Cómo dimensionar correctamente las aletas

FIGURA 1:Una comparación de la producción típica de zócalos residenciales de tubos con aletas con y sin el factor de efecto de calentamiento del 15 por ciento.

FIGURA 2:Software como Hydronics Design Studio puede dimensionar los zócalos conectados en serie, teniendo en cuenta la caída de temperatura y varias otras variables, como el caudal del circuito, el tipo de fluido y la temperatura ambiente individual.

Eche un vistazo a las tablas de clasificación de la mayoría de los zócalos de tubos con aletas que se venden en Norteamérica y es probable que vea una nota al pie debajo de la tabla que dice algo como esto: "Las clasificaciones se basan en la longitud de la aleta activa e incluyen un 15 por ciento de calefacción". factor de efecto”.

Entonces, ¿qué se entiende exactamente por factor de efecto de calentamiento?

Según el Manual de ASHRAE de 2016: Sistemas y equipos HVAC, el método generalmente aceptado para probar y clasificar zócalos en los EE. UU. está cubierto en el Estándar de prueba y clasificación para radiación de zócalos del Instituto de aire acondicionado, calefacción y refrigeración (AHRI) (AHRI 2005a). . Continúa diciendo que las clasificaciones del zócalo incluyen una asignación para factores de efecto de calentamiento del 15 por ciento además de la capacidad de prueba, que debe mostrarse en la literatura del fabricante.

El Directorio AHRI de rendimiento de productos certificados I=B=R/2009 establece lo siguiente: “Todos los zócalos enumerados han sido probados en el laboratorio I=B=R y las clasificaciones se aprobaron con base en estas pruebas. Una clasificación de placa base I=B=R es la salida, determinada bajo las estrictas limitaciones y condiciones establecidas en el Estándar de clasificación y pruebas I=B=R para radiación de placa base, más el 15 por ciento. Este porcentaje adicional se acredita a la unidad del zócalo porque este tipo de radiación generalmente se instala en niveles bajos donde se produce el máximo efecto de calentamiento”.

Entonces, ¿qué se puede deducir de estas declaraciones?

Esto todavía no explica las condiciones en las que se basa el ajuste del 15 por ciento o cómo esas condiciones difieren de aquellas en las que se prueba o normalmente se instala el zócalo. Y por si sirve de algo, ¿alguno de ustedes ha visto alguna vez un zócalo de tubos con aletas instalado en niveles distintos del cercano al piso?

A finales de los años 1980, tuve una larga conversación sobre el factor de efecto de calentamiento con el director técnico del Instituto Hidrónico. Discutimos el origen del factor de efecto de calentamiento. Explicó que cuando se introdujeron por primera vez los emisores de calor de tubos con aletas, se instalaron a la altura superior nominal de un radiador de hierro fundido. Aparentemente, alguien en ese momento descubrió que mover el elemento de tubo con aletas justo por encima del nivel del piso producía una mayor producción de calor, y aparentemente quienes escribieron el estándar de calificación sintieron que un agregado del 15 por ciento estaba justificado.

El problema que tengo con esto es que los zócalos se prueban y clasifican en función de una temperatura del aire entrante de 65 °F. Para lograr un aumento de producción del 15 por ciento sería necesario que la temperatura del aire que ingresa al zócalo sea de aproximadamente 54 ° (suponiendo que el agua en el zócalo tenga 170 °). Si bien estas bajas temperaturas del aire a nivel del piso podrían haber existido en los hogares a mediados del siglo XX, cuando se “descubrió” el factor de efecto de calentamiento, estas temperaturas no son comunes en hogares que cumplen con los estándares energéticos actuales.

Con base en esto, la única observación técnicamente sustentable que puedo ofrecer es que agregar un 15 por ciento a los valores de transferencia de calor probados en laboratorio, basándose en el supuesto de que el zócalo se coloca en lugares anormalmente fríos, no facilita un dimensionamiento preciso en aplicaciones normales.

Después de leer esto, probablemente esté pensando: si la producción de calor real de los zócalos es un 15 por ciento menor que las clasificaciones publicadas, ¿por qué no hay más quejas sobre una entrega de calor inadecuada? Aquí es donde las cosas se ponen interesantes.

