Sistema de calefacción abierto: esquemas principales y características de instalación

Gracias a su facilidad de instalación, bajo costo y suficiente eficiencia, el sistema de calefacción abierto sigue teniendo demanda. Al comprender el principio de funcionamiento, el equipamiento y las reglas de montaje, usted podrá organizar el suministro de calefacción de su hogar por sí mismo.

Le explicaremos cómo diseñar un esquema de calefacción funcional de tipo abierto. Le sugeriremos cómo construir el sistema siguiendo estrictamente los requisitos y normas tecnológicos al seleccionar y conectar los elementos. Con nuestras recomendaciones, usted construirá un circuito eficaz que funcione sin fallos.

A los maestros independientes les ofrecemos conocer las opciones de montaje probadas en la práctica. La información presentada para su consideración se complementa con esquemas útiles, selecciones de fotos e instrucciones en video.

Equipamiento y principio de funcionamiento del sistema

En un sistema de calefacción por agua, el fluido actúa como intermediario en la transferencia de energía térmica desde la caldera hasta los radiadores. La circulación del refrigerante puede realizarse a grandes distancias, asegurando la calefacción de casas y espacios de diferentes tamaños. Esto explica la adopción generalizada del suministro de calor por agua.

El funcionamiento del sistema de calefacción de tipo abierto es posible sin el uso de una bomba. La circulación del refrigerante se basa en principios termodinámicos. El movimiento del agua por las tuberías se debe a la diferencia de densidad entre el líquido caliente y el frío, así como a la pendiente de las tuberías instaladas.

Un elemento indispensable del sistema es el tanque de expansión abierto, en el cual ingresan los excedentes del refrigerante calentado. Gracias al depósito, se produce una estabilización automática de la presión del líquido. El tanque se instala por encima de todos los componentes del sistema.

Todo el proceso de funcionamiento del «sistema de calefacción abierto» se divide convencionalmente en dos etapas:

1. Suministro. El refrigerante calentado se mueve desde la caldera hacia los radiadores.
2. Retorno. El excedente de agua caliente ingresa al tanque de expansión, se enfría y regresa a la caldera.

En los sistemas monotubo, la función de suministro y retorno la realiza una sola tubería principal; en los sistemas bitubo, las tuberías de suministro y retorno son independientes entre sí.

La densidad del agua caliente es menor que la densidad del agua fría, por lo que se genera una presión hidrostática en el sistema. Bajo presión, el agua caliente avanza hacia los radiadores.

El sistema de un solo tubo se considera el más simple y accesible para el montaje por cuenta propia. La estructura del sistema es elemental.

La configuración básica de un sistema de calefacción monotubo incluye:

• caldera de calefacción;
• radiadores;
• vaso de expansión;
• tubos.

Algunos renuncian a la instalación de radiadores y colocan una tubería de 8-10 cm de diámetro alrededor del perímetro de la casa. Sin embargo, los especialistas señalan que la eficiencia del sistema y la comodidad de operación se reducen con esta solución.

El esquema de un sistema monotubo de tipo abierto por gravedad es independiente de la energía eléctrica. Los costos de adquisición de tuberías, accesorios y equipos son relativamente bajos. Es posible el funcionamiento con calderas de diferentes tipos.

La opción de calefacción de dos tubos es más compleja en su diseño y más costosa de ejecutar. Sin embargo, los gastos y la complejidad de la construcción se compensan completamente al eliminar las deficiencias estándar de los sistemas de un solo tubo.

El portador de calor a temperatura uniforme se suministra casi simultáneamente a todos los radiadores, el agua enfriada se recoge mediante la tubería de retorno, sin pasar al siguiente radiador.

Para el servicio de cada dispositivo en el circuito de calefacción bitubular se instalan una tubería de suministro y una de retorno, de modo que el sistema suministra fluido térmico a la misma temperatura en todos los puntos, y el agua enfriada se recoge y se dirige a la caldera mediante el retorno – una tubería independiente del suministro.

