Sistemas de calefacción
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, humidificadores y desecadores, constituyen uno de los sistemas de calefacción y refrigeración más efectivos.
Los modernos equipos frío-calor reemplazan a la cadera, básicamente se trata de compresores impulsados por un motor eléctrico, que en sus radiadores enfrían el aire en verano y lo calientan en invierno.
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.
Los modernos equipos frío-calor reemplazan a la cadera, básicamente se trata de compresores impulsados por un motor eléctrico, que en sus radiadores enfrían el agua en verano y la calientan en invierno.
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.
La desventaja principal del vapor es que hace ruidos molestos cuando condensa.
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 resistencias eléctricas en forma de 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
Es un sistema diseñado para proporcionar calefacción y refrigeración, y su actuación es en esencia la misma en ambos procesos. En lugar de generar calor, como las calderas y los hornos, la bomba de calor transfiere el calor de un lugar a otro. Durante el invierno, un líquido refrigerante se bombea a un circuito situado en el exterior del recinto a calentar. El refrigerante es muy frío, por lo que absorbe el calor de la atmósfera, del suelo, del agua de un pozo, o de cualquier fuente externa. Después se envía a un compresor que eleva su temperatura y presión hasta convertirlo en vapor, que se manda entonces a una rejilla interior, y el calor se transmite por radiación o convección al recinto. El refrigerante, cuando ya ha disipado gran parte del calor que contenía, atraviesa una válvula y se licúa, así descienden su temperatura y presión. Después se envía al dispositivo exterior para continuar el ciclo. Para acondicionar el aire del espacio interior, las válvulas invierten el sentido del flujo, de manera que el refrigerante absorbe calor del interior y lo descarga en el exterior. Las bombas de calor también se regulan con termostatos, como las calderas.
La mayoría de las bombas de calor utilizan el aire de la atmósfera como fuente de calor. Esto constituye un problema en las zonas donde en invierno las temperaturas descienden por debajo de los cero grados, ya que esto hace difícil elevar la temperatura y la presión del refrigerante. Para obtener un funcionamiento económico el calor liberado debe ser mayor que el doble de la cantidad obtenida de la fuente exterior. La bombas de calor se utilizan en residencias, escuelas y centros comerciales.
Calor solar
Durante una hora de sol, casi un kilowatt de energía solar alcanza cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre. La cantidad real de energía recibida varía de acuerdo al momento del día, la época del año, la latitud, la claridad de la atmósfera y con la dirección relativa del sol con respecto a la superficie absorbente que recibe la energía. Esta energía es suficiente para calentar edificios diseñados exprofeso, que cuenta con la cantidad adecuada de superficies absorbentes y sistemas de almacenamiento de calor para abastecer al edificio durante la noche y cuando la climatología sea inestable. El método más común consiste en colocar paneles que incorporan circuitos de agua en el tejado. El agua, que se calienta por la acción del sol, baja a un depósito o tanque aislado y situado en el interior de la casa y éste constituirá la fuente de calor. En zonas donde el frío es intenso, es necesario disponer de una fuente de calor suplementaria. Muchos sistemas de este tipo funcionan con éxito en muchos países, sobre todo en áreas donde el clima no es especialmente frío. El sellado adecuado de los cristales de las ventanas, o la utilización de doble cristal, también reduce el consumo de combustible y de electricidad para calefacción en invierno.
En síntesis el edificio debe ser diseñado y orientado para aprovechar la radiación directa del sol, y debe disponer de un sistema de calefacción suplementario.
Calentadores portátiles
Las viviendas que no disponen de sistema de calefacción central pueden calentarse con diversos tipos de aparatos portátiles o semiportátiles, muchos de los cuales pueden transportarse de una habitación a otra de acuerdo a sus necesidades. Los aparatos más utilizados son las estufas de querosén, gas y eléctricas. Una estufa de querosén está hecha con chapa de metal y contiene uno o varios quemadores de mecha que calientan varios conductos metálicos en su interior. Estas estufas calientan tanto por radiación como por convección: reciben aire frío por diversos orificios en su base y emiten aire caliente por las perforaciones de la parte superior. Hay estufas de este tipo de gran tamaño, que pueden calentar varias habitaciones. Deben utilizarse con ventilación adecuada porque los gases de la combustión pueden ser perjudiciales. Los calefactores eléctricos más sencillos calientan por radiación; consisten en una resistencia que se calienta, situada delante de un reflector que concentra el calor radiante en un haz estrecho. Ciertos calefactores incorporan un ventilador que obliga al aire a circular a través de la unidad calentadora, por lo que calientan por radiación y convección. Otros modelos consisten en una lámina o tubo de cristal resistente al calor o de cuarzo en el que se introducen los alambres de resistencia eléctrica. Estos alambres calientan la lámina o tubo que irradia el calor. De esta manera, al no haber alambres incandescentes, su utilización es más segura. Las estufas a gas constan de una garrafa de GLP y una pantalla donde se quema el gas e irradia calor, disponen de válvula de seguridad y requieren de un ambiente con un mínimo de ventilación.
Los radiadores eléctricos de vapor se utilizan para completar otros sistemas de calefacción. Son calderas de vapor en miniatura en las que un dispositivo eléctrico genera vapor para calentar un pequeño radiador convencional relleno en parte de agua. No precisan la instalación de tuberías y se pueden transportar de un lugar a otro; basta con enchufarlos a la red eléctrica. También hay radiadores de aceite que se calientan por electricidad.
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina