52990166 Manual de Instalaciones Centralizadas

MDULO SEIS INSTALACIONES DECLIMATIZACIN Y VENTILACIN

U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS,DISTRIBUCIN CON AGUA Y REFRIGERANTE

M 6 / UD 8

MDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIN Y VENTILACIN

U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIN CON AGUA Y REFRIGERANTE

447

NDICE

Introduccin.................................................................................. 451

Objetivos ........................................................................................ 453

1. Sistemas centralizados............................................................. 455

2. Clasificacin de sistemas segn el fluido............................... 457

3. Circuitos primario y secundario............................................. 459

4. Sistemas de produccin de calor ........................................... 462

4.1. Equipos aire-aire ............................................................ 462

4.2. Equipos aire-agua........................................................... 463

4.3. Equipos agua-agua ......................................................... 466

4.4. Equipos agua-aire ........................................................... 467

4.5. Calderas .......................................................................... 467

5. Componentes una enfriadora aire-agua................................ 469

6. Secuencia de arranque de una enfriadora de agua .............. 472

7. Esquema en caso de varios circuitos y enfriadores en

paralelo .................................................................................... 474

8. Circuitos de distribucin de agua caliente o fra .................. 475

9. Clculo de circuitos de distribucin de agua ........................ 478

9.1. Clculo de caudales........................................................ 478

9.2. Esquema.......................................................................... 478

9.3. Suma de caudales ........................................................... 479

9.4. Asignacin de dimetros ............................................... 479

9.5. Prdida de carga parcial y total ..................................... 479

9.6. Prdidas localizadas en accesorios ................................ 480

10. Equilibrado del circuito.......................................................... 481

10.1. Retorno invertido........................................................... 481

10.2. Vlvulas de equilibrado automtico.............................. 482

11. Bomba impulsora y accesorios ............................................... 483

11.1. Clculo y seleccin de la bomba ................................... 483

11.2. Bombas en varios circuitos ............................................ 486

11.3. Colectores ....................................................................... 487

11.4. Depsitos de inercia....................................................... 488

448

12. Unidades terminales ............................................................... 489

13. El fancoil .................................................................................. 490

13.1. Componentes de un fancoil .......................................... 490

13.2. Clasificacin.................................................................... 491

13.3. Conexin hidrulica de un fancoil ............................... 492

13.4. Esquema de control de un fancoil ................................ 493

14. Climatizadoras o unidades de tratamiento de aire (UTA) ... 495

15. Secciones de una UTA............................................................ 496

15.1. Seccin de ventiladores ................................................. 496

15.2. Seccin de bateras de fro y calor ................................ 497

15.3. Seccin de filtros y prefiltros ......................................... 498

15.4. Seccin de humidificacin ............................................ 498

15.5. Seccin de mezcla .......................................................... 499

15.6. Seccin de recuperacin ............................................... 500

16. Enfriamiento gratuito ............................................................. 502

16.1. Freecooling trmico....................................................... 502

16.2. Freecooling entlpico .................................................... 502

17. Clculo y seleccin de una UTA............................................. 504

17.1. Proceso terico de climatizacin del aire de un local . 504

17.2. Seleccin de la UTA....................................................... 506

18. Sistemas de caudal refrigerante variable (VRV).................... 508

18.1. Equipos productores...................................................... 509

18.2. Redes de tubera de refrigerante. Sistemas .................. 510

18.3. Sistemas de VRV con recuperacin............................... 511

18.3. Unidades terminales VRV.............................................. 511

18.4. El control de sistemas VRV............................................ 512

18.5. Montaje y mantenimiento de sistemas VRV ................. 512

19. Montaje de instalaciones centralizadas .................................. 514

20. Operaciones de mantenimiento preventivo en sistemas

de agua..................................................................................... 516

20.1. Circuito hidrulico......................................................... 516

20.2. Circuitos elctricos y de control.................................... 517

21. Mtodos de diagnstico de averas......................................... 518





449

22. Normativa y reglamentos aplicables....................................... 520

22.1. El problema sanitario por la legionellosis .................... 520

Resumen ........................................................................................ 523

Anexo ......................................................................................... 525

Cuestionario de autoevaluacin................................................... 527

Laboratorio.................................................................................... 529

451

INTRODUCCIN

Conocer este tema es fundamental para un buen instalador declimatizacin, ya que requiere un nivel de preparacin superior al de lospequeos equipos autnomos.

Contempla los sistemas de climatizacin centralizados utilizados enedificios grandes de uso pblico. Estudiaremos las tcnicas clsicas aire-agua, todo agua y las nuevas tcnicas RVR.

Aprenderemos a calculas redes de distribucin con fluidos calorportadores,y unidades terminales tpicas. (Duracin: 14 horas)



453

OBJETIVOS

Conocer los diferentes tipos de sistemas centralizados.

Equipos y componentes de sistemas aire-agua.

Clculo de redes de distribucin de agua.

Unidades terminales. Funcionamiento, tipos, uso.



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1. SISTEMAS CENTRALIZADOS

Las instalaciones centralizadas se utilizan en grandes edificios de usoresidencial, comercial o administrativo, como hoteles, centros comerciales,edificios de oficinas, locales de espectculos, etc.

En general, en edificios divididos en muchas estancias que deban defuncionar de forma independiente, con su propia regulacin, u ocupacindistinta en el tiempo.

Enfriadora

Es decir, en un gran supermercado se puede instalar uno o varios equiposautnomos aire-aire, ya que todo el centro funcione a la vez, y con lamisma temperatura interior, pero en un hotel, cada habitacin puedeestar ocupada o vaca, y adems, cada ocupante puede fijar diferentesparmetros interiores de confort.

En lugar de instalar numerosos equipos autnomos, es preferible separarla instalacin en las fases siguientes:

Produccin: son los equipos encargados de generar la potenciacalorfica necesaria en el conjunto de la instalacin, ya sea fro, calor,o ambas.

Distribucin: en este apartado se distribuye la energa calorficagenerada por las diferentes estancias del edificio, mediante un fluidocalorportador o frigorfero (agua, gas, aire), y unas tuberas.



456

Unidades terminales: equipos encargados de climatizar cada estancia,cediendo o absorbiendo las caloras del fluido al ambiente.



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2. CLASIFICACIN DE SISTEMAS SEGN EL FLUIDO

La denominacin de los equipos consta de dos palabras, que se refierena:

La primera es el fluido fuente de calor o sumidero.

La segunda palabra es el fluido receptor.

Un sistema centralizado puede ser del tipo siguiente:

Intercambiadores de calor

Aire-Agua: equipo con batera exterior refrigerada por aire, y parteinterior que cede o absorbe calor a un circuito de agua.

Agua-Agua: equipos condensado por agua (que es refrigerada por unatorre de recuperacin) y parte interior que cede o absorbe calor a uncircuito de agua. Tambin se llaman sistemas todo agua.

Aire-Aire: equipo con bateras interiores y exterior ventiladas por aire.

Agua- Aire: equipos condensados por agua, con la parte interior formadapor bateras de aire.



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Tierra- Agua o Tierra aire: se instalan unas tuberas enterradas de bastantelongitud, para que absorban o cedan el calor del terreno.

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor permiten la transferencia de calor de unfluido a otro, mediante transmisin o conveccin.

Los intercambiadores los distinguiremos segn el fluido en ambos ladosdel mismo.

Intercambiador gas-agua de placas

Bateras gas-aire: formadas por tubos de cobre por cuyo interiorcircula el refrigerante, y aletas de aluminio y un ventilador para forzarel movimiento del aire, que puede ser axial o centrfugo.

Intercambiadores gas-agua: constituidos por varios tubos concntricos,por los que circulan a contracorriente el gas refrigerante y el agua.Pueden ser de tubos concntricos arrollados o de tubos en haz. Elrefrigerante enfra o calienta el agua.

Intercambiadores agua-agua: para intercambiar calor entre doscircuitos de agua.



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3. CIRCUITOS PRIMARIO Y SECUNDARIO

Siempre que exista un intercambiador de calor aparecen dos circuitos:

Al circuito de la parte generadora se le llama circuito primario.

Al circuito de la parte receptora se le llama circuito secundario.

Si tenemos una caldera que calienta un circuito de agua mediante unintercambiador de placas, al circuito de la caldera lo llamamos primario,y al circuito de agua caliente sanitaria circuito secundario.

Esquema principio intercambiador

Los circuitos primario y secundario normalmente son circuitos separados,es decir los fluidos ceden calor, pero circulan por tuberas distintas, y nose mezclan, ni tampoco un circuito puede contaminar al otro.

La circulacin de los fluidos es normalmente a contracorriente, para quela entrada del caliente coincida con la salida del secundario, de formaque la cada de temperatura sea la mnima.

Grfico de temperaturas primario y secundario

Salto trmico es la diferencia de temperaturas del fluido a la entrada ysalida.



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Cada de temperatura es la diferencia entre las temperaturas del fluidoprimario y la salida del secundario. Es decir, la prdida de temperaturadebida al intercambio.

Si tenemos la temperatura siguiente:

Fluido primario:

Temperatura de entrada T1. Temperatura de salida T2.

Fluido secundario:

Temperatura de entrada t1. Temperatura de salida t2.

Definimos

Salto trmico en primario: T2 T1

Salto trmico en secundario: t2 T1

Cada de temperatura: T1 t2

La temperatura media se calcula con la frmula:

(T1 t2) (T2 t1)

Tm = Cf -------------------------------------Ln (T1 t2) / (T2 t1)

Siendo Cf un factor de rendimiento.