Requisitos para la instalación y operación

Al instalar el suministro de calor de una casa, es importante tener en cuenta una serie de características del sistema de calefacción abierto:

1. Para garantizar una circulación normal, la caldera se instala en el punto más bajo de la tubería principal, y el vaso de expansión en el punto más alto.
2. El lugar óptimo para colocar el vaso de expansión es el ático. Durante el período frío, el depósito y la tubería ascendente de suministro dentro del ático sin calefacción deben aislarse.
3. La instalación de la tubería principal se realiza con el mínimo número de curvas, conexiones y accesorios.
4. En un sistema de calefacción por gravedad, el agua circula lentamente (0,1-0,3 m/s), por lo que el calentamiento debe ser gradual. No se debe permitir la ebullición, ya que acelera el desgaste de los radiadores y las tuberías.
5. Si el sistema de calefacción no se utiliza en invierno, es necesario drenar el líquido; esta medida mantendrá intactas las tuberías, los radiadores y la caldera.
6. El nivel del fluido térmico en el vaso de expansión debe controlarse y reponerse periódicamente. De lo contrario, se formarán bolsas de aire en la tubería principal, lo que reduce la eficiencia de los radiadores.
7. El agua es el fluido térmico óptimo. El anticongelante es tóxico y no se recomienda su uso en sistemas que tienen contacto libre con la atmósfera. Su uso es conveniente si no es posible drenar el fluido térmico durante el período sin calefacción.

Se presta especial atención al cálculo de la sección y la pendiente de la tubería. Las normas de diseño están reguladas por SNiP número 2.04.01-85.

En los circuitos con movimiento gravitatorio del fluido térmico, el tamaño de la sección de la tubería es mayor que en los sistemas con bomba, pero la longitud total de la tubería es casi la mitad. La pendiente de las secciones horizontales del sistema, de 2 – 3 mm por metro lineal, se aplica solo al instalar sistemas de calefacción con movimiento natural del fluido.

El incumplimiento de la pendiente al instalar sistemas con movimiento natural del fluido térmico provoca la formación de bolsas de aire en las tuberías y un calentamiento insuficiente de los radiadores alejados de la caldera. Como resultado, la eficiencia térmica se reduce.

Tipos de esquemas de suministro de calefacción abierto

En el sistema abierto de calefacción, el movimiento del refrigerante se realiza de dos maneras diferentes. La primera opción es la circulación natural o gravitatoria, la segunda es el impulso forzado o artificial mediante una bomba.

La elección del esquema depende del número de pisos y del área de la construcción, así como del régimen térmico previsto.

Circulación natural en la calefacción

En un sistema gravitatorio no hay ningún mecanismo para garantizar el movimiento del refrigerante. El proceso se lleva a cabo únicamente mediante la expansión del agua caliente. Para que el esquema funcione, se prevé un tubo ascendente de aceleración, cuya altura no es inferior a 3,5 m.

Si se descuida la instalación de un tubo ascendente de tránsito vertical, es muy probable que el refrigerante que sale de la caldera no desarrolle la velocidad suficiente

El sistema de suministro de calor de tipo circulación natural es óptimo para edificios de hasta 60 m² de superficie. La longitud máxima del circuito capaz de proporcionar calor se considera de 30 m. Un factor importante es la altura de la edificación y el número de pisos, que permiten instalar el tubo ascendente de aceleración.

El esquema de circulación natural no es adecuado para un régimen de baja temperatura. La expansión insuficiente del refrigerante no generará la presión necesaria en el sistema.

Posibilidades del esquema por gravedad:

1. Conexión a suelos radiantes. En el circuito de agua que va al suelo se instala una bomba de circulación. El resto del sistema funciona en modo normal. Cuando se corta la electricidad, la casa continúa calentándose.
2. Funcionamiento con caldera de ACS. El aparato de calefacción se instala en la parte superior del sistema, ligeramente por debajo del tanque de expansión.

Para garantizar un funcionamiento ininterrumpido, se puede instalar una bomba en la caldera de ACS. Entonces, el esquema de suministro de calor y producción de agua caliente sanitaria (ACS) pasa automáticamente a la categoría de opciones forzadas. Además, se instala una válvula de retención para evitar la recirculación del refrigerante.

Sistema forzado con bomba

Con el fin de aumentar la velocidad del refrigerante y reducir el tiempo de calentamiento de la habitación, se incorpora una bomba. El movimiento del flujo de agua aumenta a 0,3-0,7 m/s. La intensidad de la transferencia de calor aumenta y las ramas de la tubería se calientan uniformemente.

