Circuito de agua caliente sin flujo: llenado, aire, válvulas
La bomba circuladora está trabajando, el motor consume corriente y los manómetros marcan valores. Sin embargo, los radiadores, serpentines o intercambiadores de proceso que están al final del circuito de agua caliente siguen fríos. Es una situación típica en la puesta en marcha de un circuito cerrado de agua caliente, ya sea que lo haya diseñado un contratista japonés, que esté construido con bombas e intercambiadores de calor japoneses o que se le entregue con una hoja de pruebas en japonés llena de términos como jusui (llenado) y ea-nuki (purga de aire).
La respuesta corta: que la bomba gire no es lo mismo que el caudal correcto de agua caliente llegue a las cargas térmicas. Cuando un circuito de agua caliente no tiene flujo, revise las causas en este orden: agua de reposición y llenado, válvulas cerradas, sentido de giro de la bomba, objetos olvidados en la línea, aire atrapado y, al final, si la bomba es adecuada para el circuito. Y mantenga separadas dos presiones: la presión estática que mantiene el circuito lleno y la presión diferencial que la bomba necesita para mover el agua. En un circuito cerrado y lleno, la altura del edificio no se suma a la carga de la bomba circuladora.
Esta guía recorre las seis causas, resuelve un ejemplo de presión estática y carga de la bomba, indica qué registrar durante la puesta en marcha y termina con una lista de verificación y preguntas para el proveedor del equipo.
Contenido
- Primero: distinga «sin flujo» de «con flujo pero sin calor»
- Seis causas que revisar, en orden
- Presión estática vs. carga de circulación: un ejemplo resuelto
- Qué registrar durante la puesta en marcha
- Lista de verificación antes de llamar al proveedor
- Preguntas para el proveedor o contratista japonés
- Límites de esta guía
- Preguntas frecuentes
- Fuentes
Primero: distinga «sin flujo» de «con flujo pero sin calor»
Antes de tocar cualquier válvula, defina cuál es su problema: ¿el agua del circuito no circula en absoluto o circula sin entregar calor? Registre al mismo tiempo el caudal, las temperaturas de suministro y retorno, y las presiones de succión y descarga de la bomba. Las lecturas tomadas juntas acotan la búsqueda mucho mejor que un solo manómetro.
Esta guía trata de circuitos cerrados de circulación de agua caliente, como los de hospitales, hoteles y plantas, donde el agua calentada en un intercambiador de calor va a las cargas térmicas y regresa para calentarse de nuevo. No los confunda con la tubería que repone el agua consumida en un servicio de agua caliente sanitaria, ni con los circuitos que transfieren agua a un tanque abierto aparte. Antes de empezar, recorra el diagrama del sistema: por dónde entra y sale el agua, dónde se conecta el tanque de expansión, dónde está la bomba y cuál es la trayectoria de retorno de cada carga térmica.
Seis causas que revisar, en orden
1. El agua de reposición no está llenando el sistema
Después de una instalación nueva o de haber drenado el circuito, una válvula principal cerrada en la línea de agua de reposición (hokyu-sui) impide llenar el sistema y deja aire adentro. No juzgue solo por la presión de la línea de reposición. Compare las presiones antes y después de la válvula y del lado del circuito, y revise el nivel de agua y los registros de llenado.
La posición normal de la válvula de reposición y cualquier control de llenado automático dependen del diseño del sistema y de los procedimientos de operación. Se omiten las válvulas de alivio y las válvulas e instrumentos menores.
Un circuito cerrado que ya está lleno, no tiene fugas y conserva su volumen de agua puede circular sin que entre agua de reposición de forma continua. Por eso, una válvula de reposición cerrada no prueba por sí sola la causa. Busque evidencia de que al circuito realmente le falta agua.
Si la presión sigue bajando, no se limite a seguir reponiendo agua. Revise también fugas, drenados, descarga por la válvula de alivio y el estado del equipo de expansión. El tanque de expansión absorbe el cambio de volumen del agua con la temperatura; su función es distinta a la de la bomba circuladora.