El calor transmitido es: Q = m . Ce (t2 t1) Formula que ya conocemos.

Ejemplo: tenemos un intercambiador de placas a contracorriente, conlas temperaturas siguientes:

Primario: Entrada 80 C. Salida 60 C

Secundario: Entrada 50 C. Salida 75 C.

Salto trmico: Primario: 80 60 = 20 C.

Secundario. 75 50 = 25 C.

Cada de temperatura: 80 75 = 5 C.

(80 75) (60 50) 5

Tm = 0,8 ---------------------------------- = ------------- = 7,2 C

Ln (80 75) / (60 50) Ln(0,5)

Las caloras que transferir en cada kg de agua sern:

Q = m . Ce. (t2 t1) = 1 . 1. (75 50) = 25 kcal



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En resumen:

El intercambiador depende de las diferencias de temperatura entreentrada y salida. Si aumentamos el caudal, baja el salto trmico. Si elsalto trmico es excesivo, debemos aumentar la superficie delintercambiador. A ms potencia, el intercambiador ha de ser mayor.



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4. SISTEMAS DE PRODUCCIN DE CALOR

Vamos a describir los principales equipos climatizadores generadores decalor o fro, segn su fluido:

Equipos aire-aire.

Equipos aire-Agua

Equipos Agua-Agua.

4.1. Equipos aire-aire

Los sistemas centralizados aireaire son similares a los que hemos vistoen la unidad didctica 7, sobre equipos autnomos.

El equipo se instala en un lugar exterior, normalmente la cubierta, ymediante una red de conductos de aire, se reparte el caudal por lasdiferentes estancias.

El problema surge cuando queremos zonificar, es decir cuando hayestancias desocupadas, o el edificio tiene zonas ms clidas que otras,por orientacin, ventanas, aparatos, etc. Existen muchos sistemas, mso menos complicados, pero nicamente nombraremos los siguientes:

Temperatura del aire variable (TAV).

Volumen de aire variable (VAV).

Temperatura del aire variable (TAV)

Consiste en acondicionar el aire en un equipo centralizado, que lodistribuye por todo el edificio, y que llamaremos aire primario.



Sistema de volumen constante y temperatura variable

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En cada estancia disponen de un climatizador secundario, que lo calientao enfra segn las necesidades especficas de la zona, y que llamaremosunidad de post-tratamiento.

Volumen de aire variable (VAV)

En este caso, el aire se trata centralmente, y se distribuye por todas lasestancias a una misma temperatura, pero en cada zona instalaremoscompuertas para variar el caudal de aire segn sus necesidades, hastapoder cerrarlo si no se precisa climatizar.

Este sistema de conductos, descrito en la UD 3, tambin es llamadomultizona.

Sistema de volumen variable y temperatura constante

En general, los sistemas centralizados con distribucin por aire slo sonadecuados cuando las necesidades de calor son homogneas, as comolos horarios. Adems los conductos de aire son muy voluminosos yrequieren mucho espacio de obra cuando tienen que atravesar las plantasdel edificio.

4.2. Equipos aire-agua

En los equipos aire-agua el equipo productor enfra o caliente el aguade un circuito cerrado, que se distribuye por el edificio mediante tuberas,hasta los equipos terminales, que se denominan fan-coils.



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Es como un sistema de calefaccin, pero con agua fra o caliente.

Estos equipos se denominan tambin enfriadoras de agua.

Son equipos compactos que se instalan en el exterior del edificio, enpatios o sobre la cubierta del mismo. Tienen una gran batera deintercambio de aire en los laterales o en forma de V, y en su interioralojan todo el equipo frigorfico, hidrulico y de control, de forma queslo se precisa su instalacin y conexin a la alimentacin elctrica, y alcircuito de distribucin de agua.

Esquema enfriadora de cubierta

Si funciona como enfriadora, toma las caloras del circuito de agua, y ladisipa por la batera exterior de aire. En su funcionamiento como bombade calor toma las caloras del aire ambiente, y las cede al circuito deagua.

En grandes instalaciones se instalan varias unidades en paralelo, paraconseguir la potencia total, y tener ms seguridad en caso de avera deuna de ellas.

Son equipos muy interesantes desde el punto de viste energtico, ya quecon temperaturas mnimas exteriores del orden de 5 C A 10 C tienenuna eficiencia de 2,5 a 3, con un coste inferior a una calefaccin mediantegasleo o gas. Adems pueden hacer la funcin de calentar en inviernoy enfriar en verano.

El utilizar como medio de transporte el agua obedece a que lasconducciones son mucho ms pequeas que los conductos de aire, menosruidosas y ms duraderas.

Caudal de agua: los equipos aire agua se seleccionan en funcinprincipalmente de su potencia en W, desde 7.000 a 500.000 W.

Pueden ser slo fro o bomba de calor (reversibles).

Las condiciones de trabajo suelen ser:

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Verano:

Tem. exterior: 32 C.

Tem. Entrada agua: 9,5 C.

Tem. Salida agua: 4,5 C. (Salto trmico 5 C).

Invierno:

Tem. exterior: 5 C.

Tem. Entrada agua: 40 C.

Tem. Salida agua: 45 C. (Salto trmico 5 C).

Hay que tener en cuenta que los equipos reversibles o bomba de calorbajan notablemente de rendimiento cuando la temperatura exteriordesciende de 5 C, por ello hay que tener precaucin al instalarlos enzonas muy fras del interior.

El salto trmico en el secundario nos permite calcular el caudal de agua:

Pot. enfriadora en Kcal/horaCaudal litros/hora = ---------------------------------------

5 ( salto trmico)

Ejemplo

Calcular el caudal de agua necesario para un equipo de 100.000 W :

Potencia = 100.000 x 0,86 = 86.000 Kcal/h

Caudal = 86.000 Kcal/h/ 5C = 17.200 L/h.

Caudal = 17.200 L/h / 3600 segundos = 4,77 L/s

Este caudal nos permite elegir los dimetros de las tuberas necesarias.

Dimensiones y pesos: los equipos aire- agua son grandes y pesados, quesuelen instalarse en terrazas o cubiertas de los edificios. Por ello hay quecalcular el esfuerzo que transmiten a la estructura del edificio, y colocarlassobre bancadas de reparto.

Tambin son equipos voluminosos que provocan un gran impacto visualy posiblemente molestias por ruido. Por ello es preferible ocultarlos trasunos setos o barreras que minimicen estos efectos sobre el entorno.

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4.3. Equipos agua-agua

Los equipos agua-agua consisten en unidades frigorficas con dosintercambiadores gas-agua, uno para el condensador y el otro para elevaporador. No suelen ser reversibles.

El circuito del condensador no vierte el agua caliente al desage, sinoque suele estar enfriado (recuperado) por una torre de recuperacinsituada en el exterior, y por ello estos equipos pueden instalarse en unasala de mquinas interior.

Equipo agua-agua

Se utilizan en muy grandes instalaciones, con potencias a partir de 500.000Kcal/h.

Los compresores pueden ser semihermticos, de tornillo o centrfugos.Estas unidades son muy compactas, para la enorme potencia queproporcionan.

El circuito de refrigeracin de la torre trabaja con saltos de unos 10 Cen la temperatura del agua.

Debido al problema originado por la bacteria legionella se tiende areducir al mnimo la utilizacin de torres de recuperacin, y con ello lossistemas agua-agua, que se estn sustituyendo por los de aire-agua.

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4.4. Equipos agua-aire

En realidad son equipos autnomos condensados por agua.

Cada equipo se instala en una estancia, y el sistema comn es el deenfriamiento del agua de condensacin de cada equipo, que est formadopor una torre situada en el exterior.

Este sistema se ha descrito en el Tema 5.

Esquema de un sistema agua-aire con recuperacin centralizada

4.5. Calderas

En muchas ocasiones se dispone de calderas de produccin de calor paracalentar el agua del circuito de distribucin.

En estos casos se instalan enfriadoras de agua en paralelo con las calderas,de forma que la caldera realiza el trabajo en invierno, y las enfriadorasel trabajo en verano. Este es el sistema ms utilizado durante aos en lasgrandes instalaciones de climatizacin.

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Hay que tener en cuenta que las calderas trabajan con un salto trmicode 15 C a 20 C, y las enfriadoras con 5 C-6 C. Debido a ello, loscaudales que circulan en calor son de un tercio de los de las enfriadoras.Para evitar esto, en algunos casos se pueden instalar circuitos diferentes,es decir dos tubos para el agua fra, y dos tubos para el agua caliente, loque se llama instalacin a 4 tubos.

Las unidades terminales tienen entonces dos bateras, una de fro y otrade calor, colocada una a continuacin de la otra, con un solo ventilador,como veremos ms adelante.

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5. COMPONENTES DE UNA ENFRIADORAAIRE-AGUA

Son equipos compactos de forma rectangular, formados por los elementossiguientes:

Batera intercambio de aire de gran tamao que cubre parte de lasparedes verticales del equipos, y en algunos casos es en forma de V.

Varios ventiladores axiales en la parte superior, para descargar el aireen sentido vertical ascendente. Son de pala ancha y bajas revoluciones(950 o 450 R.P.M.) para reducir el ruido al mnimo.

Uno o varios compresores frigorficos de tipo hermtico osemihermtico con sus elementos auxiliares: vlvulas de expansin,filtros, silenciadores, tomas de presin, etc.

