Instalaciones industriales

Ingeniería industrial. Calderas. Hornos. Quemadores de gas y petroleo. Ventilación. Ventiladores. Campanas. Extractores. Helicoidales. Controles de condiciones de temperaturas y humedad. Ambientes de manufactura alimenticia. Sensores y controles

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Instalaciones industriales

Temas a Desarrollar:

  • Instalaciones de calor

    • Calentamiento de los cuerpos

    • Conceptos generales

      • Evaporación

      • Hervor

      • Cocción

      • Secado

      • Tostación

    • Calderas

      • Calderas cilíndricas de gran volumen de agua.

      • Caldera de tubos de humo (humotubular)

      • Caldera de tubos de agua (acuotubular)

      • Equipos auxiliares de la caldera.

      • Conductos de vapor de agua.

    • Hornos:

      • Hornos de cámara abierta

      • Horno de semimufla

      • Horno de mufla o cerrado

      • Otro tipos de hornos

    • Quemadores:

      • Quemadores de petróleo:

        • De pulverización con aire

        • Con vapor

        • Mecánicos y rotatorios

      • Quemadores de gas:

        • Distintos tipos de quemadores combinados para gas y petróleo.

  • Ventilación

    • Campanas

    • Extractores

    • Ventiladores

    • Características de los ventiladores

    • Helicoidales

    • Equipos de ventilación

    • Características de los extractores de aire

    • Equipos acondicionados de aire.

    • Controles de condiciones de temperaturas y humedad en los ambientes de manufactura alimenticia

    • Niveles de ruido admisible

    • Sensores y controles

    • Elementos complementarios.

INSTALACIONES DE CALOR

Calor. Es la causa externa de las sensaciones vulgarmente conocidas por las expresiones caliente y frío. Es una forma o manifestación de la energía propia de los movimientos a que están sujetas las moléculas que constituyen los cuerpos.

Temperatura. Es una cualidad de los cuerpos que depende de su estado calorífico. La temperatura es una magnitud relativa que define dos estados caloríficos distintos de un cuerpo, pero no es una cantidad propiamente tal, porque no es susceptible de medida en el riguroso sentido de la palabra. Como todas las propiedades de los cuerpos son modifica das por el calor, cualquier determinación cuantitativa de las variaciones observadas en los cuerpos producidas por variación de temperatura puede servir de norma para apreciar o medir tal variación.

Caloría. Es la cantidad de calor que se necesita añadir a un kilogramo de agua destilada a la presión atmosférica para que su temperatura se eleve en un grado centígrado. Su dimensión es: kilocaloría (Kcal.).

Calor específico. Es la cantidad, de calor necesaria para que un kilogramo de una sustancia aumente su temperatura en un grado centígrado. El calor específico varía en función de la temperatura y en los gases en función de la presión. Su dimensión es: Kcal./Kg.°C y lo indicaremos con el símbolo Ce.

Calor sensible. Es el calor que determina solamente un cambio de temperatura de una sustancia.

Qs=Ce.P.t donde;

Ce: es el calor específico de la sustancia en Kcal./kg°C

P: es el peso de la sustancia en kilogramos.

T: es el cambio de temperatura en ºC

Calor latente. Es la cantidad de calor que se debe adicionar o sustraer a una sustancia para que pase por completo de un estado físico a otro, sólido a líquido (fusión), líquido a vapor (ebullición) o viceversa. La temperatura no se modifica.

Calor Total: es la suma de calor sensible y de calor latente.

Qt=Qs+Ql

Pérdidas y ganancia de calor: el dato más importante para instalaciones de clima artificial, tanto si se trata de acondicionamiento con calefacción como de acondicionamiento con refrigeración.

Las pérdidas de calor dependen de la diferencia dé temperaturas entre el local acondicionado y el exterior o los locales contiguos, así como de la construcción en sí del edificio y se deben a la transmisión del calor a través de las paredes, suelos, techos, puertas y ventanas. Las ganancias de calor son debidas a la emisión constante de calor por los ocupantes del local, por los aparatos (motores, hornos, quemadores, etc.) por el alumbrado yen el caso de que el local acondicionado deba tener una temperatura inferior a la del exterior ola de los locales adyacentes, entran también en consideración las cantidades de calor trasmitidas de afuera hacia adentro a través de las paredes, puertas, ventanas, etc., y la radiación solar que penetra a través de ventana, paredes y techos.

La transmisión del calor entre el aire de ambos lados de una pared se verifica en tres formas distintas: por convección, por conducción y por radiación.

Convección. Es el paso de calor de un punto a otro dentro de la masa de un fluido, transportado por el movimiento de las moléculas de dicho fluido, movimiento que se debe a las variaciones de densidad dentro de las porciones del fluido que reciben calor.

Conducción. Es el paso de calor de unas moléculas a otras dentro de la misma sustancia o de varias sustancias puestas en contacto, en el sentido de las temperaturas decrecientes.

Radiación. Es el paso de calor desde un foco productor, en sentido radial en todas las direcciones y en línea recta, con la velocidad de propagación de la luz y trasmitido a través del éter. Para simplificar el proceso se estudia separadamente cada etapa dividiendo la pared en: superficie externa, materiales homogéneos y espacios interiores de aire. Las ecuaciones que se usan generalmente para determinar la transmisión del calor se pueden aplicar a las varias partes componentes de la construcción y fijan los valores de la transmisión de flujo de calor en condiciones de régimen. Los coeficientes pueden ser determinados por ensayos o pueden ser computados en base a los coeficientes de los varios componentes del paramento.

La vaporización instantánea es un proceso de destilación en la cual el vapor total extraído se acerca al equilibrio con el líquido residual.

La evaporización Cambio de estado consistente en el paso de un líquido al estado de vapor, que tiene lugar de forma gradual, sólo en la superficie del líquido y a temperatura inferior a la de ebullición.

La causa de la evaporación se encuentra en la teoría cinética molecular de la materia. Las moléculas que integran un líquido tienden a escapar de él por efecto de su energía cinética, sin bien sólo lo consiguen aquellas que disponen de la energía suficiente para vencer la atracción de las otras moléculas de líquido. Al perder estas moléculas, la sustancia pierde energía, es decir, se enfría, de modo que para mantener su temperatura y proseguir la evaporación es preciso aportar calor.

El secado por aspersión es una extensión del proceso de evaporación en el cual se retira casi todo el líquido de una solución de un sólido no volátil en uno líquido.

Generalidades

Sistema individual o local. Cuando en cada local hay un hogar, se dice que el sistema de calefacción es individual. Cuando en el edificio hay un solo hogar, se dice que el sistema de calefacción es colectivo o central. Los sistemas individuales o locales pueden usar combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Constituyen estufas, o caloríferos o chimeneas, que requieren un conducto para tiraje y evacuación de los gases de la combustión. Los que utilizan combustible líquido o gaseoso, casi nunca tienen conducto de evacuación al exterior, pues no son indispensables, lo cual les otorga la ventaja apreciable de su movilidad. El kerosene, el alcohol, el gas de alumbrado y el supergas, o gas natural, son generalmente usados en esta clase de artefactos. Los sistemas de calefacción local presentan sólo dos ventajas importantes: reducido costo de adquisición y facilidad de trasporte.

Desventajas: elevada temperatura de las superficies que ceden calor, provocando mayores pérdidas de calor por radiación a través de los vidrios y una muy mala distribución de la temperatura del aire, medida en distintos puntos del mismo ambiente. Otro inconveniente es el foco de calor, que está concentrado en una superficie pequeña y por consiguiente la distribución del calor no resulta uniforme. Cuando no hay evacuación de gases al exterior, el viciamiento del aire y los olores desagradables es otra desventaja que en ciertos casos puede resultar peligrosa por la posibilidad de que se produzcan explosiones debido a escapes si el combustible que se emplea es gas.

Sistemas colectivos o centrales. Presenta mejores condiciones higiénicas y de confort y, lo que es más importante, permite con poca atención personal calentar uniformemente toda la casa o una sección de la misma.

Lo sistemas de calefacción central actualmente en uso difundido son:

  • Por aire caliente;

  • Por agua caliente;

  • Por vapor;

  • Mixtos.

