L'energia tèrmica sempre flueix de forma espontània d’un element calent cap a un de fred. Això implica que la transmissió de calor d'un cos a un altre sempre serà del de més temperatura cap al de menys temperatura, fins que s’arribi a l’equilibri tèrmic (els dos elements estan a la mateixa temperatura).
En aquest mateix sentit, l'energia tèrmica es pot transferir essencialment per:
-
Conducció: transmissió de calor entre dos punts d'un cos que es troben a diferent temperatura, sense que es produeixi transferència de matèria entre ells.
-
Convecció: transmissió de calor entre dos elements a través d’un fluid (gas o líquid) en moviment que transporta l'energia tèrmica. Pot ser:
-
Forçada: a través d'un ventilador (aire) o una bomba (aigua) es mou el fluid, que transporta la calor des d'una zona calenta cap a la zona freda.
-
Natural: el mateix fluid, quan s’escalfa, canvia la seva densitat, i això fa que es desplaci cap a la zona més freda, on cedeix la seva calor.
-
-
Radiació: transmissió de calor mitjançant l'emissió d'ones electromagnètiques (per exemple, la calor del Sol arriba a la Terra per radiació).
Un exemple de transferència de calor en què convergeixen les tres formes de transmissió de calor seria una olla de metall, plena d’aigua, situada sobre un foc. En aquest cas, la flama del foc escalfa l’olla per radiació. El metall de l'olla transfereix la calor per conducció a l’aigua de l'interior de l’olla. També en l’aigua es generen corrents convectius quan l’aigua del fons més calenta es desplaça cap a la part superior, es barreja amb l’aigua més freda i, en conseqüència, escalfa la resta de l’aigua de l’olla.
Un circuit de calefacció és un circuit de generació i transport de calor, en el qual es transforma en calor l’energia continguda en un recurs energètic (principalment un combustible) i es transporta de forma controlada a l’ambient.
En la imatge següent es representa un circuit de calefacció simple, en el qual podem observar que, com a conseqüència de la generació de calor en el radiador (transforma l’energia elèctrica en calor), l’aire que està en contacte amb ell s’escalfa i canvia la seva densitat, fet que fa que es desplaci cap a la part superior i cedeixi calor a l’ambient.
Aquest fet es produeix de forma espontània, com a conseqüència que l’energia tèrmica sempre flueix de forma natural d’un element calent cap a un de fred, del radiador a l’ambient, fins a arribar a l’equilibri tèrmic.
En la transmissió tèrmica d’un circuit de calefacció es posen de manifest diverses magnituds físiques, de les quals destacarem:
Els generadors de calor se seleccionen per la potència tèrmica que són capaços de generar.
Per determinar la potència d’un generador de calor o la potència calorífica que es pot transportar per un circuit, s’utilitza l’expressió següent:
On:
P és la potència calorífica en kcal/h (1 kW = 860 kcal/h)
Q és el cabal del fluid en l/h
p és la densitat (massa específica) del fluid en kg/l
c és la calor específica del fluid en kcal/kgºC
Δt és la variació de temperatura del fluid en ºC
x és la multiplicació
En el cas que el fluid utilitzat sigui aigua, les constants seran:
-
p, la densitat (massa específica) de l’aigua: 1kg/l
-
c, la calor específica de l’aigua: 1 kcal/kgºC
Per tant, en el cas que el fluid utilitzat sigui aigua, les fórmules anteriors queden reduïdes a:
Una instal·lació de calefacció comença amb el generador de calor, la caldera, que és un equip destinat a cremar combustible per extreure’n l'energia calorífica i transferir-la a un fluid (habitualment aigua), que circula fins al circuit de distribució de la calefacció.
Actualment, existeixen multitud de tipus de calderes en funció del combustible que cremen, del tipus de combustió, del sistema d’extracció de fums, etc. Tot i això, totes aquestes opcions comparteixen una estructura i un funcionament comuns, que consten dels elements bàsics següents:
-
Cremador: és l'encarregat de cremar un combustible líquid, gas o sòlid i produir una flama.
-
Cambra de combustió: és on es crema el combustible i on s’arriba a les temperatures més altes, properes als 2.000 ºC.
-
El circuit d’extracció de fums: compleix la doble missió de conduir els fums que es produeixen en la combustió i recuperar la major part de calor possible per després cedir-la a l’aigua. Per això, el circuit d’extracció de fums té una gran sinuositat, per reduir la velocitat de sortida dels gasos i aprofitar al màxim l’intercanvi de calor.
