Los serpentines de precalentamiento son componentes esenciales de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Ayudan a proteger otros equipos del sistema contra la congelación y a mejorar la eficiencia del sistema en general. Los diagramas de tuberías de los serpentines de precalentamiento pueden ayudar a los profesionales de HVAC a diseñar e instalar serpentines de precalentamiento correctamente y a solucionar problemas con los sistemas existentes.
Precalentar
Los serpentines de precalentamiento pueden ser de flujo concurrente o de contraflujo. En un sistema de flujo concurrente, el aire y el agua o el vapor fluyen en la misma dirección a través del serpentín. En un sistema de contraflujo, el aire y el agua o el vapor fluyen en direcciones opuestas a través del serpentín.
Los sistemas de flujo concurrente son más comunes que los sistemas de contraflujo. Son más fáciles de diseñar e instalar y menos costosos. Sin embargo, los sistemas de contraflujo son más eficientes para transferir calor del agua o vapor al aire.
El diagrama muestra un sistema de válvula de 3 vías con una válvula de equilibrio, una válvula de cierre, un filtro y un indicador de flujo. El indicador de flujo se utiliza para indicar el flujo de fluido a través del sistema. La válvula de equilibrio se utiliza para ajustar el flujo de fluido a través del serpentín de precalentamiento. La válvula de cierre se utiliza para aislar el serpentín de precalentamiento del resto del sistema.
El flujo de fluido a través del sistema es el siguiente:
- El fluido ingresa al sistema a través del filtro.
- Luego, el fluido fluye a través de la válvula de equilibrio.
- La válvula de equilibrio divide el flujo de fluido en dos corrientes.
- Una corriente de fluido fluye a través del serpentín de precalentamiento.
- La otra corriente de fluido fluye a través de la línea de derivación.
- El flujo de fluido a través del serpentín de precalentamiento está controlado por la válvula de 3 vías.
- La válvula de 3 vías puede mezclar el fluido caliente del serpentín de precalentamiento con el fluido frío de la línea de derivación.
- A continuación, el fluido mezclado sale del sistema.
La válvula de equilibrio se utiliza para ajustar el flujo de fluido a través del serpentín de precalentamiento de modo que se alcance la temperatura deseada. La válvula de cierre se utiliza para aislar el serpentín de precalentamiento del resto del sistema para mantenimiento o reparaciones.
Este tipo de sistema se utiliza a menudo en sistemas HVAC para proteger el serpentín de refrigeración contra la congelación. En invierno, la válvula de 3 vías se puede utilizar para mezclar el fluido caliente del serpentín de precalentamiento con el aire frío del exterior para evitar que el serpentín de enfriamiento se congele.
A continuación se muestra un posible escenario de cómo se podría utilizar el sistema:
- La temperatura exterior está bajo cero.
- La válvula de 3 vías se gira para permitir que parte del fluido caliente del serpentín de precalentamiento se mezcle con el aire frío del exterior.
- Luego, el serpentín de precalentamiento calienta el aire mezclado para que no congele el serpentín de enfriamiento.
- A medida que aumenta la temperatura exterior, se puede girar la válvula de 3 vías para permitir que se mezcle menos líquido caliente con el aire exterior.
- Esto garantiza que el aire que entra al edificio no sea ni demasiado caliente ni demasiado frío.
Protección contra congelación
Hay tres formas principales de proteger los serpentines de precalentamiento del congelamiento:
- Compuertas frontales y de derivación: Se pueden usar compuertas frontales y de derivación para desviar el aire alrededor del serpentín de precalentamiento cuando la temperatura del aire exterior está por debajo del punto de congelación.
- bobinas IFB: Las bobinas IFB (bobinas de derivación de cara interna) tienen una compuerta de derivación incorporada que desvía automáticamente el aire alrededor de la bobina cuando la temperatura del aire exterior está por debajo del punto de congelación.
- Bombas de precalentamiento (sistema primario/secundario): En un sistema primario/secundario, se utilizan dos bombas para hacer circular el agua o el vapor a través del serpentín de precalentamiento. La bomba primaria hace circular el agua o el vapor a través del serpentín y la bomba secundaria hace circular el agua o el vapor a través del resto del sistema HVAC. Este tipo de sistema es más caro que los otros dos tipos de sistemas de protección contra congelación, pero también es el más eficiente.
