fluido portador

fluido portador (vapor a baja presión, agua sobrecalentada o agua caliente), que se distribuye
a los subsistemas (por ejemplo, edificios) en donde puede producirse un intercambio térmico
con un fluido secundario (por ejemplo, agua caliente).
P
de lant
ca a
lor
Ca
lor
Fig. 2.3 Esquema instalación centralizada
2.1.2
CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN EN FUNCIÓN DEL FLUIDO
PORTADOR EMPLEADO
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE: se emplea aire como fluido portador, puede
ser calentado en un generador dotado de una resistencia eléctrica, en una caldera alimentada
por un combustible, en una batería de intercambio con un fluido primario (por ejemplo, agua
caliente) o mediante otro sistema análogo. El aire caliente, a temperaturas de 40-50ºC, suele
ser impulsado mediante un ventilador y distribuido mediante conductos hasta los difusores de
salida. Si adicionalmente la instalación ofrece la posibilidad de actuar sobre la calidad y
humedad del aire, ésta se incluirá en el ámbito más amplio de la climatización, tratado en el
TEMA 3.
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE: las más comunes en el ámbito de la
calefacción y producción de ACS. El agua calentada es conducida hasta la unidad terminal en
donde se enfría por emisión de calor, retornando a la caldera, en donde comienza el ciclo de
nuevo. La temperatura de trabajo varía en función del tipo de instalación desde baja
temperatura (35-45ºC) hasta alta temperatura (hasta 110ºC), sin alcanzar en ningún caso la
temperatura de ebullición en el interior de la instalación.
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR VAPOR DE AGUA: el fluido empleado es vapor de agua a baja
o alta presión y hasta 400ºC. Este tipo de instalaciones suelen emplearse en industrias que ya
cuentan con procesos de producción de vapor, y en donde se aprovecha este para
instalaciones de calefacción, o en instalaciones térmicas centralizadas.
INSTALACIONES DE AGUA SOBRECALENTADA: emplean agua a temperaturas superiores a 110ºC.
Pueden alcanzarse hasta 220ºC, pero sin llegar a producirse cambio de fase, por lo que las
presiones de trabajo deberán ser superiores a las instalaciones por agua caliente. Suelen ser
instalaciones de tipo industrial o instalaciones centralizadas con distribución a otros
subsistemas.
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR FLUIDO TÉRMICO: aunque menos comunes que los
anteriores, podemos encontrarnos con instalaciones tipo que emplean aceite térmico como
fluido portador. Se trata básicamente de instalaciones en donde se requieren temperaturas de
trabajo muy elevadas, del orden de 200ºC.
47
Instalaciones y equipos de calefacción y producción de agua caliente sanitaria
2.1.3
CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN EN FUNCIÓN DEL TIPO DE
UNIDAD TERMINAL
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR RADIADORES: el radiador
constituye el elemento calefactor empleado de manera tradicional
en instalaciones de calefacción por agua caliente. Aprovecha la
transmisión de calor por convección y radiación. Previsto para
trabajar a temperaturas de unos 80ºC, existen distintas tipologías
en función del diseño y material de fabricación.
Fig. 2.4 Radiador
CONVECTORES: similares a los anteriores, están constituidos por
una batería de intercambio de agua caliente, de tipo de tubo
aleteado o similar, ubicado en el interior de una envolvente. El
aire circula a su través por convección natural en sentido
ascendente.
Fig. 2.5 Sistema de suelo
radiante
INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE: consistente
en un sistema de tuberías de material plástico que discurren por
debajo de la superficie del local a calefactar.
AEROTERMOS: elementos de calefacción por aire caliente. Están
constituidos por un ventilador y una batería de intercambio
térmico, por la que circula agua caliente, agua sobrecalentada o
vapor a baja presión.
Las aerocortinas de aire pueden considerarse un tipo de
aerotermo de proyección vertical y difusor especial, creando un
flujo de aire caliente vertical que actúa a modo de barrera
térmica.
Fig. 2.6 Aerotermo
2.1.4 CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE ACS
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ACS POR ACUMULACIÓN: el agua caliente
sanitaria está disponible en sistemas de acumulación constituidos por
depósitos cuya capacidad viene determinada por las necesidades de
los usuarios de la instalación.
Los tipos de depósitos y sus sistemas de calentamiento son diversos
y se describirán en el apartado correspondiente a elementos de las
instalaciones.
Fig. 2.7 Sistema de acumulación
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ACS INSTANTÁNEA: el agua caliente sanitaria se
produce de forma instantánea en el momento de la demanda del consumo. Su
producción se basa en calentadores instantáneos o en intercambiadores de
calor externos o incorporados en los sistemas de generación.
Fig. 2.8 Intercambiador instantáneo de ACS
48
2.1.5 CLASIFICACIÓN DE INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
INSTALACIONES SOLARES PARA PRODUCCIÓN DE ACS: la energía
solar térmica captada se emplea para la producción de agua
caliente sanitaria. Las tipologías de estas instalaciones son
diversas, pero pueden diferenciarse en función de si se trata
de instalaciones individuales, que proporcionan servicio a
una única vivienda o instalaciones colectivas que dan
servicio a un edificio. Las primeras suelen ser soluciones
compactas que agrupan todos los elementos necesarios
para la producción de ACS a partir de la energía solar; las
instalaciones colectivas se construyen a partir de elementos
individuales
(captadores,
depósitos
acumuladores,
circuladores, etc.).