Intercambiador de calor gas-agua: puede ser de dos tubos concntricosarrollados, o de placas a contracorriente. En el segundo caso se puededesmontar para limpiar la cal que se deposita entre las placas.

El intercambiador de agua es una parte importante de la enfriadora, yde la calidad de este elemento depende la vida del equipo, pues en casode corroerse, el agua pasa al circuito frigorfico produciendo el agarro-tamiento del compresor, filtro, vlvula de expansin, etc., precisando deuna limpieza a fondo de todo el circuito frigorfico.

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Intercambiador gas-agua de placas

Lo mejor es que el intercambiador sea de acero inoxidable o titanio.Otra avera frecuente es que por falta de refrigerante o por bajo caudalde agua, se congele el agua en su interior, y se deformen o agrieten lostubos, con resultado igual al caso anterior.

El intercambiador se asla totalmente con coquilla por el exterior, deforma que parece una caja negra.

Equipo elctrico de control:

Contiene presostatos, termostatos, temporizadores, contactores, relstrmicos, pilotos y mandos.

Recientemente incorporan un autmata con un programa en memoriaROM que gobierna y permite modificar los parmetros de consigna delequipo.

Las conexiones elctricas se realizan en un bornero con fichas paraconectar la lnea de alimentacin elctrica, y otras para el control adistancia (termostato o caja de control).

Mdulo hidrulico:

Para forzar la circulacin del agua pueden incorporar un mdulohidrulico que est formado por:

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Bomba circuladoras de agua, de tipo cerrado de calefaccin, quepuede tener varias velocidades.

Vaso de expansin, de tipo membrana, calculado para un volumenacorde a la potencia.

Depsito de inercia, o tanque de acumulacin de agua colocado enserie con el circuito de agua de la enfriadora, y que sirve para queel equipo no realice arranques demasiado frecuentes.

Vlvula de retencin, para evitar corrientes contrarias al flujo normal.

Interruptor de flujo, que detecta si el caudal de agua es suficientepara que arranque el equipo frigorfico.

Esta proteccin es fundamental, y en caso de no llevarla el equipoque instalemos, deberemos instalarlo en el circuito de agua exteriora la enfriadora.

Esquema hidrulico de conexin

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6. SECUENCIA DE ARRANQUE DE UNAENFRIADORA DE AGUA

En el caso de una nica enfriadora:

El mando de la instalacin pone en marcha la bomba de circulacin deagua y el circuito comienza a moverse. El interruptor de flujo se activaal detectar caudal de agua, y da seal de arranque a los compresores ycircuito frigorfico de la enfriadora.

Posteriormente, el termostato situado en el retorno del circuito de aguaindica si el agua retorna desde el edificio demasiado fra, y para uno otodos los compresores. La bomba de circulacin de agua no para mientrasexistan estancias conectadas.

Bomba de circulacin gemela

En locales con muchas estancias puede instalarse una caja con rels, paraque en caso estar todos desconectados, pare la enfriadora, o pare labomba principal.

Hay que tener en cuenta que la enfriadora precisa de un caudal mnimosegn su potencia, que no puede bajar, so pena de congelar elintercambiador y daar el equipo.

En caso de varias enfriadoras:

La conexin de varias enfriadoras en paralelo es muy frecuente, y elproblema surge en arrancar y parar las distintas unidades para adaptarsea la demanda de caloras de la instalacin.

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Al aumentar de la demanda de potencia de la instalacin, el agua retornaa mayor temperatura, y si disminuye la demanda, el agua retorna msfra.

Interruptor de caudal

Un sistema sencillo es instalar un termostato en cada enfriadora, ygraduarlos en cascada, pero en este caso unos equipos tendrn msdesgaste que otros, y deberemos alternarlos mediante un conmutadorperidicamente.

Los equipos ms recientes incorporan un sistema electrnico de gestincon ms inteligencia y conectados mediante un sistema de bus, el cualse encarga de distribuir el trabajo de las enfriadoras de forma uniforme.

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7. ESQUEMA EN CASO DE VARIOS CIRCUITOS YENFRIADORAS EN PARALELO

La conexin de varios equipos aire-agua en paralelo es un caso muyfrecuente en grandes instalaciones, por utilizar varios equipos estndar,y tener ms seguridad frente a las averas que en caso de un slo equipogrande.

Adems, el circuito de distribucin suele dividirse en varias zonas, y cadauna se instala con una bomba de circulacin propia.

Cada enfriadora tiene una bomba de circulacin propia, y al unirse todasen paralelo, lo llamamos circuito primario.

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8. CIRCUITOS DE DISTRIBUCIN DEAGUA CALIENTE O FRA

La energa producida en la enfriadora la distribuimos a los receptoresdel edificio mediante un fluido que normalmente es el agua, en uncircuito cerrado, y con un salto trmico de 6 C a 7 C, es decir el aguase enva por la tubera de ida, y vuelve por al tubera de retorno, 6 C 7 C mas fra o ms caliente. Para evitar congelaciones, a menudo sele aade al agua un porcentaje de glicol, que hace descender el puntode congelacin del fluido a 15 C.

El circuito precisa de varios elementos, como bombas de impulsin,tuberas y vlvulas de corte o equilibrado.

Tipos de distribuciones

Segn el tipo de edificio:

Vertical: las tuberas van de una planta a la superior, atacando a losterminales que estn situados todos en la misma posicin. Se precisa unmontante por cada terminal o grupo.

Horizontal: las tuberas suministran a una planta, discurriendo por lospasillos. Se puede cortar cada planta independientemente.

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Mixta: con redes verticales y horizontales.

Segn su retorno: retorno simple o retorno invertido.

Detalle conexin fancoil 4 tubos

Segn se conecten los terminales: en paralelo o monotubo.

En general son preferibles las distribuciones en distribucin horizontal,en paralelo, y con retorno invertido.

En algunos casos se realizan dos circuitos, uno de agua fra y otro deagua caliente, y los fancoils tienen dos bateras, una de fro y otra decalor. Esto se llama instalacin a cuatro tubos.

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El circuito de calor se alienta desde calderas de calefaccin, y el de frodesde enfriadoras de agua (sin bomba de calor).

Este circuito tiene la ventaja de poder suministrar en cualquier terminalfro o calor al mismo tiempo.

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9. CLCULO DEL CIRCUITO DE DISTRIBUCINDE AGUA

Para calcular el circuito de distribucin de agua debemos de realizar lospasos siguientes:

9.1. Clculo de caudales

Calcular el caudal de cada unidad terminal, mediante la expresin:

Q = P / At

Siendo: P = Potencia frigorfica en Kcal/h de la unidad.

At = Salto trmico en C (normalmente 5 a 6C).

9.2. Esquema

Dibujar un esquema de la red de tuberas con los terminales y su potenciatrmica. Numerar los tramos ordenadamente.

Esquema numerado

Recordemos que siempre que cambie el caudal, es un tramo distinto.Siempre aparecen dos nuevos tramos tras una derivacin: uno en la ramaprincipal y otro en la rama derivada.

Tambin podemos ayudarnos con una tabla como la siguiente:

Tramo Caudal Dimetro Dimetro Longitud Prdida tramo Prdida acumulada

N L/s Clculo mm. adoptado +acces. m. mm.c.a mm.c.a

1 4,5 80 80 45 0,4 2,4

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9.3. Suma de caudales

Sumar los caudales y anotar los resultantes en cada tramo. Si comenzamospor las ramas finales, iremos sumando caudales a medida que se unanramas en un tronco comn.

Esquema, suma de caudales

9.4. Asignacin de dimetros

Con las tablas de prdida de carga en tuberas, partiendo del caudal deltramo, adjudicamos una prdida de carga unitaria Ji de 100 mm.c.a pormetro, y obtenemos el dimetro de la tubera. Hay que tener en cuentatambin que la velocidad de circulacin debe estar entre 0,5 y 1,5 m/s,para evitar ruidos.

Esquema, dimetros

En los tramos finales es conveniente aumentar un poco los dimetros,

9.5. Prdida de carga parcial y total

Como hemos fijado una prdida de carga unitaria Ji de 0,01 m.c.a/m,para todos los tramos, para averiguar la prdida de un tramo simplementemultiplicaremos la longitud del tramo por Ji

Ji = 0,01 m.c.a/m

Longitud del tramo 60 m.

Perdida total Jt = 60 m x 0,01 m.c.a/m = 0,6 m.c.a

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La prdida total de la instalacin ser la del tramo ms alejado, y nosservir para elegir la bomba impulsora del circuito.

Hay que comprobar que la bomba de enfriadora pueda proporcionar lapresin requerida. Lo equipos comerciales con mdulo hidrulicoincorporado disponen de una presin entre 10 y 20 m.c.a

9.6. Prdidas localizadas en accesorios

La prdida de carga total se obtiene sumando la del resto de elementosde la instalacin:

Sus accesorios, codos y Tes.

Las llaves de corte, de regulacin, accesorios (ver tabla en Anexo).

Las bateras de la enfriadora y los fan-coils (ver datos de enfriadorasy fancolis).

Si no disponemos de datos, la prdida de carga tpica de un fancoil esde 1 m.c.a, y la del intercambiador de la enfriadora 3 m.c.a.

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10. EQUILIBRADO DEL CIRCUITO

Como la prdida de carga es proporcional a la longitud de la tubera,en los terminales situados a ms distancia tendrn una mayor perdidade carga, y los ms cercamos una prdida menor.

