estudio energeticoOK:Maquetación 1 14/03/11 12:54 Página 13 INDICE DE CONTENIDOS 1. OBJETO DEL...

Estudio energético comparativo del

empleo de diferentes sistemas de

instalación de tubería preaislada

estudio energeticoOK:Maquetación 1 14/03/11 12:54 Página 1

3www.uponor.es

INDICE DE CONTENIDOS

1. OBJETO DEL ESTUDIO 1

2. CONCEPTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN TUBERÍAS 2

2.1. Introducción 2

2.2. Resistencias térmicas por conducción 4

2.3. Resistencias térmicas por convección 5

2.4. Resistencias térmicas por radiación 6

2.5. Resistencias térmicas por convección-radiación 8

2.6. Calor intercambiado en un elemento compuesto por diferentes capas 9

2.7. Resistencia térmica global. Coeficiente global de transferencia de calor 10

2.8. Caso de tuberías enterradas 11

3. DESCRIPCION DEL SISTEMA EN ESTUDIO Y EL PROCEDIMIENTO 13

3.1. Estudio energético 13

3.2. Estudio de pérdidas de calor en el circuito de distribución 13

4. DATOS DE ENTRADA 15

4.1. Conductividades térmicas de los tubos 15

4.2. Equivalencia de diámetros en el cálculo hidráulico 15

4.3. Perfiles de disipación de calor en los edificios 16

5. RESULTADOS. 18

5.1. Pérdidas de potencia en la distribución hidráulica 18

5.2. Pérdidas de energía anual en la distribución hidráulica 20

5.3. Estudio económico 20

5.4. Estudio de ventajas técnicas 24

6. NORMATIVA DE REFERENCIA 34


2.1. Introducción

En la transferencia de calor existente a través de un equipo oelemento entre dos entornos (interior y exterior) tienen lugarlos tres mecanismos típicos de conducción, convección yradiación.

• La transferencia de calor por conducción (transferenciade calor a través de un material sin movimientomacroscópico) se realiza en general a través de los materialessólidos aunque puede presentarse también en líquidos ogases en condiciones cercanas al reposo.

• La transferencia de calor por convección (transferenciade calor por conducción con existencia de un movimientomacroscópico de los materiales), se realiza a través de losgases o líquidos, pudiendo ser el movimiento provocado onatural (por diferencia de densidades).

• La transferencia de calor por radiación (transferencia decalor entre superficies sin la necesidad de la presencia de unmedio material entre ambas), se realiza a través del vacío ode medios transparentes o semitransparentes)

• El flujo de calor en placas cilíndricas se expresa comoflujo de calor por unidad de longitud q/H (W/m)

A continuación se indican las fórmulas empleadas en el cálculode transferencia de calor. La terminología empleada se adjuntacomo sigue:

4www.uponor.es

1- OBJETO DE ESTUDIO 2- CONCEPTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN TUBERÍAS

Mecanismos de intercambio de calor

MEDIO 1 MATERIAL

ConducciónConvección

Radiación

Convección

Radiación

MEDIO 2

En el presente informe se realiza un comparativo energéticoentre diferentes soluciones de distribución de tubería enterradafrente a la solución propuesta por UPONOR mediante suproducto Local Heating Distribution (en adelante LHD).

Se ha realizado a través de una simulación real del consumoenergético de un edificio a lo largo de un año calculando encada caso las pérdidas de calor al terreno.

Todo ello, finalmente ha sido traducido en términoseconómicos calculando los costes de cada sistema frente a losahorros energéticos obteniendo el periodo de retorno de lainversión.

Se incluye en el Capítulo 6 la normativa de referencia empleadapara la redacción del presente informe.


Símbolo Definición Unidad

A Área m2

a Anchura del conducto m

aa Valor de ajuste de espesor económico €/m2, €/m,€

b Altura del conducto m

bb Valor de ajuste de espesor económico €/m3 , €/m2 ,€/m

Cf Calor de cambio de estado 333800 J/kg

CF Coste de funcionamiento €/m2, €/m,€

CI Coste de inversión €/m2, €/m,€

Cp Calor específico 1000 (aire) 4190 J/kgºC(agua)

