En instalaciones térmicas el calor se introduce o se extrae de un recinto, especialmente mediante dos tipos de fluidos: el agua y el aire. Son dos fluidos abundantes que tienen unas propiedades magníficas a las temperaturas a las que suele trabajarse. Para temperaturas mayores se emplea el vapor de agua y para temperaturas menores los fluidos refrigerantes. Por ello, es muy importante conocer las leyes y el funcionamiento mecánico de estos fluidos.

En esta unidad vamos a ver el comportamiento de estos fluidos desde el punto de vista mecánico. Desde el punto de vista termodinámico ya se ha visto en la unidad 1.

Cualquier instalación de calefacción y de acondicionamiento de aire tiene los denominados circuitos de aire y circuitos hidráulicos. Y esto es así a todas las escalas. Por ejemplo, en una central eléctrica tenemos un circuito que sirve para refrigerar el aceite lubricante y otro circuito para refrigerar el agua que, a su vez refrigera el condensador de la central. El condensador es el equipo que permite que el vapor, a la salida de la turbina, se condense en agua y pueda volverse a calentar en la caldera para transformarlo nuevamente en vapor y que mueva la turbina que hace girar el alternador de electricidad.

Los circuitos hidráulicos, con frecuencia, tienen los correspondientes circuitos de aire que, en ocasiones son circuitos abiertos toman aire fresco del exterior y expulsan aire caliente. A su vez, estas instalaciones tienen, además de tuberías (para los líquidos) y conductos (para el aire), bombas y ventiladores, como vemos en este ejemplo:

Un fluido puede ser considerado como formado por un gran número de partículas de material, muy pequeño y moverse libremente entre sí. Los fluidos, como sabes, podemos considerarlos divididos en dos categorías: líquidos y gases. Ambos, pueden considerarse isotrópicos, viscosos y móviles. La isotropía significa que tienen las mismas propiedades en todas las direcciones del espacio. La movilidad, significa que no tienen forma propia y toman la forma del recipiente que los contiene. La viscosidad supone que cualquier cambio en la forma de un fluido real se acompaña de una resistencia (fricción). La propiedad física que los diferencia es la capacidad de compresión: un gas es fácilmente compresible, mientras que un líquido podemos considerarlo incompresible.

A estos fluidos se les puede aplicar la Ley de Conservación de Masa. Es decir, la masa que circula por una tubería se mantiene constante si no hay aportación o extracción de flujo másico. O, dicho de otra manera, la cantidad de masa que circula por una red de tuberías permanece constante. Es ley es, precisamente la que nos permite obtener la Ecuación de Continuidad en una tubería de diámetro variable por la que circula un flujo de líquido (sería igual de gas)

Observa la figura. Representa una tubería de sección S₁ por la que circula un fluido a una velocidad v₁ En un punto, esa tubería se ensancha hasta una sección S₂. La velocidad a la que circula ahora el líquido es v₂. Es evidente que la masa de líquido que circula no varía, por lo que al circular por una sección mayor tendrá que disminuir su velocidad.

En un fluido ideal, que fluye sin rozamiento, la energía permanece constante a lo largo de su recorrido. Este principio es, en cierta forma, la aplicación a fluidos de la Ley de Conservación de la Energía. La energía de un fluido consta de dos partes: la energía térmica (que depende de su temperatura, calor específico, densidad y caudal) y la mecánica que, a su vez consta de los tres componentes siguientes:

Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. Su variación, entre los puntos 1 y 2, viene dada por:

Potencial: es la energía debido a la altitud que un fluido posee. Su variación, entre los puntos 1 y 2, viene dada por:

Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. También se llama energía piezométrica. Su variación se expresa:

La suma de estas tres energías deberá permanecer constante, según la Ley de Conservación de la Energía. Dicho de otro modo, si en un punto aumenta su energía cinética es a costa de la disminución de alguna de las otras dos. Es como en una montaña rusa, cuando el vehículo está en lo alto tiene elevada energía potencial y baja energía cinética, mientras que al descender tiene poca energía potencial y elevada energía cinética. Por lo tanto, la suma de las variaciones de potencia mecánica anteriores ha de valer cero:

La ecuación de Bernouilli se puede poner de varias formas. Si sumamos las tres ecuaciones de las energías (potencial, cinética y piezométrica) y dividimos cada uno de los términos entre el caudal, obtendremos la ecuación (1). En la ecuación (2) se han igualado las energías en los dos puntos y aparecen tres términos en cada miembro de la igualdad, correspondientes a lo que podríamos denominar presión dinámica (relacionada con la energía cinética), presión relacionada con la altura y presión estática (la interna que tiene el fluido). En la tercera ecuación, después de dividir la ecuación (2) por ρ y g, obtenemos una ecuación parecida, pero el término libre es la altura. Ello significa que las tres energías están expresadas en metros de la columna de agua o, dicho de otro modo, en formato de energía potencial

Finalmente, si se toma el punto más bajo de la tubería como una altura de 0 m, la fórmula nos queda más simplificada:

En el caso de que estemos ante una tubería horizontal, donde no hay desniveles (z= 0) tendremos:

donde:

v = velocidad del fluido en la sección considerada (m/s)

g = aceleración gravitatoria (9,8 m/s²)

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia (m)

p = presión a lo largo de la línea de corriente (Pa).

ρ = densidad del fluido (kg/m³)

Te habrás dado cuenta de que en el principio de Bernouilli se habla de un fluido perfecto sin rozamiento. En la realidad esto no sucede así. Los fluidos están compuestos por moléculas que chocan con las paredes de las tuberías, es decir, sufren un rozamiento. En un fluido real la presión disminuye a lo largo de la tubería por la que discurre, aunque la tubería sea horizontal y de sección uniforme, contrariamente a lo que hemos visto en el principio de Bernouilli. También puede observarse una disminución de presión después de pasar por un codo, una válvula o un estrechamiento.

Un fluido real en movimiento sufre pérdidas de energía debidas al rozamiento contra las paredes de la tubería (pérdidas lineales) o por accidentes de recorrido (pérdidas singulares). Las pérdidas singulares se originan al generarse rozamiento y turbulencias. El número de Reynolds en una tubería lineal se calculaba con la fórmula vista en la que dependía de la viscosidad, densidad, diámetro y velocidad del fluido. Este número sirve, además de para determinar el régimen del flujo (laminar o turbulento) para calcular analíticamente las pérdidas por rozamiento en tuberías.

Las pérdidas de carga lineales se deben al rozamiento del fluido con las paredes de las tuberías. La pérdida de carga entre dos puntos separados por una longitud L en una tubería de diámetro D viene dada por:

Donde:

∆p: pérdida de carga (Pa)

λ: coeficiente adimensional llamado coeficiente de pérdida de carga lineal.

ρ: es la densidad (kg/m³)

v: velocidad del fluido (m/s)

L: longitud del tramo (m)

D: diámetro (m)

El cálculo de ese coeficiente λ es fundamental para obtener la pérdida de carga en la tubería. La forma de calcularlo depende del régimen del fluido. Para un régimen laminar:

El cálculo para el régimen turbulento es más complicado. En este caso tiene gran influencia la rugosidad de las paredes de la tubería y la magnitud de las turbulencias. Para determinar la pérdida se suelen utilizar ábacos, como el de Moody y fórmulas específicas para cada material.

Las pérdidas por accidentes son las que experimenta el fluido al dejar el tramo recto y enfrentarse a otros elementos de las tuberías como pueden ser codos, llaves, etc. Experimentalmente se ha visto que la pérdida de carga en un accidente viene dada por la siguiente expresión:

Donde

∆p: pérdida de carga (Pa)

ξ: coeficiente de singularidad

ρ: densidad (Kg/m³)

v: velocidad (m/s)

En este caso, tal como ocurre para las pérdidas lineales, la clave está en el valor de la constante adimensional ξ. Este valor se puede encontrar en distintas tablas. En el siguiente enlace tienes una tabla válida para diferentes fluidos, en donde podemos obtener la pérdida de carga de los elementos singulares:

Un método alternativo, más práctico, es el de la longitud equivalente. Este método consiste en relacionar cada accidente con una longitud equivalente de conducto recto del mismo diámetro. Esto facilita el cálculo al "linealizar" el conducto a calcular. Estas relaciones también se encuentran tabuladas. En el siguiente enlace puedes ver una tabla de longitudes equivalentes:

Más adelante en esta unidad utilizarás estas tablas para el cálculo de conductos y de tuberías.

