Equilibrado hidráulico de los sistemas de distribución

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EQUILIBRADODE LOS SISTEMASDE DISTRIBUCION

Los métodos más eficaces para el equilibrado hidráulico de los sistemas dedistribución de las instalaciones de climatización, calefacción y A.C.S.

M-012 ES2000.03

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1. Razones del equilibrado ............................................................................ 5-6

2. Herramientas necesarias ........................................................................... 7-8Tres herramientas son necesarias:Dispositivos de medida y ajuste de caudalVálvulas de equilibradoReguladores de presión diferencialInstrumento de equilibradoVálvulas de descarga de acción proporcional

3. Preparativos ............................................................................................. 9-143.1 Preparación de la operación de equilibrado .......................................... 9

Estudio minucioso de los planos de la instalaciónSelección del método de equilibrado más adecuado

3.2 División de la instalación en módulos ................................................. 10Teoría y prácticaLey de proporcionalidadMódulo como parte de uno mayorProceso óptimo de equilibradoUbicación de las válvulas de equilibradoPrecisión a obtener en los caudales

4. El Método Proporcional ........................................................................ 15-16

5. El Método de Compensación ................................................................ 17-255.1 Un método más avanzado.................................................................... 175.2 Válvula de referencia y válvula de compensación .............................. 185.3 Ajuste de la válvula de referencia ....................................................... 195.4 Equipo necesario ................................................................................. 205.5 Equilibrado de los terminales de un ramal .......................................... 205.6 Equilibrado de los ramales de una columna ........................................ 225.7 Equilibrado de las columnas montadas sobre una tubería principal ... 235.8 Ajuste de la válvula de referencia cuando las pérdidas de carga

en los terminales difieren sustancialmente .......................................... 24

6. El Método TA Balance .......................................................................... 26-306.1 Preparación del procedimiento ............................................................ 276.2 Procedimiento ..................................................................................... 276.3 Equilibrado relativo de los módulos de una columna entre sí ............. 286.4 Equilibrado de las columnas entre sí ................................................... 29

Indice

El “EQUILIBRADO DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION” es el manual nº2 de una serie de publicacionesde Tour & Andersson, dirigidas a los profesionales del HVAC.El manual nº1 lleva por título “EQUILIBRADO DE LOS BUCLES DE CONTROL”, el nº3 “EQUILIBRADO DELAS INSTALACIONES DE CALEFACCION POR RADIADOR”, el nº4 “ESTABILIZACION DE LASPRESIONES DIFERENCIALES”

Este manual está dirigido a técnicos de diferentes nacionalidades. En su lectura encontrará expresiones, símbolos,términos y representaciones con los que quizás, no esté familiarizado. Esperamos que este hecho no le ocasionedemasiados problemas de comprensión del texto.

El autor de esta publicación es Robert Petitjean, Ingeniero Industrial, Director de Tecnología y Sistemas deTour & Andersson AB.

Producido por el Departamento de Documentación Técnica de Tour & Andersson AB (2ª edición).

Copyright 2000 perteneciente a Tour & Andersson AB. Ljung – Suecia.

Quedan reservados todos los derechos. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida bajo ninguna forma opor ningún medio, sin el previo consentimiento escrito de Tour & Andersson AB.Impreso en Suecia en Marzo de 2000.

Franz Josef Spital, Austria

4 5

1. Razones del equilibrado

Muchas propiedades, gestores y administradores inmobiliarios, derrochan enormessumas de dinero tratando de solucionar las quejas recibidas por una climatizacióndeficiente. Esto ocurre, incluso en los edificios más modernos dotados de lossistemas más avanzados de control del confort.

Entre los problemas más comunes, pueden citarse los siguientes:

• Imposibilidad de obtener la temperatura ambiente deseada en ciertas zonas y,en especial, después de variaciones importantes de carga.

• Oscilación permanente de la temperatura ambiente, especialmente a cargareducida y a pesar de estar los terminales dotados de reguladores sofisticados.

• Imposibilidad de transmitir la totalidad de la potencia instalada, aunque éstasea más que suficiente, sobre todo, durante los arranques, después de fines desemana y/o paradas nocturnas.

En la mayoría de los casos, estos problemas se deben a que no se obtienen en lainstalación, los caudales que se proyectaron, hecho que además impide a losreguladores trabajar en las condiciones adecuadas. Sólo si se obtienen los caudalesnominales en las condiciones de diseño, el sistema de control puede actuareficazmente. La única manera de conseguirlos consiste en equilibrar la instalación,es decir, en ajustar los caudales a los valores de diseño mediante válvulasjuiciosamente repartidas en la red hidráulica de la instalación. Esta operación deberealizarse teniendo en cuenta las siguientes puntualizaciones:

1. Unidades de producción. Las calderas y los grupos de frío deben estarequilibrados ya que el caudal en cada uno de ellos debe, en la mayoría de loscasos, mantenerse constante. Sus fluctuaciones conducen a una reducción de laeficiencia de producción y de la vida útil de las unidades, dificultando además elcontrol efectivo de las mismas.

2. Red de distribución. La distribución debe estar equilibrada para garantizar quetodos los terminales reciban, como mínimo, el caudal nominal, en cualquierrégimen de carga. Esta condición debe respetarse garantizando lacompatibilidad entre los caudales de producción y distribución.

3. Bucles de control. Los bucles deben estar equilibrados para proporcionar a lasválvulas de control las condiciones idóneas de trabajo y para compatibilizar loscaudales primario y secundario.

4. El equilibrado con válvulas manuales permite detectar la mayoría de lasanomalías hidráulicas y determinar el sobredimensionamiento de la bomba. Sualtura manométrica puede ajustarse al valor correcto, optimizando, por tanto, elconsumo energético de bombeo.

5. Sólo si la instalación está equilibrada, puede gestionarse por un sistema decontrol centralizado, ya que las demandas locales reaccionan de formauniforme. La homogeneización que se consigue en la instalación cuando seequilibra evita disparidades importantes en la temperatura ambiente queinevitablemente conducen a un ambiente inconfortable y a un incremento de loscostes de explotación, como se explica más adelante.

7 Algunos ejemplos de instalaciones ....................................................... 31-447.1 Distribución a caudal variable ............................................................. 317.2 Distribución con BPV´s ...................................................................... 327.3 Distribución a caudal variable con STAP´s en cada columna ............. 347.4 Distribución con STAP´s en cada ramal .............................................. 357.5 Distribución con STAP´s en cada válvula de control .......................... 377.6 Distribución a caudal constante con bombas secundarias ................... 387.7 Distribución a caudal constante con válvula de control de tres vías ... 397.8 Distribución de A.C.S. con válvulas de equilibrado ........................... 407.9 Distribución de A.C.S. con TA-Therm ................................................ 44

APENDICESA. El Método del Preajuste ...................................................................... 45B. Correcciones de caudal cuando los terminales están sobredimensionados. ... 46C. Dimensionamiento de las válvulas de equilibrado .............................. 48D. Instalación de las válvulas de equilibrado ........................................... 51E. Recomendaciones previas a la realización del equilibrado ................. 52F. Las tres condiciones hidráulicas fundamentales ................................. 54G. Detección y análisis de anomalías ....................................................... 69

Indice

6 7

Tres herramientas son necesarias:Las válvulas de equilibrado, un instrumento de medida y un procedimiento deequilibrado.

Las válvulas de equilibradoEl diseño de los dispositivos TA de equilibrado tienen como objetivo ofrecer lamayor precisión en la obtención de caudales y en consecuencia contribuir a laoptimización del funcionamiento del sistema de control y de los consumosenergéticos.

Entre otras, las prestaciones que distinguen las válvulas deequilibrado TA son las siguientes:• Precisión en el caudal, superior al +/- 5%• Las válvulas hasta DN 50 disponen de cuatro vueltas entre la posición de cierre

y la de máxima apertura. En diámetros superiores tienen hasta 8, 12 y 16 vueltascompletas de recorrido.

• Fabricadas con rosca interior o exterior, con bridas, o con extremos preparadospara soldar, para acoplamientos de compresión y ranurados.

• 15 diámetros disponibles desde 10 a 300 mm.• Las válvulas hasta 50 mm. de diámetro, están totalmente fabricadas en Ametal®,

la única aleación moldeada a presión que responde a las más duras exigenciasmundiales de resistencia a la descinficación. En las válvulas de diámetrossuperiores, las partes internas en contacto con el agua, también están fabricadasen Ametal®.

Los reguladores de presión diferencialDisponibles desde DN 15 a 50Consigna ajustable entre10-60 kPa y 20-80 kPaEstabilizan la presión diferencial en las válvulas de control o en los circuitos

2. Herramientas necesarias

Fig 1.1: Porcentaje de incremento de los costes energéticos por cada grado de desviaciónsobre la temperatura ambiente de diseño.

¿Por qué se produce una desviación de la temperatura ambiente media en un edificiodonde la instalación está desequilibrada?

En invierno, las zonas próximas a la caldera están sobrecalefactadas mientras queen las alejadas la calefacción es insuficiente. Con frecuencia se adopta la decisión deaumentar la temperatura del agua de suministro. En las más alejadas, continuarán lasquejas mientras que en las más próximas se abrirán las ventanas. En verano, la situaciónes similar, en las zonas próximas a los grupos de frío, la temperatura es demasiado bajamientras que en las alejadas la refrigeración es insuficiente.

Un grado por encima o por debajo de la temperatura ambiente de diseño en undeterminado local apenas afecta al confort humano y a los costes energéticos. Pero unadesviación permanente de 1ºC respecto a la temperatura ambiente media en el edificio,puede tener una incidencia enorme sobre el consumo.

En invierno, 1ºC por encima de 20ºC aumenta como mínimo los costes energéticosen calefacción en un 8% en los países Centroeuropeos (12% en los del Sur). En verano,1ºC por debajo de 23ºC incrementa los costes energéticos medios de refrigeración en un15% en los países de Europa Central (ver Fig. 1.1).

Una instalación de HVAC se diseña para poder combatir unas cargas térmicasmáximas. Si la instalación no puede producir o distribuir esta potencia, por no estarequilibrada en las condiciones de diseño, no podrá rentabilizarse la inversión efectuada.Las válvulas de control no pueden asumir el equilibrado hidráulico de la instalación portres razones: la primera es que resulta prácticamente imposible calcular válvulas decontrol para obtener, cuando están completamente abiertas, el caudal exacto requerido;la segunda es que aunque fuera posible calcularlas no se encontrarían en el mercado, enconclusión las válvulas se sobredimensionan; esto nos conduce a la tercera razón:cuando la instalación está a plena carga, las válvulas de control están abiertas completa-mente y su sobredimensionamiento conduce a un desequilibrio de la instalación,creando problemas de incompatibilidad hidráulica y determinando subcaudales enciertos circuitos que no podrán, en consecuencia, suministrar la potencia máximarequerida. Con una inversión inferior al 1% del coste de la instalación, el equilibradorentabiliza la misma al permitir distribuir y emitir la potencia máxima instalada. Esta esla razón fundamental por la que el equilibrado hidráulico de una instalación tanto acaudal variable como constante debe hacerse en las condiciones de carga máxima.

1. Razones del equilibrado

STADVálvulas de equilibrado

desdeDN 15 a 50 mm

STAFVálvulas de equilibrado

desdeDN 20 a 300 mm

STAPReguladores de presión

diferencial desdeDN 15 a 50 mm

45

20 21

5

15

25

35

2322

%

°C

Frío45

20 21

5

15

25

35

2322

%

°C

Calor

8 9

El equilibrado hidráulico debe realizarse previamente a la puesta en marcha del sistemade control de la instalación. El éxito de la operación y el tiempo necesario, están en

relación directa con el esmero con que se haya llevado a cabo la planificación ypreparación del equilibrado.

Se aconseja, estudiar los esquemas definitivos y analizar los principios defuncionamiento de la instalación. También se recomienda realizar una visita deinspección de la misma con el fin de evitar pérdidas de tiempo innecesarias. Parainstrucciones más detalladas, consultar el Apéndice E.

3.1 Preparación de la operación de equilibrado

Estudio minucioso de los planos de la instalación.Inicialmente debe realizarse un estudio de los planos de la instalación con el fin decomprender su diseño y sus principios de funcionamiento. A continuación, debenidentificarse los bucles de control, las tuberías principales, las verticales, los rama-les, las unidades terminales y las válvulas de equilibrado. Finalmente, la instalacióndebe dividirse en módulos tal y como se describe en el punto 3.2.

En un sistema de distribución a cuatro tubos, se aconseja preparar esquemasseparados de los circuitos de frío y de calor. Muchas veces, resulta también muyútil dibujar un esquema hidráulico del circuito eliminando todo aquello que no estédirectamente relacionado con la propia operación de equilibrado.

Selección del método de equilibrado más adecuado.Cuando se ajusta el caudal en una válvula de equilibrado, las pérdidas de carga enla válvula y en la tubería se modifican, así como también, las presionesdiferenciales aplicadas en otras. Esto significa que cada ajuste de caudal en unaválvula, desajusta el caudal ya ajustado en otras; es decir, que los circuitos soninteractivos. La diferencia principal entre los diferentes métodos de equilibradoradica en la forma de compensar esta interactividad.

Ciertos métodos no la compensan de ninguna forma, obligando al operario aajustar varias veces la misma válvula hasta conseguir que el caudal medidoconverja con el deseado; es decir, aplicando un proceso iterativo.

Otros métodos como el Proporcional, el de Compensación y el TA Balance, quese describen en este manual, compensan directa o indirectamente los fenómenosmencionados de interactividad hidráulica.

Sin embargo, ninguno de estos métodos pueden aplicarse para equilibrardistribuciones con retorno invertido. En este caso, se debe aplicar un procesoiterativo, midiendo varias veces el caudal en cada válvula hasta conseguir en todasellas los caudales de diseño deseados. También, pueden calcularse, previamente, lasposiciones de preajuste de las válvulas por métodos manuales o por ordenador.

3. Preparativos2. Herramientas necesarias

El instrumento de equilibrado, CBI.Medir es la única manera de garantizar que los caudales de diseño esténdisponibles y conocer las presiones diferenciales aplicadas en los distintos circuitosde la instalación. También es un excelente procedimiento para detectar y corregirsus posibles anomalías de funcionamiento.

El instrumento de medida CBI de TA Hydronicsproporciona todo lo necesario para satisfacerestas demandas:• Mide y registra presiones diferenciales,

caudales y temperaturas en las STAD, STAF,STAP, STAM y otros dispositivos deequilibrado de TA Hydronics.

• Incluye programas para el cálculo de losvalores de preajuste así como el TABalance y el Método TA.

• Comunica con PC´s en los dos sentidos.• Corrige las medidas en el caso de

utilización de anticongelantes en agua.• Almacena medidas efectuadas hasta en

un máximo de 1000 válvulas y puederegistrar hasta 24.000 valores de caudal,presión diferencial o temperatura.

• Muestra en tablas o gráficos las medidas efectuadas asignando a las válvulas y alas instalaciones nombres o códigos completos.

La válvula de descarga de acción proporcional BPV. En las instalaciones a caudal variable la válvula BPV puede montarse, con lossiguientes objetivos:• Transformar una distribución a caudal variable en

una a caudal relativamente constante.• Asegurar el caudal mínimo de protección de la

bomba.• Reducir el salto térmico en tuberías.• Limitar el aumento de la presión diferencial en

ciertos circuitos.

La BPV tiene función de corte, se preajusta entre10 y 60 kPa y está disponible desde DN 15 a 32 mm.

10 11

3. Preparativos3. Preparativos

3.2 División de la instalación en módulos

Teoría y prácticaTeóricamente, la distribución puede equilibrarse instalando una válvula en cadaterminal para obtener el correcto reparto de caudales. Sin embargo, si no seinstalara ninguna más, habría que calcular, de forma correcta, los valores oposiciones de preajuste de cada una de las válvulas de equilibrado, asegurándoseque la instalación se hubiera realizado tal y como se proyectó en los planos.

Si se cambia uno o más caudales, los otros, pueden resultar, en mayor o menormedida, afectados como se ha mencionado con anterioridad. Esto da lugar ainterminables y tediosas series de correcciones hasta conseguir los caudalescorrectos.

En la práctica, es necesario dividir la instalación en módulos e instalar en cadauno de ellos una válvula de equilibrado que actúe como compensadora cuando seajustan el resto de las instaladas en dicho módulo.

Ley de proporcionalidadConsideremos que los terminales de la figura mostrada a continuación, forman unmódulo. Una perturbación externa al módulo, da lugar a variaciones de la presióndiferencial entre A y B. Como el caudal depende de la presión diferencial, en todoslos terminales variará en la misma proporción.