    1. Sistema central por aire caliente: consta de un generador de calor el que se ubica en un lugar especial de la casa, preferentemente en el sótano. El aire, al calentarse por transmisión del calor a través de las paredes de los elementos calefactores mencionados, se distribuye a los locales del edificio circulando por conductos de chapa galvanizada o de otro material adecuado. Tratándose de edificios pequeños, el aire así calentado puede circular naturalmente por diferencia de densidad, entrando a los locales mediante rejillas o persianas a temperaturas no mayores de 50°C y saliendo después al exterior por las rendijas de ventanas, banderolas, etc. Es condición indispensable que todo el aire a circular sea tornado del exterior. En las instalaciones de mayor importancia se emplea la circulación forzada, valiéndose de elementos mecánicos, como ser ventiladores que impulsan el aire por el sistema de conductos, rejillas, etc. Con este sistema, si se desea, puede aspirarse parte del aire caliente de los locales recircularse después de mezclarlo con una cantidad de aire nuevo tomado del exterior; se tiene así lo que se llama “un circuito cerrado”, a diferencia del anterior, que constituye “un circuito abierto”. Con el filtrado del aire se eliminará la mayor parte de las impurezas y buena parte de los olores, pero los perfumes y el tabaco para ser eliminados totalmente requieren un lavado.

  • 2. Sistema de agua caliente: “termosifón o por gravedad” y por circulación forzada. La circulación natural se logra aprovechando la fuerza motriz generada por la corriente ascendente debida al aumento de temperatura que experimenta el agua en el punto de calentamiento. La circulación forzada se obtiene hoy casi exclusivamente por electro bombas, generalmente del tipo centrífugo, que ocupan poco espacio y son de costo reducido. Se emplean en edificios, cuando la calefacción por vapor no es practicable o cuando la calefacción por agua a circulación natural antieconómica por los grandes diámetros de cañería resultantes.

    Se equipan con pequeñas bombas llamadas `agitadores”, cuya misión es asegurar la circulación del agua en casos de no haberse podido evitar contra pendientes en el trazado de las cañerías,

    3) Instalaciones de vapor: los sistemas de vapor para calefacción, que hoy son casi totalmente de baja presión, con retorno al generador térmico. En el primer caso, el agua preveniente de la condensación del vapor se pierde, motivando un mayor consumo de combustible y afectado también la duración de las calderas, además de su rendimiento térmico, debido a las incrustaciones o depósitos de sales que la renovación constante de agua origina en las superficies interiores calientes de la caldera. Ambos inconvenientes se traducen en un encarecimiento del servicio, por mayor gasto de combustible y por esa razón debe admitirse el sistema abierto solamente en casos de imposibilidad o de eran dificultad para adoptar al circuito cerrado, Las instalaciones de vapor resultan, en general, de menor costo inicial que las de agua caliente, por requerir cañerías menores y radiadores más pequeños en igualdad de condiciones.

    4. Sistemas mixtos: Las combinaciones más comunes son las siguientes: vapor/agua; vapor/aire; agua/aire.

    a) Vapor/agua: Consiste en generar vapor de alta o baja presión; transportándolo hasta lugares elegidos de antemano, en los cuales se instalan intercambiadores de calor, en los que tiene lugar el calentamiento, del agua, la cual, a su vez, circula ya sea mecánicamente o por termosifón hasta los elementos calefactores ubicados en los locales a calefaccionar dentro del edificio. Este sistema se presta para lograr un eficiente control automático. Ejemplos de instalaciones centralizadas de este tipo serían las siguientes: un hospital, pabellones, en los que se desea una calefacción suave o higiénica por auca caliente y en el que se requiere también vapor para el uso de esterilización, o similar.

    b) Vapor/aire: el vapor circula por baterías de caños lisos o con aletas, a través de los cuales se impulsa el aire, inyectándolo a los locales, hay siempre la posibilidad de que el aire se contamine al mezclarse con los gases de la combustión, conviene no usar este sistema, salvo cuando se imponga una estricta economía.

    c) Agua/aire: se usa en la misma forma que el caso anterior cuando la fuente principal de calor es el agua caliente. La circulación de agua sea forzada debido a la resistencia que opone la gran cantidad de caños de diámetro reducido que forman los calentadores. Para trasmitir una misma cantidad de calor se necesita en este caso mayor superficie que usando vapor.

    Estudio comparativo de los sistemas

    Agua caliente

    Ventajas:

  • Calor suave, agradable y uniforme;

  • Calor remanente en los radiadores al apagar el fuego en las calderas;

  • Tostamiento mínimo del polvo acumulado sobre los radiadores y por consiguiente viciamiento mínimo del aire;

  • Funcionamiento silencioso por la ausencia de ruidos y chasquidos;

  • Buena regulación general, variando la temperatura del agua a la salida de las calderas, es decir que, con una sola maniobra se puede controlarla cantidad de calor que ceden los radiadores a los distintos locales.

  • Larga duración de las cañerías, por tratarse siempre de la misma agua que circula en el sistema de calefacción. El contenido de sales y aire son ni mimos. reduciéndose así casi totalmente el riesgo de corrosión del material y la formación de depósitos incrustantes. En las instalaciones de vapor, por e1 contrario, con la finalidad de impedir la formación de vacío dentro del sistema, que en otra forma se produciría al condensarse el vapor por enfriamiento, las cañerías deben ventilarse, por lo cual la acción corrosiva del vapor, del agua y del aire que sucesivamente tiene lugar perjudica mas rápidamente las estructuras de hierro o acero y muy especialmente las cañerías.

  • Menor pérdida del calor por las tuberías.

  • Desventajas:

    h) El peligro de congelación del agua que llena las tuberías, los radiadores, etc., en caso de temperaturas exteriores muy bajas. Para evitar debe agregarse al agua productos que rebajen la temperatura de congelación del agua, cloruro de sodio, sal de cocina y el cloruro de calcio; no se han encontrado sustancias adecuadas que resulten eficaces para estos casos en que las soluciones están sometidas a un amplio margen de cambios de temperaturas y que a la vez resulten económicas en su precio, razón por la cual se recomienda proyectar instalaciones de vapor en localidades con clima muy frío;

    i) Lentitud de precalentamiento. Esta característica es opuesta al calor remanente y resulta siempre desventajosa, pues obliga a encender el fuego con anticipación variable según sea el mayor o menor contenido de agua en los radiadores, cañerías, calderas, etc.;

    j) Sobrecalentamiento, o calor remanente en los radiadores. Ello puede resultar un serio inconveniente, por ejemplo, debido a la entrada y salida súbita de personas, contribuyendo a crear un ambiente poco confortable y a veces sofocante:

    k) Alto costo de instalación.

    l) Lenta circulación del agua en los casos de termosifón, lo cual aumenta el periodo de precalentamiento. Activar la circulación del agua, debe recurrirse a las bombas que hemos llamado agitadores”;

    m) Perjuicios en el edificio al producirse escapes de agua. La pérdida de agua se prolonga hasta tanto se logra localizar y reparar el desperfecto.

    Resumen: El sistema de calefacción por agua caliente es solamente indicado para edificios regularmente habitados durante todo el día o la mayor parte del día, como ser: residencias, casas de rentas, hospitales, invernáculos que funcionen las 24 horas, etc.

    Vapor a baja presión

    Ventajas:

    a) Rápido calentamiento de los locales.

    b) No existe sobrecaldeo. Al cerrar una llave de vapor de un radiador, en forma casi instantánea se suprime el suministro de calor.

    c) No hay que temer la congelación del agua en las cañerías cuando no funciona instalación;

    d) Poco peligro de escapes que puedan dañar la estructura del edificio, debido que el sistema normalmente no contiene agua.

    Inconvenientes

    e) No es posible, en una instalación del tipo común, efectuar una regulación central: solamente puede contarse con la variación del suministro de calor obrando sobre la válvula o llave de admisión de vapor, es decir, actuando en particular sobre cada radiador; esto se debe a que no puede variarse la temperatura del vapor, pero sí la cantidad. Para disponer de todas las ventajas al sistema de agua caliente, se dispone instalaciones de calefacción al vacío, que cuentan con los elementos para crear una cierta depresión bajo la cual debe vaporizarse el agua contenida en la caldera. Uso de bombas especiales e instalaciones muy costosas;

    f) Los radiadores de vapor distribuyen el calor uniformemente solo cuando funcionan a máxima velocidad. Cuando se estrangula la válvula de admisión para disminuir el régimen o ritmo de la calefacción, solamente la parte superior del radiador es ocupada por vapor y por consiguiente allí se concentra todo el calor que el artefacto recibe.

    g) Descomposición de polvo depositado sobre la superficie de los radiadores, las materias orgánicas que se encuentran unidas al polvo, ya a 80ºC de temperatura comienzan a sufrir un proceso de descomposición, dando lugar a olores desagradables y produciendo una sensación sofocante;

    h) Ruidos molestos en las cañerías, sobre todo al iniciarse el funcionamiento. Al ser ocupada parte de la sección del caño de vapor por agua proveniente de la condensación del vapor, se reduce el pasaje disponible para este último, dando lugar a la vez a choques de vapor y líquidos, con los ruidos consiguientes.

    j) Oxidación y corrosión de las cañerías de acero.