Ecuación de Bernouilli con pérdidas de carga

La ecuación de Bernouilli que hemos visto la podemos completar teniendo en cuenta las pérdidas de carga totales en una tubería, tal como vemos en la imagen. Igualmente, clicando la imagen puedes descargarte una Hoja excel para facilitar los cálculos:

Para enviar el aire acondicionado o el aire de ventilación, desde la unidad de tratamiento de aire hasta los puntos de consumo, es necesario hacerlo mediante una red de conductos. Como has visto anteriormente el aire al viajar por un conducto va perdiendo presión debido al rozamiento con las paredes de la tubería y a los accidentes del trazado. El ventilador instalado en la UTA se encargará de impulsar con la suficiente presión para hacer frente a esas caídas de presión.

Por otra parte, como seguramente habrás sufrido en instalaciones mal dimensionadas, el aire que sale por las rejillas de climatización si lo hace muy rápido es muy desagradable para el usuario. Todo esto hace que un correcto cálculo de la red de conductos sea vital en este tipo de instalaciones.

Cada elemento de impulsión, ya sea rejilla o difusor, necesita que el aire llegue con una determinada presión estática. Este valor viene tabulado en los catálogos de los fabricantes. Si al final del conducto la presión es distinta de la requerida el caudal impulsado será distinto del calculado. Si el elemento impulsor dispone de compuerta se podrá, hasta cierto punto, absorber un exceso de presión. El límite lo va a marcar el ruido que hace el aire al pasar por esa compuerta. Se considera aceptable una pérdida de carga, en la unidad terminal (rejilla de salida del aire),  de hasta 2 mm de c.d.a. en instalaciones de oficinas y hasta 6 mm c.d.a. en instalaciones industriales, o en Pascales, entre 20 Pa y 60 Pa. Siendo habitual pérdidas de carga del orden de 10 Pa en instalaciones en edificios de viviendas y oficinas.

Para el cálculo de la red de conductos hay varios métodos. El más habitual, en instalaciones de baja presión, es el de la pérdida de carga constante. Este es el método que vas a utilizar en el apartado siguiente. Otros métodos son reducción de velocidad y recuperación estática. El primero es adecuado para pequeñas instalaciones y se basa fundamentalmente en la experiencia del diseñador que irá disminuyendo la velocidad en las sucesivas derivaciones hasta llegar al elemento de impulsión. El segundo es adecuado para instalaciones que mueven un caudal muy importante de aire en conductos de gran longitud. Este último método de cálculo permite utilizar un ventilador de menor potencia con la contrapartida de conductos de mayor sección.

Ya has visto que las redes de tuberías se utilizan para mover fluidos líquidos o gaseosos a través de las instalaciones. El tipo de fluido y las instalaciones en las que se usa son numerosos, agua en un circuito de calefacción, refrigerante líquido o gaseoso en una instalación frigorífica, gas natural en una instalación de conducción de gas, etc. Los principios que rigen la dinámica de estos fluidos son los mismos que hemos visto para las instalaciones de conductos de aire. En este apartado vas a estudiar las redes de tuberías de agua, que son las más habituales. En otras unidades temáticas en módulos específicos de otros tipos de instalaciones podrás estudiar las características especiales de otros tipos de tuberías de fluidos.

Aunque el RITE no fija valores máximos para las pérdidas de carga lineales, resulta adecuado utilizar como valor límite de pérdida de carga en tramos rectos sea 40 mm cda/m, alrededor de 400 Pa/m, sin sobrepasar los 2 m/s de velocidad en los tramos que discurran por locales habitados. En la práctica, es conveniente dimensionar las tuberías de modo que la pérdida de carga lineal no supere los 20 mm cda/m, alrededor de 200 Pa/m, y habitualmente entre 10 y 15 mm cda/m, es decir 100 Pa/m a 150 Pa/m. En estas condiciones, las velocidades siempre serán inferiores a 2 m/s.

En los casos de distribuciones largas o con muchas ramificaciones, debe procurarse que las tuberías, sobre todo las más alejadas de las bombas de circulación, tengan pérdidas aún más bajas, de modo que la instalación presente desequilibrios hidráulicos pequeños.

