Pérdidas térmicas en tuberías y caudal de retorno de ACS
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Pérdidas térmicas en tuberías y caudal de retorno de ACS
En este directo comentamos una metodología sencilla para el cálculo de las pérdidas térmicas en tuberías de agua, que además nos sirve, para la estimación del caudal de recirculación de agua caliente sanitaria necesario para mantener el circuito de ACS caliente.
Si quieres profundizar en el tema te recomiendo la Guía técnica para el diseño y cálculo del aislamiento térmico de conducciones, aparatos y equipos de IDAE, de donde he extraído y adaptado las expresiones empleadas.
Aplicaremos dos hipótesis para el desarrollo del cálculo. En primer lugar, consideraremos tuberías cilíndricas formadas por dos capas, la pared de la propia tubería y la coquilla de aislamiento térmico; además entenderemos que la cara exterior del aislamiento estará en contacto con el aire. Si vamos a trabajar con tuberías enterradas, el método no es adecuado y deberemos acudir a la guía del IDAE, en la que encontraremos una solución más completa.
En la figura siguiente vemos una sección de la tubería:
Magnitudes que intervienen en el cálculo
La nomenclatura empleada será la indicada a continuación, con todas las magnitudes expresadas en el sistema internacional:
r1 es el radio interior de la tubería, expresado en m.
r2 es el radio exterior de la tubería, que coincide con el radio interior de la coquilla de aislamiento, en m.
r3 representa el radio exterior del aislamiento, en m.
hint es el coeficiente de convección – radiación del fluido que circula por la tubería, en W/m2·K
hext es el coeficiente de convección – radiación del fluido que circula por la tubería , en W/m2·K .
et es el espesor de la pared de la tubería, en m.
ea es el espersor de la coquilla de aislamiento, en m.
𝜆t es la conductividad térmica del material de la tubería [W/(m·K)]
𝜆a es la conductividad térmica del aislamiento [W/(m·K)]
𝛳m es la temperatura media del fluido en el interior de la tubería.
𝛳amb es la temperatura media del aire alrededor de la tubería.
Ri es la resistencia térmica del tramo i-ésimo de tubería, en m·K/W
Li es la longitud del tramo i-ésimo de tubería, en m.
Resistencia térmica de cada tramo
Iniciaremos el cálculo obteniendo la resistencia térmica de cada tramo, mediante la siguiente expresión:
Pérdida térmica total
Conocida la resistencia térmica en cada tramo, el calor intercambiado por la tubería aislada con el aire que la rodea en la unidad de tiempo se puede calcular como:
Viniendo q expresada en W.
Si consideramos que la temperatura media del fluido no varía y se da el caso de que la temperatura ambiente es la misma en todo el recorrido de la tubería, podríamos sacar la diferencia de temperaturas del sumatorio.
Caudal de recirculación de ACS
El calor perdido por la tubería es cedido por el agua que circula por su interior. Para calcular el caudal de agua necesario para compensar una determinada pérdida térmica, igualamos potencia térmica perdida por la tubería, calculada como se indica en el apartado anterior, con la potencia térmica intercambiada por un determinado caudal de liquido Q (m3/s), en función de su densidad ρ (kg/m3), calor específico Ce (kJ/kg·K) y salto térmico Δθ(ºC).
La potencia térmica absorbida o cedida por un caudal de agua que cambia de temperatura se expresa como:
Despejando en caudal de agua obtenemos:
Si empleamos unidades del sistema internacional obtenemos el caudal en m3/s. Usando la densidad en kg/dm3 el valor de caudal vendrá expresado en l/s.
Como salto térmico máximo, se suele emplear un valor de 3ºC. En el vídeo que aparece al principio de la entrada se resuelve un ejemplo de cálculo de caudal.
Descarga la hoja de cálculo
Descarga a continuación la hoja de cálculo de pérdidas térmicas en tuberías y cálculo del caudal de recirculación empleada en el ejemplo.
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