UNE-EN_13384-1=2003

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Texto completo

(1)

española

Septiembre 2003

TÍTULO

Chimeneas

Métodos de cálculo térmicos y de fluidos dinámicos

Parte 1: Chimeneas que se utilizan con un único aparato

Chimneys. Thermal and fluid dynamic calculation methods. Part 1: Chimneys serving one appliance. Conduits de fumée. Méthodes de calcul thermo-aéraulique. Partie 1: Conduits de fumée ne desservant qu'un seul appareil.

CORRESPONDENCIA

Esta norma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 13384-1 de

diciembre de 2002.

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 123 Chimeneas cuya

Secretaría desempeña AFECH.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 38377:2003

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

(2)
(3)

EUROPÄISCHE NORM

ICS 91.060.40

Versión en español

Chimeneas

Métodos de cálculo térmicos y de fluidos dinámicos

Parte 1: Chimeneas que se utilizan con un único aparato

Chimneys. Thermal and fluid dynamic calculation methods. Part 1: Chimneys serving one appliance.

Conduits de fumée. Méthodes de calcul thermo-aéraulique. Partie 1: Conduits de fumée ne desservant qu'un seul appareil.

Abgasanlagen. Wärme–und strömungstechnische Berechnungsverfahren.

Teil 1: Abgasanlagen mit einer Feuerstätte

Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2002-10-23. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional.

Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales, pueden obtenerse en la Secretaría Central de CEN, o a través de sus miembros.

Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada a la Secretaría Central, tiene el mismo rango que aquéllas.

Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza.

CEN

COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization

Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung

SECRETARÍA CENTRAL: Rue de Stassart, 36 B-1050 Bruxelles

(4)

ÍNDICE

Página

ANTECEDENTES ... 6

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ... 7

2 NORMAS PARA CONSULTA... 7

3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES... 7

4 SÍMBOLOS, TERMINOLOGÍA Y UNIDADES ... 9

5 MÉTODO DE CÁLCULO ... 13

5.1 Principios generales ... 13

5.2 Requisitos de presión ... 14

5.2.1 Chimeneas de presión negativa (en depresión)... 14

5.2.2 Chimeneas de presión positiva (en sobrepresión) ... 14

5.3 Requisitos de temperatura ... 15

5.4 Procedimiento de cálculo... 15

5.5 Datos de los humos que caracterizan el aparato de calefacción por su potencia térmica nominal ... 16

5.5.1 Generalidades... 16

5.5.2 Caudal másico de humos ... 16

5.5.3 Temperatura de los humos... 17

5.5.4 Tiro mínimo (Pw) para el aparato de calefacción para chimenea de presión negativa... 17

5.5.5 Presión diferencial máxima del aparato de calefacción (Pwo) para chimenea de presión positiva... 18

5.6 Datos característicos para el cálculo ... 18

5.6.1 Generalidades... 18

5.6.2 Valor de la rugosidad (r) ... 18

5.6.3 Resistencia térmica (1/∆) ... 18

5.7 Valores para el cálculo... 19

5.7.1 Temperaturas del aire ... 19

5.7.2 Presión del aire exterior (pL) ... 21

5.7.3 Constante de los gases... 21

5.7.4 Densidad del aire exterior (ρρρρL)... 21

5.7.5 Calor específico de los humos (cp)... 21

5.7.6 Temperatura de condensación (Tsp) ... 21

5.7.7 Coeficiente corrector de la inestabilidad de temperatura (SH) ... 22

5.7.8 Coeficiente de seguridad de flujo (SE) ... 22

5.8 Determinación de las temperaturas... 22

5.8.1 Generalidades... 22

5.8.2 Cálculo del factor de enfriamiento (K) ... 23

(5)

5.9.1 Densidad de los humos (ρρρρm)... 26

5.9.2 Velocidad de los humos (wm) ... 26

5.10 Determinación de las presiones... 26

5.10.1 Presión a la entrada de los humos en la chimenea ... 26

5.10.2 Tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea (PH) ... 27

5.10.3 Resistencia de presión de la chimenea (PR)... 27

5.10.4 Presión del viento (PL) ... 29

5.11 Tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea (Pze) y presión diferencial máxima a la entrada de los humos en la chimenea (Pzoe)... 29

5.11.1 Generalidades... 29

5.11.2 Tiro mínimo para el aparato de calefacción (Pw) y presión diferencial máxima del aparato de calefacción (Pwo) ... 30

5.11.3 Resistencia de presión eficaz para el tramo del conducto de unión (PFV) ... 30

5.11.4 Resistencia de presión del suministro de aire (PB) ... 32

5.12 Cálculo de la temperatura de la pared interior a la salida del la chimenea (Tiob) ... 33

6 AIRE SECUNDARIO PARA CHIMENEAS CON PRESIÓN NEGATIVA ... 34

6.1 Generalidades... 34

6.2 Método de cálculo ... 35

6.3 Valores básicos para el cálculo del aire secundario ... 35

6.3.1 Generalidades... 35

6.3.2 Cálculos de mezclas... 35

6.4 Presiones ... 36

6.4.1 Resistencia de presión para el suministro de aire con aire secundario (PBNL) ... 36

6.4.2 Tiro necesario para los dispositivos de aire secundario (PNL) ... 38

6.4.3 Resistencia de presión para la parte del tramo de contacto de unión situada antes del dispositivo de aire secundario (PFV1) ... 39

6.4.4 Requisito de presión con aire secundario... 39

6.5 Requisito de temperatura con aire secundario... 39

ANEXO A (Informativo) CÁLCULO DE LA RESISTENCIA TÉRMICA... 40

ANEXO B (Informativo) TABLAS... 41

ANEXO C (Informativo) LA SALIDA DE LA CHIMENEA CON RESPECTO A LOS EDIFICIOS ADYACENTES... 56

ANEXO D (Informativo) CURVAS LÍMITES DE LA CALSIFICACIÓN PARA EL REGULADOR DE TIRO ... 57

(6)

ANTECEDENTES

Esta Norma Europea EN 13384-1:2002 ha sido elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 166 Chimeneas, cuya Secretaría desempeña UNI.

Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a la misma o mediante ratificación antes de finales de junio de 2003, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de junio de 2003.

Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Cambio, y sirve de apoyo a los requisitos esenciales de las Directivas europeas.

Los anexos A, B, C y D son informativos.

Esta norma europea “Chimeneas. Métodos de cálculo térmicos y fluido-dinámicos” consta de dos partes:

Parte 1: Chimeneas que se utilizan con un único aparato

Parte 2: Chimeneas que prestan servicio a más de un generador de calor.

De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza.

(7)

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta norma europea especifica métodos para el cálculo de las características térmicas y fluido-dinámicas de las chimeneas que sirven a un único aparato.

Los métodos incluidos en esta parte de esta norma europea son aplicables a chimeneas con presión positiva o negativa, con condiciones de servicio en húmedo o en seco. Esta parte es válida para chimeneas con aparatos de calefacción para combustibles supeditados al conocimiento de las características de los humos que son necesarias para el cálculo. Los métodos de esta parte de esta norma europea son aplicables a las chimeneas con una entrada conectada con un aparato. Los métodos de la parte 2 de esta norma europea son aplicables a chimeneas con múltiples entradas y con una entrada con múltiples aparatos.

2 NORMAS PARA CONSULTA

Esta norma europea incorpora disposiciones de otras publicaciones por su referencia, con o sin fecha. Estas referencias normativas se citan en los lugares apropiados del texto de la norma y se relacionan a continuación. Para las referencias con fecha, no son aplicables las revisiones o modificaciones posteriores de ninguna de las publicaciones. Para las referencias sin fecha, se aplica la edición en vigor del documento normativo al que se haga referencia (incluyendo modificaciones).