c Lado de la canalización m

D Diámetro m

d Coste de oportunidad del dinero %

DIA Día juliano (1 a 365) día

esp Espesor m

h Coeficiente convección/radiación W/m2ºC

Hr Humedad relativa %

H Longitud, altura, anchura m

i Inflación del combustible %

k Conductividad W/mºC

L Espesor m

N Nº de años de vida de la instalación años

n Longitud unitaria en dirección normal m

p Profundidad m

Por Porcentaje de agua congelada %

Pv Presión parcial vapor Pa

Pvs Presión parcial vapor en saturación Pa

q Flujo de calor W

r Radio m

R Resistencia térmica m2ºC/W, mºC/W, ºC/W

T Temperatura ºC

TK Temperatura K

Tr Temperatura de rocío ºC

t Tiempo anual de funcionamiento seg

U Coeficiente global de transferencia de calor W/m2ºC

VAN Valor actual neto

Va Variación anual de temperatura del suelo ºC

v Velocidad m/s

ε Coeficiente de emisión

σ Cte Stefan-Boltzman 5,67 10-8 W/m2K4

ρ Densidad Kg/m3

Δ Incremento

5www.uponor.es


2.2. Resistencias térmicas por conducción

La ecuación que rige el intercambio de calor por conducciónes la conocida ecuación de Fourier, la cual considera que ladensidad de flujo de calor por unidad de área es proporcionalal gradiente de temperaturas en la dirección perpendicular alárea considerada:

La constante de proporcionalidad se conoce comoconductividad térmica del material, tomándose en general deforma práctica como constante. En realidad puede presentarcierta dependencia con la temperatura del mismo, en esoscasos se toma el valor medio dentro del campo detemperaturas en el que se desarrolla la aplicación.

Particularizada la anterior ecuación al caso de una capacilíndrica en que sus superficies tengan una diferencia detemperaturas ΔT, tenemos:

Se define la resistencia térmica por conducción de una capacilíndrica como:

2.3. Resistencias térmicas por convección

La ecuación que rige el intercambio de calor por convecciónes la conocida ecuación de Newton, la cual considera que ladensidad de flujo de calor por unidad de área es proporcionala la diferencia de temperaturas entre la superficie y latemperatura del fluido (líquido o sólido).

En este caso la constante de proporcionalidad se conoce comocoeficiente de convección o coeficiente de película (en realidadno es un valor constante).

Dicho coeficiente de convección presenta gran variación enfunción del tipo y cantidad de movimiento que presente elfluido, así como de su estado, e incluso del mismo gradientede temperaturas (pared-fluido).

Respecto al movimiento se debe diferenciar entre movimientoprovocado (forzado) por un elemento (bomba, ventilador) opor el ambiente (velocidad viento), y movimiento natural(debido a la diferencia de temperaturas dentro del fluido quea su vez provoca diferencia de densidades y por tantodesplazamiento).

Respecto a su estado, cabe diferenciar el caso de gases,líquidos o fluidos que en las condiciones de trabajo presentencambios de fases (tuberías bifásicas). Como órdenes demagnitud se pueden señalar las siguientes:

• Para el caso de gases: - Con movimiento natural: (1-10 W/m2ºC)- Con movimiento forzado: (10-100 W/m2ºC)

• Caso de líquidos: - Con movimiento natural: (100-1.000) W/m2ºC- Con movimiento forzado: (1.000-10.000) W/m2ºC

• Caso de fluidos en cambio de fase: - Del orden de algunos millares (1.000-10.000 W/m2ºC)

Esta gran variedad de coeficientes de convección hace que elcomportamiento al paso de calor en el caso de gases sea muydiferente con respecto a los demás. En otras palabras laresistencia térmica que ofrece un líquido o un fluido en cambiode fase es despreciable frente a la que ofrece un gas.

Particularizada las ecuaciones al caso de una capa cilíndrica enque tengamos una diferencia de temperaturas ΔT entre lasuperficie y el fluido:

Donde se define la resistencia térmica por convección de unacapa cilíndrica como:

6www.uponor.es

2- CONCEPTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN TUBERÍAS

(1)(4)

(5)

(6)(2)

(3)


2.4. Resistencias térmicas por radiación

La ecuación que rige el intercambio de calor por radiación esla conocida ecuación de Stefan-Boltzman, la cual consideraque la densidad de flujo de calor por unidad de área esproporcional a la diferencia a la cuarta potencia detemperaturas (en Kelvin) entre superficies. (Recordemos queúnicamente se tiene en cuenta este tipo de mecanismo deintercambio de calor en presencia de gases, y en nuestro casopráctico, en aire).

En este caso la constante de proporcionalidad C presentadiferentes valores en función de las propiedades radiantes delas superficies (coeficiente de emisión), y de la forma delrecinto (distancias y ángulos entre superficies), siendo engeneral difícil su determinación exacta.

En el caso de que la superficie en estudio sea de menor tamañoque las de su entorno (caso típico de la superficie de unatubería respecto a la habitación en que se encuentra, o deforma más aproximada el de una pared respecto al conjuntode todas las demás), la anterior ecuación se reduce a:

En donde, σ es la constante de Stefan-Boltzman (5,67 10-8W/m2K4) y ε es el coeficiente de emisión de la superficie enestudio.