    Resumen; Las instalaciones de calefacción por vapor son adecuadas para edificios muy extensos y/o altos y en todos aquellos casos en que es esencial una puesta en régimen rápida por tener bruscas o repentinas variaciones de la carga térmica.

    CALEFACCIÓN

    Distintos tipos de calefacción:

    a) Calor necesario en los edificios

    El cálculo del calor necesario en un edificio se realiza determinando las cantidades de calor que pasan a través de los elementos que lo limitan, en cuyo cálculo hay que tener en cuenta las transmisiones de calor entre el aire y los paramentos de las paredes, y viceversa (convección), y las cantidades de calor que atraviesan por conductibilidad el material de construcción.

    b) Calefacción por estufas

    Elección del sistema de estufas: si se trata de una calefacción permanente, deben elegirse estufas de la mejor construcción y de una posibilidad de regulación perfecta. En los locales ocupados permanentemente por personas son convenientes las estufas con facultad de acumulación de calor.

    Cálculo. Para los grades proyectos de construcción el calor necesario se determinará según la DIN 4701

    • Calefacción por chimeneas. El calor es recibido por radiación, que es lo más agradable.

    • estufas de hierro. Se encuentran en el comercio con diversas calidades. Las estufas de plaza bien trabajadas dan un rendimiento favorable. Estufas de calidad mediocre sólo son admisibles en locales que raras veces se han de calentar.

    • Estufas de azulejos son de construcción muy cuidadosa. La disposición del conducto de humos y de los canales de aire caliente está más estudiada desde el punto de vista de la técnica de los hogares.

    • Estufa de ladrillo refractario de construcción pesada o ligera. Construcción Barlach con dos grandes cámaras de radiación; hogar, de refractario, de combustión inferior; en algunos casos, puertas de carga y del hogar, de material cerámico.

    • Calefacción por conductos. Los gases de la combustión circula por conductos, horizontales o verticales, de ladrillo o de fundición

    Inconvenientes: sistema poco saludable y de reducido efecto calorífico.

    • Calefacción por gas. Ventajas: limpieza, fácil reducción de la producción de calor, puesta instantánea en servicio, supresión de las pérdidas de calor en conductos. Inconvenientes: servicio caro, si no se tiene tarifa especial para el gas. Las estufas de gas están indicadas en los locales en que se hacen funcionar raras veces y durante corto tiempo.

    Calefacción indirecta por gas es la que utiliza un hogar de gas para calentar agua que se envía a unos radiadores como en la calefacción central ordinaria. Estufas de radiación y convección: las superficies de calefacción transmiten el calor de los gases de la combustión al aire de la habitación. Estufas combinadas de radiación y convección.

    Escape de gases de combustión por chimenea con registro de tiro.

    • Estufas de petróleo. Sólo cabe considerarlas como elementos portátiles para calefacciones secundarias.

    • Calefacción eléctrica. Resulta cara con el precio actual de la corriente, por lo que solo suele usarse como calefacción auxiliar. Es frecuente en los países con fuerza hidroeléctrica barata.

    • Calefacción por resistencias con circulación de aire.

    • Estufas eléctricas acumulativas

    • Calefacción del pavimento con resistencias eléctricas desnudas o aisladas (tubos radiadores)

    • Calefacción de iglesias

    • Estufas de radiación

    • Estufas de resistencia

    c) Calefacción central

    Ventajas: instalación del hogar y de todos los servicios en un solo local supresión de los desagradables transportes de combustible y ceniza por las habitaciones, uniformidad de temperatura en los locales, con fácil regulación, supresión de las molestas corrientes de tiro, posibilidad de servicio económico y hogares con poco humo.

    Economía medición

    Tienen buen rendimiento por lo que se refiere a la cantidad de combustible necesario para alcanzar un determinado nivel térmico, la calefacción central es la más favorable.

    La medición del calor consumido en la calefacción de una vivienda conectada a una gran central de calefacción es asunto aún no resuelto.

  • Calefacción por agua:

  • Clasificación se distinguen: calefacción por agua en circuito abierto, en la que la caldera, por medio del depósito de dilatación cerrado, previsto de válvulas de seguridad y de retención, o de tubo pizmétrico y válvula de respiración, que trabaja con agua a más de 100º C; calefacción sistema Perkins, por la circulación del agua, principalmente de las instalaciones de gran extensión, se utilizan las bombas de circulación.

    Los radiadores se sitúan a nivel más alto que la caldera.

    1. instalación en circuito abierto de calefacción por agua.

    ). Calefacción por termosifón.

    Ventajas: la temperatura superficial de radiadores y tuberías es de 90º C, como máximo, y baja con la temperatura exterior, lo que no ocasiona la tostación del polvo; el desprendimiento de calor es suave y uniforme; no presenta inconvenientes desde el punto de vista sanitario; regulación central; sistema silencioso, de explotación económica y muy duradero.

    Aplicación: edificio de vivienda, escuelas, hospitales, edificios de oficinas, museos, tiendas, etc.

    Caldera: casi siempre de fundición. El combustible más usado en el coche. En las grandes instalaciones son frecuentes las calderas de acero forjado, alimentadas con carbón o con combustibles líquidos. Regulador automático de la combustión para mantener la temperatura del agua, graduable a mano. Dos tuberías de seguridad.

    La superficie de calefacción de la caldera (DIN 4702) se calcula por la formula:

    F. K = Q (1 + a + b)

    F: superficie de calefacción de la caldera (m2)

    Q: el consumo de calor del edificio (Kcal./h)

    K: la carga de la superficie de calefacción (Kcal./m2h)

    a: un coeficiente suplementario por las pérdidas de calor en la caldera y en las tuberías.

    b: otro coeficiente suplementario para el calentamiento inicial de las masas de hierro y de agua de las instalaciones, cuando hay interrupciones regulares de servicios 0 0.20

    Los radiadores son de elementos de fundición o de acero, o bien tubos de acero, con aletas o lisos.

    Tuberías: normas sobre tubos de Hütte II A (DIN 2440 y 2449)

    El cálculo de las tuberías se da al circular el agua, o cualquier otro fluido, por una tubería, va perdiendo progresivamente su presión dinámica. Esta disminución para un circuito cerrado se designa como perdida de carga. Por la diferencia de pesos específicos de las columnas de agua fría y de agua caliente que se encuentran en equilibrio, se crea asimismo cierta diferencia de presión, llamada presión eficaz.

    ). La calefacción independiente en cada piso solo se aplica en instalaciones para pequeñas viviendas de alquiler, en las que cada aquilino compra su combustible y gradúa el servicio de calefacción de acuerdo con su economía domestica. A veces se aumenta la presión eficaz por medios mecánicos.

  • Calefacción con bomba de circulación Activando la circulación del agua por la intercalación de una bomba, la calefacción por agua caliente, con su ventaja de regulación general, puedo emplearse en edificios de gran extensión y en grupos de edificios. El recorrido da las tuberías es completamente libre; los radiadores pueden estar a nivel inferior al de la caldera.

  • Instalaciones cerradas de calefacción por agua. Estas instalaciones utilizan como agente de transporte del calor el agua a temperatura desde 100 hasta 190º C y suelen designarse como instalaciones de calefacción por agua recalentada.

  • Seguridad de la instalación, según la DIN 4752: hasta la temperatura de 110º C, mediante depósito de dilatación con tubo piezométrico y válvula de ventilación; con temperatura superior a 110°, la caldera y las tuberías han de cumplir las condiciones especificadas en el “Reglamento de instalaciones de calderas de vapor terrestres”.