2. Hay una válvula cerrada en el circuito
Si una válvula de aislamiento en una trayectoria en serie está cerrada, la circulación por esa trayectoria se detiene. Marque en el diagrama el número de cada válvula y el sentido del flujo, y recorra el circuito completo: succión y descarga de la bomba, ambos lados del intercambiador de calor y el lado de las cargas térmicas.
Cuando hay ramas en paralelo, cerrar la válvula de una rama puede detener el flujo solo en esa rama, mientras el agua sigue pasando por las demás. Si el caudal total parece normal pero las cargas más lejanas siguen frías, revise en cada rama las válvulas, las señales de control y los ajustes de balanceo.
Un bypass abierto también puede dejar sin agua a las cargas lejanas: el agua toma el camino corto de menor resistencia y no llega a ellas en la cantidad requerida. No abra todas las válvulas al máximo como solución general. Compare las posiciones actuales con los ajustes de válvulas aprobados en la puesta en marcha.
Revise también si hay una válvula cuya manija ya no corresponde a la posición real del disco interno, y si hay válvulas de retención (check) instaladas al revés o que no funcionan. Lea cada manómetro junto con su ubicación y el lado de la válvula en que está.
3. La bomba gira al revés
Cambiar las conexiones de un motor trifásico invierte su sentido de giro, y una bomba centrífuga que gira al revés no entrega el caudal ni la carga que debería. Que la flecha (el eje) esté girando no demuestra que el giro sea correcto. Compárelo con la flecha marcada en la bomba y con la posición de observación que especifica el fabricante.
La verificación del giro la hace el personal responsable, con la bomba cebada y las válvulas en su posición, siguiendo el procedimiento de puesta en marcha del manual. No retire las guardas para acercarse a las partes giratorias y no deje la bomba funcionando en seco mientras observa el sentido.
Intercambiar dos de las tres fases invierte un motor trifásico, pero cualquier cambio de cableado exige aislar primero la energía y confirmar la ausencia de tensión. En México, los procedimientos de bloqueo y etiquetado y de trabajos eléctricos de cada planta se basan en las NOM de la STPS aplicables (por ejemplo, la NOM-029-STPS-2011 sobre mantenimiento de instalaciones eléctricas); confirme con su área de seguridad cuáles aplican. En bombas con variador de frecuencia (VFD), siga las instrucciones del fabricante del equipo y no suponga que cambiar solo la secuencia de fases en la entrada del variador corregirá el sentido.
Un ajuste de velocidad o de frecuencia por debajo de la condición de diseño también dará menos desempeño del esperado. Registre el valor de comando y el estado real de operación, y compare el caudal y la presión medidos con la curva de la bomba para la velocidad a la que realmente gira. Si la bomba o el motor vienen de Japón, confirme que la placa y la curva correspondan a 60 Hz, que es la frecuencia de la red en México, porque en Japón hay regiones de 50 Hz y de 60 Hz.
4. Cinta, tapones o bridas ciegas olvidados en la línea
Los tapones de protección, las cubiertas de las caras de brida y las bridas ciegas temporales que quedan después de la construcción pueden bloquear el paso. La cinta de protección olvidada es una posibilidad más, relacionada con la instalación, que conviene revisar cuando el agua no pasa aunque todas las válvulas estén abiertas.
Empiece por los registros de construcción y por los de inspecciones hechas con la tubería o el equipo abiertos; después revise la presión diferencial y el caudal en el tramo que sospecha. No haga trabajar la bomba más fuerte para empujar la obstrucción; planee la inspección de modo que los residuos no lleguen a los equipos.
Abrir una brida para ver el interior se hace solo después de detener el sistema, aislarlo, enfriarlo, drenarlo y confirmar que no hay presión residual. Nunca afloje uniones en tubería caliente o presurizada, y acuerde el alcance del trabajo con el instalador antes de la inspección. Si el sistema incluye recipientes sujetos a presión, revise también lo que indica la NOM-020-STPS-2011.
Un colador (strainer) tapado con viruta, escoria de soldadura u óxido es otra obstrucción que hay que descartar. Considere la malla del colador y su pérdida de presión, y compare las lecturas antes y después de la limpieza al mismo caudal.