Los valores del coeficiente de emisión (a longitudes de ondalargas del entorno de 9 micras para temperaturas del orden de50ºC) dependen del tipo de superficie, siendo claramente

diferentes el caso de superficies metálicas (0,05 para metálicabrillante, 0,25 para metálica opaca, 0,5 para pinturas metálicas)y el resto de superficies (0,88 para pinturas, plásticos, ladrillos,0,90 para pinturas no metálicas de color oscuro). Como valormedio se toma en general 0,9.

En la práctica se desconoce normalmente el valor de lastemperaturas superficiales del resto de superficies, por lo queuna buena aproximación será suponerla igual a la temperaturadel aire, por tanto la expresión del flujo de calor se puedeexpresar (linealizando la ecuación) como un coeficiente deconvección equivalente de radiación mediante:

Donde ΔT representa la diferencia de temperaturas entre lapared y el medio (aire) (dicha diferencia se contabiliza en ºCya que es lo mismo que en Kelvin).

Evidentemente el valor del coeficiente de convecciónequivalente en radiación será (suponiendo la temperatura delresto de superficies igual a la del aire):

Finalmente al haber expresado el intercambio radiante con lamisma ecuación formal que la convección, la resistencia térmicapara capa cilíndrica será del mismo tipo que las convectivas,sin mas que sustituir el coeficiente de película en convecciónpor el correspondiente en radiación.

2.5. Resistencias térmicas por convección-radiación

Cuando ambos mecanismos de intercambio son significativos(caso de gases y más concretamente presencia de aire), el calorintercambiado desde la superficie del elemento a su entornotendrá dos contribuciones, una convectiva y otra radiante, esdecir:

Por lo que podremos resumir ambos fenómenos en uncoeficiente global de película (que contabilice ambosmecanismos) y que no es mas que la suma de amboscoeficientes de forma individualizada.

Análogamente podremos establecer las diferentes resistenciasconvectivas-radiantes para las distintas configuraciones sinmás que sustituir el coeficiente de convección inicialmentepropuesto por el coeficiente de convección-radiación ahoraseñalado, por tanto:

Resistencia convectiva-radiante para capa cilíndrica

7www.uponor.es


(7)

(8)

(9)

(12)

(13)

(10)

(11)


2.6. Calor intercambiado en un elemento compuesto pordiferentes capas

Es evidente que en estado estacionario (constancia detemperaturas a ambas partes de un elemento con el tiempo),la cantidad de calor que atraviesa cada una de las capas esconstante, (evidentemente se supone que no existe cambio defase en ninguna capa).

Para capa cilíndrica tenemos la constancia del flujo de calorpor unidad de longitud, es decir:

De donde se obtiene, simplemente sumando numeradores ydenominadores, (propiedad de las fracciones), y contabilizandotodas las capas:

Las superficies interiores de la tubería están a la mismatemperatura, y por tanto aunque el fluido sea un gas elintercambio de calor por radiación es despreciable (o nulo),por lo tanto en el interior sólo se considerará el intercambio decalor por convección.

Y que en general se expresa como:

2.7. Resistencia térmica global. Coeficiente global detransferencia de calor

En cada una de las configuraciones analizadas se puederesumir la contribución de las diferentes capas de material y laexistencia de convección y radiación en una resistencia térmicaglobal del sistema, y con su inversa definir el coeficiente globalde transferencia de calor, así:

Tuberías

El coeficiente global de transferencia de calor no es constante,y depende de la superficie de referencia (radio r).

2.8. Caso de tuberías enterradas

En esta configuración la transmisión de calor es bidimensional,y su cálculo complejo; como cálculos aproximados (con laconsideración de unidimensionalidad), se puede resumir lapresencia del terreno como una resistencia térmica del mismo,suponiendo el intercambio de calor entre la tubería y latemperatura del suelo, es decir:

La resistencia del terreno depende evidentemente de laprofundidad a la que está enterrada la tubería, y laconductividad del terreno, pudiéndose aproximar mediante:

8www.uponor.es


(14)

(15)

(16)

(17)

(19)

(20)

(18)

Interior

TUBERÍAS

Ti Di

Exterior

Te

Nivel suelo

Pro

fund

idad

P

TUBERÍAS ENTERRADAS

Ti Di

TerrenoTsuelo


La conductividad del terreno (a falta de datos experimentales)se puede aproximar a:

Donde la densidad del terreno está en el rango (1200 y1800kg/m3) y la humedad relativa del terreno (entre 5% y30%)

Finalmente la temperatura del terreno (a nivel del suelo) varíaaproximadamente de forma cosenoidal, mediante la expresión:

Donde el rango de valores posibles es:

Tmedia,suelo = Temperatura media, dependiendo de la zonaclimática de la localidad (Zona E: 15ºC, Zona D: 16ºC, Zona C:17ºC, Zona B: 18ºC y Zona A: 19ºC)

Va = Variación anual, dependiendo de la zona climática de lalocalidad (Zona E 12ºC, Zona D: 11ºC, Zona C: 10ºC, Zona B:9,5ºC y Zona A: 9ºC)

día = día juliano (1 a 365)dia0 = día valor mínimo (Zona E: 34, Zona D: 33, Zona C: 32,Zona B: 32 y Zona A: 31)

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(21)

(22)


Se ha realizado el comparativo de un sistema de distribución tipo District-Heating a un grupode 6 edificios ubicados en Madrid.

3.1. Estudio energético

Previamente, se ha realizado un estudio energético del consumo de calefacción a lo largo de 1año. Dicho estudio se ha realizado mediante el software IESVE versión 6.0.

En este software se ha introducido los siguientes datos:

• Geometría tridimensional del edificio en estudio

• Características térmicas de los cerramientos

• Climatología de la localidad según formato EPW (EnergyPlusWeather format) que permitecaracterizar el “año tipo” sobre el que se realiza el cálculo.

• Schedules de uso, ocupación, iluminación, funcionamiento de equipos de climatización, etc.

De los resultados de la simulación energética se ha obtenido un perfil de consumo energéticoanual para los edificios. De esta manera se ha podido caracterizar el intercambio térmico que seproduce cada hora en el intercambiador principal de cada edificio.

3.2. Estudio de pérdidas de calor en el circuito de distribución

Se ha configurado una distribución de tubería de forma ramificada desde una central térmicadistribuyendo a los diferentes edificios.

El estudio se ha realizado mediante el software de simulación hidráulica FluidFlow3 de laempresa Flite Software Ltd. Este software permite tanto el equilibrado de la red como el cálculode las pérdidas de calor, objeto del presente estudio. Para el cálculo de las pérdidas de calor setienen en cuenta las fórmulas expuestas en el apartado Conceptos de transferencia de calor entuberías.

En el estudio se ha introducido una temperatura de salida de agua de caldera de 81ºC constantesiempre y cuando exista demanda en los edificios. En caso contrario, las bombas de circulaciónde la central térmica no impulsan agua a los edificios y por lo tanto no existe disipación de caloren las tuberías.

Se ha cargado en FluidFlow3 el perfil de disipación térmica de los edificios así como latemperatura del terreno. Ambos datos se evalúan hora-a-hora a lo largo de todo el año enestudio. De esta forma se están teniendo en cuenta de manera precisa lo que es elcomportamiento real del sistema.

En cada momento FluidFlow3 evalúa la temperatura de cada punto del circuito así como latemperatura del terreno realizando el cálculo de la transferencia de calor. Para cada hora delas 8.760 horas anuales FluidFlow3 evalúa la suma de pérdidas de calor a través de todas lastuberías y acumula dicho valor. Al final del año se tiene por tanto las pérdidas energéticastotales del sistema.

10www.uponor.es

3. DESCRIPCION DEL SISTEMA EN ESTUDIO Y EL PROCEDIMIENTO

Imagen de la red de distribución hidráulica a los6 edificios configurada en FluidFlow3


4.1. Conductividades térmicas de los tubos

Se indican a continuación los coeficientes de conductividad delos materiales empleados en el estudio:

Tubo de acero con cubierta de PVC

• Conductividad del acero: λ = 58 W/mºC• Conductividad del aislamiento de espuma

elastomérica de caucho sintético: λ = 0,04 W/mºC• Conductividad de la protección mediante funda

PVC de 4 mm. con protección mecánica:λ = 0,16 W/mºC

Tubo de PP-R con cubierta de PVC

• Conductividad del Polipropileno: λ = 0,21 W/ºC• Conductividad del aislamiento de espuma

elastomérica de caucho sintético: λ = 0,04 W/mºC• Conductividad de la protección mediante funda

PVC de 4 mm. con protección mecánica:λ = 0,16 W/mºC

Tubos de PEX con aislamiento PEX y funda de PE-HD(Uponor LHD)

• Conductividad del Polietileno: λ = 0,35 W/mºC• Conductividad del aislamiento de espuma de PEX:λ = 0,038 W/mºC

• Conductividad del Tubo envolvente de PE-HDcorrugado con cámara de aire:- λtubo = 0,16 W/mºC- λaire = 0,0231 W/mºC