  • Sistema Perkins de calefacción por agua recalentada, consiste en un circuito cerrado de tubo de pared gruesa, que lleva una parte dentro del hogar, otra, como radiador, en el espacio que se ha de caldear, y una parte intermedia como enlace de las dos anteriores. Temperatura del agua, hasta 180ºC.

  • Aplicación. Para la calefacción de habitaciones, no suele utilizarse el sistema Perkins, siendo su aplicación principal la calefacción de secaderos y estufas de la Industria química a temperaturas superiores a 100º C, y, particularmente, en los hornos de panificación.

  • Calefacción radiante desde el techo: Trátese de un sistema particular de calefacción por agua, en el que el calor es transmitido principalmente por radiación. Las superficies de calefacción van incluidas en el forjado del techo, y hacen que la superficie de éste, o el cielorraso, adquiera una temperatura elevada para irradiar el calor hacia abajo. Los elementos de calefacción son serpentinas de tubo, en general de ½, con distancias entre tubos de 10 a 50 cm.; temperatura máxima del agua, 40 a 50º C.

  • Ventajas: los radiadores no ocupan ningún espacio útil; no hay corrientes de tiro, es decir no se remueve el polvo; la temperatura de las paredes es más alta que en la calefacción por convección, pueden utilizarse en verano para la refrigeración del local, haciendo circular por ellos agua fría.

    Inconvenientes: son instalaciones de mucha inercia térmica, es decir, que requieren mucho tiempo para llegar al estado de régimen.

    Temperatura media de la superficie radiante. Los tubos de calefacción (fig. 1) se disponen embebidos en una capa de hormigón o de mortero con cierto espesor a de recubrimiento inferior. Sobre los tubos va el suelo, de espesor b, con coeficiente de conductibilidad térmica (b. la capa de recubrimiento de los tubos, de espesor a, tiene el coeficiente de conductibilidad (a.

    Determinación del calor necesario en los locales con calefacción radiante de techo. Se efectúan, según la DIN 4701, para una temperatura del local de 18ºC (igual sensación de confort que con 20ºC en la calefacción con radiadores corrientes). Al calor calculado como necesario se le sumaran o restaran los siguientes suplementos:

    + 5% cuando los locales superiores están previstos de calefacción (el techo no se incluye como superficie de pérdida al calcular el calor necesario),

    +7.5 % cuando los locales superiores no tienen calefacción,

    +10 % en los locales bajo cubierta,

    +5 % en los locales con ventanas simples,

    -5 % en los locales con ventanas dobles.

    -5 % cuando los locales inferiores están provistos de calefacción por el techo.

  • Servicio y economía de las calefacciones por agua caliente: La calefacción por agua tiene la ventaja de la regulación general, pues la variación de la temperatura del agua en la caldera influye por igual en todos los radiadores. Los locales que quieren una calefacción ligera resultaran, si la temperatura exterior es relativamente alta, a mayor temperatura que la prescripta, por lo cual será preciso disponer registros y remates especiales para aquellos locales. La temperatura de ida, o sea la de salida del agua de la caldera, se elegirá de acuerdo con la carga térmica de la instalación, determinada por la diferencia entre las temperaturas exterior o interior, y por las influencias meteriológicas.

  • b) Calefacción por vapor

    1) Calefacción por vapor a baja presión: tensión del vapor, 1,05 a 1,1; raras veces superior a 1,2 Kg./cm2.

    Ventajas: poca acumulación de calor en la instalación de calefacción, rápida puesta en régimen y costo de instalación menor que en la calefacción por agua. Máxima temperatura del vapor, 105º C, que puede rebajarse por el llenado parcial de los radiadores con vapor, graduando la mezcla de vapor y aire. Es posible, en parte, una regulación central variando la presión del vapor en la caldera.

    Inconvenientes: corrosión de la tuberías de acero húmedas (tuberías de condensado).

    Campos de aplicación: rascacielos, teatros, asambleas, salas de fiestas, hoteles, iglesias, escuelas, fábricas, grandes granjas, etc.

    Calderas: en Alemania, la caldera de vapor a baja presión no requiere permiso de instalaciones se responde al tipo normalizado por la Comisión alemana de calderas de vapor y va equipada con un tubo piezometrico, según DIN 4750, de altura no superior a 5.5, o sea un tubo en U, abierto y lleno de agua, que sale de la cámara vapor (en caso excepcional de la cámara de agua) de la caldera y con el diámetro nominal que le corresponda según la tabla 1.

    Tabla 1. Diámetro inferior de los tubos peiezométricos.

    Diámetro nominal (mm)

    32

    50

    80

    100

    125

    150

    175

    Producción de vapor (Kg/h)

    60

    200

    1000

    1600

    2800

    5000

    7500

    Potencia térmica (103 Kcal/h)

    35

    115

    560

    940

    1600

    2800

    4400

    Radiadores. Para de vivienda y oficinas, es conveniente la circulación de aire (mezcla de vapor y aire en los radiadores), con objeto de rebajar la temperatura superficial de acuerdo con la calefacción requerida. La regulación local de los radiadores se hace con dobles válvulas graduales; en casos particulares se impide la entrada de vapor en la tubería de condensado mediante separadores del agua de condensación (separador de acción periódica, accionado por la temperatura, con paredes móviles, separador de trabajo continuo, con estrangulación y elementos fijos, purgadores de aire y ventiladores se el separador de agua condensada trabaja con cierre hidráulico)

    Tuberías. El cuidadoso tendido de las tuberías con las correctas pendientes es indispensable. Las tuberías se purgan mediante bucles de agua.

    Tubería de condensado. Las tuberías sacas de condensado conducen también aire, que por lo general se separa en un solo punto. Las tuberías húmedas, es decir las completamente llenas de agua, requieren un purga especial de los ramales o los radiadores. La corrosión es debida a la validez por el oxigeno del agua de condensación (muy blanda).

    2) Calefacción por vapor a alta presión: presión efectiva del vapor para la calefacción de locales: 0.5 a 2 Kg./cm2.

    Ventajas: posibilidad de transportar el calor a distancias.

    Inconveniente: temperatura superior a 100º C en la superficie de los radiadores (testación del polvo); imposibilidad de regulación, lo que hace inadecuada para la calefacción de viviendas; producción de ruidos y salida del condensado a elevada temperatura.

    Campos de aplicación: calefacción directa de locales, solo en casos particulares; principalmente para transportes de calor a distancias.

    3) Calefacción al vació: como legitima calefacción al vació se entiende aquella cuya relación general o adaptación a la temperatura exterior se consigue por disminución de la presión o de la temperatura del vapor, lo mismo que en la calefacción por agua. Para poner la instalación a la mitad de su potencia máxima se requiere que la presión absoluta del vapor sea 0.25 Kg./cm2 la consecuencia del mayor grado de vació que seria necesario para la adaptación a la temperatura exterior durante los periodos de transición (principio y final de calefacción), adaptación que resulta fácil en las instalaciones de agua caliente, representa considerables dificultades en la calefacción al vació, pues es inevitable que por los prensas estopas y las uniones roscadas se aspire mucho aire. Además, esta calefacción al vació es considerable mas cerca que la calefacción por agua.

    c) Calefacción por vapor y agua.

    Trátese de una calefacción por agua del sistema usual, en la que el calentamiento del agua se realiza mediante vapor (generalmente procedente de escapes) en calderas de recuperación o en serpentinas de contracorriente.

    d) Calefacción por aire

    Consiste en caldear los locales por la introducción de aire caliente. Según el fin a que los locales se destinan y el sistema de calefacción, se introduce en el local solo aire procedente del exterior, calentando (renovación), o solo aire tomado del propio local (recirculación), o una mezcla de aire nuevo y de aire recirculado.

    El calentamiento del aire puede ser directo, por contacto con los tubos del calorífero, o indirecto, con calentadores de aire por agua o vapor. En este último caso suelen utilizarse ventiladores para la impulsión del aire.

    Campos de aplicación: la calefacción directa, es su forma primitiva consistían en un haz de tubos de hierro fundido, por lo que circulaban los gases del hogar, sistema que hoy solo se emplea en casos particulares, para servicios industriales, o cuando se requiere evitar el peligro que se tendría, en el sistema indirecto, de congelarse el agua durante interrupciones de funcionamiento de gran duración.

    Para la calefacción de viviendas con aire renovado no suele emplearse la calefacción directa, por ser un sistema de servicios caro, siendo en cambio de uso corriente en la calefacción con aire recirculado (estufas de azulejos para varias habitaciones, y otros sistemas). Requiere esta calefacción la posibilidad de fácil limpieza, la estanqueidad permanente de las juntas de los conductos de humos y una temperatura no excesiva de las superficies de calefacción.

