Sistema de calefacción de un tubo para una casa particular: esquemas + resumen de ventajas y desventajas

¿Ha considerado usted la instalación de calefacción por agua en su hogar? No es de extrañar, ya que el sistema de calefacción monotubo para una casa particular puede ser tradicional y absolutamente energéticamente independiente o, por el contrario, muy moderno y completamente automático.

Pero aún tiene dudas sobre la fiabilidad de esta opción – no sabe qué esquema elegir y qué «trampas» le esperan? Le ayudaremos a aclarar estas cuestiones – en el artículo se analizan los esquemas de instalación del sistema monotubo, sus ventajas y desventajas que aguardan al propietario de una casa con este tipo de calefacción.

El material del artículo incluye esquemas detallados y fotos ilustrativas de los elementos individuales utilizados en el montaje de la calefacción. Además, se ha seleccionado un video que analiza los matices de la instalación de un sistema monotubo con suelo radiante.

Principio de funcionamiento de la calefacción por agua

En la construcción de poca altura, la más extendida es una construcción simple, fiable y económica con una tubería principal. El sistema monotubo sigue siendo la forma más popular de organizar el suministro de calor individual. Funciona mediante la circulación continua de un portador de calor líquido.

Al desplazarse por las tuberías desde la fuente de energía térmica (caldera) hasta los elementos de calefacción y de regreso, cede su energía térmica y calienta el edificio.

El medio calefactor puede ser aire, vapor, agua o anticongelante, que se utiliza en viviendas de ocupación intermitente. Los más comunes son los esquemas de calefacción por agua.

La calefacción tradicional se basa en fenómenos y leyes físicas: expansión térmica del agua, convección y gravedad. Al calentarse por la caldera, el refrigerante se expande y genera presión en la tubería.

Además, se vuelve menos denso y, por lo tanto, más ligero. Empujado desde abajo por el agua fría más pesada y densa, se eleva, por lo que la tubería que sale de la caldera siempre se dirige hacia arriba tanto como sea posible.

Bajo la acción de la presión generada, las fuerzas de convección y la gravedad, el agua va hacia los radiadores, los calienta y, a su vez, se enfría.

Así, el refrigerante cede energía térmica, calentando la habitación. El agua regresa a la caldera ya fría, y el ciclo comienza de nuevo.

El equipo moderno que garantiza el suministro de calefacción de la casa puede ser muy compacto. Para su instalación, ni siquiera es necesario destinar una habitación especial.

El sistema de calefacción con circulación natural también se denomina por gravedad. Para asegurar el movimiento del fluido, se debe respetar el ángulo de inclinación de las ramas horizontales de la tubería, que debe ser de 2 – 3 mm por metro lineal.

El volumen del refrigerante aumenta al calentarse, generando presión hidráulica en la tubería principal. Sin embargo, como el agua no se comprime, incluso un pequeño exceso de presión provocará la destrucción de las estructuras de calefacción.

Por lo tanto, en cualquier sistema de calefacción se instala un dispositivo de compensación: un vaso de expansión.

En un sistema de calefacción por gravedad, la caldera se instala en el punto más bajo del circuito, y el vaso de expansión en el punto más alto. Todas las tuberías se colocan con pendiente para que el fluido caloportador pueda moverse por gravedad de un elemento del sistema a otro.

Diferencia entre sistemas monotubo y bitubular

Los sistemas de calefacción por agua se dividen en dos tipos principales: monotubo y bitubo. Las diferencias entre estos esquemas radican en la forma de conexión de los radiadores al circuito.

El circuito de calefacción monotubo – es un circuito cerrado en anillo. La tubería se tiende desde la unidad de calefacción, los radiadores se conectan en serie y se retorna a la caldera.

La calefacción con un solo circuito es sencilla de instalar y no requiere muchos componentes, por lo que permite ahorrar considerablemente en la instalación.

Los circuitos de calefacción monotubo con movimiento natural del fluido caloportador se disponen únicamente con distribución superior. Una característica distintiva – en los esquemas hay columnas de la tubería de suministro, pero no hay columnas para el retorno.

El movimiento del medio calefactor en la calefacción de dos tubos se realiza a través de dos conductos principales. El primero sirve para transportar el medio calefactor caliente desde el dispositivo de calentamiento hasta los circuitos emisores de calor, el segundo para devolver el agua enfriada a la caldera.

Los radiadores se conectan en paralelo: el líquido caliente entra a cada uno directamente desde el circuito de suministro, por lo que tiene prácticamente la misma temperatura.