Enfriar, calentar, recalentar
Los serpentines de enfriamiento, los serpentines de calentamiento y los serpentines de recalentamiento son todos serpentines de contraflujo. Esto se debe a que los serpentines de contraflujo son más eficientes para transferir calor del agua o vapor al aire.
El diagrama muestra un sistema con una válvula de cierre, una válvula de 2 vías, una válvula de reloj, un filtro, una bomba y un serpentín de precalentamiento. La válvula de cierre se usa para apagar el sistema, la válvula de reloj se usa para encender el sistema en un momento predeterminado y la válvula de 2 vías se usa para desviar el flujo de agua o vapor a través del serpentín de precalentamiento.
El flujo de agua o vapor a través del sistema es el siguiente:
- El agua o vapor ingresa al sistema a través del colador.
- Luego, el agua o el vapor fluye a través de la válvula de cierre.
- Si la válvula de reloj está abierta, el agua o el vapor fluirá a través de la válvula de 2 vías hacia el serpentín de precalentamiento.
- Si la válvula de reloj está cerrada, el agua o el vapor fluirán a través de la línea de derivación y alrededor del serpentín de precalentamiento.
- Luego, el agua o el vapor fluyen fuera del serpentín de precalentamiento hacia el resto del sistema.
Este tipo de sistema se utiliza a menudo en sistemas HVAC para proteger otros equipos del congelamiento. En invierno, la válvula de reloj se puede configurar para que encienda el sistema a una hora predeterminada, como antes del amanecer. Esto asegurará que el serpentín de precalentamiento esté caliente antes de que el sistema HVAC comience a funcionar.
A continuación se muestra un posible escenario de cómo se podría utilizar el sistema:
- La temperatura exterior está bajo cero.
- La válvula de reloj está configurada para encender el sistema a las 6:00 a.m.
- El agua o el vapor fluye a través de la válvula de 2 vías hacia el serpentín de precalentamiento.
- El serpentín de precalentamiento calienta el agua o el vapor.
- El agua caliente o el vapor fluyen desde el serpentín de precalentamiento hacia el resto del sistema HVAC.
- El sistema HVAC comienza a funcionar y calienta el edificio.
Este tipo de sistema también se puede utilizar para precalentar agua para sistemas de agua caliente sanitaria. En este caso, la batería de precalentamiento se calentaría mediante una caldera o un sistema solar térmico.
Velocidad de la cara del serpentín de enfriamiento
La velocidad frontal recomendada para los serpentines de enfriamiento es 500 FPM (2,54 m/s). Se prefiere una velocidad frontal de 450 FPM (2,29 m/s), pero una velocidad frontal de 550 FPM (2,79 m/s) es aceptable.
El diagrama muestra un sistema de tuberías de serpentín de precalentamiento con una válvula de cierre, una válvula de retención, una válvula de equilibrio, un filtro y un serpentín de precalentamiento. La válvula de cierre se usa para apagar el sistema, la válvula de retención evita el reflujo, la válvula de equilibrio se usa para ajustar el flujo de agua o vapor a través del serpentín de precalentamiento y el filtro elimina los residuos del agua o el vapor.
El flujo de agua o vapor a través del sistema es el siguiente:
- El agua o el vapor ingresa al sistema a través de la válvula de cierre.
- Luego, el agua o el vapor fluyen a través del colador.
- El colador elimina los residuos del agua o del vapor.
- Luego, el agua o el vapor fluye a través de la válvula de retención.
- La válvula de retención evita el reflujo.
- Luego, el agua o el vapor fluye a través de la válvula de equilibrio.
- La válvula de equilibrio ajusta el flujo de agua o vapor a través del serpentín de precalentamiento.
- Luego, el agua o el vapor fluye a través del serpentín de precalentamiento.
- El serpentín de precalentamiento calienta el agua o el vapor.
- Luego, el agua caliente o el vapor fluyen desde el serpentín de precalentamiento hacia el resto del sistema.
Este tipo de sistema se utiliza a menudo en sistemas HVAC para proteger otros equipos del congelamiento. En invierno, el serpentín de precalentamiento se puede utilizar para calentar el aire exterior antes de que entre al serpentín de enfriamiento. Esto evita que el serpentín de refrigeración se congele.
A continuación se muestra un posible escenario de cómo se podría utilizar el sistema:
- La temperatura exterior está bajo cero.
- La bobina de precalentamiento está encendida.
- El aire exterior fluye a través del serpentín de precalentamiento.
- La bobina de precalentamiento calienta el aire exterior.