Los esquemas con bomba se construyen tanto de tipo abierto como cerrado. En los circuitos abiertos, el tanque de expansión se instala en el punto más alto del sistema. La presencia de la bomba permite aumentar la tubería entre la caldera de calefacción y los radiadores, tanto en altura como en longitud

Aspectos importantes de la organización de un sistema forzado:

1. El esquema con bomba incorporada depende de la energía eléctrica. Para que la calefacción de la habitación no se detenga al cortarse la electricidad, el equipo de bombeo se coloca en un bypass.
2. La bomba se instala antes de la entrada a la caldera en el tubo de retorno. La distancia hasta la caldera es de 1,5 m.
3. Al instalar la bomba, se tiene en cuenta la dirección del flujo de agua.

En el retorno se montan dos válvulas de cierre y un codo de derivación con la bomba de circulación. Cuando hay corriente en la red, las válvulas se cierran y el movimiento del fluido térmico se realiza a través de la bomba. Si no hay tensión, hay que abrir las válvulas; el sistema se reconfigurará para circulación natural.

En la tubería de suministro se debe instalar una válvula de retención. El elemento se coloca justo después de la caldera y evita la recirculación del fluido térmico cuando la bomba está en funcionamiento.

Opciones de distribución de tuberías en el sistema

La eficiencia, la economía y la estética del sistema de suministro de calor dependen del diseño de colocación de los aparatos de calefacción y de los tubos de conexión. La elección del cableado se determina en función de las características estructurales y el área de la casa.

Especificidad de los esquemas monotubo y bitubo

El agua calentada llega a los radiadores y regresa a la caldera de diferentes maneras. En un sistema de un solo circuito, el fluido térmico se suministra a través de una única tubería principal de gran diámetro. La tubería pasa por todos los radiadores.

Ventajas del sistema monotubo con circulación natural:

• mínimo consumo de materiales;
• facilidad de instalación;
• cantidad limitada de tuberías dentro de la vivienda.

El principal inconveniente del esquema con un solo tubo que cumple las funciones de suministro y retorno es el calentamiento desigual de los radiadores de calefacción. La intensidad del calentamiento y la transferencia de calor de las baterías disminuye a medida que se alejan de la caldera.

En una cadena larga de distribución y con muchos radiadores, la última batería puede resultar completamente ineficaz. Se recomienda instalar los aparatos de calefacción «calientes» en las habitaciones del lado norte, cuartos infantiles y dormitorios.

El esquema bitubo de calefacción está ganando terreno con seguridad. Los radiadores conectan la tubería de retorno y la de suministro. Entre las baterías y la fuente de calor se forman anillos locales.

Principales ventajas del sistema:

• todos los aparatos de calefacción se calientan de manera uniforme;
• posibilidad de ajustar el calentamiento de cada radiador por separado;
• fiabilidad de funcionamiento del esquema.

El sistema bitubo requiere mayores inversiones y costos de mano de obra. Realizar la instalación de dos ramales de comunicaciones a través de las estructuras de construcción será más complicado.

El sistema bitubo se equilibra fácilmente, suministrando fluido térmico a la misma temperatura a todos los aparatos de calefacción. Las habitaciones se calientan de manera uniforme.

Suministro superior e inferior del refrigerante

Dependiendo de la ubicación de la tubería principal que suministra el fluido térmico caliente, se distinguen la conexión superior y la conexión inferior.

En los sistemas de calefacción abiertos con distribución superior no es necesario utilizar dispositivos para la evacuación del aire. El exceso de aire se libera a través de la superficie del vaso de expansión que se comunica con la atmósfera.

Con la distribución superior, el agua caliente asciende por el conducto principal y se transfiere a los radiadores a través de las tuberías de distribución. La instalación de este sistema de calefacción es adecuada en casas de una y dos plantas y en viviendas particulares.

El sistema de suministro de calor con distribución inferior es bastante práctico. El tubo de suministro se coloca en la parte inferior, junto al retorno. El movimiento del refrigerante va de abajo hacia arriba. El agua, después de pasar por los radiadores, se dirige a la caldera a través de la tubería de retorno. Las baterías están equipadas con válvulas Mayevsky para eliminar el aire de la tubería principal.

En los sistemas de calefacción con distribución inferior surge la necesidad de utilizar dispositivos para la evacuación del aire, el más simple de los cuales es el grifo de Maevsky.

Columnas verticales y horizontales

Según la posición de los montantes principales, se distinguen los métodos de distribución vertical y horizontal. En la primera opción, los radiadores de todos los pisos se conectan a montantes verticales.

