Cómo están estructurados los sistemas de calefacción con circulación por bomba: esquemas de organización

Garantizar el movimiento natural del refrigerante a través del circuito de calefacción no siempre es posible, incluso para los expertos. A veces sucede que el agua se mueve por el sistema, pero no llega suficiente calor a la casa.

Cada vez más, los propietarios de casas particulares prefieren instalar sistemas de calefacción con circulación por bomba, que son bastante variados y cómodos. En este artículo hemos revisado los esquemas principales de organización de la calefacción forzada, complementando el material con ilustraciones claras y fotos.

También hemos seleccionado videos útiles con recomendaciones de expertos sobre la instalación de equipos de bombeo para el sistema de calefacción. Esto permitirá comprender en detalle la cuestión de la instalación de la bomba.

Principio de funcionamiento del sistema forzado

La bomba de circulación – es un pequeño dispositivo eléctrico de construcción extremadamente simple. En el interior de la carcasa se encuentra un impulsor que gira y proporciona la aceleración necesaria al refrigerante que circula por el sistema. El motor eléctrico que acciona la rotación consume muy poca electricidad, solo 60-100 W.

La presencia de este dispositivo en el sistema simplifica significativamente su diseño e instalación. La circulación forzada del refrigerante permite utilizar tubos de calefacción de pequeño diámetro y amplía las posibilidades a la hora de elegir la caldera de calefacción y los radiadores.

Muy a menudo, un sistema diseñado inicialmente para circulación natural funciona de manera insatisfactoria debido a la baja velocidad del fluido caloportador en las tuberías, es decir, baja presión de circulación. En este caso, la instalación de una bomba ayudará a resolver el problema.

Sin embargo, no debe dejarse llevar demasiado por la velocidad del agua en las tuberías, ya que no debe ser excesivamente alta. De lo contrario, con el tiempo la estructura podría no soportar la presión adicional para la cual no fue diseñada.

Si en los sistemas con circulación natural del refrigerante se puede usar un vaso de expansión abierto, en los esquemas forzados se debe preferir un recipiente hermético cerrado.

Para viviendas se recomiendan las siguientes normas límite de velocidad de movimiento del refrigerante:

• Con diámetro nominal de tubería de 10 mm – hasta 1,5 m/s;
• Con diámetro nominal de tubería de 15 mm – hasta 1,2 m/s;
• Con diámetro nominal de tubería de 20 mm o más – hasta 1,0 m/s;
• Para cuartos de servicio de viviendas – hasta 1,5 m/s;
• Para edificios auxiliares – hasta 2,0 m/s.

En sistemas con circulación natural, el vaso de expansión suele colocarse en la tubería de impulsión. Pero si el diseño se complementa con una bomba de circulación, generalmente se recomienda trasladar el depósito al retorno.

El dispositivo de la bomba de circulación es muy simple; la función de este aparato es dar al refrigerante una aceleración suficiente para superar la resistencia hidrostática del sistema.

Además, en lugar de un tanque abierto, se debe instalar uno cerrado. Solo en un apartamento pequeño, donde el sistema de calefacción tiene una extensión reducida y un dispositivo simple, se puede prescindir de tal cambio y usar el viejo vaso de expansión.

Cálculos para sistemas de calefacción forzada

Un sistema correctamente organizado con circulación forzada requiere cálculos de ingeniería complejos. Sin embargo, algunas fórmulas permiten evaluar el estado del sistema y tener una idea más precisa de las modificaciones necesarias, especialmente si se trata de una casa pequeña o un apartamento. La potencia del equipo de calefacción generalmente se selecciona en función del tamaño de las habitaciones que se van a calentar.

Normalmente, los fabricantes recomiendan que el caudal del refrigerante, expresado en litros por minuto, corresponda a la cantidad de kilovatios de potencia de la caldera. Esto significa que para una caldera de 40 W, el caudal de refrigerante más adecuado será de 40 l/min.

De la misma manera se calcula el caudal de agua para una habitación individual o un grupo de habitaciones. En este caso, se toma como referencia la potencia total de los radiadores instalados en el área.

La velocidad de desplazamiento del refrigerante a través del circuito del sistema de calefacción depende en gran medida de qué tan correctamente se haya seleccionado el diámetro de las tuberías.

