Fuentes alternativas de calefacción para viviendas rurales: análisis comparativo de sistemas ecológicos
Una de las principales partidas de gasto del presupuesto familiar es el pago de la calefacción comunitaria o la adquisición de combustible para calentar la vivienda. Todo propietario sensato seguramente se plantea formas reales y efectivas de reducir estos costes. Y se pueden reducir prácticamente al mínimo utilizando fuentes de energía alternativas. ¿Qué son y cómo se utilizan? Estará de acuerdo en que merece la pena saberlo.
Todo sobre cómo instalar una calefacción alternativa en una vivienda unifamiliar lo encontrará en el artículo que le presentamos. Con nuestra ayuda, podrá decidir sin dificultad la opción más adecuada para usted. La descripción detallada de los principios de funcionamiento de los esquemas de “energía verde” le permitirá decidir qué método tecnológico es mejor utilizar para obtener calor.
En el artículo se describen detalladamente los tipos de fuentes de energía gratuita y se presentan los métodos de generación de calor para uso doméstico. Como ayuda para los aficionados al bricolaje y los propietarios ahorradores de fincas rurales, se incluyen selecciones de fotos, esquemas y videotutoriales muy útiles.
Contenido del artículo:
Ventajas e inconvenientes de la energía alternativa
Es posible prescindir de las fuentes de calor tradicionales, utilizadas durante muchos años para la calefacción. Por sorprendente que parezca, es totalmente factible. Muchos detractores acérrimos sostienen que es imposible sustituir los recursos naturales por alternativas ecológicas.
La energía solar, la fuerza del viento, el calor oculto en las entrañas de la tierra, los residuos industriales y humanos se convierten en la alternativa. Estas opciones son relevantes en el mundo moderno, dada la contaminación general del medio ambiente.
Otra ventaja significativa es el considerable ahorro al utilizar fuentes ecológicas de energía renovable espontánea. A primera vista, parece que es injustificadamente caro y que difícilmente se amortiza.
Analizando más detenidamente las particularidades de cada método, se puede observar que el proyecto ecológico se amortiza en un plazo de 4 a 7 años, y posteriormente solo quedan los gastos corrientes para mantener los mecanismos utilizados en funcionamiento.
La posibilidad de sustituir completamente el combustible convencional por uno alternativo está demostrada por numerosos ejemplos reales. Propietarios de viviendas en diferentes países del mundo recurren a opciones de calefacción ecológicas. En nuestro país, solo unos pocos se atreven a cambiar radicalmente el combustible habitual, que se encarece cada año.
El principal problema de utilizar combustible ecológico son las importantes inversiones de capital en la etapa inicial. Primero hay que calcular detalladamente la cantidad de energía necesaria para una casa o chalet determinados. Luego, determinar qué tipo de recurso ecológico es más rentable en una localidad específica.
A continuación, hay que elaborar un plano de la ubicación del equipo generador de energía, comprar todo lo necesario e instalarlo.
Si todos estos asuntos los gestionan los especialistas correspondientes, el coste final de la calefacción ecológica será muy elevado. Para ahorrar, se puede intentar prescindir de ayuda externa.
Para ello, hay que sumergirse de lleno en el tema de las fuentes de energía alternativa, con el fin de prescindir de la contratación de ayuda externa. En ese caso, el coste del proyecto resultará varias veces más barato.
Muchos propietarios de casas particulares eligen precisamente la segunda opción. Su experiencia demuestra que es perfectamente posible volverse energéticamente independientes. Se puede reemplazar total o parcialmente el combustible tradicional; todo depende del tamaño de la vivienda, las posibilidades financieras en la etapa inicial y la opción de calefacción elegida.
Una selección de fotos demostrará el ámbito de aplicación de la “energía verde”:
Tipos de fuentes renovables para calefacción
Para calentar una casa se puede utilizar con éxito la energía eólica, solar y geotérmica, así como el biocombustible. Analicemos detalladamente cómo hacerlo y qué se necesita para ello.
Tipo #1 – energía eólica
La energía eólica se puede utilizar con mucho éxito como fuente alternativa para calentar una casa de campo. Este recurso es inagotable y tiene la propiedad de renovarse. Para utilizar la energía del viento, se necesita un dispositivo especial llamado aerogenerador.
Principio de uso de la energía eólica
Para convertir la energía del viento en una fuente alternativa de calefacción, se necesita un aerogenerador. Pueden ser verticales u horizontales según el eje de rotación. Existen muchos fabricantes que ofrecen sus modelos a los clientes.