En el radiador, el fluido caloportador cede energía y, enfriado, va al circuito de retorno – «retorno». Este esquema requiere el doble de accesorios, tuberías y válvulas, pero permite instalar configuraciones complejas ramificadas y reducir los costos de calefacción mediante la regulación individual de los radiadores.

El sistema bitubo calienta eficientemente grandes áreas y edificios de varios pisos. En casas de poca altura (1-2 pisos) con superficie inferior a 150 m², es más conveniente instalar un sistema de calefacción monotubo tanto desde el punto de vista estético como económico.

El esquema bitubo de conexión de radiadores no ha tenido una amplia difusión en la instalación de sistemas de calefacción individuales para casas particulares, porque es más difícil de instalar y mantener. Además, la duplicación de la cantidad de tuberías tiene un aspecto poco estético.

Variantes de instalación de calefacción monotubo

Elementos de cualquier sistema de calefacción:

• fuente de calor – caldera (de combustible sólido, eléctrica, de gas;)
• aparatos de calefacción – radiadores, circuitos de suelo radiante;
• dispositivo que asegura la circulación del medio calefactor – un tramo de aceleración especial de la tubería, bomba de agua;
• dispositivo que compensa la presión excesiva del medio calefactor en la tubería – vaso de expansión de tipo abierto o de tipo cerrado;
• tubos, accesorios y la correspondiente grifería.

El esquema de suministro de calor dependerá del tipo de dispositivos utilizados.

Sistemas con circulación natural y forzada

La circulación del fluido caloportador en el sistema de calefacción puede realizarse de forma natural – por acción de fenómenos físicos, o de forma forzada – mediante una bomba de circulación.

En el primer caso, el movimiento del fluido caloportador en el sistema es espontáneo y se denomina natural, en el segundo, forzado o artificial.

Teniendo en cuenta las características constructivas, los esquemas de calefacción monotubo se dividen en dos tipos. El primero – un esquema de flujo simple, obsoleto pero simple, el segundo – un esquema mejorado con bypass.

Para garantizar el movimiento del líquido en un sistema por gravedad, se necesita un tramo de aceleración. Se trata de una tubería vertical que sale de la caldera, por la que asciende el fluido caloportador caliente.

En el punto superior, la tubería se gira suavemente hacia abajo, por lo que el agua se precipita con aceleración por la tubería principal.

Para el esquema de calefacción con distribución superior, así como para casas de dos plantas, dicho tramo es el tubo de alimentación, ya que se eleva a un nivel suficiente.

Para la calefacción de un edificio de una planta con distribución horizontal inferior, se instala un colector de aceleración, cuya altura no debe ser inferior a 1,5 m desde el nivel del primer radiador.

El tramo de aceleración es un dispositivo que asegura la circulación del fluido caloportador en un sistema de calefacción por gravedad. El diámetro interior de las tuberías de este segmento de la línea principal debe ser mayor que el de su parte principal.

Por ejemplo, con un diámetro de tubería principal de 25-32 mm, para el colector de aceleración se elige una tubería de 40 mm de diámetro.

El punto superior del colector de aceleración se ubica en un lugar conveniente cerca de la caldera. La tubería del colector se baja de manera que se garantice una diferencia de altura suficiente entre la salida inferior del colector de aceleración y el punto inferior de la línea principal para mantener una pendiente constante de la tubería.

Las principales ventajas del sistema gravitatorio son la total independencia energética (en combinación con una caldera de combustible sólido), la simplicidad y la ausencia de dispositivos complejos.

Sin embargo, tiene bastantes desventajas:

• Para minimizar la resistencia hidráulica, los diámetros de las tuberías deben ser suficientemente grandes.
• Cada dispositivo y equipo integrado crea obstáculos al movimiento del fluido, por lo que en el sistema hay una cantidad mínima de válvulas de cierre. Esto dificulta las reparaciones, ya que requiere apagar completamente el sistema y drenar el fluido caloportador de la tubería principal.
• Para un funcionamiento fiable, el sistema gravitatorio debe calcularse y equilibrarse cuidadosamente, seleccionando los diámetros óptimos de las tuberías y el número de secciones de los radiadores. Los radiadores más alejados en el sistema deben ser más grandes que aquellos a los que el fluido caloportador llega después de salir de la caldera.

La instalación de una bomba de circulación en el sistema neutraliza casi todas sus desventajas. El dispositivo proporciona un impulso adicional al fluido caloportador, permitiéndole superar la resistencia hidráulica de los elementos de la tubería.

