Resumenes: Introducción a la calefacción

CURSO DE CALEFACCION REUS AÑO-2005
Definiciones:
Energía es la capacidad que tiene un cuerpo para efectuar un trabajo
Energía cinética es la energía que posee un objeto debido a su movimiento
Energía Térmica es la energía cinética aleatoria de las partículas (por lo común
electrones, iones, átomos y moléculas) que componen un sistema.
También es la energía que fluye de un cuerpo a otro cuerpo debida a la diferencia de sus
temperaturas.
Conservación de la energía la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma
Potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo
Potencia 
Trabajo Julio

tiempo
Seg.
Unidades: vatio, CV, Kilovatio hora.
1CV = 736W = 0,736KW
Calor es la energía térmica de tránsito de un sistema a una temperatura hacia un sistema
que se encuentra en contacto con el, pero que está a una temperatura más baja
1
 0, 24Calorias
4184
Como concepto, se ha establecido que cuando en un sistema hay una diferencia de
temperaturas, el calor fluye de la región de mayor a la de menor temperatura.
Unidades: La caloría y la Kilocaloría, 1 Cal = 4184 J
1Julio 
Ejemplo. Una varilla de hierro puesto al fuego.
CO
U
ND
D
LA
RIL
A
V
ION
CC
RO
IER
H
E
FUEGO
Calor específico es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de unidad
de masa en un grado.
Calor de fusión es la cantidad de calor requerido para fundir una unidad de masa de
éste a temperatura constante. El calor de fusión del agua a 0º grados es
aproximadamente 80 cal/g o 335 KJ/Kg.
1
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
Calor de vaporización de un líquido es la cantidad de calor requerido para vaporizar
una unidad de masa de éste a una temperatura constante. Para el agua a 100º C
corresponde aproximadamente una 540 cal/g o 2,26 MJ/Kg.
Calor de sublimación de una sustancia sólida es la cantidad de calor requerida para
convertir una unidad de masa de la sustancia sólida a gaseosa.
Humedad absoluta es la masa de vapor de agua presente por unidad de volumen de
gas (generalmente la atmósfera) las unidades son Kg/m3
Humedad relativa es la relación que se obtiene al dividir la masa de vapor de agua por
unidad de volumen presente en el aire entre la masa de vapor de agua por unidad de
volumen en el aire saturado, a la misma temperatura. Cuando esta relación se expresa en
porcentaje se multiplica por 100.
Punto de rocío El aire frío saturado contiene menos agua que el aire saturado tibio.
Cuando el aire se enfría, eventualmente alcanza una temperatura a la cual se satura. Esta
temperatura se llama punto de rocío. A una temperatura más baja que esta el agua
contenida en el aire se condensa t se elimina del aire.
La energía calorífica se transmite por conducción, convección y radiación.
Conducción es la transmisión de calor por un cuerpo sin desplazamiento de sus
moléculas. Como ejemplo la figura anterior
Convección es la transmisión de calor de un cuerpo por desplazamiento de las
moléculas.
En este caso el calor fluye del emisor calentando el aire ambiente, cuando este se
calienta disminuye su peso especifico del mismo.
Este giro calienta el local de manera uniforme
Radiación es la transmisión de calor sin contacto de los cuerpos el calor se transmite
por ondas o por radiaciones.
Ejemplo. La tierra cuando recibe calor del sol 1300 W/m2 a la tierra llegan 1000 W/m2
debido a la atmósfera terrestre.
La radiación solar emite radiación en todo el espectro electromagnético o sea los rayos
GAMMA hasta las ondas de radio, sin embargo, para el aprovechamiento de su energía
2
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
solo es importante la llamada radiación térmica que incluye solo la radiación
ultravioleta, la radiación visible y la radiación infrarroja.
1ª LEY TERMODINAMICA
Establece que si una cantidad de energía térmica Q fluye dentro de un sistema entonces
esta debe de aparecer como un incremento de la energía interna del sistema o como un