El costo depende del material, del tamaño de la instalación y de la potencia. También se puede construir un generador eólico por cuenta propia, utilizando materiales disponibles.
Cualquier aerogenerador consta de los siguientes componentes:
- paletas;
- mástil;
- veleta para captar la dirección del viento;
- generador;
- controlador;
- baterías acumuladoras;
- inversor.
El principio de funcionamiento de una instalación eólica se basa en la fuerza del viento que hace girar las paletas del aerogenerador. Las paletas, fijadas al mástil, se encuentran a gran altura sobre el suelo. Cuanto más alto, mayor es el rendimiento. Así, para abastecer una casa, basta con una altura de 25 m.
Las aspas giratorias ponen en movimiento el rotor del generador. Este comienza a generar corriente alterna trifásica que requiere una modificación adicional. Esta corriente llega al controlador, donde se convierte en corriente continua. Esta se utiliza para cargar las baterías.
Al pasar por las baterías, la corriente se estabiliza y llega al inversor, donde se transforma en corriente alterna monofásica de 50 Hz y 220 voltios. Ahora se puede utilizar para necesidades domésticas, en el sistema de calefacción eléctrica.
Características de la ubicación de los aerogeneradores
Las instalaciones eólicas pueden funcionar bajo ciertas condiciones. En primer lugar, el aerogenerador – una estructura bastante voluminosa que requiere un área considerable para su instalación. Un dispositivo pequeño no puede satisfacer las necesidades energéticas.
Su altura debe superar en al menos 10 m las casas, árboles y otras estructuras circundantes, y las líneas eléctricas y otros objetos deben estar a 100 m del aerogenerador. Este requisito no siempre es factible: no todos los propietarios de viviendas particulares tienen terrenos de suficiente superficie.
En segundo lugar, es bueno que la zona en cuestión tenga un buen potencial eólico: una elevación o zona de estepa. Para arrancar el generador se necesita una velocidad del viento de al menos 2 m/s.
Muchos modelos de sistemas eólicos destinados al uso en hogares particulares pueden cubrir completamente las necesidades de electricidad.
Así, un aerogenerador de 1,5 kW puede generar al mes, según la época del año, entre 100 y 200 kWh. Si se aumenta la altura del mástil, el rendimiento se duplica.
Pero esto requerirá costos adicionales de montaje y materiales consumibles. La vida útil de las centrales eólicas es de 20 años en promedio.
Además, en nuestro sitio web hay otros materiales sobre el diseño, los tipos de generadores eólicos, su cálculo y fabricación casera, así como sobre la instalación.
Le sugerimos que las revise:
- Generador eólico cinético: estructura, principio de funcionamiento, aplicaciones
- Generador eólico para vivienda particular: tipos y características de los equipos, detalles de selección, cálculos de rentabilidad + mejores ofertas
- Cómo realizar el cálculo de un generador eólico: fórmulas + ejemplo práctico de cálculo
- Generador eólico casero a partir de una lavadora: instrucciones de montaje del aerogenerador
- Cómo construir las palas de un generador eólico de forma casera: ejemplos de fabricación autónoma de palas para aerogenerador
Tipo #2 – energía geotérmica
Uno de los sistemas de calefacción alternativos es el geotérmico. Se basa en el uso de la energía de la Tierra. Se trata del calor del suelo, las aguas subterráneas y el aire circundante, transformado por bombas de calor (BC). Es importante que la temperatura del medio utilizado por el sistema sea superior a cero.
Diseño y principio de funcionamiento de la bomba de calor
Para el funcionamiento del sistema geotérmico se necesita electricidad, que se utiliza para transportar el calor obtenido. La bomba de calor, consumiendo 1 kW, produce de 2 a 6 kW de calor.
El principio fundamental de funcionamiento de la BC consiste en recolectar calor, transformarlo y transferirlo posteriormente al circuito de calefacción. Esto se logra gracias al diseño del propio aparato.
La BC consta de tres circuitos cerrados que participan en el proceso de obtención de calor para la calefacción de una vivienda particular:
- externo – destinado a captar el calor de las fuentes. Por el circuito circula anticongelante o solución salina;
- interno – lleno de refrigerante, generalmente freón;
- circuito de calefacción, lleno de fluido caloportador.
El freón que llena el circuito interno se calienta con el calor proveniente del circuito externo. Al tener un punto de ebullición bajo, se convierte en gas en el primer intercambiador de calor: el evaporador.