5. Hay aire atrapado en los puntos altos
El aire que queda en los puntos altos o dentro de los equipos después del primer llenado reduce el paso del agua o es arrastrado hacia la bomba. El flujo inestable y los ruidos de burbujeo son indicios, pero el sonido por sí solo no convierte al aire en la única causa.
Purgue el aire en los puntos altos, equipos y bombas que el sistema especifique, siguiendo sus procedimientos. En circuitos con muchas ramas, lleve el control del llenado tramo por tramo. No todas las bombas tienen el mismo tornillo de purga, y las purgas no deben abrirse a voluntad con el sistema en operación.
Abrir una válvula con agua caliente o presión residual puede provocar un chorro de agua caliente, así que revise en el manual hacia dónde se descarga y cuáles son las condiciones de enfriamiento y paro. En los puntos con presión negativa, la purga puede succionar aire exterior, por lo que agregar más purgas de aire no resuelve el problema.
Si los síntomas regresan después de purgar, investigue más: presión estática insuficiente, aire que entra por una fuga, y el estado del equipo de expansión y de la reposición de agua. Distinga el aire que entra desde el exterior del vapor que se forma en el propio líquido; esa es la diferencia entre aire atrapado (air entrainment) y cavitación.
6. La bomba no corresponde al circuito
Si el circuito está lleno, el paso está libre y la bomba gira en el sentido correcto, pero aun así no se alcanza el caudal requerido, compare la resistencia real del circuito con el desempeño de la bomba. Una tubería más larga que la de diseño, un diámetro interior menor, equipos agregados o una válvula de control estrangulada cambian la presión diferencial que el circuito necesita.
En un circuito cerrado y lleno, el agua que sube y la que baja se equilibran. La bomba circuladora repone sobre todo la energía perdida por la resistencia al flujo; no eleva el agua hasta lo alto del edificio, así que la altura del edificio no se suma a la carga de circulación.
La altura sí importa. Influye en la presión de llenado en el punto más alto y en la presión necesaria para mantener el agua estable como líquido en la succión de la bomba. Los sistemas que bombean agua a un tanque abierto a otro nivel tienen un límite distinto de carga estática, por lo que el razonamiento del circuito cerrado no se les aplica.
Sume las pérdidas al caudal requerido en la tubería, accesorios, válvulas, intercambiador de calor y cargas térmicas, y elija una bomba que entregue ese caudal y esa carga al mismo tiempo. El caudal máximo y la carga máxima de una hoja de datos no se obtienen a la vez.
Si un cambio de anticongelante o de su concentración aumenta la viscosidad, la resistencia del circuito puede ser distinta de la que se supuso para el agua. Vuelva a introducir en la selección la temperatura de operación, el tipo de fluido y el caudal como un solo conjunto de condiciones.
Reunir evidencia sólida de la causa va antes que decidir si se cambia la bomba. No siga probando cosas mientras la bomba trabaja sin flujo o con ruido anormal. Decida con el fabricante si conviene cambiar ajustes, modificar el circuito o reemplazar la bomba, según si el desempeño es adecuado.
Presión estática vs. carga de circulación: un ejemplo resuelto
En un sistema detenido y lleno de agua, la presión en el fondo y la presión en el punto más alto no son iguales. En una columna de agua de densidad constante, la presión baja al aumentar la altura, así que la presión en el fondo por sí sola no dice si la parte alta está llena.
Tomemos un ejemplo ficticio: 20 m del fondo al punto más alto, densidad del agua de 1,000 kg/m³ y una presión manométrica de 250 kPa (unos 36 psi) en el fondo. Con una aceleración de la gravedad de 9.80665 m/s², la presión en el punto más alto resulta de unos 53.9 kPa(g) (unos 7.8 psi).
Durante la operación, la bomba circuladora sube y baja las presiones a lo largo del circuito, así que este valor estático por sí solo no indica la presión en todos los puntos. Para encontrar el punto de menor presión, considere la presión de vapor del agua a su temperatura, las pérdidas en la succión y el lugar donde se conecta el tanque de expansión.