Las pérdidas de carga en las tuberías dependen de varios factores, en primer lugar del material de las mismas, fundamentalmente de la rugosidad del material. También depende de la viscosidad del fluido y de su temperatura. Lógicamente de la longitud de la tubería y, finalmente de la velocidad y caudal del fluido, que están relacionadas con el diámetro interior de la tubería. En la práctica se utilizan ábacos y programas de cálculo semejantes a los que has visto para los conductos de aire.

El fluido más habitual en sistemas térmicos es el agua, por lo que son muy prácticas las tablas que dan los fabricantes. Clicando en la imagen adjunta pueden descargarse tablas y gráficos prácticos para la determinación de los diámetros, pérdidas de carga, etc. a las diferentes temperaturas usuales del agua.

De forma similar a lo que has estudiado anteriormente en el cálculo de conductos, el cálculo de las pérdidas de carga en una red de tuberías se compone de dos partes. Por un lado tendremos pérdidas en los tramos rectos (pérdidas lineales) y por otro el de los accidentes de recorrido (pérdidas singulares). Las pérdidas singulares, como se ha visto en apartados anteriores, se pueden calcular mediante el coeficiente de singularidad (ξ ) o mediante la longitud de tubería equivalente. También puede determinarse, más fácilmente, con programas como los que venimos utilizando.

Para entender el proceso de cálculo, haremos lo mismo que en casos anteriores, utilizaremos un supuesto práctico y lo resolveremos detalladamente.

Otra forma de calcular las pérdidas singulares es mediante el uso de longitudes equivalentes. La ventaja es que los cálculos son más sencillos. Vamos a calcular el ejemplo anterior por este método utilizando la tabla de longitudes equivalentes en el siguiente ejercicio resuelto:

En cualquier instalación, incluso en tu propia vivienda, has visto tuberías de diferentes materiales. Pero básicamente habrás comprobado que se trata de dos tipos: metálicas o plásticas. Incluso puedes encontrar tuberías híbridas, con una parte plástica y otra metálica. Hasta hace unos años lo habitual era utilizar tuberías metálicas. Esto viene haciéndose desde el tiempo de los romanos. Los romanos ya construían las tuberías de abastecimiento de agua con plomo. Se siguieron utilizando hasta que la revolución industrial trajo consigo la posibilidad de trabajar otros materiales metálicos.

METÁLICOS

Los metales presentan ventajas de resistencia mecánica y a la exposición solar, aunque sus limitaciones son la corrosión, el elevado precio y el sistema de montaje que puede requerir mano de obra altamente cualificada. Los principales materiales son:

Acero galvanizado: Los tubos de este material sustituyeron a los de plomo. Tiene la ventaja de ser un material económico y resistente, pero los inconvenientes de mecanizado difícil al servirse en barras de gran rigidez, y los sistemas de unión generalmente roscados son de lenta ejecución y de calidad dependiente del utillaje utilizado. Otro inconveniente de este material el que en su interior se produce corrosión, que provoca desprendimiento de óxido, aumento de la rugosidad y destrucción del tubo a largo plazo. Su vida media es de alrededor de 10 años se usan en diámetros medios, de 12 mm (1/2") a 15 cm (6"). Son baratos.

Hierro fundido: tiene una gran resistencia a la corrosión y, por tanto, larga vida (hasta 100 años). Se usa con frecuencia en redes de distribución de agua potable y suelen ser grandes diámetros, desde 5 cm hasta 120 cm. Las uniones son mediante bridas, juntas de expansión, adaptadores Dresser, etc. que requieren mano de obra especializada.

Acero inoxidable: la gran ventaja de este material es su alta calidad que pueden presentar las redes de fluido, al ser muy resistente y apto para productos alimentarios. Además, su vida útil es muy superior al resto de los aceros en instalaciones de agua, al no sufrir corrosión. Como inconvenientes, lo son su elevado precio, su peso y la dificultad de mano de obra en operaciones de soldadura. Se puede utilizar en cualquier tipo de instalaciones, tanto de fluido frío como caliente. No requieren protección superficial añadida.

