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instalación de calefacción por agua caliente mediante una caldera de gas propano.


Se procederá a continuación al cálculo de la instalación de calefacción por agua caliente mediante una caldera de gas propano.

2. Datos de partida
Conductividades térmicas de los materiales (según NBE-CT-79):
? Cerramientos K= 1.4
? Suelo K= 1.4
? Tabiqueria K= 1.4
? Puertas de madera K = 3.5
? Ventana oficina K = 2.9
? Ventana aseos K = 5.5
? Cubierta de fibrocemento K=4.74
? Techo (forjado de hormigón) K= 1.4
? Puertas exteriores K=5
Las condiciones de temperatura exteriores son de 8 ºC.
Las condiciones interiores para cada zona son:
? Oficina 23 ºC
? Servicios-vestuario 20 ºC
? Taller-almacen 17 ºC
Nota: temperaturas obtenidas del manual de instalaciones en los edificios (editorial G.G.).
Para realizar los cálculos se ha seguido el manual de ROCA “El Calculo de Calefacción” (3ª Edición), del cual se han extraído las siguientes formulas:
? Qt = S x K x (t2 – t1)
Qt (Cantidad de calor perdido por transmisión en Kcal/h)
S (Superficie en m2)
t2 – t1 (Diferencia entre la temperatura interior y exterior)
? Qi = V x Ce X Pe x n x (t2 – t1)
Qi (Cantidad de calor perdido por infiltraciones de aire en Kcal/h)
V (Volumen del recinto en m3)
Ce (Calor especifico del aire y vale 0.24 Kcal/Kgºc)
Pe (Peso especifico de aire seco a 20 ºc y vale 1.205 Kg/m3)
n (Nº de renovaciones/hora y vale 0.5 en general y 1 para los aseos)
t2 – t1 (Diferencia entre la temperatura interior y exterior)

3. Cálculo de cargas
3.1. Servicios-vestuario

Superficie Espesor
(m) Longitud
(m) Anchura
(m) Altura
(m) Superficie
(m2)
Deducción
Muro exterior
Norte 0.35 16 2.5 40 -4.5
Ventana ext.
Norte (x3) 0.005 1.5 1 1.5
Tabique interior Sur 0.09 16 2.5 40 -3.6
Tabique interior Oeste 0.09 6 2.5 15

Tabique interior Este 0.09 6 2.5 15
Puerta Sur (x2) 0.03 0.9 2 1.8
Techo 16 6 96
Suelo 16 6 96


Superficie
Sup. total Coef.
(K)
Var. Tª Trans.
(Qt)
Muro exterior Norte 35.5 1.4 20-8 596.4
Ventana ext. Norte (x3) 4.5 5.5 20-8 297
Tabique
interior Sur 36.4 1.4 20-17 152.88
Tabique interior Oeste 15 1.4 20-23 -63
Tabique interior Este 15 1.4 20-17 63
Puerta Sur (x2) 3.6 3.5 20-17 37.8
Techo 96 1.4 20-17 403.2
Suelo 96 1.4 20-10 1344
total 2831.28

Qt = 2831.28 Kcal/h
V = 240 m3
n = 1
Qi = 240 x 0.24 x 1.205 x 1 x (20 – 8) = 832.9 Kcal/h
Qbaño = (Qt + Qi ) ? (1 + F)
F = 0.05 (Suplemento por reducción nocturna)
Qbaño = (2831.28 + 832.9) x (1 + 0.05) = 3847.4 Kcal/h

3.2. Oficina

Superficie Espesor
(m) Longitud
(m) Anchura
(m) Altura
(m) Superficie
(m2)
Deducción
Muro exterior
Norte 0.35 5 2.5 12.5
Muro exterior
Oeste 0.35 6 2.5 15 -4.25
Tabique interior Sur 0.09 5 2.5 12.5 -1.8
Tabique interior Este 0.09 6 2.5 15
Puerta Sur 0.03 0.8 2 1.6
Puerta Oeste 0.05 1 2 2
Ventana Oeste 0.01 1.5 1.5 2.25
Techo 6 5 30
Suelo 6 5 30