EN 1443:1999 − Chimeneas. Requisitos generales.

prEN 1856-1 − Chimeneas. Requisitos para chimeneas metálicas. Parte 1: Productos de chimeneas de sistema. EN 1859 − Chimeneas. Chimeneas metálicas. Métodos de ensayo.

EN 13502 − Chimeneas. Terminales de conductos de humos arcillosos/cerámicas. Requisitos y métodos de ensayo. CR 1749 − Esquema europeo para la clasificación de los aparatos a gas que utilizan combustibles gaseosos según la

forma de evacuación de los productos de la combustión (tipos).

3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES

Para los fines de esta norma europea se utilizan los términos y definiciones dados en la Norma EN 1443:1999 y los siguientes.

3.1 potencia térmica o calorífica (Q): Cantidad de calor producida por un aparato de calefacción por cada unidad de

tiempo.

3.1.1 potencia térmica nominal (QN): Potencia calorífica continua especificada por el fabricante del aparato de calefacción en relación con combustibles especificados.

3.1.2 intervalo de potencia térmica: Intervalo de potencia por debajo de la potencia térmica nominal especificada por

el fabricante sobre el cual puede utilizarse el aparato.

3.2 consumo calorífico (QF): Cantidad de calor que se suministra cada unidad de tiempo al aparato de calefacción por el combustible en base a su poder calorífico interior Hu.

3.3 rendimiento del aparato de calefacción (ηw): Relación entre la potencia térmica (Q) y el consumo calorífico (QF) del aparato.

3.4 caudal másico de los humos (m)& : Masa de humos o productos de la combustión del aparato de calefacción a

(8)

3.5 altura efectiva (útil) de la chimenea (H): Diferencia de altura existente entre el eje de la entrada de los humos o

productos de la combustión en la chimenea y la salida de ésta.

3.6 altura efectiva del tramo de unión (Hv): Diferencia de altura existente entre el eje de la salida de los humos de la chimenea del aparato de calefacción y el eje de la entrada de los humos en la chimenea.

En el caso de chimeneas de hogares abiertos, Hv es la diferencia de altura existente entre la altura del marco superior del hogar y el eje de la entrada de los humos en la chimenea.

3.7 tiro: Valor positivo de la presión negativa en el conducto de humos.

3.8 tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea (PH): Diferencia de presión causada por la diferencia de peso entre la columna de aire igual a la altura efectiva exterior de una chimenea y la columna de humos igual a la altura efectiva o útil en el interior de la chimenea.

3.9 resistencia de presión de la chimenea (PR): Presión que es necesaria para vencer la resistencia del caudal másico de los humos que existe cuando se transportan éstos a través de la chimenea. (Es decir, es la caída de presión provocada por la resistencia al movimiento de los humos en la chimenea).

3.10 presión del viento (PL): Presión generada sobre la chimenea debido al viento.

3.11 tiro en la entrada de los humos en la chimenea (Pz): Diferencia entre el tiro teórico a la altura del eje de la entrada de los humos en la chimenea y la resistencia de presión en el conducto de humos a la misma altura.

3.12 tiro mínimo para el aparato de calefacción (Pw): Diferencia entre la presión estática del aire de la sala de insta-lación del aparato de calefacción y la presión estática de los humos en la salida de la chimenea del aparato, que es necesario mantener para el correcto funcionamiento del aparato de calefacción.

3.13 resistencia de presión efectiva del tramo de unión (PFV): Diferencia de presión estática que existe entre el eje de la entrada del tramo del conducto de conexión y el eje de la salida de la chimenea, debido al tiro teórico y a la resistencia de presión.

3.14 resistencia de presión efectiva del suministro de aire (PB): Diferencia existente entre la presión estática en el aire libre y la presión estática del aire en la sala de instalación del aparato de calefacción a la misma altura.

3.15 tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea (Pze):Suma del tiro mínimo requerido para el aparato de calefacción y el tiro necesario para vencer la resistencia de presión efectiva del tramo de unión y la resistencia de presión efectiva del suministro o alimentación de aire.

3.16 presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea (Pzo): Suma de la diferencia entre la resistencia de presión y el tiro teórico de la chimenea y la presión por la velocidad del viento.

3.17 presión diferencia máxima del aparato de calefacción (Pwo): Diferencia máxima entre la presión estática de los humos a la salida de la chimenea del aparato y la presión estática del aire en la entrada al aparato de calefacción espe-cificada para su funcionamiento correcto.

3.18 presión diferencial máxima a la entrada de los humos en la chimenea (Pzoe): Diferencia entre la presión diferencial máxima del aparato de calefacción y la suma de la resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de

(9)

3.19 aire secundario: Aire ambiente que se añade a los humos adicionalmente al caudal másico nominal de los humos.

3.20 dispositivo de aire secundario: Un registro regulador de tiro o un desviador de tiro.

3.21 registro regulador del tiro: Componente que suministra automáticamente aire ambiente para la chimenea, el

tramo del conducto de unión o el aparato de calefacción.

3.22 desviador del tiro: Dispositivo, situado en el paso de los productos de la combustión del aparato de calefacción,

previsto para mantener la calidad de la combustión dentro de ciertos límites y mantener la combustión estable ciertas condiciones de tiro ascendente y tiro descendente.

3.23 límite de temperatura de la pared interior (Tg): Temperatura mínima permitida para la pared interior de la salida de la chimenea.

4 SÍMBOLOS, TERMINOLOGÍA Y UNIDADES

Los símbolos que se dan en este capítulo pueden completarse mediante uno o más exponentes para indicar posición o materiales si es necesario

Tabla 1

Símbolos, terminología y unidades

Símbolo Terminología Unidades

A área o superficie de la sección transversal m2

c capacidad de calor específico J/(kg·K)

cp capacidad de calor específico de los humos J/(kg·K)

d espesor de la sección m

D diámetro m

D

h diámetro hidráulico m

H altura efectiva de la chimenea m

k coeficiente de transmisión del calor W/(m2.K)

K factor de enfriamiento –

L longitud m

&m caudal másico de humos kg/s

Nu número de Nusselt

p presión estática Pa

(10)

Tabla 1 (Continuación)

Símbolos, terminología y unidades

Símbolo Terminología Unidades

pL presión del aire exterior Pa

PB resistencia o caída de presión del suministro de aire para un caudal másico de humos Pa

PE resistencia de presión debido a la fricción y a la resistencia por la forma de la chimenea Pa

PFV resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de unión Pa

PG diferencia de presión causada por cambios de la velocidad de los humos en la chimenea Pa

PH tiro teórico disponible debido al efecto-chimenea Pa

PHV tiro teórico disponible debido al efecto-chimenea del tramo de unión Pa

PL presión (por la velocidad) del viento Pa

PNL tiro necesario para los dispositivos de aire secundario Pa

PR resistencia o caída de presión de la chimenea Pa

PRV resistencia de presión del tramo del conducto de unión Pa

PW tiro mínimo para el aparato de calefacción Pa

PWO presión diferencial máxima del aparato de calefacción Pa

PZ tiro a la entrada de los humos en la chimenea Pa

PZe tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea Pa

PZO presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea Pa

PZOe presión diferencial máxima a la entrada de los humos en la chimenea Pa

Pr número de Prandtl –

Q potencia térmica o calorífica kW

QF consumo o gasto calorífico kW

QN potencia térmica nominal kW

r valor medio de la rugosidad de la pared interior m

R constante de gases de los humos J/(kg·K)