Fig 3.1: Una perturbación externa al módulo tiene el mismo efecto sobre cada terminal delmismo.

En un módulo, la evolución de todos los caudales de los terminales puedecontrolarse midiendo en uno de ellos que, actuará como referencia. Una válvula deequilibrado común a todos los terminales del módulo puede compensar el efecto deuna perturbación externa sobre los caudales de los mismos. Esta válvula común, sedenomina válvula de compensación.

Los terminales normalmente están conectados, como muestra la fig. 3.2, dondeel caudal depende de la presión diferencial entre A y L. Cualquier modificación dela presión afecta al caudal de cada terminal en la misma proporción.

Fig 3.2: Módulo de equilibrado formado por un ramal con varios terminales. La válvula decompensación STAD compensa el efecto de las perturbaciones externas sobre los circuitos

ya equilibrados.

Pero, ¿qué ocurre si se produce una perturbación interna en el módulo, porejemplo, cerrando la válvula de equilibrado del terminal 3?.

Esto afectará a los caudales en los tramos CD e IJ y, en consecuencia, a suspérdidas de carga. La presión diferencial entre E y H variará también, afectando enla misma proporción a los caudales de los terminales 4 y 5.

El hecho que el terminal 3 esté cerrado tiene poco efecto sobre el caudal totalen los tramos AB y KL. Las pérdidas de carga en dichos tramos cambiarán muypoco, la presión diferencial entre B y K variará ligeramente, y el terminal 1 noreaccionará ante la perturbación en la misma proporción que los terminales 4 y 5(ver fig 3.3).

En consecuencia, la ley de proporcionalidad en las variaciones de caudal noaplica en el caso de perturbaciones internas.

Fig 3.3: En el caso de una perturbación interna, los caudales no variarán en la mismaproporción relativa.

A

1

K

B

L

2

J

C

3

I

D

4

H

E

5

G

F

STAD

40

100

5

38

0

100

7

36

100

9

34

100

11

32

100

13

3040

102.8

3.7

38.6

0

105.4

5

37.2

0

6.08

36.17

109.7

8.49

33.76

109.7

10.9

31.35kPa

kPa

q%

A B

A

B

Válvula de compensación

12 13

Proceso óptimo de equilibradoLa fig. 3.5 muestra dos módulos. Los dos están equilibrados y en ambos casos, laspérdidas de carga en los terminales son las requeridas para obtener los caudales dediseño. Las cifras indican la pérdida de carga de diseño en cada terminal y en cadaválvula de equilibrado. Como se ve, las pérdidas de carga se distribuyen de formadiferente entre las válvulas de equilibrado de los terminales y la válvula decompensación.¿Cuál es el proceso óptimo de equilibrado?

El proceso óptimo de equilibrado es aquel que asegura el equilibrado con lasmínimas pérdidas de carga en las válvulas de equilibrado de las unidades termina-les. La pérdida de carga más pequeña debe ser superior o igual a 3 kPa para que elcaudal pueda ser medido con una buena precisión. De esta manera se obtiene lamejor autoridad en las válvulas de control de las unidades y se minimizan losconsumos de bombeo. Las válvulas de compensación permiten concentrar en la deequilibrado principal el exceso de presión, permitiendo adaptar la bomba a lasnecesidades reales y reducir al mínimo su consumo energético.

Fig 3.5: Un conjunto de terminales puede equilibrarse de muchas formas. Sin embargo,sólo hay una óptima.

Ubicación de las válvulas de equilibradoLas válvulas de equilibrado deben instalarse de forma que la instalación puedadividirse en módulos susceptibles de equilibrarse independientemente unos deotros. Esto significa que, cada terminal, cada ramal, cada columna, cada tuberíaprincipal de distribución y cada unidad de producción debe disponer de una válvulade equilibrado.

La división de la instalación en módulos permite adaptarse a cualquiermodificación de la misma y realizar el equilibrado en etapas independientes.

Las válvulas de equilibrado constituyen una herramienta fundamental dediagnóstico para el mantenimiento, explotación y buen funcionamiento de lainstalación, pudiendo ser además utilizadas como válvulas de corte.

3. Preparativos3. Preparativos

Sin embargo, los caudales en un módulo varían en proporción sólo si todas laspérdidas de carga dependen del caudal en la misma relación en cualquier circuitodel módulo. En realidad, esto no es cierto ya que las pérdidas de carga en tuberíasdependen de q1,87 mientras que en las válvulas de q2. Para caudales pequeños, elflujo puede hacerse laminar y por tanto, la pérdida de carga se hace lineal con elcaudal. La ley de proporcionalidad sólo puede utilizarse para detectar desviacionesrespecto a los valores de diseño. Esta es la razón por la que el método más precisode equilibrado es el de compensación que se describe en el capítulo 5 ya que loscaudales de diseño se mantienen constantes durante el proceso de equilibrado decada módulo.

Módulo como parte de uno mayorCuando los terminales de un ramal se equilibran entre sí, éste puede considerarsecomo una “caja negra”, es decir, como un módulo. Sus unidades reaccionanproporcionalmente frente a cualquier perturbación externa al módulo. Estasperturbaciones pueden ser fácilmente compensadas mediante la válvula decompensación.

En la siguiente etapa, los módulos de ramales se equilibran entre sí, siendo laválvula de equilibrado de pié de columna la de compensación. Actuando sobre ella,puede compensarse cualquier perturbación externa resultante de una modificaciónde la instalación o del equilibrado de otra columna.

Fig 3.4: Los ramales de una columna constituyen un nuevo módulo

10 11 7 5 10 11 7 5

5 1855181819 16 36

60 60

STAD (3)(45)ba

14 15

4. El Método Proporcional

El principio fundamental del Método Proporcional se basa en el hecho que las variacionesde la presión diferencial aplicada a un circuito modifican el caudal en sus terminales

en la misma proporción.

El Método Proporcional se describe muy brevemente a continuación ya que estáampliamente superado y sustituido por el Método de Compensación (capítulo 5) ypor el TA Balance (capítulo 6).

Sólo examinaremos, paso a paso, el procedimiento de equilibrado del ramal deuna columna. La secuencia sería la siguiente:

1. Medir el caudal en todos los terminales del ramal seleccionado, manteniendocompletamente abierta la válvula de equilibrado del ramal (STAD-1.2.0).

Fig 4.1: Equilibrado de los terminales de un ramal.

2. Calcular para cada uno de los terminales, el factor de caudal λ = caudal medido/caudal de diseño. Identificar el terminal con el factor de caudal más bajo λ

min.

Diferenciar este terminal denominándolo “index”. Si los terminales tienen lamisma pérdida de carga para el caudal de diseño, el terminal 5 tendrá el factorde caudal menor, ya que está sometido a la menor presión diferencial.

3. Utilizar la válvula de equilibrado del último terminal del ramal como referencia,sea o no el terminal “index” (STAD.1.2.5, fig. 4.1).

4. Ajustar la válvula de referencia STAD-1.2.5., de forma que λ5=λmin

. Bloquearla,en dicha posición de ajuste. Conectar el CBI para medir el caudal en contínuo.

5. Posicionar la STAD-1.2.4., de forma que λ4=λ5. Esto hará variar ligeramente elfactor de caudal λ5. Si esta variación es superior al 5% un ajuste final en laSTAD-1.2.4., deberá realizarse hasta que λ4 sea igual al nuevo valor de λ5.Bloquear la STAD-1.2.4. en dicha posición.

Precisión a obtener en los caudalesHemos descrito las ventajas del equilibrado hidráulico. Sin embargo, previamente aestudiar los procedimientos de equilibrado, debe definirse con que precisión debenajustarse los caudales de agua.

La precisión en los caudales de agua en las instalaciones de HVAC depende,directamente, de la precisión con que se desee obtener la temperatura ambiente requerida.Esta precisión depende, también, de otros factores tales como el control de la temperaturade impulsión del agua y la relación entre la potencia necesaria y la instalada en lasunidades terminales. En ciertas especificaciones, se establece una precisión en loscaudales de agua entre + 0 y + 5%. Sin embargo, no tiene sentido imponer una precisióntan alta en los caudales si la temperatura de impulsión del agua en las unidades másalejadas no se controla con una precisión suficiente. En especial, en las distribuciones acaudal variable, la temperatura de impulsión del agua no es ciertamente la misma alprincipio que al final del circuito y su influencia no es despreciable. Además, los caudalesde agua se calculan frecuentemente sobre la base de la potencia requerida y raramente secorrigen en función de la potencia realmente instalada. Un sobredimensionamiento del25% de la unidad terminal debe normalmente compensarse mediante una reducción delcaudal de agua del orden del 40%. Si esto no se hace, no tiene sentido exigir una precisiónde 5% cuando los caudales de agua se han definido con un error inicial del 40%.

Un subcaudal no puede ser compensado por el bucle de control y tiene un efectodirecto sobre el ambiente en las condiciones de carga máxima; por tanto, debe evitarse.Un sobrecaudal no tiene una consecuencia directa sobre el ambiente ya que, en teoría, elbucle de control puede compensarlo. Se puede estar tentado en aceptar los sobrecaudalesespecialmente por su pequeña influencia en la temperatura ambiente. Esto despreciaría elefecto negativo de los sobrecaudales.

Cuando la válvula de control está completamente abierta, por ejemplo en el arranquede la instalación, los sobrecaudales inducen subcaudales que impiden obtener la correctatemperatura de suministro del agua por la incompatibilidad entre los caudales dedistribución y producción. Esta situación aumenta el tiempo necesario para restablecer elrégimen de funcionamiento normal de la instalación. Por tanto, los sobrecaudales debentambién limitarse. Esta es la razón por la que tanto los sobre como los subcaudales debenpenalizarse con el mismo factor, adoptando una precisión general del x%.

Aceptando a plena carga, una desviación de ± 0,5ºC sobre el ambiente debida a unafalta de precisión en los caudales de agua, el valor x puede calcularse con un cierto factorde seguridad por la siguiente relación:

x = donde:

tsc : Temperatura de diseño de impulsión de agua.

tic : Temperatura ambiente de diseño.

trc : Temperatura de diseño de retorno de agua.

tec

: Temperatura de diseño exterior.a

ic : Efecto de la ganancia calorífica sobre la temperatura ambiente.

Ejemplos:Calor: t

sc = 80°C; t

rc = 60°C; t

ic = 20°C; t

ec = -10°C; a

ic = 2°C; x = ±10%.

Frío: tsc = 6°C; t

rc = 12°C; t

ic = 22°C; t

ec = 35°C; a

ic = 5°C; x = ±15%.

3. Preparativos

±100 (tsc - t

ic)

(tsc - t

rc)(t

ic - t

ec - a

ic)

1 2 3 4 5

STAD-1.2.0

STA

D-1

.2.1

STA

D-1

.2.5

STA

D-1

.2.4

STA

D-1

.2.3

STA

D-1

.2.2

16 17

El Método de Compensación desarrollado a partir del Método Proporcional supone unenorme avance, al ofrecer tres ventajas fundamentales:

Equilibrados parciales. Puede equilibrarse la instalación por etapas, mientras su montajecontinúa, sin necesidad de reequilibrar la misma cuando esté totalmente terminada.

Equilibrado más rápido. Cada válvula se ajusta una sola vez.

Optimización de los costes de bombeo. Cuando el equilibrado está terminado, puedemedirse en la válvula de equilibrado principal el sobredimensionamiento de la bomba.Como consecuencia, puede reducirse su altura manométrica con sustanciales ahorrosenergéticos, sobre todo en las instalaciones de frío.

5. El Método de Compensación

5.1 Un método más avanzado

El Método de Compensación está basado en el Método Proporcional pero ofrece laenorme ventaja que, los factores de caudal se mantienen automáticamente iguales a1 durante todo el proceso de equilibrado del módulo.

a) Equilibrados parciales• La instalación puede dividirse en módulos que pueden equilibrarse

individualmente e independientemente los unos de los otros. Una vez lainstalación terminada, los módulos quedan equilibrados entre sí.

b) Equilibrado más rápido• No es necesario medir inicialmente los caudales en todos los ramales y

columnas, ni tampoco calcular los factores de caudal para determinar elpunto de partida del proceso de equilibrado.

• El proceso de equilibrado puede iniciarse en cualquier columna (aunquedeben cerrarse aquellas que no se estén equilibrando).

• No se hace trabajar a la bomba en regímenes demasiado elevados de caudal,ni tampoco se obtienen presiones diferenciales demasiado bajas que impidenmedir, con precisión, el caudal.

• El caudal debe ajustarse una sola vez en cada válvula.

c) Optimización de los costes de bombeo• El Método de Compensación minimiza automáticamente las pérdidas de

carga en las válvulas de equilibrado, manifestándose cualquier sobre-dimensionamiento de la bomba en la válvula principal de equilibrado enserie. Como consecuencia, dicha bomba puede modificarse o sustituirse porotra más pequeña.

• La consigna del variador de velocidad de la bomba puede optimizarse.

4. El Método Proporcional

6. Ajustar el caudal en los otros terminales del ramal, en dirección a la bomba, deacuerdo con el punto 5. Cuando la STAD-1.2.2. se ajuste, el factor de caudal λ5variará, pero λ3 y λ4 permanecerán iguales a λ5. Cuando todos los terminalesestén equilibrados según el procedimiento del pto. 5, es posible ajustar laSTAD-1.2.0 de forma que λ5 sea igual a 1. Como consecuencia, los restantesfactores de caudal λ4, λ3, λ2 y λ1 serán iguales a 1 y todos los caudales secorresponderán con los valores de diseño.

7. Repetir el procedimiento a todos los ramales de la misma columna. Los ramalesde una misma columna se equilibran entre sí utilizando el mismo procedimientoaplicado al equilibrado de las unidades terminales de un mismo ramal.

18 19

5. El Método de Compensación5. El Método de Compensación

5.2 Válvula de referencia y válvula de compensación

Cuando se ajusta el caudal en una válvula de equilibrado, las pérdidas de carga enla válvula y en las tuberías varían y, por tanto, también lo hacen las presionesdiferenciales aplicadas a las otras válvulas de equilibrado. El ajuste de caudal enuna válvula modifica el caudal ya ajustado en otras. Esto conduce al procesofrustrante de tener que ajustar, varias veces, la misma válvula.

El Método de Compensación soluciona este problema. El caudal en cadaválvula se ajusta una sola vez. Para ello mide la perturbación de caudal que seproduce cuando se ajusta una válvula de equilibrado y la compensa.

La perturbación en un módulo se detecta en la válvula de equilibrado másalejada de la bomba, que se denomina válvula de referencia. La perturbación secompensa en la válvula de equilibrado que controla el caudal total del módulo quese denomina válvula de compensación. Actuando sobre ésta última se restituye enla de referencia la presión diferencial ajustada inicialmente, cada vez que ocurreuna perturbación.

Inicialmente, el caudal se ajusta al valor de diseño en la válvula de referencia,de acuerdo con el procedimiento que se describe a continuación. Esto determinauna cierta presión diferencial ∆pR (Fig 5.1), que debe medirse en contínuo. Laválvula de referencia debe bloquearse en la posición de ajuste determinada.Teniendo en cuenta que, ahora, el caudal es el correcto, las pérdidas de carga son,también, las correctas en el terminal 5, en su válvula de equilibrado y en susaccesorios. Por tanto, la presión diferencial ∆pEH es también la correcta y, enconsecuencia puede procederse a ajustar el caudal en el terminal 4. Cuando seajusta el caudal en este último, el ∆pR en la válvula de referencia (en cuya posiciónde ajuste se había bloqueado) se habrá modificado ligeramente. Esta variación ponede manifiesto la perturbación resultante del ajuste de caudal en el terminal 4.Seguidamente, ∆pR debe reajustarse a su valor inicial mediante la válvula decompensación. En otras palabras, se reajusta el caudal de diseño en la válvula dereferencia actuando sobre la de compensación.

Fig 5.1: La válvula de referencia es la instalada en el terminal más alejado respecto a labomba. La válvula de compensación controla el caudal total del ramal.

Teniendo en cuenta que los caudales en los terminales 4 y 5 corresponden, ahora, a susvalores de diseño, la presión diferencial ∆pDI en el terminal 3 será también la de diseño.Por tanto, puede ajustarse, ahora, su caudal de diseño. El ajuste del caudal en el terminal3, crea una perturbación que se detecta en la válvula de referencia y se compensa en la decompensación. El reajuste de ∆pR en el terminal 5 conduce, automáticamente, a lapresión diferencial ∆pEH y a los caudales en los terminales 4 y 5, a sus valores de diseño.

Este procedimiento que, puede aplicarse con independencia del número de terminalesdel ramal, debe llevarse a cabo en dirección a la bomba, comenzando por la válvula dereferencia. Este mismo procedimiento se aplica al equilibrado de los ramales de unacolumna. La válvula del último ramal de columna más alejado respecto a la bomba actúacomo válvula de referencia siendo la válvula de equilibrado que controla el caudal total dela columna, la de compensación. Asimismo, el procedimiento sería aplicable alequilibrado de las columnas entre sí.

5.3 Ajuste de la válvula de referencia

Para obtener en la válvula de referencia el caudal de diseño, el ∆pR en ella debeseleccionarse de forma que se cumplan las dos condiciones siguientes:• Valor mínimo de 3 kPa para obtener medidas suficientemente precisas.El instrumento CBI de equilibrado puede medir caudales con presionesdiferenciales por debajo de 0,5 kPa. Sin embargo, y debido a posibles pulsacionesde presión en la instalación, se recomienda un ∆pR > 3 kPa.

Si el CBI estima que la presión diferencial es demasiado baja para realizar unamedida correcta, pedirá que se cierre más la válvula y así beneficiarse de una mayorpérdida de carga

El Kv para una pérdida de carga mínima de 3 kPa se calcula mediante la siguientefórmula:

Kv = 5,8 x q (m3/h) ó Kv = 21 x q (l/s)

Otra alternativa, consiste en calcular la posición correcta de la válvula de referencia pormedio del CBI.• Pérdida de carga a válvula completamente abierta para el caudal de diseño.Si la pérdida de carga, para el caudal de diseño a válvula de equilibrado completamenteabierta, es superior a 3 kPa, es imposible ajustar la válvula de referencia para crear 3 kPa.

Este hecho establece como segunda condición que el ∆pR sea como mínimo igual ala pérdida de carga para el caudal de diseño, a válvula completamente abierta.

Cuando se ha seleccionado el ∆pR adecuado, teniendo en cuenta las condicionesexplicadas, la válvula de referencia debe posicionarse de forma que se obtenga el caudalde diseño creando la pérdida de carga seleccionada, ∆pR. Para ello se recomienda utilizarel CBI, los ábacos o la regla TA para determinar la posición correcta de ajuste en la quedebe bloquearse la válvula.

Para obtener el ∆pR seleccionado y, en consecuencia, el caudal de diseño, hay queajustar la válvula de compensación. Esto es siempre posible al estar las otras columnascerradas y ser pequeña la pérdida de carga en la tubería principal. La presión diferencialdisponible será mayor a la normal y el exceso será tomado en la válvula decompensación.

Si las pérdidas de carga en los terminales difieren sustancialmente unas de otras serecomienda consultar el punto 5.8.

1 2 3 4 5

Válvula decompensación

Válvula dereferencia

∆pR

HIJ

EDC

20 21

5. El Método de Compensación5. El Método de Compensación

5.4 Equipo necesario

Se necesitan dos instrumentos CBI para medir presiones diferenciales y caudalesen las válvulas de equilibrado.

5.5 Equilibrado de los terminales de un ramal

Se seleccionará una cualquiera de las columnas, por ejemplo la más alejada de labomba y se cerrarán las otras. Esto evitará un sobrecaudal en la bomba y aseguraráuna presión diferencial suficiente en la columna seleccionada. A continuación, seescogerá un ramal cualquiera de la misma, generalmente la más alejada. Normal-mente, no será necesario cerrar los otros ramales de dicha columna. Sin embargo, sialgunos ramales disponen de un bypass susceptible de crear cortocircuitoshidráulicos, es aconsejable aislarlos también. Y, se aplicará la siguiente secuencia:

1. Calcular la posición de ajuste en la válvula de referencia 5 para el caudal dediseño y el ∆pR seleccionado (por ejemplo 3 kPa). Utilizar para ello el CBI, losábacos o la regla TA.

2. Ajustar y bloquear la válvula de referencia 5 en la posición de ajuste calculada.3. Conectar el CBI a la válvula de referencia.4. El operario (1) ajustará la válvula de compensación hasta obtener el ∆pR

seleccionado en la válvula de referencia. Esta operación permitirá obtener elcaudal de diseño en el terminal 5. Si el ∆pR seleccionado no puede obtenerse,esto puede ser debido a que los terminales del ramal, que aún no han sidoequilibrados, están en sobrecaudal. Se recomienda, en este caso, cerrar lasválvulas necesarias hasta obtener el ∆pR seleccionado.

Fig 5.2: Equilibrado de los terminales de un ramal

5. El operario (2) ajustará a continuación el caudal de diseño en el terminal 4utilizando la función “ORDENADOR” del CBI. Esta, calcula la posición deajuste de la válvula para el caudal requerido. Durante el procedimiento, eloperario (1) reajustará continuamente la válvula de compensación paramantener el ∆pR en su valor inicial.

6. El operario (2) ajustará sucesivamente los caudales en los otros terminales, endirección a la unidad 1, siguiendo el procedimiento indicado en el punto 5. Unavez terminada esta operación, todos los terminales del ramal estaránequilibrados entre sí, con independencia de la presión diferencial aplicada almódulo, y podrá procederse, análogamente, al equilibrado de los terminales deotro ramal.

Nota:Supongamos que dos operarios (1) y (2), disponen cada uno de un CBI (CBIa yCBIb). Cuando se ajusta el terminal 3 con el CBIa, el operario (2) puedecomprobar la evolución del caudal en el terminal 4 con el CBIb en lugar de hacerloen el terminal 5 de referencia. Comunicándose con el operario (1), se reajusta elcaudal en el terminal 4, trayéndose el CBIb y conectándolo a este terminal y asíreajustar el caudal en el terminal 3. Dejándo el CBIa en el terminal 3, puedeconectarse el CBIb al terminal 2, siguiendo el mismo procedimiento, verificando laevolución del caudal en el terminal 3.

1 2 3 4 5

21

CB

I


Referencia

CBI 3

22 23


5. El operario (2) ajustará, ahora, el caudal de diseño en el ramal 1.2.0. utilizandola función “ORDENADOR” del CBI. Esta calcula la posición de ajuste de laválvula para el caudal de diseño. Durante el procedimiento, el operario (1),reajustará contínuamente la válvula de compensación para mantener el caudalde referencia en su valor inicial, compensando las perturbaciones creadas.

6. El operario (2) ajustará sucesivamente los caudales en los otros ramales, endirección al ramal 1.1.0. siguiendo el procedimiento indicado en el punto 5. Unavez terminada esta operación, los ramales de la columna estarán equilibradosentre sí, con independencia de la presión diferencial disponible para la columna.

5.7 Equilibrado de las columnas montadas sobre unatubería principal

Fig 5.4: Equilibrado de las columnas.


5.6 Equilibrado de los ramales de una columna

Fig 5.3: Equilibrado de los ramales de una columna.

1. Calcular la posición de ajuste de la válvula de referencia STAD-1.9.0. para elcaudal de diseño y el ∆pR seleccionado (normalmente 3 kPa). Utilizar para elloel CBI, los ábacos o la regla TA.

2. Ajustar y bloquear la válvula de referencia STAD-1.9.0 en la posición de ajustecalculada.

3. Conectar el CBI a la válvula de referencia.4. El operario (1) ajustará la válvula de compensación para obtener el ∆pR

seleccionado en la de referencia. Esta operación permite obtener el caudal dediseño en el ramal de referencia. Si el ∆pR seleccionado no puede obtenerse,esto puede ser debido a que los ramales de la columna, que aún no han sidoequilibrados, están en sobrecaudal. Se recomienda, en este caso, cerrar losramales necesarios hasta obtener el ∆pR seleccionado.


STAD-1.0

Referencia (STAD-1.9.0)

STAD-1.2.0

STAD-1.1.0

CBI

CBI

2

1

3

STAD-1.0

STAD-1.9.0

STAD-1.2.0

STAD-1.1.0

STAD-2.0

STAD-2.9.0

STAD-2.2.0

STAD-2.1.0

STAD-7.0

STAD-7.9.0

STAD-7.2.0

STAD-7.1.0

CB

I

Válvula dereferencia

STAD-0Válvula de

compensación

CBI

24 25


Debe seleccionarse el ∆pR, de acuerdo con las recomendaciones detalladas en elpunto 5.3., normalmente 3 kPa. Este valor preliminar se denominará ∆pRo. Seprocederá a equilibrar el sistema, aplicando el Método de Compensación. Cuandose llegue al circuito “index” se comprobará que es imposible obtener el caudal dediseño, ya que la presión diferencial disponible es sólo de 29 kPa, cuando esnecesario disponer de más de 40 kPa para obtener el caudal de diseño. Esteproblema se soluciona aplicando el siguiente procedimiento:

1. Cerrar la válvula de equilibrado V2 del circuito “index” y reajustar el caudalcorrecto en la de referencia con la válvula de compensación. Medir la presióndiferencial aplicada en la válvula V2. Denominar este valor ∆p

O.

2. Preajustar V2 para obtener 3 kPa como mínimo para el caudal de diseño.3. Abrir la válvula de compensación para obtener el caudal requerido en V2.4. Medir el caudal en el circuito de referencia y calcular el factor de caudal

λ = Caudal medido / caudal de cálculo5. El valor ∆pR a adoptar en la válvula de referencia viene dado por la fórmula:

∆pR (nuevo) = ∆pRo + ∆po x (λ2 – 1)6. Preajustar la válvula de referencia para obtener este valor para el caudal de

diseño y reequilibrar el módulo completo.

Aplicado este procedimiento se obtienen los resultados representados en la fig. 5.7que conviene comparar con los obtenidos en la fig. 5.6.

Fig 5.7: Presiones diferenciales disponibles en los circuitos y pérdidas de carga en lasválvulas de equilibrado y terminales.

37 kPa39 kPa41 kPa43 kPa

17 kPa24 kPa

120 kPa

2(40 kPa)

320 kPa

415 kPa

520 kPa

45 kPa

21 kPa3 kPa25 kPa


El procedimiento de equilibrado es exactamente igual al descrito para elequilibrado de los ramales de una columna.

En este caso, la válvula de referencia es la STAD-7.0. y la de compensación , laSTAD-0.

Cuando el equilibrado de las columnas 7.0., 6.0.,etc., esté terminado, lainstalación estará completamente equilibrada para el caudal de diseño.

La pérdida de carga en la STAD-0 determina el sobredimensionamiento de labomba. Si es excesiva, se recomienda sustituir la bomba, modificar su rodete ovariar su velocidad.

5.8 Ajuste de la válvula de referencia cuando laspérdidas de carga en los terminales difierensustancialmente

Si las pérdidas de carga en los terminales difieren sustancialmente, un ∆pR de 3kPa en la válvula de referencia puede no ser suficiente para disponer en los otrosterminales de la presión diferencial necesaria. Este problema se soluciona por elMétodo Proporcional utilizando el mismo factor de caudal en la válvula dereferencia que el medido en el circuito “index”.

Sin embargo, el Método Proporcional, a menudo, sobreestima el ∆pR, nooptimizándose el proceso de equilibrado, dando lugar a pérdidas de cargainnecesariamente elevadas.

A continuación, se describe un método para determinar el valor adecuado de∆pR.

El ramal del esquema de la fig. 5.6., está compuesto por terminales condiferentes pérdidas de carga.

Fig 5.6: Para los 3 kPa seleccionados en la válvula de referencia, la presión diferencialpuede ser demasiado pequeña para el circuito “index”, en este caso el terminal 2.

23 kPa25 kPa27 kPa29 kPa

3 kPa10 kPa7 kPa?

120 kPa

2(40 kPa)

320 kPa

415 kPa

520 kPa

V2

26 27

6. El Método TA Balance

6.1 Preparación del procedimiento

Durante las mediciones se supone que la presión diferencial “∆H” a la entrada delmódulo se mantiene constante. El valor “∆H” es irrelevante, a menos que seainsuficiente para obtener resultados medibles. Por esta razón, las columnas o losmódulos que todavía no han sido equilibrados, y que pudieran estar en sobrecaudal,deberán aislarse. Para asegurar que la pérdida de carga en las válvulas deequilibrado sea suficiente para obtener medidas correctas, se preajustan al 50% desu apertura (2 vueltas en las STAD´s). La válvula de compensación del módulodebe estar totalmente abierta durante su procedimiento de equilibrado.

El método TA Balance requiere que las válvulas se enumeren según se indicaen la fig. 6.1. La primera válvula después de la de compensación deberá ser lanúmero 1, numerando las siguientes sucesivamente 2, 3, … La de compensación nose enumera en esta fase.

6.2 Procedimiento

El procedimiento se aplica a cada módulo de manera independiente.El CBI facilita en pantalla las instrucciones paso a paso del procedimiento.Para cada válvula y en cualquier orden dentro del módulo, se aplica el siguiente

procedimiento:1. Introducir el número de referencia, tipo, tamaño y posición actual (ej. 1; STAD;

DN 20; 2 Vueltas).2. Introducir el caudal deseado.3. Se realiza una medida automática de caudal.4. Cerrar la válvula completamente.5. Se efectúa una medida automática de presión.6. Reabrir la válvula a su posición previa.7. Una vez medidas todas las válvulas del módulo, el CBI requiere realizar una

medida en la válvula de compensación totalmente cerrada.

Concluido este procedimiento, el CBI calcula las posiciones de ajuste de todas lasválvulas de equilibrado del módulo. Las válvulas deben fijarse y bloquearse endichas posiciones.

El CBI “descubre” el circuito “index” (aquel que requiere la mayor presióndiferencial) y asigna a su correspondiente válvula en equilibrado una posición talque la pérdida de carga sea la mínima para medir correctamente el caudal. Estevalor es normalmente 3 kPa, pero puede cambiarse si se desea. La posición de lasotras válvulas de equilibrado del módulo se calcula automáticamente para obtenerel equilibrado relativo entre los circuitos del módulo. Estas posiciones no dependende la presión diferencial ∆H aplicada al módulo, siempre y cuando no varíe durantela realización de las medidas.

En este momento los caudales correctos aún no han sido obtenidos. Sealcanzarán cuando se ajuste la válvula de compensación al caudal total requeridoen el módulo. Esta operación se realizará posteriormente en el procedimiento.


El Método TA Balance está programado en el instrumento de equilibrado CBI. Ofreceademás de las tres ventajas del Método de Compensación, la posibilidad de equilibrar toda

la instalación con un solo operario y un único instrumento de medida CBI.

Estas cuatro ventajas son las siguientes:

Equilibrados parciales. Puede equilibrarse la instalación por etapas, mientras su montajecontinúa, sin necesidad de reequilibrar la misma cuando esté totalmente terminada.

Equilibrado más rápido. Cada válvula se ajusta una sola vez.

Optimización de los costes de bombeo. Cuando el equilibrado está terminado, puedemedirse en la válvula de equilibrado principal el sobredimensionamiento de la bomba.Como consecuencia, puede reducirse su altura manométrica con sustanciales ahorrosenergéticos, sobre todo en las instalaciones de frío.

Un solo operario y un único instrumento de medida. Una vez efectuadas algunas medidasen las válvulas de equilibrado del módulo, el programa determina los ajustes precisos paraobtener los caudales requeridos.

El programa asume que la instalación está dividida en módulos. Recordemos queun módulo consta de varios circuitos (unidades terminales) conectadas, en retornodirecto, a las mismas tuberías de impulsión y retorno. Cada circuito posee su propiaválvula de equilibrado y el módulo dispone de una válvula general, llamada decompensación.

Fig 6.1: Un módulo está constituido por varios circuitos que tienen en común la tuberíade impulsión, la de retorno y una válvula de equilibrado denominada de compensación.

1 2 3 4 5


∆H

Módulo

28 29


6.4 Equilibrado de las columnas entre sí

Una vez equilibradas individualmente todas las columnas, éstas constituirán unmódulo cuya válvula de compensación es la de equilibrado principal asociada a labomba.

Fig 6.3: El conjunto de las columnas constituyen el módulo general

En este nuevo módulo, las columnas se equilibran entre sí siguiendo el mismoprocedimiento, TA Balance.

Finalmente, el caudal total de la instalación se ajusta en la válvula principal deequilibrado. Una vez finalizada esta operación, todos los circuitos y unidadesterminales dispondrán de sus caudales de diseño. Para su verificación, deberáhacerse un muestreo en algunas válvulas de equilibrado.

Los resultados se imprimen vía PC, proporcionando una lista de las válvulas deequilibrado, sus posiciones y sus caudales de control si éstos datos hubieran sidoalmacenados en la memoria del CBI.

Todo el exceso de altura manométrica de la bomba se localiza en la válvula deequilibrado principal. Si fuese importante, podría reducirse la velocidad máxima(bomba de velocidad variable) o cambiarse el rodete para reducir la alturamanométrica y en consecuencia los costes de bombeo. En ciertos casos elsobredimensionado de la bomba es tan grande que es aconsejable sustituirla porotra más pequeña.

