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Sistema por radiadores
El sistema de calefacción por radiadores consiste en hacer circular el agua caliente, generada por una fuente de calor central, mediante una red de cañerías, hasta los radiadores ubicados en cada ambiente. Los radiadores, , intercambian por convección natural el calor al ambiente. El aire se calienta al entrar en contacto con la superficie del radiador y dado a que se torna más liviano asciende, por otra parte, el aire frío baja y pasa a través del radiador nuevamente generando un calor envolvente.
Al sistema se le incorpora un termostato de ambiente que permite regular la temperatura de confort térmico y ahorrar energía. También pueden usarse válvulas termoestatizables con cabezales termostáticos en algunos radiadores, siendo esta una solución para el control de temperatura ambiente por ambiente.
Hagamos un poco de historia:
- A Franz San Galli, un empresario ruso de origen prusiano que vivía en San Petersburgo, se le atribuye la invención del radiador de calefacción hacia 1855, habiendo recibido una patente de radiador en 1857, pero el estadounidense Joseph Nason desarrolló un radiador primitivo para calefcción en 1841 recibiendo varias patentes estadounidenses para la calefacción por agua caliente y vapor.
- El nombre de radiador proviene que al principio, cuando se inventó, se suponía que el calor se intercambiaba por radiación pero, dada la escasa superficie que presenta, solamente en pocos casos esto es cierto, en realidad son CONVECTORES.
1.- RADIADORES DE ALUMINIO
El radiador más común, debido a su reducido costo, poco peso y mayor rendimiento, es el de aluminio. También existen radiadores de hierro fundido, pero que actualmente son menos habituales. También existen los radiadores llamados bimetálicos.
Si comparamos las ventajas de los radiadores de aluminio con modelos fabricados de otros materiales (bimetálicos y/o hierro fundido) es muy simple ver el motivo por el cual el aluminio sigue triunfando. Es un excelente conductor de calor y por ello alcanzan la temperatura máxima muy rápidamente.
RENDIMIENTO
Al momento de calcular el rendimiento efectivo de un radiador, debemos tener en cuenta que la potencia de calefacción de los radiadores depende de distintas variables, como ser la temperatura del agua que les llega desde la caldera, del caudal que circula por su interior y de la temperatura ambiente que pretendamos en los locales donde se encuentran situados (lo que es decir, su salto térmico). Dicha potencia aumenta a medida que la temperatura del agua se incrementa o cuando circula un caudal mayor, mientras que disminuye cuando lo hacen la temperatura o el caudal. Otro factor que también incide es el exponente “n” que define la curva de la variación de emisión de un radiador a distintas temperaturas de trabajo, y sirve para calcular con precisión cuál va a ser la emisión a distintas temperaturas de un radiador en concreto.
Por eso, en los catálogos de los fabricantes siempre nos aportan un dato: la potencia calórica para un salto térmico determinado.
Pero, ¿qué es el salto térmico?
El salto térmico, es la diferencia entre la temperatura media del radiador y la temperatura ambiente. A continuación, se muestra el cálculo del salto térmico de un radiador en condiciones normales.
Veamos por ejemplo que ocurre sí optamos por la instalación de una caldera de condensación, que trabaja a una temperatura de 60ºC que es inferior a una caldera tradicional:
EJEMPLO:
Cálculo del rendimiento de un radiador, cuando la fuente de calor es una caldera de condenación, donde:
Te= temperatura del agua a la entrada del radiador (60ºC)
Ts = temperatura del agua a la salida del radiador (50ºC)
Ta = temperatura del ambiente (20ºC)
CALCULO DEL DELTA “T”: Fórmula ((60ºC+50ºC)/2)-20ºC)
En este caso nuestro delta ,sería: ?= 25ºC
Si, el radiador que pretendemos instalar, según el fabricante tiene un rendiminto de 167 wat/h con un ?= 60ºC y un exponente n=1.336
Para tener el rendimiento efectivo de acuerdo a nuestro ? (delta) debemos aplicar la siguiente fórmula: 167w/h x (25ºC/60ºC)1.336
El rendimiento real del radiador sería= 52 watt/h = 45Kcal/h por elemento.
De alli la importancia de conocer el rendimiento real según el fabricante y su exponente “n” para permitir un cálculo exacto de los elementos necesarios para cada ambiente. Si bien se tiende a elegir elementos de radiador por su estética o su precio, lo más importante es conocer su rendimiento.
2.- RADIADORES BIMETÁLICOS
Los radiadores de calefacción bimetálicos son una opción más, que últimamente se ha arraigado en nuestro país. Están compuestos por dos metales diferentes, generalmente acero y aluminio, que se combinan para aprovechar las ventajas de ambos materiales. Su característica principal es su durabilidad. El acero proporciona resistencia y durabilidad, lo que ayuda a que el radiador tenga una larga vida útil. Su desventaja es su menor rendimiento comparado con el de solo aluminio. A pesar de, su apariencia similar al de “aluminio”, es necesario categorizarlos en un grupo separado de radiadores.