Como el caudal tiende a circular por el circuito de menor prdida,resultar que los terminales ms cercanos tendrn un caudal excesivo,y los ms alejados un caudal de agua insuficiente. El circuito estarentonces desequilibrado. Se puede comprobar midiendo la temperaturade salida del agua en varios terminales, y observando que hay diferenciasnotables de temperatura.

Para equilibrar un circuito de distribucin de agua puede realizarse deforma manual en instalaciones reducidas, mediante ajuste de las llavesde regulacin o detentores.

Deberemos comprobar todos los terminales hasta que la temperaturadel agua de retorno sea uniforme con todos en carga. Es decir el saltotrmico entradasalida debe ser igual en todos. Si el salto es grande, hayque aumentar el caudal, y si el salto trmico es pequeo, hay que disminuirel caudal.

10.1. Retorno invertido

Por el por tubo de retorno el agua debe volver hacia la enfriadora, peroel retorno invertido consiste en que en el tubo de retorno circula el aguaen sentido opuesto, es decir igual al de ida, y al final el tubo gira 180grados, y vuelve hacia la enfriadora.

De esta forma si sumamos la distancia de ida y retorno, todos los terminalesquedan a la misma distancia total del colector de salida, y por lo tanto,todos los terminales quedan equilibrados.

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El retorno invertido es muy conveniente, y obligatorio en instalacionescon muchos ramales y terminales, como los hoteles o edificios de oficinas.

10.2. Vlvulas de equilibrado automtico

Estas llaves tienen, adems de la rueda principal, dos tomas de presin.Mediante un calibrador electrnico puede ajustarse a una prdida decarga diferencial, es decir entre la entrada y la salida, de forma proporcionalal caudal.

Es decir, podemos compensar la diferencia de longitudes mediante estasllaves con gran precisin.

Pueden instalarse en la entrada de los terminales, o en los ramalesprincipales, como las plantas de un hotel.

Tambin puede realizarse un sistema mixto, mediante un retorno invertidoen la bajante general, y vlvulas equilibradoras en los ramales.

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11. BOMBA IMPULSORA Y ACCESORIOS

11.1. Clculo y seleccin de la bomba

Para elegir la bomba que impulsar el agua por las tuberas del circuitotenemos que partir de dos datos:

Caudal del circuito.

Presin a vencer o prdida de carga total del circuito.

Vlvula equilibradora

El caudal hemos visto que se obtiene de dividir la potencia frigorficapor el salto trmico del agua:

Q (L/h) = P (kcal/h) / (T2 T1)

La prdida de carga del circuito la tendremos que hallar segn lo descritoen el punto 9 de esta UD, partiendo del caudal anterior.

Si hemos calculado la red con el mtodo de prdida de carga constante,simplemente multiplicaremos los metros de tubera hasta el punto msalejado (incluyendo la longitud equivalente de accesorios), por la prdidaunitaria fijada en m.c.a/m. Al total le sumaremos las prdidas en elfancoil y en la enfriadora.

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Clculo

Una vez hallada la prdida de carga en el punto ms desfavorable,deberemos elegir una bomba de impulsin que nos asegure el caudalde clculo de la instalacin.

La seleccin de una bomba centrfuga es similar a la de un ventilador,tal como describimos en la UD 2, es decir utilizaremos la curva caudal -presin de la bomba, o del grupo de bombas de un catlogo comercial.

Bomba de circulacin simple

1: Calculamos la prdida de carga con dos caudales diferentes, uno unpoco mayor que el otro.

2: Sobre la curva caracterstica caudal - presin de la bomba situamoslos dos puntos y los unimos mediante una recta.

3: La interseccin entre esta recta y la curva de la bomba nos dar elpunto de funcionamiento, es decir el caudal real que har circulardicha bomba.

4: Si el caudal es excesivo o dbil, realizar los pasos 2 y 3 sobre la curvade otra bomba, hasta hallar la adecuada.

Para adaptar el caudal con exactitud las bombas suelen tener dos o tresvelocidades, que se seleccionan mediante un conmutador, y con lo queobtenemos tres curvas diferentes, seleccionando la ms adecuada a lainstalacin.

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En caso de instalaciones con varias zonas diferentes, como:

Diferentes plantas del edificio de un hotel.

Zonas de salones o comedores.

Zonas de centros comerciales.

Curva bomba circulacin

Se suele instalar una bomba para cada zona, que es activada por eltermostato o mando de dicha zona. Entonces es muy convenienteintercalar una llave de asiento en la salida de la bomba, para poderestrangularla si hace falta, y ajustar mejor el caudal.

Seleccin

Las bombas de circulacin para climatizacin son similares a las decalefaccin.

Las pequeas estn formadas por un slo cuerpo cerrado que englobael motor elctrico y la bomba centrifuga. El motor se refrigera por elcaudal del circuito.

En las bombas grandes el motor elctrico est separado de la bomba, yel eje de transmisin se sella por una estopada o cierre mecnico, queimpide la fuga de agua.

A partir de 100 kW trmicos de la enfriadora, las bombas suelen serdobles, formadas por dos bombas gemelas en paralelo, para tener msseguridad en caso de avera de una de ellas.

Las bombas pequeas hasta 1 kW suelen ser monofsicas, con condensadorpermanente.

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Las bombas mayores son trifsicas, y a partir de 10 kW deben arrancarmediante algn sistema que limite su intensidad, como estrella-tringuloo arranque lento por variador.

La potencia de la bomba la podemos calcular aproximadamente mediantela expresin:

Q L/s x H m.c.a.x 9,81P watios = ------------------------------

0,5

Siendo H la prdida de carga total.

Montaje

Las bombas de circulacin deben de instalarse con:

Una llave de corte a ambos lados de la bomba, para poder aislarlasin tener que vaciar todo el circuito.

Un filtro de malla antes de la aspiracin (y despus de la llave), pararetener partculas que pueda arrastrar el agua del circuito. Este filtrodebe limpiarse tras los primeros das de funcionamiento de lainstalacin. Tambin pueden instalarse dos tomas de manmetroantes y despus del filtro, para poder ver la diferencia prdida decarga del mismo, y saber si precisa limpiarse.

Tomas para presin antes y despus de la bomba, para verificar sufuncionamiento.

Los acoplamientos de las bombas pequeas suelen ser mediante unenlace roscado desmontable, y a partir de 2" mediante bridas normalizadascon tornillos y juntas de goma.

Las bombas grandes instaladas entre bridas, deben tener un carrete dedesmontaje, o trozo de tubera telescpica de longitud ajustable.

En general, siempre debemos instalar la bomba de forma que puedadesmontarse y sustituirse con facilidad, ya que es un elemento mecnicomvil sometido a desgaste.

11.2. Bombas en varios circuitos

En los sistemas centralizados se divide la distribucin de agua en varioscircuitos, segn las diferentes zonas, o estancias con diferentes horarios.

Por ejemplo en un hotel se realizar un circuito para las habitacionesorientadas al Norte, y otro para las orientadas al Sur. Tambin se instalarcon circuito propio las salas nobles, comedor, salones, etc.

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Es decir, en cada circuito se impulsa el agua a una zona, y retorna de lamisma a la enfriadora. Si la zona no est habitada, la bomba se puedeparar, y por lo tanto los terminales de dicha zona no consumen caloras.

En grandes instalaciones el nmero de circuitos puede ser grande, y conbombas de diferentes tamaos.

11.3. Colectores

Si una instalacin necesitamos dividirla en varios circuitos, para zonasdiferentes, tendremos que realizar un colector de ida y otro de retorno.

Los colectores son tuberas de dimetro mayor que las de los circuitos,desde las que parten los diferentes circuitos de la instalacin, con llavesde corte para aislarlos.

Realizaremos un colector de ida y otro de retorno, sobre el que instalarnlas bombas de impulsin de cada circuito.

En caso de instalar varias enfriadoras, las conectaremos en paralelo a losdos colectores.

Esquema conexin enfriadoras en paralelo

Como los caudales del secundario pueden ser muy distintos, por habercircuitos cerrados o en marcha, se realiza un tubo de unin entre elcolector de ida y el de retorno, para equilibrar los caudales, e independizarel primario del secundario.

En caso de equipos pequeos con varios circuitos tambin puedeninstalarse una sola bomba y electrovlvulas de tres vas en cada circuito.

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11.4. Depsitos de inercia

Si tenemos una enfriadora de agua de 100.000 Kcal/h en un edificio, enel que slo hay demanda de fro en uno o varios locales pequeos, quesuman 5.000 Kcal/h, se presenta el problema de que la mquina arrancay en 6 minutos cubrir la demanda, y parar. A los 6 minutos volver aarrancar y as sucesivamente. Es decir, el nmero de arranques a la horaser de

60 minutos/hora / 12 minutos = 5 arranques a la hora

Las enfriadoras grandes slo permiten un nmero reducido de arranquesa la hora (de 2 a 4), pues pueden estropear, o acortar su vida til.

Para evitar esto, lo ms sencillo es aumentar el volumen de agua circulandopor la instalacin, de forma que cuando la enfriadora pare, la masa deagua enfriada sea la que contine proporcionando caloras a las unidadesterminales, y la enfriadora tarde en arrancar.

Para ello instalamos un depsito aislado en serie con el circuito primario.

