Cómo calcular colectores en instalaciones de calefacción o climatización
Hoy te traigo un método para calcular el diámetro de los colectores de ida y retorno para la distribución de agua en una instalación de calefacción o climatización. El sistema procede del cuaderno técnico de Caleffi titulado “La Red de Distribución”, en italiano en el original, firmado por Mario Doninelli.
Los colectores son esas tuberías de mayor tamaño, que empleamos para repartir el agua fría o caliente entre los diferentes circuitos secundarios. En la siguiente figura puedes ver el esquema de un colector: a la izquierda tendríamos la tubería que va hacia el equipo generador o viene de él, en la parte superior tendríamos cuatro conexiones a circuitos secundarios de distribución.
Para calcular el diámetro del colector, debes conocer previamente los diámetros de las tuberías de los circuitos de distribución que salen (para colectores de ida) o llegan (para colectores de retorno) al colector. En la figura, debemos conocer D1, D2, D3 y D4, para poder calcular D.
El diámetro de estas tuberías de los circuitos secundarios, vendrá determinado por su caudal y por la velocidad máxima o pérdida de carga máxima admisible adoptada en el proyecto. Este diámetro de las tuberías secundarias deberemos haberlo determinado previamente.
Una vez conocido el diámetro de las tuberías de los circuitos secundarios, deberemos calcular sus secciones, y a partir de ellas, con las fórmulas siguientes, determinar la sección del colector. Una vez conocida la sección, nos será sencillo calcular el diámetro del colector.
Colectores con retorno directo
Este es el caso más general; los circuitos secundarios que primero reciben el agua, son los primeros que la retornan, sin equilibrado hidráulico en la alimentación de los colectores. En el esquema de la figura siguiente se muestran dos colectores con retorno directo.
En este caso, la sección de cada colector se calcula como sigue:
Colectores con retorno invertido
Para mejorar el equilibrado hidráulico de los circuitos secundarios, puedes optar por realizar el retorno por el lado contrario a la ida, en una configuración conocida como retorno invertido, que puedes ver en la figura siguiente:
Si tienes retorno invertido, puedes calcular la sección de cada colector con la fórmula que sigue:
Ejemplo de cálculo de colectores
Supongamos que tenemos una instalación de calefacción con tres columnas o montantes para distribución a circuitos secundarios. Las montantes son de acero al carbono sin soldadura, según norma UNE-EN 10.255 Serie M (antigua DIN 2440) . Dos de las montantes tienen diámetro nominal 2 pulgadas y la tercera tiene diámetro nominal 2″1/2. Se pide el diámetro del colector de ida y retorno, sabiendo que los colectores no tienen retorno invertido.
A continuación te dejo el detalle del cálculo:
Circuito | Diámetro nominal | Diámetro interior (mm) | Sección (mm2) |
Montante 1 | 2″ | 53,1 | 2.214,52 |
Montante 2 | 2″ | 53,1 | 2.214,52 |
Montante 3 | 2″1/2 | 68,9 | 3.728,45 |
Colector | 5″ | 128,9 | 13.051,97 |
Con los datos indicados, necesitamos dos colectores, uno de ida y otro de retorno con un diámetro interior mínimo de 128,9mm. En la serie M de tubería de acero según UNE-EN 10.255 el primer tubo que cumple estas condiciones es el de diámetro nominal 5″.
En el siguiente enlace podéis acceder a la hoja de cálculo que he empleado para el cálculo. En la misma aparece una tabla resumen de diámetros de acero según norma UNE-EN 10.255.
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morallor dice
Gracias Bruno.
He visto el cálculo de colectores de calefacción, donde observo que el valor del ID de 5″ utilizado no se corresponde con el de la tabla de la derecha, como en el resto de tamaños de tuberías, 2″ y 2″1/2. ¿Hay alguna razón?
Un cordial saludo,
José Luis
Bruno dice
Hola Morallor,
El valor que aparece en la tabla es el calculado, no el que corresponde a la tubería de 5″.
Como dato de partida sabemos que las tuberías que parten del colector son las siguientes.
2″ -> Di = 53,1 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 2.214,52 mm2
2″ -> Di = 53,1 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 2.214,52 mm2
2″1/2 -> Di = 68,9 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 3.728,45 mm2
Aplicando la fórmula obtenemos la sección interior del colector:
Sc => 1,6 * (S1 + S2 + S3) = 13.051,97 mm2
Y a partir de aquí obtenemos el diámetro mínimo del colector
Dc => [( 4 * Sc ) / PI()]^(1/2) = 128,9 mm
Comparando este dato con la tabla vemos que el tubo comercial que tiene un diámetro mayor que este es el de 5″ (Di = 129,70mm)
Hazme saber si necesitas alguna aclaración.
Seguimos.
Germán Martín dice
Hola, buenos días. Soy un fontanero, estoy haciendo el retorno de ACS de una casa
rural de 8 habitaciones más una cocina, total 9 retornos de 15mm. Estoy pensando en un colector de 22mm pero el cálculo lo hice a «ojimetro» porque de otra forma no lo sé hacer, no quisiera meter la pata, sobre todo por que la casa es para mi hija, puedo seguir o debo pasar a 28mm. Estoy usando reguladores termostáticos en cada retorno para poder regular los caudales. Un sdaludo
Bruno dice
Hola Germán,
A priori, me parece bien. Si quieres que hagamos un número indícanos la bomba, longitud del retorno más largo, modelo del regulador y longitud del tramo común.