Superficie
Sup. total Coef.
(K)
Var. Tª Trans. (Qt)
Muro exterior Norte 12.5 1.4 23-8 262.5
Muro exterior Oeste 10.75 1.4 23-8 115.75
Tabique
interior Sur 10.7 1.4 23-17 90
Tabique interior Este 15 1.4 23-20 63
Puerta Sur 1.6 3.5 23-17 33.6
Puerta Oeste 2 5 23-8 150
Ventana Oeste 2.25 2.9 23-8 98
Techo 30 1.4 23-17 252
Suelo 30 1.4 23-10 546
total 1610.85

Qt = 1610.85 Kcal/h
V = 75 m3
n = 0.5
Qi = 75 x 0.24 x 1.205 x 0.5 x (23 – 8) = 162.675 Kcal/h
Qoficina = (Qt + Qi ) ? (1 + F)
F = 0.05 (Suplemento por reducción nocturna)
Qoficina = (1610.85 + 162.675) x (1 + 0.05) = 1862.2 Kcal/h

3.3. Almacén

Superficie Espesor
(m) Longitud
(m) Anchura
(m) Altura
(m) Superficie
(m2)
Deducción
Muro exterior
Sur 0.35 26 4.5 117
Muro exterior
Oeste 0.35 15 4.5 67.5
Tabique interior Norte 0.09 26 4.5 117 -9
Tabique interior Este 0.09 15 4.5 67.5
Puerta Norte 0.03 3 3 9
Techo 26 15 390
Suelo 26 15 390


Superficie
Sup. total Coef.
(K)
Var. Tª Trans. (Qt)
Muro exterior Sur 117 1.4 17-8 1474.2
Muro exterior Oeste 67.5 1.4 17-8 850.5
Tabique
interior Norte 108 1.4 17-17 0
Tabique interior Este 67.5 1.4 17-17 0
Puerta Norte 9 3.5 17-17 0
Techo 390 1.4 17-17 0
Suelo 390 1.4 17-10 3822
Total 6146.7

Qt = 6146.7 Kcal/h
V = 1755 m3
n = 0.5
Qi = 1755 x 0.24 x 1.205 x 0.5 x (20 – 8) = 3045.3 Kcal/h
Qalmacen = (Qt + Qi) ? (1 + F)
F = 0.05 (Suplemento por reducción nocturna)
Qalmacen = (6146.7 + 3045.3) x (1 + 0.05) = 9651.6 Kcal/h

3.4. Taller

Superficie Espesor
(m) Longitud
(m) Anchura
(m) Altura
(m) Superficie
(m2)
Deducción
Muro exterior
Norte 0.35 70 4.5 315
Muro exterior
Oeste 0.35 30 4.5 135 -20
Muro exterior
Sur 0.35 70 4.5 315
Muro exterior
Este 0.35 30 4.5 135
Puerta Oeste 0.03 5 4 20
Techo 70 30 2100
Suelo 70 30 2100


Superficie
Sup. total Coef.
(K)
Var. Tª Trans. (Qt)
Muro exterior Norte 315 1.4 17-8 3969
Muro exterior Oeste 115 1.4 17-8 1449
Muro exterior Sur 315 1.4 17-8 3969
Muro exterior Este 135 1.4 17-8 1701
Puerta Oeste 20 5 17-8 900
Techo 2100 1.4 17-8 26460
Suelo 2100 1.4 17-10 20580
Total 59028

Qt = 59028 Kcal/h
V = 7380 m3
n = 0.5
Qi = 7308 x 0.24 x 1.205 x 0.5 x (17 – 8) = 9604.4 Kcal/h
Qtaller = (Qt + Qi) ? (1 + F)
F = 0.05 (Suplemento por reducción nocturna)
Qtaller = (59029 + 9604.4) x (1 + 0.05) = 72065 Kcal/h