En las bombas de velocidad variable la optimización de la potencia de bombeose realiza reduciendo progresivamente la velocidad máxima de rotación hastaobtener el caudal total de la instalación, medido en la válvula de equilibradoprincipal.


6.3 Equilibrado relativo de los módulos de unacolumna entre sí

Una vez equilibrados individualmente, los módulos deben equilibrarse entre sí. Elprocedimiento de equilibrado consiste en determinar las posiciones de las válvulasde compensación de los módulos 1, 2 y 3 de la columna mediante el método TABalance.

Fig 6.2: El módulo de la columna está constituido por los módulos 1, 2 y 3.

Módulo3

Módulo2

Módulo1


Válvula de compensacióngeneral de toda la instalación

Módulo final

= Válvula principal de equilibrado

31 2

30 31

7. Algunos ejemplos de instalaciones

7.1 Distribución a caudal variable

Fig 7.1: Esquema general hidráulico de una distribución

La distribución se divide en módulos.STAD-1.1 es la válvula de compensación del primer ramal de la primera

columna.STAD-1 es la válvula de compensación del módulo de la primera columna y

STAD-0 es la válvula general de compensación.Cuando las unidades terminales son radiadores, las válvulas termostáticas se

preajustan sobre la base de una pérdida de carga de 10 kPa para el caudal dediseño. El equilibrado hidráulico se realiza normalmente antes de colocar lascabezas termostáticas.

Para equilibrar esta distribución, se recomienda aplicar el Método deCompensación (consultar capítulo 5) o el Método TA Balance (consultar capítulo6). La válvula principal de equilibrado STAD-0 pone de manifiesto elsobredimensionamiento de la bomba y permite tomar la acción correctivacorrespondiente. Si la bomba es de velocidad variable, la válvula de equilibradoprincipal podrá optimizar la consigna del variador.

STAD-1

STAD-1.1

STAD-0

Columna 1 Columna 2

STAD-2

STAD-2.1


Notas:1. Durante la realización de medidas en un módulo, deberán evitarse

perturbaciones externas (aislamiento de otras columnas, actuación de válvulasde control, paro/arranque de bombas,…). Estas podrían causar errores en laelaboración del modelo matemático del módulo y consecuentemente, errores enlos caudales obtenidos con las posiciones calculadas.

2. Cuando se mide la presión diferencial en una válvula de equilibrado totalmentecerrada, el CBI dispone de una protección interna que lo deja fuera de servicioal sobrepasarse la presión diferencial de 200 kPa.

3. El método TA Balance es el más rápido para equilibrar, pues requiere solamenteun técnico y un procedimiento muy simple y sistemático. Sin embargo,comparado con el de Compensación, el TA Balance requiere ir una vez más acada válvula de equilibrado. Si las válvulas de equilibrado no son fácilmenteaccesibles, el Método de Compensación podría resultar más económico.

32 33


Ejemplo:La presión diferencial primaria disponible es de 40 kPa. Durante el procedimientode equilibrado se estableció una pérdida de carga de 27 kPa en la válvula deequilibrado del ramal para obtener el caudal correcto de 600 l/h en el mismo. Estoimplica que subsiste una presión diferencial de 40-27 = 13 kPa entre AB en lascondiciones de diseño. Las válvulas de radiador se han preajustado para 10 kPa,pero para obtener el caudal total correcto, esta presión diferencial de 10 kPa debeestablecerse en el centro del ramal, es decir, más de 10 kPa al principio del mismo(es decir, los 13 kPa no deben sorprendernos).

Consideremos ahora que algunas válvulas termostáticas cierran, disminuyendoel caudal secundario q

S. La tabla mostrada a continuación permite evaluar el

comportamiento de la presión diferencial secundaria así como la evolución delcaudal en el primario.

Table 7.1: El cierre de las válvulas termostáticas provoca la apertura progresiva de la BPV.

Como el caudal primario ha disminuido sólo de 600 l/h a 525 l/h, la presióndiferencial primaria de 40 kPa permanece prácticamente inalterada.

La BPV comienza a abrir cuando ∆pAB alcanza la consigna de 15 kPa. Cuandotodas las válvulas termostáticas cierran, la presión diferencial ∆pAB alcanza 20,6kPa en lugar de más de 40 kPa si no se hubiera instalado una BPV.

La pérdida de carga en la válvula principal de equilibrado STAD-0 pone demanifiesto el sobredimensionamiento de la bomba y permite tomar la accióncorrectiva correspondiente. Si fuese de velocidad variable, la válvula mencionadapodrá optimizar la consigna del variador.

Caudal secundario Caudal en ∆p AB Caudal Primarioqs la BPV qp

600 0 13.0 600

576 1 15.0 577

562 14 15.1 576

400 162 16.5 562

100 430 18.9 530

0 525 20.6 525


7.2 Distribución con BPV´s

Fig 7.2: En cada ramal una válvula de descarga de acción proporcional mantieneconstante la presión diferencial .

Este tipo de distribución se utiliza mucho en instalaciones centralizadas decalefacción equipadas con válvulas termostáticas de radiador. También en circuitosde fan-coils regulados por válvulas de control de dos vías.

En cada ramal, una válvula de equilibrado se combina con una BPV dedescarga modulante. El cierre de algunas válvulas de control, determina elincremento de la presión diferencial AB. Si se alcanza la consigna de la BPV, éstacomienza a abrir. El incremento de caudal en la BPV crea una pérdida de cargasuficiente en la válvula de equilibrado STAD para mantener aproximadamenteconstante la presión diferencial entre A y B. Sin válvula de equilibrado, la BPV,abierta o cerrada, se encontraría sometida directamente a la presión diferencialentre las tuberías de impulsión y retorno. La BPV no podría por sí mismaestabilizar la presión diferencial secundaria por lo que debe asociarse a una válvulade equilibrado.

Las válvulas de radiador se preajustan sobre la base de una pérdida de carga de10 kPa para el caudal de diseño. La distribución, como la mostrada en la fig. 7.2, seequilibra con todas las BPV´s completamente cerradas. Una vez equilibrada, laconsigna de la BPV se selecciona igual a los 10 kPa adoptados para el ajuste de lasválvulas de radiador más 5 kPa, es decir 15 kPa en total.

BPV

STAD

A

B

qp

qs

STAD-0

34 35


1. El caudal en la bomba no se reduce por debajo de un valor mínimo prescrito.2. Cuando el caudal de agua es demasiado bajo, las pérdidas caloríficas en tuberías

determinan un elevado salto térmico y los circuitos en servicio no puedensuministrar su potencia máxima ya que la temperatura de alimentación esdemasiado baja en calor y demasiado alta en frío. Un caudal mínimo limita esteefecto.

3. Si todas las válvulas de control están cerradas, el regulador STAP de presióndiferencial estará también cerrado. La presión estática disminuirá en latubería de retorno de la columna por el enfriamiento del agua. La presióndiferencial aplicada a las válvulas de control será tan elevada que aquellas queabran, lo harán produciendo bastante ruido. El caudal mínimo elimina esteproblema.

El preajuste de la BPV se hace aplicando el siguiente procedimiento:• Estando la STAP en servicio normal, se aislan todos los ramales de la columna.• La STAM (STAD) asociada a la STAP se preajusta para obtener una pérdida de

carga mínima de 3 kPa para el 25% del caudal de diseño de la columna.• La BPV se preajusta para obtener el 25% del caudal de diseño, medible en la

STAM (STAD).• La STAM (STAD) se abre totalmente y todos los ramales se vuelven a poner

operativos.

7.4 Distribución con STAP´s en cada ramal

Fig 7.4a: Un regulador STAP estabiliza la presión diferencial en cada ramal.

STAP

STAM (STAD)


7.3 Distribución a caudal variable con STAP´s encada columna

Fig 7.3: El regulador STAP estabiliza la presión diferencial en cada columna

En grandes instalaciones, la altura manométrica puede ser excesiva para losterminales más próximos a la bomba. En este caso, la presión diferencial seestabiliza a pié de cada columna por medio de un regulador STAP de presión.

Cada columna constituye un módulo que puede considerarse comoindependiente de los otros durante el procedimiento de equilibrado. Previamente ainiciar el mismo, la STAP de la columna debe ponerse fuera de servicio y abrirsetotalmente. Una manera fácil de hacerlo consiste en cerrar la toma de presión de laSTAM o de la STAD en el retorno y purgar la parte superior de la cámara de laSTAP.

Cuando los terminales son radiadores, las válvulas termostáticas deben preajustarseinicialmente para el caudal de diseño y una presión diferencial de 10 kPa.

Cuando cada uno dispone de su propia válvula de equilibrado, los terminalesdel ramal se equilibran entre sí, aplicando el Método de Compensación o el TABalance.

Cuando todos los ramales de una columna están equilibrados entre si, la con-signa de su STAP se ajusta para obtener el caudal total requerido, el cual puedemedirse en la STAM (STAD) asociada a pie de columna con la STAP. Lascolumnas no tienen que equilibrarse entre sí.

Nota:Algunos proyectistas colocan una BPV al final de cada columna para disponer deun caudal mínimo cuando todas las válvulas de control están cerradas. Otra alterna-tiva consiste en instalar en algunos terminales una válvula de control de tres vías enlugar de una de dos vías. La obtención de este caudal mínimo tiene ciertas ventajas:

STAPSTAM

oSTAD

36 37


Fig 7.4c: La válvula de control se monta aguas arriba de la válvula de medida STAM.

En el caso de la fig. 7.4c, cuando la válvula de control cierra, la presión diferencial∆H

O se anula y la STAP abre completamente. El circuito secundario permanece en

contacto con la distribución y su presión estática permanece inalterada. Losproblemas indicados en el esquema de la fig 7.4b desaparecen. Como puede verse,un pequeño cambio en el diseño del sistema puede modificar considerablemente lascondiciones de funcionamiento.

7.5 Distribución con STAP´s en cada válvula decontrol

Fig 7.5: La presión diferencial se mantiene constante en cada válvula de control con unregulador STAP.

Cada válvula de control se combina con un regulador STAP de presión diferencial.Desde el punto de vista de control, es la mejor solución. Se consigue además unautoequilibrado.

Sucesivamente, para cada unidad terminal, la válvula de control se abrecompletamente. La consigna de la STAP se selecciona de forma a obtener el caudalde diseño. Este caudal se mide, en la STAM (STAD).

∆H

STAP

∆HoV

STAM


Cada ramal constituye un módulo que puede considerarse como independiente delos otros durante el procedimiento de equilibrado. Previamente a iniciar el mismo,la STAP del ramal debe ponerse fuera de servicio y abrirse totalmente. Una manerafácil de hacerlo consiste en cerrar la toma de presión de la STAM o de la STAD enel retorno y purgar la parte superior de la camara de la STAP.

En el caso de radiadores, las válvulas termostáticas se preajustan para unapresión diferencial de 10 kPa para el caudal de diseño.

Cuando cada uno dispone de su propia válvula de equilibrado, los terminales seequilibran entre sí por el Método de Compensación o el TA Balance. Una vez elramal está equilibrado, la consigna de su STAP se ajusta para obtener el caudal dediseño medible en la STAM (STAD) asociada a la STAP del ramal. A continuaciónse procede análogamente con los otros ramales.Nota: Algunos proyectistas colocan una válvula BPV de descarga modulante al finalde cada ramal para obtener el caudal mínimo cuando todas las válvulas de controlestén cerradas. Otro método consiste en instalar válvulas de control de tres vías enlugar de dos vías en algunas unidades terminales y así obtener este caudal mínimo.

Consultar la nota explicativa del punto 7.3 y el ejemplo siguiente.Ejemplo:Es bastante común instalar una STAP en cada vivienda, en edificios residencialescon sistemas de calefacción y/o climatización centralizada, asociando una válvulade control todo o nada a un termostato ambiente.

Fig 7.4b: Diseño incorrecto con válvula de control montada aguas abajo de la válvula demedida STAM.

Cuando la válvula de control se instala como en el esquema de la fig. 7.4b, ∆HO se

corresponde con la presión diferencial obtenida con la STAP menos la pérdida decarga variable en la válvula de control V. Por tanto, no se consigue una buenaestabilización de ∆H

O.

El segundo problema es que cuando la válvula de control V cierra, la STAP seencuentra sometida a la presión diferencial primaria ∆H y, en consecuencia, cierra.La presión estática en todo el circuito secundario disminuye por el enfriamiento delagua. El ∆p aplicado en la válvula “V” y en la STAP aumenta muysignificativamente. Cuando la válvula de control “V” comienza a reabrir, puedeproducir ruidos. Este problema se soluciona si la válvula de control se instala en elretorno, cerca de la STAP.

El correcto diseño se muestra en la fig. 7.4c.

∆H

STAP

∆HoV

STAM

STAP

Terminal

STAMo STAD

Válvulade control

38 39


Cuando la instalación sólo dispone de una unidad de producción, la alternativa másconveniente es diseñar la distribución a caudal constante. La altura manométrica dela bomba primaria debe vencer las pérdidas de carga de la unidad de producción yde sus tuberías de distribución. Cada circuito secundario dispone de su bomba.

Para evitar los fenómenos de interactividad entre las bombas primarias ysecundarias en cada circuito debe montarse un bypass. Cada circuito secundario seequilibra independientemente de los otros. La distribución primaria se equilibracomo en el esquema de la fig. 7.1, con una puntualización: para evitarcortocircuitos hidráulicos que generen sobrecaudales importantes, se recomiendaposicionar todas las válvulas de equilibrado del primario al 50% de apertura antesde iniciar el procedimiento de equilibrado.

7.7 Distribución a caudal constante con válvulas decontrol de tres vías

Fig 7.7: El caudal primario se mantiene constante mediante válvulas de tres vías montadassobre las unidades terminales.

La distribución se equilibra como en el esquema de la fig. 7.1. A cada válvula detres vías se asocia una válvula de equilibrado STAD-1 en la vía de caudal cons-tante, que resulta esencial para el equilibrado del circuito. La STAD-2 en el bypassdebe crear la misma pérdida de carga que la batería. En este caso, se obtendrá elmismo caudal primario tanto si la válvula de tres vías está completamente abierta ocerrada. Sin embargo, la STAD-2 no resulta necesaria si la pérdida de carga en labatería es inferior al 25% de la presión diferencial disponible para el circuito, lo quesucede en la mayoría de los casos.

STAD-1

STA

D-2


Cada vez que cada válvula de control abre completamente, dejará pasar su caudalde cálculo y por tanto nunca estará sobredimensionada.

Como además la presión diferencial aplicada se mantiene constante, laautoridad de la válvula de control se aproxima a 1. Por lo tanto, se establecerán lascondiciones ideales para asegurar la estabilidad del bucle de control.

El procedimiento de equilibrado se limita a lo anteriormente descrito. Noresulta necesario instalar válvulas de equilibrado ni en los ramales, ni en lascolumnas.

Pero, ¿qué ocurre si ciertas válvulas de control están equipadas con una STAPen serie y otras no?

En este caso, volvamos a la fig. 7.1, con válvulas de equilibrado instaladas enramales y columnas. El equilibrado se realiza con las STAP´s completamenteabiertas y sustituyendo las STAM´s por STAD´s. Una vez la instalación haya sidoequilibrada, se aplicará la siguiente secuencia a cada STAP:• La STAD combinada con la STAP se preajusta para obtener al menos 3 kPa para

el caudal de diseño.• La consigna de la STAP se ajusta para obtener el caudal de diseño en la válvula

de control completamente abierta. El caudal se mide en la válvula deequilibrado STAD.

• La STAD se reabre completamente.

7.6 Distribución a caudal constante con bombassecundarias

Fig 7.6: Distribución a caudal constante en el primario y variable en los circuitossecundarios.

40 41


q1 =

0.86 Pm

∆T

Determinación del caudal de circulaciónSi se acepta que el usuario más desfavorecido recibe agua caliente a la temperaturatS de impulsión menos el salto térmico ∆T, el caudal de circulación se calcula por la

siguiente fórmula:

donde:P

m: Pérdidas caloríficas de las tuberías de alimentación expresadas en watios.

Siendo estas: ΣL + Σd = [SA+AC+AE] + [db+d

c+d

d+d

e].

∆T: Salto térmico admisible (5K).q

1 : Caudal en l/h.

En una primera aproximación, para una diferencia de temperatura de 40 K entre elagua y el ambiente, las pérdidas caloríficas en tuberías son del orden de 10W/m,con independencia del diámetro de las mismas. Esta regla empírica es válida si elespesor expresado en mm de aislante (λ=0.036) corresponde a 0.7 x el diámetroexterior de la tubería sin aislamientos.

