CEDIT - UNMSM
CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS
DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
S
C
SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR
SUELOS RADIANTES
Integrantes
Rubén Marcos Huatuco
Roger Iván Ponce Segovia
Fernando Javier Pareja Centeno
José Luis Hidalgo Rodríguez
S
R
Asesor
Ing. José Aguilar Bardales
Trujillo – Octubre - 2005
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SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR
SUELOS RADIANTES
(SCSR)
S
¿Qué es un SCSR?
C
Es un modelo de calefacción
moderno que
carece de
elementos visibles para el
usuario, ya que esta ubicado
bajo el piso.
S
R
El elemento irradiador
utilizarse puede ser:
- Electricidad (resistencia
térmica).
- Agua caliente (que fluye en
un serpentín bajo el piso).
a
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TIPOS DE SCSR
S
C
S
R
Suelo radiante eléctrico por cable
calefactor:
Utiliza
la
energía
eléctrica directa que a través de una
resistencia genera calor, lo normal es
que este cable sea de acero
inoxidable, fabricado y preparado
especialmente para este fin .
Suelo radiante por tubo de agua:
Utiliza una red de tubos instalados de
manera conveniente debajo del suelo,
así se hace circular por ellos agua
caliente para conseguir ambientes con
temperaturas entre 18ºC y 22ºC
aproximadamente.
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DIAGRAMA DE COMPONENTES DE UN SCSR
POR TUBO DE AGUA
S
Caldera
C
S
Suelo Radiante
R
Bomba
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PRINCIPALES VENTAJAS DE LOS SCSR
S
El suelo radiante no ensucia ni altera la estética del ambiente.
C
 Es más seguro que los sistemas con radiadores calientes
externos.
S
 Al no recalentar el aire, prácticamente no se modifica la
humedad relativa.
R
 No favorece el transporte de bacterias o polvo.
 Teniendo el generador de calor en funcionamiento durante 6-8
horas, se dispone de calefacción las 24 horas del día.
 Una vez fuera de servicio el generador de calor, la temperatura
del suelo desciende entre 0,5 y 2ºC por hora, según el aislamiento
del edificio y el material del suelo.
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PERFORMANCE DE LOS SCSR
S
C
S
R
La Calefacción por Suelo Radiante, es el sistema de calefacción
que mas se aproxima al sistema “IDEAL” de calefacción.
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TEORÍA DE DISEÑO
S
C
S
R
1) Parámetros iniciales:
Transferencia de calor por
convección libre y Radiación en la
superficie (Condición de estado
estable en el sistema).
Q CONV  hA (Tsup  T  )
Q RAD   A (T
4
sup erficie
T
Q suelo  Q conv  Q rad
4
aire
)
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S
C
S
R
2) Flujo en el serpentín: Teoría de Flujo
Interno con flujo de calor superficial
constante.
-Flujo de masa constante.
-La transferencia de calor por convección
ocurre en la superficie interna de la
tubería.
-Los cambios de energía cinética,
potencial y transferencia de energía por
conducción en la dirección axial son
insignificantes.
-El trabajo que el flujo realiza se da para
mover el fluido a través de una superficie
de control.
-Flujo
laminar,
desarrollado.
completamente
  .l
11
"
T S ( l )  T m , i  q S . D ext 

48 . K tub
 m .Cp




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3) Transferencia de calor a través del suelo: Teoría de transferencia de calor
por conducción utilizando el Método de Diferencias Finitas.
S
C
S
R
RF 2005
Red nodal
y
Secciones
Debido a la complejidad de los
cálculos, se desarrolló un
software para el tratamiento y
solución del problema.
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DESARROLLO DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL
CON TUBERÍA DE FIERRO GALVANIZADO
(SCSR - Fe)
S
C
 Dimensionamiento en función al
diámetro de tubería (estandarización).
 Serpentín de tubería galvanizada
para agua de f ½.
 Suelo de tierra vegetal.
S
R
 Profundidad de suelo: 4f.
 Contornos y fondo del sistema
aislados con poliestireno expandido.
 Bombeo por gravedad.