INSTALACIONES SOLARES PARA CALENTAMIENTO DE PISCINAS: la
energía solar captada se emplea en el calentamiento del
agua de una piscina, cubierta o descubierta.
Fig. 2.9 Instalación solar térmica
individual para producción de ACS
INSTALACIONES SOLARES DE APOYO A CALEFACCIÓN: menos habituales que las anteriores, no
obstante puede emplearse la energía solar térmica para suplementar las necesidades de
calefacción principalmente a baja temperatura.
2.2 PARTES Y ELEMENTOS CONSTITUYENTES
2.2.1 CALDERAS
Es el elemento de la instalación en donde se genera y transmite el calor al fluido calorportador.
El calor generado puede ser obtenido mediante una resistencia eléctrica por efecto Joule o a
partir de un combustible mediante el proceso de combustión ya visto en el tema anterior.
Las calderas que utilizan combustibles son las más habituales. La mayoría de calderas de este
tipo están compuestas por los elementos siguientes:
-
-
-
-
-
QUEMADOR: dispositivo en donde se lleva a cabo la combustión del combustible. Existen
distintas tipologías, ver apartado 2.2.2.
HOGAR O CÁMARA DE COMBUSTIÓN: espacio en el que tiene lugar la combustión del
combustible. Su forma y tamaño dependen del tipo de combustible y de la potencia de
la caldera. Aquí se transmite parte del calor generado en la combustión mediante
radiación térmica de la llama y también por el contacto de los humos generados con las
paredes de la cámara.
CIRCUITO DE HUMOS: camino por donde son conducidos los humos a la salida de la cámara
de combustión, y en donde ceden parte de su calor sensible, reduciendo
progresivamente su temperatura. En este trayecto, los humos ceden calor
principalmente por convección a las paredes del circuito de humos.
CÁMARA O CIRCUITO DE AGUA: constituye la zona ocupada por el fluido portador que capta
el calor cedido por los humos en las paredes de la cámara de combustión y del circuito
de humos. El calor cedido por los humos atraviesa las paredes por conducción y es
cedido al agua por convección.
CONEXIONES HIDRÁULICAS: conexiones del circuito de agua de la caldera a la red de tubos
de distribución de fluido en la instalación. Comprende conexiones de salida (ida) y de
fluido procedente de la instalación (retorno). Pueden ser conexiones roscadas o
mediante brida, en función de la potencia térmica de la caldera. Adicionalmente la
caldera puede incluir conexiones hidráulicas de vaciado y llenado de agua o conexiones
para elementos adicionales de seguridad o regulación.
SALIDA O CAJA DE HUMOS: tramo en donde se conduce los humos hasta la chimenea.
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Instalaciones y equipos de calefacción y producción de agua caliente sanitaria
-
-
ENVOLVENTE:
cerramiento
metálico que da forma
externa a la caldera. Se
complementa
con
una
aislamiento térmico interno
para reducir las pérdidas de
calor.
ELEMENTOS DE REGULACIÓN Y
CONTROL: constituido por los
elementos de seguridad,
regulación
y
control
necesarios para garantizar
la
seguridad
de
funcionamiento y establecer
la secuencia de operación
de la caldera.
Ida
Salida de
humos
Retorno
Circuito de humos
Envolvente
Quemador
Cámara de
agua
Cámara de combustión
Fig. 2.10 Partes de una caldera
Existen gran variedad de tipos de calderas, que podemos clasificar en función de los criterios
siguientes:
FLUIDO PORTADOR:
CALDERAS DE AGUA CALIENTE: trabajan con agua caliente a temperaturas de hasta 110ºC, sin
llegar a la temperatura de ebullición del fluido.
CALDERAS DE AGUA SOBRECALENTADA: incrementan la temperatura de trabajo hasta 220ºC, en base
al aumento de la presión de trabajo, para evitar la evaporación del fluido.
CALDERAS DE VAPOR: se alimentan con agua, pero el calentamiento produce un cambio de fase,
saliendo de la caldera en forma de vapor en determinadas condiciones de presión y
temperatura.
Distinguimos entre calderas de vapor de baja presión (< 0,5 kg/cm2) y de alta presión (el
resto, empleadas originariamente en grandes redes de distribución urbana de calor).
CALDERAS DE FLUIDO TÉRMICO: emplean un aceite térmico que tiene una elevada temperatura de
vaporización. Su uso es residual en instalaciones de calefacción, limitado a aquellas que
precisan trabajar a elevadas temperaturas (hasta 200ºC).
CALDERAS DE AIRE CALIENTE: donde el aire se calienta directamente en la caldera. Son los
llamados generadores de aire caliente, cuyo uso suele estar limitado al calentamiento de
pequeñas naves industriales.
DISEÑO:
CALDERAS PIROTUBULARES O DE TUBOS DE HUMO: son calderas en las cuales los productos de la
combustión circulan por el interior de tubos rodeados por el fluido portador.
Los gases de combustión salen del hogar, siendo
dirigidos a continuación al circuito de humos,
constituido por un haz de tubos que se encuentra
en el cuerpo de la caldera bañado por el fluido. Este
tipo de calderas pueden contar con uno o más
haces de tubos, invirtiendo el sentido de circulación
al pasar de uno a otro. El número de veces en que
los humos cambian su sentido de circulación en el
interior de la caldera, se conoce como el número de
pasos de la misma. En la figura adjunta se
esquematiza una típica caldera pirotubular de dos
pasos de humos.
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Fig. 2.11 Caldera pirotubular de
dos pasos de humos