Instalaciones de Calefacción en las viviendas

Instalaciones de Calefacción en las viviendas

radiadorEn este tema vamos a tratar cómo crear un ambiente confortable en nuestras viviendas, considerando la fuente de energía y la forma de transmitir el calor. Como fuentes de energía tenemos como  más  usadas,  el gas natural, gas propano, gasoil, la  electricidad y últimamente el pellet ( dentro de  las energías verdes ). Como formas de transmitir el calor tenemos el radiador de agua, sistemas de aire caliente ( pellet o leña ) , sistemas de radiación natural por combustión directa como el caso de la chimenea, suelo radiante, etc. instalacion calefaccion En la imagen de la derecha mostramos una sencilla instalación de radiadores alimentados  por agua, que es calentada por una caldera de gas. El circuito es sencillo. Consiste en una línea de agua caliente que es calentada por la caldera pasando a cada radiador, los cuales se calientan e irradian energía calorífica ( de ahí el nombre de radiadores ). El agua a su salida pasa al circuito de agua fría para volver de nuevo a ser calentada en la caldera.

detentorAspectos importantes de los radiadores

1º Los radiadores suelen estar fabricados de aluminio y tienen una entrada con una llave reguladora y una salida, donde se pone un detentor ( ver imagen ) para regular el flujo de agua.

2º Aunque la llave y el detentor sirven para dejar pasar el agua, la función es diferente. Si un dormitorio alcanza la temperatura muy pronto y no tenemos llave con termostato, vamos a pasar calor, por lo que cerramos un poco la llave. Mañana puede hacer más frío y quiero que se caliente pronto ( abro la llave al máximo ) Esto también se  puede hacer con el detentor pero la función que tiene es otra. Si nos fijamos en la instalación de radiadores de arriba observamos que hay dos muy cerca de la salida de la caldera pero otro mas lejos , con una tubería de agua caliente mas larga, que va perdiendo calor a lo largo del trayecto. Es lógico pensar que al radiador cercano le puede llegar el agua a 80 ªC y al mas lejano a 68 ªC. Esto se traduce en menos calor para el  radiador más alejado. Aparte de la temperatura del agua, el agua que va a pasar por el radiador más cercano sería mayor. ¿ Cómo lo solucionamos ?. Sencillo, si hago pasar menos agua por el radiador cercano y mas por el lejano tengo que los dos emiten el mismo calor y eso , sólo se hace una vez en el proceso de la instalación mediante la regulación de los detentores.

3º Los radiadores blancos son una “chapuza” desde el punto de vista de eficiencia energética. Así es, muy bonitos pero poco eficiente. Se puede demostrar que un radiador negro emite más energía que uno blanco. Apenas se usan los colores oscuros que son mas efectivos por estética.

4º Por la ley de Stefan-Boltzmann, para un caliente ideal ( cuerpo negro )  la energía radiada depende de la temperatura del agua elevado a la cuarta multiplicada por la constante sigma σ   , esto es:

Calor Radiado = σ  x t4

siento  σ un coeficiente. Por tanto, es mas interesante tener el radiador a temperaturas elevadas para tener mejor rendimiento.

Purgador-radiador-automatico5º El circuito de agua suele contener aire que se acumula en la parte alta del mismo bajando su rendimiento. Para ello se instalan los purgadores ( manuales o automáticos ) que permiten la salida del aire. A la izquierda tenemos uno automático. En el Instituto, cada año tienen que purgar la instalación porque los radiadores tienen purgadores manuales. Una instalación que contenga aire suele ser molesta por los ruidos que origina.

6º La cara del radiador que da a la pared es poco efectiva pues la mayor parte del calor radiado se pierde en calentar la pared y de ahí al exterior. Para evitarlo, es conveniente poner unos paños aislantes especiales que además reflejan la radiación al interior de la habitación.lamina reflactora para radiador En el mercado existen este tipo de láminas especiales que , como se muestra en la figura, tiene una capa esponjosa ( aislante ) y una metálica ( reflejarte) .

     Control de la Temperatura.

termostato-radiadorLos radiadores pueden tener una llave manual para controlar el paso de agua y de esta forma controlar la temperatura, o bien con llaves automáticas incluso algunas programables, que activan el paso de agua según la hora ajustada y la temperatura programada. Un ejemplo lo tenemos en la imagen de la izquierda. Estas llaves suelen ser muy caras. Independientemente de esta llaves, toda instalación debe tener el correspondiente termostato que desactive la caldera una vez alcanzada la temperatura. Suelen ser electrónicas y programables de forma que se ajustan para una franja horaria y a una temperatura determinada.

circuito-temostato-electronico

Adjuntamos de forma básica el esquema de un termostato electrónicos. El bloque negro es un comparador que compara la entrada 2 tomada del potenciómetro que selecciona la temperatura y la 1 que toma la tensión del divisor resistencia-azul-Termoresistencia.