 Tanque de suministro de agua
calentado por resistencia eléctrica.
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PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe
S
C
S
R
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PRUEBA DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL
S
C
S
R
SCSR - Fe
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RESULTADOS OBTENIDOS CON EL
PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe
S
C
S
R
El cuadro muestra los
resultados
obtenidos
expeimentalmente usando
el SCSR - Fe
Tm: Temperatura promedio en la superficie
(°C).
Tm,i: Temperatura de ingreso al serpentín
(°C).
Qsuelo : Potencia emitida por el suelo (W).
Qtubería: Potencia emitida por el serpentín
(W)
Qperdido: Potencia perdida por las paredes
del aislante (W)
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EVALUACIÓN TECNICA DE LAS DIFERENTES
ALTERNATIVAS PARA UN SCSR
S
Sistema de Tuberías
Tmax
(°C)
D
(pulg/ pulg /°F)
K
(W/mK)
Pmax
(kg/cm²)
PVC
75
2.8 x 10-5
0.25
140
Arcilla
1.30
CPVC
85
3.4 x 10-5
0.12
710
Concreto
1.40
Cobre
800-900
9.3 x 10-6
~170
Media
Arena
0.27
>900
5.9 x 10-6
~60.5
Alta
Tierra vegetal
0.52
Material
C
S
R
Tipo de Suelo
Fe-Galvaniz.
Material
Tmax: Temperatura máxima que soporta sin perder sus propiedades.
D: Coeficiente de expansión térmica .
k: Coeficiente de transferencia de calor del material.
Pmax: Presión máxima externa que soporta el material (al ser pisado o puesto bajo suelo).
Precio: Precio por unidad de longitud
K
(W/m°K)
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EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES
ALTERNATIVAS PARA UN SCSR
S
Sistema de Tuberías
Material
C
S
R
Precio*
(S/./m)
Tipo de Suelo
Material
Arcilla
30.50
Arcilla
CPVC
42.10
Concreto
Cobre
194.20
Arena
Fe-Galvaniz.
61.50
Tierra vegetal
Precio
(S/./kg)
0.00 - 1.50
3.50
0.00 – 0.20
0.00
(*) Precio: Precio por unidad de
longitud que incluye accesorios.
El costo del sistema convencional de bombeo, está en función de la
temperatura del agua, la longitud del serpentín (perdidas hidráulicas) y el
flujo de masa requerido.
Los sistemas de bombeo “convencional” que se pueden adquirir en el
mercado, van de US$ 100 a más, en función a los parámetros antes citados.
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SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA
(SCSR - APC)
S
C
S
R
1) SERPENTÍN.
 La técnica usada para la conformación hidroplástica es la decantación
de una suspensión de arcilla en molde de yeso, en la cual la masa espesa es
vertida en una matriz que tiene la geometría de la sección deseada.
 La densidad y la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a
alta temperatura o por el proceso de cocción (900 – 1400°C).
 Para hallar el diámetro optimo, se deben hacer una serie de ensayos, de
los cuales los más importantes son:
-Ensayo de Permeabilidad.
-Ensayo de Resistencia a la Fractura.
-Ensayo de Dilatación Térmica.
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SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA
(SCSR - APC)
S
SISTEMA DE BOMBEO
Bomba de vapor
C
S
R
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APLICACIÓN A LA REALIDAD
S
C
S
R
El sistema de calefacción radiante no puede eliminar los problemas que
produce el frio intenso, pero si puede mejorar la calidad de vida de los
pobladores de las regiones frías de nuestro país.
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Un SCSR – APC puede disminuir las estadísticas en cuanto a efectos de la
neumonía (control de la humedad y temperatura ambiental durante los días
frios).
S
C
S
R
Un SCSR – APC, puede menguar los efectos sobre los animales de crianza
(establos comunales aclimatados).
El estado mediante sus programas de apoyo y prevención, pude capacitar al
poblador rural para implemente en su hogar un SCSR – APC.
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S
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VIABILIDAD ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES
ALTERNATIVAS PARA UN SCSR
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S
C
¿ Preguntas ?
S
R
www.cedit-termofluidos.com
[email protected]
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