Capítulo 3.2: Instalación de suministro de agua con retorno (TK-HS4).

Contenido de este capítulo.

• Introducción. Pasos a seguir
• Datos generales.
• Acumulador ACS.
  • Sustituir el calentador por un acumulador.
  • Propiedades del Acumulador ACS.
• Red de retorno.
  • Trazado de la red de retorno.
  • Circulador ACS
  • Otros accesorios
• Cálculo.
  • Proceso de cálculo en redes con retorno.
  • Errores frecuentes en el cálculo.
  • Mostrar resultados.

1.- Introducción. Pasos a seguir.

En este capítulo se completará el ejemplo desarrollado en el capítulo anterior, rediseñando la instalación de ACS al añadir una red de retorno, quedando el esquema como aparece a continuación:

 

 Los pasos seguidos para el diseño y cálculo de este ejemplo son los siguientes:

1. Partir de la instalación de fontanería del ejemplo anterior.
2. Revisar los Datos Generales y adecuarlos a esta nueva tipología de instalación.
3. Sustituir el calentador por un acumulador, e introducir los datos del consumo previsto.
4. Diseñar la red de retorno.
5. Calcular.

 

2.- Datos generales.

Antes de empezar a rediseñar la instalación con la red de retorno, es conveniente revisar las opciones generales para el cálculo y dimensionado de la instalación.

Desde el menú Datos → Generales... se accede a la ventana de Propiedades del capítulo:

Para empezar, en la pestaña Materiales, se asignará el material por defecto de la instalación, en este caso será Polibutileno de clase de dimensión A, Serie S10, igual al que se empleó en el Capítulo 1 para la instalación de suministro de agua.

A continuación, se especifican las opciones particulares de cálculo en la pestaña Opciones especiales:

En este caso se fijará, por ejemplo, un diámetro interior mínimo de 16 milímetros. La opción Caudal mínimo en circuladores impone un límite inferior al caudal de cálculo del retorno de la instalación, que por defecto será igual al 10% del caudal de alimentación; esta opción está pensada para instalaciones centralizadas que reparten el agua en una serie de montantes, donde el CTE impone un caudal mínimo de 250 l/h por montante, para conseguir el correcto equilibrado de las pérdidas de carga. En este caso se puede dejar en 0 el caudal mínimo, al no existir más que una columna.

 

3.- Acumulador ACS.

3.1.- Sustituir el calentador por un acumulador.

En el ejemplo desarrollado en el Capítulo 3.1, se diseñó una instalación de suministro de agua sencilla, en la que la producción de ACS se confiaba a un único calentador instantáneo. Sin embargo, tal y como se citaba en el apartado "Instalaciones en cuartos húmedos" del Capítulo 3.1, el CTE DB-HS4 exige la colocación de una red de retorno para instalaciones de ACS con más de 15 m de longitud de tubería de impulsión.

En este capítulo se va a modificar la instalación diseñada en el Capítulo 3.1 para adaptarla a las exigencias del CTE DB-HS4. Para ello, se añadirá una red de retorno desde los últimos puntos de consumo de los cuartos de baño, hasta el Acumulador ACS, que sustituirá al anterior Calentador ACS, tal y como aparece en la siguiente figura. Para completar el circuito es necesario instalar una bomba que asegure la recirculación del agua (Circulador ACS).

Entrando en el archivo del ejemplo del Capítulo 1, el primer paso será eliminar del esquema el Calentador ACS e incluir el Acumulador ACS (botón ).

Tras colocar el Acumulador (hay que tener en cuenta la cota sobre planta la que estaba el calentador, que en este caso era de 0,60m), habrá que conectarlo a la red, modificando las tuberías como sea conveniente:

En este caso se han incluido además dos válvulas de corte (sin especificar uso), ya que no vienen representadas en el símbolo del Acumulador. El Acumulador tiene tres conexiones:

• Agua fría: punto de entrada de agua de la red al acumulador. En el símbolo empleado está identificada con una flecha azul.

• Agua caliente de consumo: salida de agua caliente hacia los puntos de consumo. En el símbolo empleado está identificada con una flecha roja.

• Agua caliente de retorno: entrada de agua caliente de la red de retorno. En el símbolo empleado está identificada con una flecha naranja. Como puede verse en la figura anterior, aún no existe conexión en ese punto, porque ésta se realizará una vez que trazada la red de retorno.

3.4.- Propiedades del Acumulador ACS.