La cantidad de Kcal almacenadas en el agua la obtenemos de:Q = m.Ce.(T2 T1).

Ejemplo: si un circuito de agua funciona entre 12 C y 6C, y el volumende agua es de 5.000 L. Calcular la inercia del mismo.

Solucin: Q = 5000 x 1 x (12 6) = 30.000 Kcal.

Si la enfriadora ms pequea es de 60.000 Kcal/h, calcular el nmerode arranque a la hora cuando no hay ninguna demanda de calor.

Solucin: 60.000 Kcal/h / 30.000 Kcal = 2 arranques/hora

Deposito de inercia

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12. UNIDADES TERMINALES

La unidad terminal transfiere la energa trmica que transporta el aguaal ambiente del local.

En el caso de equipos de fro, absorben caloras del local y las pasan alagua del circuito, que aumenta de temperatura.

Las unidades terminales ms frecuentes son:

Radiadores.

Aerotermos.

Ventilo-convectores o fan-coils.

Unidades de tratamiento de aire.

Circuitos de suelo radiante.

Circuitos de techo fro.

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13. EL FANCOIL

Un fancoil consiste bsicamente en una batera de intercambio agua-aire, y un electro-ventilador. El aire de la habitacin es forzado a atravesarel intercambiador agua-aire o batera de agua, se enfra y es lanzado denuevo a la habitacin.

Si lo que enviamos al fancoil es agua caliente, entonces funcionar comoun radiador de calefaccin.

Fancoil

En caso de distribuciones a cuatro tubos, el fancoil incorpora dos bateras,una de fro y una de calor, con conexiones independientes, pero con unnico ventilador.

13.1. Componentes de un fancoil

Los componentes de un fancoil son:

Carcasa o chasis que sostiene el resto de elementos. Realizada enchapa de acero.

Cubierta o mueble embellecedor que oculta sus componentes. Cajaexterior con diseo decorativo realizada en chapa pintada o plstico,con rejilla para orientar la descarga del aire.

Batera enfriadora de cobre con aletas de aluminio, con conexioneshidrulicas de roscar para conectarlo al circuito de distribucin.

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Ventilador centrfugo o tangencial, con motor elctrico monofsicode espira en sombra o condensador permanente, con dos o tresvelocidades. Siempre son de bajo nivel sonoro.

Batera de recogida de condensados, con salida a tubo de desage.

Filtro de aire, situado en la entrada. De fcil desmontaje

Caja de conexiones elctricas, y mando termostato, en el propiomueble o a distancia.

Vlvula de tres vas (si se instala, para cortar la circulacin de aguaen la batera).

13.2. Clasificacin

Los fancoils clsicos pueden ser:

Con cubierta, o sin cubierta (para forrar con maderas nobles, oempotrar).

Verticales de pie u horizontales de pared o techo.

Vistos o de empotrar con conduccin de aire por conductos.

Con dos o cuatro tubos (una batera o dos).

Con mando incorporado o a distancia.

Con vlvula de tres vas o directos.

Con rejilla fija u orientable.

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Recientemente han aparecido otros modelos de fancoils que imitan alas unidades interiores de los equipos split, como:

Fancoils de pared tipo split.

Fancoils de cassette, para empotrar en techos.

Fancoils de empotrar de una y dos vas.

Estos equipos son bastante ms caros que los fancoils tradicionales, perotanto su esttica como su perfeccionamiento y funcionamiento son muysuperiores.

Fancoil de conductos de media y alta presin: en el caso de climatizarestancias grandes, se utilizan fancoils de gran tamao, en instalacinoculta, y con distribucin de aire mediante conductos de fibra, rejillasy difusores.

Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuantoa instalacin, conexin con los conductos, alimentacin elctrica, etc.,solamente se diferencian en que las conexiones frigorficas de la baterason conexiones a la red de distribucin de agua.

13.3. Conexin hidrulica de un fancoil

Los fancoils se pueden conectar ala red de distribucin de aguamediante dos simples llaves de corte.De esta forma el agua circulasiempre por la batera, hayademanda o no de caloras.

Pero es preferible intercalar unavlvula de tres vas, para que cuandono haya demanda de calor en laestancia, cortar el flujo de agua a labatera, y evitar seguir transmitiendocalor por conveccin natural.

Si el fancoil es de 4 tubos, esdecir con una batera de froy otra de calor, se necesitarnobligatoriamente dos vlvulasde tres vas, una para cadabatera.

Conexines de fancoil

Esquema general instalacin

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Fancoil a dos y cuatro tubos

No deben poder conectarse ambas bateras a la vez.

13.4. Esquema de control de un fancoil

Los fan-coils se controlan desde un mando a distancia - termostatoindependiente de la unidad.

Aunque hay diversos fabricantes, los mandos suelen seguir un esquemacomn de acuerdo con el tipo de control:

Termostato sobre el ventilador: el termostato arranca o para elventilador del fan-coil. Un interruptor apaga el equipo, y unconmutador invierte el contacto del termostato en verano-invierno.En verano el ventilador permanece encendido al mnimo cuando eltermostato ha cortado, y en invierno para.

Termostato control fancoil

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Termostato y mando sobre ventilador y vlvula de agua: igual, paraalcanzar la temperatura se corta la electrovlvula de paso de agua ala batera (o vlvula de tres vas).

Mando proporcional sobre vlvula de tres vas modulante: el caudalde agua se ajusta a la demanda de calor. No es muy comn.

Esquema elctrico fancoil

Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuantoa instalacin, conexin con los conductos, alimentacin elctrica, etc.

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14. CLIMATIZADORAS O UNIDADES DETRATAMIENTO DE AIRE (UTA)

A los grandes fancoils se les llama climatizadoras o unidades de tratamientode aire (UTA). Se fabrican a medida mediante secciones o mdulos, quese van acoplando en serie, hasta formar el equipo. Estos equipos controlancon precisin la calidad del aire de un local, temperatura, humedad yrenovacin.

Se emplean sobre todo en la climatizacin de grandes espacios de edificioscon sistemas centralizados: salones de hoteles, comedores, etc., en generalen locales con elevada densidad de ocupantes, y en donde se precisecontrolar con precisin las condiciones de confort todo el ao.

En general son equipos de gran tamao, en forma de prisma rectangular,que se instalan en cuartos apropiados sobre cubiertas, o en plantasintermedias de grandes edificios. Muchas veces su tamao permite entraren los distintos compartimentos mediante puertas.

Unidad de tratamiento de aire (UTA)

Las unidades de tratamiento de aire pueden ser equipos complejos, queconsiguen climatizar correctamente un local, ajustando perfectamentelas condiciones de temperatura y humedad relativa, as como aportaraire nuevo de ventilacin, y expulsar aire sobrante del local, recuperandoel calor del mismo.

Las UTAs no son equipos autnomos, ya que no incorporan sistemas deproduccin de fro ni de calor, sino que se conectan a una red dedistribucin de agua o refrigerante, con equipos de produccin remotos.

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15. SECCIONES DE UNA UTA

Una UTA se forma a base de acoplar mdulos con funciones especficas,que llamamos secciones:

Opciones y posibles ampliaciones de un climatizador

15.1. Seccin de ventiladores

De tipo centrfugo de baja presin, con motores elctricos separados ycon accionamiento mediante correas. Suelen tener dos o ms rodetesen un chasis de chapa galvanizada.

Para variar el caudal se colocan diferentes poleas en el motor o ventilador,lo cual cambia la proporcin entre calor sensible y latente de la batera.

Seccin ventiladores

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Cuando se desee un sistema de climatizacin con una buena ventilacindel local, deben instalarse con dos ventiladores, uno en cada extremode la unidad, que llamamos de impulsin y de retorno.

De esta forma podemos tomar aire exterior y expulsar el aire sobrante,adems de climatizar el local, sin provocar depresiones ni sobrepresionesen el mismo.

15.2. Seccin de bateras de fro y de calor

Cada seccin consiste en un serpentn de cobre con aletas de aluminio,con dos conexiones para el circuito de agua de la enfriadora, y unabandeja de recogida de condensaciones en la batera de fro.

La batera de calor puede conectarse a otra bomba de calor, o a unacaldera. En ambos casos debe llevar una vlvula mezcladora de 3 vas,para mantener la batera a la temperatura deseada.

La batera de fro se indica con un signo

La batera de calor se indica con un signo +

Cada batera puede tener dos o ms filas de tubos, dependiendo de lacalidad del equipo.

Bateras de fro y de calor

Relacin calor sensible/latente.

La batera de fro sabemos que absorbe calor sensible (enfriando el aire),y calor latente (condensando la humedad sobrante).

Dividiendo ambos valores, resulta un coeficiente que puede estar entre0,3 y 0,5. Pues bien, este valor lo podemos indicar al encargar el equipo,de forma que coincida con el valor calculado en el local (mediante unahoja de cargas completa).

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Pero una vez tengamos la unidad, tambin se puede modificar la relacinsensible/latente, variando la velocidad del ventilador, o el caudal de aguaen la batera.

La potencia de las bateras se indica por el fabricante, para diferentestemperaturas de agua y caudal.

En general las bateras de fro y de calor se controlan mediante vlvulasmezcladoras de 3 vas en las conexiones de agua, accionadas por unservomotor, y controladas por autmata en funcin de la temperaturade salida del aire.

15.3. Seccin de filtros y prefiltros

Los prefiltros son armazones con una tela metlica sobre la que se colocaun fieltro fino, que retendr las partculas y fibras arrastradas por el aire.Se deben extraer con facilidad y se limpian con agua o aire a presin.