Ahora supongamos estas pérdidas al caudal requerido: tubería 15 kPa, intercambiador de calor 20 kPa, cargas térmicas 10 kPa y válvulas 5 kPa. El total de 50 kPa (unos 7.3 psi) equivale a una carga de unos 5.10 m. Los 20 m de altura del edificio no forman parte de este cálculo.
Las coordenadas de las curvas no son datos de un producto y no grafican los números de la derecha. En un equipo real, compare la curva del modelo y la velocidad reales con la resistencia real del circuito.
Al convertir entre carga y presión, fíjese en la diferencia entre succión y descarga, no solo en la presión de descarga, y tenga en cuenta la altura a la que está cada manómetro. Una presión diferencial grande con poco caudal no prueba que la circulación sea adecuada si la causa es una válvula cerrada o una obstrucción.
Qué registrar durante la puesta en marcha
Reúna en un solo registro la hora de la medición, el número de bomba, la velocidad, las posiciones de las válvulas, las temperaturas de suministro y retorno, las presiones de succión y descarga, y el caudal. Con las condiciones de antes y después de cada paso alineadas, se ve qué lectura cambió con cada acción.
Si la válvula de aislamiento de un manómetro está cerrada, la lectura puede no seguir la presión real de la tubería. Revise también el rango del manómetro, el cero y el estado de la toma de presión. Si hay que cambiar un manómetro, incluya en el plan de trabajo el aislamiento y la confirmación de presión residual cero.
Al comparar un medidor de flujo local con la pantalla del sistema de control, asegúrese de que ambos usen las mismas unidades y el mismo rango, por ejemplo L/min contra m³/h. Los instrumentos de origen japonés pueden mostrar la presión en MPa (1 MPa = 1,000 kPa), así que revise también esa unidad. Distinguir «el caudal es cero» de «la pantalla no se está actualizando» evita confundir un problema de instrumentación con uno de tubería.
Cambiar varias válvulas o ajustes a la vez hace imposible saber cuál cambio ayudó. Siguiendo un procedimiento aprobado, cambie un elemento a la vez y registre las lecturas antes y después. Defina con anticipación qué condiciones obligan a detener el sistema y no siga probando mientras haya alarmas o condiciones anormales.
| Síntoma | Lecturas que se comparan | Qué revisar después |
|---|---|---|
| Casi no hay flujo en todo el circuito | Presión de llenado, presión diferencial de la bomba, giro | ¿Circuito lleno? Trayectoria en serie, obstrucción, aire |
| Solo algunas cargas térmicas siguen frías | Caudal y temperatura por rama, señales de control de válvulas | Válvula de rama cerrada, aire, bypass, balanceo de caudales |
| El caudal o la presión oscilan | Ruido, presión de succión, temperatura, historial de reposición | Aire atrapado, vaporización, control o posición de válvula inestables |
| Hay flujo, pero no calienta | Temperaturas de suministro y retorno, caudal, condiciones de la fuente de calor | Capacidad de calentamiento, intercambiador de calor, carga térmica, mezcla |
Una diferencia grande entre la temperatura de suministro y la de retorno puede indicar poco caudal, pero también aparece cuando aumenta la carga térmica. Léala junto con el medidor de flujo y las condiciones de la fuente de calor, y no use solo la diferencia de temperatura para declarar el sistema normal o defectuoso.
Haga que los números de válvula de los planos coincidan con las etiquetas del equipo y registre qué se hizo con las cubiertas de protección y las piezas temporales retiradas. Si el sistema cambia después de terminar la obra, actualice los planos as-built y los ajustes de válvulas de la puesta en marcha para que la siguiente búsqueda de fallas sea más rápida.