Luego entra en el compresor, donde se comprime, como resultado se libera mucho calor y la temperatura del gas se eleva repetidamente, hasta 65 grados.
A continuación, el freón gaseoso pasa al siguiente intercambiador de calor, denominado condensador, donde libera su calor. El freón, tras desprenderse de la mayor parte del calor, llega bajo presión a la válvula de descarga. Aquí la presión cae bruscamente, el refrigerante se enfría y, adoptando el estado líquido, vuelve a ingresar al evaporador.
El calor dejado por el freón en el condensador calienta el líquido que circula en el sistema de calefacción de la vivienda. Si en este sistema se dispone de un dispositivo de suelo radiante, es posible lograr la calefacción más eficiente con un costo mínimo.
No es difícil fabricar uno mismo la versión más sencilla de una bomba de calor. Para ello se necesitan piezas prácticamente de desecho, equipos adquiridos a bajo costo y, por supuesto, paciencia. Presentamos un esquema del sistema térmico con captación de energía calorífica en un pozo perforado en dolomita.
El evaporador del sistema de ejemplo está conectado al pozo que capta la energía del suelo.
La galería de fotos muestra las particularidades del dispositivo de la bomba de calor para el sistema de calefacción por suelo radiante:
Conveniencia del uso de la bomba de calor
Las bombas de calor – BC, que extraen calor del medio ambiente, pueden ser diferentes. Todo depende del tipo de medio ambiente utilizado como fuente de extracción de calor y del tipo de portador de calor utilizado.
En consecuencia, se distinguen los siguientes tipos de BC:
- aire-aire;
- agua-aire;
- agua-agua;
- suelo-agua.
Los dos primeros tipos de bombas se utilizan en sistemas de calefacción por aire, mientras que los segundos dos tipos se utilizan en sistemas con portador de calor líquido.
La opción más ventajosa desde el punto de vista económico será el uso de una bomba de calor «agua-agua». Es recomendable utilizar esta opción si cerca de la casa hay un cuerpo de agua que no se congela, en el que se colocan tuberías para la captación de calor.
La bomba de calor permite obtener 30 W de calor por cada metro de tubería. Dependiendo del área de la vivienda particular y de las necesidades energéticas, será necesario instalar la cantidad correspondiente de tuberías.
Las bombas que utilizan aire no reemplazarán la calefacción tradicional en regiones con clima severo. En cuanto al calor extraído del suelo, se trata de un proyecto muy costoso. Se utilizan la disposición horizontal del campo geotérmico, la perforación vertical y la perforación en clúster.
En la versión horizontal, se debe construir un campo geotérmico a una profundidad mayor que el nivel de congelación. Esto es alrededor de 1,5-2 m. La superficie de dicho campo resulta impresionante: desde 200 m2.
Para la realización de un proyecto vertical y en clúster, se requerirá perforación a una profundidad considerable utilizando equipos de perforación.
Este es un servicio muy costoso. El equipo de este tipo de bombas de calor es adecuado para propietarios de casas de campo que no se preocupan por el costo de los trabajos. La calefacción que utiliza el calor del interior de la tierra puede reemplazar completamente la de combustible sólido o gas.
La calefacción geotérmica es más ventajosa utilizarla en conjunto con un sistema de «suelo radiante» de agua. Permite obtener el resultado más óptimo.
Entre los inconvenientes significativos: la gran longitud de la tubería para la recolección de calor, los costosos trabajos de movimiento de tierras para la instalación del sistema, la necesidad de una gran superficie para la disposición del campo geotérmico.
Tipo #3 – energía solar
La energía solar, emitida por el astro durante todo el año, puede convertirse incluso en heladas severas en una fuente alternativa para la calefacción de una vivienda de campo. Es importante aprender a recolectarla y utilizarla correctamente en el sistema de calefacción.
Para la recolección y transformación de la energía solar se utilizan paneles solares con convertidores fotoeléctricos y colectores, que consisten en un sistema de tubos llenos de fluido térmico.
La diferencia fundamental de estos convertidores es que las baterías generan corriente que se puede utilizar en la calefacción eléctrica de una casa de campo. Los colectores, en cambio, se emplean en sistemas de calefacción por agua y aire. La opción más eficaz es la instalación de sistemas de suelo radiante en los interiores.
