27 diciembre 2011

Diseño de sistemas de calefacción hidrónicos (1ªPARTE)


Los sistemas de calefacción de agua caliente usan agua como medio para transportar y transmitir el calor a espacios dentro de una estructura. La fuerza motriz para el agua en estos sistemas se basa en el principio del caudal por gravedad o circulación forzada. El último tipo (referido como calefacción hidrónica o agua caliente forzada) es la más usada en los sistemas de calefacción residenciales y comerciales. En los sistemas de calefacción de agua caliente, el agua se calienta en una caldera o calentador de agua y circula a través de tuberías a convectores o radiadores. La fuente de energía usada para calentar agua puede ser aceite, gas natural, propano, electricidad, o un combustible sólido, dependiendo de la unidad de calor.
El agua caliente circula a través de tuberías a convectores o radiadores, o a través de paneles radiantes instalados en suelos o techos. Los controles con termostatos se usan de forma centralizada. Cuando el termostato detecta que se requiere calor, la caldera o el calentador de agua calienta el agua y lo envía a la habitación por convectores o paneles de calor radiante donde es liberado y distribuido a través de la habitación por convección natural. En edificios grandes el calor es zonificado con termostatos individuales que controlen el calor en cada zona.

Clasificación de los sistemas de agua caliente

Los sistemas de calefacción de agua caliente pueden clasificarse en modos diferentes, dependiendo del criterio utilizado. Generalmente se reconocen tres categorías de clasificación basadas en los siguientes criterios:
  1. Tipo de circulación de agua.
  2. Disposición de tuberías.
  3.  Temperatura del agua de alimentación.

En todos los sistemas de calefacción de agua caliente, el agua circula ya sea forzándola a través de la línea o permitiendo que fluya naturalmente.
En un sistema de calefacción de agua caliente forzada, la circulación acelerada del agua puede resultar de varios métodos comúnmente empleados, incluyendo: (1) uso de altas presiones, (2) recalentamiento del agua de circulación y condensado del vapor, (3) introduciendo vapor o aire en la tubería vertical principal, (4) usando una combinación de bombas y aumentadores de presión locales, y (5) usando bombas solamente.
Las cuatro principales disposiciones de tuberías usadas en los sistemas de agua caliente son:
  • Sistemas de una tubería.
  • Sistemas de retorno directo de dos tuberías.
  • Sistemas de retorno inverso de dos tuberías.
  • Sistemas en bucles serie.

Si un sistema de calefacción de agua caliente usa temperaturas de agua de suministro por encima de 121 º, el sistema se clasifica como de alta temperatura. Los sistemas de alta temperatura se usan en grandes instalaciones de calefacción tales como edificios comerciales o industriales. Un sistema de baja temperatura trabaja a menos de 121 ºC y se usa en residencias y pequeños edificios.

Sistema de una tubería

Un sistema de una tubería usa solamente una tubería principal para llevar el agua a través de todo el sistema. En otras palabras, la misma tubería lleva agua caliente a las unidades que emiten calor (es decir, radiadores y convectores) en varias habitaciones y espacios dentro de la estructura también retorna el agua más fría a la caldera para recalentamiento. Cada unidad que reparte calor se conecta al suministro principal por dos tuberías separadas (líneas de retorno y alimentación separadas)
El caudal de agua caliente fluye de la caldera o intercambiador de calor (si la caldera de vapor es la fuente principal) a la primera unidad de emisión de calor, a través de una segunda unidad, y así a través de cada una de las unidades emisoras de calor del sistema. El agua circula de una tubería hasta la última, y retorna al intercambiador de calor.
Los sistemas de una tubería pueden venir operadas por circulación forzada o gravedad. Debe tenerse un especial cuidado al diseñar el sistema para la caída de temperatura encontrada en las unidades de emisión de calor que se encuentran en el punto más lejano de la caldera.
Una ventaja principal de los sistemas de una tubería es que una o más unidades de emisión de calor pueden cerrarse sin interferir con el caudal de agua en otras unidades. Esto no es verdad en los sistemas de bucle serie, donde las unidades se conectan en serie y forma una parte de la línea de alimentación.
En algunos sistemas grandes de una tubería, la zonificación proporciona más de un circuito desde la caldera. En algunos casos, cada circuito de tuberías está equipado con su propio termostato y bombas de circulación.  La figura con la que abrimos el artículo muestra un sistema de zonificación. 

Sistemas de bucle serie

En sistema de bucle serie, las unidades de emisión de calor forman una parte del circuito de tuberías, es decir, el bucle, que transporta el agua caliente desde la caldera alrededor de las habitaciones y espacios dentro de la estructura volviendo a la caldera de nuevo para recalentarse. En otras palabras, no hay tuberías de ramales conectadas a la tubería de alimentación como en el sistema de una tubería. En el sistema de bucle serie, el agua caliente fluye desde la caldera a través de la longitud de la tubería de alimentación principal a la primera unidad de emisión del calor en el circuito, y así hasta que el circuito se completa.
El sistema de bucle serie es más barato y más fácil de instalar que otras disposiciones de tuberías porque elimina la necesidad de tuberías de ramales y reduce la cantidad de tubería usada en el circuito principal.
Debido a que las unidades de emisión de calor se conectan en serie y constituyen una parte de la línea de alimentación principal, el mismo suministro de agua caliente pasa a través de cada unidad en sucesión. Como resultado de ello, la unidad de emisión de calor más próxima a la caldera recibe el agua más caliente, mientras que las unidades más alejadas reciben agua varios grados más fría. Además, las unidades individuales no pueden cerrarse (a menos que haya una disposición de tuberías en bypass especial) sin obstruir el caudal de agua a las unidades.
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