La planta italiana Sira produce radiadores de este tipo desde hace más de 30 años, mientras que en Rusia llevan en funcionamiento casi 15 años. Gracias al diseño de estos radiadores de calefacción, protegidos por la patente de Sira, el margen de seguridad supera muchas veces todas las presiones posibles en el sistema, y el contacto entre el agua y el aluminio se reduce casi a cero.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
- La estructura de la fundición a presión del aluminio sobre el tubo de hierro permite obtener la relación optima de durabilidad entregada por el acero con la mayor conductividad térmica entregada por el aluminio. La transferencia de calor de una sección, es más baja que el radiador totalmente de aluminio. El núcleo de acero reduce la transferencia de calor general, siendo menor que la de un radiador de aluminio de las mismas dimensiones. Esto se debe a que el aluminio tiene mayor disipación de calor (190 Watt), mientras que el acero tiene solo 47W.
- Gran resistencia a la presión: El acero, al ser más resistente que el aluminio, permite contener mejor la presión del agua y los golpes de Ariete. Por lo que es especialmente recomendado utilizar solo radiadores bimetálicos en los edificios de altura, con una fuente de calor central.
- Resistencia a la corrosión: El acero que está en contacto con el agua de la instalación no entra en reacción electroquímica; a diferencia de los radiadores 100% de aluminio en los que si hay actividad electroquímica entre el aluminio y el agua.
3.- RADIADORES DE BAJA TEMPERATURA
Este tipo de radiadores, también llamados dinámicos trabajan igualmente con baja temperatura de agua, pero incorporan un ventilador con nivel acústico muy reducido. Con ello, y en los momentos en los que se requiere máxima potencia, ofrecen una importante reducción del consumo consiguiendo la máxima eficiencia.
Los radiadores de baja temperatura dinámico, son radiadores inteligentes en los que, cuando se necesita la máxima potencia, trabajan con el sistema dinámico y en el momento de mantener la temperatura, trabajan en modo estático. El exponente «n» en los radiadores que trabajan en modo dinámico se transforma en 1, con lo cual, la emisión es tres veces mayor que si trabaja en modo estático.
¿Cualquier radiador estático puede trabajar a baja temperatura?
En principio la respuesta es sí, aunque debemos tener en cuenta, lo siguiente:
Recordemos, lo que al principio dijimos sobre radiadores, que el rendimiento dependía de su salto térmico. Comentábamos que los fabricantes aportan también un exponente «n» definido para cada radiador y que define la curva de la variación de emisión calorífica de un radiador, dependiendo de varios factores, como las propiedades del fluido, la velocidad del flujo, la geometría del radiador y las condiciones de operación.
Por lo tanto, si quisiéramos que nuestra instalación trabaje a bajas temperaturas de impulsión (caldera de condensación, bombas de calor, aerotermia), tendríamos que sobredimensionar esos radiadores añadiéndoles más elementos y ocupando mucho más espacio.
¿Por qué tenemos aire en los radiadores?
La mayoría del aire, viene en disolución con el agua. Es decir, viene mezclado con el agua que añadimos a nuestro circuito de calefacción. Así, este aire al ir circulando poco a poco por el circuito, se va separando del agua y depositando en las partes más elevadas, puesto que es menos denso que el agua. En las partes más elevadas se ubican los purgadores del radiador, purgadores de la instalación de las cañerías, o el purgador de la bomba de circulación de la caldera, ya que en este punto es donde se produce mayor número de turbulencias que ayudan a separar esta unión y hace de desgasificador, eliminando el aire disuelto en el agua.
Otro aporte de aire es debido una reacción química que se produce en instalaciones con radiadores de aluminio. Las instalaciones se suelen llenar con agua de red, de hecho casi todas las calderas llevan llaves de llenado de instalación que admiten agua de la red sanitaria. Esta agua sanitaria que todos bebemos, tiene la particularidad que es ligeramente ácida, lo que significa que su PH aproximado es de 6.5. Muchas veces el PH es modificado por la compañía que nos suministra el agua, dado que esta ligera acidez hace que el agua no forme incrustaciones calcáreas que facilita la conservación de tuberías, llaves de corte, grifos y otros elementos asociados a la instalación sanitaria. Además de ser consecuencia necesaria de clorar (añadir cloro para desinfectar) el agua.
El aluminio es un metal no ferroso muy resistente, sin embargo reacciona con la acidez del agua y a consecuencia de esta reacción, desprende hidrógeno, que se acumula en nuestros purgadores.
Así cuando abrimos el purgador para eliminar el aire, lo que dejamos escapar en algunos casos es el hidrógeno que se ha formado a consecuencia de una reacción química.
