FAQ

Cuando el caudal en cualquier parte de la instalación se corresponde con los caudales definidos en el proyecto.

En la práctica se recomienda que el equilibrado se realice mediante una serie de válvulas de equilibrado que permitan su ajuste manual. En función de las características de la instalación, estas válvulas se encargarán de originar las pérdidas de carga adecuadas para garantizar una correcta distribución del fluido caloportador en toda la instalación.

La figura 1.1 muestra un esquema de un anillo equilibrado perteneciente a una instalación de distribución. La instalación estará equilibrada cuando las válvulas de equilibrado hayan sido ajustadas de tal forma que el caudal en las unidades terminales, líneas de distribución y primario sea el especificado en proyecto.

Si establecemos una analogía entre una instalación hidráulica y una instalación eléctrica, las válvulas de equilibrado son comparables a resistencias variables, la resistencia de las tuberías a la resistencia del conductor eléctrico y los emisores de calor / frío a las cargas eléctricas. (fig. 1.2).

Si la instalación no está equilibrada, el fluido caloportador tenderá a discurrir por los tramos que menor pérdida de carga presenten, con lo que en algunas unidades terminales se producirá una sobrealimentación mientras que otras padecerán un déficit de caudal. Como consecuencia la calefacción / refrigeración de las distintas áreas de la instalación no será la proyectada.

Aunque desde el punto de vista teórico es posible equilibrar una instalación mediante la utilización de diferentes secciones de tubería a lo largo de la instalación, esto no es viable en la práctica.

De hecho es frecuente que las pérdidas de carga estimadas en el proyecto sean superiores a las reales una vez ejecutada la instalación. Como consecuencia el punto real de trabajo de la bomba se sitúa en zonas de menor rendimiento e incluso fuera de su curva de trabajo y en ocasiones es necesario cambiar el motor de la bomba o incluso la bomba completa. Las válvulas de equilibrado eliminan este problema ya que introducen en la instalación las pérdidas de carga adicionales necesarias.

Tal y como se muestra en la fig. 1.1, solamente el ajuste correcto de las válvulas de equilibrado garantiza que en todas y cada una de las distintas zonas de la instalación se disponga del caudal de proyecto.

El ingeniero que realiza el proyecto persigue:

• La máxima eficacia en el funcionamiento de la instalación.
• Obtener el grado de confort requerido con el menor coste de funcionamiento.
• Ahorrar energía.

Para seleccionar los elementos encargados de realizar el equilibrado y la regulación de la instalación hay que tener en cuenta, entre otros, los siguientes aspectos:

(A) Tipo de aplicación
(B) Características del edificio
(C) Temperaturas ambiente requeridas
(D) Tipo de suministro para el A.C.S.
(E) Desviaciones admisibles para los parámetros de confort
(F) Ahorro de energía
(G) Factores económicos

Los puntos (C), (E) y (F) dependen en gran medida de la correcta distribución de caudales en toda la instalación. Por tanto la calidad del equilibrado hidráulico tiene una gran repercusión a la hora de obtener el grado de confort y eficacia requeridos y esa calidad depende en parte del sistema de equilibrado elegido (estático o dinámico) y de los componentes para verificar los caudales en la instalación.

Los siguientes aspectos han de ser definidos durante la fase de proyecto:

• Tipo de válvulas de equilibrado.
• Método de ajuste.
• Verificación de caudales. ¿dónde y cómo?.
• Desviaciones admisibles de los caudales.

Una instalación bien equilibrada ofrece las siguientes ventajas:

• Caudal correcto en calderas y enfriadoras.
• Correcta distribución del fluido en la instalación y eficacia de la misma.
• Compatibilidad total entre los caudales en el primario y los secundarios.

Como consecuencia se obtienen los siguientes beneficios:

• La temperatura ambiente requerida se mantiene dentro del rango establecido.
• Ahorro de energía.
• Consecución del grado de climatización perseguido.

