Sistemas de Calefacción

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Sistemas de Calefacción

Mensaje  Admin el Lun Nov 10, 2008 8:17 am

Calefacción, ventilación y aire acondicionado

Sistemas de aire caliente

Los sistemas más sencillos de calefacción por aire caliente consisten en un fogón y un conducto para eliminar gases, situados en un recinto metálico, y una red de tuberías hacia las habitaciones. Para asegurar la circulación natural del aire caliente, que tiende a elevarse, la caldera se coloca por debajo del primer piso del edificio. El aire frío del interior del edificio o del exterior, penetra en el recinto y se calienta por contacto con las paredes calientes de la caldera. Se suele colocar en la caldera un pequeño depósito de agua para que el aire caliente se humidifique antes de circular por la casa. Según se calienta el aire, sube a las habitaciones y atraviesa las rejillas o los elementos que haya en ellas. Estos se abren o cierran para regular la temperatura de la habitación.
El problema principal de estos sistemas radica en conseguir la adecuada circulación del aire. A no ser que los tubos que transportan el aire caliente tengan un diámetro grande, cuenten con adecuada inclinación de la caldera y estén aislados correctamente para prevenir pérdidas de calor, el sistema no calentará la casa como es debido.
Los sistemas de circulación forzada llevan un ventilador en la cámara de la caldera. Esto asegura la circulación de gran cantidad de aire aún en condiciones desfavorables. También incorporan filtros para retener el polvo y asegurar la limpieza del aire. Si se asocian con unidades de refrigeración, humificadores y desecadores, constituyen uno de los sistemas de calefacción y refrigeración más efectivos.

Sistemas de agua caliente

Los primeros sistemas de calefacción por agua caliente funcionaban (de acuerdo a algunos datos históricos) con aguas termales de manantiales naturales. Los sistemas actuales emplean una caldera donde el agua se calienta a una temperatura entre 60 y 83 °C. El agua se envía a los radiadores de las habitaciones por un circuito de tuberías. La circulación del agua caliente se consigue por presión y gravedad, y en algunos casos se utilizan bombas. La circulación forzada es más eficaz, ya que permite mayor control y flexibilidad.
Hay sistemas de uno y dos conductos. En los sistemas de una tubería, el agua se envía a la boca de entrada del radiador, circula por éste y sale por la misma tubería. La desventaja de este sistema es que el agua se enfría cada vez más a medida que se aleja de la caldera, por lo que los radiadores más alejados deben ser más grandes que los cercanos a la caldera para proporcionar la misma cantidad de calor. En los sistemas de dos conductos, el agua caliente se envía a los radiadores por una tubería de suministro y les llega a la misma temperatura; el agua de todos los radiadores se recoge con una tubería común de retorno a la caldera. Este sistema es más eficaz y más fácil de controlar. Los dos requieren un tanque de expansión para compensar las variaciones de la cantidad de agua. Estos tanques contienen más o menos la mitad de su volumen al llenarse de aire, que se comprime o expande para compensar las fluctuaciones del volumen de agua.

Sistemas de vapor

Los sistemas de calefacción por vapor son similares a los de agua caliente, con la diferencia de que circula vapor por las cañerías y radiadores en lugar de agua caliente. El vapor se condensa en los radiadores y transmite su calor latente. Se utilizan también sistemas de una y dos tuberías para hacer circular el vapor y devolver a la caldera el agua formada por condensación. Hay tres tipos principales de sistemas de vapor: por orificios de aireación, por vaporización y sistemas de vacío o de bomba mecánica. También hay sistemas subatmosféricos, pero se utilizan muy poco.
Los sistemas por orificios de aireación de una tubería se basan en que la fuerza de la gravedad obliga al vapor condensado en el radiador a bajar a la caldera, por la misma tubería por la cual sube el vapor a los radiadores. Es el sistema de instalación más barata, pero los conductos deben ser lo bastante anchos como para albergar el vapor y recoger la condensación. Los orificios de los radiadores permiten la salida del aire una vez calentado por el vapor durante la fase de encendido o cuando está a pleno funcionamiento.
Los sistemas de vaporización son sistemas de dos tuberías en los que el vapor se introduce en el radiador por una válvula de admisión y el aire así como la condensación se liberan por una trampa de vapor. El agua vuelve a la caldera y el aire se descarga a través de un orificio central situado en la base o, en grandes instalaciones, por respiraderos en cada zona que se debe calentar. Si el sistema tiene juntas de poco calibre el aire retorna al sistema en cantidades mínimas, por lo que se requiere muy poca presión para propulsar el vapor. Estos sistemas requieren de una instalación más costosa que los de una tubería, pero resultan más económicos porque pueden trabajar con mucho menos combustible.
Los sistemas de vacío se parecen a los de vaporización en los que cada radiador tiene una válvula de entrada y una trampa de vapor, pero incorporan una bomba de vacío en la tubería de retorno a la caldera. Esta bomba mantiene un vacío parcial en el sistema para que el vapor, el aire y la condensación circulen con mayor facilidad. El vapor condensado y el aire se envían a un punto central en el que el vapor condensado se bombea a la caldera y el aire se expele a la atmósfera. En los sistemas de vacío completo, la condensación no necesita la fuerza de la gravedad para volver a la caldera, por lo que no tiene una importancia esencial que éstos se ubiquen por encima o debajo de los radiadores.

Calefacción eléctrica

La utilización de la electricidad en los sistemas de calefacción está aumentando tanto en uso doméstico como en sistemas de grandes edificios públicos. La energía eléctrica suele ser más cara que la obtenida por la combustión de materiales, pero su bajo mantenimiento, limpieza y su reducida necesidad de espacio justifican su uso. El calor lo generan rejillas y espirales de diversas formas y tamaños; por ejemplo, convectores en los muros o sobre las paredes, en ventanas o en zócalos o repisas instalados por toda la habitación. Los elementos caloríficos o los alambres también se pueden incorporar en techos y suelos durante su construcción para irradiar calor a una temperatura media. El coste total de la calefacción eléctrica se reduce de manera sustancial empleando una bomba de calor.


BOMBA DE CALOR

El funcionamiento de la bomba de calor se basa en la relación entre la presión y la temperatura.
La bomba de calor toma un fluido y lo comprime haciendo que su temperatura suba. Ese calor “comprimido” se extrae entonces para calentar la sustancia que nos interese ya sea aire o agua.
Otros sistemas emplean fluidos que al comprimirse cambian de estado y absorben calor (calor latente) para luego volver a su estado original y liberarlo donde se quiere que caliente a otro fluido
El fluido el cual se ha comprimido y del que se ha extraído parte de su calor baja su temperatura. Esta temperatura baja aún más en el momento en que se descomprime a un punto muy por debajo de la que tenía antes de ser comprimido. De esta manera se puede decir que se extrae el calor de una sustancia para dársela a otra.

La particularidad de la bomba de calor es que es capaz de extraer el calor de un fluido a una determinada temperatura para traspasarlo a otro medio con una temperatura mayor.
En circunstancias naturales debería ocurrir de manera totalmente opuesta, ya que el cuerpo de más temperatura cede su calor a otro de menor temperatura hasta que se alcance un total equilibrio de temperaturas entre ambos cuerpos. Esto lo comprobamos fácilmente cuando sacamos al exterior una olla cocinada al fuego para que se enfríe. La olla y su contenido al paso del tiempo tendrá la misma temperatura que el medio ambiente en el que se encuentre.
En los procesos de calefacción y ACS por bombas de calor lo que se hace es tomar la cantidad inmensa de calor que se encuentra en la atmósfera (o en el agua o en la tierra) a una temperatura baja para llevarla a un espacio reducido con poca energía pero con una temperatura mayor.
Por este método aparte de calefactar espacios también se puede, invirtiendo el proceso, refrigerarlos en este caso tomando el calor del interior para sacarlo al exterior.

Tipos de bombas de calor

Existen distintos tipos de bombas de calor en función de la naturaleza de los fluidos entre los cuales se traspasa la energía calorífica, así, podemos encontrar los siguientes sistemas:
-Aire-aire- Pasa la energía entre dos sistemas atmosféricos (aire exterior a aire de una estancia a calentar)
-Aire-agua- Pasa la energía de un río, estanque o agua subterránea al agua de una casa (calefacción o ACS)
-Agua-aire- Pasa la energía de un río, estanque o agua subterránea al aire de un espacio a calentar
-Agua-agua- Pasa la energía del aire al agua de una casa (calefacción o ACS)
-Tierra-aire- Toma el calor del subsuelo y lo traspasa al aire de la estancia a calentar
-Tierra-Agua- Toma el calor de la tierra y la traspasa al agua de una casa (calefacción o ACS)
Sistemas de calefacción y ACS con bombas de calor
Aplicando las bombas de calor, existen varios tipos de calefacción doméstica y obtención de ACS. Los sistemas que actualmente se pueden encontrar en el mercado son:
-Sistemas aerotérmicos. Aquellos que extraen la energía que posee el aire calentado por el Sol para calefactar el interior de la casa (o para ACS). En teoría estos sistemas pueden extraer ese calor incluso de días muy fríos, pues el aire siempre posee una cierta cantidad de energía.