La distribución vertical se utiliza en la construcción de casas de dos, tres o más pisos con un ático, dentro del cual se puede tender y aislar la tubería.

Características de los sistemas «verticales»:

• ausencia de bolsas de aire;
• adecuado para la calefacción de edificios altos;
• conexión por piso al montante;
• dificultades en la instalación de contadores de calor de viviendas en edificios de varios pisos.

La distribución horizontal implica conectar los radiadores de un mismo piso a un único montante. La ventaja del esquema es que se utilizan menos tuberías para la instalación y el costo de instalación es menor.

Los montantes horizontales generalmente se utilizan en edificios de una y dos plantas. La instalación del sistema es relevante en casas de paneles de marco y edificios residenciales sin tabiques.

Instalación del tipo de calefacción por gravedad

Es mejor confiar el desarrollo del proyecto de un sistema por gravedad a especialistas en calefacción. En el documento se indica el tipo de calefacción, la forma de conexión de los radiadores y la circulación del fluido caloportador, los parámetros recomendados del equipo, la cantidad de radiadores y la longitud de la tubería.

Cálculo del sistema de suministro de calefacción

Es necesario determinar las características hidráulicas del sistema, que posteriormente ayudarán a seleccionar correctamente el diámetro óptimo de la tubería.

En un sistema de calefacción natural, se recomienda instalar la caldera en el sótano o en un local a nivel del suelo. Esto permite aumentar la longitud del montante de tránsito.

Para calcular el valor de la presión de circulación (Rts) es necesario tener los siguientes datos:

1. La distancia desde el centro de la caldera de calefacción hasta el centro del radiador (h). Cuanto mayor sea la distancia entre estos aparatos, más estable será la circulación.
2. Presión del agua enfriada (Ro) y calentada (Pr).

La presión de circulación depende únicamente de la diferencia de temperatura del fluido caloportador. Los valores exactos se pueden consultar en datos tabulares.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura del fluido caloportador, mayor será la presión en la tubería principal. Por lo tanto, es importante preocuparse por la temperatura «de entrada» del líquido.

El ancho de la sección de la tubería se ve afectado por el tipo de material. El diámetro de una tubería de acero debe ser de al menos 50 mm. Después de la bifurcación, la sección de la línea principal se reduce en un tamaño. El retorno, por el contrario, se compone con una posterior expansión.

Se presta especial atención al volumen del vaso de expansión. El tamaño del depósito no debe ser inferior al 5% del volumen total del fluido caloportador en el sistema. El incumplimiento del requisito provocará el drenaje del agua del sistema o la rotura de las tuberías.

Selección de los componentes principales

Para un sistema abierto, es mejor elegir una caldera que funcione con combustible sólido o fueloil. Está prohibida la instalación de calderas eléctricas y equipos de gas. A veces se forman bolsas de aire en la tubería principal; esto puede provocar una situación de emergencia.

La potencia del calentador se determina basándose en el cálculo – 1 kW de energía térmica por cada 10 m² de la casa. Dependiendo de la calidad del aislamiento de la habitación, se añade un 10-30% al valor obtenido.

La caldera se coloca en una habitación separada, equipada con circulación forzada de aire. El equipo se instala sobre un material resistente al fuego o un suelo hormigonado.

El vaso de expansión para un sistema de calefacción de tipo gravitatorio debe ser de acero. Es muy desaconsejable utilizar materiales poliméricos. Para la calefacción de una casa pequeña de una planta, es adecuado un depósito de 8 a 15 litros.

Para la instalación de la tubería se utilizan tuberías de los siguientes materiales:

1. Acero. Se caracterizan por una alta conductividad térmica y resistencia a altas presiones. Desventaja: dificultad de instalación y necesidad de utilizar equipo de soldadura.
2. Polipropileno. Principales ventajas: resistencia a fluctuaciones de temperatura, solidez, estanqueidad y facilidad de instalación. Vida útil: 25 años.
3. Metal-plástico. El material no se corroe, previene la obstrucción del circuito. Desventajas de la línea: vida útil limitada (hasta 15 años) y alto costo.
4. Cobre. Tuberías con máxima transferencia de calor y resistencia a altas temperaturas – hasta +500°C. Principal inconveniente: el alto costo del material.

En un circuito abierto de suministro de calor, se instalan radiadores fabricados con metales de alta resistencia.

