CALCULO DE CALDERAS

Facultad de Arquitectura urbanismo y Artes Arq. Manuel Namoc Díaz Tecnología III

CALCULO DE CALDERA SE UTILIZAN LOS SIGUIENTES

CONCEPTOS NOMENCLATURA UNIDADES. .te= temperatura de entrada del agua fría en el en el acumulador. (ºc) .tp= temperatura de preparación.(ºc) .tu= temperatura de utilización de ACS(ºc)

NOMENCLATURAS .G= gasto diario de ACS del Edº (l) .QMp=caudal medio en los periodos punta(l/s) QMv=caudal medio en los periodos valle (l/s) --------------- .hp=duración de cada periodo que se considera como punta(seg) .hv=duración de cada periodo que consideramos como valle (seg) ----------------- .H=tiempo del día en que se considera el funcionamiento de la caldera(seg) .HP=tiempo total de periodos punta(seg) . Hv=tiempo total de periodos valle(=H-HP),(seg) ------------------- .C=energía de la caldera consumida en un cierto periodo(K calorías) .J=energía de la caldera consumida en cierto periodo(K julios) .P=potencia útil de la caldera(KW) .V=Volumen del acumulador(ls)

OBTENCION DE DATOS PREVIOSA) Caudales. QMp caudal medio de los periodos punta.Se obtiene como dato del tipo de Ed° QMv caudal medio de los periodos valleSi el gasto diario de los periodos punta es QMp xHp y el total del día es G, el gasto en los periodos valle será G-QMpxHp.Entonces el caudal de los periodos valle será. G-QMpxHp Qm. =------------------ H-Hp

OBTENCION DE DATOS PREVIOSB) Computo de energías en un ciclo-

Preparación Consumo- Energías de preparación.Hallemos en K( julios) la energía de

preparación,Que será la que se necesitara para llevar la

temperatura de acumulación hasta tp.Desglosando dicha energía en j en dos partes:JA y JB.

JA.- Energía que hay que suministrar para que el agua del acumulador alcance la tu.

Al tratarse de un sistema de acumulación en cualquier momento el h20 a calentar esta compuesta por un % de h20 nueva y otro de h20 que ha sido calentada. En la experiencia se establece dichos % en 60- 40 así pues. JA= 4.18 x 0.6V (tu-te)siendo V el acumulador en lts.

JB.Energia que hay que suministraPara que el h20 del acumulador suba de tu a tp.

JB= 4.18 V (tp-tu)Total energía de preparación:JA+JB=4.18V (tp-0.4tu-0.6te) [1]Energía de consumo= expresada en K julios.Energía consumida en un periodo punta. 4.18 (tu-te) QMp x HpEnergía consumida en periodos valle: G-

QMpxHp 4.18 (tu-te) QMv x hv=4.18( tu-te )----------------- x

hv H-Hp

SUPERAVITS Y DEFICITS DE ENERGIAHipótesis optima, que se plantea que la caldera de

potencia tiene un funcionamiento ininterrumpido y que, por lo tanto, en los periodos valle producirá el siguiente superávit de energía.

G-QMp x Hp P x hv-4.18(tu-te )-------------- x hv [2] H-HpLlamada energía de acumulación.Por su parte en los periodos de acumulación se

producirá el siguiente déficit de energía. 4.18 (tu-te) QMp x Hp-P x hp [3]

PLANTEAMIENTO Y SOLUCIONCon los datos anteriores basta expresar

numéricamente los principios en que se basa el funcionamiento del binomio caldera-acumulador para obtener tanto P como V con el Max. Ahorro energético.

El primer principio dice así: Igualando, [1] y [2] tendremos. G-QMp x Hp 4.18V(tp-0.4tu – 0.6te)=P x hv-4.18(tu-te)----------xhv[4] H-Hp

El segundo principio puede enunciarse de la siguiente manera:

Tal cantidad de energía de acumulación debe compensar el déficit de energía que se produzca en los periodos punta.

Igualando, [1] Y [3] tenemos.4.18V(tp-0.4tu-0.6te)=4.18(tu-te)QMp xhp-Pxhp[5]Despejando P y V de [4] y[5] obtenemos:

tu-te hv

P(en Kw)=4.18-------{hpQMp+(G-QMpHp)-------} hv+hp

H-Hp

G-QMpHp QMp - -------------- hv x hp H-Hp . V(en L)=-----------(tu-te)--------------------- hv+hp tp-0.4tu-0.6te

Formulas que nos dan la potencia útil o aprovechada de la caldera y el volumen del acumulador, sobre lo que hay que hacer las siguientes consideraciones:

1.Establecida una cierta demanda media punta QMp,a mayor potencia P de la caldera corresponderá menor capacidad V del acumulador, y recíprocamente.

