a la edificación. Sera en base a albañilería de ladrillo Titan reforzado, de espesor 14 centímetros, que ira estucado exterior e interiormente con mortero 1:3 y reforzada con pilares, vigas y cadenas de hormigón armado, con una cubierta en planchas acanalada 0,35 mm de Zincalum, que ira apoyada sobre cerchas a 1 metro de distancia, y costaneras de 2x2”a 0,60 metros entre sí. Se construirá partiendo de una fundación corrida de 225 kg-cem/m3 y radier de hormigón 400 kg-cem/m3, de 10 cm de espesor cuyo nivel de piso terminado debe coincidir con el del salón de eventos. Se deberá dejar una canaleta de desagüe para evacuar el fluido de la caldera. Las dimensiones y dosificaciones serán las especificadas en el plano. Las puertas de evacuación serán metálicas y deberán abrir hacia el exterior de la sala.
110
I.3.3.2.- Caldera La caldera será de acero, apta para quemar gasoil, de potencia 165.000 Kcal/h o superior. El cuerpo de la caldera deberá estar aislado con colchonetas de lana mineral o similar con espesor de 50 mm y densidad mínima de 40 kg/m3. El acabado exterior está realizado con paneles de acero previamente barnizados. Se deberán incluir los siguientes accesorios: Termómetro para caldera, escala 0°C – 120 °C Manómetro de diámetro 60 mm con puntero de referencia rojo, rango de 0 a 10 bar, conexión de 1/4". Válvula de desagüe Bomba anticondensación: Salmson SCX 50-90 • Ficha Técnica: Modelo: Super Rac 190 Fabricante: Ivar Potencia Térmica Nominal: 165.000 [Kcal/h] Contrapresión: 1,2 [mbar] Capacidad de Agua: 228 [dm3] Presión Máxima de Funcionamiento: 5 [bar] Temperatura de Retorno Mínima Admitida: 50 [°C] Peso en Vacio: 450 [kg] Dimensiones: Largo
:
1.405 mm
Ancho
:
940 mm
Alto
:
990 mm
I.3.3.3.- Chimenea Para la correcta evacuación de los gases producidos por la combustión de la caldera y la salida al exterior, se debe consultar una chimenea metálica fabricada en plancha de acero al carbono de 3 mm de espesor, aislada con lana mineral en toda su extensión con colchoneta de 50 mm de espesor y densidad de 40 kg/m3, protegida con forro en plancha galvanizada de 0,5 mm de espesor.
111
El diámetro interior de la chimenea será de 220 mm y el diámetro exterior total de la chimenea con aislamiento y forro será de 320 mm, por lo tanto la obra deberá dejar espacio suficiente para su instalación. La descarga de los gases se producirá a los 4 vientos, asegurando una óptima ventilación. La chimenea deberá sobresalir dos metros como mínimo por sobre la cubierta.
I.3.3.4.- Estanque de Expansión Se proveerá e instalara un estanque de expansión cerrado de Membrana Intercambiable Varem 150 litros 1.1/2”.
I.3.4.- Cañerías de Agua para Calefacción I.3.4.1.- Matrices de Alimentación Las cañerías de agua para calefacción deberán ser de acero y cumplir con la norma ASTM A53, Sch 40, grado A. La red de cañerías deberá ser probada a una presión de 200 PSI antes de ser conectada a los equipos, por un lapso de tiempo no menor a 24 horas. Deben inspeccionarse todas las uniones antes de aislar el sistema.
I.3.4.2.- Tuberías Pex Las tuberías Pex utilizadas deberán cumplir con la norma Nch 2086. Se instalaran Tuberías Pex-A, Aqualine con barrera anti-oxigeno DN20 o similar.
I.3.4.3.- Aislación Térmica de Cañerías Todas las cañerías interiores en acero deberán ir aisladas por caños de lana mineral Volcan de 25 mm de espesor o similar, forradas con tela de osnaburgo.
112
Las cañerías exteriores en acero deberán ir con aislación en tubo Aeroflex de espesor 13 mm y embutidas en canaletas subterráneas.
I.3.5.- Válvulas y Accesorios Las válvulas y accesorios que se utilicen en las instalaciones deberán ser nuevas y cumplir con las siguientes especificaciones: Válvulas de Bola: Todas las válvulas en la sala de calderas, a excepción de una, serán del tipo bola de paso total, cuerpo y vástago de latón forjado cromado, bola de bronce cromado, rosca NPT, PN25. Válvula de Compuerta: Cuerpo de bronce, conexión con hilo, NPT, PN16. Válvula Tipo Retención: Cuerpo de bronce, tipo chapaleta, conexión con hilo, NPT, PN10. Válvula de llenado: Cuerpo de bronce, con manómetro incorporado presión de entrada hasta 10 bar, presión de salida regulable entre 0,3 y 4 bar, conexión 3/4". Filtro de Agua: filtro del tipo Y, cuerpo de acero fundido con conexión para drenaje de limpieza automática sin detención del sistema, deberá tener malla de acero inoxidable de 20 agujeros por pulgada lineal y conexión con hilo. Termostatos de Inmersión: Serán del tipo simple, vástago 100 mm, medida 1/2".
I.4.- Instalación Eléctrica Las instalaciones eléctricas que se deban realizar deberán cumplir con la normativa vigente.
113
ANEXO J
PLANOS
Plano N° 1.- Disposición de Serpentines y Sala de Caldera en Centro de Ferias Parque Saval Plano N° 2.- Disposición de Juntas de Dilatación en Centro de Ferias Parque Saval.
(Ver en documento impreso. Biblioteca Miraflores. Universidad Austral de Chile).
