Calefacción a vapor en una casa particular y en una casa de campo basada en estufa o caldera

La calefacción eficiente de la vivienda – es una de las tareas más importantes para cada propietario. Una interesante opción para resolver esta tarea puede ser el sistema de calefacción a vapor, cuyos principios de funcionamiento y disposición difieren de los esquemas de agua habituales.

No es la opción más sencilla, que tiene sus puntos fuertes y débiles. Le explicaremos las reglas de instalación y organización, las características del funcionamiento del sistema con refrigerante de vapor. Usted aprenderá cómo instalar la calefacción a vapor en una casa particular y cómo operarla correctamente.

Principio de funcionamiento del sistema de vapor

Cuando el agua hierve a presión constante, mantiene su temperatura constante. El vapor resultante de tal ebullición posee una cantidad significativa de energía térmica. En el momento de la condensación, es decir, cuando el vapor se convierte en líquido, esta energía se libera y se transfiere al entorno.

Este principio se utiliza en el funcionamiento de los sistemas de calefacción a vapor. El agua hierve en la caldera, el vapor se desplaza por las tuberías hacia los radiadores, allí se condensa y cede calor, calentando así el aire de la estancia.

El agua obtenida en el proceso de condensación continúa su movimiento por las tuberías y regresa a un acumulador especial, y luego llega al calentador de forma natural o forzada, mediante una bomba.

Según la presión dentro del sistema de calefacción por vapor, se dividen en:

• de vacío-vapor;
• de baja presión;
• de alta presión.

En las primeras, la presión es inferior a 0,1 MPa; en las segundas – aún más baja – hasta 0,07 MPa; y en las terceras – superior a 0,07 MPa. Los sistemas abiertos de baja presión tienen acceso al aire de la atmósfera, pero también pueden ser cerrados, es decir, completamente herméticos.

En este esquema se muestran los principios de distribución de la calefacción por vapor. El dispositivo de calefacción debe colocarse más abajo que los radiadores, y al conducto de condensado se le da una pendiente.

En tales sistemas, se suele utilizar el llamado vapor saturado seco, que no contiene partículas suspendidas de agua. La cantidad de vapor en el sistema afecta su funcionamiento. Si hay muy poco vapor, esto generará problemas para el drenaje libre del condensado, y en la parte inferior del dispositivo de calefacción se acumulará aire frío.

Un volumen suficiente de vapor mejora el proceso de salida del condensado, que es desplazado hacia las paredes y fluye por ellas en forma de una fina película de agua.

En los sistemas cerrados, el agua después de la condensación ingresa inmediatamente al intercambiador de calor, pero a menudo se utilizan sistemas abiertos, en los que el refrigerante primero se acumula en un depósito y luego se bombea a la caldera para calentarlo.

El condensado puede llenar completamente las tuberías por las que se desplaza para calentarse, o solo parcialmente. La última opción es preferible, ya que al desconectar el sistema, las tuberías permanecerán secas.

Si el refrigerante de la calefacción por vapor después de la condensación se desplaza directamente a la caldera para su posterior calentamiento, el sistema se llama cerrado. Si el condensado primero se recoge en un depósito de almacenamiento, desde donde se bombea a la caldera mediante una bomba, el sistema se clasifica como abierto.

Características de los sistemas de baja presión

Una variante común de este sistema – es cerrada, utilizando el retorno por gravedad del condensado a la caldera, que no llena completamente las tuberías, y se emplea una distribución superior de las tuberías.

Primero, el sistema se llena de agua hasta el nivel necesario, después comienza el calentamiento. El condensado fluye por la columna común y, al alcanzar el nivel establecido, es desplazado hacia la caldera.

En un sistema similar con distribución inferior, se recomienda instalar tuberías con una ligera pendiente en la dirección del movimiento del vapor para reducir los efectos de ruido. En el punto de drenaje del condensado se dispone un sello hidráulico en forma de bucle que impide el paso del vapor hacia la línea de condensación.