La opinión de que el sol no es capaz de calentar una casa solo es válida en caso de una instalación incorrecta y cálculos erróneos de la cantidad de energía y calor necesarios. Una instalación solar óptimamente seleccionada es perfectamente capaz de proporcionar calefacción autónoma.
Otra cuestión es que para ello será necesario invertir dinero en la compra del equipo, su instalación e integración en el sistema de calefacción existente.
El sistema solar con convertidores fotoeléctricos absorbe la energía solar, y las células fotovoltaicas de silicio la transforman inmediatamente en corriente eléctrica continua. 1 m2 de la instalación es capaz de generar 120 W.
Además de los paneles que captan la radiación solar y la convierten, para el sistema solar de calefacción será necesario instalar un controlador de carga, un convertidor de corriente continua a alterna y velar por la seguridad: colocar fusibles.
La ventaja de los paneles es la posibilidad de conectar baterías que acumulan el exceso de energía, que se puede usar por la noche. Un inconveniente importante al usar baterías solares es su mayor eficiencia en las regiones del sur. En climas severos no es económicamente viable instalarlos como fuente principal de calefacción.
Las instalaciones solares equipadas con un sistema de tubos son más adecuadas para regiones con inviernos fríos y temperaturas bajo cero. Según la estructura del panel y los materiales, se distinguen colectores de vacío, planos y concentradores.
Los más caros entre ellos son los de tubos de vacío. Pero son los más eficaces en cualquier época del año y cualquier clima, ya que absorben un amplio espectro de radiación solar. Otra ventaja es que los paneles de vacío funcionan correctamente a temperaturas de hasta -35 °C.
El principio de funcionamiento del colector consiste en que capta la radiación solar, que en los tubos de vacío se convierte en calor. Luego se transmite al fluido caloportador, que lo lleva al tanque intercambiador de calor. Después el fluido caloportador pasa al sistema de calefacción.
Más detalladamente, hemos examinado las mejores configuraciones para la calefacción solar de la casa en nuestro otro artículo.
Tipo #4 – combustible biológico limpio
Una de las formas eficaces y asequibles de calentar una casa de campo es una caldera que funcione con combustible biológicamente limpio.
Este tipo de calefacción alternativa utiliza residuos de producción: cáscaras de cultivos agrícolas, astillas, virutas y otros subproductos de la industria maderera.
A partir de diversos residuos se fabrican gránulos densos y prensados de pequeño tamaño (pellets) que se queman en calderas. En comparación con la leña normal, este combustible arde más tiempo y permite obtener más calor.
También se fabrican grandes briquetas densas a partir de diversos tipos de desechos vegetales. Este combustible comprimido permite obtener de 2 a 4 veces más energía térmica. Su poder calorífico alcanza hasta 5,0 kWh/kg.
Para una caldera de gas se puede utilizar biogás. Es fácil de obtener en el proceso de descomposición de residuos orgánicos. Para ello, será necesario construir un depósito suficientemente grande, colocar los residuos en él, e instalar un equipo para mezclarlos.
Bajo la acción del aire y las bacterias se producirá el proceso de descomposición y liberación de gas. Será necesario instalar una tubería para la eliminación del material de desecho. Además, para recolectar el gas en depósitos especiales, purificarlo y trasladarlo al sistema de calefacción, se deben utilizar los dispositivos adecuados.
Un método de calefacción ecológico que utiliza una fuente alternativa de calor: la caldera de hidrógeno.
Su funcionamiento se basa en la reacción de interacción entre las moléculas de hidrógeno y oxígeno, durante la cual se libera una gran cantidad de calor. Este tipo de calefacción requiere el cumplimiento de las normas de funcionamiento y seguridad.
La principal desventaja es el alto costo del equipo de fábrica. Una solución a esta situación es instalar el sistema de calefacción de hidrógeno por cuenta propia.
Para su funcionamiento se requiere una conexión constante a fuentes de electricidad y agua, un quemador de hidrógeno, un generador de hidrógeno, catalizadores y la propia caldera. El calor obtenido como resultado de la reacción química pasa al intercambiador de calor, y como residuo se obtiene agua simple.
Para obtener más información sobre los biocombustibles, le recomendamos que consulte nuestros otros artículos sobre este tema:
- Planta de biogás para una casa particular hágalo usted mismo: recomendaciones para su construcción y ejemplo de montaje de una instalación casera
- Cómo obtener biogás del estiércol: tecnología y diseño de la planta de producción
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¿Cómo ahorrar en la implementación de la “energía verde”?