Lista de verificación antes de llamar al proveedor
- Síntoma definido: sin flujo, o con flujo pero sin calor
- Caudal, temperaturas de suministro y retorno, y presiones de succión y descarga registrados a la misma hora
- Circuito lleno: presión del lado del circuito, registros de llenado y cualquier señal de fugas, drenados o descarga por la válvula de alivio
- Todas las válvulas de la trayectoria en serie rastreadas en el diagrama, incluidos ambos lados de la bomba y del intercambiador de calor
- Válvulas de rama, bypass y ajustes de balanceo comparados con los ajustes aprobados de la puesta en marcha
- Giro de la bomba verificado contra la flecha de la bomba y la posición de observación del fabricante (y los ajustes del VFD, si lo hay)
- Velocidad o frecuencia comparada con la condición de diseño; placa y curva de la bomba confirmadas a 60 Hz
- Registros de construcción revisados por tapones, cubiertas, bridas ciegas o cinta que pudieran haber quedado; presión diferencial del colador revisada
- Aire purgado en los puntos especificados; síntomas posteriores a la purga registrados
- Válvulas de aislamiento de manómetros abiertas, rangos y ceros de los manómetros revisados, unidades de caudal y de presión (kPa, MPa) igualadas
- Caudal requerido y pérdida de presión del circuito disponibles en los documentos de diseño
Preguntas para el proveedor o contratista japonés
Si el caudal de diseño y la pérdida de presión no están en los documentos de diseño, regrese a los requisitos de la especificación de compra (kobai shiyosho) y confírmelos con el proveedor. Hay que alinear tanto la capacidad del equipo por separado como el desempeño que necesita el circuito ya instalado. Estas preguntas ayudan:
- ¿Cuáles son el caudal de diseño y la pérdida de presión total del circuito a ese caudal? ¿Con qué curva de bomba (modelo y velocidad) se hizo la selección?
- ¿Cuáles son la presión de llenado requerida y la presión mínima en el punto más alto, y dónde se conecta el tanque de expansión?
- ¿Cuál es la posición normal de la válvula de reposición y el llenado es automático o manual?
- ¿Dónde están los puntos de purga de aire especificados y cuál es el procedimiento de purga de las bombas y equipos?
- ¿Qué posición de observación define el sentido de giro correcto y cómo debe verificarse el sentido si la bomba trabaja con VFD?
- ¿Se usaron tapones de protección, cubiertas de brida, bridas ciegas o cinta de protección durante la construcción, y los registros muestran que se retiraron?
- Si el fluido cambia a una mezcla con anticongelante, ¿cómo deben revisarse de nuevo la selección de la bomba y la pérdida del circuito?
- ¿Los datos de la bomba y del motor (placa, curva, frecuencia) corresponden a la red de 60 Hz del sitio?
Ejemplo de correo (datos ficticios):
Asunto: Circuito de agua caliente HW-01 – bajo caudal en la puesta en marcha
Estamos poniendo en marcha el circuito HW-01. La bomba P-1 está trabajando, pero las cargas térmicas del tercer piso siguen frías. Mediciones a las 10:00: caudal de 4 m³/h contra 12 m³/h de diseño, succión de 210 kPa(g) y descarga de 260 kPa(g). Se purgó el aire en los puntos especificados, todas las válvulas de la trayectoria principal están abiertas y el giro coincide con la flecha de la bomba. ¿Podrían enviarnos (1) el caudal de diseño y la pérdida de presión del circuito, (2) la curva de la bomba usada en la selección, (3) la presión de llenado requerida y el punto de conexión del tanque de expansión, y (4) los ajustes de las válvulas de rama y de bypass de la puesta en marcha?
Los números de etiqueta, las lecturas y los valores de diseño anteriores son ficticios; sustitúyalos por los suyos.
Límites de esta guía
- Trata de circuitos cerrados de circulación de agua caliente. La tubería de reposición de agua caliente sanitaria y los sistemas que transfieren agua a un tanque abierto funcionan de otra manera.
- Los cálculos son ilustrativos, con valores ficticios. No son valores de diseño ni requisitos de presión mínima de ningún sistema.
- La purga de aire y la apertura de bridas exigen paro, enfriamiento, aislamiento y verificación de presión residual según los procedimientos del sitio; los cambios de cableado exigen aislar la energía y confirmar la ausencia de tensión. Esta guía enumera qué revisar, no cómo hacer ese trabajo.
- Las posiciones de válvulas, los métodos de llenado y los puntos de purga varían según el sistema y la empresa. Los documentos aprobados de diseño y de puesta en marcha tienen prioridad.
- Las NOM de la STPS citadas (NOM-029-STPS-2011, NOM-020-STPS-2011) son referencias generales; confirme con su área de seguridad cuáles aplican a su instalación y a sus equipos.
