Sistemas hidráulicos

La hidrónica ( del griego antiguo hydro- ' agua ' ) es el uso de agua líquida o agua gaseosa ( vapor ) o una solución acuosa (generalmente glicol con agua) como medio de transferencia de calor en sistemas de calefacción y refrigeración . ^{[ 1 ] [ 2 ]} El nombre diferencia estos sistemas de los sistemas de aceite y refrigerante . 

Históricamente, en grandes edificios comerciales como rascacielos y campus universitarios, un sistema hidrónico puede incluir circuitos de agua fría y caliente para proporcionar calefacción y aire acondicionado . Las enfriadoras y las torres de refrigeración se utilizan por separado o en conjunto para enfriar el agua, mientras que las calderas la calientan. Una innovación reciente es el sistema de caldera-enfriadora , que ofrece una solución eficiente de climatización para hogares y espacios comerciales más pequeños.

Muchas ciudades grandes cuentan con un sistema de calefacción urbana que proporciona, a través de tuberías subterráneas, agua caliente sanitaria y agua fría a alta temperatura de uso público. Un edificio dentro de la zona de servicio puede conectarse a este sistema mediante el pago de una cuota.

En la tecnología de calefacción hidrónica moderna más antigua, un sistema de vapor de una sola tubería suministra vapor a los radiadores , donde este cede su calor y se condensa , volviendo a convertirse en agua. Los radiadores y las tuberías de suministro de vapor están inclinados de tal manera que la gravedad finalmente arrastra este condensado de vuelta a través de la tubería de suministro de vapor hasta la caldera, donde se convierte nuevamente en vapor y regresa a los radiadores.

A pesar de su nombre, un radiador no calienta una habitación principalmente por radiación. Si se coloca correctamente, crea una corriente de convección de aire que constituye el principal mecanismo de transferencia de calor. Generalmente se recomienda que, para obtener los mejores resultados, un radiador de vapor se encuentre a una distancia máxima de 2,5 a 5 cm (una a dos pulgadas) de la pared.

Los sistemas de tubería única presentan limitaciones tanto en su capacidad para suministrar grandes volúmenes de vapor (es decir, calor) como en su capacidad para controlar el flujo de vapor a cada radiador (ya que al cerrar el suministro de vapor se acumula condensado en los radiadores). Debido a estas limitaciones, los sistemas de tubería única ya no son la opción preferida.

Estos sistemas dependen del correcto funcionamiento de las válvulas termostáticas de purga de aire ubicadas en los radiadores de toda la zona calefactada. Cuando el sistema no está en uso, estas válvulas están abiertas a la atmósfera, y los radiadores y las tuberías contienen aire. Al iniciarse un ciclo de calefacción, la caldera produce vapor, que se expande y desplaza el aire del sistema. El aire sale del sistema a través de las válvulas de purga de aire de los radiadores y de las propias tuberías de vapor. Las válvulas termostáticas se cierran al calentarse; en el tipo más común, la presión de vapor de una pequeña cantidad de alcohol en la válvula ejerce la fuerza necesaria para accionarla e impedir que el vapor salga del radiador. Cuando la válvula se enfría, entra aire en el sistema para reemplazar el vapor condensado.

Algunas válvulas más modernas permiten ajustar la velocidad de purga. En general, las válvulas más cercanas a la caldera deben purgar más lentamente, y las más alejadas, más rápidamente. Idealmente, el vapor debería llegar a todas las válvulas y cerrarlas todas simultáneamente, para que el sistema funcione con la máxima eficiencia; esta condición se conoce como sistema equilibrado.

En los sistemas de vapor de dos tuberías, existe un circuito de retorno para el condensado, que puede incluir bombas y flujo por gravedad. El flujo de vapor hacia cada radiador se puede modular mediante válvulas manuales o automáticas .

Como su nombre indica, la tubería de retorno toma el camino más directo de vuelta a la caldera.

La configuración de retorno inverso de dos tuberías, a veces denominada «sistema de tres tuberías», se diferencia del sistema de dos tuberías en la forma en que el agua regresa a la caldera. En un sistema de dos tuberías, una vez que el agua sale del primer radiador, regresa a la caldera para recalentarse, y así sucesivamente con el segundo, el tercero, etc. En el sistema de retorno inverso de dos tuberías, la tubería de retorno se dirige al último radiador del sistema antes de volver a la caldera para recalentarse.

Los sistemas modernos casi siempre utilizan agua caliente en lugar de vapor. Esto abre la posibilidad de utilizar también agua fría para la climatización .