Los filtros ms perfectos son secciones con un conjunto de bolsas omallas de ms espesor, que permiten una buena limpieza del aire, enlocales en los que se precise, como hospitales, residencias, etc.

Otro sistema muy perfecto es el de filtros electro-estticos, en los que elaire atraviesa unos filamentos a alta tensin, y son atradas las partculaspor la carga elctrica. Peridicamente se invierte la carga y las partculascaen en una bandeja.

15.4. Seccin de humidificacin

En esta seccin se coloca un equipo que inyecte agua en el flujo de aire,al objeto de aumentar la humedad relativa del aire.

La seccin de humidificacin se instala en locales donde sea mayoritariala carga de calefaccin, y se desee dotar el ambiente de un buen confort,como cines, teatros, museos, etc. Recordemos que al calentar el aire suhumedad relativa desciende rpidamente, quedando en muchas ocasionesel aire muy seco.

El aporte de agua puede hacerse con:

Bandeja de agua con resistencia elctrica, que provoque evaporacin.

Fieltro o mallas humedecidas por arriba.

Tubera de agua a presin con inyectores.

Las tuberas deben estar conectadas a la red de agua potable, o aguadescalcificada, y accionadas por una electrovlvula o mediante una bombadosificadora de membrana.

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Esta seccin puede presentar problemas por obstrucciones debidas a lacal del agua.

El caudal de agua se puede calcular conociendo las condiciones deentrada del aire en el diagrama psicromtrico, y sus humedades especficasW en gr/kg aire:

Caudal agua en L/hora = m3/h aire x 1,2 x (W2 W1) / 1000

15.5. Seccin de mezcla

La seccin de mezcla es una caja en la aspiracin del aparato, o tras elventilador de retorno si lo hay.

Su objeto es:

Expulsar al exterior una parte del aire que viene del local.

Tomar la misma cantidad de aire nuevo del exterior.

Para ello se instala en una caja dos o tres conjuntos de compuertas deaire motorizadas que permiten ajustar el aire de retorno, y el de tomade aire exterior, y el de expulsin de aire sobrante, en los porcentajesdeseados.

La seccin de mezcla de aire es muy conveniente porque permiteprescindir de la instalacin de ventilacin del local, ya que podemosindicar el porcentaje de aire exterior a tomar por la climatizadora.

Pueden tener muchas configuraciones, dependiendo del nmero ydisposicin de las compuertas de aire. En algunos casos tiene tambinun ventilador llamado de retorno, que mejora el sistema.

El accionamiento de las compuertas de mezcla puede ser de formamanual o automtica mediante servomotores.

En caso de ser manual se fija midiendo el caudal de aire que entra conun anemmetro, y ajustando la abertura hasta conseguir el porcentajedeseado.

Las modernas climatizadoras disponen de autmatas de control queajusta en aire exterior de forma que se adapta a la ocupacin del local,que puede ser detectada por una sonda de calida de aire o de CO2,situada en el retorno de aire a la climatizadora.

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15.6. Seccin de recuperacin

Cuando en un local climatizado extraemos aire ya climatizado y loexpulsamos al exterior, estamos haciendo una funcin obligatoria porsanidad, pero perjudicial energticamente, ya que estamos tirandofrigoras al exterior, y por lo tanto haciendo trabajar ms a la mquinaclimatizadora.

Recuperador de calor flujo cruzado, placas

Del mismo modo, al introducir aire del exterior al local, para aportaraire nuevo a sus ocupantes, estamos introduciendo aire caliente, queaumenta en trabajo del climatizador.

El caso de ser el caudal de ventilacin importante (salas con muchaocupacin), es conveniente instalar un recuperador de calor, es decirun equipo que sirve para recuperar el calor del aire de extraccin dellocal, cedindolo al aire nuevo que entra, de forma que ahorramosenerga trmica.

El aire fro que tiramos enfra el aire caliente que entra, y en inviernoal contrario.

Los recuperadores son equipos que permiten recuperar el calor del airede extraccin del local, y cederlo al aire de ventilacin que entra desdeel exterior.

Pueden recuperar calor sensible, calor latente o ambos.

Son obligatorios por normativa para caudales de ventilacin de ms de4 m3/s.

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Pueden ser varios tipos:

De placas a contracorriente, por un lado de la placa circula el airedel local hacia el exterior, y por el otro circula el aire del exteriorhacia el local. las placas se apilan en un bloque rectangular.

Recuperador de calor flujo paralelo

De tambor rotativo: un tambor metlico con perforaciones giralentamente perpendicularmente a los dos conductos, de forma queal atravesarlo el aire que sale del local lo calienta, y al girar y pasaral otro conducto, calienta el aire que entra.

De tambor poroso. Adems de recuperar calor sensible, tambinrecuperan calor latente.

De bomba de calor: incorporan dos bateras y un pequeo compresor,para trasladar caloras de un fluido al otro.

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16. ENFRIAMIENTO GRATUITO

El sistema de free-cooling o enfriamiento gratuito consiste en cortarel suministro de agua fra a la batera, y tomar todo el aire del exteriorcuando la temperatura ambiente sea menor que la necesaria en el local.Es decir simplemente ventilamos, mediante la apertura de la toma deaire exterior de la caja de mezcla.

El sistema puede ser accionado mediante dos sistemas: entlpico o msico.El sistema msico slo compara las temperaturas interior y exterior. Elsistema entlpico es mucho mejor, pues compara temperaturas yhumedades relativas del interior y exterior.

Es un sistema casi obligatorio para:

Discotecas, por trabajar principalmente durante la noche, cuando latemperatura exterior es baja.

Teatros y cines.

Salones de banquetes, en los que se precisa enfriar incluso en inviernopor la densidad de personas.

El RITE lo hace obligatorio para equipos con caudal mayor de 4 m3/sy funcionamiento mayor de 1.000 horas al ao.

16.1. Free-cooling trmico

Los free-cooling de tipo trmico funcionan comparando las temperaturasdel aire del interior y exterior del local, de forma que arrancan cuandohay una diferencia mnima, que podemos programar.

Es decir si el aire del local esta a 24 C, y fijamos un salto mnimo de7 C, hasta que la temperatura exterior no baje a 24 7 = 17 C, noarrancar el free-cooling.

16.2. Free-cooling entlpico

Los free-cooling de tipo entlpico son ms perfectos, ya que comparanla temperatura y humedad relativa de ambos aires, de forma que secompara su energa total o entalpa, (que podemos medir en el diagramapsicromtrico).

Hay que tener en cuenta que aunque el aire exterior est ms fro queel interior, puede estar muy seco, y su entalpa ser menor que la del aireinterior.

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17. CLCULO Y SELECCIN DE UNA UTA

17.1. Proceso terico de climatizacin del aire de un local

La climatizacin completa de un local consiste en controlar lascaractersticas del aire interior para adecuarlo a las condiciones de confortrequeridas por sus ocupantes, adems de mantener el nivel adecuadode ventilacin y calidad del aire.

Es decir, debemos controlar:

La temperatura del aire.

La humedad relativa.

El aporte de aire exterior nuevo.

La limpieza o filtrado del aire.

El caso ms frecuente es el enfriamiento con deshumidificacin, que serepresenta esquemticamente en la figura siguiente:

Esquema sistema de climatizacin

Y en el diagrama psicomtrico vemos los puntos con los estados del aire.

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Representacin en el diagrama psicomtrico

Explicacin del proceso:

Punto a: es el aire que retorna del local, con las condiciones fijadas enel mismo: temperatura 24 C, Humedad 50%. Contenido de agua 9 gr/kg.

Punto b: el aire de retorno se mezcla con el aire exterior en una proporcinde 5 a 1, resultando una mezcla en las condiciones del punto c.

Punto d: el aire sale de la batera con la temperatura de la batera, 9 Cy humedad 100%, pero realmente todo el aire no ha tocado la batera,por factor de by-pass de 0,2. Esto se asimila como si el 80% del aire desalida lo mezclamos con un 20% de aire inicial. Es decir, mezclar 8 partesdel aire condiciones de la batera, con 2 partes condiciones c. El resultadoes el punto d, o salida de aire de la batera.

Punto e: tras el paso por el ventilador y roce con los conductos el aireaumenta un par de grados su temperatura. Sale con 14 C y 80% Hr.W = 8,5 gr/kg.

Tramo del punto e al punto a: el aire en el local aumenta su temperaturay su humedad, y se inicia el ciclo de nuevo.

Las climatizadoras se seleccionan con los parmetros siguientes:

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17.2. Seleccin de la UTA

Las fases para seleccionar una UTA son las siguientes:

1 Demanda trmica del local, con el porcentaje de calor sensible ylatente:

Se conocen mediante el clculo de la carga trmica del local.

Se debe aplicar un coeficiente de seguridad en la seleccin del equipode un 5 al 10% por encima, ya que el rendimiento del equipo puedebajar por las condiciones del mantenimiento (suciedad filtros,envejecimiento, etc.).

2 Caudal de ventilacin del local, dependiendo de su ocupacin.

El caudal de ventilacin depender de la ocupacin del local, y porlo tanto es preferible que pueda ajustarse automticamente, o medianteun temporizador.

3 Valores de temperatura y humedades interiores y exteriores.

Dependern del uso del local y su situacin.