-
Caixa de fums: és la zona en la qual conflueixen tots els fums, que són enviats posteriorment a l'exterior per la xemeneia.
-
Retorn d'aigua: és la presa en la qual es connecta la part de la instal·lació per on torna l’aigua més freda del circuit de distribució.
-
Sortida d'aigua: una vegada que l'aigua ha entrat a la caldera i ha absorbit calor, és enviada de nou cap a la instal·lació.
-
Circuit d'aigua: en aquest circuit l'aigua circula i s’escalfa en absorbir la calor de les parets que la contenen, que és transmesa per radiació, conducció i convecció.
Les calderes anomenades mixtes, a més de calefacció, també produeixen aigua calenta amb un circuit paral·lel.
Les calderes transfereixen la calor a l'aigua pel contacte directe entre la flama i el cos de la caldera per on circula l'aigua, és a dir, es produeix una transmissió de calor per conducció; també es produeix un intercanvi de calor per radiació, des de la flama a les parets de la cambra de combustió, i per convecció, ja que els fums calents produïts en la combustió, en el seu recorregut d’evacuació, també escalfen les parts metàl·liques properes a l’extracció de fums per les quals circula l’aigua.
La distribució de la calefacció per aigua es realitza normalment mitjançant diversos circuits independents, a fi de poder controlar el consum i optimitzar el rendiment del sistema. Cada un dels circuits del sistema de distribució consta, generalment, d'una canonada d'impulsió d’aigua calenta i una altra de retorn dels emissors, que estarà a menys temperatura, ja que l'aigua ha recorregut el circuit transmetent calor als ambients per mitjà dels emissors.
Els materials habituals en les canonades dels circuits de calefacció són l'acer estirat, el coure i el polipropilè reticular. En aquest cas, existeixen diversos sistemes de distribució; un dels més estesos és el sistema de distribució per a radiadors, que pot tenir les configuracions bàsiques següents:
-
Sistema bitub: consta de dos ramals principals als quals es connecten els radiadors en paral•lel, amb l'entrada d'aigua calenta a la part superior i la sortida d'aigua freda a la part inferior del costat contrari. D'aquesta manera l'aigua circula per tot el radiador i n’assegura l’escalfament total.
-
Sistema monotub: els radiadors se situen en sèrie, i l’entrada d'aigua calenta i la sortida d'aigua freda del radiador es troben a la mateixa clau. La clau impulsa l'aigua calenta fins al final del radiador. L'aigua puja i fa el circuit al revés fins a tornar a sortir freda per la mateixa clau. Cal assegurar-se que l'aigua arribi fins al final del radiador per mitjà d’una cànula que s’acobla a la clau; en cas contrari, el radiador no s'escalfarà íntegrament i restarà eficàcia a la instal•lació.
Els emissors de calor són els encarregats de transmetre a l'ambient la calor produïda per la caldera. En aquest sentit, existeixen bàsicament els següents tipus d’emissors, que s’agrupen en emissors d’alta i baixa temperatura:
-
Radiadors: són elements a l’interior dels quals l’aigua circula a baixa velocitat, i a través de la seva gran superfície d'intercanvi amb aletes de dissipació, es produeix l'emissió de calor, majoritàriament per convecció a la zona que es vol calefactar.
-
Ventiloconvector (fan-coil): són elements emissors que transmeten la calor per convecció forçada utilitzant un ventilador que fa circular aire a través de les aletes d’un bescanviador, amb la qual cosa l’aigua calenta circula a baixa velocitat i impulsa l’aire escalfat a l’ambient. Aquest sistema pot treballar tant a baixa com a alta temperatura.
-
Superfícies radiants: són tubs, generalment de plàstic, situats sota una superfície radiant (terres, parets o sostres), que radiaran calor quan circuli aigua calenta a baixa velocitat per l’interior del circuit de tubs, de manera que la superfície en contacte amb l'ambient arribarà a una temperatura capaç d'intercanviar calor amb l’ambient.
Un dels motius que els radiadors no escalfin prou pot ser que dins del sistema de calefacció s'hagi acumulat aire, que dificulta la circulació de l'aigua que escalfa els radiadors i provoca que aquests no transmetin calor de forma homogènia. Si hi ha aire a la instal·lació, de vegades també poden sentir-se sorolls estranys en encendre la calefacció, provocats per les bombolles d'aire acumulades al sistema; aquest també serà un símptoma que cal purgar els radiadors abans que s'iniciï la temporada de calefacció. Abans de cada temporada de fred, convé purgar els radiadors per evitar aquests problemes.