4.2. Equivalencia de diámetros en el cálculo hidráulico

Se ha tenido en cuenta una equivalente pérdida de carga enlos diferentes diámetros de tubo. Para ello se han tenido encuenta los siguientes coeficientes de Hazen Williams:

• Acero = 110• PEX y PPR = 150

Se ha considerado una velocidad máxima de 1,5 m/s en tuberíay una pérdida de carga máxima de 200 Pa/m. Los caudalesmáximos circulantes por cada tramo en función del material seindican en las siguientes tablas:

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4. DATOS DE ENTRADA

Caudales máximos circulantes paratubería de Acero Negro

DN Di Qmaxmm mm lt/h

40 41,9 3206,88

50 53,1 5979,24

65 68,9 11862,72

80 80,9 18095,76

100 105,3 36196,92

Caudales máximos circulantes paratubería de Polipropileno y Polietileno

DN Di Qmaxmm mm lt/h

50 40,8 4077,36

63 51,4 7484,76

75 61,4 11946,6

90 73,6 19242,36

110 90 32661,36


4.3. Perfiles de disipación de calor en los edificios

De acuerdo a lo indicado en el apartado anterior se ha introducido el perfil horario de disipaciónde calor en los edificios.

12www.uponor.es

4. DATOS DE ENTRADA

Potencia consumida por los edificios (kW)

700

600

500

400

300

200

100

0

Po

ten

cia

Inte

rcam

bio

Horas Anuales

1 537 1073 1609 2145 2681 3217 3753 4289 4825 5361 5897 6433 6969 7505 8041 8577

Temperatura del terreno (ºC)

30

25

20

15

10

5

0

Tem

per

atu

ra T

erre

no

Horas Anuales

1 520 1039 1558 2077 2596 3115 3634 4153 4672 5191 5710 6229 6748 7267 7786 8305


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5.1. Pérdidas de potencia en la distribución hidráulica

Se han obtenido las siguientes pérdidas de calor anuales en la red de distribución enterrada.

5. RESULTADOS

Tubería de acero negro + Aislamiento manual

30,00

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00

Potencia perdida (kW)

1 514 1027 1540 2053 2566 3079 3592 4105 4618 5131 5644 6157 6670 7183 7696 8209 8722


14www.uponor.es

5. RESULTADOS

Tubería de PPR + Aislamiento manual

30,00

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00


1 570 1139 1708 2277 2846 3415 3984 4553 5122 5691 6260 6829 7398 7967 8536

Tubería de PEX – UPONOR LHD

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00


1 574 1147 1720 2293 2866 3439 4012 4585 5158 5731 6304 6877 7450 8023 8596


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5.2. Pérdidas de energía anual en la distribuciónhidráulica

Integrando todas las potencias a lo largo de un año, obtenemosla energía anual que se pierde por las tuberías hacia el terreno.

Empleando Uponor LHD se han obtenido unos ahorros del11,6% (frente a la solución de emplear PP-R + aislamientomanual) y del 18,6% (frente a la solución de emplear acero +aislamiento manual).

5. RESULTADOS

140000

120000

100000

80000

60000

40000

20000

0

Energía anual disipada al terreno (KW-h)

114929,7323

Acero Negro + Aislamiento manual

Polipropileno + Aislamiento manual

Uponor LHD

Ahorro: 11,6%

105834,438493583,28049

Ahorro: 18,6%


DATOS GENERALES

Tipo de interés actual 00,2

Aumento anual tarifa eléctrica 0,15

Período de estudio 20 años

Acero Negro + Aisl. manual UPONOR LHD

COSTES INICIALES

Tubería ¤ 13640,8 112480

Aislamiento térmico ¤ 24687 0

Accesorios ¤ 5503 4499

Instalación ¤ 27465 2640

Obra civil ¤ 27180 15588

Total costes ¤ 98475,8 135207

COSTES DE EXPLOTACIÓNEnergía consumida

Gas Natural

Consumo kW-h 114929 93583

Coste kW-h ¤/kW-h 0,04 0,04

Coste total ¤ 4597,16 3743,32

Coste total energía ¤ 4597,16 3743,32

Valor Actual Neto ¤ 29042,13

Payback Period Años 16

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5. RESULTADOS

5.3. Estudio económico

Se ha realizado un estudio de rentabilidad económica para comprobar cuándo se empezaría a obtener un retorno de la inversiónrealizada al instalar UPONOR LHD respecto a las otras soluciones.