Cobre: ha sido el material de mayor uso hasta el momento en calefacción, gas y ACS, actualmente, debido principalmente al gran aumento de su precio, está siendo sustituido por tuberías plásticas. Presenta ventajas de resistencia mecánica y a la corrosión si se toman las debidas precauciones en instalaciones de agua, y de compatibilidad de accesorios y uniones con facilidad de obtención de piezas y recambios. Al ser uniones soldadas es muy importante la calidad de la mano de obra, sobre todo para diámetros grandes. Además puede presentar problemas de corrosión electrolítica, y de incrustaciones.

MATERIALES PLÁSTICOS

Los materiales plásticos son materiales que están desplazando en bastantes casos a los metales, por razones de economía, de facilidad de montaje y de durabilidad. Presentan limitaciones de resistencia mecánica y de resistencia a la intemperie y a la radiación solar directa.

La conductividad térmica de los materiales plásticos es muy baja en comparación con los metálicos, con lo que la capa de material aislante a añadir (para cumplir el RITE) se puede reducir, bajando costes. Además, su densidad es muy baja (es decir, pesan poco en relación a su volumen), por lo que los amarres necesarios son más simples y el montaje se simplifica.

Las principales ventajas de tuberías plásticas son:

• No tienen problemas de oxidación.
• La ausencia de par galvánico (no existe corrosión electroquímica).
• Menores pérdidas de carga debido a la baja rugosidad interna de los plásticos.
• Son perfectamente compatibles con el uso de agua glicolada.
• Tienen baja conductividad térmica (en torno a 0,24 W/mK), por lo que se puede reducir la capa de material aislante tanto en aplicaciones de fluido frío como caliente.
• Su precio es cada vez más competitivo debido al incremento del coste de los metales.
• Larga duración.
• Montaje rápido y sencillo, lo que puede implicar un menor costo en mano de obra.

Los plásticos más utilizados en instalaciones de fluidos son las siguientes:

• Polipropileno (PP): Se utiliza tanto en AFCH y ACS como en circuitos primarios de climatización salvo excepciones (no se puede utilizar en el circuito primario de una instalación solar térmica, por no estar permitido por el documento HE4 del CTE). Los diámetros disponibles llegan hasta los 400 mm. El polipropileno es, además, reciclable. También se están utilizando en evacuación de aguas residuales (saneamiento) desplazando al PVC en instalaciones de gama alta, dado sus buenas propiedades fonoabsorbentes y su resistencia a una amplia variedad de compuestos químicos.
• Polibutileno (PB): El Polibutileno es muy usado en suministro de agua a viviendas y agua caliente sanitaria (ACS), y aplicaciones de calefacción (por radiadores, por suelo o techo radiante) y climatización por agua.
• Polietileno (PE) y polietileno reticulado (PEX): es un plástico muy utilizado para la conducción de fluidos a presión. Se pueden realizar uniones mediante electrosoldadura. Su resistencia a la corrosión, los agentes químicos y la abrasión es elevada, y no contamina el agua, por lo que es muy utilizado en la instalación y distribución de agua potable, gas combustible, e instalaciones de riego centralizado, depuración de aguas fecales, redes de saneamiento e, incluso, sistemas contra-incendios. El proceso de reticulación implica la formación de una red tridimensional formada por la unión de las diferentes cadenas poliméricas. Esto conduce a que el material adquiera mayor rigidez.
• Polietileno multicapa: Es un tubo fabricado en este plástico, al que se le ha añadido una lámina intermedia de aluminio, que le proporciona una mayor resistencia mecánica y térmica. Las ventajas son similares a las del anterior, aunque el material es más caro. Además, la capa metálica intermedia limita las dilataciones, que es uno de los inconvenientes de las tuberías de plástico. Se aplica en suelos radiantes, instalaciones de calefacción convencionales y por fancoils.
• Policloruro de Vinilo (PVC): El PVC es un polímero termoplástico de color grisáceo, dúctil y tenaz, de gran estabilidad dimensional y resistencia ambiental y reciclable por varios métodos, que comienza a reblandecerse sobre los 80 °C y se descompone a 140 °C. Debido además a su precio competitivo, el PVC rígido es muy válido para el transporte de fluidos fríos, por lo que hoy por hoy es el plástico más utilizado en instalaciones de saneamiento. También para redes de agua industriales. Es interesante para tuberías de aspiración de bombas de agua.