Preguntas frecuentes
¿Una válvula cerrada de agua de reposición siempre detiene la circulación?
No. Si no se pudo llenar el circuito y queda aire, sí puede hacerlo. Si el circuito ya está lleno y conserva su volumen de agua, aún puede circular. Revise la presión del lado del circuito, los registros de llenado y cualquier fuga o descarga, en lugar de fijarse solo en la posición de la válvula de reposición.
Si el edificio mide 20 m de altura, ¿la bomba circuladora necesita 20 m de carga?
No. En un circuito cerrado y lleno, la altura no se suma a la carga de circulación. Separe la presión estática que mantiene lleno el punto más alto de la presión diferencial necesaria para vencer la resistencia del circuito al caudal requerido, y trate aparte los sistemas que bombean a un tanque abierto.
Si el manómetro marca una presión alta, ¿está fluyendo el agua?
No necesariamente. Una válvula cerrada o una obstrucción pueden crear una diferencia de presión a través de la bomba aunque haya muy poco caudal. Lea juntos las presiones de succión y descarga, el caudal y las posiciones de las válvulas; la presión de descarga sola no confirma la circulación.
¿Por qué regresa el ruido de burbujeo después de purgar el aire?
El aire que quedó del primer llenado es solo una causa. Revise también caídas de presión, aire exterior que entra y gas que sale del agua con los cambios de temperatura. Registre la presión, la temperatura del agua y el historial de reposición y drenado cuando ocurra, y averigüe por qué se repite.
¿Una bomba más grande resuelve el bajo caudal en un circuito de agua caliente?
No, si la causa es aire, una válvula cerrada, una obstrucción o un cortocircuito por el bypass. Primero confirme que el circuito esté lleno y el paso libre; después compare el caudal requerido y las pérdidas reales con la curva de la bomba.
Fuentes
- Presión de llenado, pérdidas de circulación y eliminación de aire en sistemas de calefacción cerrados: Grundfos, Circulator Handbook «Hydronic Heating Systems», págs. 40–41 y 68–69 (en inglés)
- Presión estática, presión diferencial de la bomba y riesgo de baja presión a alta temperatura: Grundfos, «Static pressure» (en inglés)
- Tubería y bolsas de aire, sentido de giro, registros de operación e inspección: Ebara, manual de instrucciones de la bomba tipo S (en japonés); aquí no se generalizan los valores permitidos de cada modelo
- Carga en circuitos cerrados, circulación y propiedades de los fluidos: Caleffi, «Physical operating conditions in hydronic systems» (en inglés)
- Aislar problemas de aire, caudal, válvulas y control: Caleffi, «Troubleshooting process» (en inglés)
- Curvas de bomba, resistencia del sistema y punto de operación: Caleffi, «Physical concepts that aid troubleshooting» (en inglés)
- Secuencia de fases de entrada y sentido de giro en variadores: Mitsubishi Electric FA FAQ (en japonés)
- Verificación de tensión residual después de cortar la alimentación: Mitsubishi Electric, catálogo FR-D700, precauciones de seguridad (en japonés); para los tiempos de espera y otras precauciones, siga el manual de su equipo
Artículo original en japonésEsta guía se basa en un artículo de MONOSCOPE escrito para lectores en Japón: ループ配管で温水が流れない原因は？充水・エア抜き・弁とポンプの確認順序
Acerca del editor
Editor de MONOSCOPEFOUNDER & EDITORTrabajó unos diez años en un fabricante de equipos para plantas y en una empresa de ingeniería de plantas, a cargo de propuestas, diseño y puesta en marcha de equipos, y luego se pasó al marketing digital. Hoy es consultor web para fabricantes B2B y los ayuda a explicar sus productos y su tecnología. Cuenta con licencias nacionales de Japón como Energy Manager e Ingeniero Eléctrico Jefe de Tercera Clase.
Escribe un blog de ingeniería desde 2017 (más de 500 artículos) y tiene un canal de YouTube en japonés con unos 20,000 suscriptores. Cada guía se escribe desde el punto de vista de la planta japonesa y se verifica con las normas citadas.