Se trata de un sistema relativamente económico que sin embargo puede llegar a ofrecer un rendimiento desigual a lo largo del año en zonas de clima extremado (cálido en verano, frío en invierno).
Puede no ser muy apto para lugares con clima muy frío ya que su nivel de rendimiento dependerá del calor que pueda extraer del aire externo por lo que en los días más fríos producirá una menor cantidad de calor siendo precisamente cuando es más necesario.
Ofrece la ventaja de que muchas bombas aerotérmicas tienen la posibilidad de invertir su funcionamiento extrayendo el calor del interior hacia el exterior en verano, haciendo así de aire acondicionado.
-Sistemas geotérmicos- En este caso el calor se extrae de la tierra.
La tierra mas allá de su capa más superficial ofrece una gran estabilidad térmica a lo largo del año, es por ello por lo que es una importante fuente de energía especialmente para zonas de clima riguroso en los que los sistemas aerotérmicos pueden ver muy mermado su rendimiento en los momentos más desfavorables.
En este caso se hace pasar un fluido calotransportador por el área captadora que se encuentra enterrada. Existen dos tipos fundamentales de instalaciones geotérmicas en función de la disposición del área de captación:
Sistemas geotérmicos Horizontales: El área de captación se dispone en horizontal para captar la energía del Sol que llega desde la superficie (por conducción de la radiación solar directa o por la que transporta el agua que se filtra) y la energía de la Tierra que llega desde capas más profundas.


El área de captación se entierra entre 1/2 metro y 1,5 metros bajo la tierra.
Normalmente se necesitará un área de captación del doble de superficie de la que se quiera calefactar por lo que es necesario disponer de un espacio amplio.
Sistemas geotérmicos verticales Este sistema es en esencia similar a los de captación horizontal sólo que disponiendo el área de captación en vertical profundamente enterrado en la tierra entre 30 y 100 metros. Alcanzándose esta profundidad se consigue temperaturas de captación mayores. Es apto para lugares en los que no es posible disponer de las amplias áreas de captación que requieren los sistemas horizontales.

La instalación de los sistemas geotérmicos verticales resulta más caro que los horizontales ya que es necesario utilizar una perforadora para alcanzar las grandes profundidades necesarias.
Puede resultar necesario solicitar permisos a las autoridades locales para poder perforar la tierra.
Sistemas hidrotérmicos- En este caso se toma la energía contenida en el agua ya sea de un río, de un estanque o de aguas subterráneas. El origen primero de la energía que emplea este sistema es la solar para las aguas que discurren por la superficie y geotérmica y solar para aquellas que están en el subsuelo.

Ofrece también un excelente resultado ya que el agua es un gran portador energía calorífica. Además en los sistemas que emplean agua subterránea ésta ofrece una gran estabilidad térmica durante todo el año.
Un tipo de calefacción de este tipo se emplea en el invernadero del Real Jardín Botánico de Madrid cuya instalación esta comentada en este portal.

UNIDAD MANEJADORA DE AIRE

El trabajo de cada unidad manejadora de aire y sirven para determinar los cambios en el funcionamiento de la misma en posteriores evaluaciones o la pérdida de estas características respecto de las condiciones de diseño de la unidad.
La evaluación de la Unidad Manejadora, incluye las siguientes mediciones:
• Medición de velocidad del aire y cálculo de caudal de aire.
• Medición de velocidad en el motor y ventilador (si el diseño de la unidad manejadora lo permite)
• Amperaje.

UNIDAD SERPENTIN VENTILADOR

Serpentín: Conjunto de tubos dispuestos en hilera conectados con una serie de aletas que permiten disipar el calor.
Serpentín recalentador: Serpentín eléctrico o de agua caliente que permite elevar la temperatura del aire en el conducto de suministro de un sistema de acondicionamiento de aire.

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