Anteriormente has visto que el aire en movimiento a través de un conducto sufre rozamientos que hacen que disminuya su presión. El aparato encargado de entregar la presión necesaria al aire para recorrer los conductos es el ventilador. Su funcionamiento se basa en la transformación de la energía mecánica a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del fluido, que luego se transforma parcialmente en presión estática.

Los ventiladores se dividen en dos grupos: axiales y centrífugos.

En los ventiladores axiales, el movimiento del flujo se realiza sin cambio de dirección, conservando la dirección del eje. Se utilizan para mover grandes cantidades de aire en espacios abiertos. Al tener una resistencia al flujo baja, se requiere generar una presión estática pequeña, del orden de los 50 a 250 Pa. La principal aplicación de los ventiladores axiales se encuentra en el campo de la ventilación general y se los conoce con el nombre de extractores o inyectores de aire. Dentro de este tipo de ventiladores también se construyen modelos que llegan a generar alturas de presión estáticas hasta de 3 000 Pa.

En los ventiladores centrífugos, el aire de entrada lo hace en dirección paralela al eje del rotor, por la boca de aspiración, y la descarga se realiza tangencialmente al rotor, es decir que el aire cambia de dirección noventa grados (90 °). Este tipo de ventiladores desarrolla presiones mucho mayores que los ventiladores axiales, alcanzando presiones de hasta 15.000 Pa. Se emplean mayormente, en los sistemas de ventilación localizada. El principio de funcionamiento de los ventiladores centrífugos es el mismo del las bombas centrífugas. Están constituidos por un rotor que posee una serie de álabes que giran aproximadamente entre 200 y 5 000 rpm dentro de una envoltura.

Las variables características que se manejan en un ventilador son:

• Velocidad de rotación
• Diámetro de la hélice
• Presión total
• Presión estática
• Presión dinámica
• Caudal
• Densidad del gas
• Potencia absorbida
• Rendimiento
• Nivel sonoro.

Tienes que tener en cuenta que una vez que acoples el ventilador al sistema de aire acondicionado el punto de funcionamiento variará del que has proyectado. Esto es debido a que es difícil que coincidan las curvas del ventilador y la de la instalación en el punto calculado. En el sistema de conductos la presión es función del cuadrado del caudal multiplicado por un coeficiente característico de la instalación.

Ese coeficiente no es posible conocerlo a priori. Sólo una vez puesta en marcha la instalación podremos calcularlo experimentalmente. La siguiente figura te muestra como casan las dos curvas en un punto de funcionamiento.

En la práctica, si quieres conseguir funcionar en un punto determinado tendrás que variar alguna de las características del ventilador.

La relación entre distintas variables de los ventiladores se recoge en tres leyes. La primera es la relación entre la velocidad de rotación y el caudal impulsado. La relación es directa, es decir un aumento de la velocidad produce un aumento en la misma proporción el caudal impulsado. Es decir, a doble velocidad, doble caudal:

La relación entre la velocidad de rotación y la presión es cuadrática. Es decir, a doble velocidad, cuatro veces más de presión:

La relación entre la velocidad de rotación y la potencia absorbida es de tercer grado.

Donde:

n: velocidad del ventilador (puede ponerse cualquier unidad, siempre que ambas vayan en la misma - normalmente rpm)

p: presión total (puede ponerse cualquier unidad, siempre que ambas vayan en la misma - normalmente Pa)

q: caudal (puede ponerse cualquier unidad, siempre que ambas vayan en la misma - normalmente m³/s)

P: potencia del ventilador (puede ponerse cualquier unidad, siempre que ambas vayan en la misma - normalmente kW)

Finalmente, podemos relacionar la potencia, la presión y el caudal mediante la fórmula, fácilmente deducible:

En esta última fórmula, es importante utilizar las unidades del SI para obtener los resultados en la unidad correcta (P en W, q en m³/s y Δp en Pa)

Como ejemplos de utilización de estas fórmulas vamos a realizar algunos ejercicios.

Cuando realizas el cálculo de un sistema de conductos tienes como datos los caudales necesarios en cada espacio a ventilar o acondicionar. De ahí obtienes los diámetros o secciones necesarias, junto con velocidades y presiones necesarias. Con todos estos datos tienes que entrar en el catálogo de los fabricantes y seleccionar el ventilador adecuado.