(11)

Tabla 1 (Continuación)

Símbolos, terminología y unidades

Símbolo Terminología Unidades

Re número de Reynolds

s sección transversal m

SE factor de seguridad de flujo –

SH factor de corrección para la inestabilidad de temperatura –

t temperatura ºC

T temperatura, absoluta K

Tg límite de temperatura K

Tio temperatura de la pared interior a la salida de la chimenea K

Tiob temperatura de la pared interior a la salida de la chimenea al régimen de temperatura K

TL temperatura del aire exterior K

Tm temperatura media de los humos K

Tp punto de rocío del agua K

Tsp temperatura de condensación K

Tu temperatura del aire ambiente K

Tub temperatura del aire ambiente de la sala de caldera K

Tuh temperatura del aire ambiente para las zonas calentadas K

Tuo temperatura del aire ambiente a la salida de la chimenea K

Tul temperatura del aire ambiente para zonas exteriores al edificio K

Tuu temperatura del aire ambiente para zonas sin calentar dentro de la vivienda K

TW temperatura de los humos del aparato K

TWN temperatura de los humos del aparato a la potencia térmica nominal K

TWmin temperatura de los humos del aparato a la potencia térmica más baja posible K

U parámetro del segmento interior de la chimenea m

w velocidad media dentro de una sección transversal m/s

(12)

Tabla 1 (Fin)

Símbolos, terminología y unidades

Símbolo Terminología Unidades

wm velocidad media sobre una longitud definida m/s

y valor de forma –

z altitud sobre el nivel del mar m

α coeficiente de transmisión del calor W/(m2·K)

β relación entre el caudal másico del aire de combustión y el caudal másico de los humos –

γ ángulo entre las direcciones del flujo º

δ espesor de la pared m

ζ coeficiente de resistencia al flujo (pérdida de presión) debida a un cambio de dirección y/o de sección transversal y/o de caudal másico en el conducto de humos

η viscosidad dinámica N⋅s/m2

ηW rendimiento del aparato de calefacción –

ηWN rendimiento del aparato de calefacción a la potencia térmica nominal –

λ coeficiente de conductividad térmica W/(m·K)

ρ densidad kg/m3

ρL densidad del aire exterior

ρm densidad media de los humos promediada sobre una longitud definida y sobre la

sección transversal kg/m

3

σ (CO2) concentración volumétrica de CO2 %

σ (H2O) concentración volumétrica de H2O (vapor de agua) %

Ψ coeficiente de resistencia al flujo (pérdida de presión) debido a la fricción en el conducto de humos – 1 Λ

F

H

I

K

resistencia térmica m2·K/W

(13)

Tabla 2 Subíndices adicionales

Símbolo Terminología Unidades

a exterior –

A humos –

b condición de temperatura de régimen –

B aire de combustión –

e entrada –

G cambio de velocidad –

i interior –

L aire libre (exterior) –

m valor medio – M mezcla – n indicador de conteo – N valor nominal – NL aire secundario – o salida de la chimenea – O presión positiva –

tot totalizado sobre todas las secciones (tramos) –

u aire ambiente –

V tramo del conducto de unión –

W aparato de calefacción –

5 MÉTODO DE CÁLCULO

5.1 Principios generales

El cálculo de las dimensiones interiores (sección transversal) de las chimeneas con presión negativa (depresión) se basa en los tres criterios siguientes:

− el tiro a la entrada de los humos en la chimenea debe ser igual o mayor que el tiro necesario a la entrada de los

humos en la chimenea;

− el tiro a la entrada de los humos en la chimenea debe ser igual o mayor que la resistencia de presión efectiva del

suministro de aire;

− la temperatura de la pared interior en la salida del conducto de humos de la chimenea debe ser igual o mayor que el

(14)

El cálculo de las dimensiones interiores (sección transversal) de las chimeneas sometidas a presión positiva (sobrepresión) se basa en los tres criterios siguientes:

− la comparación entre la presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea debe ser igual o inferior que la

presión diferencia máxima a la entrada de los humos en la chimenea;

− la presión positiva en el tramo del conducto de unión y en la chimenea no debe ser mayor que la sobrepresión para la

que se han diseñado ambos conductos;

− la temperatura de la pared interior a la salida del conducto de humos de la chimenea debe ser igual o mayor que el

límite de temperatura.

Con el fin de verificar dichos criterios se utilizan dos series de condiciones exteriores:

− el cálculo de la presión (tiro) se hace con condiciones para las cuales la capacidad de la chimenea es mínima (es

decir, temperatura exterior alta); y también

− el cálculo de la temperatura de la pared interior se hace con condiciones para las cuales la temperatura interior de la

chimenea es mínima (es decir, temperatura exterior baja).

5.2 Requisitos de presión

5.2.1 Chimeneas de presión negativa (en depresión). Deben verificarse las relaciones siguientes:

PZ = PH - PR - PL ≥ PW + PFV + PB = PZe en Pa (1)

PZ≥ PB en Pa (2)

donde

PB es la resistencia de presión (caída de presión) efectiva del suministro de aire (véase el apartado 5.11.3), en Pa;

PFV es la resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de unión, en Pa;

PH es el tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea, en Pa;

PL es la presión del viento, en Pa;

PR es la resistencia de presión de la chimenea, en Pa;

PW es el tiro mínimo para el aparato de calefacción, en Pa;

PZ es el tiro a la entrada de los humos en la chimenea (véase el apartado 5.10), en Pa;

PZe es el tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea (véase el apartado 5.11), en Pa.

5.2.2 Chimeneas de presión positiva (en sobrepresión). Deben verificarse las relaciones siguientes:

PZO = PR - PH + PL≤ PWO - PB - PFV = PZOe en Pa (3)

(15)

donde

PWO es la presión diferencial máxima del aparato de calefacción, en Pa;

PZO es la presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea, en Pa;

PZOe es la presión diferencial máxima a la de los humos en la chimenea, en Pa;

PZ excess es la presión máxima admisible de la designación de la chimenea, en Pa;

PR es le resistencia de presión de la chimenea, en Pa.

5.3 Requisitos de temperatura

Debe verificarse la relación siguiente:

iob g

TT en K (6)

donde

T

iob es la temperatura de la pared interior en la salida de la chimenea al régimen de temperatura, en K;

Tg es el límite de temperatura, en K.

Si la chimenea tiene un aislamiento adicional por encima del tejado, debe verificarse también la relación siguiente:

TirbTg en K (7)

donde

T

irb es la temperatura de la pared interior inmediatamente antes del aislamiento adicional, en K.

El límite de temperatura Tg de las chimeneas con condiciones de funcionamiento en seco debe tomarse igual a la temperatura de condensación de los humos Tsp (véase el apartado 5.7.6).

Los límites de temperatura Tg de las chimeneas con condiciones de funcionamiento en húmedo deben tomarse igual a 273,15 K, que previene la formación de hielo en la salida de la chimenea.

NOTA − La comparación de la temperatura de la pared interior antes del aislamiento adicional Tirb con la temperatura límite admisible de los humos Tg no es necesaria si el valor de la resistencia térmica del aislamiento adicional no supera 0,1 (m2 K)/W.

Para las chimeneas que funcionan en condiciones húmedas, la comparación no es necesaria si el valor de la temperatura del aire ambiente inmediatamente antes del aislamiento adicional es ≥ 0 ºC.