    Aparatos calentadores de aire.

  • Cámaras centrales de calefacción. Además de los calentadores de combustión (calefactores de hogar) se utilizan, como cuerpos calefactores, radiadores, serpentinas de tuvo liso, calderas tubulares y tubos de aletas especiales.

  • Elementos calefactores locales (pequeños calentadores de aire). Son radiadores de tubos de aletas combinados con ventiladores, que en general son eléctricos, y algunas veces van accionadas por turbina de vapor. El calentamiento del aire se hace por vapor, agua caliente o gas.

  • Calefacciones a distancia (calefacciones urbanas) y su combinación con las centrales térmicas.

  • Las grandes agrupaciones de edificios son frecuentemente abastecidas de calor para calefacción y de agua caliente para diversos usos desde una central distante, en forma análoga a como son abastecidos de electricidad, gas y agua.

    Como ventajas generales de la calefacción a distancia pueden citarse las siguientes: substitución de las múltiples calderas particulares por una central de calderas sometidas a vigilancia constante y servida para personal idóneo que puede ser alimentada con combustible más barato, y en que los gases resultantes de la combustión contengan poca cantidad de humo y sean eliminados mediante chimeneas de gran altura, sin causar molestias ni perjuicios; supresión en las viviendas de transporte del combustible y las cenizas, así como la disminución de riesgo de incendio; atención nula o casi nula, en las viviendas, del servicio de calefacción; economía de espacio en las viviendas, por la supresión de la carbonera y del local de la caldera; posibilidad de acoplamiento a las centrales de fuerza, aprovechamiento del calor residual del vapor de una toma intermedia, del de escape, del de vacío, del de los gases de combustión, etc.; posibilidad de utilización y revelación de centrales térmicas anticuadas, y de salvar las puntas de consumo de calor y de fuerza mediante las instalación de acumuladores térmicos.

  • Calefacción a distancia por agua

  • La calefacción a distancia por agua, en circuitos abierto, con temperatura inferior a 100º C, se utiliza cuando los edificios conectados tienen instalaciones de calefacción por agua en circuito abierto, y no necesita vapor alguno. Si existe un núcleo de consumidores de vapor, es corriente montar para éstos un servicio de vapor de calefacción a distancia, utilizándose ésta vapor también para la calefacción por agua mediante calderas recuperadoras. Pequeñas cantidades de vapor en los edificios con calefacción por agua, pueden obtenerse por medio de gas o electricidad.

  • Calefacciones a distancia por vapor

  • Se aplican principalmente en los distritos que necesitan el vapor para cocción, lavado, esterilización, desinfección, etc., o cuyos edificios van equipados unos con calefacción por vapor y otros con calefacción por agua (en éstos se dispondrá la calefacción por agua calentada con vapor). La comparación de los gastos de explotación, incluyendo los de amortización e interés del capital de instalación, es siempre favorable a la calefacción a distancia por agua caliente, que por razones técnicas de servicio debe siempre también preferirse.

  • Calefacción combinadas con servicios de fuerza

  • Si a una máquina de émbolo o a una turbina se conduce vapor a determinada presión, se utilizará casi por completo la caída de presión hasta la atmosférica (máquina de escape libre) o bien hasta el grado de vacío que económicamente pueda conseguirse (máquina de condensación), mientras que del calor contenido en el vapor se utiliza como máximo un 25%, y el 75% restante se pierde con el vapor de escape o con el agua refrigeración. Este calor residual puede emplearse convenientemente para fines de calefacción o de preparación de agua caliente, por lo cual, con el acoplamiento de los servicios de fuerza y de calefacción puede conseguirse un favorable rendimiento total. El problema de la rentabilidad de estas instalaciones debe estudiarse con cada caso, para decidir de acuerdo con los fundamentos económicos generales.

    Calefacción por vapor de extracción. Con servicio de la fuerza puede también combinarse, en condiciones económica favorables, un servicio de calefacción a alta precisión (calefacción de fabricas, a distancia, urbana, etc.) tomando el vapor del deposito intermedio de las maquinas de embolo de expansión múltiple, o de un escalón de presión de las turbinas (turbina de tracción).

    Calefacción por vapor de escape. Este vapor puede utilizarse para calefacción por vapor o para calefacción por agua calentada por vapor.

    Calefacción por vapor al vació. Para aprovechar hasta el vació la caída de presión del vapor en las maquinas motrices, se utiliza a menudo los condensadores como intercambiadores o recuperadores de calor (aparato de contracorriente) para calentar agua destinada la calefacción. Tras los recuperadores van bombas de aire húmedo. Durante los días menos fríos se trabajara con un grado de vació menor. También se emplean los condensadores para aire, como calentadores de aire combinado con ventilador; el aire calentado puede utilizarse para la calefacción de locales.

    Sistema de calefacción central

    Sistemas por agua caliente: elementos constitutivos:

    a) El generador de calor o caldera;

    b) Los calefactores o radiadores;

    c) Las tuberías de conducción y evacuación o retorno de agua;

    d) El vaso de expansión;

    e) Accesorios de los elementos anteriores.

    La caldera, los radiadores y las tuberías, son comunes a la instalación de vapor, pero el vaso de expansión es exclusivo de la de agua caliente. Su finalidad es permitir la libre dilatación del líquido contenido en el sistema, cuando experimenta una elevación de temperatura. La función de mantener una cantidad constante de agua dentro del sistema. Esto se logra dotándolo de una válvula a flotante conectada a una cañería de alimentación de agua corriente o del tanque del edificio, situado a mayor altura. El volumen es el 8% de la cantidad total de agua que contiene la caldera, los radiadores y las cañerías conjuntamente. Este porcentaje se refiere a instalaciones corrientes en las que el agua sale de la caldera a temperaturas inferiores o no mayores de 100°C, pero en caso de ser dichas temperaturas más elevadas, habrá entonces que aumentar dicho porcentaje para permitir el mayor aumento de volumen que ocasionan las temperaturas más elevadas.

    Según las características de la forma de enlace de los distintos elementos de las instalaciones, se distinguen los casos siguientes:
    1) Distribución o alimentación superior; (fig. 2)
    2) Distribución o alimentación inferior. (fig. 3)

    Requisitos a llenar en las instalaciones de agua caliente.

    En la red de cañerías deben disminuirse las resistencias a un mínimo posible. La pendiente de las cañerías debe resolverse forma tal de posibilitar en todos los casos el escape de aire.
    En cuanto a las válvulas deben emplearse únicamente las del tipo de como puerta o esclusa y en ningún caso las de tipo globo.

    Los radiadores deben siempre disponerse a mayor altura que la caldera, pues la velocidad del agua y por consiguiente el caudal de agua en movimiento para una sección constante de la cañería, aumenta proporcionalmente a la diferencia de nivel. Conviene, tratándose de instalaciones no muy pequeñas emplazar la caldera en un sótano o por lo menos en un foso.

    Otra precaución que con carácter general debe observarse es que los ramales que conectan radiadores deben ser breves y directos, evitando las bolsas de aire que podrían formarse.

    Sistema individual de calefacción por agua caliente.

    Funciona por el mismo sistema que los calentadores individuales de provisión de agua caliente, con la diferencia de que el agua, en lugar de fluir directamente al logar de consumo, es mantenida en circulación a través de los radiadores de calefacción por medio de una pequeña bomba.

    Composición.

    Un calentador con un intercambiador que aprovecha al máximo las calorías de la combustión.

  • Un equipo de control que contiene: una válvula de seguridad Termoeléctrica, que cierra el gas en caso que se apague el piloto: un termostato de seguridad, que evita el calentamiento de radiador en el calefón, cortando el gas del quemador principal cuando la temperatura del agua alcanza alrededor de 85º C.

  • Una válvula solenoide, que corta el gas instantáneamente del quemador principal.
    Un termómetro, que está conectado al retorno de la circulación e indica la temperatura del agua al entrar en el calefón.

  • Bomba de circulación.

  • Tanque de expansión de 25 litros aproximadamente.

  • Elementos de transmisión de calor en los ambientes. (Ver fig. 4)

  • Calefacción por radiación.