Los esquemas de calefacción monotubo forzada se implementan con mayor frecuencia en casas particulares.

Gracias a la modernización del sistema de flujo mediante la instalación de bypasses, el fluido caloportador a temperatura de trabajo llega prácticamente al mismo tiempo a todos los dispositivos.

La bomba se puede instalar en cualquier lugar de la línea principal. Pero hay que tener en cuenta que el agua caliente reduce su vida útil al afectar las piezas de goma (juntas y sellos).

Por lo tanto, es más conveniente instalar el equipo en la tubería de retorno, donde circula el fluido caloportador enfriado. Antes de él se debe incluir un filtro de limpieza gruesa para evitar la entrada de posibles contaminantes.

Es recomendable conectar todos los instrumentos y dispositivos de los sistemas de calefacción a través de válvulas de cierre y bypasses.

Dicha instalación permitirá reparar y mantener elementos individuales sin necesidad de detener todo el sistema y drenar completamente el agua.

El bypass puede ser no regulable y regulable. En el primer caso, consiste en un simple conducto que conecta la tubería de alimentación y la de retorno. En el segundo, está equipado con una válvula de cierre de tres vías.

Ventajas del sistema de calefacción con circulación forzada:

• Se pueden implementar esquemas más complejos y ramificados, aumentando la longitud de los circuitos;
• No es necesario aumentar los diámetros de las tuberías: la bomba genera en la línea una presión suficiente para el movimiento y la distribución uniforme del líquido;
• La circulación se realiza a una velocidad determinada y no depende del grado de calentamiento del fluido caloportador ni de la existencia de un tramo de aceleración;
• No es necesario mantener ángulos de inclinación al tender la tubería, ya que el movimiento del fluido caloportador es impulsado por la bomba.

Además, se pueden instalar dispositivos de regulación en cada radiador y mantener un modo de calefacción óptimo, reduciendo el consumo de energía y los gastos de calefacción.

Las desventajas de la calefacción forzada monotubo son solo tres:

• dependencia del suministro eléctrico;
• ruido – cierto zumbido que produce la bomba en funcionamiento;
• costo – un costo más alto en comparación con el esquema gravitacional del dispositivo.

Neutralizarlos es bastante simple. La dependencia eléctrica se resuelve instalando un generador eléctrico autónomo o la posibilidad de que el sistema pase al modo de circulación natural.

Para que el funcionamiento de la bomba sea prácticamente inaudible, basta con instalarla en una habitación no habitable: baño, aseo, sala de calderas.

En los puntos superiores de la línea, especialmente en calefacción forzada con tanque de expansión cerrado, es necesario prever la posibilidad de purgar el aire que se desprende del agua. Para los radiadores, son purgadores automáticos o grifos Maevski, para la tubería – separador de aire.

¿Sistema de calefacción abierto o cerrado?

Para evitar un aumento excesivo de la presión hidráulica en el sistema y sus fluctuaciones, se instala un tanque de expansión. Este recibe el exceso de agua al expandirse y luego la devuelve a la línea al enfriarse, restaurando el equilibrio del sistema.

Existen dos diseños fundamentalmente diferentes, que determinan el tipo de todo el sistema.

El tanque de expansión de tipo abierto es un recipiente parcial o totalmente abierto que se conecta a la línea en su punto más alto, inmediatamente después de la caldera.

Para evitar el desbordamiento de líquido por los bordes, se prevé un desagüe a un nivel determinado, a través del cual el exceso de agua se drenará al alcantarillado o al exterior.

En casas de una planta, el depósito de compensación a menudo se coloca en el ático; en este caso, es necesario aislarlo.

Para no tener que controlar constantemente el nivel del fluido térmico, se conecta una tubería de agua al tanque de expansión y se instala una válvula de flotador simple.

El sistema de calefacción con dicho dispositivo de compensación se denomina abierto. Se utiliza en instalaciones de suministro de calor independiente o combinado.

Implica el contacto directo del fluido térmico caliente con el aire, lo que provoca su evaporación natural y saturación con oxígeno.

En base a esto, el sistema abierto de suministro de calor se caracteriza por los siguientes inconvenientes:

1. Al instalar tuberías de sistemas gravitacionales, es obligatorio respetar las pendientes; en este caso, el aire liberado en el sistema se ventilará hacia el tanque y la atmósfera.
2. Es necesario controlar regularmente y reponer a tiempo el volumen de agua en el recipiente, evitando su evaporación excesiva.
3. No se puede utilizar anticongelante como fluido térmico, ya que al evaporarse libera sustancias tóxicas.

El oxígeno contenido en el líquido circulante provoca daños por corrosión en las piezas de acero de los aparatos de calefacción, reduciendo su vida útil.

Sin embargo, también tiene ventajas:

• No es necesario controlar constantemente la presión en la tubería;
• Incluso con pequeñas fugas, el sistema seguirá calentando la casa correctamente mientras haya suficiente cantidad de líquido en la tubería;
• Se puede reponer el fluido térmico en el sistema incluso con un cubo: simplemente vierta agua en el tanque de expansión hasta el nivel necesario.

El tanque de expansión de tipo cerrado consiste en un cuerpo resistente y hermético, cuyo volumen interno está dividido por una membrana en dos partes. Una cavidad se llena con aire, la otra se conecta a la tubería.

Al calentarse, el fluido térmico, al aumentar de volumen, empuja la membrana hacia la cámara de aire, que actúa como amortiguador. Al enfriarse el agua, la presión hidráulica disminuye y el aire comprimido equilibra el sistema, expulsando el exceso de agua de vuelta a la tubería.

Todos los tanques de tipo cerrado están equipados con una válvula de aire. En modo de emergencia, cuando la presión en la cámara de aire supera el límite permitido, libera el gas y protege el dispositivo contra daños.

El sistema con tanque de expansión de tipo membrana se denomina cerrado. Es un circuito hidráulico cerrado completamente sin acceso de aire.

El recipiente de compensación se puede instalar en cualquier lugar del sistema, pero lo más común es colocarlo en la tubería de retorno cerca de la caldera para facilitar el mantenimiento.

El sistema de calefacción cerrado se caracteriza por la presencia de una ligera sobrepresión. Por lo tanto, un elemento obligatorio de la tubería es el grupo de seguridad.

El nódulo consta de un purgador de aire, un manómetro y una válvula de seguridad para liberar el refrigerante en modo de emergencia. Se monta con válvulas de cierre en la tubería de suministro para poder desconectarlo en caso de reparación.

Si hay un ascenso de la tubería, se coloca en su punto más alto.

Esquema eficiente de sistema monotubo

Al diseñar la calefacción, se tienen en cuenta muchos factores: disponibilidad de suministro eléctrico estable y una habitación separada para el equipo (sala de calderas), número de pisos y distribución, estética de la futura construcción, etc.

En cada caso particular, la ubicación del equipo y sus métodos de conexión serán diferentes.

Para un espacio muy pequeño (una casa de campo), el más eficaz será un esquema de gravedad simple con conexión secuencial de las baterías directamente a la tubería principal.

Al instalar dos o tres radiadores, no es necesario instalar una gran cantidad de válvulas de cierre; en este caso, es más fácil vaciar el agua del sistema si es necesario.

En edificios de mayor superficie, el sistema de suministro de calefacción es una construcción compleja, a veces ramificada. En este caso, la opción óptima es la calefacción forzada según el esquema «Leningradka» con conexión diagonal de radiadores emisores de calor y bypasses regulables.

Este esquema garantiza el máximo calentamiento de la superficie de los radiadores y la posibilidad de ajustar y configurar el modo de funcionamiento. Para desconectar cualquier elemento del sistema, no es necesario vaciar el agua de toda la tubería.

Formas de conectar el radiador a la tubería principal

La disipación de calor de los radiadores depende del método de conexión a la tubería principal.

Existen tres tipos principales de conexión:

• Diagonal;
• Lateral;
• Inferior.

Examinemos las características de cada uno de estos métodos con más detalle.

Conexión diagonal o cruzada

La conexión diagonal o cruzada es la más eficaz. Se logra el máximo calentamiento de la batería en superficie y prácticamente no hay pérdida de calor.

Con este esquema, la tubería de suministro se conecta al racor superior del radiador, y la tubería de retorno se conecta al racor inferior, ubicado en el lado opuesto del aparato. Para dispositivos con un gran número de secciones, solo se utiliza el tipo de conexión diagonal.

Conexión lateral o unilateral

La conexión lateral, o unilateral, permite lograr un calentamiento uniforme de todas las secciones del aparato.

Para la conexión, las tuberías de suministro y retorno se colocan en un mismo lado. Este tipo de conexión se utiliza con mayor frecuencia en sistemas de calefacción con distribución superior.

La transferencia de calor de la calefacción con la conexión lateral de los radiadores, con suministro de arriba hacia abajo, es del 97 %. Con el movimiento inverso del refrigerante (de abajo hacia arriba), este valor es del 78 %.

Conexión inferior del radiador con la tubería

La conexión inferior no es el esquema de calefacción más eficiente. Sin embargo, se instala con bastante frecuencia, especialmente cuando la tubería principal se oculta bajo el suelo.

Las tuberías de suministro y retorno se conectan a las conexiones inferiores, ubicadas en lados opuestos del radiador.

El índice de transferencia de calor con la conexión inferior de los radiadores es del 88 %.

Ventajas y desventajas del sistema monotubo

La calefacción monotubo ha ganado gran popularidad en el ámbito de la construcción privada.

Las razones principales son el costo relativamente bajo de la instalación y la posibilidad de montarla por uno mismo, sin necesidad de contratar profesionales.

Pero el sistema de calefacción monotubo también tiene otras ventajas:

• Estabilidad hidráulica: la transferencia de calor de los demás elementos del sistema no varía al desconectar circuitos individuales, reemplazar radiadores o añadir secciones;
• El trazado de la tubería principal requiere una cantidad mínima de tuberías;
• Se caracteriza por una baja inercia y un tiempo de calentamiento reducido debido a la menor cantidad de refrigerante en la tubería principal en comparación con un sistema bitubo;
• Tiene un aspecto estético y no estropea el interior de la habitación, especialmente si la tubería principal se oculta;
• La instalación de válvulas de cierre de última generación – como termostatos automáticos y manuales – permite ajustar con precisión el modo de funcionamiento de toda la instalación, así como de sus elementos individuales;
• Estructura simple y fiable;
• Instalación, mantenimiento y operación sencillos.

Al conectar dispositivos de control y regulación al sistema de calefacción, se puede pasar a un modo de funcionamiento completamente automático.

Es posible la integración con el sistema «Hogar inteligente» – en este caso, se pueden configurar programas de modos de calefacción óptimos según la hora del día, la temporada y otros factores determinantes.

La tubería principal de la calefacción monotubo se puede ocultar completamente con el acabado final. Este aparato no solo no estropea la apariencia de la habitación, sino que se convierte en un detalle de la misma, un objeto de decoración.

El principal inconveniente de la calefacción monotubo es el desequilibrio en el calentamiento de los radiadores a lo largo de la tubería principal.

El refrigerante se enfría a medida que circula por el circuito. Por esta razón, los radiadores instalados lejos de la caldera se calientan menos que los cercanos. Por ello, se recomienda instalar radiadores de hierro fundido que se enfrían lentamente.

La instalación de una bomba de circulación permite que el refrigerante caliente los circuitos de calefacción de manera más uniforme; sin embargo, si la tubería es suficientemente larga, se observa un enfriamiento considerable del mismo.

El efecto negativo de este fenómeno se reduce de dos maneras:

1. En los radiadores alejados de la caldera se aumenta el número de secciones. Esto incrementa su superficie de conducción térmica y la cantidad de calor emitido, permitiendo calentar las habitaciones de manera más uniforme.
2. Se elabora un proyecto con la colocación racional de los radiadores en las habitaciones: los más potentes se instalan en las habitaciones infantiles, los dormitorios y las habitaciones «frías» (del norte, en esquina). A continuación, según el enfriamiento del refrigerante, van el salón y la cocina, y finalmente las habitaciones no residenciales y auxiliares.

Estas medidas minimizan los inconvenientes del sistema monotubo, especialmente para edificios de una o dos plantas con una superficie de hasta 150 m². Para estas viviendas, la calefacción monotubo resulta la más ventajosa.

Conclusiones y video útil sobre el tema

A la tubería principal de la calefacción monotubo no solo se conectan radiadores, sino también circuitos de suelo radiante. En el vídeo se muestra cómo realizar dicha instalación.

La calefacción monotubo es un sistema simple y fiable. Sin embargo, para una calefacción eficaz es necesario seleccionar cuidadosamente sus componentes individuales. Para ello, es recomendable consultar a un especialista, donde le ayudarán a realizar un cálculo estimativo.

¿No está de acuerdo con los esquemas presentados en nuestro artículo? ¿O tiene experiencia práctica en la instalación de calefacción monotubo en una casa particular? Su experiencia será útil para nuestros lectores. No dude en compartir sus conocimientos en los comentarios a continuación.