Los modelos de acero son los más comunes. Tienen una relación óptima de parámetros principales: apariencia, precio y potencia térmica.

Los radiadores de acero, gracias a sus paredes finas, bajo peso y alta capacidad de transferencia de calor, se comparan con los convectores. El equipo calienta rápidamente las habitaciones debido al movimiento acelerado del aire.

Etapas de montaje del sistema abierto

Todo el proceso de organización de un sistema de calefacción por gravedad se puede dividir en varias etapas:

1. Instalación de la caldera. El equipo se fija en el suelo o se cuelga en la pared. La elección del método depende de las dimensiones de la caldera.
2. Tendido de tuberías según el esquema elegido y el proyecto desarrollado. Es importante respetar el ángulo de inclinación recomendado del circuito de tuberías.
3. Instalación de radiadores de calefacción y conexión al sistema.
4. Instalación del vaso de expansión y su aislamiento.
5. Conexión de todos los elementos, verificación de la estanqueidad de las uniones y puesta en marcha inicial del sistema.

Después de la caldera, en la tubería de suministro, es recomendable instalar un sensor de temperatura para controlar la eficiencia del sistema de calefacción.

La instalación del sistema de calefacción debe realizarse en la época cálida del año. La construcción de la línea y la puesta en servicio tomarán aproximadamente una semana.

Características del montaje del esquema forzado

Para que el sistema forzado dé resultado y funcione correctamente, es necesario seleccionar adecuadamente la bomba de circulación e insertarla correctamente en la tubería principal de suministro de calor.

Selección de la bomba de circulación

Los parámetros principales para seleccionar el equipo de bombeo son: la potencia del dispositivo y la altura de elevación. Estas características se determinan según el área de la habitación a calentar.

Indicadores aproximados:

• para casas de 250 m², es adecuada una bomba con una potencia de 3,5 m³/h y una altura de elevación de 0,4 atm;
• en espacios de 250-350 m² se instala un dispositivo de 4,5 m³/h con una altura de elevación de 0,6 atm;
• si el área de la casa es de 350-800 m², es recomendable adquirir una bomba con una potencia de 11 m³/h y una altura de elevación de al menos 0,8 atm.

En una selección más meticulosa, los especialistas consideran la longitud del sistema de calefacción, el tipo y número de radiadores, el material y diámetro de las tuberías, así como el tipo de caldera.

Instalación de la bomba en la tubería

La colocación de la bomba se realiza en el retorno, para que por el dispositivo pase un refrigerante no demasiado caliente. En la tubería de impulsión es posible instalar modelos modernos fabricados con materiales resistentes a altas temperaturas.

Al instalar la bomba, no se debe interrumpir la circulación de agua. Es importante que en cualquier punto de la tubería, durante el funcionamiento del equipo de bombeo, la presión hidrostática se mantenga en exceso.

Cuatro esquemas admisibles de sistemas de calefacción con circulación por bomba y tanque de expansión de tipo abierto. La presión hidrostática se mantiene en el nivel necesario.

Opción 1. Elevación del depósito de expansión. Una forma sencilla de convertir un sistema de circulación natural a forzada. Para llevar a cabo el proyecto se necesitará un espacio alto en el ático.

Opción 2. Traslado del tanque al montante lejano. Un proceso laborioso de reconstrucción del sistema antiguo, y para uno nuevo no está justificado. Existen métodos más simples y exitosos.

Opción 3. Tubería del tanque de expansión cerca de la conexión de la bomba. Para cambiar el tipo de circulación, es necesario cortar el depósito de la tubería de impulsión y luego conectarlo al retorno, después de la bomba de circulación.

Opción 4. La bomba está incluida en la tubería de impulsión. La forma más sencilla de reconstruir el sistema. Desventaja del método: condiciones de operación desfavorables para la bomba. No todos los dispositivos soportan altas temperaturas.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Video #1. Recomendaciones para el montaje de un sistema de calefacción con circulación natural:

Video #2. Procedimiento de instalación de la bomba de circulación:

Los aspectos importantes para configurar un sistema de calefacción eficiente son: elegir un esquema funcional, calcular los parámetros de la tubería, seleccionar los componentes y seguir la tecnología de instalación. La instalación por uno mismo es posible si se tienen habilidades de fontanería, pero es mejor confiar el desarrollo de un proyecto detallado a profesionales.

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