Canonada per a aerotèrmia i solar tèrmica: què exigeix la instal·lació al material

L’aerotèrmia i la solar tèrmica no han canviat les propietats dels materials de canonada. Han canviat les condicions en què aquests materials treballen.

Una instal·lació amb caldera i una instal·lació d’aerotèrmia poden distribuir un cabal i una temperatura similars i, tot i així, sotmetre la xarxa a sol·licitacions diferents: variacions tèrmiques lligades a la regulació, excitació mecànica del compressor, possible ús de mescles glicolades i recorreguts complexos en sales tècniques compactes.

Aquest article analitza aquestes condicions de servei, explica els mecanismes físics i químics rellevants i els tradueix en criteris de disseny. L’elecció del material és una conseqüència d’aquesta anàlisi, no el seu punt de partida.

Resposta breu

No existeix un material universalment adequat o inadequat per a aerotèrmia i solar tèrmica. Existeixen xarxes mal compensades davant la dilatació, mal desacoblades davant la vibració, amb el fluid fora d’especificació o amb més operacions d’unió de les necessàries. El coure i l’acer inoxidable corrugat funcionen correctament quan el disseny, l’execució i el manteniment hi acompanyen. El que canvia entre ells és on queda el marge i quins controls exigeix cada solució.

Què distingeix les condicions de servei de l’aerotèrmia i la solar tèrmica

Convé separar fets comprovables de generalitzacions freqüents.

Modulació i variació de temperatura

Dada. Un generador inverter adapta la seva potència regulant la freqüència d’alimentació del compressor. Cada màquina té el seu propi rang de modulació, declarat pel fabricant; no existeix un rang universal aplicable a tots els compressors.

Matís que sovint s’omet. La modulació no elimina els arrencades i aturades. Per sota de la potència mínima modulant, l’equip torna a funcionar per cicles. Una instal·lació sobredimensionada respecte de la càrrega real pot acumular més cicles que una correctament dimensionada, amb independència del material de la canonada.

Conseqüència per a la xarxa. La temperatura d’impulsió varia en funció de la càrrega, la regulació i el règim de funcionament. Aquestes variacions s’han de considerar en trams llargs, punts fixos i canvis de direcció.

Cicle diari i estancament en solar tèrmica

Dada. El circuit primari capta durant el dia i es refreda quan cessa la radiació. En condicions d’estancament —captador sense demanda amb irradiància suficient— la temperatura del fluid supera àmpliament la de funcionament habitual.

Criteri. La temperatura de dimensionament s’ha d’obtenir de la documentació del captador i dels seus assaigs conforme a l’edició vigent d’ISO 9806 aplicable al projecte. Una xifra genèrica no substitueix la dada del captador concret.

Ús d’anticongelant

Dada. En molts circuits solars tèrmics tancats s’empren mescles d’aigua i glicol per protegir de les gelades, conforme al disseny i a les instruccions del fabricant. En aerotèrmia es pot utilitzar glicol quan hi ha risc de gelada al tram exterior o a l’intercanviador.

Matís. No és una condició universal de l’aerotèrmia. S’ha de verificar instal·lació per instal·lació.

Sales tècniques compactes

Dada. Unitat hidràulica, acumulador d’ACS, dipòsit d’inèrcia, vas d’expansió i control es poden concentrar en volums de muntatge molt reduïts.

Conseqüència. L’accés real condiciona el traçat, el nombre d’accessoris i la qualitat amb què es pot executar i inspeccionar cada unió.

Anàlisi

Aquestes condicions no són exclusives de l’aerotèrmia: hi ha circuits industrials força més exigents. El rellevant és que apareixen combinades en instal·lacions residencials i terciàries, sovint sense càlcul específic de dilatació, de suportació o de manteniment del fluid.

Suposició, no dada. És plausible que part de les incidències atribuïdes al material tinguin l’origen en aquesta combinació d’exigència creixent i pràctica heretada de la instal·lació convencional. No es disposa d’estadística pública espanyola que permeti quantificar-ho, per la qual cosa s’enuncia com a hipòtesi.

Ciclatge tèrmic i dilatació: el càlcul abans que el material

Què diu l’enginyeria

La dilatació lineal d’un tram recte respon a:

ΔL = α · L · ΔT

on α és el coeficient de dilatació lineal, L la longitud del tram i ΔT el salt tèrmic.