Al analizar el componente financiero de los tipos alternativos de calefacción, se puede llegar a una conclusión desalentadora: se necesitarán fondos considerables en la etapa inicial.
Después de 3 a 7 años, dependiendo del método de calefacción elegido, se hará notable un ahorro significativo gracias al sistema energéticamente independiente.
Se puede ahorrar en el uso e instalación de equipos alternativos para generar calor. Muchos artesanos del hogar abordan con gran entusiasmo la creación, con sus propias manos, de análogos de los dispositivos de fábrica para la conversión de energía alternativa.
Así, se puede montar de forma bastante sencilla y económica un sistema solar a partir de una manguera, que servirá como fuente adicional de calentamiento de agua.
Se ensamblan con éxito en condiciones domésticas pequeños aerogeneradores con materiales improvisados. Además, los agricultores ilustrados que viven en áreas rurales construyen instalaciones para convertir desechos biológicos de origen vegetal y animal en biogás.
Posteriormente, se utiliza para las necesidades del hogar. Dependiendo del tamaño del tanque de fermentación de residuos y del área de la casa particular, es posible abastecer completamente el hogar con biogás para satisfacer todas las necesidades.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Video sobre la combinación de fuentes alternativas para obtener electricidad en una pequeña casa de campo:
Un video sobre la fabricación de un aerogenerador con sus propias manos ayudará a comprender fácilmente los principios del dispositivo:
Un breve video sobre el uso de la bomba de calor:
Video sobre la obtención de biogás:
Es perfectamente posible renunciar a las fuentes de calefacción tradicionales. Para ello, es necesario elegir cuidadosamente una alternativa o combinar varias, teniendo en cuenta las características del terreno, el área de su casa de campo y los terrenos adyacentes.
La energía del sol, la tierra, la fuerza del viento, la eliminación de residuos domésticos de origen vegetal y animal son perfectamente capaces de convertirse en un reemplazo digno del gas, el carbón, la leña y la electricidad de pago.
¿Utiliza usted alguna de las fuentes de energía alternativa con fines domésticos? Comparta cuánto le costó el montaje del equipo y qué tan rápido se amortizó.
¿O acaso alguno de sus conocidos ha acondicionado su casa de campo con fuentes renovables? ¿Ha utilizado un sistema de paneles solares o una bomba de calor como fuente independiente para obtener calefacción, agua caliente sanitaria y electricidad?
Cuéntenos esta experiencia en los comentarios debajo del artículo – un ejemplo práctico será útil para los propietarios de viviendas que aún dudan de la realidad de la energía alternativa.
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De las fuentes de energía alternativa presentadas, los aerogeneradores los descarto de inmediato. Solo oligarcas con suficiente terreno podrían instalarlos en su parcela. He oído que en el Lejano Oriente se puede obtener un terreno gratis. Grande, no recuerdo exactamente cuánto, creo que 1 ha. En ese tipo de parcela se podría instalar un sistema de aerogeneradores, no en nuestro sur, donde cada centenar de metros cuadrados de tierra vale su peso en oro. A veces, la casa y todas las dependencias están en trescientos metros cuadrados. ¿Dónde se podrían poner aerogeneradores en terrenos así?
Los aerogeneradores, como método de obtención de energía, me atraen mucho personalmente. La calma total es muy rara, siempre hay algo de viento, en cualquier época del año, de día y de noche. Por eso considero que los aerogeneradores son mejores y más prácticos que los paneles solares. Pero instalar uno así no está al alcance de un particular común – requiere demasiado terreno y depende de la ubicación geográfica. Si varios propietarios de parcelas vecinas se unieran… pero eso requiere convencer a los vecinos.
Estoy de acuerdo, casi todo se puede descartar de inmediato. Los paneles solares son interesantes de considerar, pero yo los usaría para la electricidad.
Si fuera una casa propia, sin duda la construiría con una simple estufa rusa de leña, como fuente alternativa de calefacción. Todo lo demás puede acabarse, pero la leña siempre se puede encontrar.
Todo esto es una tontería. Los aerogeneradores no solo dependen del viento, sino que además generan ruido de baja frecuencia al girar las aspas. Le aseguro problemas con los vecinos. Los paneles solares solo funcionan de día, cuando no se necesita tanta luz como por la noche; las baterías con sistema de acumuladores no son rentables económicamente. La bomba de calor consume electricidad y es poco eficiente. La opción más razonable son los colectores solares, pero también tienen sus inconvenientes.