    En los sistemas de calefacción por vapor a baja presión y agua caliente, la temperatura del aire del local es el factor fundamental de calefacción, en los sistemas por radiación en cambio, la calefacción se obtiene independientemente de la temperatura del aire. La calefacción por radiación cuyo uso se ha extendido mucho en los últimos años, consiste fundamentalmente en conseguir cuerpos de caldeo de gran superficie aparente que emitan calor por radiación. Comúnmente las fuentes de calor son tuberías empotradas en las paredes y más frecuentemente en el piso o en el techo, y el calor es contenido por las superficies de esos paramentos.

    La experiencia aconseja que para no provocar una sensación excesiva de calor, la temperatura del suelo no debe superar los 28°C en los locales donde los ocupantes están inmóviles, 25°C en donde los ocupantes estén andando lentamente y 24°C en donde los ocupantes estén de pie y andando a una velocidad de 2 a 3 kilómetros por hora.
    En los casos en que la superficie radiante sea el techo, la temperatura máxima admisible de éste depende de la altura del local y de las dimensiones del panel radiante.

    El fluido calefactor usado es el agua caliente cuya temperatura puede variar de 35 a 55°C y su circulación debe ser forzada por tina bomba ubicada sobre la cañería de retomo.
    El material usado para la serpentina es habitualmente caño de acero con costura apto para ser doblado. Su unión debe ser soldada.

    Ventajas del sistema:

  • La temperatura del aire, para la misma sensación de calor, es más baja que en otros sistemas y parece probado que existe una ventaja higiénica en respirar aire más frío;

  • La circunstancia de que la temperatura de los elementos radiantes es baja, evita la testación del polvo del aire, el polvo del suelo con alto contenido bacteriano es menos removido;

  • También pueden los locales ventilarse mejor y aún en das sin viento dejarse las ventanas abiertas;

  • Los radiadores convectores y cañerías aparentes se suprimen y las pinturas no se ensucian por e1 polvo del aire;

  • Bajar el costo de este sistema de calefacción a niveles inferiores a los sistemas tradicionales de radiadores o convectores.

  • Inconvenientes del sistema:

  • En zonas de clima variable, es su inercia térmica. El tener que calentar una masa importante antes de comenzar a calefaccionar el local así como por el contrario mantener esa misma masa irradiando calor
    después de apagada la caldera.

  • Los caños deben ser protegidos de la corrosión sobre todo cuando se disponen
    en contrapisos y están expuestos al posible contacto con líquidos del lavado
    de pisos.

  • Disposición de paneles radiantes.

    Las disposiciones más frecuentes son por piso o por techo. En el primer caso el calor se trasmite por radiación pero también por convección pudiendo llegar en esta forma a
    trasmitirse el 50 % del total; en cambio cuando el techo es radiante, el calor
    se trasmite en su mayor parte sólo por radiación. Ejemplos: tuberías en el piso en escuelas, fabricas, garage, hogares, etc. En las habitaciones se usan indistintamente de techo o de piso.

    Cuando se ubica en el suelo se lo hace instalando la serpentina de calefacción dentro del contrapiso, este debe ser compacto para la protección de la cañería y debe tenerse en cuenta el material del piso sobre todo si se trata de madera que tiende a contraerse por secado.
    Cuando se ubiquen las serpentinas en losas sobre el terreno es necesario disponer sobre el contrapiso común aislación hidrófuga, luego un contrapiso de material aislante: arcilla expandida, vermiculita o polietileno expandido, y finalmente una loseta de hormigón sin cascotes y sin cal, donde se emplaza la cañería.
    Cuando la serpentina está empotrada en la losa de hormigón se deberá hacer
    también en el piso superior un contrapiso de material aislante, para impedir
    las pérdidas incontroladas de calor.


    Sistema de calefacción por vapor a baja presión.

    Las instalaciones de este sistema se componen de los mismos elementos que los anteriores, exceptuando el vaso de expansión, pero en cambo se intercalan trampas de vapor para purgar el agua de condensación en las cañerías y radiadores. La distribución puede ser también superior o inferior.

    Para que el vapor llegue a los radiadores debe vencer las resistencias opuestas por la cañería y para ello es necesario comunicarle cierta presión, la presión de trabajo comúnmente adoptada varía entre 0,1 y 0.3 Kg./cm2.

    Las cañerías colectoras de retorno pueden proyectarse sobre el nivel de la caldera “retorno Seco” (fig. 5), o bien debajo del nivel de emplazamiento de la misma “retorno húmedo” (Fig. 6).
    En el retorno seco: la necesidad de interconectar la cañería de alimentación con la de retorno, determina la construcción de una cañería en U denominada sifón, elemento característico de las instalaciones de vapor.

    Siendo a el nivel de agua en la caldera y h la altura equivalente a la presión de trabajo, es indudable que ningún radiador debe colocarse por debajo del nivel a + h pues en este caso quedaría lleno de agua mientras la instalación funcione, y nunca recibiría vapor.

    Elementos constitutivos de un sistema de calefacción

    Redes de circulación y conducción. Las cañerías comúnmente empleadas en las instalaciones de calefacción son de hierro negro, con o sin costura. En general, puede decirse que los caños sin costuras son de calidad superior, ya que no existe la posibilidad de que estos se abran en las operaciones de curvado o por lo menos que se debilite disminuyendo su resistencia de trabajo a la presión.

    Líneas principales. Debido a su tamaño y su extensión, deben poder moverse libremente como consecuencia de la dilatación ocasionada por el aumento de temperatura. La existencia de cunas o cambios de dirección permite cierta expansión longitudinal, en líneas principales de relativa longitud, cuando hay excesivos cambios de dirección, generalmente se prescinde de dilatadores. Los dilatadores, comúnmente usados son los siguientes:
    a) Del tipo LIRA, llamados OMEGA, que no es apto para los caños de líquidos a circulación natural, ni para vapor condensado, empleándose solamente para agua caliente a circulación forzada y para vapor a alta presión. Conociendo la expansión que permite el dilatador y la diferencia de temperatura entre el estado final e inicial de la cañería, puede calcularse a distancia en metros de la separación que debe adoptarse.

    También pueden usarse lazos elásticos, hechos con la misma cañería siendo especialmente indicados para las subidas y bajadas, siempre que se respeten las pendientes mínimas aconsejadas.

    Un tercer tipo de dilatador es el llamado de “enchufe”, que consiste en dos piezas, una interior y otra exterior, deslizándose la primera dentro de la segunda, con interposición de una prensa estopa para evitar fugas del medio circulante.

    Por último hay un tipo llamado junta de dilatación a membrana o a fuelle, que es el más satisfactorio de todos, pues puede usarse en cualquier caso, con toda seguridad, pero también es el más costoso.

    En resumen, podemos decir, que en los casos corrientes por vapor a baja presión o por agua caliente, son preferibles los lazos formados por la propia cañería cuando no haya impedimento en la obra y el aprovechamiento racional de los cambios de dirección, recurriendo al tipo de deslizamiento o prensaestopas, cuando no es posible la adopción de los métodos anteriores.

    Uniones. Para cañerías de hasta 63mm. de diámetro (2,5''), se recomienda usar cuplas y uniones dobles, debiéndose disponer estas últimas en cantidad suficiente para permitir desarmar parcialmente la cañería, pues en el caso de que no exista esta unión, debe cortarse el caño en el lugar deseado o comenzar el desmontaje por un extremo de la misma. Para diámetros de 3''o mayores, conviene emplear exclusivamente “bridas”, que son generalmente de forma circular y que se unen mediante bulones. Cada juego está formado por dos bridas, o mejor dicho, por una brida y una contrabrida, las que se enroscan separadamente en los extremos de los caños que se desean unir y luego se sujetan por bulones dispuestos, en las pestañas de la brida. Tratándose de presiones bajas, pueden usarse bridas lisas, bastando interponer una junta de material apropiado entre las superficies de contacto. Usando bridas no existe problema para el desmontaje parcial, pues basta con retirar los bulones correspondientes para sacar el caño que se desea; debe interponerse un mastic formado por minio con aceite de lino y una pequeña cantidad de hilos de cáñamo peinado. Debido al hecho de que todas las juntas, ya sean a rosca, a bridas, enchufe, etc., son puntos débiles de la red de conducción, debe limitarse al mínimo su cantidad.