Un saludo.
Germán Martín dice
Hola Bruno,
El tramo más largo es de 15mt. Del colector al depósito de ACS 2,5mt. La bomba todavía no la he comprado, si puedes asesorarme, te lo agradecería mucho. Pienso instalar un depósito de 500lt.
Saludos
Germán
Bruno dice
Hola de nuevo Germán,
Para dimensionar un retorno hay que ver el apartado 4.4.2 del DB HS 4 (donde por cierto dice que el retorno no debe tener menos de 16mm, pero creo que nadie se meterá en eso). Si leemos los métodos de dimensionado nos habla de un 10% del caudal total. Vamos a usar esa norma:
– Caudal total a una habitación (ducha, lavabo, bidé) Qt = 0,23 l/s
– Caudal simultánea a una habitación Qc = K x Qt = (1/(N-1)^0,5)*Qt = (1/(2)^0,5)*0,23 = 0,16 l/s = 585 l/h
– Caudal de retorno a una habitación Qr = 0,10 * Qc = 58,5 l/h
Veamos la velocidad obtenida para 15mm de diámetro interior.
V = (0,354 * Q)/D^2 = (0,354*58,5)/15^2 = 0,09 m/s que es una velocidad ridícula.
Vamos a calcular el tramo general, consideramos 8 baños y una cocina con fregadero, lavavajillas y lavadora.
Caudal total: Qt = 0,23 * 8 + 0,70 l/s (lavadora y fregadero industrial) = 2,54 l/s = 9.144 l/h
Número de aparatos: 27; K = 1/(N-1)^0,5 = 0,2
Caudal simultáneo: Qc = 0,2 * 9144 l/h = 1828 l/h
Caudal del retorno: Qr = 0,10 * 1828 l/h = 183 l/h
Veamos la velocidad obtenida para 20mm de diámetro interior:
V = (0,354 * Q)/D^2 = (0,354*183)/20^2 = 0,17 m/s que es una velocidad muy bajita.
La conclusión es que los diámetros son adecuados, debes comprar la bomba de agua sanitaria más pequeña de un fabricante de confianza Wilo, Grundfos, Baxi …
Espero que te haya servido de ayuda.
Un cordial saludo.
Germán Martín dice
Buenas noches Bruno,
Aquí estoy una vez más con una duda. Agradecerte de antemano tu ayuda.
Quiero comprar un depósito de ACS de 500 litros para 8 baños (Supongo que el de 500 litros será suficiente) y no sé cual escoger.
Con serpentín? con camisa? qué aislamiento? Ánodo?
Por otro lado, qué válvula mezcladora debo elegir? y qué diámetro?
Y la termostática? Qué marca me recomendarías? Qué diámetro?
Gracias una vez más por tu ayuda,
Un cordial saludo,
Germán Martín
Diego dice
Buenas, para esas dimensiones deberías contar con la opción de contratar a un instalador de climatización .saludos
nemam88 dice
Buenos días Bruno,
gracias por tu aportación, somos una empresa instaladora estamos terminando prácticamente el diseño de los colectores tenemos 2 uno de ida y otro de retorno la instalación tiene 5 circuitos de calefacción y otro que es el ACS, no sabemos por donde empezar a calcular el diámetro de los mismos, que datos necesitarías para poder calcularlo? Muchas Gracias
Bruno dice
Hola, necesitas el diámetro de cada uno de los circuitos.
Para saber el diámetro, necesitas conocer el caudal, que puedes sacar con la potencia y el salto térmico.
¿Conoces esos datos?
Un saludo.
Askae dice
Muchisímas gracias por toda la información, me ha sido muy útil para poder repasar un cálculo que me han pasado.
Kristian dice
Buenos dias Bruno, gracias por tu aporte. Me gustaría consultarte si alguna de las formulas se podría aplicar a mi caso en concreto. Necesito dos colectores de agua fria uno de impulsion y otro de retorno, el colector de impulsion recibe agua de tres maquinas (entran 3 picajes) y de ese mismo colector se repartarte para otros procesos (salen 6 picajes), y el de retorno, entran 6 picajes y salen hacia las maquinas de enfriamiento 3 picajes. Conozco todos lo diametros de tuberias. Muchas gracias de antemano
Rubén dice
Muy buenas a todos. Soy nuevo en esto. Os escribo a ver si alguno ha tenido este problema. Me han instalado una termoestufa Greenheiss modelo Tina Plus de 20 kw, que da 16kw Max al agua. Va conectada a un circuito monotubo con colectores, 2 para la planta baja (ida y retorno) y otros dos para la 1a planta. El caso es que una vez coge llama se pone en 20 minutos en 55 grados que es cuando abre la bomba. En otros 30 minutos llega a unos 65 grados. Y el problema es que después de una vez que coge los 55, una hora y media después los radiadores están templados fríos. Me dice el fontanero que eso funciona así que le cuesta mucho coger la temperatura de los radiadores y que hay que encenderla con tiempo. Y lo que le digo yo, si me despierto por la noche a ponerla que pasa que hasta dentro de 3 horas no hace calor? Yo la verdad que no lo veo. Creo que hay algún problema, así que si me puede asesorar lo agradecería. Un saludo y muchas gracias
Manuel Calvo dice
Hola Bruno,
Un comentario al respecto sobre el ejemplo de cálculo del artículo.
