Instalaciones: Cálculos de Instalaciones de Fontanería, Gas y Calefacción II: Cálculo de Radiadores de Agua

Nota: Este artículo ha sido creado gracias a la Fundación Laboral de la Construcción en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Cálculos de instalaciones de fontanería gas y calefacción II. Métodos de cálculos de calefacción y gas disponible en el sitio web Fundación Laboral de la Construcción

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Cálculo de radiadores de agua

Para calcular radiadores, se ha de partir de ciertos datos:

- Tipo de radiador que se va a instalar.

- Temperatura de trabajo del agua.

- Carga térmica de la habitación.

- Espacio disponible para radiadores.

Tipo de radiador

Existen diferentes tipos de radiadores: de fundición, de chapa de acero, de aluminio, etc. Cada tipo, y dentro de cada tipo cada medida, presenta características diferentes. Los fabricantes disponen de un estudio completo de todos los radiadores que fabrican; es misión del proyectista disponer de estos datos para poder implantar con criterios los radiadores en la obra.

Temperatura de trabajo del agua

Según sea la temperatura del agua (fluido caloportador), el comportamiento calorífico del radiador varía. Si el sistema de caldera calienta agua a 900 C, temperatura considerablemente alta, el radiador cederá más calor que otro sistema de producción con temperaturas de trabajo más bajas.

Es fundamental por tanto conocer el grado de temperatura al que trabaja el sistema para seleccionar el tipo adecuado de radiador.

Carga térmica de la habitación

Como es lógico, es necesario conocer la demanda energética o carga térmica requerida por el local que se va a calentar. Se deduce realizando una serie de cálculos, donde intervienen las dimensiones, el tipo de cerramiento tanto vertical como horizontal, la clase de ventana y las temperaturas tanto exterior como interior. Se expresa en Kcal/h o vatios (W).

Espacio disponible

No todos los espacios destinados a albergar radiadores son iguales. Cada instalación es diferente en cuanto a espacios se refiere.

Se impone por tanto tener dimensiones y datos sobre los paramentos donde se van a instalar los radiadores.

Si se dispone de varios radiadores para una misma estancia, se divide la carga entre el número de radiadores que se va a instalar.

Para averiguar la carga térmica y los espacios de los que disponen los radiadores, utilizaremos los planos de arquitectura, planos de planta y secciones interiores.

La emisión de calor cedida por los radiadores aparece en las tablas antes mencionadas y que ofrecen los fabricantes.

Se expresan en kilocalorías hora (Kcal/h) o vatios (W).

Para manejar dichas tablas es preciso conocer un dato fundamental, el incremento de temperatura ( $\Delta$ t), que es la diferencia de temperatura entre la temperatura media del radiador y la temperatura ambiente (interior del proyecto) $\Delta$ t = t_m - t_a.

Observa el siguiente dibujo, donde se muestran las diferentes temperaturas que influyen en la emisión calorífica de un radiador.

Temperaturas que influyen en el cálculo de un radiador

Donde:

t_e: Temperatura de entrada del agua al radiador.

t_m: Temperatura media del agua en el radiador.

t_s: Temperatura de salida del agua del radiador.

t_a: Temperatura ambiente.

En condiciones normales una instalación convencional sería como se muestra en el siguiente dibujo.

Temperaturas normales en la instalación convencional

Donde:

t_e: Temperatura de entrada de agua es de 90º.

t_s: Temperatura de salida del agua es de 70º.

t_a: Temperatura ambiente es de 20º (temperatura interior del proyecto).

El incremento de temperatura ( $\Delta$ t), o diferencia de temperatura, entre la temperatura media del radiador y la temperatura ambiente se calcula hallando la media aritmética, cuando se cumple que su relación es mayor o igual a 0,7.

Cuando:

Siendo:

$\Delta$ t_s = temperaturadesalida - temperaturaambiente= t_s - t_a

$\Delta$ t_e = temperaturadeentrada - temperaturaambiente= t_e - t_a.