Com a valors orientatius de propietat de material:

• Coure: de l’ordre de 16,5 · 10⁻⁶ K⁻¹.
• Acer inoxidable austenític 1.4404 (AISI 316L): de l’ordre de 16 · 10⁻⁶ K⁻¹.

Conclusió que convé explicitar: l’acer inoxidable austenític no dilata menys que el coure. Amb aquests valors, un tram recte de deu metres sotmès a un salt de 50 K experimenta una variació de longitud de l’ordre de vuit mil·límetres en tots dos casos. En projecte s’ha d’utilitzar el valor declarat per al material i el rang de temperatura corresponents.

El que sí que difereix és la rigidesa del material. El mòdul d’elasticitat de l’acer inoxidable austenític és de l’ordre de 200 GPa, davant de valors de l’ordre de 120 GPa per al coure. A igualtat de coacció i de geometria, un tub inoxidable transmetria una força més gran als seus punts fixos. La resposta real d’una canonada, però, no depèn només del metall: hi intervenen geometria, gruix, traçat, suports, punts fixos i unions.

On apareix el problema

La dilatació genera tensions quan el moviment queda coaccionat. Les situacions habituals són:

• Trams ancorats als dos extrems sense una solució de compensació dimensionada.
• Abraçadores de guiatge estrenyudes de manera que funcionen com a punts fixos.
• Passos de forjat o envà sense maneguet ni joc.
• Canvis de direcció propers a un punt fix que reben un moviment per al qual no s’han calculat.

El RITE (Reial decret 1027/2007, amb les modificacions vigents) exigeix al seu apartat IT 1.3.4.2.6 que les variacions de longitud per efecte de la temperatura es compensin per evitar trencaments. És un requisit reglamentari, no una recomanació del fabricant. El compliment es pot resoldre mitjançant canvis de direcció, lires, compensadors o altres solucions tècnicament adequades segons el càlcul; el reglament no imposa una metodologia única de suportació.

Què aporta la geometria corrugada

La geometria corrugada aporta flexibilitat al traçat. Permet resoldre canvis de direcció sense accessoris i facilita recorreguts amb capacitat geomètrica de moviment, cosa especialment favorable on no és còmode allotjar lires o dilatadors: falsos sostres d’alçada escassa, patinets, sales tècniques amb alta densitat d’equips.

Convé formular-ho amb precisió: aquesta capacitat prové de la geometria, no de l’acer inoxidable. Un tub inoxidable llis i rígid plantejaria el mateix problema de compensació que un de coure rígid, amb una rigidesa fins i tot més gran.

La flexibilitat geomètrica no equival a una capacitat de compensació axial quantificada. El tub continua necessitant suportació conforme al diàmetre i a les condicions de servei, i respecte del radi mínim de curvatura declarat pel fabricant, que en el sistema CATS se situa entre 1,20 i 1,70 vegades el diàmetre exterior.

Vibració del compressor: què es transmet i per on es controla

Què diu l’enginyeria

Un compressor genera excitació mecànica a la seva freqüència de funcionament i als seus harmònics. En un equip inverter aquesta freqüència varia dins del rang propi de cada màquina, cosa que amplia la banda de freqüències que el conjunt canonada-suportació pot experimentar.

El mecanisme de dany rellevant no és el trencament per sobrecàrrega sinó la fatiga: acumulació de cicles de tensió d’amplitud moderada en zones on la tensió es concentra. En una xarxa hidràulica aquestes zones són previsibles:

• Transicions de secció i de rigidesa, és a dir, l’entrada del tub en un accessori.
• Zones afectades tèrmicament per soldadura, on la microestructura ha canviat.
• Punts fixos i fixacions rígides properes a l’equip.
• Trams en voladís o amb separació excessiva entre suports.

Com es controla

El control comença fora de la canonada: bancada i suports antivibració de la unitat, connexió adequada a la interfície equip-xarxa i una primera fixació prou allunyada de l’equip, segons les instruccions del fabricant i el projecte.

Quan l’excitació entra a la xarxa, la resposta depèn del conjunt —material, geometria, tipus d’unió, qualitat d’execució i suportació— i no d’una única variable.