5.4 Procedimiento de cálculo

Para el cálculo de los valores de la presión y la temperatura para las relaciones de las ecuaciones (1), (2), (3), (4), (5) y (6), deben calcularse los valores de los datos de los humos, de acuerdo con el apartado 5.5, que caracterizan el aparato. Los datos especificados en el apartado 5.6 deben obtenerse para la chimenea y su tramo de conducto de unión.

Los apartados 5.7 a 5.11 proporcionan los cálculos necesarios para finalizar los cálculos térmicos y fluido-dinámicos del conducto de humos de la chimenea. Las fórmulas del apartado 5.7 proporcionan el cálculo de los datos básicos que son necesarios para los cálculos posteriores.

(16)

En los apartados 5.5.2 y 5.8 se recogen las fórmulas para los cálculos de temperaturas correspondientes. Las fórmulas para la densidad de los humos y su velocidad se recopilan en el apartado 5.9.

El procedimiento descrito en los apartados 5.10 y 5.11 debe utilizarse para validar o comprobar el requisito de la presión. El procedimiento descrito en el apartado 5.12 debe emplearse para validar el requisito de temperatura.

La validación de los requisitos de presión y de temperatura debe realizarse por duplicado:

− para la potencia térmica nominal del aparato de calefacción;

− para el valor más bajo del intervalo de potencia térmica que está indicado por el fabricante del aparato de calefacción.

Si no se cumplen los requisitos de temperatura dados en las ecuaciones (6) y (7) para las chimeneas con presión nega-tiva, la validación de la condición de temperatura puede realizarse ocasionalmente teniendo en cuenta el aire secundario adicional a los humos de acuerdo con el capítulo 6.

5.5 Datos de los humos que caracterizan el aparato de calefacción por su potencia térmica nominal

5.5.1 Generalidades. Para el cálculo de los valores de temperaturas y presiones, deben obtenerse los datos corres-pondientes de los humos que caracterizan el aparato de calefacción o generador, y que consisten en el caudal másico de los humos, la temperatura de los humos y el tiro mínimo requerido para el aparato de calefacción o la presión dife-rencial máxima del aparato de calefacción. Adicionalmente, debe especificarse el tipo de combustible suministrado, la concentración volumétrica de CO2 de los humos y la geometría del tramo del conducto de unión.

En la tabla B.1 se dan datos típicos para algunos comestibles.

En las tablas B.2 y B.3 se dan datos típicos para algunos aparatos de calefacción.

5.5.2 Caudal másico de humos

5.5.2.1 Caudal másico de los humos a la potencia térmica nominal del aparato de calefacción. Para el cálculo de los valores de presión y de temperaturas de acuerdo con las relaciones de las ecuaciones (1), (2), (3), (4), (5) y (6), debe obtenerse el caudal másico de los humos en las condiciones de potencia térmica nominal del aparato de calefacción. Si no hay datos disponibles, el caudal másico de los humos y la concentración volumétrica de CO2 pueden determinarse a partir de las fórmulas que se dan en las tablas B.1, B.2 o B.3.

Si la chimenea está conectada a un aparato de calefacción policombustible, el cálculo y el dimensionamiento deberían realizarse considerando todos los combustibles utilizables por el aparato.

En el caso de aparatos de calefacción con un desviador del tiro, debe utilizarse el caudal másico de los humos aguas abajo del desviador del tiro.

El caudal másico de los humos &m de una posición de hogar abierto depende de su abertura. Para el cálculo, se utiliza la fórmula siguiente:

&m f= mfAF en kg/s (8)

donde

fmf es el coeficiente de caudal másico de una posición de hogar abierto, en kg/(sm 2

);

(17)

Para los hogares abiertos con una altura de abertura menor o igual que su anchura fmf = 0,139 kg/(s⋅m 2

). Para los hogares abiertos con una altura de abertura mayor que su anchura fmf = 0,167 kg/(s⋅m2). El contenido de CO2 de los humos para los hogares abiertos puede tomarse como σ (CO2) = 1%.

5.5.2.2 Caudal másico de los humos a la potencia térmica más baja admisible. Si el aparato de calefacción está diseñado para funcionar en condiciones modulantes, debe realizarse una comprobación adicional del requisito de presión y de temperatura del caudal másico de los humos a la potencia térmica más baja posible y admisible del aparato de calefacción.

Si el fabricante no proporciona datos de los humos para la potencia térmica más baja, se utiliza un caudal másico igual a un tercio del caudal másico de los humos a la potencia térmica nominal.

5.5.2.3 Caudal másico de los humos con aire secundario.Si se suministra aire secundario por un registro regulador de tiro o un desviador del tiro, el caudal de aire debe calcularse de acuerdo con el apartado 6.3 dependiendo de la diferencia real de la presión en la sala de instalación del aparato de calefacción y en la chimenea o en el tramo del conducto de unión.

5.5.3 Temperatura de los humos

5.5.3.1 Temperatura de los humos a la potencia térmica nominal (TWN). La temperatura de los humos a la potencia térmica nominal TWN debe obtenerse del fabricante del aparato de calefacción. En el caso de aparatos de calefacción con un desviador del tiro, debe utilizarse la temperatura de los humos aguas abajo del desviador del tiro.

Si el fabricante proporciona datos que muestran la temperatura de los humos aguas abajo del desviador del tiro en relación con el tiro, dichos datos deben utilizarse para el cálculo.

Si no se conoce la temperatura de los humos TWN de los hogares abiertos, debería utilizarse un valor de tWN = 80 ºC (TWN = 353,15 K).

5.5.3.2 Temperatura de los humos a la potencia térmica más baja posible (TWmin). La temperatura de los humos más baja de diseño TWmin debe obtenerse del fabricante del aparato de calefacción. Si este dato no está disponible, utilizar como temperatura de los humos 2/3 del valor de la temperatura de los humos en ºC a la potencia térmica nominal.

5.5.4 Tiro mínimo (PW) para el aparato de calefacción para chimenea de presión negativa. Para el cálculo de una chimenea con presión negativa (depresión), el valor del tiro mínimo para el aparato de calefacción (PW) debe obtenerse del fabricante de éste.

Si no están disponibles, los valores correspondientes al tiro mínimo para el aparato de calefacción deberían selec-cionarse de las normas de producto respectivas para los aparatos de calefacción. Si no se dispone de valores para calderas, véase la tabla B.2.

Si el valor disponible del tiro mínimo es un número negativo (lo que implica un funcionamiento a presión positiva), debe utilizarse en los cálculos un valor de PW = O.

Si no se dispone de datos válidos del fabricante para el desviador del tiro, para los aparatos que consumen gas designa-dos como B1 de acuerdo con el Informe Técnico CR 1749, se utiliza un valor de 3 Pa para el tiro mínimo y se utiliza el valor de 10 Pa para todos los demás aparatos que consumen combustibles gaseosos equipados con un desviador del tiro. El tiro mínimo PW para el funcionamiento de hogares abiertos debería calcularse con el caudal másico de los humos y la sección transversal de la salida a la chimenea del hogar abierto. El tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea en el hogar y en el colector de humos debería despreciarse. La resistencia local en el colector de humos (recolector) se tiene en cuenta utilizando un coeficiente de seguridad de flujo SE = 1,5.

(18)

P m A S W W W2 E = ⋅ ⋅ ⋅ &2 2 ρ en Pa (9) donde

&m es el caudal másico de los humos, en kg/s

SE es el coeficiente de seguridad de flujo;

ρW es la densidad de los humos en la salida de la chimenea del hogar abierto, en kg/m3;

AW es la sección transversal de la salida de la chimenea del hogar abierto, en m2.