4 Niveles de confort a alcanzar: temperatura, humedad relativa, limpiezadel aire.

Dependern del nivel de calidad requerido en la instalacin. Si seprecisa controlar la humedad relativa con precisin, se incluir unmdulo de inyeccin de agua, y bateras de post-calentamiento. Si seprecisa una gran pureza del aire impulsado, se incluirn mdulos defiltros de bolsas o filtros electrostticos.

5 Necesidad de recuperacin del calor de extraccin.

En grandes instalaciones es obligatorio recuperar las caloras del aireextrado, y cederlas al aire de ventilacin introducido (en caudalesde ventilacin mayores de 4 m3/s). Aunque los recuperadores sonequipos caros, cada da se van introduciendo ms en las instalacionescomerciales.

6 Posibilidad de enfriamiento gratuito por funcionar en horarionocturno.

Debe preverse siempre en instalaciones con funcionamiento durantela tarde o noche.

7 Temperaturas de los circuitos de agua fra y caliente.

En general, pueden variar dependiendo de si la fuente de calor esuna caldera o una bomba de calor.

8 Espacio disponible.

Las climatizadoras son equipos muy voluminosos, y debe estudiarsecuidadosamente su ubicacin, y el modo de trasportarlas y situarlas.

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En los catlogos comerciales existen posibilidades muy variadas paraencontrar la climatizadora adecuada a cada necesidad, pero deberemostener en cuenta que el plazo de entrega suele ser de 2 meses comomnimo, ya que se trata de equipos fabricados o ensamblados bajodemanda.

Algunos fabricantes proporcionan programas informticos para seleccionaradecuadamente sus equipos.

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18. SISTEMAS DE CAUDAL DE REFRIGERANTEVARIABLE (VRV)

Los sistemas de caudal de refrigerante variable (mal llamados volumende refrigerante variable) se conocen por las siglas inglesas VRV (VariableRefrigerant Volume), son de reciente aparicin en el mercado, e intentansustituir a los sistemas con distribucin por agua.

Bsicamente consisten en unos unos equipos productores con compresoresen paralelo, una red de distribucin con tuberas frigorficas, y unidadesterminales conectadas al igual que en una instalacin frigorfica mltiple,es decir cada terminal con su propio mando, termostato y solenoide parael paso o corte de refrigerante.

Es como un sistema multi-split, pero con muchos ms equipos interiores.

Como la demanda de lquido es variable (dependiendo el nmero ypotencia de las unidades terminales en marcha), el equipo productordebe poder variar su produccin frigorfica mediante el arranqueescalonado de compresores o variacin de velocidades de los mismos.

Es decir se trata de un sistema centralizado, pero sin fluido frigorferointermedio (agua).

Al ahorrar un salto trmico, su rendimiento terico es mayor que losequipos aire-agua.

Vlvula de expansin electrnica

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Como el calor latente de los refrigerantes es del orden de 10 veces elcalor sensible del agua, la ventaja de estos equipos es evidentemente lareduccin de tamaos de tubera, llaves y accesorios, eliminacin debombas de impulsin de agua, vasos de expansin, y resto de accesorios.

Tambin se evitan problemas de corrosin, ruidos, y en general sesimplifica notablemente la ejecucin y mantenimiento de la instalacin.

Por el contrario, son equipos ms caros y de funcionamiento internoms complejo, y de regulacin electrnica. Adems, que cada fabricantetiene sistemas de diferentes, que son totalmente incompatibles entre si.

Una parte fundamental de estos equipos es la vlvula de expansinelectrnica, que mediante impulsos puede mantener el caudal derefrigerante en un nivel ptimo para cada equipo, y reaccionar deinmediato a las variaciones de carga de los equipos.

Cuando una unidad terminal precisa de fro, su termostato abre la electro-vlvula de su tubera de lquido, y su batera comienza a enfriar.

18.1. Equipos productores

Son equipos condensados por aire de tipo vertical, con ventilador superiorde tipo axial, diseados para ser ubicados en el exterior, preferentementesobre cubiertas de edificios.

Estos equipos se acoplan en paralelo formando filas, de forma que se vasumando su capacidad frigorfica.

Las filas se separan entre ellas con un pasillo que permita su buenaventilacin y acceso para su mantenimiento.

Sus medidas varan de uno a otro fabricante, alrededor de 0,80x0,80 x1,70 m. de alto.

Circuito de refrigerante en sistema VRV

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Tienen un circuito frigorfico muy complejo, con varios compresores yuno de ellos invertido, inyeccin de lquido intermedia, recuperadoresde calor, vlvulas de expansin electrnicas, etc.

En control se basa en autmatas integrados, que se comunican entre smediante un bus de datos a dos hilos, y que realiza las funciones decontrol, alternancia de equipos, etc.

Los equipos de distintos fabricantes no pueden unirse en paralelo portener sistemas de control propios, por lo menos hasta la fecha.

18.2. Redes de tubera de refrigerante. Sistemas

Los equipos productores se unen en paralelo a sendos colectores delquido y gas.

De estos colectores parte una red de tuberas en forma ramificada hastalos distintos equipos terminales, con dimetros adecuados a la potenciatotal de los equipos que suministran.

Los tubos son de cobre frigorfico, y han de ir perfectamente aislados.

Las derivaciones pueden realizarse mediante Tes normales, o con piezassuministradas por el fabricante, que intentan derivar los caudales conmayor exactitud.

Tambin hay sistemas mediante bloques de electrovlvulas electrnicasy ajustadores de presin que van en el interior de cajas aisladas, de lasque salen hasta 20 terminales.

Un dato importante es la mxima distancia vertical entre la unidadexterior y el terminal ms bajo, que suele ser de 30 a 50 m.

Segn el nmero de tubos, el sistema de distribucin se denomina:

A dos tubos:

Consta de tubo de refrigerante lquido a alta presin, y tubera derefrigerante gas a baja presin. El sistema funciona con todos los terminalesen modo fro, o todo en modo calor.

A tres tubos:

Se tienden tres tubos, los dos del sistema anterior, ms un tubo que partede la descarga del compresor, o gas caliente. De esta forma unos terminalespueden funcionar en modo fro (tubo de lquido a tubo de aspiracin),o en calor (gas caliente a lquido). Es decir, unos terminales puedenarrancar en modo fro y otros en modo calor.

A cuatro tubos:

Es el ms perfecto, pues hay un circuito de fro con dos tubos (lquidoy gas baja opresin), y otros dos de calor (gas caliente y lquido). Pueden

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partir de los equipos productores, y unirse o dividirse en lajas de reparto,que controlan el flujo de refrigerante.

18.3. Sistemas de VRV con recuperacin

Son sistemas con distribucin del refrigerante mediante tres o cuatrotubos, con lo que se consigue suministrar fro y calor simultneamentea los equipos terminales.

Es decir, una parte del edificio puede conectar los equipos en modo fro,y otros en calor.

La ventaja, adems, es que el calor absorbido por los equipos en modofro, es cedido a los equipos en modo calor, y el equipo productornicamente disipa o cede el calor que falta. Con este sistema se consiguenunos rendimientos trmicos globales excepcionales. Es decir, el sistemafunciona con un bajo consumo de energa elctrica.

En el circuito de la figura podemos observar unos sistemas conrecuperacin de calor.

Circuito VRV , dos, tres y cuatro tubos

18.4. Unidades terminales VRV

Se utilizan las unidades interiores de equipos split, pero con una vlvulasolenoide y vlvula de expansin electrnica, para abrir y ajustar el flujode refrigerante.

Existen de tipo pared, suelo y techo, cassette y conductos, de formaexterior similar a los equipos autnomos del mismo nombre.

La ventaja es que cada unidad tiene su propio mando a distancia, y elusuario lo maneja como si fuese un equipo individual propio, pero sinunidad exterior.

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Tambin pueden instalarse climatizadoras de conductos, y su red dedistribucin de aire con rejillas de impulsin y retorno.

18.5. Control de sistemas VRV

Los sistemas VRV se comunican y controlan mediante un bus de controla dos hilos que une todos los equipos.

A este bus puede conectarse una consola de supervisin tipo PC.

De esta forma, desde la central de control se tiene acceso al funcionamientode todos los equipos, arranque, paro, anulacin, estadsticas de consumos,etc.

El sistema es ideal para grandes centros comerciales, edificios pblicosy de oficinas, hoteles, etc., ya que permite una buena gestin del consumode energa, y del mantenimiento.

18.6. Montaje y mantenimiento de sistemas VRV

Los sistemas VRV deben proyectarse con el mximo de precisin,calculando adecuadamente:

Capacidades de unidades terminales.

Dimetros de tuberas den todos los tramos.

Derivadotes, cajas de reparto. Puntos de toma de presin.

Ubicacin de las unidades productoras, su acoplamiento.

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En concreto debe extremarse al mximo el tendido y soldadura de todala red de distribucin, as como su perfecto aislamiento.

Hay que resaltar que en caso de fuga de gas en el interior de unahabitacin, y dado el gran volumen de refrigerante en el sistema, podradesplazar totalmente el aire de dicho recinto, provocando la asfixia desus ocupantes.

Por ello, en el caso de instalaciones residenciales, se limita el nmero deequipos conectados a 20, calculndose en todo caso la concentracinmxima que permite el Reglamento de Instalaciones Frigorficas.

El mantenimiento de estos equipos es muy simple, limitndose a lalimpieza de los terminales, y verificar el contenido de refrigerante en elsistema.