    Usando soldadura, deben instalarse bridas o uniones dobles en lugares estratégicos, previéndose desmontajes futuros. Como norma se establece que las soldaduras no deben ser limadas o raspadas, exigiéndose una terminación prolija. Cuando se trate de accesorios para roscar, generalmente se construyen de fundición maleable y conviene preferir las que tienen bordes reforzados. Reducir la sección de una toberia, o sea, pasar de un diámetro dado a otro menor, se usarán piezas especiales llamadas “cuplas de reducción” o “bujes de reducción”, excéntricas para que el agua no se estanque en la parte correspondiente a la corona, lo que sucedería si las reducciones fueran concéntricas.

    Trampas de vapor. El fuelle interior de la trampa está llena de un líquido que es fácilmente dilatable, que se expande y presiona la válvula en el orificio cerrando el pasaje de vapor cuando éste está a elevada temperatura y que en cambio se contrae y abre la válvula para permitir la descarga del agua proveniente de la condensación del vapor dentro del radiador.

    Radiadores. El tipo clásico de radiador se construye preferentemente de fundición de hierro, bajo forma de elementos seccionales, los cuales se agrupan en cantidad variable para completar la superficie requerida para la transmisión del calor calculado.

    Las condiciones que debe reunir son: estructura tubular, pequeño contenido de agua y dimensiones reducidas.

    La reducida capacidad de agua es favorable, porque se tiene así pequeña inercia térmica, con la consiguiente reducción del tiempo de precalentamiento; ésta es una ventaja muy importante en países como el nuestro, de clima muy variable, pues permite adaptarse mejor a los frecuentes cambios de estado de régimen.
    La estructura tubular de los radiadores ha hecho posible disminuir el peso de los mismos hasta aproximadamente 25 kg. por cada metro cuadrado de superficie de calefacción y el volumen de agua hasta cuatro litros por la misma unidad de superficie. Para renovar el agua total del sistema se necesita poco volumen. Dicho tipo de radiador ocupa un 30 % menos de espacio de piso que los radiadores de estructura lisa (no tubular).
    Hay también una variedad de radiadores llamados murales, que se utilizan cuando no se pueden embutir en las paredes, debiendo sobresalir, a la vez, muy poco del plomo interior de la pared, como ocurre generalmente en corredores, baños, etc.
    Para uso industrial es apto el caño con aletas, preparado partiendo de un caño liso, sobre cuya superficie exterior se ha arrollado un fleje de acero en forma de hélice, con lo cual se aumenta la superficie de calefacción, sin variar el contenido del mismo.
    Apartándonos del tipo de radiador clásico que hemos descripto, podemos citar los llamados radiadores invisibles u convectores, que consisten en una superficie de transmisión de calor formada por pocos caños de cobre, a los cuales se le han aplicado aletas del mismo material o aluminio, con la misma finalidad anterior. Dichos radiadores se colocan en posición horizontal. La eficiencia de esta superficie intercambiadora de calor es muy satisfactoria debido a la alta velocidad con que el aire pasa por el radiador, en virtud de la reducida sección de pasaje y de la considerable velocidad del aire, que se consigue por la diferencia de altura (h) entre el eje del radiador y la boca de salida del aire caliente, lo cual produce un tiraje similar al efecto de una chimenea.
    Generalmente no se usan llaves de paso para controlar el paso de vapor o de agua caliente por el calentador, lográndose su regulación mediante el movimiento de una pantalla o registro de aire, situado detrás de la rejilla de salida.

    Convectores
    Elemento de calefacción constituido por tubos de cobre sin costura, aletas del mismo material y colectores de hierro fundido. Tapas de acero (chapa reforzada). -

    Termovectores

    Se pueden utilizar para instalaciones de calefacción por agua caliente o vapor de baja presión. Consta de un elemento calefactor de hierro fundido o caño aletado, soportes de nicho de hierro ángulo y chapa cubre frente de quita y pon.

    CAÑOS CON ALETAS

    La aleta ininterrumpida es enrollada en caliente en forma espiral sobre el caño frío, de modo que al enfriarse la aleta, esta queda firmemente puesta sobre el caño por contracción.
    Coeficiente de transmisión de los radiadores. Este coeficiente no es constante variando en función de lo siguiente:
    a) Según sea la diferencia entre la temperatura del fluido interior y del aire
    ambiente, siendo esa variación directamente proporcional a la potencia 1,3
    de la diferencia de temperaturas t1 - t2.
    b) Depende de la posición y del emplazamiento relativo del radiador con respecto al ambiente del local; se distinguen algunos casos corrientes:

    Si tomarnos el caso primero corriente como normal, la eficiencia del radiador al ser instalado en la forma indicada para el segundo caso, disminuye en un 4%, es decir que la transmisión será el 96 % del caso normal primero.
    Con el mismo radiador, puesto en las condiciones del tercer caso, es decir dentro de un nicho, pero sin chapa, la eficiencia baja al 93 %. En el cuarto caso, o sea con el radiador libremente colocado, pero recubierto en un gabinete de chapa perforada o calada, se experimente una disminución del 20 al 30 %, pues ambas formas de transmisión del calor, por convección y radiación se ven seriamente afectadas.
    Un radiador embutido en nicho, figura del 5º, mantiene la misma eficiencia señalada en el caso primero. Las precauciones a adoptar son las siguientes:

    Separación entre la pared del nicho y el radiador y entre la cubierta frontal y el radiador entre 2 y 2,5 cm. Redondear la parte superior del nicho para facilitar la salida del aire caliente, sin que éste experimente un cambio brusco de dirección. Dar a la rejilla de entrada del aire frío una sección libre no inferior al área de la sección trasversal, por la cual circula el aire envolviendo al radiador. Dar a la rejilla de salida de aire caliente una sección libre 50 % mayor que la de entrada de aire frío. Mediante la adopción de dichas precauciones, se produce una circulación activa del aire, que mejora el coeficiente de transmisión K hasta el punto de compensar la pérdida del efecto radiante más la resistencia incrementada por el hecho de alojar el radiador en un nicho.

    c) El coeficiente K disminuye a medida que se aumenta el número de elementos del radiador, hasta alcanzar diez unidades (de alrededor de 55 mm. de longitud cada una), para mantenerse después prácticamente constante;
    d) Un aumento en la velocidad del aire, lograda por medios naturales o mecánicos, mejora siempre el valor de K (coeficiente de transmisión total de calor).
    e) La composición de la pintura que se aplique al radiador tiene también importancia sobre la eficiencia del mismo, la diferencia de temperaturas o salto térmico entre agua caliente o vapor y aire del local, suelen adoptarse los siguientes, referidos a la forma normal de emplazamiento del radiador considerado en el caso primero del apartado b):
    —Para instalaciones de agua caliente con circulación natural: 450 cal./m2 hora.
    —Para instalaciones análogas, pero con circulación forzada mediante bombas: 500 calorías metro cuadrado-hora.
    —Para vapor de baja presión disponiendo de 0.04 Kg./cm2 a la entrada de los radiadores: 700 cal./m2h.
    Estos coeficientes son aplicables, como dijimos, al emplazamiento normal y cuando los radiadores sean de tres o cuatro columnas, debiéndose practicar las correcciones correspondientes cuando las circunstancias sean distintas.

    La transmisión específica de las baterías de caños con aletas, llamados también de superficie extendida de determinación complicada, pues en ellos tiene influencia la relación entre superficie interior de tubo liso y superficie de todas las aletas: además influye la naturaleza y espesor de los materiales empleados en los tubos y aletas y por último, es importantísima la velocidad con que el aire atraviesa la superficie calefactora.
    Según sea la temperatura final que se desea lograr a la salida del aire de estos calentadores, será necesario aumentar en profundidad la cantidad de hileras de tubos. A este efecto debe señalarse que, a medida que aumenta la profundidad de los intercambiadores, o sea la cantidad de hileras de tubos, también crece la resistencia opuesta a la circulación del aire, requiriéndose entonces ventiladores que produzcan mayor presión, a fin de mantener la velocidad del aire invariable.


    Caloventiladores Se utilizan en grandes ambientes. Están compuestos por un motor eléctrico, un ventilador y un serpentín alimentado por vapor o agua caliente. Siempre deben colocarse por encima del nivel de trabajo en el local. En verano suelen utilizarse como ventiladores, pero tienen mal rendimiento.

    CALOVENTILADORES

    Para vapor. Compuesto de intercambiador de calor construido con aletas y caños de cobre, con cabezales de acero, caja de chapa de hierro y electroventiadores con motores de bajo consumo.