trabajo efectuado por el sistema sobre sus alrededores.
ENTALPIA (calor total de vapor)
Es la cantidad de calor que debe darse a 1kg de liquido a 0ª C para convertirlo, a presión
constante en vapor a la misma temperatura y presión considerada.
2ª LEY TERMODINAMICA
1) La energía calorífica fluye espontáneamente desde un objeto mas caliente a uno
más frío pero no en sentido contrario.
2) Ninguna maquina de calor que trabaja en ciclos continuamente, puede cambiar
toda la energía consumida en trabajo útil.
3) Si un sistema experimenta cambios importantes espontáneos, esto cambiara en
tal forma que su entropía se incrementa o en el mejor de los casos permanecerá
constante.
Las diferencias entre las leyes 1ª y 2ª consiste en que la 1ª habla en la conservación de la
energía y la segunda, se refiere a la dispersión de esta.
La ENTROPIA es una medida de desorden
Cuando los sistemas se abandonan a si mismos ( es decir en sistemas aislados) retienen
su estado original de orden o de otra manera puede incrementar su desorden.
(Estado que puede existir en solo unos pocos estados)  (Estado que puede existir en
muchos estados)
UNIDADES
MAGNITUD
LONGITUD
MASA
TIEMPO
FUERZA PESO
PRESION
TRABAJO ENERGIA
POTENCIA
SIST.CGS
Cm
Gramo
Segundo
Dina
Baria
Ergio
Ergio/Seg
SIST.SI.
m
Kg
Segundo
Newton
Pascal
Julio
Vatio
3
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
OTRAS UNIDADES
Año,Dia,Hora Min.
Atm.Bar.mcda.Kg/cm2
KW.h, Cal, Kcal
CV
Unidades de calor la cantidad de calor, energía térmica o energía calorífica se
representa por Q  la unidad es el Julio
UNIDAD
JULIO
Kcal.
Kwh.
BTU
TEC
TEP
TERMIA
JULIOS
1
4,184X103
3,6X106
1,054X103
2,93X1010
4,184X1010
4,184X106
Kcal.
0,24X10-3
1
860
0,252
7X106
7X107
1X103
Kwh.
0,277X10-6
1,162X10-3
1
0,293X10-3
8,135X103
1,162X104
1,162
CALCULODE INSTALACIONES DE CALEFACCION
Según la norma UNE 100.000 la calefacción es un proceso que controla, al menos, la
temperatura mínima de un local. Para ello, debe reemplazar las pérdidas de calor del
mismo.
Los elementos o partes principales de un sistema de calefacción son:
Generación del calor
Distribución del calor
Emisión del calor
Las características más adecuadas que deben cumplir las instalaciones de calefacción
son, además de mantener la temperatura deseada, las de ser fácilmente regulables,
simples, aprovechar la energía y no contaminar el medio ambiente.
Por la forma de generar calor, podemos distinguir los siguientes tipos:
Por energía eléctrica
Por combustión sólidos, líquidos y gaseosos.
Por empleo de energía alternativas
Atendiendo al fluido térmico que distribuye el calor:
Por agua caliente
Por vapor de agua
Por aire caliente
Por placas cerámicas
Por aceites térmicos
Según las características de la emisión de calor, se pueden distinguir estos tipos:
Por radiación
Por convección
Atendiendo a los usuarios que lo utilizan, siguiendo la terminología y definiciones de la
Norma UNE 100.000 y sin contar las instalaciones unitarias en las que cada elemento es
un generador de calos de independiente y que, por tanto, no tienen interés como sistema,
podemos distinguir:
4
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
A) Instalaciones individuales. Son aquellas en las que la producción de calor es
independiente para cada usuario. Las más usuales son las siguientes:
Calefacción por energía eléctrica. Actualmente orientada al
aprovechamiento de la tarifa nocturna, mediante un contador especial que
distingue el consumo del día al de la noche, obteniéndose así una
reducción del 50% en el precio de la energía consumida en las horas
nocturnas.
Utilizan como elementos principales:
Calderas de acumuladores
Convectores murales
Cables o láminas calefactores en el techo y suelo
Acumuladores cerámicos con carga de ocho horas y descarga en dieciséis
horas.
Dentro de este sistema, podemos utilizar, conectada a la red eléctrica, una
bomba de calor, que puede ser de dos tipos:
Aire-agua, sustituyendo a una caldera para la producción de agua caliente