Existen en el mercado, aditivos pasivantes que añadidos al agua del circuito de calefacción, eliminan esta reacción y así el agua deja de producir el hidrógeno, evitando ir purgando cada dos por tres, y especialmente en instalaciones nuevas, donde la purga tiene que ser mucho más frecuente.
Estos aditivos, a parte de ofrecer protección contra la corrosión de muchos metales, entre ellos el aluminio, básicamente la tarea principal es convertir el agua en una ligera base, con un PH ligeramente superior a 7 y así evitar que se produzca esta reacción química
COMPARATIVA RADIADORES DE ALUMINIO VERSUS RADIADORES BIMETÁLICOS
Los radiadores bimetálicos son considerablemente más duraderos que los 100% de aluminio debido a su resistencia a la corrosión química del agua. El núcleo interno de acero tolera mucho mejor los cambios de pH y la presencia de sales en el agua de la calefacción, evitando el desgaste prematuro que sufre el aluminio en sistemas centralizados.
| Característica | Radiador Bimetálico (acero + aluminio) | Radiador 100% aluminio |
| Contacto con el agua | El agua circula únicamente por el tubo de acero. | El agua esta en contacto directo con el aluminio. |
| Resistencia al Ph | Soporta un rango amplio (pH de 6.5 a 9 o más) | Muy sencible. Exige un pH estricto (entre 7 y 8) |
| Corrosión por sales | Alta resistencia. El acero no sufre corrosión galvánica. | Alta vulnerabilidad. Las sales y otros metales provocan corrosión alveolar. |
| Vida útil promedio | 20 a 25 años o más. | 10 a 15 años (se reduce si el agua es de mala calidad) |
¿Por qué el acero resiste mejor las sales y la química del agua?
- Inercia química al pH alto: El agua de las redes de calefacción (especialmente en edificios con sistemas centralizados) suele ser alcalina o contener aditivos. El aluminio es un metal anfótero, lo que significa que se destruye rápidamente si el pH del agua sube de 8 o 8.5. El acero, en cambio, trabaja perfectamente en ambientes alcalinos.
- Prevención de la corrosión galvánica: En las instalaciones de calefacción conviven tuberías de cobre, calderas de fundición y válvulas de latón. Cuando el agua transporta iones de estos metales y toca directamente al aluminio, se genera un “par galvánico” que perfora el aluminio. Al haber un tubo de acero en el medio, este efecto destructivo se reduce al mínimo.
- Menor formación de gases: La reacción química del agua con el aluminio genera burbujas de hidrógeno de forma constante, lo que obliga a purgar los radiadores seguido y genera bolsas de aire que oxidan el sistema. El acero reduce drásticamente esta reacción.
¿Por qué el acero genera mayor oxidación en el agua?
El acero de los radiadores bimetálicos genera más óxido de hierro (lo que conocemos como “agua negra” o marrón) que el aluminio. Sin embargo, en un sistema de calefacción cerrado, esta oxidación no destruye el radiador, a diferencia de lo que ocurre con el aluminio.
El fenómeno del “Agua Negra” (Magnetita): Cuando el agua entra en contacto con el acero interno del radiador bimetálico, reacciona con el poco oxígeno disuelto en el agua. Esto genera una capa de óxido ferroso-férrico (magnetita). El agua del circuito se vuelve oscura o negra.
Por qué no es peligroso para el radiador: Una vez que el oxígeno inicial del agua se consume (lo que ocurre a los pocos días de llenar el circuito), la oxidación se detiene por completo. Esa capa negra interna se vuelve una película protectora llamada “capa de pasivación” que protege al acero de seguir desgastándose.
El aluminio, en cambio, no genera agua negra, pero cuando las sales o el pH incorrecto lo atacan, sufre de corrosión alveolar por picadura (pitting). No tiñe el agua de forma tan evidente, pero el metal se va afinando en puntos específicos, hasta su perforación. Genera gas hidrógeno, lo que genera burbujas y ruidos en las tuberías.
Comparativa de comportamiento químico
| Efecto en el sistema | Radiador bimetálico (acero + aluminio) | Radiador de aluminio |
| Residuos en el agua | Genera lodo negro (magnetita) al principio de la instalación. | Genera residuos blanquecinos (hidróxido de aluminio) |
| Peligro para la caldera | El lodo puede trabar bombas si no se limpia. | El gas hidrógeno genera bolsas de aire y corrosión en la caldera. |
| Forma de dañar los radiadores | Se oxida de forma uniforme y muy lenta (dura décadas) | Se perfora en puntos localizados (fugas rápidas) |
El secreto para ambos. El circuito cerrado.
En calefacción, el agua no se renueva. Es siempre la misma agua circulando año tras año. Al no entrar oxígeno nuevo, el acero no se puede seguir oxidando. Por esta razón, en cualquier instalación (sea de acero o de aluminio) es fundamental usar un líquido inhibidor de corrosión y un filtro magnético en el retorno de la caldera para atrapar esa magnetita (óxido negro) y proteger la bomba circuladora.