Haciendo doble clic en el símbolo del Acumulador, se accede al cuadro de diálogo Propiedades del Acumulador ACS, desde el que se pueden ajustar las temperaturas de utilización, el volumen y la potencia. Estos dos últimos parámetros pueden ser calculados automáticamente a través del botón Calcular volumen y potencia.

Así, se fijarán los siguientes parámetros:

• Temperatura de utilización: el CTE DB-HS4 Apdo. 2.1.3 establece que la temperatura en el acumulador estará comprendida entre 50ºC y 65ºC. Para este caso se fijará 53ºC.
• Temperatura mínima red ACS: el CTE DB-HS4 Apdo. 4.4.2 fija una diferencia máxima de 3ºC entre la temperatura del acumulador y la mínima de la red de ACS. Por tanto, en este caso se fijará en 50ºC.
• Volumen y potencia: se calculará automáticamente a través de la opción correspondiente. En la ventana Preparación de ACS, aparece un diagrama tipo de consumo (editable), que variará en función del uso de la instalación. En este caso, se seleccionará Viviendas (por persona), y se fijará el resto de parámetros como procede:

  • Nº de unidades: se refiere al número de unidades del tipo indicado entre paréntesis. En este caso son personas. Se fijará una ocupación de 6 personas (como se hizo con el depósito de reserva). El consumo se dejará en los 90 litros que vienen por defecto.

  • Porcentaje del gasto diario consumido en periodos punta: mediante este porcentaje se regula la diferencia entre periodos punta y de preparación. En este caso se fijará un 75%.

  • Tiempo total de consumos punta: Entendiendo 2 horas por cada periodo de consumo punta, con 3 periodos punta, hacen un total de 6 (valor por defecto).

  • Duración de cada periodo de consumo punta: Se dejará en 2 horas (valor por defecto).

  • Duración de cada periodo de preparación: Indica la separación en el tiempo entre los periodos punta. Se mantendrá en 4 horas (valor por defecto).

  • Tiempo diario de funcionamiento del equipo de preparación: Lo más lógico es hacerlo igual a los tiempos de preparación. En este caso 18 horas (valor por defecto).

  • Temperatura de preparación: 53ºC.

  • Factor de seguridad producción ACS: Teniendo en cuenta el rendimiento volumétrico del acumulador, es conveniente dimensionar el volumen con un cierto margen de seguridad. En este caso se fijará 1,25, quedando del lado de la seguridad.

Tras Aceptar, los datos de la ventana Propiedades del calentador ACS, se actualizarán automáticamente:

 

4.- Red de retorno.

A continuación se detallarán las particularidades que presenta la red de retorno frente a las redes de suministro convencionales (ver Capítulo 3.1).

4.1.-Trazado de la red de retorno.

La red de retorno se trazará de forma paralela a la red de impulsión de ACS, de acuerdo con el Apdo. 3.2.2.1 del CTE DB-HS4. Debido a la proximidad entre la cocina y el Acumulador ACS, no será necesario conectar la cocina a la red de retorno.

Para empezar, habrá que situarse en la planta alta, en la Cota de Planta 2,50 (la misma que en tuberías de impulsión, por simplificar), y dibujar una serie de tuberías paralelas a las de agua caliente de consumo, tal y como aparece en la siguiente figura (el punto de conexión con el agua caliente se realizará antes de las llaves de corte de cuarto húmedo):

A diferencia de las tuberías de impulsión, el programa no reconoce automáticamente la función de las tuberías de retorno ACS. Es decir, mientras que en las tuberías de impulsión bastaba con colocar unos elementos (válvulas, contadores, grupo de presión, etc.) para reconocer automáticamente la función de la tubería (derivación a aparato, ascendente, distribuidor, etc.), en el caso de las tuberías de retorno ACS hay que fijar la función de la tubería en el cuadro Propiedades de tubería. Como en otros casos anteriores, para asignar la misma función a un conjunto de tuberías, resulta útil utilizar Copiar Propiedades ().

Tras asignar la función a todas las tuberías de la planta, en pantalla aparecerá representada la red con el color asignado a la red de retorno ACS (naranja por defecto, se puede modificar en Herramientas → Opciones).

A continuación se trazará la conducción descendente desde la Planta Alta (Cota sobre planta +2,50) hasta la Planta Baja (Cota sobre planta +2,50 también). En perspectiva isométrica, con las opciones con la opción Ortogonal  ,  Forzar incrementos en modo ortogonal , y Etiquetas informativas de dibujo activadas, se puede dibujar fácilmente la tubería, de forma similar a como se explicó en el Capítulo 1: con la tecla SHIFT pulsada, la tubería se dibujará en dirección Z (vertical), y dándole una longitud de 3,00 m la tubería queda trazada.