Cuando haces las siguientes equivalencias
2″ -> Di = 53,1 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 2.214,52 mm2
2″ -> Di = 53,1 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 2.214,52 mm2
2″1/2 -> Di = 68,9 mm -> Si = ( PI()*Di^2 ) / 4 = 3.728,45 mm
¿2″ no serían equivalentes a 50,8 mm? y por lo tanto la sección interior en esto casos quedaría así:
Si = 2.026,83 mm2
Si = 2.026,83 mm2
Si = 3.166,92 mm2
Ya dices cuando puedas.
Gracias de antemano!!
Un saludo!
Bruno dice
Hola Manuel,
En tubería de acero la denominación del tubo hace referencia a la eventual rosca del tubo (que después puede estar o no roscado), pero no se corresponde con ninguna dimensión real, ni interior, ni exterior. Cuando trabajemos con tubos de acero es necesario acudir a la norma del tubo.
El tubo de acero más empleado en Europa es el EN 10255 serie M (que equivale en dimensiones al DIN 2440). El tubo denominado normalizadamente de 2″ tiene un diámetro exterior de 60,3 mm y un espesor de 3,60 mm, resultando una un diámetro interior de 53,10 mm. En el Excel tienes una hoja con dimensiones normalizadas según EN 10255 para la serie M de tubo.
Un abrazo.
Jorge dice
Buenos días Bruno,
Muy interesante el artículo, y la web…buenos contenidos y muy prácticos.
Tengo una duda respecto a este tema. Estoy instalando en un piso una climatización de aerotermia con fancoils. Nunca había usado colectores de impulsión y de retorno hasta esta instalación.
Tengo 7 fancoils y todos los he alimentado con tubo multicapa de 20. LA salida del hidrokit es de 1 1/4″. Yo pensaba colocar un colector de entrada y cuerpo a 1 1/4″ y las salidas de 3/4….pero un compañero me ha dicho que estaba mal, que tenia que colocar un colector con un cuerpo con un diámetro maýor y es por eso por lo que he dado con tu artículo.
Si hago tu cálculo me sale que tendría que colocar un colector de entre 62,6-67mm (en función de si es directo/invertido).
Entre el hidrokit y el colector, iba a colocar un depósito de inercia pequeño (unos 6 litros, ya que con los 7 circuitos de fancoils ya había mucha agua en la instalación) para así además poner una bomba circuladora que impulsase contra el colector. Mi pregunta, es…es necesario con la instalación que te comento que mi colector tenga las dimensiones calculadas con tu fórmula, o podría colocar el colector que había pensado, que es entrada y cuerpo del colector a 1 1/4″.
Muchas gracias de antemano, y felicidades por el contenido de la web, de la cual vale la pena estar suscrito!!
Bruno dice
Es aconsejable que el colector tenga volumen para evitar las turbulencias. Otra opción es colocar la inercia en paralelo, y de esa manera te ahorras el colector. Con un pequeño depósito de 30 litros con cuatro tomas será suficiente.
Abraham Alvarez dice
Buenos días, Bruno
Escribo puesto que estamos revisando el diámetro de los colectores de calefacción de un edificio de viviendas con vistas a hacer la obra, ya que en proyecto vienen reflejados a 3″ y nos parecía muy sobredimensionado en base a experiencias anteriores en otras obras similares.
Haciendo la comprobación con tu hoja de cálculo, considerando 5 salidas de 1″, nos salen colectores de 3″, pero a efectos de montaje no nos parece coherente que salga ese diámetro de colector, cuando el ramal de tubería que parte de la montante vertical de calefacción hacia el colector, es de un diámetro inferior al del colector.
Es un edificio de 6 plantas y ático. Te he referenciado antes un ejemplo de una de las plantas, pero en la mayoría, el colector que nos sale es de diámetro superior al ramal horizontal e incluso a la montante vertical.
¿Es común que esto sea así?
Muchas gracias de antemano,
Un saludo
Bruno dice
Hola Abraham.
Es normal que el diámetro de los colectores sea mayor que el diámetro del primario y que el diámetro de los ramales que salen de ellos.
La razón de ser del colector es tratar de evitar que tantas derivaciones de entrada y salida provoquen turbulencias que generen problemas de flujo o pérdidas de carga excesivas. Además, al aumentar el volumen de agua de la instalación facilitan ciclos de trabajo más largos de los generadores y evitan demasiados arranques y paradas.
Piensa que en el primario puedes tener velocidades de 1,5 m/s y que en las montantes puedes tener 1 m/s. Lo normal es que en el colector tengas velocidades mucho menores y por eso es más grande.
Un cordial saludo.