5.5.5 Presión diferencial máxima del aparato de calefacción (PWO) para chimenea de presión positiva. Para el cálculo de una chimenea que funciona en sobrepresión, el valor de la presión diferencial máxima PWO para el aparato de calefacción debe proporcionarlo el fabricante de éste.

5.6 Datos característicos para el cálculo

5.6.1 Generalidades. Con el fin de calcular los valores de presión y de temperatura correspondientes, deben deter-minarse la rugosidad de la pared interior y la resistencia térmica del tramo de conducto de unión y la chimenea.

5.6.2 Valor de la rugosidad (r). El valor medio de la rugosidad de la pared interior debe proporcionarlo el fabricante

del producto. El valor medio de la rugosidad de los forros interiores de los materiales normalmente utilizados se lista en la tabla B.4.

5.6.3 Resistencia térmica (1/Λ). La resistencia térmica 1/Λ de la chimenea del sistema debe proporcionársela el fabricante del producto. La resistencia 1/Λ de los componentes debe proporcionarla el fabricante del producto y debería incluir los efectos de los puentes térmicos (por ejemplo, juntas).

NOTA − Los cálculos que implican resistencia térmica para componentes y/o chimeneas industrializadas deberían realizarse, normalmente, empleando valores obtenidos a la temperatura media de servicio. Puede utilizarse el valor de la resistencia térmica a la temperatura de diseño.

Para chimeneas fabricadas con paredes múltiples, la resistencia térmica debe determinarse aplicando la fórmula siguiente:

1 1 Λ Λ

F

H

I

K

=

L

F

H

I

K

N

MM

O

Q

PP

D D h n h,n n 1 en m2⋅K/W (10) donde

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

Dh,n es el diámetro hidráulico del interior de cada capa, en m; 1

Λ

F

H

I

K

n

es la resistencia térmica de una envolvente de tubería, referida a su superficie interior, en m2⋅K/W.

Cuando no se conocen los datos específicos para los componentes individuales, la resistencia térmica puede determi-narse de acuerdo con el anexo A. La resistencia térmica de espacios de aire cerrados se da en la tabla B.6.

(19)

5.7 Valores para el cálculo 5.7.1 Temperaturas del aire

5.7.1.1 Generalidades. En chimeneas que pasan a través de zonas calentadas, debe hacerse una distinción entre la temperatura del aire exterior y las temperaturas del aire ambiente.

5.7.1.2 Temperatura del aire exterior (TL). La temperatura del aire exterior TL debe tomarse igual a la temperatura máxima del aire exterior a la que está previsto utilizar la chimenea.

La temperatura del aire exterior TL para sistemas de calefacción se calcula habitualmente utilizando 288,15 K (tL = 15 ºC). Pueden utilizarse otros valores de TL que se basen en datos nacionales aceptados.

5.7.1.3 Temperatura del aire ambiente (Tu). Para comprobar que se cumple el requisito de presión debe utilizarse la temperatura del aire ambiente Tu = TL.Para comprobar que se cumple el requisito de temperatura deben utilizarse los valores siguientes de las temperaturas del aire ambiente Tu.

− para chimeneas sin espacios de aire ventilados:

Tuo= 258,15 K (tuo= -15 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones húmedas

Tuo = 273,15 K (tuo= 0 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones secas

Tub= 288,15 K (tub= 15 ºC)

Tuh= 293,15 K (tuh= 20 ºC)

Tul=Tuo (tul = tuo)

Tuu= 273,15 K (tuu= 0 ºC)

− para chimeneas (incluidas las chimeneas forradas de nuevo) con espacios de aire ventilados en la misma dirección

que los humos:

Tuo= 258,15 K (tuo= -15 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones húmedas si la altura de la zona sin calentar por el interior y el exterior del edificio supera los 5 m

Tuo= 273,15 K (tuo= 0 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones secas y para chimeneas que funcionan en condiciones húmedas si la altura de la zona sin calentar por el interior y por el exterior del edificio no supera los 5 m

Tub= 288,15 K (tub= 15 ºC)

Tuh= 293,15 K (tuh= 20 ºC)

Tul= 288,15 K (tul= 15 ºC) si la altura de la zona sin calentar interior, y la exterior, al edificio no supera los 5 m

Tul=Tuo (tul=tuo) si la altura de la zona sin calentar interior, y la exterior, al edificio supera los 5 m

Tuu= 288,15 K (tuu= 15 ºC) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo no superan los 5 m

Tuu= 273,15 K (tuu= 0 ºC) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo superan los 5 m

(20)

− para chimeneas con espacios de aire ventilados que se ventilan en dirección contraria a la de los humos: Tuo= 258,15 K (tuo= -15 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones húmedas

Tuo= 273,15 K (tuo= 0 ºC) para chimeneas que funcionan en condiciones secas

Tub= 273,15 K (tub= 0 ºC)

Tuh= 273,15 K (tuh= 0 ºC)

Tul= 273,15 K (tul= 0 ºC) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo no superan los 5 m

Tul=Tuo (tul=tuo) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo superan los 5 m

Tuu= 273,15 K (tuu= 0 ºC) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo no superan los 5 m

Tuu=Tuo (tuu= tuo) si la altura de la zona sin calentar interior al edificio y la exterior al mismo superan los 5 m

Pueden utilizarse otros valores que se basen en datos nacionales admitidos.

Las partes de la chimenea que están en zonas con temperaturas del aire ambiente diferentes deberían calcularse indistintamente, en tramos o secciones con la misma temperatura ambiente o bien la temperatura del aire ambiente correspondiente a las partes de la superficie exterior se determina para el cálculo aplicando la fórmula siguiente:

T T A T A T A T A A A A A u ub ub uh uu uu ul ul ub uh uu ul = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + + +

b

g b

uh

g b

g b

g

en K (11) donde

Tuo es la temperatura del aire ambiente a la salida de la chimenea, en K;

Tub es la temperatura del aire ambiente a la salida para la sala de caldera, en K;

Tuh es la temperatura del aire ambiente a la salida para zonas calentadas, en K;

Tul es la temperatura del aire ambiente a la salida para zonas exteriores al edificio, en K;

Tuu es la temperatura del aire ambiente a la salida para zonas sin calentar dentro del edificio, en K;

Aub es el área de la superficie exterior de la chimenea en la sala de caldera, en m2;

Auh es el área de la superficie exterior de la chimenea en zonas calentadas, en m2;

Aul es el área de la superficie exterior de la chimenea exterior al edificio, en m2;

(21)

NOTA − Si las partes de la superficie exterior de la chimenea sin retro-ventilación en zonas exteriores al edificio y las zonas sin calentar no superan ¼ de la superficie exterior total de la chimenea, la temperatura del aire ambiente Tu puede tomarse igual a 288,15 K (tu = 15 ºC).

Si la altura de las chimeneas con espacios de aire ventilados en la misma dirección que los humos en las zonas exteriores al edificio y en las zonas sin calentar no supera los 5 m, la temperatura del aire ambiente Tu puede tomarse igual a 288,15 K (tu =15 ºC).

Si la altura de las chimeneas con espacios de aire ventilados en dirección contraria a la de los humos en las zonas exteriores al edificio y en las zonas sin calentar no supera 5 m, la temperatura del aire ambiente Tu puede tomarse igual a 273,15 K (tu = 0 ºC).

5.7.2 Presión del aire exterior (pL). La presión del aire exterior pL debe determinarse como sigue, dependiendo de la altitud sobre el nivel del mar, aplicando la fórmula siguiente:

pL =97000⋅e(- )/(g zR TL L) en Pa (12)

donde

g es la aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2;

RL es la constante gaseosa del aire, en J/(kg K);

TL es la temperatura del aire exterior, en K;

z es la altitud sobre el nivel del mar, en m;

97000 es la presión del aire exterior a nivel del mar corregida para la influencia climática, en Pa.

