Sistema de deshielo

Un sistema de deshielo evita la acumulación de nieve y hielo en aceras, carreteras o entradas de vehículos mediante el uso de un fluido caliente para derretirlos. Están diseñados para funcionar durante una tormenta, mejorando la seguridad y eliminando las labores de mantenimiento invernal, como palear, arar la nieve y esparcir sal descongelante o arena. Un sistema de deshielo puede prolongar la vida útil del hormigón, el asfalto o la base de los adoquines al eliminar el uso de sales u otros productos químicos descongelantes , así como los daños físicos causados ​​por los vehículos de servicio invernal . Muchos sistemas son completamente automáticos y no requieren intervención humana para mantener una superficie horizontal libre de nieve y hielo.

Existen tres tipos principales de sistemas de deshielo, según la fuente de calor: calefacción por resistencia eléctrica, calefacción mediante caldera (o horno) convencional o calefacción geotérmica por medio hidráulico (en un fluido). Si bien los sistemas eléctricos de deshielo requieren menos mantenimiento que los hidráulicos, debido a la mínima cantidad de piezas móviles y la ausencia de agentes corrosivos, su funcionamiento suele ser mucho más costoso.

La mayoría de los sistemas de deshielo modernos funcionan con un dispositivo de activación automática que los enciende al detectar precipitaciones y temperaturas bajo cero, y los apaga cuando la temperatura supera el punto de congelación. Estos dispositivos garantizan que el sistema solo esté activo durante los periodos útiles y reducen el desperdicio de energía. Un termostato de límite alto aumenta aún más la eficiencia cuando se instala junto con el controlador automático de deshielo, ya que desactiva temporalmente el sistema una vez que la losa o superficie alcanza una temperatura suficiente para derretir la nieve. Algunos códigos de construcción exigen el termostato de límite alto para evitar el desperdicio de energía. El impacto ambiental total depende de la fuente de energía utilizada.

Los sistemas eléctricos para derretir la nieve se componen de tres elementos básicos: un cable calefactor, una unidad de control y un dispositivo de activación.

El cable calefactor está diseñado para soportar condiciones extremas, lo que lo hace apto para uso en exteriores. El cable debe estar certificado según las normas UL por un laboratorio de pruebas reconocido a nivel nacional y muchos constan de un conductor simple o doble con un revestimiento protector y/o aislamiento. Muchos cables tienen una clasificación de 105 °C (221 °F) y producen calor.  6–50  W/ft² . La potencia por área está determinada por la distancia entre los elementos calefactores .

Las unidades de control suelen ser paneles de control murales y pueden instalarse en una caja NEMA. Según la tecnología, las unidades de control utilizan bloques de terminales de línea y carga, relés, terminales de activación, transformadores y electrónica de monitorización.

En los últimos años se ha desarrollado una nueva tecnología ^{[ 1 ] [ 2 ]} para abordar el derretimiento de la nieve en superficies de asfalto. Aunque los pavimentos de asfalto son el tipo de pavimento más común en todo el mundo, no existe una solución de calefacción aceptada para esta clase de infraestructura que permita derretir la nieve y prevenir la formación de hielo en la superficie de rodadura. Esta novedosa metodología utiliza tecnología de cintas eléctricas como una solución de calefacción adecuada. Se propuso un nuevo método para introducir calentadores de cinta en el proceso de pavimentación típico de manera práctica, causando una mínima interrupción de las operaciones normales de pavimentación, con potencial para expandirse a grandes áreas. La idea propuesta era desplegar las cintas después de pavimentar y compactar una capa de hormigón asfáltico , y antes de pavimentar y compactar las siguientes capas de hormigón asfáltico. En este contexto, se concibió una máquina ranuradora especial para crear canales poco profundos en el asfalto para alojar cada cinta.

El elemento calefactor de un sistema hidrónico es un sistema de tuberías de circuito cerrado o un sistema modular de paneles térmicos fabricado con un polímero flexible o caucho sintético que hace circular una mezcla de agua caliente y propilenglicol ( anticongelante ). El fluido se calienta a temperaturas de entre 16 °C (61 °F) y 60 °C (140 °F) para calentar el hormigón, el asfalto o los adoquines circundantes y derretir la nieve y el hielo. La tecnología de los sistemas mecánicos de deshielo hidrónico se basa en la misma tecnología que los sistemas de calefacción radiante .    

Los tubos hidráulicos empotrados en las losas de hormigón generan un calentamiento desigual, lo que provoca tensiones irregulares en la losa. El paso de fluido a alta temperatura sobre una losa muy fría puede causar fisuras por tensión y posible desprendimiento de la superficie del hormigón. Una separación reducida entre los tubos y un aumento gradual y controlado de la temperatura minimizan los efectos negativos de un sistema de tubos. Otra alternativa es mantener la temperatura de la losa por encima del punto de congelación durante todo el invierno.

Una alternativa a los sistemas basados ​​en tubos son las unidades de paneles térmicos modulares de intercambio de calor de HDPE preaislados . Los paneles modulares de HDPE se adaptan a los adoquines montados sobre pedestal (que se utilizan normalmente en instalaciones en azoteas) en una disposición de cuadrícula modular de entreSe colocan a una distancia de 23,5 a 26 pulgadas entre centros. También se pueden usar con cualquier tipo de adoquines, tarimas de madera o PVC, ya sean de hormigón vertido in situ, de hormigón armado o de cubierta elevada.