En las viviendas, el circuito de agua puede ser tan simple como una sola tubería que distribuye el flujo a través de todos los radiadores de una zona. En este sistema, el flujo a cada radiador no se puede modular, ya que toda el agua circula por todos los radiadores de la zona. Los sistemas un poco más complejos utilizan una tubería principal que circula sin interrupción por la zona; los radiadores individuales toman una pequeña porción del flujo de la tubería principal. En estos sistemas, los radiadores individuales sí se pueden modular. Como alternativa, se pueden instalar varios circuitos con varios radiadores, y el flujo en cada circuito o zona se controla mediante una válvula de zona conectada a un termostato .

En la mayoría de los sistemas de agua, el agua circula mediante una o más bombas circuladoras . Esto contrasta notablemente con los sistemas de vapor, donde la presión inherente del vapor es suficiente para distribuirlo a puntos remotos del sistema. Un sistema puede dividirse en zonas de calefacción individuales utilizando varias bombas circuladoras o una sola bomba y válvulas de zona de accionamiento eléctrico .

La introducción de productos aislantes ha supuesto mejoras considerables en la eficiencia y, por tanto, en los costes operativos de los sistemas de calefacción hidrónica.

Las tuberías del sistema de paneles radiadores están recubiertas con un material de caucho elastomérico ignífugo, flexible y ligero, diseñado para el aislamiento térmico. La eficiencia de la calefacción por suelo radiante mejora con la instalación de una barrera térmica de espuma. Actualmente, existe una amplia gama de productos en el mercado con diferentes clasificaciones energéticas y métodos de instalación.

La mayoría de los sistemas hidrónicos requieren equilibrado . Esto implica medir y ajustar el caudal para lograr una distribución óptima de la energía en el sistema. En un sistema equilibrado, cada radiador recibe la cantidad justa de agua caliente para calentarse por completo.

Los sistemas residenciales pueden usar agua del grifo común, pero los sistemas comerciales sofisticados a menudo agregan diversos productos químicos al agua del sistema. Por ejemplo, estos productos químicos agregados pueden:

• Inhibir la corrosión
• Evitar que el agua se congele en el sistema.
• Aumentar el punto de ebullición del agua en el sistema.
• Inhibe el crecimiento de moho y bacterias.
• Permite una mejor detección de fugas (por ejemplo, mediante colorantes que fluorescen bajo luz ultravioleta ).

Todos los sistemas hidráulicos deben contar con un mecanismo para eliminar el aire del sistema. Un sistema bien diseñado y libre de aire debería seguir funcionando con normalidad durante muchos años.

El aire provoca ruidos molestos en el sistema e interrumpe la correcta transferencia de calor hacia y desde los fluidos circulantes. Además, a menos que se reduzca por debajo de un nivel aceptable, el oxígeno disuelto en el agua causa corrosión . Esta corrosión puede provocar la acumulación de óxido e incrustaciones en las tuberías. Con el tiempo, estas partículas pueden desprenderse y desplazarse por las tuberías, reduciendo o incluso bloqueando el flujo, además de dañar los sellos de la bomba y otros componentes.

El agua se expande al calentarse y se contrae al enfriarse. Un sistema hidráulico de circuito cerrado debe contar con uno o más tanques de expansión para acomodar este volumen variable del fluido de trabajo. Estos tanques suelen utilizar un diafragma de goma presurizado con aire comprimido . El tanque de expansión acomoda el agua expandida mediante una mayor compresión de aire y ayuda a mantener una presión relativamente constante en el sistema ante la variación prevista del volumen del fluido. También se utilizan cisternas simples abiertas a la presión atmosférica.

El agua también se expande drásticamente al vaporizarse, o convertirse instantáneamente en vapor. Las tuberías de burbujeo pueden ayudar a compensar la vaporización instantánea que puede ocurrir cuando el condensado de alta presión entra en una región de menor presión. ^{[ 3 ]}

Los sistemas hidrónicos suelen estar conectados a la red de suministro de agua (como la red pública). Una válvula automática regula la cantidad de agua en el sistema y evita el reflujo de agua del sistema (y de cualquier producto químico utilizado para el tratamiento del agua) hacia la red de suministro.

El calor o la presión excesivos pueden provocar fallos en el sistema. Siempre se instala al menos una válvula de alivio combinada de sobretemperatura y sobrepresión en el sistema para permitir la salida del vapor o el agua a la atmósfera en caso de fallo de algún mecanismo (como el control de temperatura de la caldera), evitando así la rotura catastrófica de las tuberías, los radiadores o la caldera. La válvula de alivio suele tener una manivela de accionamiento manual para facilitar las pruebas y la limpieza de contaminantes (como partículas) que podrían provocar fugas en condiciones normales de funcionamiento.

La condensación rápida del vapor también puede provocar un golpe de ariete , que durante el rápido cambio de volumen de gas a líquido genera una potente fuerza de vacío. Esto puede dañar y destruir accesorios, válvulas y equipos. Un diseño adecuado y la incorporación de válvulas antirretorno reducen o eliminan el riesgo de estos problemas. ^{[ 4 ]}

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