5.7.3 Constante de los gases

5.7.3.1 Constante de los gases para el aire (RL). La constante de los gases para el aire RL debe tomarse igual a 288 J/(kg K) (contenido de agua σ(H2O) como una fracción volumétrica del 1,1%).

5.7.3.2 Constante de los gases para los humos (R). La constante de los gases para los humos R deben determinarse

aplicando las fórmulas de las tablas B.1 y B.3.

5.7.4 Densidad del aire exterior (ρL). La densidad del aire exterior ρL debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

ρL L L L = p R .T en kg/m 3 (13) donde

pL es la presión del aire exterior, en Pa;

RL es la constante de los gases para el aire, en J/(kg⋅K);

TL es la temperatura del aire exterior, en K.

5.7.5 Calor específico de los humos (cp). La capacidad de calor específico de los humos cp debe calcularse aplicando las fórmulas dadas en las tablas B.1 y B.4.

5.7.6 Temperatura de condensación (Tsp). Para los combustibles gaseosos y el gasóleo doméstico de calefacción, la temperatura de condensación Tsp de los humos debe identificarse por el punto de rocío del agua Tp. En estos casos:

(22)

El punto de rocío del agua Tp de los humos para diferentes combustibles concentraciones en volumen de CO2 en los humos debe calcularse aplicando las fórmulas (B.5), (B.6) y (B.7).

Para el carbón, fuelóleos residuales (para calderas) y maderas combustibles, la temperatura de condensación de los humos es el punto de rocío ácido Tsp.

En estos casos:

Tsp=Tp+∆Tsp (15)

Para el coque y el fuelóleo residual (para calderas), la subida del punto de rocío a través del trióxido de azufre en los humos (∆Tsp) puede calcularse aplicando la fórmula de la tabla B.1. Para la determinación exacta del punto de rocío ácido, se requiere conocer la conversión del dióxido de azufre en trióxido de azufre (factor de conversión Kf). Como valor aproximado, puede suponerse que la concentración volumétrica del trióxido de azufre (SO3) es aproximadamente el 2% de la del dióxido de azufre (SO2). Para los leños de madera, el aumento del punto de rocío (∆Tsp) para tener en cuenta la condensación de ácido debería ser de 15 K.

Tsp = 15K

5.7.7 Coeficiente corrector de la inestabilidad de temperatura (SH). El coeficiente correcto SH para la inestabilidad de temperatura debe ser 0,5.

5.7.8 Coeficiente de seguridad de flujo (SE). Para las chimeneas que funcionan en depresión, el coeficiente de segu-ridad que debe usarse es SE = 1,5, excepto que debe utilizarse un valor de 1,2 para aparatos controlados estrictamente e instalaciones de chimeneas, y para los aparatos estancos en sala con quemadores de tiro forzado.

Para las chimeneas que funcionan en sobrepresión, el coeficiente de seguridad SE debe ser un valor de 1,2 como mínimo.

5.8 Determinación de las temperaturas

5.8.1 Generalidades. Para comprobar que se cumplen los requisitos de presión y de temperatura, deben determinarse la temperatura media de los humos y la temperatura de los humos a la salida de la chimenea.

La temperatura media de los humos Tm debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

T T T T K K m = u+ e u e − ⋅ − 1

e

j

en K (16)

La temperatura media de los humos a la salida de la chimenea To debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

To =Tu+(TeTu)⋅e−K en K (17)

La temperatura media de los humos en el tramo de unión Tm debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

T T T T K K mV u W u V e V = + − ⋅ −

e

1 −

j

en K (18)

(23)

La temperatura media de los humos a la entrada de la chimenea Te debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

Te =Tu+(TWTu)⋅e−KV en K (19)

donde

K es el factor de enfriamiento (véase el apartado 5.8.1);

KV es el factor de enfriamiento del tramo del conducto de unión (véase el apartado 5.8.1);

Te es la temperatura de los humos a la entrada de la chimenea, en K;

Tu es la temperatura del aire ambiente (véase el apartado 5.7.1.2), en K;

TW es la temperatura de los humos del aparato de calefacción, en K.

5.8.2 Cálculo del factor de enfriamiento (K). El factor de enfriamiento K debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

K U k L m c = ⋅ ⋅ ⋅ & p (20) donde

cp es el calor específico de los humos (véase el apartado 5.7.5), en J/(kg.K);

k es el coeficiente de transmisión del calor (véase el apartado 5.8.2) en W/ (m2⋅K).

L es la longitud de la chimenea, en m;

&m es el caudal másico de los humos (véase el apartado 5.5.1), en kg/s;

U es la circunferencia interior de la chimenea, en m.

Para el factor de enfriamiento Kv del tramo del conducto de unión, debe utilizarse los parámetros correspondientes para dicho tramo.

5.8.3 Coeficiente de transmisión de calor (kb)

5.8.3.1 Generalidades. El coeficiente de transmisión de calor de calor de la chimenea al régimen de temperatura kb debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

k D D b i h ha a = + + 1 1 1 α

e j

Λ α en W/(m2⋅K) (21)

El coeficiente de transmisión de calor de la chimenea fuera del régimen de temperatura k debe calcularse aplicando la

fórmula siguiente: k S DD = + ⋅

L

NM

+

O

QP

1 1 1 αi H α h ha a Λ

e j

en W/(m 2⋅K) (22)

(24)

donde

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

Dha es el diámetro hidráulico exterior, en m;

SH es el coeficiente de corrección para la inestabilidad de temperatura (véase el apartado 5.7.7);

αa es el coeficiente exterior de transmisión de calor (véase el apartado 5.8.2.2), en W/(m2. K);

αi es el coeficiente interior de transmisión de calor (véase el apartado 5.8.2.1), en W/(m2. K);

1

Λ

F

H

I

K

es la resistencia térmica (véase 5.6.2), en m2⋅K/W.

5.8.3.2 Coeficiente interior de transmisión de calor (αi). El coeficiente de transferencia de calor en la chimenea αi

debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

αi λA h = ⋅ Nu D en W/(m 2⋅K) (23) donde

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

Nu es el número de Nusselt;

λA es el coeficiente de conductividad térmica de los humos, en W/(m⋅K).

El coeficiente de conductividad térmica de los humos λA debe calcularse en función de la temperatura media de los

humos aplicando la fórmula de las tablas B.1 y B.8 del anexo B.

El número de Nusselt medio sobre la altura de la chimenea debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

Nu D Lo =

F

HG

I

KJ

⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

L

+

F

H

I

K

N

MM

O

Q

PP

ψ ψsmooth h t t 0 67 0 8 0 4 0 67 0 0214 100 1 , , , , , (Re ) Pr (24) donde

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

Ltot es la longitud total desde la entrada de los humos en la chimenea hasta la salida de la chimenea (Ltot v es válido análogamente para el tramo del conducto de unión: longitud efectiva total desde la conexión de los humos en la chimenea) en m;

Pr es el número de Prandtl;

Re es el número de Reynods;

ψ es el coeficiente de la resistencia al flujo debido a la fricción para un flujo hidráulicamente rugoso (véase el apartado 5.10.2.2);

(25)

La fórmula puede utilizarse para 2 300 < Re < 10 000 000 y

smooth

ψ ψ

F

HG

I

KJ

< 3 así como para 0,6 < Pr < 1,5.