La velocidad del vapor en estos sistemas debe ser moderada, no superior a 0,14 m/s. De lo contrario, el vapor arrastrará las partículas de humedad acumuladas en las paredes. Como resultado, el sistema funciona con mucho ruido y aumenta el riesgo de golpes de ariete.

El trazado combinado, es decir, la combinación de distribución superior e inferior, se utiliza cuando las tuberías se instalan bajo el suelo del piso superior o intermedio de la casa. En este caso, la luz de las tuberías por donde el agua regresa a la caldera quedará cubierta por el condensado.

Si la presión en el sistema supera los 0,02 MPa, se debe hacer abierto. El aire se elimina a través del depósito de condensado, y para que el vapor no escape del sistema, se instala una trampa de vapor o un sello hidráulico. El agua del depósito se bombea con una bomba hacia el intercambiador de calor, lo que permite colocar el depósito por debajo del nivel donde se encuentra el intercambiador.

El fluido caloportador para la calefacción de una casa particular con sala de calderas se calienta en el intercambiador de calor ubicado en la sala de calderas. Al alcanzar la temperatura de trabajo, el vapor se traslada al colector, que divide el flujo en dos circuitos: uno para las habitaciones principales y otro para la sala de calderas (+)

Evaluación de ventajas y desventajas

¿Qué tiene de bueno el sistema de calefacción por vapor? Es relativamente fácil de instalar incluso a partir de una estufa de leña común. Esto es especialmente relevante en áreas donde no hay suministro centralizado de gas y la leña u otro combustible sólido es fácilmente accesible.

El vapor como fluido caloportador supera significativamente al agua. La velocidad de calentamiento de las habitaciones es tres veces mayor. Además, es poco probable que el sistema de calefacción por vapor falle durante el frío invernal por falta de calefacción.

Si el horno se ha apagado, el agua del sistema se acumulará en el depósito o en el intercambiador de calor, y las tuberías y radiadores quedarán vacíos. En la calefacción por agua, la congelación del fluido caloportador, que llena todo el circuito, como es sabido, provoca la rotura de las tuberías.

Finalmente, el tamaño de los radiadores de calefacción por vapor debe ser significativamente menor que en los sistemas de agua, ya que la cantidad de energía térmica resultante aumenta varias veces. Esto reducirá ligeramente los costos de instalación del sistema de calefacción de la casa.

Las rejillas decorativas para radiadores de calefacción por vapor – no solo son un elemento de diseño de interiores, sino también un medio de protección contra quemaduras.

Aquí termina la lista de ventajas del sistema de vapor, y se puede pasar a sus desventajas, que son bastante significativas:

• alto riesgo de quemaduras;
• alto nivel de ruido durante el funcionamiento;
• dificultades para ajustar el funcionamiento del sistema;
• necesidad de adquirir tuberías costosas, etc.

Por normas de seguridad, la calefacción por vapor no se recomienda para viviendas, ya que representa un alto peligro para la salud y la vida de las personas que habitan en la casa.

Así, la temperatura de trabajo de los radiadores será muy alta, y al tocarlos se pueden sufrir quemaduras graves. Por lo tanto, todos los radiadores deberán cubrirse con rejillas decorativas seguras.

Los tubos de PVC comunes no son adecuados para este sistema, ya que deben soportar alta presión y temperaturas superiores a 100 grados. Estos mismos requisitos se aplican a los demás elementos del sistema. Las tuberías de calefacción por vapor deben ser de cobre o de acero galvanizado.

Las tuberías de cobre – una opción ideal, pero no barata, para las comunicaciones en sistemas de calefacción por vapor. Para unir estos tubos se necesitará una soldadora.

En cualquier caso, esto no se puede considerar económico. Se debe prestar la máxima atención a las cuestiones de seguridad. Todos los trabajos de instalación, como la soldadura de tuberías de cobre, requerirán una ejecución de la más alta calidad. Si una conexión se rompe y un chorro de vapor escapa por el orificio, algún residente de la casa corre el riesgo de sufrir quemaduras graves.

Las tuberías de acero inoxidable son capaces de soportar cargas típicas de los sistemas de calefacción por vapor, como alta temperatura y presión elevada en el sistema.