És incorrecte atribuir la fatiga per vibració al coure com a material. El coure té un comportament a fatiga ben caracteritzat i s’empra de manera massiva en circuits frigorífics sotmesos a vibració. El que resulta sensible és la unió mal executada i el tram mal suportat, en qualsevol material.

Què aporta el traçat corrugat

La flexibilitat del tub pot facilitar el desacoblament geomètric entre l’equip i la xarxa. A més, resoldre determinats canvis de direcció mitjançant curvat redueix el nombre d’accessoris i de discontinuïtats de rigidesa.

És un avantatge complementari a un disseny correcte, no una alternativa. Sense assaigs específics del sistema no s’ha d’atribuir al tub una capacitat quantificada d’absorció de vibracions o resistència a fatiga.

Química del fluid: manteniment i finestra de compatibilitat

Què diu l’enginyeria

Una mescla glicolada nova, correctament formulada i inhibida, pot ser compatible tant amb coure com amb acer inoxidable. Convé dir-ho abans de qualsevol altra consideració. La compatibilitat s’ha de comprovar amb la fitxa del formulador per a tots els metalls, juntes i components del circuit.

La degradació s’accelera amb temperatura, oxigen i temps. El mecanisme està descrit a la literatura sobre fluids caloportadors:

• Els glicols presenten bona estabilitat en les condicions previstes pel seu formulador, però es poden degradar per via oxidativa quan coincideixen temperatura elevada i presència d’aire.
• La degradació pot generar productes àcids, consumir la reserva alcalina del fluid i reduir l’eficàcia dels inhibidors.
• Les reposicions amb aigua no analitzada introdueixen oxigen, clorurs, duresa i altres sals que alteren la química del circuit.

En solar tèrmica el mecanisme s’accelera perquè els episodis d’estancament sotmeten el fluid a les temperatures més altes de tot el seu cicle de vida. Per això la condició del fluid no es dedueix només de la seva concentració.

Com respon cada material

Cap material és universalment immune. Que la sèrie UNE-EN 12502 dediqui una part al coure i una altra als acers inoxidables és la millor prova que cadascun té els seus propis factors de risc.

• Coure. El seu comportament depèn de l’estabilitat de les seves capes protectores, que al seu torn depèn de la composició de l’aigua o del fluid, del pH, de l’oxigen dissolt i de la temperatura. UNE-EN 12502-2 recull els factors que influeixen en la probabilitat de corrosió del coure i els seus aliatges en sistemes de distribució i emmagatzematge d’aigua.
• Acer inoxidable austenític. La seva protecció prové d’una capa passiva rica en crom. La composició del 1.4404 segons EN 10088 inclou carboni limitat a un màxim del 0,030 %, crom entre 16,5 i 18,5 %, níquel entre 10 i 13 % i molibdè a l’entorn del 2 al 2,5 %. El baix contingut de carboni —la «L» de la designació— redueix la precipitació de carburs de crom en zones afectades tèrmicament. El molibdè millora la resistència a la corrosió per picadura, efecte que es quantifica mitjançant l’índex PREN = %Cr + 3,3 · %Mo + 16 · %N.

El seu factor de risc específic són els clorurs. Els acers inoxidables austenítics poden patir picadura i, en determinades condicions, corrosió sota tensió per clorurs, especialment a temperatura elevada. UNE-EN 12502-4 recull els factors d’influència aplicables. Ignorar-ho seria tan poc rigorós com afirmar que el glicol destrueix el coure.

Precisió necessària. No es pot afirmar de manera universal que el 316L toleri millor qualsevol descens de pH que el coure. La resposta depèn de la formulació del fluid, del pH, dels clorurs, de la temperatura, de l’oxigen, dels inhibidors i del conjunt de metalls presents al circuit.

Conclusió operativa

El material defineix una finestra de compatibilitat. El manteniment determina si el fluid s’hi manté dins.

Un protocol ha de seguir la fitxa del fluid i el pla de manteniment del sistema, i incloure quan correspongui:

• Control del pH i de la reserva alcalina pel mètode que indiqui el formulador.
• Verificació de la concentració de glicol i de la protecció davant les gelades.
• Reposició amb aigua tractada i analitzada, mai amb aigua de xarxa sense caracteritzar.
• Purgat i control d’entrades d’aire, que és el que activa la via oxidativa.
• Substitució del fluid segons el formulador i l’historial tèrmic del circuit, amb atenció especial als circuits solars amb estancaments freqüents.