Si la temperatura baja, el valor de la tensión baja y el comparador se activa haciendo trabajar al relé y este al elemento calefactor ( caldera, resistencia . ). La termoresistencia puede ser una NTC o una PTC, según el tipo de termostato.

Sistemas de calor

Bombona de Butano¿ Cómo calentamos el agua ?. Uno de los más básicos es el gas licuado (GLP  o Gases Licuados del Petróleo )   como son el butano o el propano.

Si tuviésemos que transportar el gas en su estado normal, o sea, como gas, el envase sería enorme y por ello es necesario comprimir para reducir el volumen, y al hacerlo, el gas pasa al estado líquido como se aprecia en la figura y se almacena en envases, generalmente de acero.  Cuando  se abre la válvula ,  el regulador pasa el  butano (o propano) líquido  de nuevo a gas para utilizado.

Si admitimos que el butano se comporta como un gas ideal, la fórmula que define su comportamiento es:

P * V = n *R * T

Donde:

  •  es la Presión del Gas
  •  el volumen que ocupa
  •  el número de moles ( algo como cantidad de materia del gas )
  •  R es una constate < title=”Constante universal de los gases ideales” >
  •  T es la temperatura medidas en ºK.
Si mantenemos la Temperatura y como n y R son iguales, al bajar el volumen del gas, la presión sube y provoca la licuación.

A diferencia del gas natural, el gas butano es más  denso que el aire. Esto implica que un escape de gas, provoca una acumulación de de gas en el suelo.

Más veces de las deseables y mientras tomamos una ducha, nos quedamos sin agua caliente. Nos ponemos el albornoz y vamos al termo de gas. Vemos que se ha apagado, encendemos una cerilla para encender el termo y luego la tiramos al suelo. Si hubo un escape de gas tenemos asegurada la depilación de las piernas, y esto no es una broma ..

Para evitar esto, donde tenemos la botella de gas tiene que haber un respiradero ( salida al exterior ) en la parte baja de la pared

 caldera gasCalderas

En la imagen tenemos una representación muy básica de cómo sería una caldera de gas por dentro, con los siguientes componentes:

  • Tubería de agua fría ( Cold water in ) que entra en la caldera desde los radiadores para ser calentada de nuevo en el intercambiador de calor  ( Heat Exchanger ) , que no es otra cosa que un bloque metálico que es calentado por el quemador.
  • Tubería de agua caliente ( Hot Water Out ). Una vez que la tubería da vueltas  en el intercambiador, el agua se caliente y se entrega a esta tubería de agua caliente,  que será la salida. Ver como en el intercambiador se representa el incremento de la temperatura del agua desde azul, blanco , amarillo y rojo según el agua va tomando temperatura.
  • Sensor de agua ( Flow Sensor ). Para que la caldera funcione, es necesario que entre agua porque, de no ser así, se quemaría gas para nada y además podría alcanzar temperaturas muy elevadas. Si no se detecta flujo de agua, la máquina no funciona.  Todo ello es controlado por la plaza electrónica ( placa verde arriba a la izquierda en la caldera)
  • Quemador (Burner) es donde se quema el gas junto al aire que entra gracias al ventilador (Fan )
  • Bomba de agua. Aunque no representada en la caldera, se localiza a la entrada del agua fría y permite que el agua circule por todo el circuito.
  • Existen además otra serie de componentes como sensores de temperatura, que evitan sobrecalentamiento, presostatos de aire , reguladores de  gas, etc. En la parte inferior del tema, representamos una caldera mas completa con los componentes de la misma

CALEFACCIÓN ELÉCTRICA

Acumulador-electricoPodemos usar electricidad para calentar la vivienda si contratamos la tarifa nocturna. En esta tarifa, en horas nocturnas la electricidad tiene un descuento del 50% sobre la diaria y comprende desde de las 22 a 12h en invierno. Los precios y horas pueden variar pero no el concepto al que vamos.

Es evidente que no vamos a pasar frio hasta las 10 de la noche y por tanto necesitamos unos radiadores que consuman por la noche y den calor por el día. Estos radiadores se llaman acumuladores y no son mas que un sistema de bloques de piedra especiales que se calientan por la noche por medio de unas resistencias y por el día dejan de calentar para activarse un ventilador que nos “saca” el calor acumulado por la noche.