Para una velocidad media de los humos wm < 0,5 m/s, tomar el número de Nusselt apropiado para wm = 0,5m/s. Para números de Reynolds inferiores a 2 300, tomar el número de Nusselt apropiado para Re = 2 300.

El número de Prandtl Pr debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

Pr = p A η λ A⋅c (adimensional) (25)

El número de Reynolds Re debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

Re= wm⋅Dh⋅ m

A

ρ

η (adimensional) (26)

donde

cP es el calor específico de los humos, en J/(kg.K);

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

wm es la velocidad media de los humos (véase el apartado 5.9), en m/s;

ηA es la viscosidad dinámica de los humos, en N.s/m

2

;

λA es el coeficiente de la conductividad térmica de los humos, en W/(m.K);

ρm es la densidad media de los humos (véase el apartado 5.9), en kg/m 3

.

La viscosidad dinámica ηA debe calcularse en función de la temperatura de los humos aplicando la fórmula (B.10) de la

tabla B.1.

El coeficiente interior de transmisión de calor αi puede calcularse también sobre chimeneas diseñadas en húmedo como

se ha indicado, si no se tiene en cuenta el calor de condensación.

5.8.3.3 Coeficiente exterior de transmisión de calor (αa). El coeficiente exterior de transmisión de calor αa debe ser

8 W/(m2.K) para los tramos de conductos de unión y chimenea, interiores al edificio; para tramos de unión y chimeneas exteriores al edificio utilizar 23 W/(m2.K).

Para los tramos de conducto de unión y chimeneas que están dispuestos parcialmente por el exterior del edificio, el coeficiente de transmisión de calor αa debe interpolarse.

Cuando partes de la chimenea son exteriores al edificio pero están protegidas con un espacio o intervalo de aire de 1cm como mínimo, pero no mayor de 5 cm, entonces, el coeficiente exterior de transmisión de calor αa debe ser 8 W/(m

2

.K). Para una chimenea (incluidas las chimeneas con forro nuevo) con un espacio de aire ventilado debe utilizarse 8 W/(m2.K). Para las partes sin ventilar de dicha chimenea, si la longitud no ventilada exterior al edificio es ≤ 3 Dh, entonces debe

(26)

5.9 Determinación de la densidad y de la velocidad de los humos

5.9.1 Densidad de los humos (ρm). La densidad de los humos ρm debe determinarse aplicando la fórmula siguiente:

ρm L m = ⋅ p R T en kg/m 3 (27) donde

pL es la presión del aire exterior (véase el apartado 5.7.2), en Pa;

R es la constante de los gases para los humos (véase el apartado 5.7.3.2), en J/(kg.K);

Tm es la temperatura media de los humos (véase el apartado 5.8), en K.

Para la densidad media de los humos ρmv en el tramo del conducto de unión, deben utilizarse los valores

correspon-dientes del tramo del conducto de unión.

5.9.2 Velocidad de los humos (wm). La velocidad media de los humos wm debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

w m A m m = ⋅ & ρ en m/s (28) donde

A es el área de la sección transversal interior de la chimenea, en m2;

&

m es el caudal másico de los humos (véase el apartado 5.5.1), en kg/s;

ρm es la densidad media de los humos, en kg/m3.

Para la velocidad media de los humos en el tramo de unión wmv, deben utilizarse los valores correspondientes del tramo

del conducto de unión.

5.10 Determinación de las presiones

5.10.1 Presión a la entrada de los humos en la chimenea

5.10.1.1 Tiro a la entrada de los humos en la chimenea sometida a depresión (Pz). El tiro a la entrada de los humos

en la chimenea que funciona compresión negativa Pz depende fundamentalmente del caudal másico de los humos y de

la temperatura de los humos, la altura efectiva de la chimenea, la sección transversal y los valores característicos de diseño (rugosidad y resistencia térmica) de la chimenea.

El tiro a la entrada de los humos en la chimenea Pz debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

Pz =PH−PR−PL en Pa (29)

donde

PH es el tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea, en Pa;

(27)

5.10.1.2 Presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea sometida a sobrepresión (Pzo). La presión

posi-tiva a la entrada de los humos en la chimenea que trabaja a presión posiposi-tiva Pzo depende fundamentalmente del caudal

másico y de la temperatura de los humos, de la altura eficaz de la chimenea, de la sección transversal y de los valores característicos de diseño (rugosidad y resistencia térmica) de la chimenea.

La presión positiva a la entrada de los humos en la chimenea Pzo se calcula a partir de la diferencia entre la resistencia

de presión PR y el tiro teórico PH así como la presión del viento PL.

Pzo =PR−PH−PL en Pa (30)

donde

PH es el tiro teórico de la chimenea, en Pa;

PL es la presión del viento, en Pa;

PR es la resistencia a presión de la chimenea, en Pa;

PZO es la presión diferencial máxima a la entrada de los humos, en Pa.

5.10.2 Tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea (PH). El tiro teórico disponible debido al efecto de

chi-menea PH debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

PH= ⋅ ⋅H g

b

ρL−ρm

g

en Pa (31)

donde

H es la altura efectiva de la chimenea, en m;

g es la aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2

ρL es la densidad del aire exterior (véase el apartado 5.7.4), en kg/m3;

ρm es la densidad media de los humos (véase el apartado 5.9.1), en kg/m3.

5.10.3 Resistencia de presión de la chimenea (PR)

5.10.3.1 Generalidades. La resistencia de presión (o caída de la presión por resistencia al movimiento de los humos)

de la chimenea PR debe calcularse aplicando las fórmulas siguientes:

PR=SEPE+SEGPG en Pa (32) P S L D w S P n R E h n m m2 EG G + 2 + = ⋅

F

HGG

I

KJJ

⋅ ⋅

ψ ζ ρ en Pa (33) Para PG≥0SEG =SE Para PG<0SEG =1 0,

(28)

donde

Dh es el diámetro hidráulico interior, en m;

L es la longitud de la chimenea, en m;

PE es la resistencia de presión debido a la fricción y la resistencia por la forma de la chimenea, en Pa;

PG es la diferencia de presión causada por un cambio de velocidad de los humos en la chimenea, en Pa;

SE es el coeficiente de seguridad de flujo (véase el apartado 5.7.8);

SEG es el coeficiente de seguridad de flujo para diferencia de presión a través del cambio de velocidad;

wm es la velocidad media de los humos (véase el apartado 5.9.2) en m/s;

ρm es la densidad media de los humos (véase el apartado 5.9.1), en kg/m 3

;

ψ es el coeficiente de resistencia al flujo debido a la fricción del conducto de humos;

ζn n

es la suma de los coeficientes de resistencia al flujo debido a cambios en la dirección o sentido y/o en la sección transversal y/o en el caudal másico de los humos en el conducto de humos.

5.10.3.2 Diferencia de presión causada por cambio de la velocidad de los humos en la chimenea (PG). La diferen-cia de presión provocada por el cambio de la velocidad de los humos en la chimenea PG debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

PG= ρ2⋅w22−ρ1⋅w12

2 2 en Pa (34)

donde

w1 es la velocidad de los humos antes del cambio de velocidad, en m/s;

w2 es la velocidad de los humos después del cambio de velocidad, en m/s;

ρ1 es la densidad de los humos antes del cambio de velocidad, en kg/m3;

ρ2 es la densidad de los humos después del cambio de velocidad, en kg/m3.

Para w1 y w2 así como para ρ1 y ρ2 pueden utilizarse los valores medios de la sección antes y después del cambio de velocidad.