Una fórmula empírica más precisa es la siguiente:

con P en W/m, de diámetro exterior de la tuberíaen mm (sin aislamiento)

I = espesor del aislamiento en mm, λ en W/m.K.Para ∆T = 40 y λ = 0.036 esta fórmula se transforma:

con de < 100 mm.

Si la distribución está bien equilibrada, un error en la estimación del caudal total decirculación puede no resultar dramático. Si el caudal se reduce en un 50% y latemperatura de alimentación es de 60ºC, el usuario más desfavorecido recibirá aguaa 51ºC en lugar de a la temperatura esperada de 55ºC. No obstante, los riesgos deproliferación de bacterias aumentan considerablemente.

Consideremos la siguiente hipótesis:ts = 60°C, tr = 55°C y P = 10 W/metro. En consecuencia:

q1 = (ΣL + Σd) = 1.72 (ΣL + Σd)

Siendo el caudal total conocido, sólo nos queda determinar el de cada ramal.Partiendo del punto S (fig. 7.8a) donde está situada la sonda de medida, la tempera-tura del agua a la entrada al ramal A puede calcularse de la siguiente manera:

tA = t

S - siendo P

SA = pérdidas calóricas en el tramo SA.

0.86 x 10(60-55)

0.86 PSA

q1


7.8 Distribución de ACS con válvulas de equilibrado

En las distribuciones de ACS, la temperatura del agua en las tuberías se reduce muysignificativamente cuando el consumo es muy bajo o nulo. Como consecuencia, losusuarios deben esperar mucho tiempo hasta obtener agua caliente. Además, pordebajo de 55ºC, la bacteria Legionella prolifera muy peligrosamente.

Para mantener el agua caliente, se mantiene por las tuberías una circulaciónpermanente que compensa las pérdidas caloríficas se la red. Una bomba decirculación se instala para garantizar un caudal mínimo q

1 en el bucle (fig. 7.8a).

Fig 7.8a: Una bomba de circulación mantiene la temperatura del agua de distribución.

A

S

V1

STAD-2

C1

to

q2

q1

tg

tr

ts

C2

STAD-1

BC

DE

qb qc

qd qe

L db

dedd

dc

tr

P = (3 + )5 de

3.5 +0.036 I

λ

∆T40

P = (3 + )5 de3.5 + I

42 43


L1

L2

L3

L4

40 25 20 35

da

db

dc

dd

10 9 11 12

La temperatura tA a la entrada del ramal es de 59ºC (estimando que entre S y A se pierde

1ºC, ver esquema de la figura 7.8a). La temperatura prevista de retorno es de 55ºC. Para un ∆T= t

A- t

r= 4K, y unas pérdidas medias de 10 W/m, el caudal total q

1

será igual a:

q1 = 0.86 x 10 (ΣLi+Σdi)/(t

A- t

r)

de donde:q

1 = 2.15 (40+25+20+35+10+9+11+12) = 348 l/h.

y t1 = (t

A - 8.6 L

1/q

1)

Para simplificar las fórmulas, se pueden aplicar las siguientes transformaciones:

t1 = 8.6((t

A - t

r)/8.6 - L

1/q

1)+t

r. con (t

A - t

r)/8.6 = λ y D

1 = λ - L

1/q

1

Finalmente t1 = 8.6 D

1+ t

r. En este ejmplo λ = 0.465.

Fórmulas utilizadas.

El uso de estas fórmulas puede extenderse de la misma manera a más circuitos paracalcular los caudales. El cálculo de las temperaturas no es necesario, y se harealizado sólo a título informativo:

Cálculos numéricos.

Comprobamos que el último circuito requiere un 67% del caudal total del ramal mientrasque el primero sólo un 8%. Si la distribución no está equilibrada, ocurrirá lo contrario: elprimer circuito absorberá una parte importante del caudal total.

Una estimación grosera, aunque suficiente de la altura manométrica de la bomba es lasiguiente:

H=10+0.15 (40+25+20+35+12)+3x3=39 kPa.

En ciertos países, se impone que la temperatura del agua de circulación se aumente a 80ºCdurante un cierto tiempo (20 minutos cada mañana en Alemania). Esta “pasteurización”de la instalación constituye una protección adicional contra la proliferación de la Legionella.El equilibrado mediante válvulas manuales se adapta perfectamente a este imperativo, yaque gracias al ajuste de caudales se obtiene una temperatura uniforme en los retornos.

D1= λ-L

1/q

1q

a=d

a /D

1q

2=q

1-q

at1 = 8.6 D

1+t

r

D2=D

1-L

2/q

2q

b=d

b /D

2q

3=q

2-q

bt2 = 8.6 D

2+t

r

D3=D

2-L

3/q

3q

c=d

c /D

3q

4=q

3-q

ct3 = 8.6 D

3+t

r

D4=D

3-L

4/q

4q

d=d

d /D

4t4 = 8.6 D

4+t

r

D1=0.465-40/348=0.351 q

a=10/0.351= 29 q

2=348-29=319 t

1=8.6x0.351+55=58.0

D2=0.351-25/319=0.272 qb= 9/0.272= 33 q3=319-33=286 t2=8.6x0.272+55=57.3

D3=0.272-20/286=0.202 q

c=11/0.202= 54 q

4=286-54=232 t

3=8.6x0.202+55=56.7

D4=0.202-35/232=0.051 qd=12/0.051=232 q4 es evidentemente = qd t4=8.6x0.051+55=55.4


Para el primer ramal, las pérdidas son ZAC

= PAC

+Pdb+Pd

c, pudiendo de esta mane-

ra calcularse las sucesivas temperaturas en las acometidas así como los caudalesrequeridos

El caudal qAD

= q1– q

AB, lo que permite calcular t

A y el segundo ramal como en la tabla

anterior.Este procedimiento tan simple y sistemático puede aplicarse a sistemas mucho más

complejos.Una vez conocidos los caudales, la instalación puede equilibrarse normalmente con

ayuda del Método de Compensación o del TA Balance.Para una estimación grosera de la altura manométrica de la bomba de circulación, las

pérdidas de carga en las tuberías de alimentación pueden despreciarse. Considerandoúnicamente las tuberías de retorno, se sugiere H [kPa]= 10+0,15 (L

SE+de) +3 kPa por

cada válvula de equilibrado en serie (3 en este ejemplo). Si LSE

+de = 100 metros porejemplo, H = 10+15+9 = 34 kPa. En esta fórmula, consideramos 10 kPa de pérdida decarga en el intercambiador de calor y sus accesorios, así como una pérdida de carga mediade 0.15 kPa/m en las tuberías de retorno.

Consideremos ahora el ramal AC de la figura 7.8a, pero con 4 circuitos dedistribución (Fig. 7.8b). Evidentemente, se puede utilizar el procedimiento aquí descritopara el cálculo de los caudales. Sin embargo, las fórmulas pueden hacerse mássistemáticas utilizando el procedimiento que se describe a continuación:

Fig 7.8b: Ramal de distribución con 4 circuitos.

Las longitudes consideradas para las tuberías son las siguientes:

qAB

=0.86 Z

AC

tA - 55

0.86 PAB

qAB

tB = t

A -

0.86 Pdb

tB

- 55q

b =

qBC

= qAB

- qb

0.86 PBC

qBC

tC = t

B -

0.86 Pdc

tC

- 55q

c =

L1

qa db dc dd

L4L3L2

q1 q4q3q2

da qdqcqb

t4t3t2t1

tA

tr trtrtr

Longitudes de tuberías en metros.

44 45

Apéndice A

El método del PreajusteSe trata de un método de cálculo que generalmente se aplica mediante ordenador.

Se determina la pérdida de carga de cada unidad terminal y de sus elementosperiféricos (válvula de control, codos, accesorios, etc…) para el caudal de diseño.A continuación se añaden las pérdidas de carga de las tuberías y accesorios hastallegar a la bomba. Se obtiene así la altura manométrica necesaria para alimentareste terminal.

La bomba se selecciona para satisfacer el terminal más exigente. Una vezseleccionada, se resta de su altura manométrica real, la teóricamente necesaria paracada terminal. Esta diferencia determina el exceso de presión diferencial al que estásometido y que es necesario absorber de alguna manera.

Si se trata de una distribución a caudal variable, resulta muy útil recalcular lasválvulas de control de dos vías de forma que tomen la mayor parte posible de estapresión diferencial. El saldo se absorbe en las válvulas de equilibrado.

Si todos los terminales de una columna están sometidos a un exceso de presióndiferencial de 20 kPa como mínimo, por ejemplo, éste puede tomarse en la válvulade pié de columna, y los saldos de presión en las de ramal y unidades terminales.La instalación se beneficia del efecto de no-simultaneidad de las variaciones decarga. Cuando una válvula de control, se cierra, la presión diferencial aplicada noaumenta en los 20 kPa retenidos en la válvula de equilibrado de pié columna, cuyocaudal disminuye poco en valor relativo. Por tanto, la autoridad de la válvula decontrol permanece estable. Sólo si la mayoría de las válvulas de control cierran almismo tiempo, puede producirse un aumento sensible de las presiones diferencialesaplicadas sobre las válvulas de control cerradas. En ese preciso momento, susautoridades pueden reducirse de manera notable.

Los valores de preajuste y los caudales deben indicarse sobre los planos oesquemas, hecho que simplifica considerablemente el trabajo del instalador y lasverificaciones posteriores.

El Método del Preajuste se realiza, normalmente, sobre el esquema de lainstalación diseñada por el ingeniero-consultor. Por tanto, son necesarias una seriede correcciones para tener en cuenta la instalación real ejecutada y las desviacionesde las hipótesis de cálculo (rugosidad de las tuberías, pérdidas de carga reales delas unidades terminales, etc).


7.9 Distribución de ACS con TA-Therm

Fig 7.9: La temperatura de los retornos se mantiene constante automáticamente.

Es posible asegurar un reparto equitativo de caudales entre los circuitos sanitarios me-diante válvulas termostáticas TA-Therm de dos vías. Estas se colocan en las tuberías deretorno de las distribuciones de ACS. Se abren cuando la temperatura del agua es inferiora su consigna, regulable entre 35 y 65ºC. Un termómetro puede incorporarse a la válvulacon el fin de poder verificar la temperatura obtenida.

Los caudales de circulación se calculan (ver fig. 7-8b) para poder dimensionar lastuberías de retorno y la bomba de circulación. Para los circuitos alejados, la alturamanométrica necesaria en la bomba puede estimarse (considerando un Kv = 0.3 en lasTA-Therm) de la siguiente manera:

Circuito qe : H = 10 + 0.15 (SE+d

e) + (0.01 q

e /0.3)2 + 3

Circuito qc : H = 10 + 0.15 (SC+d

c) + (0.01 q

c /0.3)2 + 3

Se toma el valor H (en kPa) más elevado, estando el caudal expresado en l/h.El Kv de 0.3 corresponde a una desviación de 2°C, de la temperatura del agua con

respecto a la consigna de la TA-Therm.Si la instalación debe someterse a un “flushing” a alta temperatura, las TA-Therm se

opondrán al haber sido ajustadas para una temperatura inferior. El bypass de cada TA-Therm mediante una válvula electromagnética, normalmente cerrada, es una solucióncostosa. Por tanto, en estos casos es preferible adoptar la solución explicada en el punto7.8 con válvulas manuales de equilibrado.

Hay que señalar que no se aconseja desconectar la bomba de circulación de ACSdurante los períodos de no-utilización (por la noche por ejemplo) debido a dos razonesprincipales:• Se reduce la protección contra la legionella. No obstante si la parada esta programada

se aconseja un “flushing” a alta temperatura en el arranque.• Cuando la bomba de circulación se para, el agua en las tuberías se enfría haciéndose más

ávida de sales minerales. Esta propensión en la absorción de sales hace más agresiva elagua, con los riesgos de deterioración de las tuberías y accesorios si no se hanadoptado las precauciones necesarias.

A

S

V1

STAD-2

to

q2

q1

tg

tr

ts

C2

STAD-1

BC

DE

qb qc

qd qe

L

de

dcdb

dd

46 47

Apéndice B

Correcciones de caudal cuando los terminales estánsobredimensionadosCuando se conocen las necesidades térmicas, los caudales teóricos en los diferentesterminales quedan definidos intrínsecamente para el salto térmico seleccionado.Basta con aplicar las siguientes fórmulas:

ó

Sin embargo, los terminales no están necesariamente alimentados a la temperaturaprevista, y probablemente estén sobredimensionados respecto a las necesidades. Elcaudal de agua que permite obtener la emisión máxima requerida debedeterminarse sobre la base de las informaciones facilitadas por el fabricante de launidad terminal.

RadiadoresLa potencia emitida por un cierto terminal viene definida en las condicionesnominales por el subíndice “n”. Este terminal probablemente trabaje en otrascondiciones y eventualmente con un coeficiente de sobrepotencia. Se puedecalcular la temperatura “t

r” de retorno del agua para obtener la potencia de diseño

necesaria, de la que se deduce el caudal, a través de la siguiente fórmula:

tr

= Temperatura de retorno del agua (trn en condiciones nominales)

ts

= Temperatura de impulsión del agua (tsn

en condiciones nominales)ti

= Temperatura ambiente (tin en condiciones nominales)

Pc

= Potencia en W requerida por el radiador.P

n= Potencia en W, en condiciones nominales, del radiador instalado.

Si el fabricante del radiador, no facilita el subíndice n en (2/n) por defecto se puedeutilizar n=1.33.

Ejemplo: Un radiador debe suministrar una potencia de cálculo Pc

= 1000 W a unambiente a temperatura t

i= 22°C. La temperatura de alimentación es t

s= 75°C. La

potencia real del radiador instalado es Pn

= 1500 W, definida para una temperaturade impulsión t

sn= 80°C y una de retorno t

rn= 60°C y para una temperatura

ambiente tin

= 20°C. ¿Cuál debería ser el caudal del radiador?Sustituyendo los valores en la fórmula, la temperatura de retorno será t

r= 46°C.

Por tanto, el salto térmico real será ∆T = 75-46 = 29K, y el caudal q = 0.86 x 1000/29, es decir, 30 l/h.

q = (l/h)0.86 P∆T

c

q = (l/s)0.86 P4186 ∆T

c

tr = t

i +

(tsn

- tin) (t

rn - t

in)

(ts - t

i) (P

n / P

c)2/n

Apéndice B

Baterías de aire acondicionadoEn el caso de un intercambiador de calor aire/agua (batería de aire acondicionado),el caudal corregido debe ser establecido por el fabricante, al intervenir numerososparámetros. No obstante, en una primera aproximación, el caudal de agua q

C a

adoptar puede estimarse como se indica a continuación. Se han considerado que losintercambios son independientes de la velocidad del aire, a contracorriente yausencia de condensación en la batería.

Las condiciones nominales (de catálogo) son las siguientes:q

n: caudal de agua en Kg/h (l/h)

Qn

: caudal de aire en Kg/h (1 m3/h ≅ 1,293 Kg/h)tsn

: temperatura del agua a la entrada.trn

: temperatura del agua a la salida.tasn

: temperatura del aire a la entrada.tarn

: temperatura del aire a la salida.P

n: potencia intercambiada en W.

Con Pn = 0.36 Q

n (t

asn – t

arn), q

n = 0.31 Q

n (t

asn – t

arn) /

(tasn

– trn) y P

C = 0.36 Q

C (t

asc – t

arc).

Las condiciones actuales se caracterizan por el subíndice “c” (qC, Q

C, t

SC, t

CC y P

C)

Haciendo: an = (t

asn – t

arn) / (t

asn – t

sn); ac = (t

asc – t

arc) / (t

asc – t

sc)

y ae = (tasn

– trn) / (t

asn – t

sn).

Sustituyendo:

Ejemplo:

0.31 Qca

c

Qca

c1-a

n

Qna

n1-a

c

1 - x x ae

2

Condiciones nominales Condiciones actuales

Caudal de aire m3/h Qn 10 000 Qc 14 000Entrada de agua °C tsn 6 tsc 6,5Salida de agua °C trn 12Entrada de aire °C tasn 35 tasc 30Salida de aire °C tarn 20 tarc 21

an 0,517 ac 0,383ae 0,793

Potencia Watt Pn 53 996 Pc 45 356Caudal de agua l/h qn 7 739 qc 4 988Salida de agua °C trn 12 trc 14,3

( )

48 49

Apéndice C

Ejemplo:Una válvula de equilibrado debe seleccionarse para ajustar un caudal de 2.000 l/h.Se desconoce la pérdida de carga a crear. Al estar el caudal situado entre 1.300 y2.400 l/h, hay que seleccionar una STAD-25.

Para 2.000 l/h, la pérdida de carga de una tubería de acero DN 25 es de 530 Pa/m (consultar diagrama C1). Como la pérdida de carga es demasiado elevada,probablemente se seleccionará una tubería DN 32.

