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Desequilibrios: Origen, consecuencias, soluciones (válvulas, retorno invertido, ...)
DEF: Decimos que dos terminales, de una misma red hidráulica, están desequilibrados entre sí; cuando las pérdidas de presión que sufre el fluido en su camino hasta un terminal son diferentes a las que sufre el fluido en su camino al otro.

OBS: En adelante, llamaremos desequilibrio de un terminal a la diferencia entre la pérdida de presión que sufre el fluido en el camino hacia dicho terminal y la pérdida de presión que sufre el fluido en el camino más desfavorable hidráulicamente de la red. Obviamente, el terminal más desfavorable tendrá un desequilibrio de 0 KPa.

Durante el cálculo de una red de transporte de fluidos como puede ser una red de distribución de radiadores nos encontraremos con los llamados desequilibrios entre terminales. Estos desequilibrios entre terminales los provocan los diferentes caminos que sigue el agua para llegar a cada terminal.

Realmente no existe ninguna red en el mundo que una vez puesta en marcha esta funcione desequilibrada. Cuando una red entra en funcionamiento, todos los desequilibrios de cálculo son corregidos mediante una redistribución de caudales, reduciendo el caudal allí donde más cuesta llegar (disminuyendo la pérdida de carga de ese terminal) y aumentándolo donde menos cuesta (incrementando la pérdida de carga). Ese equilibrado lejos de ser ideal provoca insuficiencias de caudal en unos terminales y excesos en otros, o lo que es lo mismo, rendimientos insuficientes por un lado y velocidades elevadas del fluido en la tuberías por otro.

Existen varias maneras de actuar para reducir estos desequilibrios a valores aceptables. Una de las actuaciones más determinantes se produce en fase de diseño y estudio de la red, al intentar inventar una red intrínsecamente equilibrada evitando crear, en la medida de lo posible, caminos muy descompensados entre sí.

Una vez diseñada la red podemos equilibrarla de diferentes maneras: empleando válvulas de equilibrado en los tramos o detentores en los terminales, los cuales provocarán pérdidas de carga en los tramos o terminales más favorecidos para compensar los más desfavorecidos; diferenciar la red de impulsión de la red de retorno intentando compensar las pérdidas de la ida con las pérdidas de la vuelta del fluido; ...

En los párrafos siguientes desmembraremos todos estos conceptos, los diferentes problemas y sus posibles soluciones mediante un ejemplo práctico.
El ejemplo consistirá en diseñar y calcular una instalación de calefacción en una casa de campo, cuyos planos e input gráfico del programa podemos ver en la figuras 1 y 2.


  

Figura 1 y 2




Figura 3


Empezaremos por calcular la instalación de la manera que indica la figura 4, es decir mediante una red con retorno simétrico.

Como ya se puede ver gráficamente el terminal 1 está muy favorecido con respecto al terminal 10. El terminal 1 recibe el fluido tras un corto camino de impulsión, y lo devuelve mediante otro corto camino; por contra, el terminal 10 recibe y devuelve el fluido mediante largos caminos de codos y derivaciones. En consecuencia, el desequilibrio entre ambos terminales deberá ser notable...




Figura 4

Ejecutando el cálculo hidráulico mediante el comando Cálculo > Tuberías ..., con la opción Predimensionado, e imprimiendo el informe (Archivo > Impresión de resultados > Tuberías); obtendremos los siguientes resultados:




Tabla 1

Caudal total 0,33 l/s

Pérdida de presión total(camino desfavorable + dP Terminal) 7,17 KPa

Desequilibrio máximo de la red 5,95 KPa

Caudal del terminal más desfavorable (10 0,022 l/s

Caudal del terminal más favorecido (1) 0,031 l/s

Analizando los datos obtenidos podemos aseverar que, efectivamente, para servir al terminal más desfavorecido, el terminal 10, necesitaremos vencer 7,17 KPa de presión; mientras que para servir al terminal 1 tan sólo necesitaremos 1,22 KPa (desequilibrio máximo de 5,95 KPa). Este desequilibrio provocará que, si instalamos y ponemos en marcha la instalación sin introducir ningún elemento de regulación, la red se equilibrará redistribuyendo caudales.

