Sistemas de Generación de Calor
Desde tiempos remotos, el hombre, para sobrevivir, ha buscado la forma de combatir las temperaturas gélidas. Solía calentarse alrededor de un fuego hecho directamente sobre el suelo, sin chimenea, de manera que el humo producido salía por hendijas y huecos.
Luego, con la aparición de las chimeneas, se vio que una porción importante de calor generado se perdía con el humo. El calor producido se aprovechaba como lumbre.
Tiempo después aparecieron las estufas de leña y carbón (aún siguen usándose en zonas rurales). Aquí el calor producido se aprovechaba mucho más ya que por su gran superficie se irradiaba en todas direcciones. Se aprovechaba también el calor latente del humo pues el largo recorrido de la chimenea irradiaba calor a los sectores por donde discurría.
Luego se pensó que podría lograrse que el calor no quedara solo reducido al ámbito de la estufa sino que podría repartirse por el resto del edificio. La idea se concretó con un circuito cerrado de agua, calentado por una estufa, de este modo distribuía el calor por todos los ambientes.
Por lo expresado, deducimos que las calderas de uso actual son una evolución sobre esa idea primigenia de la estufa; así se genera calor a partir de un combustible, y el calor se distribuye por todo el edificio, según sean las necesidades de cada ámbito.
Los Combustibles
Para poder introducirnos al tema de los combustibles, primero debemos saber qué es la combustión:
La Combustión
La combustión es una reacción química basada en la acción exotérmica de una sustancia llamada combustible en combinación con el Oxígeno del aire.
El resultado de esta reacción es la chispa, la llama, el fuego; ésto genera una gran cantidad de energía en forma de calor y luz.
La combustión puede generarse directamente con el oxígeno o con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno.
La reacción química producida es una oxidación, y las nuevas sustancias que se forman en el proceso se denominan óxidos.
Combustibles: Propiedades y Tipos
Las propiedades más destacables que caracterizan a los combustibles son:
- Composición del Combustible.
- Poder Calorífico.
- Densidad.
- Viscosidad.
- Temperatura de Ignición.
- Temperatura de Combustión.
- Contenido de Azufre.
Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.
Debemos considerar que cualquier hidrocarburo (combustible), no se encuentra en estado puro, sino que posee impurezas, sobre todo del nitrógeno y el azufre. Éstos también reaccionan con la combustión formando compuestos de nitratos y sulfuros. Por ello siempre debe tenerse en cuenta que en el proceso de combustión pueden producirse sustancias tóxicas, de manera que se prestará cuidado especial en las salidas de humos.
Veamos los combustibles empleados:
Leña
Combustible sólido.
La leña puede que haya sido e77l primer combustible usado por el hombre.
Es un producto natural obtenido de troncos de árboles, la madera, empleado en estado seco para poder arder. El hidrocarburo que reacciona en la leña es la celulosa de la madera.
Todavía en la actualidad se emplea la leña en estufas y lumbres, pero de un modo más limitado; las calderas a leña prácticamente ya no existen.
La leña presenta el inconveniente de tener muchas impurezas, por lo cual se producen humos tóxicos, por otra parte dificilmente se logra una combustión completa, produciendo gran cantidad de residuos en forma de ceniza. Además ocupa mucho volumen en relación al poder calorífico que despide.
Carbón
Combustible sólido.
Este es un combustible fósil al igual que el petróleo, originado por la descomposición de distintos vegetales que se han ido acumulando en zonas lacustres o pantanosas y en una lenta transformación durante miles de años han llegado a formar importantes yacimientos.
Combustible tradicional que todavía se lo emplea en muchas zonas de Europa donde hay grandes yacimientos. Uno de los problemas en su uso es la emisión de gases tóxicos, especialmente sulfuros (son los que producen la lluvia ácida).
Gasóleo
Combustible líquido.
Este quizás sea el combustible de mayor uso en España para calefacción. Cómodo para transportar. Permite una buena regulación de las calderas pero genera emisiones de gases tóxicos, aunque, si se puede regular bien la caldera, pueden llegarse a controlar las emisiones.
Gas
Combustible gaseoso.
Los gases butano y propano, licuados del petróleo y el gas natural, son los combustibles que menor cantidad de residuos generan, con la combustión no emiten ningún tipo de gases tóxicos. Su inconveniente más grande y que exige mucho cuidado, es su manejo correcto y dentro de la normativa vigente, ya que cualquier escape de gas puede provocar una explosión poniendo en peligro la vida de los ocupantes de la vivienda y de otras aledañas.
Calderas
Las calderas se componen de una serie de elementos metálicos estancos, construidos de plancha de acero o de fundición para ser llenados de agua.
Con presiones no muy elevadas las calderas de fundición responden bien, cuando se trata de presiones más elevadas, se recurre a las calderas de acero.
Estos elementos seccionales unidos en secuencia uno tras el otro, dejan un espacio en forma de cilindro que los atraviesa; ésta es la Cámara de Combustión donde se quema el combustible.
Dentro de la cámara de combustión se encuentra el combustible, que en el caso de ser gas o gasóleo, produce una llama desde un quemador.
Quemadores
Los quemadores impulsan dentro de la caldera una mezcla de aire y combustibles líquidos o gaseosos.
Con una llama piloto se consume la mezcla generando la llama dentro de la cámara de combustión. La función del quemador es también regular la llama de acuerdo a las necesidades de la caldera, por medio de un control electrónico de válvulas y bombas de impulsión.
Estos quemadores poseen mecanismo de seguridad que cortan el funcionamiento cuando se producen problemas con la combustión, por ejemplo cuando no accede cantidad suficiente de aire o cuando la temperatura del agua se eleva más de lo normal.
Chimeneas
A través de las chimeneas se evacuan los gases quemados producidos en la caldera. La expulsión de los humos se produce por la diferencia de temperaturas entre la parte inferior, a la salida de la caldera y la parte superior donde la temperatura es más fría.
El aire caliente, por el efecto de tiro, tiende a subir; mayor será el tiro cuanto más alta sea la chimenea.
Toda chimenea debe evitar codos y tramos horizontales, porque se anula el efecto de tiro. En los tramos exteriores debe disponerse de un aislamiento térmico para que los gases en circulación no se enfríen mientras suben, de ser así, se reduce el efecto de tiro.
Debe considerarse que la salida de los humos debe encontrarse a una altura suficiente a fin de impedir turbulencias o rebufos que podrían perjudicar otros edificios o dificultar el tiro de la chimenea.
Para calcular la dimensión de la chimenea, se recurre a las tablas del fabricante, teniendo en cuenta la potencia de la misma.
Generación de Calor por Electricidad
La generación de calor en base a la energía eléctrica se realiza en base a resistencias. Existen calderas eléctricas que calientan el agua en un depósito acumulador y se distribuye a los radiadores, pero por su alto coste de consumo no se han difundido como otros.
Este tipo de generación de calor solo se utiliza para el agua caliente sanitaria: no obstante, existen sistemas de acumulación de calor en materiales refractarios que aprovechan para cargarse los horarios nocturnos, por sus tarifas bajas. Ii
Generación de Calor por Energía Solar
La energía solar se emplea con buen rendimiento en las instalaciones térmicas, pero como sistema alternativo y complementario, para el apoyo de los sistemas convencionales, pues, si está nublado no trabajan.
La captación de la energía solar se realiza mediante paneles que se sitúan en el exterior; dichos paneles contienen agua la cual es calentada por los rayos solares mediante intercambiadores de calor y que luego sirve al sistema de calefacción y al agua caliente sanitaria.