miércoles, 6 de marzo de 2013

Cálculo de la potencia de un generador de calor

La normativa y el sentido común indican que los generadores no deben estar sobredimensionados en potencia. Este aspecto nos irá apareciendo cada vez con mayor relevancia en distintos ámbitos: inspecciones, diseños, etc.

Normalmente, un generador sobredimensionado prepará más energía de la que se va a consumir en la instalación y ello será un gasto innecesario de energía.

La potencia que suministren las unidades de producción de calor, especialmente, las que utilicen energías convencionales, se ajustará a la carga máxima simultánea de las instalaciones servidas, considerando las pérdidas de calor a través de las redes de tuberías de los fluidos portadores.



Así para determinar el suministro de calor de un generador de calor, debe calcularse la carga térmica de diseño total del edificio colectivo o individual. El procedimiento de cálculo está basado en los procedimientos habituales en los que calculamos las pérdidas espacio por espacio, pero con algunas consideraciones:
  • Se suman las pérdidas térmicas de diseño por transmisión de todos los espacios calentados, sin considerar la transferencia de calor internas. Así obtendremos la pérdida térmica de diseño total por transmisión del edificio colectivo o de la vivienda.
  • Se suman las pérdidas de diseño por ventilación de todos los espacios cerrados, sin transferencia de calor en los límites del sistema especificado, para obtener la pérdida térmica de diseño total por ventilación del edificio colectivo o de la vivienda.
Pérdidas por transimisión.

Como báse para el cálculo deben utilizarse las dimensiones externas:
  • La base para las dimensiones verticales es la distancia desde la superficie del suelo hasta la siguiente superficie del suelo. Es decir, el espesor del suelo del sótano no se tiene en cuenta.
  • Cuando se consideren los muros internos, la base para las dimensiones horizontales es la distancia al centro del muro. Es decir, los muros internos se consideran hasta la mitad de su espesor.
Veamos una imagen que vale más que mil palabras:

Evaluación de las pérdidas por transmisión (Pt) se realiza a través de la siguiente fórmula que habrá que aplicar para cada cerramiento por donde existan pérdidas de calor (que esté expuesta a una temperatura inferior por la otra cara):

Pt = S x U x (Tint - Text)

Donde, S es la superficie del cerramiento a considerar, en m2.
U es la transmitacia térmica del cerramiento, en W/(m2.ºC)
Tint, y, Text son las temperaturas a ambos lados del cerramiento, la temperatura interior y exterior, expresadas en º C.

Pérdidas térmicas por ventilación.

La pérdida térmica de diseño por ventilación (Pv), para un espacio calentado se calcula utilizando la siguiente expresión:

Pv = 0,34 x Q x (Tint - Text)

Donde Q es el caudal de aire de ventilación de un espacio o de toda la vivienda, en m3/h.
0,34 es la multiplicación del calor específico del aire (0,28 W.h/kg.ºC) y el peso específico del aire (1,2 kg/m3).

Recordemos que las viviendas deben ventilarse de acuerdo a las prescripciones del documento HS-3 del Código Técnico de la Edificación.

Carga térmica de un edificio.

Una vez obtenidas las cargas térmicas por transmisión (Pt) y las cargas térmicas por ventilación (Pv).

La carga térmica será la suma de ambas:

Suma (Pt) + Suma (Pv)

Pero debemos tener en cuenta más factores:
  • Pérdidas por distribución: La reglamentación limita estas pérdidas a un máximo del 4 %.
  • Inercia térmica de los espacios calentados de un modo intermitente.
Estimación de la carga térmica por inercia del sistema.

Los espacios si no son calentados continuamente acumulan "frío" en las masas de los cerramientos que debemos compensar.

La potencia a añadir por intermitencia (Pi) depende de la superficie calefactada y de un factor de recalentamiento.

Pi = A x F

Donde A es la superficie en m2.
F es el factor de recalentamiento, en W/m2.

Este factor de recalentamiento (F), depende entre otros factores, de la calidad y masa inercial de los cerramientos.

La masa de los edificios se pueden diferenciar en 3 categorías:
  • Masa del edificio alta: suelos y techos de hormigón combinados con muros de ladrillo u hormigón.
  • Masa del edificio media: suelos y techos de hormigón, y muros ligeros.
  • Masa del edificio baja: techos suspendidos, suelos elevados y muros ligeros.
El factor de recalentamiento depende de más factores como es el tiempo en el que deseemos recuperar la energía, pues a menor tiempo de recalentamiento, mayor potencia precisaremos.

Para determinar el factor de recalentamiento disponemos de tablas, facilitadas en el anexo D de la Norma UNE 12.831 "Método para el Cálculo de la Carga Térmica de Diseño".

Dispondremos de una tabla para determinar el factor de recalentamiento en edificios no residenciales:


Y de una segunda tabla para determinar el factor de recalentamiento en edificios de uso residencial:


Estas pérdidas no debemos considerarlas en los sistemas de calefacción que acumulen energía (sistemas de calefacción por almacenamiento.

Cárga térmica de diseño total de un edificio colectivo o de un edificio.

Una vez obtenidas la suma de las pérdidas por transmisión (Pt), la suma de las pérdidas por ventilación (Pv), y la suma de las capacidades de calentamiento necesarias para compensar el efecto del calentamiento intermitente (Pi). Y considerando las pérdidas por distribución (4 %).

La carga térmica de diseño para un edificio colectivo o un edificio, se calcula con la siguiente expresión:

Carga térmica total = ( Suma (Pt) + Suma (Pv) + Suma (Pi) ) x 1,04

Para facilitar los cálculos he creado una hoja Excel que nos ayudará en este cálculo. Puedes descargarla haciendo click sobre el siguiente icono:

https://www.dropbox.com/s/k9hcnbxg0wfh33u/HojaExcelcalculoGeneradores_alumno.xls
Veamos un video resumen y sobre el manejo de esta hoja Excel:


Javier Ponce
FORMATEC


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