Es posible también seleccionar una STAD 32 del mismo diámetro que latubería. Para obtener 3 kPa en la STAD 32 para un caudal de 2.000 l/h, debe fijarseen la posición 3.45 (apertura del 85%). Este valor es perfectamente aceptable (seaconsejan posiciones que supongan aperturas superiores al 80%).

Apéndice C

Tabla de selección de válvulas de equilibrado para evitar sobredimensionamientos cuandose desconoce la pérdida de carga.

Kv = q (l/h), ∆p (kPa)0.01 x q

√∆p

Kv = q (l/s), ∆p (kPa)36 x q

√∆p

Dimensionamiento de las válvulas de equilibradoCuando se instala una válvula de equilibrado de un diámetro superior al necesario,no sólo es más costosa, sino que además debe ajustarse en una posición máspróxima a su cierre, con lo que se pierde precisión en la medición del caudal.

El rango operativo ideal de la válvula de equilibrado se sitúa entre el 50 y el100% de su apertura máxima. Por tanto, su selección debe hacerse de forma que lapérdida de carga a crear para el caudal de diseño, determine una posición de ajustede la válvula dentro del mencionado rango.

Pérdidas de carga por debajo de 3 kPa reducen considerablemente la precisiónen las medidas debido a su mayor sensibilidad a las turbulencias del agua creadasen los elementos perturbadores aguas arriba de la válvula de equilibrado (bomba,válvulas de control, codos, etc). En principio es inútil seleccionar una válvula deequilibrado que cree, completamente abierta y para el caudal de diseño, unapérdida de carga inferior a 3 kPa. La selección del diámetro de la válvula debebasarse en este criterio.

Cuando se conoce la pérdida de carga a crear, las siguientes fórmulas puedenutilizarse para seleccionar la válvula de equilibrado:

Ejemplo: Una válvula de equilibrado debe crear una pérdida de carga de 15 kPapara un caudal de 2.000 l/h. Aplicando la fórmula anterior, resulta un Kv = 5.16. Laválvula de equilibrado que dispone del Kvs más próximo por encima de 5.16 es laSTAD-20 (consultar tabla).

Cuando la pérdida de carga a crear es desconocida la selección puede hacersecon ayuda de la siguiente tabla:

STAD Kvs

DN Min Max Min Max Min Max Min Max

10 1,47 100 430 0,028 0,119 0,5 8,6 17 390 76 1332 0,14 0,59 0,23 0,97

15 2,52 350 750 0,097 0,208 1,9 8,9 62 244 268 1085 0,27 0,57 0,48 1,04

20 5,7 650 1600 0,181 0,444 1,3 7,9 61 312 184 990 0,31 0,77 0,49 1,21

25 8,7 1300 2400 0,361 0,667 2,2 7,6 55 167 213 664 0,36 0,66 0,62 1,15

32 14,2 2000 3800 0,556 1,056 2,0 7,2 57 183 119 391 0,41 0,77 0,55 1,04

40 19,2 2800 5700 0,778 1,583 2,1 8,8 33 119 104 390 0,35 0,72 0,57 1,15

50 33,0 4500 11000 1,250 3,056 1,9 11,1 19 77 100 408 0,23 0,57 0,57 1,39

15 2,00 200 450 0,056 0,125 1,0 5,1 21 97 96 438 0,15 0,34 0,28 0,62

20 2,00 200 600 0,056 0,167 1,0 9,0 7 53 21 167 0,10 0,29 0,15 0,46

25 4,01 600 1200 0,167 0,333 2,2 9,0 13 48 53 193 0,16 0,33 0,29 0,57

65 95,1 10 25 2,78 6,94 1,1 6,9 38 208 84 467 0,52 1,30 0,72 1,79

80 120 18 38 5,00 10,56 2,3 10,0 31 125 113 463 0,56 1,17 0,94 1,98

100 190 33 60 9,17 16,67 3,0 10,0 34 105 96 297 0,67 1,22 1,02 1,85

125 300 55 95 15,28 26,39 3,4 10,0 35 97 89 251 0,77 1,33 1,12 1,94

150 420 90 150 25,00 41,67 4,6 12,8 24 63 90 235 0,74 1,24 1,26 2,09

200 765 150 270 41,67 75,00 3,8 12,5 20 60 63 189 0,78 1,41 1,24 2,22

250 1185 270 420 75,00 116,67 5,2 12,6 25 58 60 138 1,00 1,55 1,41 2,19

300 1450 400 650 111,11 180,56 7,6 20,1 29 71 53 131 1,16 1,88 1,48 2,40

DN válvulaDN válvula + 1

Tabla de selección

STA-DR

Velocidad en tuberías en m/sVálvula abierta

∆p en kPa

DN válvula + 1 DN válvulaCaudal de agua

STAF m3/h l/s

Pérdidas de carga en tuberías en Pa/m

l/h

Caudal de agua

l/s

50 51

Apéndice D

Instalación de las válvulas de equilibradoCon el fin de garantizar una buena precisión en la medida del caudal en una válvulade equilibrado, se recomienda montarla aguas abajo de un tramo recto de tuberíacuya longitud sea al menos superior a 5 veces su diámetro y no más próxima a otrotramo de longitud superior a 2 veces el mismo.

Fig D1: Tramos rectos mínimos de tubería antes y después de una válvula de equilibrado.

Si la válvula de equilibrado se monta inmediatamente después de algúncomponente susceptible de crear importantes perturbaciones hidráulicas, tal comouna bomba o una válvula de control, se recomienda que el tramo recto de tuberíaprevio a la válvula sea como mínimo de una longitud igual a 10 veces el diámetro.Por supuesto, no debe instalarse nada en dicho tramo que pueda crearperturbaciones (como por ejemplo una sonda de temperatura)

¿Dónde debe instalarse la válvula en la impulsión o en elretorno?Desde el punto de vista hidráulico, es irrelevante instalar la válvula de equilibrado ala entrada (tubería de impulsión) o a la salida (tubería de retorno) del circuito. Elcaudal de entrada es necesariamente igual al de salida.

Sin embargo, es práctica habitual instalar válvulas de equilibrado en los retor-nos, sobre todo si disponen de dispositivo de vaciado, para, de esta manera, podervaciar o drenar la unidad terminal. También se recomienda montarlas en el sentidoque la circulación del agua tienda a abrir la válvula. En estas condiciones la medidadel caudal es más precisa y los ruidos de circulación resultan atenuados.

Fig D2: El caudal tiende a abrir la válvula.

5d 2d 10d

Apéndice C

∆p

Pa/m

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600

20°C 5.0

4.0

0.2

0.3

0.4

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.1

0.5

1

5

10

50

100

1000

0.1

0.5

1

5

10

50

100

500

DN300300

20

30

40

50

60

70

80

90100

120

140

160

180

200

250

DN10

DN15

DN20

DN25

DN32

DN40

DN50

DN65

DN80

DN100

DN125

DN150

DN200

DN250

vm/s

mmdiql/s m3/h

Fig C1: Pérdidas de carga y velocidades en tuberías de acero (rugosidad de 0.05 mm)para agua a 20°C.

Este diagrama permite verificar si el diámetro seleccionado de la válvula deequilibrado es compatible con el de la tubería. Normalmente, la tubería debe tenerel mismo diámetro o uno superior al de la válvula.

Ejemplo:Para una tubería DN 80 y un caudal de agua de 20 m3/h, la velocidad es de 1 m/s yel ∆p de 135 Pa/m. Con esta tubería, tanto la STAF 65 como la STAF 80 sonperfectamente aceptables.

52 53

Antes de comenzar: se recomienda lo siguiente:El equilibrado hidráulico se realiza en las condiciones de diseño. Por tantoconviene asegurarse que éstas pueden alcanzarse antes de comenzar a ajustar loscaudales. También se recomienda:

1. Preparar tanto el equipo necesario como los formatos adecuados para laanotación de las medidas que se tomen durante el proceso de equilibrado.

2. Comprobar que la presión estática es suficiente para evitar puntos de succión ofenómenos de cavitación. Es fundamental que la instalación esté bien purgada.

3. Verificar que las válvulas de corte están en la posición correcta.

4. Comprobar que todas las válvulas de equilibrado están en las posiciones depreajuste, si éstas han sido calculadas ó al 50% de apertura, en caso contrario.

5. Verificar que las válvulas de control están en su posición de máxima demanda(apertura nominal), excepto ciertas válvuas de bypass (BPV) que deben estarcerradas si esta es su posición a carga máxima. En el caso de válvulastermostáticas de radiador, las cabezas deben estar retiradas.

6. Comprobar que el sentido de rotación de la bomba es el correcto y si disponende variador, que la consigna esté en la velocidad máxima.

Recomendaciones generales de diseñoEl diseño hidráulico de una instalación depende de sus características y de lascondiciones de trabajo. Sin embargo, para toda distribución a caudal variable, conbomba de velocidad constante o variable, con control modulante o todo o nada, lassiguientes recomendaciones deben tenerse en cuenta:

1. Equilibrar hidráulicamente la instalación en las condiciones de diseño. Estogarantiza el suministro de la potencia total instalada con independencia del tipode control (modulante o todo/nada) seleccionado para las unidades terminales.

2. Aplicar el Método de Compensación o el TA Balance para equilibrar lainstalación. Esto evita procesos tediosos e iterativos y ahorra mano de obra.Ambos métodos determinan el grado de sobredimensionamiento de la bomba ypermiten reducir su consumo energético.

3. Calcular y seleccionar correctamente las válvulas de control de dos vías:a) Característica adecuada (normalmente de igual porcentaje).b) Diámetro y Kv correctos.

Apéndice EApéndice E

Recomendaciones previas a la realización del equilibradoSucede muy a menudo, que los operarios responsables del equilibrado pierden untiempo precioso buscando, por ejemplo la llave de la puerta que permite el accesoal patinillo donde está instalada la válvula de equilibrado, o una válvula en el falsotecho, o estudiando como puede accederse a las tomas de presión de la misma. Paraevitar estos problemas, y ahorrar tiempo, se recomienda realizar previamente unavisita de inspección de la instalación, sobre todo cuando es suficientemente grande.

Deben seguirse las siguientes recomendaciones durante la inspección:

• Verificar que sobre los planos figuran, claramente indicados, los caudales aajustar en las válvulas de equilibrado, comprobando que el caudal totalcorresponde a la suma de los parciales.

• Comprobar que los planos corresponden a la instalación, tal y como ha sidoejecutada. De lo contrario, proceder a corregir los esquemas de principio y, ensu caso los caudales.

• Identificar todas las válvulas de equilibrado y asegurarse que son accesibles, sustomas de presión, verificando, además, sus diámetros. Es muy recomendable lapráctica de etiquetarlas.

• Verificar que la tubería y los filtros están limpios y que la instalación ha sidototalmente desaireada.

• Comprobar que las válvulas de retención están instaladas en el sentido correctoy que no están bloqueadas.

• Asegurarse que se disponen de los medios adecuados para poder excitar lasválvulas de control a su apertura nominal.

• En el caso que las unidades terminales estén sobredimensionadas, verificar quelos caudales han sido recalculados (consultar Apéndice B).

• Otra puntualización a tener en cuenta es que, las pérdidas de carga en tuberíasvarían hasta un 20% entre 20 y 80ºC. Este hecho implica que el equilibradodebe realizarse siempre en las mismas condiciones de temperatura.

• Cargar las baterías del instrumento CBI de equilibrado y comprobar que sedispone de todas las herramientas necesarias en perfecto estado.

54 55

Apéndice F

Existe la tentación de creer que protegiendo el diseño de la instalación con ciertosfactores de seguridad se resuelven todos los problemas que puedan presentarse. Sinembargo, aunque algunos puedan solucionarse así, otros se agravan, especialmenteaquellos relacionados con el sistema de control. A veces, los sobredimensiona-mientos mencionados no pueden evitarse ya que los componentes de unainstalación se seleccionan a partir de una gama limitada de modelos comerciales,cuyas características difieren de las de cálculo. Además, muchas veces, en la fasede diseño se desconocen las especificaciones de algunos componentes que seránseleccionados durante el montaje. Por tanto, resulta fundamental tener al alcancelos medios que permitan corregir y compensar las diferencias entre el proyecto y lainstalación real.

El equilibrado hidráulico ofrece la posibilidad de readaptar la ejecución a lascondiciones de diseño, evitando el sobredimensionamiento de equipos, hecho queconduce a inversiones excesivas y elevados consumos energéticos.

Distribución a caudal constanteEn una distribución a caudal constante (fig. F1a), la válvula de tres vías se calculapara crear una pérdida de carga igual o superior a la de diseño de la batería C, conel fin de obtener una autoridad mínima de 0.5 y, por tanto, un control estable delbucle. Si, por ejemplo, la suma de las pérdidas de carga en la batería y en la válvulade control es de 20 kPa, y la presión diferencial disponible ∆H es de 80 kPa, ladiferencia, 60 kPa debe absorberse en la válvula de equilibrado STAD-1. Sin elmontaje de ésta válvula, el circuito recibirá un sobrecaudal del 200% muy difícil decontrolar y que perturbará hidráulicamente el resto de la instalación.

En otro ejemplo de distribución a caudal constante como el mostrado en la fig.F1b, el montaje de la válvula de equilibrado STAD-2 es esencial para evitar uncortocircuito hidráulico a través del bypass AB. Este daría lugar a un sobrecaudalque produciría subcaudales en otros circuitos. En la STAD-2, se mide, verifica yajusta el caudal q

P a un valor ligeramente superior al de diseño q

S, medido y

ajustado, a su vez, en la válvula de equilibrado STAD-3. Si qS > q

P , el caudal de

agua se invertiría en el bypass AB, creando en A un punto de mezcla. La tempera-tura de impulsión aumentaría en frío y se reduciría en calor, no pudiendo emitir lasunidades terminales su potencia de diseño.

Fig F.1: Ejemplos de circuitos de distribución a caudal constante

El equilibrado garantiza la correcta distribución de los caudales de agua, evitaproblemas operativos y proporciona al sistema de control, las condicioneshidráulicas ideales.

∆H

BPVCC

STAD-2

A

B

STAD-3

qsqp

b

∆H

C

STAD-1

qp

a

Apéndice F

Las tres condiciones hidráulicas fundamentales

El equilibrado hidráulico: Una garantía de confortEn teoría, las nuevas tecnologías empleadas en los sistemas de control puedensatisfacer los requerimientos más exigentes en materia de clima interior y costesoperativos. Sin embargo, en la práctica, incluso los reguladores más sofisticados noson capaces de proporcionar todas sus prestaciones. Las consecuencias negativassobre el confort y los gastos de explotación pueden ser muy importantes.

Normalmente, esto es debido a que el diseño mecánico de la instalación nocumple las tres condiciones hidráulicas fundamentales para obtener un controlpreciso y estable:1. Disponibilidad del caudal de diseño en cada unidad terminal.2. Estabilidad de las presiones diferenciales en las válvulas de control.3. Compatibilidad de los caudales de agua en todas las interfases.

F.1 El caudal de diseño debe estar disponible encada unidad terminal

Síntomas comunesSi no se satisface la condición nº1, aparecerán una serie de problemas típicos, talescomo:• Consumos energéticos superiores a los previstos.• Potencia instalada no disponible a carga máxima o parcial.• Demasiado calor en ciertas zonas y demasiado frío en otras.• Períodos largos hasta conseguir la temperatura ambiente correcta después de un

período de desaceleración o de una parada.

Obtención de los caudales correctosEn una instalación de HVAC, la emisión de cada unidad terminal depende del caudal yde la temperatura del agua a la entrada. El bucle de control combina estos dos factorespara conseguir la temperatura ambiente deseada, pero evidentemente, exige ladisponibilidad de los caudales requeridos.

Hay quien cree que es suficiente con calcular los caudales de agua e indicarlos enlos planos para, posteriormente, obtenerlos en la instalación. Sin embargo, esto no estan simple. Conseguir los caudales requeridos implica poderlos medir y ajustar. Hoy endía, se tiene el convencimiento de que el equilibrado hidráulico es fundamental. Pero:¿cómo hacerlo?, ¿cómo conseguir una correcta distribución de los caudales de agua pormedio de un diseño meticuloso de la instalación?. ¿Es posible, dimensionandocorrectamente todos los componentes de la instalación, obtener una distribuciónadecuada de los caudales? Respondiendo sólo a esta última pregunta: en teoría si, peroen la práctica resulta imposible.

Las unidades de producción, tuberías y terminales se calculan para atender lademanda máxima total o simultánea (en el caso que se adopte un coeficiente desimultaneidad). Si un eslabón de esta cadena hidráulica no está adecuadamentedimensionado, afectará negativamente al rendimiento de los demás y, como resultadono podrá lograrse el confort deseado.