Otra desventaja de la calefacción por vapor – el alto nivel de ruido. Para solucionar este problema, se debe realizar correctamente la instalación de los radiadores. Se cuelgan en soportes antirruido especiales. Lo mejor es colocar la caldera o la estufa en una habitación separada. Además, las tuberías de cobre se pueden empotrar en el grosor de las paredes, lo que también reducirá el nivel de ruido.

Finalmente, regular la temperatura de calefacción en las habitaciones con calefacción por vapor es un poco difícil. No se puede instalar un termostato y simplemente reducir la cantidad de vapor. Habrá que reducir la cantidad de combustible, lo que no siempre es sencillo, o ventilar las habitaciones. Antes de comenzar los trabajos de instalación de un sistema de calefacción por vapor, se deben tener en cuenta todos estos aspectos.

Diseño del sistema de calefacción a vapor

Incluso para una habitación pequeña, es mejor elaborar un proyecto. Un sistema hecho al azar probablemente requerirá modificaciones pronto, mientras que un esquema en papel permitirá identificar de inmediato los puntos débiles y corregirlos.

Por ejemplo, para crear un sistema con circulación natural del refrigerante, el intercambiador de calor, y en consecuencia el aparato de calefacción, debe colocarse en el punto más bajo de la casa.

La tubería de vapor y la tubería de condensado de los sistemas de calefacción con circulación natural del refrigerante se instalan con pendiente en la dirección de su movimiento (+)

Esto significa que la estufa o la caldera deben estar por debajo de todos los radiadores, así como de las tuberías que no están colocadas verticalmente, sino horizontalmente o en ángulo con la vertical.

Si no es posible colocar el dispositivo de calefacción de esta manera (la casa no tiene sótano, el sótano se utiliza para otros fines, etc.), se debe optar por la calefacción con circulación forzada.

En el esquema se muestra un sistema de calefacción con circulación forzada. Para su instalación se necesitará una bomba de circulación y un tanque de almacenamiento.

Por lo tanto, en el esquema de calefacción de vapor es necesario incluir una bomba que impulse agua hacia el intercambiador de calor. Un punto importante en el diseño del sistema de calefacción – es el orden de conexión de los radiadores. La conexión en serie o el llamado sistema monotubo implica la conexión de todos los radiadores en orden.

Como resultado, el refrigerante se moverá secuencialmente por el sistema, enfriándose gradualmente. Esta es una opción de conexión económica, que es más fácil de instalar y resultará más barata.

Pero la uniformidad del calentamiento con este método se verá afectada, ya que el primer radiador será el más caliente, y al último el refrigerante llegará en un estado ya medio enfriado.

La conexión monotubo de los radiadores, como se ve en este esquema, implica una instalación en serie. Al último radiador el refrigerante llega ya enfriado.

La solución monotubo puede ser aceptable solo para la instalación de calefacción por vapor en una casa de campo o en una casa pequeña, con una superficie de menos de 80 m². Y para una casa espaciosa o una construcción de dos pisos, es más adecuado un sistema bitubo, en el que los radiadores se conectan en paralelo.

El esquema con un solo tubo asegura la llegada simultánea, no secuencial, del refrigerante a cada radiador, y el calentamiento de las habitaciones se realiza de manera más uniforme. Pero en un circuito bitubo, a cada radiador habrá que llevar dos tubos: el de ida y el de retorno.

Este sistema es más complejo de implementar y resultará un poco más costoso que la instalación de un sistema monotubo. Sin embargo, la gran mayoría de los sistemas de calefacción por agua se realizan con esquema bitubo, a pesar de las dificultades, y funcionan con bastante éxito.

En este esquema se muestra un sistema de dos tubos para la instalación de radiadores de calefacción a vapor. Cada radiador se conecta a un montante común y tiene una tubería de retorno, lo que garantiza una distribución uniforme del refrigerante.

Si se prevé utilizar una estufa de leña como fuente de calor, entonces se debe calcular y diseñar inmediatamente un intercambiador de calor especial. Tiene la forma de una bobina soldada con tubos metálicos. Este elemento se integra directamente en la estructura de la estufa, no se instala por separado.