Se han comparado cada sistema contra la tubería LHD de UPONOR. Los resultados se reflejan en las siguientes tablas comparativas:

Tubo de acero con cubierta de PVC

ANÁLISIS DE COSTESACERO NEGRO VS UPONOR LHD

Periodo retorno inversión

40000

30000

20000

10000

0

-10000

-20000

-30000

-40000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

AÑOSE

UR

O


DATOS GENERALES

Tipo de interés actual 00,2

Aumento anual tarifa eléctrica 0,15

Período de estudio 20 años

PP-R + Aisl. manual UPONOR LHD

COSTES INICIALES

Tubería ¤ 24083 112480

Aislamiento térmico ¤ 28103 0

Accesorios ¤ 7561 4499

Instalación ¤ 22032 2640

Obra civil ¤ 25980 15588

Total costes ¤ 107759 135207

COSTES DE EXPLOTACIÓNEnergía consumida

Gas Natural

Consumo kW-h 105834,4 93583

Coste kW-h ¤/kW-h 0,04 0,04

Coste total ¤ 4233,376 3743,32

Coste total energía ¤ 4233,376 3743,32

Valor Actual Neto ¤ 10302,18

Payback Period Años 18

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5. RESULTADOS

Polipropileno vs UPONOR LHD

NOTAS:Para el cálculo del coste de la excavación se ha tenido en cuenta un terreno flojo con extracción de tierra a los bordes realizado porpeón y retroexcavadora. Asimismo se ha considerado un relleno manual sin aportación de material. Coste: 21,65 ¤/m3

ANÁLISIS DE COSTESPPP-R VS UPONOR LHD

15000

10000

5000

0

-5000

-10000

-15000

-20000

-25000

-30000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Periodo retorno inversión

AÑOS

EU

RO


5. RESULTADOS

5.4. Estudio de ventajas técnicas

Al margen del estudio económico se indica a continuación lasventajas del sistema de tubería preaislada Uponor frente alresto de sistemas comparados.

5.4.1. Estudio de envejecimiento

En cuanto al aislante térmico es importante tener en cuentael envejecimiento que sufre el material durante el paso deltiempo y la pérdida de características técnicas (aumentode la conductividad térmica) que ello supone.

Tanto el aislamiento en base a PE-X como en base a cauchosintético que son los aislantes aquí estudiados, suresistencia al envejecimiento puede considerarse como muybuena no observándose aumentos significativos de laconductividad a partir del segundo año de uso.

Caso contrario sucede con la resistencia al envejecimientoque se produce en el PUR (poliuretano rígido) en el cuálse puede producir aumentos de la conductividad térmicade hasta un 36% al cabo de 2 años de uso.

5.4.2. Ejecución de la Zanja

Una parte importante del coste del tendido de tuberías en lossistemas de tuberías preaisladas es la parte correspondiente ala obra civil, es decir a la zanja (excavación y relleno posterior).

Sin duda, el sistema que conlleva menor movimiento de tierrastanto por anchura de zanja como profundidad de la misma seda en el caso de tuberías preaisladas UPONOR LHD en dondela repercusión es mínima.

Si comparamos la tubería PEX de Uponor con preaislamientoLHD con tipos de tubería que emplean aislamiento depoliuretano rígido PUR podemos observar las siguientescaracterísticas comparativas:

• Profundidad necesaria.

Debido a la envolvente coarrugada del sistemaUPONOR LHD, le confiere elevada resistencia a cargasradiales. La resistencia ha sido certificada por ATV-DVWK - A 127 – (High Traffic Load) Normativa alemanapara la circulación de camiones de alto tonelaje, 60 Ton)según documentación de UPONOR.

• Radios de curvatura:

Debido a la flexibilidad propia de la tubería PEX en elsistema UPONOR LHD junto a las características delaislamiento térmico configurado en varias capas quepueden deslizar entre sí cuando la tubería se ha de curvar.

- Sistema deslizante Uponor

18www.uponor.es


5. RESULTADOS

- Sistema compacto de tubería preaislada PPR conaislamiento PUR

• Mínima anchura necesaria

El sistema UPONOR LHD permite minimizar la separaciónentre tuberías hasta un mínimo de 100 mm.

Asimismo es de destacar que en el caso de tuberías de aceronegro las desventajas en cuanto a la realización de zanjas sonnumerosas:

• Las dimensiones de la zanja han de ser mayores

Tanto en profundidad como en la anchura, las zanjasnecesarias para acero son superiores a las necesariaspara tubería PEX.

Dado que el aislamiento manual de caucho sintético asícomo la envoltura de la tubería no aporta rigidez alconjunto, la profundidad a la que ha de enterrarse latubería es más elevada.

En cuanto a la anchura, también es necesario unasmayores dimensiones dado que se ejecutarán muchastareas a pie de zanja. La soldadura entre tramos de 6-12 metros se ha de realizar a pie de zanja así como laterminación de la tubería con el aislamiento.