O sea: Si

la temperatura media se calcula mediante media aritmética:

El incremento de temperatura ( $\Delta$ t) entre la temperatura media (t_m) y la temperatura ambiente (t_a) será:

Ejemplo: Deseamos saber el incremento de temperatura ( $\Delta$ t) entre la temperatura media de un radiador y la temperatura ambiente trabajando en condiciones normales.

O sea: t_e: Temperatura de entrada del agua es de 90º.

t_s: Temperatura de salida del agua es de 70º.

t_a: Temperatura ambiente es de 20º.

Solución:

Primero averiguamos el cociente entre $\Delta$ t_s y $\Delta$ t_e para saber si podemos operar de forma aritmética:

El cociente es 0,714, que es mayor que 0,7, lo que significa que podemos operar según la anterior fórmula:

Así pues, en condiciones normales el incremento de temperatura ( $\Delta$ t) es de 60º C

Cuando el cociente entre el incremento ( $\Delta$ t_s) y el incremento ( $\Delta$ t_e) es menor que 0,7, el incremento de temperatura ( $\Delta$ t) entre la temperatura media del radiador (t_m) y la ambiente (t_a) se calcula mediante media logarítmica, lo que se da en casos atípicos.

O sea:

Dado que estos casos no son muy comunes, pues son saltos térmicos poco utilizados en la práctica, no son objeto de este manual.

Los radiadores requieren para su funcionamiento trabajar con temperaturas relativamente altas, temperaturas de impulsión entre 60º y 90º C.

Si el sistema de producción de calor es, por ejemplo, una bomba de calor que trabaja con temperaturas de impulsión de 45º o 50º C, obligaría a instalar radiadores muy grandes, lo que plantearía un problema de espacio. Para estos sistemas de producción, lo propio es instalar elementos terminales que no sean radiadores sino que dispongan de mecanismos que obtengan alto rendimiento a esas temperaturas.

Los fan-coils, por ejemplo, son idóneos, pues con bajas temperaturas de proceso obtienen buenas prestaciones.

El suelo radiante que trabaja con temperaturas de impulsión entre 40º y 45º C es idóneo para este tipo de sistemas.

Las instalaciones de energía solar con aporte para calefacción también trabajan con temperaturas bajas entre 40º y 45º C; se conectan por lo general con receptores como fan-coils o suelo radiante.

Así pues, se recomienda instalar radiadores siempre que se disponga de un sistema de producción de calor cuyas temperaturas de impulsión sean superiores a 60º C.

A continuación calcularemos incrementos de temperatura ( $\Delta$ t) entre la temperatura media del radiador y la ambiente de algunos casos típicos:

- 1er Caso: Caldera convencional de gas o gasóleo, o sólidos, impulsando a 90º C y retornando a 75º C; la temperatura ambiente es de 21º C.

Si la caldera impulsa a 90º C, la temperatura de entrada (t_e) al radiador es de 90º C. Si la caldera retorna a 75º C, del radiador sale (t_s) a 75º C, obviamente.

a) Primer paso: averiguamos el valor obtenido entre el cociente ( $\Delta$ t_s) y ( $\Delta$ t_e):

b) Segundo paso: comprobamos que el cociente obtenido es mayor o igual que 0,7:

0,78 > 0,7 (queda confirmado)

c) Tercer paso: dado que se confirma el punto (b), calculamos la temperatura media del radiador de forma aritmética:

d) Cuarto paso: calculamos el incremento de temperatura ( $\Delta$ t) entre la temperatura media del radiador (t_m), averiguada anteriormente, y la temperatura ambiente (t_a):

$\Delta$ t = t_m - t_a = 82,5 - 21 = 61,5ºC

Estamos en condiciones de aplicar este dato (61,5º C) en tablas de cálculo de cualquier radiador.

- 2º Caso: Caldera con recuperador de impulsión a 60º C y retorno a 50º C; temperatura ambiente de 22º C.

- 3er Caso: Calderas convencionales a gas, gasóleo o sólido. Impulsión a 80º C, retorno a 65º C y temperatura ambiente de 20º C.