En general, los equipos electrnicos de los equipos informan mediantecdigos del tipo de problema que tiene el equipo averiado.

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19. MONTAJE DE INSTALACIONES CENTRALIZADAS

Primeramente se realizar el tendido de las tuberas de distribucin porel edificio, y la instalacin de las unidades terminales que vayan ocultassobre falsos techos.

Las tuberas de agua o refrigerante deben probarse por tramos, paraasegurarse de su buena instalacin, y de la ausencia de fugas. Sobre todo,si posteriormente van a quedar ocultas.

Para la instalacin de un equipo productor en la cubierta de un edificioseguiremos los pasos siguientes:

1. Preparacin de la bancada para el equipo, segn el peso del mismo(lleno de agua), y utilizando perfiles de acero soldados con apoyossobre puntos fuertes de la estructura (cabezas de pilares inferiores).Colocacin de amortiguadores de vibracin adecuados al peso quesoporten (dividir el peso total del equipo por el nmero de apoyosa colocar).

2. Izado de la mquina mediante gra, y fijada sobre la bancada. Hayque prever que la gra pueda llegar hasta un sitio desde donde izarla mquina, as como los posibles obstculos existentes (cableselctricos, barandillas, etc.).

3. Conexin de las tuberas de agua intercalando enlaces flexiblesantivibradores, para evitar que los tubos se partan por oscilacin dela mquina en su funcionamiento. Conexin de tubo de llenado, devaciado y de condensados.

4. Conexin de la lnea de alimentacin elctrica y del circuito decontrol (mando termostato remoto). Debe haber un interruptorantes de la mquina, y cercano a la misma.

5. Instalacin de tomas para la medicin de:

Temperaturas de ida y retorno de agua.

Presiones de ida y retorno de agua.

6. Instalacin, si procede, de pantallas acsticas para evitar transmitirruido a viviendas vecinas. Panales absorbentes, setos, muretes, etc.

7. Llenado de la instalacin con agua o aadiendo aditivos (glicol),purgando el aire del circuito en los terminales.

8. Arranque de las bombas de agua, purgando para evacuar todo el airedel circuito.

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9. Arranque de la bomba de calor, y equilibrado de la instalacinhidrulica mediante la medicin del salto trmico en cada terminal,o ajustando las llaves de equilibrado dinmico, si las hay.

10. Comprobacin de que se alcanzan los parmetros de confort deproyecto.

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20. OPERACIONES DE MANTENIMIENTOPREVENTIVO EN SISTEMAS DE AGUA

Las operaciones en los elementos de ventilacin y frigorficos son similaresa las indicadas en el Tema 5 para equipos autnomos, y por ello omitiremossu descripcin.

20.1. Circuito hidralico

Llenado y vaciado: el llenado inicial del circuito de agua es preferiblehacerlo con agua tratada o agua de la red, aadiendo unos aditivos paraneutralizarla (corregir su acidez).

Como el circuito debe mantenerse a una presin entre 1 y 3 bar, y siempreexisten pequeas fugas, peridicamente hay que aadir agua al circuitopor las llave de llenado, hasta que el manmetro suba hasta la presincorrecta. Si esta operacin se hace con el agua fra, hay que dejar lapresin un poco por debajo del valor nominal, ya que al calentarse elcircuito aumentar.

Se puede llenar el circuito de forma automtica cambiando la llave dellenado por una vlvula reguladora de presin, ajustada a la presindeseada. Siempre que baje la presin, la vlvula introducir agua de lared. En este caso la normativa obliga a instalar antes un contador deagua.

El problema de la cal: la cal es una sal (Carbonato clcico C03 Ca) queest disuelta en el agua de la red en mayor o menor cantidad, dependiendode la poblacin, y que se deposita y adhiere a los puntos calientes de lasinstalaciones, formando una capa de color marrn claro de gran dureza,que va reduciendo el rendimiento de los intercambiadores de calor, y laseccin de paso de las tuberas.

El mejor mtodo para eliminar la cal es mediante un disolvente cido,como el cido clorhdrico (salfumn comn) o el cido ntrico. Lalimpieza debe hacerse rpidamente, para evitar que otros elementosmetlicos sean atacados.

Para la limpieza de intercambiadores o tuberas deberemos desconectarlodel circuito de agua, y conectarlo al equipo de limpieza, que consiste enun depsito con una disolucin de agua y cido, y una bomba circuladora.Se pondr en marcha el equipo y esperaremos hasta que el agua salgalibre de suciedad y espumas. Aclararemos con mucha agua de la red paraeliminar completamente los restos de cido, y volveremos a conectar elintercambiador.

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Limpieza de filtros de agua: si los filtros estn correctamente instalados,se encontrarn entre dos llaves de corte, para poder aislarlos y desmontarlossin vaciar el circuito. Si la malla est corroda u obstruida por la cal,deber sustituirse.

Si la malla est obstruida por una capa de cal, la disolveremos consalfumn, la aclararemos con agua y quedar perfectamente limpia.

Mantenimiento de bombas: las bombas de circulacin de agua no precisande ningn mantenimiento, y slo se intervendr en caso de avera.

Si la instalacin ha estado parada durante unos meses, las bombas puedenagarrotarse por la cal y el motor no poder arrancarlas. Deberemosdesmontar el tapn que cubre el eje. Y con un destornillador grande,introducirlo y hacer girar el eje hasta desbloquearlo.

El rodete puede obstruirse por fibras o virutas metlicas, produciendoun ruido de cavitacin (como si tuviese perdigones agitndose dentro).

Con el tiempo, los rodetes pueden llenarse de cal o desgastarse, lo cualnotaremos por descender el caudal de agua.

Intercambiadores gas-agua: los intercambiadores pueden ser de tubosconcntricos o de placas. Ambos se van llenado de suciedad y deincrustaciones de cal, que hacen que descienda el intercambio de calor,y por lo tanto el rendimiento del equipo.

20.2. Circuitos elctricos y de control

Peridicamente tendremos que verificar los valores de:

Intensidad consumida por el equipo, si est dentro de los valoresnormales.

Temperatura de las protecciones, contactores, rels, bornas, etc.

Temperatura de ajuste de termostatos.

Puesta en hora de relojes programadores.

Tambin es conveniente una limpieza interior de los cuadros elctricosmediante soplado o aspiradora.

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21. MTODOS DE DIAGNSTICO DE AVERAS

Las averas en una enfriadora de agua pueden ser:

Averas en el sistema de movimiento de aire: ventiladores, compuertas,servomotores.

Averas en el circuito frigorfico.

Averas en el circuito hidrulico.

Averas en el circuito elctrico y de control.

Las averas en los elementos de ventilacin y frigorficos son similares alas indicadas en los temas 2 y 5 para equipos autnomos, y por elloomitiremos su descripcin.

Averas en el circuito hidrulico

1. No hay caudal de agua.

Bomba circuladora parada, agarrotada o quemada.

Llave de paso cerrada. Obstruccin en la tubera principal o enuna vlvula.

2. Hay poco caudal.

Filtros de agua obstruidos.

Bomba gira al revs.

Circuito obstrudo.

3. Presin de agua baja.

Fuga de agua en el circuito.

4. Baja presin de gas en el compresor.

Intercambiador de agua sucio o con capa de cal.

Poco caudal de agua.

Intercambiador congelado por falta de refrigerante.

Batera exterior congelada (bombas de calor).

5. El agua circula, pero el equipo enfriador no arranca.

El detector de flujo de agua est mal.

El termostato de temperatura de agua est mal.

El termostato de ambiente est mal.

Fallo en circuito frigorfico.

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Averas en el circuito elctrico y de control

1. El equipo no arranca.

Falta de tensin de red

Fusibles fundidos, automtico saltado.

Fases invertidas (corta el protector de fases)

Falta seal desde el termostato remoto.

Falla el programador horario.

2. Salta el automtico de proteccin de la lnea:

Bomba de agua quemada o derivada a masa.

Ventiladores quemados o cortados.

Defecto a tierra, por falta de aislamiento o mojarse algn elementoelctrico.

3. El circuito frigorfico no arranca:

Falla detector de flujo de agua, el termostato de retorno de aguaest mal.

Baja presin de agua.

4. Arranques y parada cortas:

Termostato regulado con diferencial, muy bajo.

Termostato interior o presostatos, mal tarados.

Temperatura exterior muy baja

Ruidos y vibraciones

Bombas desequilibradas.

Velocidad de agua en el circuito excesiva.

Golpes de ariete por velocidades excesivas del agua.

Silbidos en llaves de regulacin.

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22. NORMATIVA Y REGLAMENTOS APLICABLES

La normativa a tener en cuenta en las instalaciones de climatizacin condistribucin de agua es principalmente:

Reglamente de instalaciones trmicas en los edificios (RITE), enconcreto sus Instrucciones tcnicas: ITE 001, ITE002 e ITE003.

Norma Tecnolgica de la edificacin Condiciones Acsticas de losedificios NBE-CA-88, sobre niveles de emisin sonora de los equiposy su transmisin mxima a viviendas prximas.

Cdigo Tcnico de la Edificacin. CTE.

22.1. El problema sanitario por la legionellosis

La bacteria legionella se reproduce en ambientes hmedos, y a unatemperatura templada, entre 15 C y 40 C. Estas condiciones se puedendar en los elementos siguientes de una instalacin con agua:

Torres de re

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52990166 Manual de Instalaciones Centralizadas

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