Por lo tanto, el diseño de la nueva estufa también debe considerarse en la etapa de planificación. También se puede utilizar una estufa existente, pero habrá que desmontarla parcialmente para instalar el intercambiador de calor en su interior.

Para obtener 9 kW de calor, se necesita un intercambiador de calor con una superficie de aproximadamente un metro cuadrado. Cuanto mayor sea el área a calentar, mayores deben ser las dimensiones del intercambiador de calor.

Si se prevé calentar el local con una caldera, entonces todo es un poco más sencillo: hay que comprarla e instalarla. Normalmente, para la calefacción a vapor en una casa se recomienda elegir un modelo de caldera de tubos de agua, por ser el más eficiente.

Aunque los modelos pirotubulares, de tubos de humo o combinados también pueden ser una opción perfectamente aceptable.

A veces, para organizar la calefacción de vapor se utiliza una caldera casera, en la que se quema aceite de motor usado. Pero esta opción se considera adecuada para su uso en cuartos de servicio, por ejemplo, en un garaje. Para una vivienda, esta opción no es demasiado buena.

Instalación a partir de una estufa de leña

Si el proyecto está listo, es hora de abastecerse de los materiales y herramientas necesarios. El proyecto elaborado previamente permitirá calcular la cantidad necesaria de elementos del sistema.

En él deben estar marcados todos los codos, conexiones, tes, lugares de instalación de los radiadores, etc. Además, es necesario adquirir abrazaderas para tuberías, así como soportes en los que se fijarán los radiadores.

La caldera del sistema de calefacción a vapor, instalada sobre la base de una estufa de leña, se coloca directamente en ella. A la caldera se conectan la tubería de vapor y la tubería de condensado.

La longitud de las tuberías también se calcula según el esquema. Para reducir la presión de vapor en el sistema si es necesario, se necesitará una válvula reductora de presión. Se necesita un sello hidráulico para permitir el drenaje completo del sistema para limpieza, mantenimiento o reparación.

Se recomienda instalar una válvula de cierre frente a cada radiador, que permita desconectarlo para reparación, lavado o reemplazo. También se instalan en los radiadores grifos de Mayevski para purgar el aire que haya entrado en el sistema. Aunque el vapor es una sustancia gaseosa y no líquida, la presencia de aire en el sistema puede afectar negativamente su eficiencia.

Para que el proceso de condensación ocurra precisamente en los radiadores y no en el acumulador o en la columna, se recomienda instalar a la salida un tee con tapón, a través del cual solo pasará agua. Si se ha planificado la instalación de un sistema con circulación forzada, se necesitará una bomba de circulación. Además, se necesita un recipiente para recoger la humedad condensada.

Los sistemas por gravedad no necesitan tales dispositivos. Pero la tubería por la que el agua se dirige al intercambiador de calor debe ser lo suficientemente ancha para asegurar un movimiento rápido del líquido para su posterior calentamiento.

La ausencia en el sistema de calefacción a vapor de la válvula reductora de presión, cuyo dispositivo se muestra en el esquema, puede provocar daños graves debido a la presión excesiva

Además de las herramientas de montaje habituales, será necesario un equipo de soldadura para la conexión de tubos de cobre. Las estructuras de acero galvanizado suelen tener uniones roscadas que deben sellarse cuidadosamente. Si se planea la instalación de calefacción de vapor desde una estufa, habrá que comenzar con la fabricación del intercambiador de calor.

El intercambiador de calor de calefacción a vapor, que se instala en una estufa de leña, consiste en un sistema de tubos metálicos huecos por los que circula agua. El elemento puede tener una forma arbitraria, correspondiente a las dimensiones y forma de la estufa.

Se suelda con tubos metálicos de 2,5-3 mm de espesor o incluso un poco más gruesos. El intercambiador de calor puede fabricarse en forma de serpentín o en cualquier otra forma. Lo principal es que el dispositivo quepa dentro de una estufa de leña, y que su superficie sea lo suficientemente grande para calentar el agua y generar vapor.