En el catálogo encontrarás varios ventiladores que cumplen las exigencias de caudal y presión. Para elegir dentro de la gama disponible habrá que tener en cuenta otras características como son el tamaño, el número de revoluciones a las que debe girar el rotor, la potencia que debe ser entregada a su eje, el rendimiento con el que funciona, la tensión y el tipo de corriente, la disposición de la transmisión y el ruido generado.

El punto ideal de funcionamiento es el que corresponde a su máximo rendimiento y es con el que debería coincidir el punto de diseño del mismo. En una auditoría energética, uno de los factores de comprobación es que el punto de funcionamiento aporte el máximo rendimiento, tal como se aprecia en la imagen siguiente:

Vamos a ver un ejemplo de selección con la ayuda del diagrama de un ventilador real.

En los catálogos puedes encontrar muchos tipos de bombas, pero las más habituales en las instalaciones térmicas son las centrífugas. Las bombas son máquinas hidráulicas cuyo objetivo es convertir energía mecánica de rotación en energía cinética o potencial del fluido dentro del sistema. Nos van a servir para hacer circular un fluido dentro de una instalación (por ejemplo el agua que lleva el calor a los emisores en un sistema de calefacción) o para elevar ese fluido (por ejemplo una instalación de bombeo de agua desde un pozo). El eje de la bomba lo mueve, normalmente, un motor eléctrico. Por ello, una bomba es una máquina que convierte energía eléctrica en energía potencial (si es una bomba elevadora), en energía cinética (si es una bomba circuladora) o en energía de presión-piezométrica (si es un grupo de presión)

Los elementos constructivos de que constan son:

• Una tubería de aspiración por la que llega el fluido a la bomba.
• El rotor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El fluido entre perpendicularmente a la rotación del rodete. Los álabes del rodete hacen girar las partículas de fluido muy rápido. El fluido es proyectado hacia el exterior debido a la fuerza centrífuga a gran velocidad.
• La voluta o carcasa está dispuesta en forma de caracol, es decir, la distancia entre el rodete y la voluta va aumentando según el fluido se dirige a la salida. Esto consigue una transformación de energía, ya que disminuye la velocidad y por lo tanto aumenta la presión a medida que el espacio entre el rodete y la voluta aumenta.
• Una tubería de impulsión por la que sale el fluido de la bomba.

En la figura puedes ver cómo encaja el rodete dentro de la voluta y el aumento de la distancia que va produciendo entre los dos.

Cuando vayas a escoger una bomba tendrás que buscar su curva característica. La curva característica de una bomba relaciona la altura manométrica con el caudal. También dispones en esas curvas de información de potencia consumida. En algunos catálogos, como el de la imagen nos indican el punto de máximo rendimiento de la bomba. Desde el punto de vista de la eficiencia energética es importante que nuestra instalación funcione cerca de ese punto. La imagen siguiente contiene las curvas características de la bomba que ilustra este punto. En la imagen se ve en el gráfico superior las curvas correspondientes a las tres velocidades de la bomba. En la parte inferior se ve el consumo de la bomba para cada una de las velocidades. El punto marcado indica el de máximo rendimiento que para esa bomba será para una pérdida de carga de 25 kPa y un caudal de 2,6 m³/h.

Actualmente, sin embargo, las bombas circuladoras son de velocidad variable y control automático, que permite regular su velocidad al caudal más conveniente. Para ello están dotadas de un circuito de control con una sonda en la tubería de retorno que indica si debe suministrar más caudal al circuito. Estas soluciones de velocidad variable permiten un mayor equilibrado en las instalaciones y hace innecesarias las válvulas de equilibrado que regulan el caudal que debe ir por cada ramal, pero de manera muy ineficiente (ya que para disminuir el caudal, se cierra la válvula y aumenta la pérdida de carga en ese ramal, sin disminuir la potencia consumida por el circulador.

Para seleccionar una bomba circuladora es necesario conocer el caudal a circular y la pérdida de carga a vencer. Con esos datos entramos en los catálogos de los fabricantes para seleccionar dentro de la gama la más adecuada. Una vez seleccionada comprobaremos en su diagrama de funcionamiento que el punto de funcionamiento está dentro de las posibilidades.