El diámetro de las tuberías de calefacción se determina de acuerdo con el caudal establecido del refrigerante:

• con un caudal de 5,7 l/min se necesitan tuberías de media pulgada;
• con un caudal de 15 l/min se necesitan tuberías de tres cuartos de pulgada;
• con un caudal de 30 l/min se necesitan tuberías de una pulgada;
• con un caudal de 53 l/min se necesitan tuberías de una pulgada y cuarto;
• con un caudal de 83 l/min se necesitan tuberías de una pulgada y media;
• con un caudal de 170 l/min se necesitan tuberías de dos pulgadas;
• con un caudal de 320 l/min se necesitan tuberías de dos pulgadas y media, etc.

Para determinar los parámetros de la bomba de circulación adecuada, es necesario medir la longitud de todo el circuito de calefacción al que se conectará. Para diez metros de sistema, se necesita una altura de bomba de 0,6 m. Mediante cálculos simples, obtenemos que para un sistema de 60 metros de longitud se necesitará una bomba de 3,6 m.

Sin embargo, estos parámetros solo son válidos para un sistema en el que se ha seleccionado correctamente el diámetro de las tuberías, como se indicó anteriormente. Si se utilizan tuberías demasiado estrechas, será necesario elegir una bomba más potente para superar la presión hidráulica excesiva que se genera en el sistema debido a una selección incorrecta de las tuberías.

Hemos presentado recomendaciones detalladas para la selección de la bomba de circulación en este artículo.

El purgador automático de aire o el dispositivo mecánico para eliminar el exceso de aire, el grifo de Mayevsky, son necesarios para evacuar el aire de un sistema cerrado. Estos dispositivos son esenciales en los circuitos de calefacción y permiten prevenir el problema del aire atrapado. Se colocan en radiadores, en montantes de suministro y también en puntos problemáticos de esquemas de calefacción complejos.

Esta regla también funciona en sentido contrario: si las tuberías son más anchas de lo necesario según la normativa, se debe reducir la potencia calculada de la bomba de circulación.

Un componente importante de los sistemas de calefacción forzada es el grupo de seguridad:

Los especialistas recomiendan adquirir no uno, sino dos de estos dispositivos a la vez. Uno – principal, y el segundo – de repuesto. Puede instalarse en el bypass o guardarse en el armario.

La bomba de circulación suele ser resistente a averías, pero es sensible a la calidad del agua en el circuito de calefacción. Para prolongar la vida útil del equipo de calefacción, tiene sentido prever la filtración del fluido caloportador y medidas oportunas de lavado del sistema.

Esquemas de sistemas con circulación por bomba

Los sistemas de calefacción con circulación forzada se diferencian de la siguiente manera:

• como sistemas monotubo o bitubo (opción de conexión de tuberías a los radiadores);
• con columnas verticales o tuberías principales horizontales;
• sin retorno o con flujo de retorno del refrigerante
• con distribución superior o inferior.

Los sistemas monotubo se ven cada vez menos, ya que sus desventajas superan significativamente a sus ventajas. Es una opción muy simple, en la que los radiadores se conectan en serie. El refrigerante pasa sucesivamente a través de cada aparato de calefacción, enfriándose gradualmente.

Obviamente, con este esquema, los primeros radiadores calentarán la habitación mejor que los que están al final del sistema. Es necesario instalar más radiadores en el tramo final de la tubería principal que al inicio, para suavizar la diferencia de temperatura.

Los sistemas de calefacción monotubo son simples de implementar y no resultarán costosos, pero el problema de calentamiento desigual y la dependencia de la avería de un solo radiador los han hecho prácticamente no demandados en las condiciones actuales.

Este tipo de sistema es muy inconveniente, ya que no se puede apagar solo un radiador en caso de avería; habría que drenar el refrigerante de todo el circuito. El esquema bitubo supone conectar cada radiador en paralelo mediante dos tuberías a la tubería principal común.

Por supuesto, para ello se necesitarán más materiales; el costo total y el tiempo de instalación serán mayores que al usar la opción monotubo.

Los sistemas de calefacción bitubo permiten calentar uniformemente cada habitación, y la avería de un radiador no será motivo para apagar todo el circuito.

En cada radiador con conexión bitubo se instalan válvulas de cierre. Esto permite, si es necesario, retirar o apagar solo un radiador, mientras que los demás elementos del sistema continúan funcionando normalmente.

El calentamiento con este esquema se realiza de manera uniforme, ya que el refrigerante llega a cada radiador a través de una línea independiente y luego regresa a la caldera para calentarse, en lugar de desplazarse por los demás radiadores.