Podemos destacar como ventaja que el calor es mas económico, no requiere instalación muy complicada y poco mas. Como inconveniente, el tamaño es mayor al de un radiador de agua, con peor estética, requiere una instalación eléctrica reforzada en la vivienda y es algo más ruidoso. No suelen usarse debido a la extensión de la red de gas canalizado que hay en las ciudades.

ConcernedTenemos otro tipo de calor llamado “calor azul ” que dicen  su fabricantes que al ser azul es mas económico. Vaya montón de mentiras.

Tener en cuenta que si compramos un radiador de calor azul, verde o granate, si tiene 1000 W nos dará el calor correspondiente a 1000W.

El único sistema de calor que da mas calor que el que consume es la bomba de calor ( el del aire acondicionado ) y esto es debido a que por el ciclo de cambios de estado del gas que utiliza ” toma”  calor del exterior de la vivienda para “meterlo ” dentro de la casa. En estos casos, podemos consumir 1000 W y generar 3000 o 4000 W, según varios factores.

Actividades:

  1. Explica la función que tiene el detentor
  2. Los radiadores suenan, ¿ Que podemos hacer para solucionar el problema ?
  3. ¿ Cómo se puede regular la temperatura individual de un dormitorio en un sistema de calefacción central ?
  4. Explica la función del intercambiador de calor de una caldera. Ayuda la explicación con un dibujo
  5. Explica que es el suelo radiante.
  6. Un calefactor eléctrico tiene una potencia de 1000 W. ¿ Cual es el calor máximo que puede dar ?.
  7. En la puesta a punto de una instalación de calefacción por agua,  ¿ que aspectos tienes que tener en cuenta ?.
  8. Los acumuladores de calor guardan el calor por la noche gracias a …………….
  9. Las botellas de butano tienen la mayor parte de combustible en forma líquida. Explícalo con la fórmula de los gases ideales
  10.  En el termostato, el elemento que es sensible a la variación de la temperatura se llama ………………..

Great IdeaPara saber mas:  

Componentes de una caldera

Componentes de una caldera de gas

Entrada para el  aire exterior. Al ser el tubo interno, es calentado por la salida de aire caliente

  1. Salida  de los gases quemados, que calientan al aire limpio que entra
  2. El Presostato de aire a la salida comprueba que sale el aire.
  3. Intercambiador de calor. Las tuberías de agua son calendadas por las llamas del quemador
  4. El Electrodo de encendido activa la caldera cada vez que se solicita agua caliente
  5. El Quemador es un conjunto de salida de gas, encargadas de calentar el intercambiador
  6. Bomba de agua para la calefacción
  7. 2º Intercambiador  para agua caliente (agua-agua). En este modelo de caldera ( no en todas ) tenemos que el agua que sale del primer intercambiador calienta éste para que a su vez, caliente el circuito de agua caliente sanitaria
  8. Válvula de seguridad
  9. Sensor de flujo de agua
  10. Llave para  llenar el circuito de calefacción
  11. Llave  para vaciar el circuito de  calefacción
  12. Entrada de agua fría del circuito de  calefacción
  13. Entrada  de agua fría sanitaria
  14. Entrada  de gas
  15. Salida  de agua caliente sanitaria
  16. Salida de agua caliente de la calefacción
  17. Tubo concéntrico para la  salida de gases
  18. Ventilador para salida de gases
  19. Vaso de expansión de agua caliente.  Se utiliza  para absorber al aumento de  volumen producido por el agua al ser calentada
  20. Termostato de  seguridad  para control de la temperatura de calefacción
  21. Sonda de  temperatura de la  calefacción. La información es enviada a la placa de control
  22. Electrodo para la  detección de llama. Si no detecta llama,  se vuelve a activar el electrodo de encendido. Si tras varios intentos, no detecta llama, pone la caldera en modo reparación ( modo error ) y no lo vuelve a intentar.
  23. Válvula de entrada del gas
  24. Sonda  de temperatura  para el agua caliente sanitaria
  25. Manómetro para medida de presión del agua caliente
  26. Válvula 3 vías. Es  una válvula motorizada  cuya finalidad es  direccionar el  caudal de agua caliente  procedente del  intercambiador 1 ( llamado intercambiador  agua-gas ), bien hacia los el circuito de los radiadores o hacia el otro intercambiador para el  agua  caliente sanitaria. Si no abrimos el grifo, el agua va a los radiadores. Si abrimos el grifo, el agua pasa directamente al intercambiador agua-agua para calentar el agua caliente sanitaria. A la salida de éste intercambiador, vuelve al intercambiador agua-gas.
  27. Presostato hidráulico. El presostato (conocido como  interruptor de presión ) se encarga de cerrar el circuito de agua caliente  dependiendo de la lectura del manómetro.
  28. Carcasa externa de la caldera