Piense en un circuito de zócalo en serie residencial típico. Podría tener de tres a seis zócalos y varios metros de tubería de cobre sin aislamiento de ¾ de pulgada que conecte esos zócalos y complete el circuito de regreso a la caldera. Un tubo de cobre deslustrado de ¾ de pulgada que transporta agua a 170° a través del espacio de un edificio a 65° pierde alrededor de 46 Btuh por pie de longitud. Considere un circuito de zócalo con 60 pies de tubería de cobre desnuda de ¾ de pulgada funcionando en esta condición. La pérdida de calor de ese tubo desnudo es de aproximadamente 2760 Btuh. Esa es una potencia suficiente para calentar fácilmente una habitación típica en un día frío.

Si este mismo circuito contuviera 35 pies de tubo con aletas, liberando un promedio de 425 Btuh por pie (suponiendo una temperatura promedio del agua de 170° y una temperatura del aire de entrada de 65°), la porción de tubo con aletas del circuito tendría una producción total de 14,875 Btuh.

Por lo tanto, el tubo desnudo en ese circuito libera alrededor del 18,6 por ciento de la producción de calor del tubo con aletas en el circuito.

Mi afirmación es que, en muchos sistemas de calefacción, el calor liberado por los tubos de cobre desnudos compensa la producción de calor inferior a la nominal del zócalo de tubos con aletas.

Hace años, mi socio de software, Mario Restive, y yo desarrollamos un programa de simulación de placa base hidrónica llamado HYDRON. Tenía una interfaz de usuario de DOS bastante insípida, pero bajo el capó, utilizaba ecuaciones de ingeniería muy detalladas para modelar el rendimiento de los zócalos conectados en serie, incluida la pérdida de calor de los tubos que conectan los zócalos.

Después de realizar muchas ejecuciones de ese software, descubrimos que la producción total de tubos de cobre desnudos sin aislamiento que conectan los zócalos en un circuito completo estaba a menudo en el rango del 15 por ciento de la producción de calor total de los zócalos. Obviamente, este porcentaje disminuiría para los sistemas con un mínimo de tuberías de interconexión y aumentaría para los sistemas con muchas tuberías.

Los circuitos de zócalo en serie son comunes en América del Norte, especialmente en sistemas residenciales básicos. En la mayoría de los sistemas proporcionan una calefacción confortable. En situaciones donde se utilizan tuberías como PEX, PEX-AL-PEX o polipropileno para conectar los zócalos, o donde la tubería de interconexión está aislada, la pérdida de calor de esa tubería se reducirá sustancialmente en relación con la pérdida de calor de la tubería de cobre tradicional. . En tales casos, es prudente seleccionar zócalos basándose en la producción de calor probada en lugar de la producción probada más el 15 por ciento.

Puede hacer esto dividiendo las clasificaciones de producción de calor I=B=R que incluyen un factor de efecto de calentamiento del 15 por ciento por 1,15.

Si los zócalos están conectados en serie, realice un seguimiento de la caída de la temperatura del agua de un zócalo al siguiente durante el procedimiento de dimensionamiento. Existe un software que puede dimensionar rápidamente los zócalos conectados en serie, teniendo en cuenta esta caída de temperatura y varias otras variables, como el caudal del circuito, el tipo de fluido y la temperatura ambiente individual.

A medida que los materiales modernos, como las tuberías PEX, se vuelvan más comunes para las tuberías de distribución hidrónica, la producción de calor asociada con las tuberías tradicionales de cobre desnudo disminuirá. También disminuirá en situaciones en las que cualquiera de los tipos de tubería esté aislado. Algunos códigos de construcción ahora exigen esto para cualquier tubería que pase por un "sótano sin calefacción".

Mi consejo es dimensionar los zócalos basándose en una producción de calor por pie que no incluya el factor de efecto de calentamiento del 15 por ciento. La producción de calor de las tuberías de distribución puede considerarse entonces como un factor de seguridad.

También le insto a que dimensione el zócalo a temperaturas más bajas del agua de suministro, tal vez incluso tan bajas como 120° bajo la carga de diseño. Ese zócalo durará mucho tiempo y sobrevivirá fácilmente a su primera fuente de calor. El dimensionamiento para temperaturas más bajas del agua de suministro ayuda a preservar la compatibilidad con futuras fuentes de calor de baja temperatura, como calderas de condensación modulantes o bombas de calor. Si el espacio de la pared está limitado, considere el uso de tubos con aletas más grandes para lograr un rendimiento determinado a temperaturas del agua más bajas. Y recuerde esta fórmula: emisores adicionales = eficiencia adicional.

Fecha de publicación: 8/10/2018

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