Las columnas verticales se utilizan en edificios de varios pisos; a ellas es conveniente conectar radiadores ubicados en diferentes pisos. La estructura vertical facilita la rápida extracción del aire que ingresa al sistema, lo que reduce significativamente la probabilidad de formación de bolsas de aire.

La creación de un sistema de calefacción vertical no resultará barata, pero es un esquema eficaz y resistente a la formación de bolsas de aire, ideal para su instalación en edificios de varios pisos.

En los esquemas horizontales, la tubería principal a la que se conectan los radiadores en paralelo se encuentra, como su nombre indica, en un plano horizontal. Este tipo de sistema es adecuado para calentar edificios de una sola planta con gran superficie.

Una opción relativamente económica no está exenta de la formación de bolsas de aire. Para prevenir este tipo de problema, se utilizan purgadores automáticos. Hemos detallado las reglas para eliminar una bolsa de aire del sistema de calefacción aquí.

Los sistemas de calefacción horizontales son relativamente económicos; normalmente se utilizan en el diseño de edificios de gran superficie de una o dos plantas.

El calentamiento desigual no solo es característico de los sistemas monotubo, sino también de la variante de calefacción sin retorno, que está bastante extendida.

En este esquema, la entrada del refrigerante se realiza en dirección opuesta al movimiento del retorno. Como resultado, en el sistema aparecen radiadores que reciben un refrigerante ya algo enfriado, el cual después de ellos pasa a la tubería de retorno.

En los sistemas sin retorno, los radiadores alejados de la columna de suministro reciben menos calor que los situados cerca de ella. En los esquemas con movimiento concurrente, todos los elementos del sistema funcionan en un modo equivalente.

En consecuencia, a los primeros radiadores desde la columna llega más calor, y a los alejados, menos. En áreas pequeñas, este aspecto puede no ser tan notable, pero en casas espaciosas se notará. En esta situación, se recomienda realizar varias tuberías principales de menor longitud en lugar de una larga, para que todo el refrigerante circule por las ramas con una temperatura aproximadamente igual.

El esquema de retorno inverso se basa precisamente en la misma longitud de los anillos de circulación en toda la casa, lo que permite lograr una uniformidad de calefacción excepcionalmente precisa. Sin embargo, implementar esta variante de distribución no es sencillo, ya que será necesario tender una gran cantidad de tuberías.

La distribución superior en los sistemas de calefacción se utiliza cuando se dispone de un ático, donde se puede instalar un vaso de expansión. Si no se dispone de esta posibilidad, se puede implementar con éxito la distribución inferior de la calefacción.

Las distribuciones superior e inferior reciben su nombre según la ubicación de la tubería de impulsión. En el primer caso, el fluido caloportador ingresa al sistema desde arriba, y en el segundo – desde abajo.

En la distribución superior, el vaso de expansión se instala en el punto más alto del sistema, y el fluido caloportador se distribuye por el sistema bajo la acción de la gravedad. El retorno aquí estará por debajo de los radiadores. Para implementar este proyecto en una casa particular, se requiere un ático, donde se instala el depósito.

Si no se dan las condiciones para la distribución superior, se utiliza la segunda opción, donde el suministro de fluido caloportador se realiza desde abajo, y el retorno se encuentra por encima de los radiadores. La tarea de mover el fluido caloportador a una velocidad suficientemente alta recae principalmente en la bomba de circulación.

Este esquema se monta gradualmente, desde el piso inferior al superior, haciendo que la tubería de impulsión tenga una ligera pendiente para evitar la formación de bolsas de aire.

Para eliminar las bolsas de aire, las tuberías de calefacción se equipan con purgadores de aire automáticos:

¿Dónde colocar la bomba de circulación?

La mayoría de las veces, la bomba de circulación se instala en el retorno, no en la impulsión. Se considera que aquí el riesgo de desgaste rápido y avería del dispositivo es menor, ya que el fluido caloportador ya se ha enfriado. Pero para las bombas modernas esto no es necesario, ya que están equipadas con cojinetes con la llamada lubricación por agua. Están diseñadas precisamente para estas condiciones de funcionamiento.

Esto significa que se puede instalar la bomba de circulación también en la tubería de impulsión, más aún porque aquí la presión hidrostática del sistema es menor. La ubicación del dispositivo divide condicionalmente el sistema en dos partes: la zona de impulsión y la zona de aspiración. La bomba instalada en la impulsión, justo después del vaso de expansión, extraerá agua del depósito y la impulsará al sistema.