Unions: una variable de disseny, no un detall d’execució

Què diu l’enginyeria

Les unions són punts crítics de qualsevol xarxa. El seu nombre, accessibilitat i qualitat d’execució s’han de considerar des de la fase de disseny.

Reduir el nombre d’operacions d’unió redueix també el nombre de punts que s’han d’executar, comprovar i inspeccionar; per si sol no permet quantificar la probabilitat de fallada.

Què passa en determinades instal·lacions

En una xarxa rígida, cada canvi de direcció pot requerir accessoris i noves operacions d’unió. En una canonada flexible, determinats canvis de direcció es poden resoldre mitjançant curvat.

Cada unió addicional implica:

• Temps de muntatge i material.
• Una discontinuïtat de geometria o de rigidesa, rellevant en presència de vibració.
• Una operació la qualitat de la qual depèn de l’accés, de la posició de treball i del procediment.
• Un punt que ha de poder inspeccionar-se durant tota la vida útil.

En soldadura per capil·laritat cal gestionar, a més, la proximitat tèrmica a altres components, cosa que en una sala compacta condiciona l’ordre de muntatge.

Què aporta el traçat corbat

Reduir unions no millora la qualitat de les que queden: en redueix el nombre i les operacions associades. És un avantatge d’execució, inspecció i cost de mà d’obra, no una garantia d’estanquitat.

El corrugat substitueix accessoris per corbes, però exigeix respectar el radi mínim, evitar torsions i executar correctament el tall i el racorat. Una corba per sota del radi admissible redueix la secció de pas; un racorat deficient perd estanquitat igual que una soldadura deficient.

Temperatura: distingir el tub, les juntes i l’aïllament

El límit de servei correspon al sistema complet, no només al metall. Aquest apartat mereix precisió perquè circulen xifres poc traçables.

Coure. UNE-EN 1057 regula els tubs rodons de coure sense soldadura per a aigua i gas en aplicacions sanitàries i de calefacció. La temperatura admissible d’una instal·lació concreta depèn del tub, l’estat metal·lúrgic, la pressió, el tipus d’unió, els accessoris i la documentació del fabricant. Aquest article no atribueix al coure límits genèrics no traçables.

Acer inoxidable austenític. El metall manté propietats útils molt per sobre del rang d’una instal·lació tèrmica d’edificació. El límit pràctic del conjunt el fixen habitualment els elements no metàl·lics: juntes, aïllament i accessoris.

Línia solar del sistema CATS. AZ declara per a la versió amb recobriment de fibra PES una temperatura de servei continu de fins a 200 °C, i especifica juntes Klingersil C4400 per a aquesta aplicació. És una dada de fabricant referida al conjunt tub més aïllament en aquesta configuració concreta, i així s’ha de citar.

Criteri de projecte. En solar tèrmica, la temperatura de dimensionament del primari no és la de treball sinó la d’estancament del captador, determinada conforme a l’edició vigent d’ISO 9806 aplicable al projecte. Tub, aïllament, juntes, purgadors, vas d’expansió i el seu prevas han de ser compatibles amb les condicions calculades.

Hidràulica: el que la corrugació costa i el que estalvia

Un article que ometés aquest apartat no resistiria la lectura d’un enginyer hidràulic.

Dada. Una paret corrugada presenta una rugositat efectiva superior a la d’un tub llis del mateix diàmetre interior. En règim turbulent, un factor de fricció més alt es tradueix en una pèrdua de càrrega distribuïda per metre lineal més gran.

Contrapartida. El traçat corbat pot eliminar colzes i reduir pèrdues localitzades. El balanç hidràulic s’ha de calcular sobre el recorregut complet: no es pot suposar que la reducció d’accessoris compensi la pèrdua distribuïda del tub.

