En la Unidad 3 has calculado las necesidades térmicas de calefacción de una vivienda. Ese es el primer paso a la hora de diseñar una instalación. Lo siguiente que tienes que hacer es calcular el número de elementos a instalar en cada una de las habitaciones y, posteriormente, el cálcular el diámetro de las tuberías por las que circulará el agua, tal como viste en la Unidad 4.

Como los conocimientos ya los tienes, de unidades anteriores y de esta misma unidad, vamos a hacerlo con el caso práctico del Aula-laboratorio, que hemos planteado al principio de esta unidad, en el siguiente ejercicio resuelto.

Ejercicio resuelto

Calcula los radiadores y las tuberías necesarias, en plástico multicapa, para la calefacción del aula-laboratorio del plano siguiente. La caldera será de condensación y queremos que funcione a bajas temperaturas, el circuito será bitubular y las cargas térmicas se calcularán con el programa CLIMA, a partir de los datos que aparecen en el caso práctico al principio de esta unidad. Determinar, también, los parámetros para la selección del circulador.

Retroalimentación

Cargas térmicas

Las cargas térmicas ya han sido calculadas con anterioridad, pero se consideraba una única zona climática y con suelo radiante para toda ella. En este caso, hay que determinar la carga térmica de los diferentes espacios. Con cierta aproximación, sabiendo que una superficie de 76 m² útiles tienen una carga térmica de 4 650 W, podemos aplicar la proporción de esta carga en función de la superficie de cada espacio, obteniendo los resultados de la tabla (recuerda que se ha calculado con un recuperador de calor de rendimiento 75%).

Espacio	Superficie (m²)	Carga térmica (W)
Aula-laboratorio	56	3 426
WC1	5	306
WC2	6	367
Recibidor	9	551
TOTAL	76	4 650

Radiadores

Vamos a optar por una radiadores de aluminio de, alrededor de 70 cm de alto. El modelo Dubal de Baxi podría servirnos y vamos a seleccionarlos de dos maneras diferentes: con el programa WICA y con el catálogo de características y los datos que tenemos en nuestro proyecto.

Resuelto con el programa WICA

WICA. Los resultados que obtenemos son, como vemos en las siguientes imágenes,

Aula laboratorio: 2 radiadores Dubal 70 de 14 elementos y 2 radiadores Dubal de 5 elementos

WC1: 1 radiador Dubal 45 de 5 elementos

WC2: 1 radiador Dubal 45 de 6 elementos

Recibidor: 1 radiador Dubal 70 de 6 elementos

Estas soluciones que nos plantea el programa tienen dos inconvenientes. El primero es que la temperatura media de funcionamiento de los radiadores es de 60 ºC (lo que supone temperaturas de impulsión cercanas a 70 ºC y de retorno de algo más de 50 º). El programa no nos permite bajar a una temperatura menor de 60 ºC para conseguir mayor eficiencia, aunque sea a costa de radiadores de mayor tamaño. El segundo inconveniente es que, si deseamos distribuir los radiadores de forma más homogénea en al aula-laboratorio, quizás no son apropiados tamaños tan dispares (dos radiadores de 14 elementos y otros dos de 5 elementos). En definitiva, hay que utilizar siempre estos programas con criterio y evaluar siempre sus resultados-

Resuelto analíticamente

Para resolver analíticamente el problema, recurrimos al catálogo del fabricante, en donde vemos los modelos de radiadores mencionados antes, con sus características. De estas caracteristicas, destacamos el exponente "n", que sirve para calcular la potencia térmica que nos da cada elemento de un radiador, cuando la diferencia de temperatura entre el ambiente y la temperatura media del radiador es diferente de 50 ºC. La fórmula es:

Partiendo de estos datos, y suponiendo que deseamos tener una temperatura media en los radiadores de 45 ºC, la temperatura aproximada de entrada sería de 50 ºC y la de salida 40ºC, para un salto térmico de 10 ºC en el radiador. Por otro lado, si la temperatura ambiente es de 21 ºC, el valor Δt = t_radiador - t_ambiente = 45 - 21 = 24 ºC. Por lo tanto, aplicando la fórmula anterior, tenemos la potencia real que nos dará cada elemento de ambos tipos de radiadores:

Por lo tanto, el número de elementos que necesitamos de cada radiador en cada estancia será:

Aula-laboratorio: Dubal 70 → nº = 3 426/49,44 = 69 elementos → 5 radiadores de 14 elementos cada uno

WC1: Dubal 45 → nº = 306/32,9 = 9 elementos → 1 radiador de 9 elementos (Sería mejor poner Dubal 60 y ocuparía menos anchura)