La bomba de circulación en el sistema de calefacción divide el circuito en dos partes: la zona de impulsión, a la que ingresa el fluido caloportador, y la zona de depresión, de la cual se extrae.

Si, en cambio, la bomba se instala en el retorno antes del vaso de expansión, impulsará agua hacia el interior del vaso, extrayéndola del sistema. Comprender esto ayudará a tener en cuenta las particularidades de la presión hidráulica en diferentes puntos del sistema. Cuando la bomba funciona, la presión dinámica en el sistema con una cantidad constante de fluido caloportador se mantiene constante.

Es importante no solo elegir el lugar óptimo para montar el equipo de bombeo, sino también instalarlo correctamente. Le recomendamos que se familiarice con los detalles de la instalación de la bomba de circulación.

El vaso de expansión genera la llamada presión estática. Con respecto a este indicador, en la zona de impulsión del sistema de calefacción se crea una presión hidráulica elevada, y en la zona de depresión, – una presión reducida.

La depresión puede ser tan fuerte que alcance el nivel de la presión atmosférica o incluso sea inferior, lo que crea condiciones para la entrada de aire del entorno en el sistema.

En la zona de aumento de presión, el aire puede, por el contrario, ser expulsado del sistema; a veces se observa ebullición del fluido caloportador. Todo esto puede provocar un funcionamiento incorrecto del equipo de calefacción. Para evitar estos problemas, se debe garantizar una presión excesiva en la zona de aspiración.

Para ello se puede utilizar una de las siguientes soluciones:

• elevar el vaso de expansión a una altura no menor de 80 cm desde el nivel de ubicación de las tuberías de calefacción;
• colocar el acumulador en el punto más alto del sistema;
• desconectar el conducto del acumulador de la línea de suministro y redirigirlo a la línea de retorno después de la bomba;
• instalar la bomba no en la línea de retorno, sino en la línea de suministro.

No siempre es posible elevar el vaso de expansión a una altura suficiente. Normalmente se coloca en el ático, si allí hay espacio necesario. Al mismo tiempo, es importante seguir las reglas de instalación del acumulador para garantizar su funcionamiento sin problemas.

Hemos presentado recomendaciones detalladas para la instalación y conexión del vaso de expansión en otro de nuestros artículos.

Si el ático no tiene calefacción, el acumulador deberá aislarse obligatoriamente. Es bastante difícil reubicar el tanque en el punto más alto del sistema con circulación forzada, si anteriormente fue diseñado como sistema de circulación natural.

Habrá que modificar parte de la tubería para que la pendiente de las tuberías se dirija hacia la caldera. En los sistemas naturales, la pendiente normalmente se hace hacia la caldera.

El vaso de expansión instalado en una habitación no necesita protección adicional, pero si se instala en un ático sin calefacción, se debe garantizar el aislamiento térmico de este dispositivo.

El cambio de posición del conducto del tanque de la línea de suministro a la de retorno generalmente no es difícil de realizar. Y es igualmente sencillo implementar la última opción: instalar una bomba de circulación en la línea de suministro después del vaso de expansión.

En tal situación, se recomienda elegir el modelo de bomba más fiable posible, que pueda soportar el contacto con el refrigerante caliente durante un período prolongado.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Puede conocer información interesante sobre sistemas de calefacción forzada en este vídeo:

Información más detallada sobre los cálculos necesarios para seleccionar la bomba de circulación se encuentra aquí:

En este vídeo se describe detalladamente la estructura y el procedimiento de instalación de la bomba de circulación:

Los sistemas de calefacción forzada no son tan complicados como podría parecer a primera vista. Pero para llevar a cabo dicha tarea, es necesario realizar correctamente los cálculos y elaborar un proyecto bien hecho. Si se cumplen estas condiciones, se puede proporcionar a su hogar una calefacción fiable y eficiente.

¿Está seleccionando el esquema óptimo para instalar un sistema de calefacción forzada en su hogar? ¿Quizás tiene preguntas que no hemos tratado en este artículo? Hágalas a nuestro experto en la sección de comentarios.

¿O desea complementar el material con consejos prácticos sobre la instalación de equipos de bombeo? Escríbanos – sus observaciones ayudarán a muchos principiantes.