Criteri de projecte. La pèrdua de càrrega s’ha de calcular amb les dades de la fitxa tècnica del tub emprat, el cabal de disseny, la longitud, les singularitats i les propietats del fluid a la temperatura de treball. Dimensionar per analogia amb tub llis del mateix diàmetre nominal és un error. El resultat condiciona la selecció del circulador i, si escau, el diàmetre. En aerotèrmia governen, a més, el cabal nominal i la pèrdua de càrrega màxima admissible que fixa el fabricant del generador.

Precisió sobre el curvat. AZ assenyala que el perfil de la corrugació permet corbar dins del radi mínim sense reducció indeguda de la secció de pas, cosa que evita els estrangulaments associats a curvats mal executats. És una afirmació sobre el comportament en el curvat, no sobre la pèrdua de càrrega del tub recte. Són qüestions diferents i convé no confondre-les.

Limitacions del tub corrugat inoxidable que convé considerar

La neutralitat exigeix enunciar-les de manera explícita.

• Cost. El preu per metre i el dels accessoris s’han de comparar projecte a projecte. L’avaluació rellevant és el cost total instal·lat: material, accessoris, mà d’obra, eina i temps d’execució. El coure, a més, està exposat a la volatilitat de la seva cotització.
• Accessoris i eina específics. El sistema requereix els seus propis racors i el seu procediment de racorat. No és intercanviable amb útils genèrics.
• Pèrdua de càrrega distribuïda. Superior a la del tub llis d’igual diàmetre interior, tal com s’ha exposat. S’ha de calcular amb dades del producte.
• Corba d’aprenentatge. L’instal·lador ha de dominar el tall perpendicular, el radi mínim, el control de torsió i el racorat.
• Clorurs. Sensibilitat pròpia dels acers inoxidables austenítics, a considerar en aigües amb clorurs elevats i en ambients marins, tant a l’interior com a l’exterior del tub.
• Transicions entre metalls. S’han d’avaluar segons el fluid, l’aireació, la relació de superfícies i el disseny del circuit, i resoldre’s amb accessoris compatibles.
• Radi mínim de curvatura. S’ha de respectar el valor declarat per a cada diàmetre i configuració.
• Límits del conjunt. Juntes, aïllament, racors i accessoris poden governar pressió i temperatura encara que el metall suporti condicions superiors.

Marc de decisió per condicions d’instal·lació

La taula no compara materials. Tradueix cada condició de servei en el criteri de disseny que la governa i en la variable que s’ha de revisar.

Condició present	Mecanisme dominant	Criteri de disseny	Variable a revisar a obra
Variació de temperatura per regulació	Dilatació i contracció	Càlcul de moviments i compensació conforme al RITE	Trams entre punts fixos i zones de moviment
Trams rectes llargs	Dilatació acumulada	ΔL = α·L·ΔT i solució de compensació dimensionada	Longitud, salt tèrmic i coeficient aplicable
Compressor proper a la xarxa	Fatiga per vibració	Desacoblament a l’equip i suportació adequada	Antivibració, primera fixació i voladissos
Circuit amb glicol	Degradació del fluid i corrosió	Pla de manteniment i compatibilitat de tots els materials	Concentració, pH, reserva alcalina i aireació
Estancament solar	Pic tèrmic sobre fluid i components	Dimensionament amb la temperatura del captador segons ISO 9806	Compatibilitat de tub, juntes, aïllament i vas
Aigua de reposició amb clorurs o sals	Corrosió localitzada i dipòsits	Anàlisi i tractament de l’aigua conforme a UNE-EN 12502-2 i -4	Clorurs, duresa, conductivitat i pH
Molts canvis de direcció	Multiplicació d’operacions d’unió	Optimització del traçat complet	Nombre, accés i inspecció d’unions
Sala tècnica compacta	Qualitat d’execució condicionada per l’accés	Sistema d’unió executable i inspeccionable en aquesta posició	Espai real de treball per unió
Retrofit amb instal·lació en servei	Temps d’aturada i compatibilitat	Pla de transició i seqüència d’intervenció	Finestra d’aturada i accessoris compatibles
Traçat simple i pressupost ajustat	Cost total instal·lat	Comparació per projecte	Metres, accessoris, mà d’obra i eina

Lectura de la taula. Com més condicions concorren simultàniament, més pes adquireixen la flexibilitat del traçat, la reducció d’operacions d’unió i la mantenibilitat. Quan el traçat és simple i les condicions estan controlades, pesen més el cost total, la disponibilitat i l’experiència de l’equip instal·lador. La taula orienta la decisió; no substitueix el càlcul ni les instruccions dels fabricants.

