UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE CIENCIAS MATEMTICAS Y
FSICAESCUELA DE INGENIERA CIVLUn calentador de agua, o calentador
de lava, calefn, caldera o boiler es un dispositivo termodinmico
que utiliza energa para elevar la temperatura del agua. Entre los
usos domsticos y comerciales del agua caliente estn la limpieza,
las duchas, para cocinar o la calefaccin. A nivel industrial los
usos son muy variados tanto para el agua caliente como para el
vapor de agua.CALENTADORES DE AGUA
Entre los combustibles utilizados se encuentran el gas natural,
gas propano (GLP), queroseno y el carbn, aunque cada da se usa ms
la electricidad, la energa solar, bombas de calor (compresor) de
refrigeradores o de acondicionadores de aire, calor reciclado de
aguas residuales (no aguas negras) y hasta energa geotrmica. En el
caso de las aguas calentadas con energas alternativas o recicladas,
estas usualmente se combinan con energas tradicionales.Estn
constituidos en lo esencial por un tubo de cobre de pequea seccin,
arrollado en forma de espiral (serpentn), por el que circula el
agua, que se calienta por el quemador de gas situado debajo del
mismo. Pueden ser manuales o automticos.
Fig. 1 ESQUEMA DE UN CALENTADOR A GAS
En la figura 1, se representa el esquema del funcionamiento de
un calentador automtico de tipo instantneo, en el que basta abrir
un grifo del servicio de agua caliente para que se inflame el
quemador de gas y se caliente inmediatamente el agua.El agua entra
por el tubo E y sale por U, recorriendo el serpentn S situado
encima de las llamas del quemador de gas B. El tubito T, llamado
excitador pone en comunicacin directa el tubo de llegada del gas
con la cmara de combustin del quemador.El gas, para alcanzar el
quemador, debe atravesar el cuerpo de una vlvula V, la cual se
mantiene normalmente cerrada por un resorte F.La vlvula V tiene el
vstago unido a una membrana M que separa las dos cmaras a y b,
ambas en comunicacin con el tubo de llegada del agua E,
respectivamente antes y despus de un diafragma D.El prensa estopas
P impide la comunicacin entre la cmara del gas que fluye en el
cuerpo de la vlvula y la cmara b, pero permitiendo el deslizamiento
del vstago de la vlvula.Si todos los grifos de salida del agua
caliente conectados con el tubo U estn cerrados, el agua no circula
por el tubo E, D, U, las presiones antes y despus del diafragma D y
por lo tanto en las cmaras a y b son iguales y por ello la membrana
M permanece plana y vertical y la vlvula V se mantiene cerrada por
el resorte F, impidiendo el paso del gas.Si se abre algn grifo de
salida de agua caliente, se establece una corriente de agua en el
sentido E, D, U y despus del diafragma D, la presin dinmica del
agua ser inferior a la de antes del diafragma, debido a la
resistencia al paso del agua presentada por este. En a la presin
ser superior que en b, la membrana M se curvara hacia la izquierda
abriendo la vlvula V y permitiendo el paso del gas, el cual se
inflamara en el quemador B en contacto con la llama del excitador T
y el agua se calentara rpidamente. Por el contrario, al cerrar los
grifos se restablece enseguida el equilibrio de presiones en el
tubo E, D, U y en las cmaras a y b, cerrndose la vlvula V, que
corta el paso al gas, y el quemador se apaga.El rendimiento de los
calentadores de gas es de un 85 a 90%En cuanto al consumo de gas,
tenemos que la combustin de un metro cbico de ste desarrolla unas
4500 caloras a la presin de 30mm de columna de agua y que el
rendimiento del aparato sea del 85% las caloras tiles sern:
4500*0.85 = 3825Para preparar un bao necesitamos 180 lt a 40C, si
suponemos por ejemplo que el agua est a 20C, las caloras gastadas
sern 180*20= 3600 caloras, la cantidad de gas gastada ser:
3600/3825= 0.94
CALENTADORES ELCTRICOS
Estos calentadores pueden ser instantneos si calientan el agua
en el momento del suministro, o bien de acumulacin si estn
provistos de un recipiente en el cual se calienta el agua y se
tiene as en reserva una cierta cantidad de agua disponible para su
uso.Los calentadores elctricos instantneos se utilizan solamente
para pequeos suministros ente 0.05 a 10 lt/min y se colocan
directamente en el grifo de paso del agua caliente.Los calentadores
elctricos de acumulacin son en cambio muy utilizados para la
produccin autnoma de agua caliente. Estn constituidos por un
recipiente metlico recubierto de un material aislante y lleno de
agua, en la que estn sumergidas una o varias resistencias elctricas
que la calientan.
Pueden ser de 3 tipos1. CALENTADORES ELECTRICOS DE LLENADO
CONTINUO Y DESCARGA LIBRE DE REBOSAMIENTO.2. CALENTADORES
ELECTRICOS DE CARGA INTERMITENTE CON DESCARGA LIBRE Y COMPLETA DE
VACIADO.3. CALENTADORES ELECTRICOS A PRESION.
1) CALENTADORES ELECTRICOS DE LLENADO CONTINUO Y DESCARGA LIBRE
DE REBOSAMIENTO.El agua fra entra en el calentador por el tubo A, y
cuando alcanza el nivel superior rebosa por el tubo B y sale por la
boquilla C, que no tiene grifo de control.El agua por lo tanto no
est a presin, normalmente el deposito esta lleno de agua caliente,
y si queremos que el salga agua se abre la llave D, el agua fra
entra en el calentador por la parte de abajo y hace salir desde
arriba a travs del tubo B el agua caliente, por medio de la
boquilla C, para cortar la salida de agua se cierra la llave D.La
lnea elctrica es L, la resistencia elctrica que calienta el agua es
M y el termostato que corta la corriente cuando la temperatura
llega a un cierto valor por lo general 80 y la abre de nuevo cuando
baja hasta otro limite, por ejemplo 70 es N.Este tipo de calentador
tiene el inconveniente de poder servir solo una toma de agua
caliente y situada debajo del mismo.