4. Cálculo de la caldera
Según el manual de ROCA la caldera será de:
Qtotal x 1.2 = Qcaldera
87462.2 ? 1.2 = 104911.5 Kcal/h

5. Cálculo de la sección del quemador
Según el manual de ROCA :
Caudal = 104911.5/10000?0.75 = 14 m3/h
Caudal = Sección ? velocidad v = 1.8m/s?6480m/h
S=14/6480=0.0021605 m2 ? 2160.4 mm2 (sección mínima)

6. Cálculo de la red de tuberías
Se tomará como base para el cálculo una diferencia de temperaturas entre la ida y el retorno en la caldera de 20 ºC, al igual que para cada emisor. A partir de este dato podrá definirse el caudal de agua horario que circulará por cada tramo.
El tubo empleado para el tendido de la red será de acero estirado.
Los cálculos se han hecho de acuerdo al manual de ROCA antes mencionado.
Tramo Potencia de cálculo Caudal litros/h=Potencia/20 ºC
A-B 72065 3603.35
A-C 15361.3 768
C-D 11513.8 575.7
D-F 9651.6 482.6

Para determinar el diámetro de cada tramo de tubería se escogerá, para iniciar el estudio, el comprendido entre la caldera y el emisor más alejado o situado más desfavorablemente que, en el croquis del apartado 8 de este cálculo, corresponde al punto F el cual, presumiblemente, será el que ofrezca mayor dificultad al paso del agua desde la caldera.
Tramo Diámetro tubería Velocidad del agua
m/s
A-B 2 1/4” 1.8
A-C 1 1/4” 1.8
C-D 1 1/4” 1.5
D-F 1 1/4” 1.2

7. Cálculo del circulador
El circulador, según el manual de ROCA antes mencionado, ha de tener un caudal de :
Caudal = Qcaldera / tida - tret. = 104911.5 / 20 ºC = 5245.57 l/h

8. Cálculo del depósito de expansión
La capacidad del depósito de expansión, según el manual de ROCA, será:
V = P ? 1.2/1000 = 52.9 l ? 53 l de capacidad mínima

9. Croquis de la instalación.
10. Calculo del deposito de gas propano para la caldera
10.1. Consideraciones
En base a la autonomía y a la vaporización natural del GLP se procederá a la elección del depósito adecuado.
Se supondrá un depósito de 1.029 kg procediéndose a la verificación de que este cumpla con los requisitos mínimos que establece la empresa suministradora en cuanto a la periodicidad entre suministros, teniendo en cuenta que el aparato requiere suministrar una carga térmica de 105.000 Kcal/h con un consumo de aproximadamente 4 kg/h y un caudal de 1,8 m3/h durante 8h diarias supone un total de 14,4 m3/día.

10.2. Autonomía
Considerando la máxima capacidad de llenado del deposito del 85% y un 20% de reserva sobre el porcentaje anterior, la autonomía del depósito vendrá dada por la fórmula:
= 20 días
A: autonomía del depósito
Cdp: capacidad del depósito (1.029 kg)
Cdía: consumo diario (4 kg/h x 8 h/día = 32 kg/día)

10.3. Vaporización natural del G.L.P.
En el depósito se deberá verificar que se produce la vaporización natural del GLP necesaria y suficiente para abastecer al órgano consumidor, que vendrá determinada por la fórmula:
= 7,4 kg/h
K : coeficiente de intercambio de calor con el exterior (K=12Kcal/hm2ºC)
S : superficie del depósito (S = 9,9 m2)
a : porcentaje de superficie del depósito en contacto con el líquido (a = 0,39 m2 )
tc : temperatura mínima prevista del medio en el que se encuentre instalado el depósito ( tc =0 ºC )
ti : temperatura de equilibrio líquido-gas del propano a la presión de 2 bares ( ti = 15 ºc )
q : calor latente de vaporización del propano. ( q = 94 Kcal/h )

Por tanto y en base a los resultados obtenidos se considerará válido el depósito por cumplir con el tiempo de periodicidad de suministro exigido por la compañía suministradora, superior a 15 días, y mantener una vaporización de gas superior al caudal de consumo requerido por el aparato consumidor.