2.-Durante el ciclo de produccion-acumulacion se calcula en un 15% las perdidas de calor por difusión en la caldera y circuito primario, mientras que la perdida puede estimarse en un 10% con respecto al acumulador, lo que hace un 25% de la producción, igualmente dada las distorsiones de consumo de algún periodo punta respecto a los promedios previstos, se hace aconsejable aumentar P en otro 15% con lo que, junto con lo anterior quedaría que P(potencia a instalar)=1.4P

PARA RECORDAR

Unidades de potencia. 1 kw =1K julio/seg 1 kw = 860 k calorías /hora Unidades de trabajo o energía 1 K caloría= 4.18 k julios

CUADRO PARA CALCULO DE P y V.referido a distintos edificios

Tipo de EºDº

Necesidades de ACS

Demanda punta horaria

Hv(horas)

Hp(horas)

Hv(horas)

Hp(horas)

H(horas)

vivienda 60-120 l por persona día

1/10 G 4 2 12 6 18

hoteles 75-150 l por persona día

1/8 G 4 2 12 6 18

hospitales 150 l por persona día

1/8 G 4 2 12 6 18

oficinas 7.5 l persona y día

1/4 G 4 1 8 2 10

Fabricas e internados

20 l por persona y día

1/3 G 3 1 6 2 8

Restaurante de dos turnos

7 l por comida 1/6 G 4 2 8 4 12

Lavanderías(tu=80º)

Normales 30-50 l/k Hospitales 60-80 l/kRopa.

G 10

AL CUADRO ANTERIOR SE AÑADE LO SIGUIENTE. Se estimara te entre 9º y 12º,según regiones.. Se acotara ( tp) y( tu), dentro de las normas, no bajando ( tu) de 45º por el riesgo de llegar con menos de 42º(temperatura min de utilización)al punto mas alejado.. Las cocinas colectivas y lavanderías demandan h20 a mayor temperatura(tu=70º a 80º)por lo que se utilizan equipos diferentes ACS.o recurrir a un pos calentamiento.

EJEMPLO DE CALCULOCALDERA Y ACUMULADOR

Hotel de 500 camas. Caldera + acumulador para baño de huéspedes.G= 500 x 150 l = 75000 l ACS.G= gasto diario.QMp= (1/8)x 75000= 9.375 l/h= 2.60 l/seg.QMp=caudal medio en periodos punta.hv= 4 horas= 14.000 seg te= 10ºhv= duración de cada periodo que consideramos como valle.hp=2 horas= 7.200 seg tp= 56ºhp= duración de cada periodo que consideramos como punta.Hp=6 horas= 21.600 seg tu= 48ºHp= tiempo total de periodos punta.H=18 horas= 64.800 seg H= tiempo del día en que se considera el funcionamiento de caldera.

EJEMPLO DE CALCULO APLICADO A HOTEL 500 camas ( C y A)G=500x150=75.000l ACS.QMp=(1/8)x75.000=9.375l/h=2.60l/sHv=4 horas=14.000seg te=10°CHp=2 horas=7.200seg tp=56°CHp=6 horas=21.600seg tu=48°CH=18 horas=64.800seg

REMPLAZANDO PARA EL CALCULO 48-10 14.400

P=4.18------------ {7.200x2.60+(75.000-2.60x21.600) --------------------}=183,84 Kw

14.400+7200 64.800-21.600

P=(potencia a instalar)=1.4 x 183.84=257,38Kw =221.347 K cal/h.

75000-2.60 x 21600 2.60 - ---------------------------- 14400 x 7200 64.800- 21.600 V= ------------------------ (48-10)-----------------------------------------=12.792l 14.400+7200 56-0.4 x 48 -06 x 10

RECOMENDACIONESEn instalaciones centralizadas, en general, se

debe limitar la temperatura de almacenamiento a 58°C debiendo distribuirse a una temperatura máxima de 50°C medidos a la salida del deposito acumulador.

Por encima de 50 kw hay que instalar dos calderas.

PROCEDIMIENTO GENERAL

Sistemas centralizados la tp. es la temperatura máxima que alcanza el h20 en el acumulador.

Siempre es mayor que la tu.(salida hacia distribución) debido a que al consumo se mezcla en la caldera con h20 fría de la red a una te. Llamado too sistema por mezcla

PROCEDIMIENTO GENERALLa base del funcionamiento de los sistemas

centralizados consiste en que los periodos valle se vaya preparando h20 caliente, de modo que pueda satisfacer las necesidades de los periodos punta.