Principios de la Tecnología de Calefacción: Componentes, Combustibles y Rendimiento Térmico

Fundamentos de la Energía Térmica y la Transferencia de Calor

Emisividad

A igualdad de temperatura (Tª), la energía emitida depende de la naturaleza de la superficie del objeto. Una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. Los metales, por ejemplo, tienen baja emisividad.

Energía

En física, se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, se refiere a un recurso natural (incluyendo su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

Combustibles y Rendimiento Energético

Clasificación de Combustibles

Los combustibles se clasifican según su estado:

• Sólidos:
  • Madera: Restos, pélets y tarugos (roble, encina).
  • Carbón: Antracita, hulla, lignito, turba.
• Líquidos:
  • Fueloil: Restos de petróleo. Alto poder calorífico. Contiene azufre.
  • Gasóleo: El más utilizado.
  • Biocombustibles: Alcohol.
• Gaseosos:
  • Menos densos que el aire: Metano y gas natural (más limpio que el metano).
  • Más densos que el aire: Butano y propano.

Poder Calorífico Superior (PCS) y Poder Calorífico Inferior (PCI)

El PCS (Poder Calorífico Superior) es la cantidad de energía que genera el combustible cuando combustiona (ejemplo: 10500 kcal/L para el gasoil).

Si restamos al PCS la energía generada en los cambios de estado (energía perdida, principalmente por la condensación del vapor de agua), nos queda el PCI (Poder Calorífico Inferior).

La diferencia entre la energía que llega a los radiadores y el PCI se llama rendimiento. Suele ser, como muy bueno, del 90%.

La Caldera y el Grupo Térmico

La caldera genera energía mediante un combustible sólido, líquido o gas. El quemador mezcla aire (comburente) más combustible.

Características Constructivas

• Materiales: Son más resistentes las de hierro fundido que las de chapa.
• Subproductos: La combustión genera vapor de agua y, a veces, azufre o carbono, que se condensan en las paredes de la caldera, pudiendo oxidarlas.
• Presión: Pueden ser presurizadas o no.

La caldera y el quemador forman un conjunto homogéneo, denominado grupo térmico.

Zonas de Intercambio de Calor

Existen tres zonas a diferente temperatura:

1. Cámara de Combustión: Donde se quema el combustible. El intercambio de calor se produce principalmente por radiación.
2. Paredes del Circuito de Humos: Intercambio por convección y conducción.
3. Agua.

Los gases de combustión recorren el circuito de humos hasta llegar a la caja de humos, que es donde confluyen los gases en su recorrido final, antes de la chimenea.

Clasificación de Calderas

Se clasifican según diversos criterios:

• Material: De hierro fundido o de acero.
• Combustible:
  • Combustible sólido.
  • Policombustibles (calefacción o calefacción + ACS).
  • Gasóleo (calefacción, calefacción + ACS instantánea, calefacción + ACS acumulada).
  • Gas (según encendido: piezoeléctrico, electrónico; control de llama: termopar, ionización).
• Cámara de Combustión: Tiro natural o forzado.
• Servicios: Calefacción, calefacción + ACS instantánea, calefacción + ACS acumulada.
• Fuente de Energía: De energía eléctrica.

Elementos Terminales: Radiadores

Los radiadores son los elementos encargados de transferir el calor al ambiente. A mayor superficie de contacto, mayor eficiencia del radiador.

Tipos de Radiadores

Hierro Fundido

Clásicos, resistentes y de gran durabilidad. Ofrecen buena protección frente a la corrosión interna. Se apoyan (no se empotran). Se calientan y desprenden calor despacio debido a sus gruesas paredes. Son reutilizables. Advertencia: Evitar tuberías de cobre con hierro por posibles corrosiones debido al par galvánico (contacto directo o por agua).

Aluminio Inyectado

Los más usados actualmente. Estéticos (ejemplo: empresa Runtal). Se recomienda empotrarlos en la pared más fría, debajo de la ventana. Tienen peso reducido y diversidad de formas.

Chapa de Acero

Chapa fina con poca resistencia (lamas). Tienen una vida útil inferior y menor eficiencia que los de aluminio. Sus elementos están soldados entre sí.

Red de Distribución y Accesorios Hidráulicos

Materiales de Tuberías

Hierro

Norma DIN 2440, buena para calefacción. El oxígeno y las sales del agua las corroen. Se usan galvanizadas con baño de zinc (hasta 60°C). Uniones soldadas y roscadas.

Cobre

Se suministra en barras y rollos. Soldadura con estaño. Aguanta poco las tensiones por deformación longitudinal. Incompatible con radiadores de chapa de acero o hierro.

Plástico

A mayor presión, mayor dilatación. Tres tipos fundamentales:

• Polietileno: Derivado del metano (soporta hasta 110°C).
• Polipropileno: Derivado del propano. Soldadura eléctrica (tubo verde).
• Polibutileno: Derivado del butano. Se usa menos.

La tubería de cobre tiene menos pérdida de carga que la de hierro debido a su pared más lisa.

Válvulas y Control

• Válvula de Regulación: Pueden ser manipulables o no. La válvula de doble reglaje tiene un reglaje primario (fijado por el instalador) y uno secundario (ajustado por el usuario). El instalador abre la llave lo correspondiente a cada radiador.
• Detentor: Válvula no manipulable por el usuario.
• Purgador: Manual o automático (corren el riesgo de fallar, ya que la bola se pega por las sales).

Circuladores y Vaso de Expansión

Los circuladores mueven el agua por el circuito. En las calderas de gas se pueden colocar en el circuito de ida, ya que la temperatura es constante, pero aun así es mejor colocarlos en el de retorno.

El vaso de expansión asume las dilataciones del agua y no se puede poner después de la bomba.

Los circuladores aseguran el caudal por unidad de tiempo y vencen las pérdidas de carga. Lo normal es que la pérdida de carga esté en unos 12 mmcda (milímetros de columna de agua).

La velocidad adecuada es de 0.6 m/s. Es mejor aumentar ligeramente la sección de la tubería (ejemplo: de 16 a 18 mm) para reducir la velocidad del circuito. Hay que simplificar diámetros y cuantas menos uniones, mejor.