    CALDERAS

    Teniendo en cuenta las presiones reducidas con que generalmente se trabaja y las pequeñas diferencias de temperatura entre la entrada y la salida del agua, la fundición de hierro se presta admirablemente como material constructivo pata las calderas de calefacción. Debido a la gran conductibilidad térmica de los materiales y al bajo coeficiente de transmisión superficial entre los gases de combustión y el paramento interior de la pared de las calderas, las temperaturas de ambas superficies son muy poco diferentes entre sí, por lo cual las tensiones del material debidas a los esfuerzos de dilatación resultan de poca importancia; favoreciendo así el empleo de un material que en realidad no posee buenas aptitudes para el trabajo a la tracción. Tratándose de presiones elevadas, necesariamente debe abandonarse la fundición y recurrir al acero.
    Hay pues dos tipos de calderas para calefacción: las de aceros multitubulares y las de fundición de hierro. Las primeras, en general, forman unidades con tubos de acero mandrilados en las placas de asiento dispuestas en la parte frontal y posterior de la caldera y se caracterizan, en consecuencia, por la necesidad de ser introducidas ala obra armadas. Son aptas para presiones de vapor de hasta 10 Kg./cm2 y trabajando con agua caliente pueden resistir columnas de agua de hasta 80 m. de altura.
    Las calderas de fundición son seccionales, es decir que el conjunto se obtiene reuniendo una cantidad de secciones, pudiendo obtenerse tamaños variables, según las necesidades. Son ventajas de estas calderas las siguientes:
    a) Permiten variar su capacidad aumentando la cantidad de secciones (aun en calderas ya habilitadas);
    b) Por ser colocadas en moldes, los elementos pueden tener la forma más adecuada para asegurar el mayor contacto entre los gases de combustión y la superficie de calefacción correspondiente;
    c) Pueden introducirse a la obra desarmadas, de modo que, calderas de grandes capacidades una vez armadas, pueden pasar por pequeñas aberturas, lo que es importante cuando están emplazadas en sótanos que poseen accesos francos.

    Como gran desventaja debe mencionarse el peligro de rajaduras a que están expuestas las calderas de fundición en el caso de faltar agua en su interior, pues entonces las tensiones internas del material, provocadas por la dilatación, lo distribuirían rápidamente.


    Por qué se rompe una caldera. Supongamos que la caldera contiene agua hasta su nivel correspondiente; en la pared de la caldera tenemos lo siguiente:
    Las superficies exterior e interior de la caldera están siempre a casi la misma temperatura (150°C y 120°C) y ellas se mantienen porque los 105°C de temperatura de evaporación del agua que se tienen constantes en el interior de la caldera, absorben todo el exceso del calor de las paredes para calentar más agua.

    Tenemos:

    Primera etapa: q= K1 . S . (1000 - 150)
    Segunda etapa: q= * . S . (150 - 120)
    Tercera etapa: q= K2 . S . (120 -105)

    Pero si el agua llega a faltar, dejando de actuar como acondicionador de temperaturas, entonces puede aumentar la temperatura del vapor interior de la caldera y entonces el paso del calor a través de las paredes de la caldera hace que aumente la temperatura de las mismas hasta valores que pueden ocasionar rajaduras por efecto de la dilatación


    1.000 + 120 = 560º C

    2

    Hoy se dispone, a bajo precio, de alimentadores automáticos de agua que mantienen un nivel mínimo dentro de la caldera y que en caso de cortarse la alimentación del líquido al aparato por una causa cualquiera, al comenzar a descender el nivel mencionado interrumpen el funcionamiento de los quemadores, con lo cual se elimina todo riesgo de rotura. En instalaciones de agua caliente es evidente que este peligro no existe, o por lo menos es muy remoto, pues sabemos que todo el sistema está lleno de agua normalmente.
    Para pequeñas capacidades resultan de más bajo costo las calderas seccionales de fundición y para grandes capacidades ocurre lo contrario.

    Eficiencia térmica dé las calderas. El rendimiento térmico depende del tiempo en que los gases de combustión permanezcan en contacto con la superficie de calefacción, en la cual hay que distinguir la superficie directa y la superficie indirecta.
    La primera es la que se encuentra en contacto con las llamas incandescentes dentro de la cámara de combustión y la segunda es la que está fuera de la cámara de combustión donde los gases se van enfriando a medida que se alejan de ella y se aproximan al conducto de evacuación.
    Cada metro cuadrado de superficie directa trasmite por convección más radiación alrededor de 30.000 calorías/hora; en cambio cada metro cuadrado de superficie indirecta, en los puntos próximos a la salida de humo llega a trasmitir tan sólo hasta 1.000 calorías/hora cuando el enfriamiento de los gases es grande.
    Como se comprende, una caldera en la cual prevalezca la superficie directa resultará de pequeñas dimensiones. El contenido de combustibles sólido y la superficie de grilla serán también reducidas, por lo cual la permanencia de los gases será breve y por consiguiente su temperatura al entrar a la chimenea resultara elevada. Tal caldera será forzosamente de bajo rendimiento térmico.

    En cambio, si para esa misma capacidad de calor se proyectará una caldera con gran superficie indirecta y pequeña superficie directa, ella resultaría de
    mejor rendimiento térmico pero, indudablemente, más cara.
    La solución más conveniente es adoptar el justo término para que prevalezca una clase de superficie sobre la otra en la medida que concilie el valor de la eficiencia térmica con la inversión desde el punto de vista económico.

    Tipos de calderas

    • Calderas de gran volumen de agua

    Aprovechan bien el calor, su limpieza es fácil y, con chimeneas de tiro suficiente, producen mucho vapor; en cambio ocupan mas sitio que todas las demás.

  • Calderas de hogar interno, o conductos de humo interiores

  • Tamaños usual: las de un solo hogar o conducto, de 10 a 30 m2 de superficie de caldeo; las de dos conductos, de 25 a 120 m2.

  • Calderas de simple hogar, o de Cornualles

  • Hogar colocado asimétricamente, para facilitar la vista de la caldera y la circulación del agua. (fig. 7)

  • Calderas de doble hogar interior, o de Lancáster

  • Circulación de los humos (fig. 8 y 9 y a veces fig. 10) la circulación final es por encima, para sacar el vapor, sin embargo, esto se logra mejor disponiendo (fig. 11) en recalentador, que es lo corriente cuando se destina a producir fuerza.

  • Calderas de dos cuerpos cilíndricos

  • Con doble conducto interno, en ambos cuerpos

  • Caldera con cuerpo cilíndrico inferior de hogar interno, y cuerpo superior de tubos de humo.

  • Las calderas de conductos internos en ambos cuerpos cilíndricos (fig. 12 y 13) son preferibles a las de cuerpo superior tubular (fig. 14 y 15), por la facilidad de limpieza. Los tubos de humos se recubren interiormente de

    Hollín y cenizas y por fuera de incrustaciones, lo cual exige una limpieza frecuente y engorrosa. La vaporización especifica de todas ellas es reducida, pues la parrilla no puede tener el tamaño que le correspondería.

    Las placas tubulares han de mantenerse lo mas limpias posibles de incrustaciones, para evitar fugas. Circulación de los gases: conductos de humo del cuerpo cilíndrico inferior, conductos (o tubos) del cuerpo superior, conductos externos del cuerpo superior, galerías del cuerpo cilíndrico inferior.

    • Calderas de tubos de humos

    Casi siempre de eje horizontal, salvo las pequeñas. Los productos de la combustión circulan por dentro de los tubos.

  • Calderas de hogar exterior

  • La pared inferior, expuesta al fuego directo, puede abollarse si la precipitación del fango es muy intensa. (fig. 16)

    Los tubos deben formar dos haces, con cierta separación intermedia, para visitar y limpiar la caldera; el numero de aquellos deben ser lo mayo posible distribuidos de modo que sea fácil quitar las incrustaciones.

  • Caldera de hogar interno

  • Con caja de fuego (tipo locomotora)

  • Se emplean, especialmente, como calderas de locomóvil y semifijas (fig. 17 a 20).

    Los tubos suelen ser de 50 a 65 mm. De diámetro, y la sección total representa de 0.17 a 0.20 veces el área de la parrilla. Si hay recalentador se coloca en la caja de humos (fig. 19), la maquina va montada sobre la misma caldera.