5.10.3.3 Coeficiente de resistencia al flujo debido a la fricción del conducto de humos (ψ). El coeficiente de resis-tencia al flujo debido a la fricción del conducto de humos ψ, para distintas rugosidades, debe calcularse aplicando la fórmula siguiente: 1 3 71 ψ = – 2⋅ 2,51 ⋅ ψ + ⋅ h

F

HG

I

KJ

log Re , r D (35)

(29)

donde

Dh es el diámetro hidráulico, en m;

r es el valor medio de la rugosidad de la pared interior, en m;

Re es el número de Reynolds (véase el apartado 5.8.2.1);

ψ es el coeficiente de resistencia al flujo debido a la fricción del conducto.

Para números de Reynolds por debajo de 2 300, tomar el coeficiente apropiado para el número de Reynolds igual a 2 300. Los valores de la rugosidad media debe darlos el fabricante. En ausencia de valores procedentes del fabricante, en la tabla B.4 se dan valores típicos de rugosidad media para diversos materiales.

5.10.3.4 Coeficientes de resistencia al flujo (ζ) debidos a un cambio de dirección y/o de sección transversal y/o un cambio de caudal másico en el conducto de humos. Los valores de la resistencia al flujo debido a un cambio de direc-ción o sentido y/o de secdirec-ción transversal y/o un cambio de caudal másico en el conducto de humos debe proporcionarlos el fabricante respectivo. En ausencia de valores del fabricante, en la tabla B.8 se dan valores típicos de la resistencia al flujo.

El coeficiente de resistencia al flujo para la ampliación o ensanchamiento de la sección transversal en la salida de la chimenea no debería aplicarse si no se tiene en cuenta el cambio de presión a través del cambio de velocidad en dicho punto.

5.10.4 Presión del viento (PL). La presión debida a la velocidad del viento PL debe ser 25 Pa para regiones del interior (que disten más de 20 km de la costa) y 40 Pa para las regiones costeras si la salida de la chimenea está en una presión opuesta. La salida de chimenea se considera que está en una zona de presión opuesta si la posición de la salida de la chimenea está a menos de 0,4 m por encima del caballete del tejado y la distancia de una línea horizontal desde la salida de la chimenea hasta la intersección con el tejado es inferior a 2,3 m, y la salida de la chimenea está situada:

− en un tejado con una pendiente de más de 40º o;

− en un tejado con una pendiente de más de 25º si la abertura para el aire de combustión y la parte superior de la

chimenea están en lados diferentes del caballete del tejado y la distancia horizontal desde la parte más alta del caballete es mayor de 1,0 m.

NOTA − También puede considerarse que una chimenea está afectada negativamente por la proximidad de obstrucciones adyacentes, por ejemplo, edificios, árboles, montes. Una salida de chimenea que esté en un radio de 15 m de las estructuras adyacentes que se extienden sobre un ángulo horizontal de 30º y sus contornos o límites superiores sobresalen más de 10º por encima del horizonte como visto desde la salida de la terminal, puede verse afectada por la turbulencia del viento (véase el anexo C). Esto puede superarse por un terminal aerodinámico.

El valor PL debe modificarse si la chimenea tiene un terminal con unas prestaciones aerodinámicas especificadas. En todos los demás casos PL debe ser igual a 0 Pa.

Las terminales con prestaciones aerodinámicas especificadas están definidas en el proyecto de Norma prEN 1856-1, y en las Normas EN 1859 y EN 13502.

5.11 Tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea (Pze) y presión diferencial máxima a la entrada de

los humos en la chimenea (Pzoe)

5.11.1 Generalidades. El tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea bajo presión negativa (depresión) Pze debe calcularse a partir del tiro mínimo del aparato de calefacción Pw, la resistencia de presión efectiva del tramo de conducto de unión PFV y la resistencia efectiva del suministro de aire PB como sigue:

(30)

donde

PZe es el tiro necesario a la entrada de los humos en la chimenea, en Pa;

PW es el tiro mínimo para el aparato de calefacción, en Pa;

PFV es la resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de unión, en Pa;

PB es la resistencia de presión del suministro de aire para un caudal másico de humos, en Pa.

La presión diferencial máxima Pzoe a la entrada de los humos a la chimenea que funciona con sobrepresión debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

PZOe =PWO+PBPFV en Pa (37)

donde

PZOe es la presión diferencial máxima a la entrada de los humos en la chimenea, en Pa;

PWO es la presión diferencial máxima a la salida del aparato de calefacción, en Pa;

PFV es la resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de unión, en Pa;

PB es la resistencia de presión del suministro de aire para un caudal másico de humos, en Pa.

5.11.2 Tiro mínimo para el aparato de calefacción (Pw) y presión diferencial máxima del aparato de calefacción

(Pwo). El tiro mínimo para el aparato de calefacción Pw o la presión diferencial máxima de dicho aparato (Pwo) debe obtenerse de acuerdo con los apartados 5.5.4 ó 5.5.5 respectivamente.

5.11.3 Resistencia de presión eficaz para el tramo del conducto de unión (PFV)

5.11.3.1 Generalidades. La resistencia de presión efectiva del tramo del conducto de conexión PFV debe calcularse aplicando la fórmula siguiente:

PFV =PRV+PHV en Pa (38)

donde

PHV es el tiro teórico disponible en el tramo del conducto de unión, en Pa;

PRV es la resistencia de presión del tramo del conducto de unión, en Pa.

Si el tramo del conducto de unión consta de varias secciones diferentes o de diseño diferente, el cálculo debe realizarse para cada una de las secciones. La resistencia de presión y el tiro teórico de las secciones individuales debe totalizarse.

5.11.3.2 Tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea del tramo del conducto de unión (PHV). El tiro teórico disponible debido al efecto de chimenea del tramo del conducto de conexión PHV debe calcularse la fórmula siguiente:

(31)

donde

g es la aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2;

HV es la altura efectiva del tramo del conducto de unión, en m;

ρL es la densidad del aire exterior (véase el apartado 5.7.4), en kg/m3;

ρmV es la densidad media de los humos en el tramo de unión, en kg/m3.

Si la entrada de los humos en la chimenea está por debajo de la conexión de humos del aparato de calefacción, PHV se convierte en negativo.

5.11.3.3 Resistencia de presión del tramo del conducto de conexión (PRV). La resistencia de presión del tramo del conducto de unión PRV debe calcularse aplicando:

PRV =SEPEV+SEGPGV en Pa (40) P S L D w S P RV E V V hV n Vn mV mV 2 EGV GV + 2 + = ⋅

F

HGG

I

KJJ

⋅ ⋅

ψ ζ ρ en Pa (41) Para PGV ≥0SEGV=SE Para PGV <0SEGV =1 0, donde

DhV es el diámetro hidráulico interior del tramo del conducto de unión, en m;

LV es la longitud del tramo del conducto de unión, en m;

PEV es la resistencia de presión debida a la fricción y a la resistencia de forma en el tramo del conducto de unión, en Pa;

PGV es la diferencia de presión causada por cambio de la velocidad de los humos en el tramo del conducto de unión, en Pa;

SE es el coeficiente de seguridad de flujo;

SEGV es el coeficiente de seguridad de flujo para diferencias de presión a través de cambio de velocidad en el tramo del conducto de unión;

wmV es la velocidad media de los humos en el tramo del conducto de unión, en m/s;

ρmV es la densidad media de los humos en el tramo del conducto de unión, en kg/m3;

ψV es el coeficiente de fricción o rozamiento del conducto de humos del tramo del conducto de unión (véase el apartado 5.10.3.2);

ζVn n

es la suma de los coeficientes de la resistencia al flujo de los cambios de dirección y de sección transversal del tramo del conducto de unión, en m.

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