Consideremos el esquema representado en la figura 1.3.

Corresponde a una instalación compuesta por una caldera o enfriadora, tres unidades terminales que requieren caudales idénticos y una bomba de circulación. En la parte superior de la figura se representa el diagrama de distribución de presiones en la instalación. Tanto en el esquema como en el diagrama los nudos están definidos con la misma nomenclatura.

En las tuber ías existe un rozamiento del fluido con las paredes internas de la tubería, de tal forma que se produce una pérdida de carga a lo largo de la tubería en el sentido del fluido. Esta variación queda representada en el diagrama de presiones. El caudal entre dos puntos se determina en función de la presión diferencial existente entre esos puntos y la pérdida de carga producida en la tubería, las válvulas y las unidades terminales. El cálculo del caudal se realiza mediante la siguiente ecuación:

qvn = Δp / (R . ρn)

en la que:
qvn = caudal
Δp = caída de presión
R = Pérdidas a lo largo del circuito (tuberías, unidades terminales, válvulas,…)
n = Exponente
ρ = densidad del fluido

El valor R se obtiene de las tablas correspondientes en los catálogos de los productos en cuestión.

El exponente n toma valores diferentes en función del tamaño de la tubería.

La caída de presión Δp1 corresponde al circuito crítico que es aquel que ofrece la mayor resistencia a la circulación del fluido.

Normalmente se corresponde con el circuito más alejado de la bomba. Esta caída de presión se calcula mediante la siguiente ecuación: Δp1 = R1 . (qv . ρ)n, en la que R1 y qv son valores conocidos ya que representan respectivamente la pérdida de carga a lo largo del circuito crítico y el caudal de proyecto.

La caída de presión en las tres unidades terminales ha de ser la misma, ya que partimos del supuesto de que el caudal tenía que ser idéntico en todas ellas, por tanto : Δp1=Δp2=Δp3.

Para lograrlo es necesario conectar en serie con las unidades terminales otro elemento resistente al paso del fluido, de tal forma que la caída residual de presión entre los puntos BF y CG pueda ser absorbida.

Si la instalación en cuestión no dispone de válvulas de equilibrado después de las unidades terminales (2) y (3), el caudal a través de las tres unidades terminales variará de forma que ofrezca el mayor valor en la unidad terminal 3, en la 2 será algo más bajo y en la 1 inferior aún. En este caso la instalación no estará equilibrada.

La figura 1.4 muestra la distribución de presiones entre los puntos BF. De su examen se desprende que a la hora de ajustar la válvula de regulación se ha de tener en cuenta la pérdida de carga tanto en la unidad terminal como en las tuberías.

El ajuste final usualmente se lleva a cabo mediante la medida del caudal a través de la válvula de regulación y simultáneamente la medida del caudal en la unidad terminal (1).

La válvula de regulación de la unidad terminal (2) se ajusta de forma que los caudales medidos en las unidades terminales (1) y (2) sea igual que la correspondiente al caudal de referencia entre las dos unidades terminales.

A continuación se ajusta la válvula correspondiente a la unidad terminal (3) para que el caudal en las unidades terminales (2) y (3) sea también el mismo que entre ambas unidades terminales.

Este método de ajuste se llama “método proporcional”.

En muchas ocasiones el valor de la resistencia de paso de las válvulas no aparece en los catálogos de estos productos, y en su lugar se ofrecen los valores correspondientes al coeficiente kv o cv (en el caso de fabricantes norteamericanos).

El coeficiente kv se define como el caudal de agua (densidad 1 kg / l) que pasa a través de la válvula, cuando la presión diferencial en la misma es de 1 bar. Este valor está medido en m3 / h.

El coeficiente cv se define como el caudal de agua (densidad 1 kg / l) que pasa a través de la válvula, cuando la presión diferencial en la misma es de 1 psi (lb/ inch2). Este valor está medido en GPM (US gallon / min).

