¡Algunos fluidos tienen propiedades de captura y liberación de calor, como el agua en botellas de agua caliente! Un principio que se ha utilizado durante mucho tiempo en los hogares con fines de calefacción. Pero, ¿cómo funcionan y qué formas adoptan?
¿Qué es un fluido de transferencia de calor?
Utilizado durante mucho tiempo en los circuitos de calefacción central, el uso de un fluido de transferencia de calor es una parte integral de los procesos de los distintos sistemas de calefacción. Dependiendo de este último, su naturaleza puede variar (líquido o gas) para satisfacer mejor las necesidades de calefacción.
¿Cómo funciona un fluido caloportador y cuál es su función?
El término fluido de transferencia de calor, a veces llamado fluido de transferencia de calor, designa un fluido que tiene la propiedad de transporte de calor. En el caso del transporte en frío, hablamos entonces de fluido refrigerante. ¡Así se utiliza el fluido caloportador en invierno para alimentar su sistema de calefacción o en verano para su sistema de aire acondicionado!
Estos fluidos se utilizan en varios sistemas que se basan en un proceso dede intercambio de calor. Los frigoríficos, los colectores solares térmicos o incluso las centrales nucleares utilizan fluidos diferentes que, sin embargo, desempeñan un papel similar. Asegurar el transporte de calorías del punto A al punto B.
Pero entonces, ¿cómo funciona? Tomemos el ejemplo más común: el agua. Al entrar «fría» en el circuito de calefacción, el agua se calienta dentro de la caldera. Luego circula por toda la red de calefacción, llevándose consigo el calor almacenado que transmite a los radiadores y otros emisores.
Este principio está disponible para multitud de usos que utilizan, según las necesidades, diferentes fluidos caloportadores. Estos pueden ser líquidos (agua, aceites, metales líquidos, etc.) o gaseosos.
Para conocer la capacidad de un fluido para transportar calor, también tomamos su conductividad térmica [λ] en cuenta. Es su capacidad de difundir el calor en el caso de que sea de 1° Kelvin y según una determinada superficie. se calcula asi [λ=(W m−1 K−1)] :
W para la unidad de potencia watt.
metro para metro, aquí denotado m−1 para la relación espesor/superficie, es decir, m/m².
k para la temperatura kelvin, unidad utilizada en el sistema internacional de unidades.
Para información, en el contexto del agua, esto es 0.611. Como indicación, cuanto más bajo es este valor, más aislante es el material. Por lo tanto, el agua tiene una buena conductividad térmica.
Líquido, gas… Las diferentes formas del fluido caloportador
Los fluidos de transferencia de calor vienen en diferentes formas: líquidos o gaseosos. ¡En la industria, pueden ser incluso metales líquidos! Para elegir el fluido más adecuado para una instalación, ya sea doméstica o industrial, se deben enumerar varios criterios.
En efecto, es necesario tener en cuenta la viscosidadlas propiedades oxidantes, las capacidades caloríficas específicas, el calor latente de vaporización, así como la conductividad eléctrica líquido.
Además, ciertos fluidos, como el fluido refrigerante contenido en las bombas de calor, cambian de estado dentro de su sistema de calefacción al ser tanto líquidos como gaseosos.
Líquidos
Como se ha indicado anteriormente, el fluido caloportador más utilizado en uso doméstico, pero también industrial, es el agua. De hecho, su costo relativamente bajo y su gran poder calorífico (puede usarse para temperaturas superiores a 100° C) lo convierten en un líquido ideal. Además, no se descompone y, por lo tanto, puede reutilizarse constantemente.
Sin embargo, es posible que el agua no esté presente en su forma pura sino que contenga un aditivo para:
Para tener un efecto anticongelanteespecialmente si las tuberías van a pasar por el exterior.
Desde reducir la corrosiónparticularmente incrustaciones y oxidación.
Para limitar la proliferación de bacterias a minimizar la creación de lodos en las tuberías.
Muchos fluidos orgánicos también se utilizan cuando el agua no es adecuada, por ejemplo, debido a la presencia de electricidad. Entonces, lo más frecuente es que se trate deaceites minerales o sintéticos, que son muy poco corrosivos. Su alta viscosidad, por otro lado, los limita muy a menudo a pequeñas instalaciones eléctricas.
Gas
Estos últimos, a diferencia de los líquidos, pueden enviarse bajo alta presión, que permite en particular reducir el tamaño de la instalación. Se utilizan entonces principalmente para dos funciones, ya sea calentar a alta temperatura gracias a la presión ejercida, o por sus cualidades refrescantes. Su uso depende entonces de su caracteristicas termodinamicas.
En la industria, se utilizan con mayor frecuencia para enfriar reactores en centrales nucleares o generadores en centrales eléctricas. Los principales gases caloportadores utilizados son:
- Hidrógeno
- helio
- neón
- Argón
- oxígeno
- Nitrógeno
- Criptón
- Xenón
Los usos domésticos, por su parte, corresponden a diferentes sistemas como frigoríficos o bombas de calor que luego utilizan gases R32 o R410a además de R290.
metales líquidos
En un entorno industrial, también es posible utilizar metales líquidos como fluido de transferencia de calor. Estos últimos, en comparación con sus contrapartes líquidas o gaseosas, tienen la ventaja de soportar temperaturas particularmente altas, entre 200 y 700°C.
Actualmente se utilizan o se han probado los siguientes:
- Mercurio
- Sodio
- Litio
- El plomo
- Aleaciones de sodio y potasio
- aleaciones de plomo-bismuto
Además, los metales líquidos muestran una gran estabilidad térmica y conductividad excepcional, haciéndolos perfectamente adecuados para el entorno industrial.