que se conduce a fan-coil o radiadores situados en locales tratados.
Aire-aire, generando aire caliente que se distribuye por conductos.
Calefacción por combustibles líquidos y gaseosos, utilizando una
caldera que calienta agua y la distribuye por una red de tuberías a los
radiadores. Usualmente, incorporan producción de ACS mediante un
grupo mixto.
Otros sistemas, como son:
Estufas alimentadas por combustibles sólidos que pueden incorporar
elementos para calentamiento de aire o agua.
Radiadores murales a gas con salidas de humos en circuito estanco
B) Instalaciones colectivas. Son aquellas, centralizadas, en las que la producción de
calor sirve a un conjunto de usuarios de un mismo edificio.
Disponen de una sala de calderas alimentadas por combustibles líquidos
(gasóleo C) o gaseosos (propano, gas natural o gas ciudad). La
distribución de calor se hace, normalmente, por agua caliente, empleando
radiadores como elementos terminales.
C) Instalaciones Centralizadas. Son instalaciones en las que la producción de
calor se realiza en una central desde la cual se aporta la energía térmica a diversos
subsistemas o unidades terminales por medio de un fluido portador.
5
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
Un subsistema es la parte de una instalación que da servicio a una zona o edificio cuya
carga o uso homogéneos. Los sistemas más grandes pueden constar de una central
térmica con diversos generadores para calefacción y ACS, que calientan un fluido
primario (vapor a baja presión, agua caliente) que, a su vez, cede su calor en los
distintos subsistemas a un fluido secundario que suele ser agua caliente, mediante un
intercambiador.
En los sistemas que sirvan a varios usuarios debe cuidarse la posibilidad de
interrupción del servicio de cada uno.
D) Instalación semicentralizado. Es aquella en que la producción de frío o calor ésta
total o parcialmente centralizada, siendo la unidad receptora individual o unitaria.
Calculo de cargas
Cargas son los factores que alteran la temperatura o humedad del ambiente a
acondicionar; sin ellas las condiciones ambientales no variarían. En invierno,
representan pérdidas de calor que habrá que compensar.
Son cargas sensibles aquellas que afectan a la temperatura seca y cargas latentes
aquellas que afectan a la humedad.
Los principales agentes que las originan son:
Los cerramientos (techo, suelo y paredes).
Los ocupantes
La iluminación y los equipos de fuerza
La ventilación y la infiltración
De estas cargas, las ocasionadas por los ocupantes, iluminación y equipos de fuerza, son
cargas favorables (aportan calor al local)) y de tenerlas en cuenta darían como resultado
una instalación más pequeña, por lo que, salvo que pueda asegurarse que van a estar
presentes en las condiciones más desfavorables, no se consideran en el calculo.
Así pues, estudiemos los otros dos tipos de cargas que es necesario considerar:
Pérdidas de calor por transmisión a través de los cerramientos (Qt).
Pérdidas de calor por ventilación e infiltración (Qv)
Pérdidas de calor por transmisión
La formula a aplicar en el caso de pérdidas por transmisión a través de los cerramientos
es:
Qt  K  S  (ti  te)  C1  C 2
En donde:
Qt = Necesidades caloríficas del local (Kcal/h)
K = Coeficiente de transmisión de los distintos elementos de separación
(Kcal/hXm2XºC).
6
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
ti = Temperatura interior de calculo (ºC)
te = Temperatura exterior de calculo (ºC)
S = Superficie del cerramiento considerado
C1 = Coeficiente de mayoración por orientación
C2 = Coeficiente de mayoración por intermitencia
Unidad de calor:
1 kcal (kilocaloría) = 4,186 J (julio) 1 J = 0,2389 x 10-3 kcal
Unidad de flujo de calor (pérdidas o ganancias térmicas):
1 kcal/h = 1,163 W (vatio) 1 W = 0,868 kcal/h
Coeficiente de conductividad térmica
Símbolo:
Unidades: kcal/m h °C (W/m °C)
Resistividad térmica
Símbolo: r
Unidad: m h °C/kcal (m °C/W)
Es la inversa de la conductividad térmica:
1