10.4. Válvula de seguridad
Será del tipo sistema resorte y estará tarada a 20 bares.
Caudal de descarga:
G=10,6552 x S0,82 = 69,8204 m3/min
G : caudal de aire en m3/min
S : superficie del depósito en m2

Para la obtención del caudal en propano:
Gp = G/Y

P = presión de tarado de la válvula de seguridad
Gp = 69,82/0,84 = 83,08 m3/min

10.5. Características del depósito
? Tipo: LP-2450 depósito aéreo
? Fabricante: LAPESA
? Capacidad: 1.029 kg
? Superficie: 9,9 m2
? Longitud: 2.460 mm
? Diámetro: 1.200 mm
? Distancia entre puntos: 1.500 mm

? Peso en vacío: 600 kg
? Volumen: 2,78 m3
? Válvula de seguridad: 83,08 m3/min

10.6. Distancias de seguridad
Por ser un depósito aéreo de menos de 5m3 de capacidad se encuentra clasificado como tipo A-0.
Las distancias mínimas exigidas por la empresa suministradora para este tipo de depósito son:
? Espacio libre alrededor de la proyección del depósito sobre el terreno, medido desde las paredes del depósito: 0,6 m
? Distancia al cerramiento: 1,25 m
? Distancia al muro o paredes ciegas con resistencia al fuego RF-120: 0,6m
? Distancia a la vía pública o limites de la propiedad, medido a partir de cualquier orificio del depósito: 3m

Se entenderá por orificios a cualquier abertura del depósito no cerrada por tapones roscados o bridas ciegas, tales como válvulas de seguridad o boca de carga.

11. Características del equipo de gas propano
11.1. Depósito
11.1.1. Placa de identificación
Los depósitos de almacenamiento de G.L.P. deberán cumplir el Reglamento de Aparatos a Presión, debiendo llevar indicado en la placa de identificación establecida por dicho Reglamento, la superficie del mismo en m2, y el volumen geométrico en m3.

11.1.2. Elementos
Estarán provistos para su funcionamiento de los siguientes elementos, que se encontrarán fácilmente accesibles:
? dispositivo de llenado de doble cierre
? indicador de nivel de medida continua y lectura directa
? indicador de nivel de máximo llenado
? manómetro
? válvula de seguridad de presión, conectada a la fase gaseosa del deposito
? dos dispositivos destinados a la salida de G.L.P., uno en fase gaseosa y otro en fase líquida
? borna de toma de tierra

11.1.3. Drenajes
Se dispondrá de un drenaje situado en uno de los elementos de su generatriz inferior. Estará dotado de una válvula inferior de corte automático por exceso de flujo y un tapón roscado de protección del mismo material que la válvula.

11.1.4. Presión máxima de trabajo
La presión máxima de trabajo para que será calculado el depósito será de 20 bares y la presión de prueba de 26 bares.

11.1.5. Grado de llenado
No excederá del 85% de su volumen, considerando la masa específica del propano a 20 ºC.

11.2. Canalizaciones
Las canalizaciones para fase gaseosa, deberán cumplir con las exigencias del Reglamento de Redes y Acometidas de Combustibles gaseosos y con la Instrucción Técnica Complementaria (ITC-MIC) correspondiente a la presión máxima de servicio.
Las canalizaciones para fase gaseosa serán calculadas para soportar una presión máxima de 20 bares.

11.3. Boca de carga
Deberá cumplir las siguientes condiciones:
? toma de tierra próxima para la conexión del camión cisterna
? estará protegida con una arqueta de material incombustible (RF-120) con cerradura y en lugar visible
? dispondrá de una válvula de corte rápido manual y una válvula antirretorno de doble sistema de cierre
? la tubería de llenado desde la boca de carga al depósito será de DN 40.

12. Conclusiones
Por lo anteriormente expuesto se considera suficientemente descritas las instalaciones del presente anejo, dejando para su consideración y aprobación a los organismos competentes.