La calidad de la soldadura del intercambiador de calor debe ser, sin exageración, ideal. Incluso las cavidades microscópicas en las costuras son inaceptables, ya que el dispositivo estará sometido a la presión elevada del vapor caliente. Después de que el intercambiador de calor esté listo para la instalación, se debe verificar cada costura de soldadura.

Para ello, primero se untan todas las costuras con tiza blanca. Luego se cierra una de las aberturas del intercambiador de calor y se vierte queroseno en la segunda hasta que el dispositivo se llene hasta arriba. Ahora hay que esperar un poco y luego evaluar el estado de las costuras. Si hay grietas, el queroseno se filtrará a través de ellas, y en esos lugares la tiza se oscurecerá.

Los defectos detectados se corrigen y luego se realiza la verificación nuevamente para asegurar la integridad del dispositivo. Ahora se debe limpiar y luego comenzar la colocación de la estufa de leña. El intercambiador de calor se integra de manera segura en la cámara de combustión, y a su entrada y salida se conectan tuberías que luego se utilizan para conectar el intercambiador de calor con el sistema de calefacción de la casa.

La construcción de la estufa se finaliza en el orden habitual para este tipo de estructuras. A continuación, se realiza el montaje de las tuberías y radiadores del sistema de calefacción según el proyecto previamente elaborado. Primero se instalan los radiadores, utilizando soportes que amortiguarán el ruido del funcionamiento de la calefacción por vapor.

En cada radiador se instalan grifos de Mayevsky para poder purgar el aire. Se necesitarán una válvula de cierre más que la cantidad de radiadores, ya que se debe instalar una válvula de cierre general al comienzo del sistema. Ante esta válvula también se colocan una válvula reductora y una unidad reductora de enfriamiento.

Al final, si así lo prevé el proyecto, se instala un acumulador para el fluido caloportador y una bomba de circulación. Para los sistemas con circulación natural, y no forzada, el tanque y la bomba no son necesarios. Pero al tubo que conduce al intercambiador de calor se le debe dar una pequeña pendiente, de aproximadamente 3 mm por cada metro.

Las calderas modernas para calefacción por vapor en el hogar – son dispositivos fiables que funcionan con diversos combustibles y están equipados con sistemas de control automatizados.

Los sistemas con caldera de vapor se montan aproximadamente de la misma manera: según el proyecto y teniendo en cuenta las características del equipo. Por ejemplo, la válvula reductora y el enfriador probablemente no sean necesarios, ya que el sistema de control de presión y temperatura del vapor ya está integrado en la caldera.

Algunos consejos útiles

Al instalar el sistema de calefacción por vapor, se debe recordar que todos sus elementos deben soportar altas temperaturas, superiores a 100 grados. Por ejemplo, un expansor de membrana común como depósito de reserva en caso de aumento del volumen del fluido térmico no es adecuado, porque su máximo – son 85 grados.

La chimenea de la estufa en la que está integrado el intercambiador de calor se ensuciará más rápido que la de una estufa normal. Por lo tanto, la limpieza de la chimenea debe planificarse y realizarse con mayor frecuencia.

La estufa con intercambiador de calor también se puede usar para cocinar si se desea, pero no es muy práctico. En verano, cuando no se necesita calefacción, esta estufa no se puede encender. Habrá que buscar una alternativa. Es más sencillo si en la casa hay una estufa separada y cómoda para la cocina.

Acerca de cómo diseñar y montar un sistema de calefacción de vapor con sus propias manos, se describe detalladamente en este artículo, que recomendamos leer.

Conclusiones y video útil sobre el tema

La experiencia práctica de convertir una estufa de leña en una caldera de calefacción por vapor se presenta en este video:

La continuación del proceso de montaje de la calefacción por vapor se puede ver en este archivo:

Acerca de la diferencia entre la circulación forzada y la natural en los sistemas de calefacción se explica detalladamente aquí:

La calefacción por vapor – no es la opción más simple de implementar de un sistema de calefacción autónomo. Pero con un diseño y montaje adecuados, con vapor es posible proporcionar a su hogar la cantidad necesaria de calor de manera eficiente y relativamente económica.

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