A continuación se hará una introducción a los sistemas de calefacción describiendo
los principales elementos que intervienen y el ciclo de funcionamiento del sistema.
En la siguiente figura se muestran los principales elementos desde el punto de vista
de control de un sistema de calefacción central similar al que se encuentra en el Instituto de
Física de la universidad:
Combustible
Los combustibles utilizados para calefacción pueden ser sólidos (carbón, leña),
líquidos (gasóleo) y gaseosos (propano, butano, gas natural). En la actualidad los más
empleados son el gas natural o biomasa y el gasóleo.
Caldera
La caldera es el elemento en el que se calienta el fluido caloportador (agua) que será
enviado a los emisores. Sus componentes principales son el quemador, hogar,
intercambiador de calor y la chimenea.
El quemador es el equipo en el que se genera la llama mediante la combustión de la
mezcla del combustible con aire. Normalmente poseen un sistema de regulación autónomo
que controla la entrada de combustible en función de la demanda de calor.
El hogar es el espacio en el que se expande la llama y donde se producen los humos
resultantes de la combustión. Aquí comienza la transferencia de calor por radiación y
convección hacia el fluido caloportador.
El intercambiador de calor es un entramado de tuberías que envuelve al hogar. Su
finalidad es transferir la máxima energía térmica posible de los humos al caloportador. Para
ello, se hacen circular lentamente los humos por tuberías sumergidas en el caloportador.
A medida que el calor aumenta en el caloportador, la temperatura y presión de los
humos va disminuyendo hasta que éstos llegan a la chimenea, por la que son evacuados al
exterior del edificio.
Emisores
Los emisores o elementos terminales son los aparatos que ceden calor al ambiente.
Los más comunes son los radiadores, convectores y los suelos radiantes.
La transferencia de calor al ambiente se realiza en su mayoría mediante convección,
que es el transporte de energía dentro de un fluido por desplazamiento de sus moléculas
debido a su densidad. Por ejemplo: El aire que rodea la superficie de un radiador se calienta
por conducción. Al aumentar su temperatura, su densidad disminuye y comienza a ascender
dejando paso a un aire más frío y llevando su calor hacia niveles superiores.
$$\text{Ley general de gases: } p·V=n·R·T\text{ (Si Tª}\uparrow \text{ y nR es cte.): } p·V \uparrow$$
$$\text{Si }p·V \uparrow \text{ y teniendo en cuenta la relación } densidad=\frac{masa}{volumen}$$
$$\text{densidad}\downarrow$$
Sensores
Los sensores o transductores son elementos capaces de transformar una magnitud
física en otra, normalmente eléctrica (corriente, potencial eléctrico, capacidad). En un sistema
de control sirven para medir las variables que se quieren controlar o mensurar y
proporcionárselas al controlador para que actúe en consecuencia de su estado. Las variables
de control más comunes en sistemas HVAC (del inglés calefacción-ventilaciónacondicionamiento
de aire) son la temperatura, humedad y presión.
La localización de los sensores es crítica para obtener una buena medida o que esta
sea representativa de lo que se quiere medir. Por ejemplo, una sonda de temperatura
ambiente colocada sobre un radiador puede medir con precisión la temperatura pero no ser
representativa de la temperatura ambiente de toda la sala. Así mismo sucede con las sondas
de inmersión en las tuberías, en las que hay que asegurarse de que el elemento sensor esté
bien sumergido en el fluido cuya magnitud se quiere medir.
Bombas
Las bombas hidráulicas son máquinas que transforman la energía que las hace
moverse, normalmente eléctrica-mecánica, en energía del fluido incompresible que mueve.
Este aporte de energía al fluido se traduce en un aumento de presión, útil para desplazarlo
distancias largas o elevarlo a cotas superiores.
En el sistema de calefacción las bombas tienen dos fines:
Bombas de impulsión: Elevar la presión del caloportador en las tuberías de
impulsión para que llegue hasta los emisores.
Bombas de circulación: Disminuir la presión en el circuito de retorno para
favorecer la recirculación del fluido.
Normalmente las bombas utilizadas son electrobombas centrífugas. Quiere decir que
el impulsor o rodete es accionado por un motor eléctrico y que aprovechan la acción
centrífuga para elevar la presión del fluido.
Válvulas de control
Las válvulas son elementos mecánicos que sirven para permitir, regular o detener el
paso de líquidos y gases.
En un sistema de climatización o calefacción hay diferentes tipos de válvulas y llaves,
de globo, bola, mariposa, normalmente de dos o tres vías, manuales y automáticas para
modificar el flujo tanto de líquidos como de gases con el fin de asegurar y controlar la
instalación.
Desde el punto de vista de la regulación de temperatura, las más importantes son las
válvulas de tres vías o mezcladoras.
Ciclo de funcionamiento
El ciclo de funcionamiento del sistema comienza con la combustión del combustible
líquido, gaseoso o sólido. Esta combustión la lleva a cabo el quemador de forma controlada,
adaptando la entrada de combustible a la demanda de calor. Como se ve en la ilustración 6-
10, el quemador está acoplado a la caldera de forma que la llama y gases producidos puedan
calentar un fluido que circula por el circuito cerrado de calefacción, señalado en rojo y azul
representando mayor y menor temperatura respectivamente. Este fluido se llama
caloportador y en este tipo de instalaciones se trata de agua, en sistemas de climatización se
trataría de aire.
El fluido caloportador recibe este nombre porque es el encargado de transportar la
energía térmica que adquiere en la caldera hasta los elementos finales o emisores como
radiadores, suelos radiantes, circuitos de ventilación, etc. Para llegar a estos elementos que
normalmente se encuentran en pisos superiores, la presión del agua es elevada mediante las
bombas denominadas de impulsión. La presión generada por las bombas de impulsión y la
bomba de circulación producen un flujo continuo dentro del circuito.
Una vez en el elemento emisor, el caloportador cede calor al radiador y éste al aire
que le rodea mediante convección. De este modo la temperatura del agua disminuye y la
temperatura ambiente de la sala aumenta.
A través de la tubería de retorno el agua regresa a la caldera. Parte del agua de retorno
puede mezclarse con la de impulsión a través de la válvula de tres vías (mezcladora) con el
fin de modificar su temperatura.
Mediante la apertura o cierre de la válvula de tres vías se controla la temperatura de
impulsión y con ella el aporte de calor a los radiadores e indirectamente la temperatura
ambiente.
Más
Como esto ha sido muy aburrido, he aquí un vídeo que no tiene nada que ver.
VIDEO