Por tanto la equivalencia entre el caudal de paso y la presión diferencial en la válvula viene dada por:

qv = kv . √Δp/ρr qv en m3/h cuando Δp se expresa en bar
qv = c v . √Δp/ρr qv en GPM (US) cuando Δp se expresa en psi

En ambos casos y en lo referente a válvulas de equilibrado, el coeficiente kv o cv se corresponde a la situación de apertura total de la válvula.

Una característica de las válvulas de equilibrado estático es que el área del orificio de paso, y en consecuencia su valor kv puede ajustarse y fijarse manualmente. El valor seleccionado para el kv se desprende de la posición del mando manual de la válvula , de acuerdo con su gráfico de equilibrado.

La válvula debe disponer de 2 tomas de medida con objeto de poder conectar los equipos de medida de caudal.

La válvula puede ser ajustada previamente en base a la distribución de presiones considerada en el proyecto de la instalación. En todo caso este cálculo en grandes instalaciones puede suponer un esfuerzo considerable. Además puede hacerse un ajuste previo de las válvulas una vez instaladas de acuerdo con los criterios expuestos para el método proporcional.

Las válvulas de equilibrado dinámico se introdujeron en el mercado hace algunos años. Su característica principal es que se seleccionan previamente de acuerdo a los caudales de proyecto y de forma automática se ajusta el valor kv necesario, en función de las variaciones de presión diferencial en la instalación, para garantizar el caudal establecido en el proyecto.

Estas válvulas pueden suministrarse ya calibradas de fábrica de acuerdo al caudal correspondiente, o bien pueden ser ajustadas por el instalador antes o después de haber sido instaladas o incluso cuando la instalación ya está en servicio.

Las válvulas pueden utilizarse de acuerdo a los caudales de proyecto, sin necesidad de conocer la distribución de presiones en la instalación.

La figura 1.5 ilustra la diferencia de comportamiento entre las válvulas de equilibrado dinámico y estático y que repercusiones tiene el empleo de uno u otro sistema en la variación del caudal en función de la presión diferencial en la instalación.

Tal y como se observa en el gráfico, el caudal a través de una válvula de equilibrado estático aumenta de forma lineal con la presión diferencial, y disminuye cuando esta se reduce. Sin embargo las válvulas de equilibrado dinámico mantienen el caudal prácticamente constante (dentro de los límites del rango de regulación) independientemente de la presión diferencial en la válvula.

Además, hay que señalar que en el caso de las válvulas de equilibrado estático el caudal nominal (100%) no se alcanza hasta que la presión diferencial en la válvula alcanza el valor nominal Δp.

Equilibrado estático: En la fase de ajuste ha de ser posible medir el caudal de paso en las unidades terminales, en los circuitos de distribución, en el secundario y en el primario.

Normalmente esos valores se obtendrán a partir de otras magnitudes, por ejemplo: de la relación existente entre el caudal y la presión diferencial en la válvula de equilibrado de cada circuito y su kv , o bien utilizando para ello la tabla de caudales correspondiente en función del ajuste de la válvula.

La precisión obtenida de esa forma para el caudal medido no será superior al +/- 25%. Esta desviación ha de ser tenida en cuenta a la hora de realizar la comprobación de los caudales. Es más, la comparación entre el caudal de paso en las unidades terminales y en los circuitos de distribución no reviste particular importancia para el proceso de equilibrado.

Equilibrado dinámico: En este caso la precisión obtenida en el ajuste del caudal es +/- 5% respecto al caudal de proyecto.

Por tanto, una medida directa que suponga un grado de precisión de +/- 25%, no es adecuada para verificar los caudales de paso en las unidades terminales.

En su lugar se recomienda realizar la medida y verificación del caudal en la impulsión.

Para verificar el caudal en la impulsión se recomienda emplear un mecanismo con un orificio fijo que garantice una precisión del +/- 5% respecto al caudal medido.