¿Qué sistemas de calefacción utilizan un fluido de transferencia de calor?
El fluido caloportador se puede utilizar tanto por su capacidad para transportar calor dentro de los circuitos de calefacción central como también se puede utilizar dentro de un dispositivo separado de la red. ¡Resumen de los diferentes sistemas que utilizan un fluido de transferencia de calor!
Sistemas centrales que utilizan agua.
Para difundir el calor en el corazón de la red de calefacción, los sistemas centrales utilizan agua como fluido caloportador. Este luego circula en los emisores, ya sean radiadores o suelos radiantes, permitiendo calentar el interior de la casa.
Calderas
Las calderas de condensación, pero también las de gas, gasóleo o carbón, utilizan el principio del fluido caloportador para funcionar y difundir el calor dentro del hogar. A continuación, el agua pasa por los distintos radiadores o por el suelo radiante.
De hecho, el combustible utilizado calentará inicialmente el agua. Entonces, éste, al circular, comparte el calor acumulado con los radiadores que a su vez lo transmiten a la vivienda. A veces, el agua se puede mezclar con etilenglicol o metilglicol para limitar el riesgo de congelación.
En comparación con los radiadores de fluido caloportador, las calderas:
✔️ son menos contaminante debido al uso del agua como fluido.
✔️ son elegible para subvenciones en caso de sustitución cuando sean más eficientes energéticamente. Para saber más, consulta nuestra guía «Las diferentes ayudas para la sustitución de tu caldera».
información de IZI
bombas de calor
Como se indicó anteriormente, las bombas de calor están equipadas con un fluido caloportador, sin embargo, este último es de origen refrigerante. Su funcionamiento difiere entonces ligeramente del utilizado para calderas o radiadores eléctricos:
1
Inicialmente, el fluido capta las calorías del aire exterior para calentarse, pasando luego de su estado líquido al estado gaseoso.
2
Luego, la bomba de calor lo comprime gracias a un compresor reproduciendo un fenómeno similar a una bomba de bicicleta. Esta acción tiene el efecto de calentar el fluido haciendo que se presurice mucho.
3
Es en este momento cuando el fluido transmite su calor a la red de calefacción para calentar el interior del hábitat.
4
Último paso, el fluido vuelve a su estado líquido y pasa por un reductor de presión para bajar su presión y temperatura antes de retomar el curso del circuito nuevamente.
Además, el fluido caloportador de la bomba de calor funciona en circuito cerrado. Este nunca se difunde en los circuitos del sistema de calefacción, como, por ejemplo, los radiadores.
Por tanto, un sistema de calefacción central calentado por una bomba de calor es un buen ejemplo de aplicación del principio de los fluidos refrigerantes, equivalente a los fluidos refrigerantes para el frío. El uso combinado de dos fluidos permite aprovechar las calorías externas para calentar las distintas estancias de su alojamiento.
El calentador de agua solar
No es solo la temperatura interior la que se beneficia de los fluidos de transferencia de calor; ¡el agua caliente también lo usa! De hecho, menos comunes que los calentadores de agua eléctricos o de gas, los calentadores de agua solares también funcionan según este principio.
A través de sensores ubicados en el techo de la vivienda o en el patio, el fluido recoge laenergía solar luego lo devuelve al calentador de agua. Sin embargo, esto último depende de las condiciones climáticas y la exposición al sol.
Radiadores con fluido caloportador o inercia
No conectados al sistema central, algunos calentadores eléctricos operar con un fluido de transferencia de calor que es calentado por una resistencia eléctrica. Este suele ser aceite, ya que no representa un peligro en caso de contacto con la resistencia eléctrica. Están fabricados en hierro fundido, cerámica o acero, lo que les proporciona una buena inercia térmica.
En comparación con los modelos eléctricos de convección, no provocan una desagradable sensación de calor debido a los incesantes encendidos y apagados que son fuente de variaciones de temperatura. Así, si no dispones de un sistema de calefacción central, tienen muchas ventajas:
✔️ No más aire ambiente seco como con los viejos calentadores eléctricos! Los fluidos de transferencia de calor ayudan a mantener un cierto nivel de humedad en el aire.
✔️ Los productos más nuevos permiten planificar horarios de calefacción o especificar una temperatura de calefacción más baja por la noche.
✔️ Con estas plantillas haces ahorros de energía ¡alrededor de 40 a 45% en comparación con aquellos que usan convectores! De hecho, la inercia permite calentar menos, al igual que los horarios.
✔️ ¡El calor que se siente es el mismo que con la calefacción central!
✔️ Estos calefactores te permiten alcanzar rápidamente la temperatura requerida en la habitación.
Sin embargo, hay algunos inconvenientes importantes a tener en cuenta si desea utilizar radiadores de fluido de transferencia de calor:
❌ Se consideran aceites que se pueden utilizar contaminador. Por lo tanto, la elección de este tipo de sistema de calefacción no forma parte de un enfoque ecológico.
❌ La energía eléctrica es una de las fuentes de energía más caras en la actualidad.
❌ En caso de un proyecto de renovación, estos radiadores no son elegible para ayuda del Estado, o poco, aparte del tipo del IVA reducido al 10%.
En definitiva, el principio de los fluidos caloportadores es la base de muchas aplicaciones industriales específicas pero también de otras a escala doméstica. Ya sea el agua que circula en una red de radiadores o el uso de fluidos en los dispositivos de calefacción, este mecanismo térmico esencial se encuentra en los diversos sistemas de calefacción, ¡desde los más arcaicos hasta los más innovadores!
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