56 57

Apéndice F

Arranque de la instalaciónEn una distribución a caudal variable de agua, los arranques de las instalacionesdespués de un período de desaceleración o parada resultan críticos, ya que todas lasválvulas de control están completamente abiertas. Esta situación generasobrecaudales que inducen pérdidas de carga imprevisibles en la red hidráulica y,en consecuencia, reducen los caudales de agua que reciben los terminales másdesfavorecidos de la instalación. Estos, para recibir los caudales adecuados,deberán esperar a que en las zonas favorecidas se alcance la temperatura ambientede consigna y sus válvulas de control comiencen a cerrar. Por tanto, el arranquepuede complicarse enormemente, consumiendo más tiempo y energía de loprevisto. Además, un arranque no homogéneo dificulta la gestión de una instalaciónpor un sistema de control centralizado e imposibilita cualquier programa deoptimización.

Fig F3: Una instalación hidráulicamente desequilibrada debe adelantar su arranque con elconsiguiente incremento de los consumos energéticos.

En una distribución a caudal constante, los sobre y subcaudales se mantienendurante el arranque y el funcionamiento de la instalación, agravando aún más losproblemas mencionados.

Apéndice F

Distribuciones a caudal variableEn las distribuciones a caudal variable, los problemas derivados de los subcaudalesse producen durante los períodos de plena carga.

Fig F.2: Ejemplo de instalación con distribución a caudal variable

A primera vista, parece difícil justificar el equilibrado de redes de distribución conválvulas de control de dos vías, al estar diseñadas para modular el caudal de agua alnivel requerido. En teoría, el equilibrado hidráulico se realizaría de maneraautomática. Sin embargo, aunque se calculen adecuadamente, las válvulas decontrol comercialmente disponibles responden a unos k

VS determinados que

difieren de los calculados. En consecuencia, la mayoría de las válvulas de controlse sobredimensionan.

Durante las fases de arranque de la instalación, o cuando se producen lasgrandes perturbaciones, o cuando las consignas de los reguladores están fijadas asus valores máximos, o bien cuando las baterías están subdimensionadas, no puedeevitarse la máxima apertura de las válvulas de control, en estos casos se obtendránsobrecaudales y, en consecuencia, subcaudales, salvo que se instalen válvulas deequilibrado.

Toda la instalación se diseña para poder satisfacer las condiciones de plenacarga (con o sin factor de simultaneidad). Por tanto, resulta fundamental disponerde la potencia máxima cuando ésta sea demandada. El equilibrado hidráulicorealizado en las condiciones de diseño, garantiza que todos los terminales recibanel caudal requerido. Esto permitirá que la instalación funcione adecuadamente,valorizando la inversión efectuada.

El cierre de válvulas de control de dos vías, a carga parcial, incrementa lapresión diferencial disponible en el resto de los circuitos. Si los subcaudales seevitan en las condiciones de diseño, en ningún caso ocurrirán en otras.

A

B

Charge80%

Uni

dad

term

inal

Enfria-dora 1

Enfria-dora 2

Ocupación

Temperatura ambiente

Tiempo en horas0-4 -2

Instalación equilibrada

Tiempo adicional de arranque

Circuitos favorecidos

Circuitos

desfavorecidos

58 59

Apéndice F

En una válvula de control de característica lineal, el caudal de agua es proporcionala su apertura. Sin embargo, si la unidad terminal es de característica no lineal (fig.F 4a), un pequeño incremento de la apertura de la válvula de control produce unaumento considerable de su emisión, a carga media y reducida (fig. F 4a). Portanto, se corre el riesgo de inestabilizar el bucle de control. Este problema seresuelve seleccionando una válvula de control con una característica tal quecompense ésta no linealidad, obteniéndose, de esta manera, una emisiónproporcional a la apertura de la válvula.

Si una unidad terminal emite el 50% de su potencia de diseño cuando se ali-menta con el 20% del caudal de diseño, la válvula de control debe poseer unacaracterística tal que permita circular el 20% del caudal máximo cuando estéabierta el 50%. Por tanto, el 50% de la emisión de diseño se obtiene cuando laválvula está abierta el 50% (fig. F 4c). Extendiendo este razonamiento a todos losporcentajes del caudal de diseño, se obtiene una válvula de control cuyacaracterística compensa la no linealidad de la unidad terminal regulada.

Esta característica (fig. F 4b) se denomina isoporcentual modificada “IPM”.Sin embargo, ésta compensación exige el cumplimiento de dos condiciones:

• Que la presión diferencial sobre la válvula de control sea constante.• Que el caudal de diseño esté disponible a válvula de control completamente

abierta.Si la presión diferencial en la válvula de control no es constante, o si ésta

última está sobredimensionada, su característica se distorsionará,comprometiéndose el control modulante del bucle.

Autoridad de la válvula de controlEl cierre de una válvula de control reduce el caudal y, consecuentemente, laspérdidas de carga en terminales, tuberías y accesorios. Se produce un incrementode la presión diferencial aplicada a la válvula de control, deformándose sucaracterística. Esta deformación puede expresarse numéricamente por el factor deautoridad:

ß = Autoridad de la válvula de control =

El numerador es constante y únicamente depende de la selección de la válvula decontrol y del caudal de diseño. El denominador es el valor ∆H disponible a laentrada del circuito. Una válvula de equilibrado instalada en serie con la de control,no afecta a ninguno de estos dos factores y, en consecuencia, no tiene influenciaalguna sobre la autoridad de la última. La válvula de control debe seleccionarsepara obtener la mejor autoridad posible. Sin embargo, ésta selección está limitadapor la gama disponible en el mercado. Esta es la razón por la que habitualmente,las válvulas de control de dos vías se sobredimensionan. La utilización de unaválvula de equilibrado permite obtener el caudal de diseño cuando la válvula decontrol está completamente abierta. La característica combinada obtenida está muypróxima a la teórica, mejorando la propia función de control (fig. F 6b).

∆pVc (Pérdida de carga en la válvula de control completamente abierta)

∆p a válvula cerrada

Apéndice F

Las herramientas necesariasEl equilibrado de una instalación requiere unas herramientas que cumplan lascondiciones siguientes:• El caudal debe medirse con una precisión del ±5%. El procedimiento de

equilibrado ofrece la posibilidad de verificar si funciona tal y como fueproyectada, de detectar problemas operativos y de actuar, adoptando las medi-das correctoras oportunas.

• El caudal debe ajustarse de forma sencilla, flexibilizando la instalación ycompensando las desviaciones entre los resultados reales y los valores de diseño.

• Los dispositivos de equilibrado deben ser, estructuralmente sencillos paragarantizar una fiabilidad a largo plazo y resistir la agresividad de las aguas.

• Los dispositivos de equilibrado no deben extraerse durante el “flushing” internode las tuberías ni requerir filtros adicionales que obliguen a revisionesperiódicas.

• Las posiciones de ajuste de los dispositivos deben ser de fácil lectura y estarprotegidas por un mecanismo oculto de memoria. Como mínimo deben disponerde 40 posiciones posibles para garantizar un ajuste preciso.

• Los dispositivos para grandes diámetros deben presentar un cono compensadopara reducir el par de cierre contra presiones diferenciales elevadas.

• Los dispositivos de equilibrado deben poseer la función de corte para ahorrar elmontaje de componentes adicionales. La función de vaciado/llenado debe seropcional.

• El instrumento de equilibrado debe poder medir directamente caudales sinnecesidad de recurrir a tablas o ábacos. Debe además incorporar un métodosencillo de equilibrado, la posibilidad de imprimir informes de las medidasefectuadas y un programa para registrar la evolución en el tiempo del caudal,presión o temperatura, con el fin de utilizarlo también como instrumento dediagnóstico.

F.2 Estabilización de las presiones diferenciales

Características de una válvula de controlLa característica de una válvula de control viene definida por la relación, a presióndiferencial constante, entre el caudal de agua y la carrera de la válvula, estandoambos parámetros expresados en porcentaje de sus valores máximos de diseño.

Fig F4. La característica no lineal de una unidad terminal se compensa instalando unaválvula de característica no lineal inversa.

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 90 10080

Caudal en %

Carrera h en %

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 90 10080

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 90 10080

Emisión en %

=+

Emisión en %

Caudal en % Carrera h en %

a- Característica de un terminal b- Característica de una válvula IPM c- Combinación de las dos características

60 61

Apéndice F

Cuando se utiliza una bomba de velocidad variable, es bastante común la prácticade pilotarla para mantener constante la presión diferencial en el circuito másalejado (fig. F5b). En este caso, los circuitos más próximos a la bomba, estánsometidos a las mayores variaciones de ∆H.

Colocando el sensor de presión diferencial del variador de velocidad de labomba en las proximidades del último circuito, se deberían, en teoría, reducir loscostes de bombeo. Esto sin embargo causa problemas en los próximos a la bomba.Si las válvulas de control se han seleccionado para el ∆H disponible en lascondiciones de diseño, entonces el circuito estará en subcaudal para el ∆H máspequeño. Si la válvula de control se ha seleccionado para el mínimo ∆H, entonces,en las condiciones de diseño, el circuito estará en sobrecaudal y la válvula decontrol tendrá una mala autoridad. Como solución de compromiso, el sensor depresión diferencial debe preferentemente instalarse en el medio de la instalación.Esto reduce en más de un 50% las variaciones de presión diferencial comparadascon las obtenidas con una bomba de velocidad constante.

La fig. F5c, muestra la relación entre la emisión del terminal y la apertura deuna válvula de control de tipo IPM, calculada con una autoridad de diseño de 0.25.Cuando el ∆H aplicado al circuito aumenta, su autoridad disminuye y sucaracterística se distorsiona de tal forma que compromete la estabilidad del buclede control. La solución, en este caso consiste en instalar un regulador local depresión diferencial en el circuito para estabilizar el ∆H en la válvula de control,manteniendo su autoridad próxima a 1 (fig F7a).

Selección de las válvulas de control de dos vías, modulantesUna válvula de control modulante de dos vías está bien dimensionada cuando:

1. El caudal de diseño está disponible, en las condiciones nominales, a válvulacompletamente abierta.

2. Su autoridad es suficiente y permanece generalmente por encima de 0.25.

La primera condición es necesaria para evitar sobrecaudales cuando la válvula decontrol permanece abierta durante períodos relativamente largos de tiempo. Estoocurre durante los arranques de cada mañana después de la parada o desaceleraciónnocturna, cuando las baterías están subdimensionadas, cuando el termostato estáconsignado a un valor extremo o, cuando el bucle de control no es estable. Todosobrecaudal induce subcaudales en otros circuitos en los que no puede emitirse lapotencia demandada

Apéndice F

Si las válvulas de equilibrado están bien ajustadas, eliminan las sobrepresioneslocales que se producen por la falta de homogeneidad hidráulica de la instalación.Esto permitirá obtener los caudales de diseño en todos y cada uno de los terminalesa máxima demanda. Posteriormente, en otras condiciones, las válvulas deequilibrado permanecerán en la misma posición y las válvulas de control deberáncerrar más. La energía de fricción se transfiere desde las válvulas de equilibrado alas de control. Por tanto, es evidente que las de equilibrado no crean pérdidas decarga suplementarias. Sin embargo, si la bomba esta sobredimensionada, lasválvulas de control crearán sobrecaudales cuando estén completamente abiertas,eliminando esta sobrepresión durante su funcionamiento. No obstante, el grado desobredimensionamiento de la bomba no podrá nunca ser detectado de esta manera.El procedimiento de equilibrado en contrapartida determina estesobredimensionamiento que puede perfectamente compensarse ajustando porejemplo la consigna del variador de velocidad de la bomba.

En algunos casos, es posible encontrar válvulas de control de Kv ajustable. Elproblema es ajustar el Kv al valor correcto. Esto no es posible si el caudal no puedemedirse y la instalación no está equilibrada para obtener la presión diferencial dediseño en cada circuito. Por tanto, las válvulas de equilibrado son necesarias encualquier caso.

La presión diferencial varía con la carga media de lainstalaciónEn una red de distribución en retorno directo (fig. F5a), los circuitos más alejadosrespecto a la bomba experimentan las mayores variaciones de presión diferencial.La autoridad mínima en las válvulas de control se obtiene, precisamente, cuando lainstalación trabaja a carga media reducida; es decir, cuando la válvula estáprácticamente sometida a toda la altura manométrica de la bomba.

Fig F5: Supongamos, por ejemplo, que la autoridad de la válvula de control, en lascondiciones de diseño es ß=0.25. Cuando la carga media de la instalación disminuye,

aumenta la presión diferencial ∆H aplicada al circuito, deteriorando la característica de laválvula de control.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

Objet

ivo

Emisión en %

Carrera h en %

Característica de la válvulaIPM: EQM φ = 0.33 R = 25

∆H x 4

Diseño

∆H x 10

a- Bomba de velocidad constante b- Bomba de velocidad variable c- Deformación de la característica de la válvula

A'E'

E

A

F

B

F'B' Carga reducida

∆p d

e d

iseñ

o

Carga 100%

∆H

E

A

F

B

B'

Carga 100%

∆H

A'

62 63

Apéndice F

ba

STAM(STAD)

STAP

TA Link

Señal de control

Fig F7: Compensación del sobredimensionamiento de una válvula de control.

Todo excedente de presión diferencial se aplica sobre la STAP. El control de lapresión diferencial, con una precisión razonable, resulta bastante sencillo.

La combinación de reguladores locales de presión diferencial con bombas develocidad variable, garantiza las mejores condiciones para el sistema de control,mejora el confort, permite realizar ahorros energéticos en bombas y reduce losniveles de ruido en la instalación. Por razones económicas esta solución se reservapara unidades pequeñas (Ø tubería < 65 mm).

En el caso de unidades mayores, sometidas a grandes variaciones de ∆H, el Kvmáx. de la válvula de control puede ajustarse automáticamente de acuerdo con elesquema de la fig. F 7b. Un sensor de presión diferencial se conecta a la válvula deequilibrado. Cuando la presión diferencial medida corresponde al caudal de diseño,la válvula de control no está autorizada a abrir más. Cuando además, el sistema sediseña con un factor de simultaneidad, el caudal máximo permitido se reducedurante los períodos de arranque, permitiendo una restitución más armónica de lascondiciones de confort después de la parada o desaceleración nocturna. Las con-signas del caudal máximo pueden también variarse teniendo en cuenta lasnecesidades de los circuitos prioritarios.

Cuando las unidades terminales están equipadas con válvulas de control todo-nada o proporcionales en el tiempo, los reguladores de presión diferencial permitenreducir ruidos y simplificar el procedimiento de equilibrado. En este caso, elregulador local de presión diferencial estabiliza este parámetro para un conjunto deunidades terminales y así, mejora sensiblemente su autoridad.

Apéndice F

Fig F6: La válvula de equilibrado mejora la característica de la válvula de controlseleccionada.

Para obtener el caudal en las condiciones de diseño, la pérdida de carga en la válvula decontrol completamente abierta para dicho valor debe ser igual a la presión diferencialdisponible ∆H menos las pérdidas de carga de diseño en la unidad terminal y susaccesorios (fig. F6a). Supongamos que esta información está disponible. Para un caudalde 1,6 l/h, las válvulas de control que se fabrican, crean pérdidas de carga de 13; 30, ó 70kPa, ningún otro valor intermedio. Si deben generarse 45 kPa a válvula de controlcompletamente abierta, ésta válvula de control no existe en el mercado.Consecuentemente, se sobredimensiona. La misión de la válvula de equilibrado esobtener el caudal de diseño, mejorando la característica de la válvula de control, sin crearninguna otra pérdida de carga adicional (fig. 3b).

Una vez seleccionada la válvula de control, debe verificarse si su autoridad mínima,∆pV

c / ∆H max, es suficiente. Si no lo fuera, debe reconsiderarse el diseño de la instalación

para disponer de una presión diferencial mayor en una válvula de control más pequeña.

Soluciones particulares a algunos problemas específicosCuando ciertos circuitos de la instalación, están sometidos a condicionesparticulares, es preferible resolver el problema localmente en vez de someter alconjunto de la instalación a condiciones excesivas. Cuando la selección de laválvula de control es crítica, o cuando un circuito está sometido a grandesvariaciones de ∆H, un regulador local de presión diferencial puede estabilizar estavariable en la válvula de control (fig. F 7a). Esta solución es aconsejable cuando suautoridad mínima disminuye por debajo de 0.25.