Ejecutando el comando Cálculo > Tuberías ... con la opción Verifica + Caudal efectivo e imprimiendo el informe (Archivo > Impresión de resultados > Tuberías) podremos comprobar la nueva redistribución de caudales.




Tabla 2

Cómo podemos comprobar la red se ha equilibrado automáticamente redistribuyendo caudales (desequilibrio entre terminales 0 KPa). El terminal RAD-1 recibe un caudal de 0.10 l/s, es decir, 0.07 l/s más de lo que necesita el radiador para abatir la potencia del espacio; este sobrecaudal proporcionará un rendimiento superior al necesitado y unos desagradables ruidos provocados por el inevitable aumento de la velocidad del fluido. Por otro lado, el RAD-10 recibirá un caudal ínfimo, casi nulo; la consecuencia evidente es el mal rendimiento del terminal.

OBS: En algunos casos, la elección obligada (por motivos de mercado) de una bomba con mayores prestaciones, puede paliar en gran medida los desequilibrios de la red. En próximas newsletters técnicas veremos como elegir la bomba más idónea para una instalación.

Para corregir estos desequilibrios sin modificar la red podremos reducir diámetros de tuberías ó emplear válvulas de equilibrado o/y detentores para generar pérdidas compensatorias en los tramos más favorecidos. El programa, dentro del cálculo de tuberías, dispone de diferentes opciones que individualizan las diferentes soluciones:




Figura 5

    1. Lanzando el comando Cálculo > Tuberías ..., con la opción Predimensionado + Equilibrado (red y tuberías), el programa intentará equilibrar la red provocando pérdidas de carga reduciendo las secciones de los tramos más favorecidos (en la medida de lo posible) para generar pérdidas de carga en ellos que los compensen con los más desfavorables. Los límites de cálculo para estas acciones se definen en los campos DpU max [Pa/m] y Deseq. min. reducir tubi [kPa] del apartado Equilibrado de la ventana de cálculo.


    2. Lanzando el comando Cálculo > Tuberías ..., con la opción Predimensionado + Equilibrado + Regulación con válvulas en el tramo, se intentará equilibrar la red situando selectivamente válvulas en determinados tramos. De nuevo, la idea es generar pérdidas de carga jugando con las diferentes posiciones (Kv) de la válvula elegida por el usuario del archivo de cálculas.


    3. Mediante el comando Cálculo > Tuberías ..., con la opción Predimensionado + Equilibrado + Regulación con detentores en los terminales el programa equilibrará la red usando los detentores, elegidos del archivo de válvulas, sobre los terminales.

Otra opción para corregir los desequilibrios es rediseñar la red de retorno diseñando un retorno invertido ó asimétrico. La idea es, descompensar los terminales más favorecidos en la impulsión mediante un retorno más desfavorable, y viceversa. En nuestro ejemplo de la figura 6 podemos ver como, por ejemplo, el terminal 10 el más desfavorable en la impulsión (es el último en recibir) y el más favorecido en el retorno (el primero en entregar), el terminal 1 es el más favorecido en la impulsión (es el primero en en recibir) y el más desfavorecido en el retorno (el último en entregar).




Figura 6

Calculando la nueva red (Cálculo > Tuberías ... con laopciónes Predimensionado) obtendremos los siguientes datos:




Tabla 3

Caudal total 0,33 l/s

Pérdida de presión total (camino desfavorable + dP Terminal) 5,13 KPa

Desequilibrio máximo de la red 0,9 KPa

Caudal del terminal más desfavorable (6,10) 0,04-0.02 l/s

Caudal del terminal más favorecido (8) 0,05 l/s

Comparando los resultados de una y otra solución (simétrico & Invertido) podemos ver que:

  • El máximo desequilibrio se ha reducido en seis veces y media (de 5.9 KPa a 0.9 KPa).
  • La desviación de caudal de cada terminal (Tabla 4 Cálculo caudal efectivo) se ha reducido tres veces y media (de +/- 0.07a +/- 0.02), situando la desviación por debajo de la demanda media de cada terminal (0.03 l/s).



Tabla 4

Esto nos devuelve al principio... "Una de las actuaciones más determinantes se produce en fase de diseño y estudio de la red, al intentar inventar una red intrínsecamente equilibrada evitando crear, en la medida de lo posible, caminos muy descompensados entre sí".


 
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