La purga del circuit de calefacció consisteix principalment a eliminar l'aire sobrant del circuit dels radiadors, de manera que millorarà el rendiment energètic de la instal·lació de calefacció.
El purgador s’utilitza per evacuar l’aire existent a la xarxa de canonades dels circuits tancats, tant de calefacció com de refrigeració.
Cal ressaltar la importància que té l’eliminació de l’aire de l’interior de canonades quan aquestes pertanyen a circuits tancats. Si no es realitza de manera correcta, l’aire provoca un tap a la canonada i evita la circulació lliure del fluid; aleshores la calor no es transmet des del generador fins a la unitat terminal.
En els sistemes de calefacció per radiadors, podem trobar els següents tipus de purgadors:
Purgador manual
El purgador més utilitzat a les instal·lacions de radiadors és del tipus manual, que simplement és una peça que encaixa en el radiador i disposa d’un cargol superior que tapa un petit orifici lateral. Això permet obrir el circuit per aquest punt, que actua com una petita vàlvula que facilita l’alliberament de l’aire d’aquesta part del circuit.
Per purgar manualment el sistema, n'hi ha prou a afluixar el cargol de la part superior del purgador, cosa que permet la sortida del gas i de l'aire pel petit orifici d’evacuació.
Purgador automàtic
El purgador automàtic, habitualment, consta d’un mecanisme compost per un flotador i una vàlvula, que actuen automàticament en disminuir el nivell d’aigua en aquest punt; la boia deixa oberta una petita vàlvula perquè vagi sortint l'aire de manera automàtica, fins que l’aigua empeny el flotador i aquest tanca completament el pas d'aigua quan no hi ha aire en aquest punt.
La purga del circuit amb aquest dispositiu és completament automàtica i no requereix cap intervenció preventiva de manteniment.
Pas 1:
Encendre la calefacció i, transcorreguts uns 20 min, passar la mà per la part superior del radiador; si aquesta part superior del radiador està més freda que la part inferior, significa que té aire (l'aire tendeix a acumular-se a la part superior).
Pas 2:
Iniciar el procés de purga des del radiador més proper a la caldera. Obrir el purgador del radiador. Fer-ho amb un tornavís de punta plana sempre cap a l'esquerra. Preparar un got o un envàs per recollir l'aigua que surti. Girar el cargol amb un tornavís. Quan s’obri el purgador començarà a sortir aire (pudent) amb una mica d'aigua, però el raig no serà uniforme.
Pas 3:
Un cop el raig d'aigua que surt pel purgador sigui totalment fluid, voldrà dir que ja ha sortit l'aire; així que pot tancar-se la clau girant en sentit invers. Repetir l'operació en tots els radiadors.
Pas 4:
Revisar la pressió de la caldera, que haurà d’estar entre 1 i 1,5 bars, ja que després de la purga el circuit acostuma a perdre pressió.
Si un purgador està obturat i no pot purgar, serà recomanable canviar-lo per un de nou.
Pas 1:
Tancar la clau del radiador simplement amb la mà. Això no deixarà entrar aigua del circuit al radiador.
Pas 2:
Tancar la vàlvula de tall. Habitualment s’haurà de fer amb una clau Allen, encara que en alguns models pot utilitzar-se un tornavís. S’ha de girar amb la clau fins que el circuit quedi tancat.
Pas 3:
Obrir el purgador que s’ha de substituir. Amb prou feines sortirà aigua, ja que en estar tancades les claus no hi ha pressió al radiador.
Pas 4:
Amb una clau anglesa afluixar el purgador, i acabar l’operació amb la mà.
Pas 5:
Posar la junta en el nou purgador perquè hi hagi una perfecta estanquitat.
Pas 6:
Col·locar amb la mà el nou purgador i fermar-lo amb la clau anglesa petita sense forçar gaire.
Pas 7:
Fermar el purgador orientant cap avall o cap a un costat la petita vàlvula d’evacuació del purgador.
Pas 8:
Un cop finalitzada l’operació, obrir la clau de pas i la vàlvula de tall, comprovar que no hi ha fuites i purgar el radiador, ja que probablement ha entrat aire en canviar-lo. A continuació, revisar la pressió de la caldera.