2) CALENTADORES ELECTRICOS DE CARGA INTERMITENTE CON DESCARGA
LIBRE Y COMPLETA (DE VACIADO).El calentador de vaciado tambin es
para agua sin presin y esta normalmente lleno de agua calentada por
las resistencias elctricas contenidas en el mismo.El agua fra llega
por el tubo B, la llave C, y el tubo A, se saca al exterior por el
tubo D, cerrando el grifo C y abriendo el E. El exceso del agua
rebosa al exterior por el tubo F, tiene el pequeo inconveniente de
la doble maniobra de los grifos C y E, pero la ventaja de extraer
toda el agua a la temperatura mxima de calentamiento, lo que no
ocurre en los otros tipos, en que al tiempo que sale el agua est
entrando por otro tubo el agua fra.Tambin este tipo de calentador
puede servir tomas de agua caliente situadas debajo del mismo.
3) CALENTADORES ELECTRICOS A PRESION.El tipo ms usado es el
calentador elctrico a presin ya que enva agua a varios grifos y
situados a las alturas que convenga. El agua fra llega por el tubo
A, atravesando la llave B, la vlvula C y el tubo D para entrar en
el acumulador. El agua en este se encuentra a presin y sale por el
tubo E, enlazado los distintos grifos que han de proveer agua
caliente.La vlvula E tiene un doble carcter, por una parte, es
vlvula de seguridad, y si la presin en el acumulador se hace
excesiva, se abre y descarga al exterior el exceso de agua a travs
del tubo F, por otra parte, es tambin vlvula de retencin e impide
que el agua caliente del acumulador retroceda a la red de agua fra.
El grifo G es para vaciar el depsito.La capacidad del acumulador en
los calentadores elctricos vara generalmente de 30 a 120lt. El agua
del acumulador se calienta a 85 en el transcurso de 8 a 24 horas,
segn los tipos.Para una comparacin de los calentadores de gas con
los elctricos, se vio que para preparar un bao se necesitan 3600
caloras, y esto supone el consumo de 0.94 m3 de gas. Por otra parte
1 kw/h equivale a 860 caloras tericas, supuesto un rendimiento del
90% que se obtiene en los calentadores elctricos tendremos.
Para obtener las 3600 caloras har falta consumir:
PRODUCCION CENTRAL DE AGUA CALIENTE
En estas instalaciones el agua es caldeada en un lugar del
edificio y desde l se distribuye a todos los servicios del
mismo.Puede calentarse directamente el agua en calderas anlogas a
las de calefaccin, pero esto tiene el inconveniente de que al
ponerse a temperatura muy alta se depositan sustancias calizas. En
las calderas de calefaccin tiene poca importancia, pues solo se
depositan de una sola vez los compuestos calizos del agua que
permanentemente llena la instalacin; pero en el suministro de agua
caliente, como el agua se renueva constantemente, se repetirn
tambin las sedimentaciones, acumulndose en las paredes y fondo de
la caldera, lo que dificulta el paso del calor de las llamas al
agua y se calientan excesivamente las paredes.Por otra parte,
conviene disponer de un depsito acumulador de reserva de agua
caliente.
Por lo expuesto. Las instalaciones corrientes son de
calentamiento indirecto, (figura). El tubo A toma el agua de la red
de agua fra y la lleva al depsito de alimentacin y expansin, P, del
que la tubera B la transporta a la caldera Q. De stas parten 2
tubos, C, D, que penetran en el acumulador R, formndose un serpentn
S. Por otra parte a R llega el agua fra por el tubo E, saliendo la
caliente por el F hacia los servicios.Por otra parte el agua
calentada intensamente en Q asciende por el tubo C, recorre el
serpentn S, cediendo calor al agua del acumulador, y vuelve al a
caldera por el tubo D.El circuito Q, c, S, y D es independiente del
E, R y f.El agua del 2do circuito se renueva constantemente; la del
1ero es siempre la misma.El depsito de substancias en el agua de R
es pequeo, porque la temperatura del agua en el serpentn es
bastante menor que la del hogar de la caldera.Si la distribucin es
con circulacin, habr un tubo, Q, de retorno de agua caliente al
acumulador.Sobre el acumulador debe haber una vlvula de seguridad
G, para prevenirse contra un exceso de presin que pueda tener lugar
en aquel.Consiste la vlvula en un grifo mantenido cerrado por un
peso regulado para una cierta presin. Cuando el lmite es alcanzado,
se abre la vlvula, y por un tubo a ella conectado sale al exterior
el exceso de agua. La vlvula debe ser probada y regulada con
frecuencia.Por el circuito Q, c, S, d, como no necesitamos agua a
presin, el suministro se hace a travs del vaso de expansin P, en el
que el agua de la red de fra, que llega por A, pierde su presin.
Hay en P un grifo de entrada que se cierra al elevarse el flotador.
P sirve de expansin al agua si la presin se eleva. Debe adems
disponerse un tubito T, para salida del aire formado en este
circuito.
CALENTADORES DE AGUA INGENIERIA SANITARIA I DIEGO ISAAC REYES
VERAPgina 1