- El aire exterior calentado fluye luego hacia el serpentín de refrigeración.
- El serpentín de refrigeración enfría el aire exterior calentado.
- El aire exterior enfriado fluye luego hacia el interior del edificio.
Este tipo de sistema también se puede utilizar para precalentar agua para sistemas de agua caliente sanitaria. En este caso, la batería de precalentamiento se calentaría mediante una caldera o un sistema solar térmico.
Precalentar, calentar y recalentar la velocidad de la cara del serpentín
La velocidad frontal recomendada para los serpentines de precalentamiento, calentamiento y recalentamiento es de 500 a 900 FPM. Se prefiere una velocidad frontal de 750 FPM, pero es aceptable una velocidad frontal de 500 FPM o 900 FPM.
- Rango de 500 a 900 pies por minuto (2,54 a 4,57 m/s).
- 600–700 FPM (3,05–3,56 m/s) Recomendado.
- Preferiblemente 600 pies por minuto (3,05 m/s).
- Utilice el serpentín de precalentamiento siempre que la temperatura del aire mezclado (aire exterior y aire de retorno) sea inferior a 40 °F (4,44 °C).
El diagrama muestra un sistema de tuberías de serpentín de precalentamiento de válvula de 3 vías con una válvula de cierre, un filtro, una válvula de equilibrio, un indicador de flujo, un serpentín de precalentamiento, una válvula de 3 vías y una línea de derivación.
El flujo de agua o vapor a través del sistema es el siguiente:
- El agua o el vapor ingresa al sistema a través de la válvula de cierre.
- Luego, el agua o el vapor fluyen a través del colador.
- El colador elimina los residuos del agua o del vapor.
- Luego, el agua o el vapor fluye a través de la válvula de equilibrio.
- La válvula de equilibrio ajusta el flujo de agua o vapor a través del serpentín de precalentamiento y la línea de derivación.
- A continuación, el agua o el vapor fluyen a través de la válvula de 3 vías.
- La válvula de 3 vías mezcla el agua caliente o el vapor del serpentín de precalentamiento con el agua fría o el vapor de la línea de derivación.
- A continuación, el agua mezclada o el vapor sale del sistema.
La posición de la válvula de 3 vías determina cuánta agua caliente o vapor se mezcla con agua fría o vapor. Si la válvula de 3 vías se coloca en la posición "Precalentar", toda el agua o el vapor fluirá a través del serpentín de precalentamiento. Si la válvula de 3 vías se gira a la posición "Bypass", toda el agua o el vapor pasará por alto el serpentín de precalentamiento.
Este tipo de sistema se utiliza a menudo en sistemas HVAC para proteger otros equipos del congelamiento y mejorar la eficiencia. En invierno, la válvula de 3 vías se puede girar a la posición "Precalentar" para calentar el aire exterior antes de que ingrese al serpentín de enfriamiento. Esto evita que el serpentín de refrigeración se congele. En verano, la válvula de 3 vías se puede girar a la posición "Bypass" para permitir que el aire frío del exterior fluya directamente hacia el serpentín de enfriamiento. Esto mejora la eficiencia del sistema de refrigeración.
A continuación se muestra un posible escenario de cómo se podría utilizar el sistema en invierno:
- La temperatura exterior está bajo cero.
- La válvula de 3 vías se coloca en la posición "Precalentar".
- El aire exterior fluye a través del serpentín de precalentamiento.
- La bobina de precalentamiento calienta el aire exterior.
- El aire exterior calentado fluye luego hacia el serpentín de refrigeración.
- El serpentín de refrigeración enfría el aire exterior calentado.
- El aire exterior enfriado fluye luego hacia el interior del edificio.
A continuación se muestra un posible escenario de cómo se podría utilizar el sistema en el verano:
- La temperatura exterior está por encima del punto de congelación.
- La válvula de 3 vías se coloca en la posición "Bypass".
- El aire exterior pasa por alto el serpentín de precalentamiento y fluye directamente al serpentín de enfriamiento.
- El serpentín de refrigeración enfría el aire exterior.
- El aire exterior enfriado fluye luego hacia el interior del edificio.
Conclusión
Los diagramas de tuberías del serpentín de precalentamiento son una herramienta esencial para los profesionales de HVAC. Al comprender los diferentes tipos de serpentines de precalentamiento y cómo están conectados, los profesionales de HVAC pueden diseñar e instalar serpentines de precalentamiento correctamente y solucionar problemas con los sistemas existentes.