El principio es bastante sencillo. La membrana del regulador STAP está some-tida a la presión diferencial aplicada sobre la válvula de control. Cuando la presióndiferencial aumenta, la fuerza sobre la membrana se incrementa cerrandoprogresivamente la STAP. De esta forma, la presión diferencial en la válvula decontrol se mantiene prácticamente constante. Esta presión diferencial de consignase selecciona de forma que a válvula completamente abierta el caudal sea el dediseño y se mida en la válvula de equilibrado STAD. De ésta manera, la válvula decontrol nunca estará sobredimensionada y su autoridad se mantendrá próxima a 1.

∆pV∆H

C

q

140

120

90 1000

20

40

60

80

100

20 30 40 50 60 70 80100

Caudal de agua en %

Con válvula deequilibrado

Teórica

Sin válvula deequilibrado

Carrera h en %

b- La válvula de equilibrado permite obtener el caudalde diseño y ceñir la característica real de la válvula de

control a su curva teórica.

a- ¿Cómo se determina la pérdida de carga a absorber en laválvula de control para obtener el caudal de diseño?

64 65

Apéndice F

STAP

STAM(STAD)

∆Hmax ∆Ho = 10 kPa

STAM (STAD)

STAP

DHmin

qR

qS

∆Hp

Fig F10: La STAP estabiliza la presión diferencial a la entrada del circuito.

En cada ramal o pequeña vertical, la instalación de una STAP mantiene constante lapresión diferencial. El caudal q

S es medido y verificado en la válvula STAM

(STAD). Esta combinación libera a las válvulas termostáticas del exceso de presióndiferencial.

Distribución a caudal constante.En un edificio de viviendas con sistema centralizado de calefacción, la temperaturade impulsión del agua se ajusta mediante una centralita de control que actúa enfunción de las condiciones exteriores.

Si la altura manométrica de la bomba es excesiva y se instalan válvulastermostáticas, éstas funcionarán produciendo ruidos. Si no hay ninguna restricciónen la temperatura de retorno del agua, una distribución a caudal constante es másadecuada.

Fig F11: Cada vivienda está alimentada por una presión diferencial inferior o igual a 30 kPa.

Una de las soluciones, consiste en instalar en cada vivienda, un bypass AB y unaválvula de equilibrado STAD-1 (fig. F11a). Esta última absorbe la presión diferencialdisponible ∆H. Una bomba secundaria de adecuada altura manométrica, inferior a 30kPa alimenta la vivienda. En este caso, cuando las válvulas termostáticas cierran, el∆p aplicado sobre ellas es aceptable, evitándose los ruidos en la instalación. El caudalsecundario máximo debe ser ligeramente inferior al del primario para evitar que seinvierta el caudal en el bypass AB y se cree un punto de mezcla en A que reduzca latemperatura de impulsión del agua a la vivienda. Por esta razón, la válvula deequilibrado STAD-2 en el secundario resulta tan importante.

q1

STAD-1

B

A

STAD-2

C

∆H

∆H

q2 q1

B

A

∆H

∆H-∆pBPV

q2

∆HoBPV

a b

STAD-1

Apéndice F

Fig F8: La STAP estabiliza la presión diferencial aplicada a un conjunto de unidades terminales

Estos ejemplos muestran que ciertos problemas particulares pueden abordarseaplicando soluciones específicas.

Estabilización de la presión diferencial en instalaciones decalefacción

Distribución a caudal variableEn una instalación con radiadores equipados con válvulas termostáticas ydetentores, el preajuste efectuado en uno de éstos dos dispositivos, se realizaconsiderando una presión diferencial disponible ∆H

O de aproximadamente 10 kPa.

Fig F9: Cada válvula de radiador se preajusta como si estuviera sometida a la mismapresión diferencial de 10 kPa.

Durante el procedimiento de equilibrado, la válvula STAD se ajusta para el caudaltotal correcto del ramal. Esto justifica los preajustes efectuados en las válvulas deradiador, obteniéndose de hecho los 10 kPa en el centro del ramal.

Si la presión diferencial aplicada en las válvulas termostáticas supera los 30 kPa,existe el riesgo de que aparezcan ruidos en la instalación, especialmente en presen-cia de aire en el agua de circulación. En este caso, es mejor reducir y mantenerconstante la presión diferencial con la STAP (fig. F10)

STAD

∆Ho∆Hp

qp

STAP

qp

STAP

a- Válvula de equilibrado en cadaunidad terminal

b- Detentor preajustable en cadaunidad terminal

c- Válvulas de control todo-nadapreajustable

VV

CCCC

qp

STAP

STAM (STAD)

VV

C C

STAM (STAD)STAM (STAD)

∆H∆H∆H

66 67

Apéndice F

Dqg = 100%75%

E

C

B

75%

tr1 = 76°C

tgs = 90°C

tgr = 72°C

ts1 = 90°C ts2 = 69°C

25%

50%tr2 = 58°C

25%

A

F

Ejemplo en calor

Fig F12: Dos circuitos en sobrecaudal

El esquema de la fig. F12 representa una instalación de calefacción con tres calderastrabajando en secuencia. El bucle de distribución deberá tener una pérdida de cargapequeña para evitar los fenómenos de interactividad hidráulica entre calderas ycircuitos secundarios. Esta es la razón por la que debe evitarse cualquier resistenciahidráulica en el bypass “DE”. Por ejemplo, una válvula de retención entre D y Ecuando cerrase, pondría en serie las bombas secundarias con las primarias, afectandogravemente al funcionamiento de las válvulas de control de tres vías.

Si los dos circuitos son idénticos, cada uno debe tomar el 50% del caudal total.Consideremos, sin embargo, que debido al sobredimensionamiento de las bombassecundarias, cada una toma el 75%. En consecuencia, en el punto “A” el primercircuito absorberá el 75% del caudal total. Sólo quedará un 25% para el segundo.Como éste, demanda también el 75% y sólo recibe el 25%, tomará el 50% restantede su propio retorno. Por tanto, en el punto “C”, se mezcla el 25% de agua calientede impulsión con el 50% de agua de retorno del segundo circuito. Este, enconsecuencia, estará alimentado a una temperatura máxima del agua de 69ºC.

En las condiciones de diseño, para una temperatura exterior de –10ºC, latemperatura ambiente de los locales climatizados por el segundo circuito no podrásobrepasar los 14ºC. Sólo cuando se alcance la consigna de temperatura ambienteen los del primer circuito, y su válvula de control empiece a cerrar, la temperaturadel agua de alimentación del segundo circuito comenzará a elevarse hasta alcanzar,como máximo, 80ºC teniendo una potencia disponible un 10% inferior a la decálculo.

Apéndice F

Otra solución, consiste en sustituir la bomba secundaria y la válvula de equilibradoSTAD-2, por una válvula de descarga de acción proporcional, BPV instalada encada vivienda (fig. F11b). Esta BPV asociada a la válvula de equilibrado STAD-1permite estabilizar la presión diferencial secundaria. La consigna de la BPV seselecciona en función de las necesidades particulares del circuito de radiadores.Cuando las válvulas termostáticas cierran, la presión diferencial entre A y Baumenta por encima de la consigna de la BPV. Esta abre y bypasea el caudalsuplementario creando una pérdida de carga suficiente en la válvula de equilibradopara mantener prácticamente constante la presión diferencial entre A y B.Supongamos que no se instala la válvula de equilibrado STAD-1. Si la presióndiferencial primaria ∆H aumenta, la BPV cerrará, incrementando el caudal prima-rio q

1. Despreciando la resistencia en tuberías entre A y B y la columna, la presión

diferencial entre A y B permanece prácticamente igual a ∆H. En consecuencia, paraestabilizar la presión diferencial secundaria, la BPV debe combinarse con laválvula de equilibrado STAD-1, con el fin de crear una pérdida de carga suficiente.

F.3 Los caudales deben ser compatibles en lasinterfases de la instalación

Rentabilizando la inversiónLos equipos de producción, bombas, tuberías y unidades terminales se calculan yseleccionan para las condiciones de máxima demanda, incluso si la instalación seha diseñado con un factor de simultaneidad. Si estas necesidades no puedensatisfacerse por estar la instalación hidráulicamente desequilibrada, la inversiónrealizada no podrá rentabilizarse. En el caso que la demanda de confort nuncarequiera la potencia máxima instalada, es decir, si las enfriadoras, bombas, etc…,están sobredimensionadas, evidentemente, la instalación no estará correctamentediseñada. Sin embargo, cuando está adecuadamente equilibrada, no es necesariorecurrir a sobredimensionamientos que conduzcan a mayores inversiones y costesde explotación.

Es evidente que los sobrecaudales en algunos circuitos provocan subcaudalesen otros. Estos circuitos desfavorecidos no son capaces de emitir la potenciamáxima cuando ésta es requerida. A este problema se le añade otro: a máximacarga la temperatura de impulsión del agua será inferior a la calculada en calor ysuperior en frío debido a la incompatibilidad entre los caudales de producción ydistribución.

68 69

Apéndice G

Detección y análisis de anomalíasEl equilibrado hidráulico evita los sobrecaudales en ciertos circuitos que producensubcaudales en otros, detecta el posible sobredimensionamiento de las bombas ypermite comprobar que la instalación funciona correctamente y es capaz desuministrar las prestaciones para las que fue diseñada.

G.1 Síntomas comunes

Apéndice F

En estas condiciones, la temperatura ambiente máxima será de 17ºC en los localesalimentados por este segundo circuito. La medida “tradicional” de aumentar la alturamanométrica de la bomba del segundo circuito lejos de resolver la situación, laagravaría aún más.

El arranque de la instalación, por la mañana, se prolongará mucho más de loprevisto y la potencia instalada no podrá transmitirse en su totalidad. Para evitar esteproblema, el caudal total máximo absorbido por los circuitos de distribución debe serigual o inferior al caudal máximo total suministrado por las unidades de producción.

Puede pensarse que la solución, sin más, es reducir la altura manométrica de labomba secundaria para limitar los caudales. Intentando evitar de esta manera lossobrecaudales, lo único que conduce es a hacer más significativos los subcaudales enlos terminales desfavorecidos. Resulta por tanto, indispensable, equilibrar las unidadesterminales entre sí. Si el sobrecaudal producido es el resultado de un desequilibriohidráulico, puede imaginarse fácilmente que algunos circuitos sólo recibirán el 50% desu caudal de diseño. Para estos, la situación es peor. La temperatura de impulsión delagua será 10ºC inferior al valor de diseño y el caudal se reducirá también.

La inversión en equilibrado hidráulico representa, en promedio, menos del 1% delcoste total de la instalación de HVAC. Con ella se consigue transmitir la potenciamáxima instalada y rentabilizar la inversión total.

Ejemplo en frío

Fig F13: Ejemplos de circuitos de frío

El esquema de la fig. F13a, representa una instalación con cuatro enfriadoras. Si ladistribución no está equilibrada, su caudal máximo q

S podría ser superior al de producción

qg. En este caso, el caudal q

b en el bypass se invertiría, circulando de B a A, generando un

punto de mezcla en A. La temperatura de impulsión tS será superior a la de diseño y no

podrá transmitirse la potencia máxima instalada.El esquema de la fig. F13b representa una unidad terminal trabajando a caudal

constante con una válvula de control de dos vías en inyección. Si el caudal en la unidadterminal es excesivo, el caudal q

b circulará en el sentido BA. La temperatura de

alimentación tS será siempre superior a la de diseño y la unidad terminal nunca podrá

emitir su potencia máxima.En ambos ejemplos, un sobrecaudal del 50% en la distribución o en la batería

de la unidad terminal provoca un incremento de la temperatura de impulsión delagua de 6°C a 8ºC.

qb

tpts

tr

qp

qs = ct

∆H

STAD2STAD1

V

A

B

C

tr

tgs

tgr

ts

tr

qg

qs

qb

A

B

a b

SŒNTOMAS MEDIDASCOMUNMENTEADOPTADAS PEROINADECUADAS

CAUSAS B SICASY GENERALMEN-TE OBVIADAS

SOLUCIONESCORRECTAS

VENTAJAS

Demasiado calor enalgunas zonas deledificio, demasiadofrío en otras.

Aumento de la alturamanométrica de labomba (principal osecundaria).

Sobrecaudales enciertos circuitos quegeneran subcaudalesen otros.Desequilibrio encircuitos aguas abajodel control de ∆p.

Equilibrar el circuitode distribuciónmediante válvulasSTAF/STAD.

Largos períodos hastaalcanzar latemperatura ambientecorrecta después delperiodo dedesaceleraciónnocturna.

Incremento de latemperatura deimpulsión (calor).Reducción de latemperatura deimpulsión (frío).Cancelación delperíodo dedesaceleración oparada nocturna.Instalación decalderas o enfriadorasadicionales.

Sobrecaudal enalgunos circuitos queproduce subcaudalesen otros.Caudales dedistribución superioresa los de producción(incompatibilidad decaudales).

Equilibrar el circuitode distribuciónmediante válvulasSTAF/STAD.Compatibilizar loscaudales deproducción ydistribución medianteun correctoequilibrado.

Consumo energéticoexcesivo en bombas.

Sobredimensiona-miento no detectadoen la bomba.

Equilibrar lainstalación conválvulas STAD/STAFpara determinar elsobredimensionamientode bomba. Reducir la velocidadde la bomba, eltamaño de su rodete ocambiarla por otra.Instalar bombassecundarias paravencer determinadaspérdidas de cargaelevadas.

Fluctuación de latemperatura ambiente.Ruidos en las válvulasde control.

Modificación delsoftware de control apesar de tratarse de unproblema hidráulico.Sustituir válvulas decontrol correctamentedimensionadas peroinestables por otras dediámetros máspequeños.

Instalación noequilibrada.Insuficiente autoridaden las válvulas decontrol.Parámetros de controlincorrectos.Válvulas de controlsobredimensionadas osometidas a ∆pvariable.

Equilibrar lainstalación medianteválvulas STAF/STAD.Dimensionarcorrectamente lasválvulas de control,adoptando lacaracterística y losparámetrosadecuados.Limitar las variacionesde ∆p instalandoreguladores STAP

• Temperaturasambiente correctascon costes energéticosoptimizados.

• Caudales verificados ydocumentados.

• Posibilidad de medir yregistrar caudales,detectando anomalíasde funcionamiento.

• El equilibradohidráulico identificaproblemas hidráulicosque pueden serresueltos previamente.

• Tiempos mínimos dearranque después dela parada nocturna.

• Posibilidad deminimizar el consumoenergético en bombas.

• Control preciso yestable detemperatura.

• Bajo consumoenergético.

• Ruidos atenuados oeliminados.

• El control del ∆p enlas válvulas de controlpor medio de STAP´smantiene la autoridadpróxima a 1 y evita lossobredimensio-namientos.

70 71

G.2 Detección rápida de anomalías

El instrumento CBI resulta de enorme utilidad para la detección de anomalías enlos sistemas hidráulicos centralizados de HVAC. El CBI mide y registra presionesdiferenciales, caudales y temperaturas por medio de las válvulas de equilibrado.

Esta es una lista de anomalías típicas que el CBI puede ayudar a identificar:

• Caudales incorrectos de agua en tuberías y terminales.• Temperatura de impulsión del agua excesiva o insuficiente.• Temperatura incorrecta del aire de impulsión• Incompatibilidad entre los caudales de producción y distribución.• Interactividad entre las unidades de producción.• Pérdidas de carga excesivas en componentes con la posibilidad de detectar

filtros y baterías colmatadas.• Válvulas de corte normalmente abiertas que están cerradas.• Válvulas de retención montadas al revés.• Tuberías abolladas.• Presiones diferenciales disponibles excesivas o insuficientes en circuitos.• Bomba de distribución sobre o subdimensionada.• Bombas cuyo rotor gira en sentido contrario.• Inestabilidad en la bomba.• Interactividad entre circuitos con inversión de caudales en algunos casos.• Bucles de control inestables.• Estimación del sobredimensionamiento y de la autoridad de las válvulas de

control.• …..

Uno de los beneficios de las válvulas manuales es detectar muchas de estasanomalías durante el procedimiento de equilibrado. En esta fase es mucho máscómodo y económico corregir estos defectos que cuando ya se han colocado falsostechos o el edificio está ocupado.

G.3 Análisis preciso del sistema

Para poder corregir problemas operativos, resulta fundamental poder analizar conprecisión el comportamiento de la instalación. Una base para dicho análisis con-siste en conocer como la presión diferencial, el caudal y la temperatura varían conel tiempo en puntos estratégicos de la instalación.

El CBI permite realizar este análisis, sin más que conectarlo a la instalación yprogramarlo para que registre datos durante un intervalo de tiempo. Conectado a unordenador puede imprimir los datos registrados que cómodamente puedenanalizarse en la mesa de trabajo de la oficina.

Apéndice G

Documents

Equilibrado hidráulico de los sistemas de distribución