A pesar de que las tuberías de acero permiten radios decurvatura mínimos, esto se consigue a base de instalaraccesorios (básicamente codos). Sin embargo, lainstalación de este tipo de elementos aumentaconsiderablemente el coste en mano de obra y alaumentar el número de uniones realizadas in situ,igualmente aumenta la probabilidad de fuga.

• Corrosión en tuberías de acero

El fenómeno de la corrosión se produce debido a quelos materiales constructivos, especialmente los metales,se obtienen a partir de especies minerales estables enlas condiciones naturales. Al ser expuestos estos a lascondiciones ambientales, una vez extraídos tienden adesestabilizarse química y energéticamente. Por tanto,la corrosión es la destrucción del metal o metales através de la interacción con un ambiente (por ejemplosuelo o agua) por un proceso electroquímico, es decir,una reacción que envuelve un flujo de corrienteeléctrica de intercambio de iones.

La corrosión en metales es inevitable si no se toman lasprecauciones adecuadas. Puede debilitar la integridadestructural de la tubería y convertirla en un vehículoinseguro para el transporte de cualquier tipo de fluidos.

Es la principal causa de fallo en las conducciones defluidos con materiales metálicos. El fallo de la tuberíapuede tener consecuencias como pérdidas de fluido,daños en las instalaciones, contaminación e inclusoriesgo para vidas humanas.

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Las soluciones a la corrosión en conducciones puede ser:

- Limpieza superficial

- Recubrimiento de minio o pintura antioxidante,

- Imprimación adicional con un revestimiento quepuede ser polietileno o polipropileno, brea, resinaepóxica, cinta plástica adhesiva. Los revestimientode PE y PP deben hacerse en fábrica y la resinaepóxica, brea y cinta adhesiva pueden aplicarseinsitu siendo estos últimos sistemas los másadecuados para el tipo de instalación que nosocupa.

- Instalación de inhibidores de corrosión en el terreno.Los inhibidores de corrosión actúan eliminando eloxígeno disuelto, bien mediante la adición en elmedio agresivo de ciertas sustancias, las cualespueden llegar a polarizar uno de los electrodos dela pila de corrosión y por lo tanto, llegar a detenero cuanto menos disminuir sus efectos. En lapráctica, lo anterior conlleva una modificación delentorno o medio ambiente, al cual está expuesto elmetal.

- Protección catódicaNingún revestimiento garantiza al 100 % laprotección. El propio proceso de aplicación asícomo golpes, ralladuras, etc hace que aparezcanvías de corrosión en las tuberías. Por ello, esaconsejable realizar la instalación de proteccióncatódica en el recorrido de la tubería. Conectandoeléctricamente, por ejemplo, el acero con un metalmás activo (cinc o magnesio) podemos llegar a

suprimir la corrosión del acero, ya que dejará deactuar como ánodo y pasará a comportarse comocátodo, dejando el papel de ánodo al metal másactivo (cinc o magnesio).

Esta técnica, no obstante, requiere mantenimientodado que el ánodo de sacrificio se consume y esnecesario sustituirlo.

En cualquier caso para eliminar la posibilidad deoxidación de tubería la mejor solución es empleartuberías plásticas que no tienen este riesgo.

• Mayor posibilidad de fugas

Al realizarse la unión de las tuberías a pie de zanja, lasposibilidades de fuga posterior aumentan tanto por elmayor número de uniones como por la precariedad a lahora de hacer la unión in situ.

Asimismo, el aumento de la posibilidad de corrosiónhace que se puedan producir fugas con el paso deltiempo. La detección y reparación de estas fugas escomplicada y laboriosa.

• Deterioro del aislamiento térmico

Dado que el aislamiento térmico se instala in situ,mientras se realiza esta instalación, el aislamientotérmico sufre un deterioro. Esto evidentemente nosucede en sistemas de tubería preaislada en los cualesel aislamiento térmico está perfectamente protegidocon la cubierta “jacket”.

Asimismo, en fase de explotación, la tubería de acerocon aislamiento térmico instalado de forma manual noasegura una estanqueidad mínima al agua. Estoevidentemente hará que la tubería esté sometida a unascondiciones de oxidación que no existe evidentementeen tuberías plásticas.

5.4.3. Suministro e instalación del material

El suministro de la tubería UPONOR LHD se realiza en rollosde hasta 200 metros que facilitan la colocación en zanja. Losotros sistemas de tuberías deben ser suministrados en tubosrígidos y ser unidos en obra por lo que el tiempo de instalaciónse eleva enormemente.

En los otros tipos de tuberías (PPR y tuberías metálicas) esnecesario realizar uniones cada 12 metros como máximodebido a la rigidez propia de la tubería. Esto conlleva unarepercusión importantísima en mano de obra.