r
Conductancia térmica
Símbolo: C
Unidad: kcal/h m2 °C (W/m2 °C)
C

L
Resistencia térmica interna
Símbolo: R
Unidad: h m2 °C/kcal (m2 °C/W)
Es el inverso de la conductancia térmica
R
7
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
L

Coeficiente superficial de transmisión de calor
Símbolos: he ó hi (los subíndices indican la cara exterior o interior del
cerramiento, respectivamente).
Unidad: kcal/m2 h °C (W/m2 °C).
Resistencia térmica superficial
Simbolos 1/he ó 1/hi
Unidades: m2 h °C/kcal (m2 °C/W).
Coeficiente de transmisión de calor
Símbolo: K
Unidad: kcal/m2 h °C (W/m2 °C)
K
1
1 L1 L 2
Ln
 
 ........ 
he  1  2
n
Donde:
L1
L2
y
..... Son las resistencias parciales de las distintas
1
2
láminas que pueden componer la pared.
Resistencia térmica total
Símbolo: RT
Unidad: m2 h °C/kcal (m2 °C/W).
Es la suma de las resistencias superficiales y de la resistencia térmica de la
propia estructura. Es la inversa del coeficiente total de transmisión de calor K.
8
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
1
1
1
L1 L 2




 .....
K
he hi  1  2
RT

1
he

1
 R 1  R 2  .....
hi
Coeficiente de transmisión térmica global de un edificio
Símbolo: KG
Unidad: kcal/h m2 °C (W/m2 °C).
Es la media ponderada de los coeficientes K de transmisión de calor de los
cerramientos que envuelven un edificio.
Coeficiente de transmisión térmica lineal
Símbolo: k
Unidad: kcal/h m °C (W/m °C).
Relación volumen/masa de aire
Un kilogramo de aire seco o húmedo ocupa, aproximadamente, un volumen de
0,83 m3. Un metro cúbico de aire pesa, aproximadamente, 1,20 Kg.
Puente térmico
Es la parte de un cerramiento con una resistencia térmica inferior al resto del
mismo y, como consecuencia, con temperatura también inferior, lo que
aumenta la posibilidad de producción de condensaciones en esa zona, en la
situación de invierno o épocas frías.
Temperatura de rocío
También llamada punto de rocío, es la temperatura a la cual una muestra de
aire húmedo llega a saturarse y comienza la condensación. El punto o
temperatura de rocío depende de la masa de vapor de agua contenida en el
aire.
9
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)
Condensación superficial
Es la condensación que aparece en la superficie de un cerramiento o elemento
constructivo cuando su temperatura superficial es inferior o igual al punto de
rocío de aire que está en contacto con dicha superficie.
Condensación intersticial
Es la condensación que aparece en la masa interior de un cerramiento como
consecuencia de que el vapor de agua que lo atraviesa alcanza la presión de
saturación en algún punto interior de dicha masa.
Grado-día
Símbolo: G
Unidad: °C.
Grados/día de un periodo determinado de tiempo es la suma, para todos los
días de ese periodo de tiempo, de la diferencia entre una temperatura fija o
base de los grados/día y la temperatura media del día, cuando esa temperatura
media diaria sea inferior a la temperatura base. En esta Norma se han
estimado para la confección del Mapa 1 los grados/día anuales con base 15 °C.
10
Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com)