Las figuras 1.6 y 1.7 muestran una sección de la misma instalación. La figura 1.6 representa el equilibrado estático de esa sección y la 1.7 el equilibrado dinámico. La sección en cuestión consta de un circuito de impulsión que alimenta a 3 circuitos principales de distribución que a su vez alimentan a 3 circuitos secundarios de distribución, cada uno de los cuales dispone de 3 unidades terminales; en total 27 unidades terminales.

En el caso de equilibrado estático hay que equilibrar en primer lugar las 27 unidades terminales. A continuación hay que equilibrar las 9 válvulas correspondientes a los circuitos secundarios de distribución. Continuando con el proceso hay que equilibrar los 3 circuitos principales de distribución. Por último hay que ajustar el caudal en el circuito primario de impulsión para garantizar el caudal de proyecto.

Este sistema requiere una válvula de equilibrado por cada unidad terminal, otra válvula más en cada circuito secundario de distribución, otra más en cada circuito principal de distribución y por último una más para el circuito primario de impulsión.

En el caso de equilibrado dinámico cada unidad terminal se equilibra independientemente del resto, por tanto solamente se precisa una válvula de equilibrado por cada unidad terminal.

El ajuste de un sistema de equilibrado dinámico es más sencillo y rápido. El ajuste previo de las válvulas de equilibrado en función de los caudales de proyecto es todo lo que se precisa. No es necesario realizar ninguna medida de los caudales en las válvulas de equilibrado.

Una vez que las características de la instalación han sido establecidas, el único factor no definido es la posible variación del caudal real respecto al caudal de proyecto. Cuando se emplean válvulas de equilibrado dinámico desaparecen las incertidumbres referidas a la distribución de presiones en la instalación y en consecuencia a los kv calculados para las válvulas de equilibrado.

Solamente se precisan válvulas de equilibrado en las unidades terminales, no siendo necesaria su instalación en los circuitos primarios y secundarios de distribución ni en el circuito primario de impulsión.

Las unidades terminales quedan exentas de verse sometidas a caudales superiores al de proyecto sin que les afecten hipotéticas variaciones en la distribución de cargas en la instalación o incluso la modificación de la carga total. Sin embargo en una instalación equilibrada estáticamente es posible que, en determinadas circunstancias, aparezcan sobrecaudales en las unidades terminales que pueden llegar a alcanzar hasta el 300% - 400% del caudal de proyecto.

El caudal nominal puede cambiar en uno o más ramales de la instalación sin que sea preciso realizar un nuevo ajuste de las válvulas de equilibrado. En una instalación equilibrada estáticamente, si después de haber ejecutado la instalación se detecta algún error en relación a los datos de proyecto, solamente es posible volver a equilibrarla si se realiza nuevamente el equilibrado total de la instalación.

El equilibrado dinámico es más completo que el estático ya que el grado de precisión del caudal es de +/- 5%.

Una instalación equilibrada dinámicamente puede ser modificada, ampliada o renovada sin que sea necesario realizar ninguna modificación en la parte de la instalación que permanezca en su estado inicial. Sin embargo en el caso de que la instalación esté equilibrada estáticamente lo anterior implica un cambio total en el diseño de la instalación.

De lo anterior se desprende que las principales ventajas del equilibrado dinámico son las siguientes:

• Un ajuste más rápido y sencillo.
• Independencia de errores o incertidumbres en el cálculo de la distribución de presiones en la instalación.
• de un menor número de válvulas de equilibrado.
• Garantía de que las unidades terminales no estarán sometidas a caudales superiores a los de proyecto.
• Gran sencillez en el caso de que sea necesario realizar un reajuste de las válvulas.
• Mayor eficacia.
• Gran flexibilidad ante modificaciones posteriores en la instalación.

Como consecuencia de todo ello se obtienen los siguientes beneficios:

• Instalación más económica.
• Mayor confort.
• Gran flexibilidad.
• Ahorro energético.
• Menores costes de mantenimiento y explotación.