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5. RESULTADOS


Las ventajas del suministro en rollos frente al suministro enbarras son las siguientes:

• Facilidad de transporte de la tubería hasta elemplazamiento.

• Facilidad de tendido de tubería debido a su bajo pesoy al formato de tubo enrollado.

• Minimización de uniones a realizar y en general eltrabajo a pie de zanja. Se pueden realizar hasta 200metros de tubería sin necesidad de realizar uniones.

• Facilidad de corte de la tubería en el caso de tuberíaUPONOR LHD. No es necesario herramientas especialespara su corte como en el caso del resto de sistemas.Asimismo, el sistema de aislamiento mediante capasconcéntricas facilita su eliminación para realizar la unión.

• Los obstáculos se puede sortear de forma sencillatendiendo la tubería simplemente por encima o pordebajo en el caso de tubería UPONOR LHD. Para otrossistemas de tuberías, debido a su rigidez, sería necesario lainstalación de codos y contracodos para sortear elobstáculo aumentando con ello la repercusión enaccesorios y mano de obra.

• Minimización del trabajo especialmente en lasentradas a edificios. La flexibilidad de la tubería facilitaesta labor.

Para los sistemas mediante tuberías metálicas, el acceso aledificio exige un importante número de accesorios y mano deobra. La repercusión económica de estos sistemas en esteparticular es menos ventajosa.

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5. RESULTADOS

Imágenes de instalación de tuberíaspreaisladas UPONOR LHD


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5. RESULTADOS

Detalles de la instalación de entrada aledificio mediante sistema UPONOR LHD


5.4.4. Sistemas de unión de tuberías

Las uniones en tuberías preaisladas son uno de los puntos másconflictivo de la instalación dado que es necesario realizar eltrabajo “a pie de zanja” con los problemas que ello supone.

En el caso de tuberías metálicas, es necesario portar loselementos necesarios para realizar el corte y la soldadura:grupo autógeno, generador de corriente, etc. En instalacionesde considerable tamaño como suelen ser en las que se instalatubería preaislada, el acarreo de estos elementos supone uncierto inconveniente. Asimismo, la realización de la soldadurain situ conlleva una gran dificultad técnica siendo necesariosoldadores muy cualificados lo cual encarece el producto.Todos los accesorios, uniones de tubería, etc es necesarioaislarlos a posteriori de forma manual.

Las uniones en sistemas de tuberías PPR para tubería yaccesorios de 32-125mm se puede unir por termofusión y para160-315mm se hará por soldadura a tope. El aislamiento delas uniones soldadas se realiza por enchufes de aislamientoposteriormente instalados, que proporcionan un aislamientocontinuo a la tubería.

En el caso de los sistemas de tubería plástica las uniones sonmás sencillas siendo especialmente simple los sistemasempleados por UPONOR LHD. Para el caso de tuberías hasta63 mm. se emplea el sistema Q&E (Quick & Easy) en el cual seaprovecha la capacidad del material del tubo de recuperar laforma una vez sometido a expansión. Este sistema evita elacarreo de costosos equipos de soldadura a la obra. Asimismoeste sistema de unión puede ser realizado por personal con unmínimo de cualificación. Todo ello conlleva a un abaratamientode la instalación en lo que al sistema de unión se refiere.

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5. RESULTADOS 6. NORMATIVA DE REFERENCIA

Sistema de unión Q&E de UPONOR LHD

Las principales normas y manuales de consulta empleados enla redacción del presente informe son:

• ISO 7345 – Aislamiento térmico. Magnitudes físicas

y definiciones

• ISO 8497 – Aislamiento térmico. Determinación de

las propiedades de transmisión térmica en estado

estacionario para tubos circulares

• ISO 12241 – Aislamiento térmico para equipos de

edificación e instalaciones industriales. Método de

cálculo

• UNE-EN 253:2010 - Tuberías de calefacción central.

Sistemas de tuberías preaisladas para redes de agua

caliente enterradas directamente. Tuberías de

servicio en acero, aislamiento térmico de

poliuretano y protección externa de polietileno.

• ASHRAE 2005 – Fundamentals.

• ASHRAE 2004 – Systems and Equipment

Handbook

• Código técnico de la edificación (CTE)

• Reglamento de instalaciones térmicas en la

edificación (RITE)


Uponor Hispania, S. A. U.

Pol. Ind. Las Monjas.Senda de la Chiriviana con Av. De Portugal s/n28938 Móstoles (Madrid)902100240www.uponor.es

Informe@

2010 Uponor/ Sim

ulaciones y Proyectos S.L.


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