Al igual que los sistemas eléctricos de deshielo, los sistemas hidrónicos de deshielo pueden instalarse en o debajo del material de la superficie base (arena). La subrasante debe estar bien compactada con un material de base vial apropiado que cumpla con las directrices del ICPI (Instituto Internacional de Pavimentadores de Concreto) o del fabricante del pavimentador antes de comenzar la instalación de tubos o paneles térmicos. Un asentamiento irregular puede dañar el sistema y generar un pavimento estructuralmente débil. Los tubos pueden sujetarse con bridas a la malla de refuerzo, a las barras de refuerzo o grapados al aislamiento debajo de la losa. Los sistemas modulares de paneles térmicos aislados no requieren malla de refuerzo ni barras de refuerzo y se colocan en filas preconectadas sobre la subbase compactada. Cuando un sistema modular de paneles térmicos se coloca debajo de una losa de concreto, puede ser necesario colocar malla de refuerzo o barras de refuerzo dentro del monolito de concreto.

Los sistemas modulares de paneles de transferencia térmica fluida proporcionan un intercambio de calor completo y uniforme en toda la superficie del pavimento o concreto, a diferencia del espaciado que requiere un sistema basado en tubos. La cobertura total permite el uso de fluidos a menor temperatura, lo que reduce los costos operativos y minimiza el impacto térmico en la estructura del pavimento, disminuyendo así el deterioro de la superficie de concreto. Además, la superficie alcanza la temperatura óptima y se enfría más rápidamente.

Los sistemas modulares de deshielo también pueden utilizarse para captar energía solar térmica del pavimento en días cálidos para calentar piscinas y para usos domésticos o industriales. Asimismo, pueden emplearse para enfriar la superficie del pavimento, especialmente alrededor de piscinas o en terrazas pavimentadas sobre pedestales en azoteas, que se calientan mucho debido a que el pavimento está desacoplado del edificio, creando así una especie de batería solar que, a su vez, incrementa el efecto de isla de calor urbana en las inmediaciones.

En Japón, un sistema ampliamente utilizado conocido como shosetsu o yuusetsu derrite la nieve rociando agua subterránea calentada geotérmicamente sobre la superficie de la carretera. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los costos operativos varían según la región, la fuente de energía utilizada (electricidad, gas, propano , etc.) y los costos asociados. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE ) cuenta con estándares para lograr resultados satisfactorios y minimizar el consumo de energía al evitar el sobredimensionamiento o el sobrediseño del sistema. Los sistemas suelen diseñarse para producir entre 70 y 170 BTU por pie cuadrado por hora, según las directrices de ASHRAE para cada región. El tiempo necesario para derretir la nieve varía según la tormenta y la potencia que el sistema esté diseñado para producir.

Existen diversos dispositivos de activación para sistemas de deshielo. Algunos activadores son simples temporizadores manuales que mantienen el sistema encendido durante un tiempo determinado, mientras que otros detectan la temperatura y la humedad, o simplemente las condiciones de temperatura, para activar automáticamente el sistema de deshielo. Los dispositivos automáticos pueden instalarse en altura, en el pavimento o en la cuneta. Los dispositivos de alta gama cuentan con puntos de activación de temperatura ajustables, un ciclo de apagado con retardo ajustable y activación remota actualizable. El dispositivo de activación permite que el sistema de deshielo funcione de forma totalmente automatizada.

Los cables calefactores autorregulables controlan automáticamente la cantidad de calor suministrado, de modo que solo se calientan las partes cuyas temperaturas estén por debajo del punto de ajuste.

La correcta colocación de los sensores es fundamental para obtener un resultado eficaz al usar estos activadores. Los sensores de humedad deben ubicarse en un lugar donde recojan eficazmente la humedad de una tormenta de nieve y relativamente cerca de la zona que no debe estar cubierta de nieve ni hielo. Los sensores de temperatura se instalan en el exterior para detectar las mismas condiciones de temperatura que la superficie a la que estará expuesto el sistema de deshielo. Otros activadores, como temporizadores o interruptores manuales, pueden instalarse en un lugar conveniente.

Es posible realizar instalaciones de modernización con sistemas eléctricos cortando ranuras de 1 + 1/4 a 1 + 1/2 pulgadas de profundidad y de 1/4 a 3/8 de pulgada de ancho en el asfalto o el hormigón, insertando los cables y sellando las ranuras con una varilla de respaldo y un sellador o masilla especial en la superficie de la ranura .

En los últimos años, las alfombras térmicas para derretir nieve se han vuelto accesibles para los consumidores. Estas se conectan a una toma de corriente resistente al agua y se pueden colocar en aceras, entradas de vehículos, escaleras, rampas para sillas de ruedas y muelles de carga. ^{[ 5 ]}

Estas alfombrillas calefactables constan de dos capas de goma antideslizante con un elemento calefactor intermedio, y pueden derretir la nieve y el hielo en cuestión de horas o minutos (según el nivel de calor y la cantidad de nieve). Se activan al alcanzar una temperatura preestablecida mediante un termostato en línea opcional.

• Hipocampo
• Autopista inteligente
• Fundidor de nieve
• Calefacción por traza

• Woodson, R. Dodge. Calefacción por suelo radiante. Nueva York: McGraw-Hill, c. 1999.