WC2: Dubal 45 → nº = 367/32,9 = 11 elementos → 1 radiador de 11 elementos (Con Dubal 60 ocuparía menos anchura)

Recibidor: Dubal 70 → nº = 551/49,44 = 11 elementos → 1 radiador de 11 elementos

A la vista de estos resultados, comprobamos como son muy diferentes de los obtenidos en el programa. Una altura de radiadores apropiada para un sistema de calefacción a alta temperatura (45 y 70), no lo es tanto para baja temperatura, ya que es preferible ocupar algo más de altura y dejar más espacio lo ancho. En baja temperatura, los radiadores Dubal 80 serían más apropiados en este proyecto para todas las estancias.

Por el momento, colocaremos los radiadores seleccionados. La distribución de estos radiadores habría que hacerla sabiendo las medidas reales que ocuparían y que podemos deducir del catálogo:

Dubal 70 de 14 elementos: 112 cm x 67,1 cm x 8,2 cm → 692 W

Dubal 70 de 11 elementos: 88 cm x 67,1 cm x 8,2 cm → 544 W

Dubal 45 de 9 elementos: 72 cm x 42,1 cm x 8,2 cm → 296 W

Dubal 45 de 11 elementos: 88 cm x 42,1 cm x 8,2 cm → 362 W

La distribución podría hacerse según el siguiente plano, en el que colocaríamos un colector en A, desde donde saldrían los dos ramalas (ABCDE y AFGH) en F pondríamos una T, aunque también podríamos llevarlo al colector en A.

En esta distribución no podríamos cumplir la exigencia de colocar los radiadores en las paredes más frías, ya que el muro de cristal no admite la colocación de estos elementos. Un día frío y poco soleado tendríamos una temperatura radiante muy baja en el muro de cristal. La opción más ventajosa sería, como hemos dicho, colocar suelo radiante. Tampoco sería una mala opción colocar un zócalo radiante en el muro acristalado a lo largo de toda su longitud.

Cálculo de tuberías

Como resolvimos en la unidad 4, vamos a utilizar las tablas Pressman para determinar los diámetros de las tuberías necesarias. No obstante, necesitamos el caudal que debe circular por cada tramo y, como sabemos, debemos emplear la fórmula:

Si ponemos los valores de calor específico y densidad del agua a 50 ºC, asignamos un salto térmico de 10 ºC y transformamos las unidades para obtener un caudal de m³/h, l/h o en l/m, con la carga térmica en W, tenemos:

Aplicando la última fórmula (l/h) podemos rellenar la tabla siguiente (determinando la potencia térmica que transporta cada tramo de tubería). El diámetro más pequeño que utilizaríamos sería de 16 mm y la pérdida linea de carga máxima admisible será de 15 mm cda/m. Vemos, también, que las velocidades del agua son pequeñas y en ningún caso superan 1 m/s, que es el valor máximo aceptado en el CTE (HR) en tuberías interiores por cuestiones de ruido.

Tramo	Potencia (W)	Caudal (l/h)	Longitud (ida+retorno) (m)	Longitud equivalente accesorios (30%) (m)	Longitud de cálculo (m)	Diámetro tubería (mm)	Δp lineal (mm cda/m)	Δp tramo (mm cda)
OA	4 650	405	3	0,9	3,9	DN 25 (26-20)	10	39
AB	2 768	240	6	1,8	7,8	DN 20 (20-15)	15	117
BC	2 076	181	6	1,8	7,8	DN 20 (20-15)	9	70
CD	1 384	250	6	1,8	7,8	DN 20 (20-15)	17	133
DE	692	60	5	1,5	6,5	DN 16 (16-11,5)	5	33
AF	1 190	103	4	1,2	5,2	DN 16 (16-11,5)	12	62
FI	544	47	4	1,2	5,2	DN 16 (16-11,5)	3,5	18
FG	658	57	1	0,3	1,3	DN 16 (16-11,5)	4	5,2
GH	362	31	4	1,2	5,2	DN 16 (16-11,5)	3,5	18
Pérdida de carga en el tramo más desfavorable OABCDE								392 mm cda

Suponemos que, en el 30% de las pérdidas d ecarga por accesorios están incluidsa las pérdidas de carga en el radiador. La instalación se haría con tres diámetros, utilizando DN16 para los tramos de menor caudal y para las conexiones a los radiadores. El circulador necesario es muy pequeño y tendría que dar una altura manométrica de 0,392 m cda con un caudal de 0,4 m³/h.