On encaixa el sistema CATS en aquesta anàlisi

Aquest apartat separa les prestacions declarades del producte de l’anàlisi tècnica general.

CATS és un sistema de muntatge amb tub corrugat d’acer inoxidable austenític i racors compatibles, distribuït a Espanya per AZ Broquetas i fabricat per AZ Intec. La gamma i el grau d’acer depenen de la configuració i l’aplicació, i s’han de comprovar a la fitxa vigent.

El que el sistema aporta davant les condicions analitzades, en termes verificables:

• Traçats complexos. Permet resoldre canvis de direcció corbant el tub a mà en els diàmetres DN8 a DN25, sense accessori, dins d’un radi mínim d’1,20 a 1,70 vegades el diàmetre exterior. En un recorregut amb diversos canvis de direcció, això es tradueix en menys operacions d’unió a executar, comprovar i inspeccionar.
• Dilatació i vibració. Aporta flexibilitat geomètrica al traçat, útil on no hi ha espai per a lires o dilatadors. No substitueix el càlcul de compensació, la suportació ni els antivibració de l’equip.
• Execució d’unions. El racorat es pot fer a obra amb la premsa CATS 120 o mitjançant el sistema C-Klip, que no requereix eines especials. AZ declara estanquitat per contacte metall-metall sense segellant addicional per a l’accessori de transició entre tub corrugat solar i coure; aquesta prestació no es generalitza aquí a tots els accessoris del sistema.
• Química del fluid. La compatibilitat s’ha de verificar per al grau d’acer, les juntes, els accessoris i la formulació concrets del circuit.
• Solar tèrmica. AZ declara fins a 200 °C de servei continu per a la versió amb recobriment de fibra PES amb protecció davant la radiació ultraviolada, i especifica juntes Klingersil C4400 per a aquesta línia.
• Retrofit. Disposa d’accessoris de transició a coure, cosa que permet intervenir sobre instal·lacions existents sense substituir necessàriament tot el traçat.

Dades tècniques completes, diàmetres, pressions, radis i certificacions per configuració: az-broquetas.es/caracteristicas-tubo-corrugado-inox

Comparativa material a material entre inox corrugat i coure: az-broquetas.es/tubo-corrugado-inox-vs-cobre

Determinades configuracions del sistema compten amb certificació DVGW per a aplicacions de gas i d’aigua potable en materials concrets. L’abast correspon a cada configuració certificada i no es generalitza a tota la gamma.

AZ Broquetas forma part del grup AZ Intec, fundat el 1979 i format per aproximadament 250 professionals en set ciutats europees, segons la informació corporativa publicada per la companyia.

Conclusió

Quatre condicions defineixen l’entorn de treball de la canonada en aerotèrmia i solar tèrmica: variacions tèrmiques lligades a la regulació, excitació mecànica del compressor, possible presència de glicol i complexitat del traçat i de les seves unions.

Cap desqualifica el coure, que continua sent un material de referència, amb dècades d’instal·lacions en servei i una xarxa de formació que cap altre sistema iguala. Cap converteix l’acer inoxidable corrugat en una solució universal: exigeix càlcul hidràulic específic, accessoris compatibles, formació, control de clorurs i respecte dels límits del conjunt.

El que canvia és el marge operatiu. En una instal·lació senzilla, amb l’equip ben desacoblat, el fluid controlat i poques unions accessibles, diferents solucions són tècnicament vàlides i la decisió pot dependre del cost o de la preferència de l’instal·lador. Quan s’acumulen condicions —espai limitat, múltiples canvis de direcció, glicol, estancament, accés difícil—, la flexibilitat del traçat i la reducció d’operacions d’unió passen de ser una comoditat de muntatge a ser una variable de fiabilitat.

La decisió correcta es pren després d’analitzar la instal·lació concreta: fluid i manteniment real, aigua d’ompliment i reposició, cabal i pèrdua de càrrega admissible, nombre de canvis de direcció, espai d’execució, condicions de vibració i temperatura de dimensionament.

Preguntes freqüents