Por último, sólo queda unir el punto final del colector descendente con el Acumulador ACS:

 

5.2.- Circulador ACS.

Para completar la red de retorno y que el programa pueda calcularla, sólo falta la colocación del circulador ACS. Para esta instalación se optará por una única bomba situada en planta baja, próxima al acumulador. De tratarse de edificios plurifamiliares, el CTE DB-HS4 exigiría el montaje de dos bombas en paralelo.

El circulador ACS se colocará directamente sobre la tubería, con la opción "Partir al dibujar" activada, tal y como se hacía en el Capítulo 1 para insertar válvulas de corte.

 

5.3.- Otros accesorios.

Será conveniente dotar a la red de una serie de accesorios, como son:

• Válvulas de asiento (dentro de válvulas de corte ) en la unión de las tuberías de ambos cuartos húmedos, para equilibrado del retorno (estas válvulas permitirán introducir una pérdida de carga en el tramo que le corresponda):

Una vez instaladas estas válvulas, hay que darles la función Llave de corte retorno ACS a ambas, de forma similar a como ocurría en las tuberías de retorno:

• Vaso de expansión : por tratarse de un circuito cerrado será conveniente la instalación de un vaso de expansión que absorba las dilataciones del agua en el circuito cuando éste está cerrado. El vaso de expansión no tiene influencia alguna sobre el cálculo, siendo de interés su colocación únicamente a efectos de la representación gráfica de la instalación.

 

5.- Cálculo.

5.1.- Proceso de cálculo en redes con retorno.

El proceso de cálculo para instalaciones de suministro de agua con retorno de ACS comprende dos fases:

• Por un lado, se realiza un cálculo a grifos abiertos, igual al realizado en el Capítulo 3.1. En esta fase se calcula y dimensiona la red de impulsión.

• La segunda fase, específica para este tipo de instalaciones, consiste en el cálculo a grifos cerrados, calculando y dimensionando la red de retorno y la parte red de impulsión de ACS que se vea involucrada. En este cálculo no sólo se dimensionan los diámetros de la red, sino que se comprueba además la temperatura mínima en los nudos de la red y dimensiona las coquillas de aislamiento (en este caso no debía de bajar de 50ºC), y calcula si es necesario la pérdida de carga adicional necesaria en los distintos tramos que acometen a un colector para el equilibrado del retorno.

El cálculo completo (ambas fases) se realiza desde el botón . Cada fase se puede realizar por separado desde el menú Calcular. Al realizar el cálculo de la instalación, diseñada conforme a los apartados anteriores, aparece en pantalla la siguiente ventana, con un resumen de los cálculos realizados:

5.2.- Errores frecuentes en el cálculo.

Además de los errores descritos en el Apartado 1.8 del presente manual, durante el cálculo de instalaciones con producción de ACS con retorno, pueden aparecer los siguientes errores:

1. Error en tubería. Caudal nulo. Revise sus propiedades. Este mensaje de error indica que hay tuberías que no tienen la función Retorno ACS asignada.

2. Error en válvula. Caudal nulo. Revise sus propiedades. Este error aparece cuando una válvula no tiene asignada la función Llave de retorno ACS asignada.

3. Error en acumulador. Caudal punta nulo. Revise las conexiones del elemento CIRCULADOR ACS. Este mensaje de error aparece cuando el circulador ACS no está en incluido en el circuito, o bien se ha colocado en posición invertida.

5.3- Mostrar resultados.

Además de todos los datos referentes a caudales, presiones, diámetros, etc. descritos en el Capítulo 1, del cálculo de instalaciones de este tipo se desprenden además los siguientes resultados, que pueden consultarse con las Etiquetas informativas :

• Punto de funcionamiento (caudal, presión, potencia aproximada) de la bomba de circulación.

• Temperatura de salida de la tubería (sólo en las tuberías involucradas en el circuito cerrado).

• Equilibrado. El equilibrado es la pérdida de carga que hay que sumar a los tramos paralelos con menor pérdida de carga para equilibrar el circuito. En este caso, se tienen dos tramos en paralelo, uno por cada cuarto de baño. Sin embargo, al ser los caudales tan bajos, y las longitudes de tubería muy parecidas, las pérdidas de carga en ambos tramos son prácticamente iguales. Por tanto, en este caso concreto el circuito está equilibrado de por sí, no calculando el programa el equilibrado de la red.