Los sistemas de calefacción a vapor son comunes en la ciudad de Nueva York, especialmente en apartamentos de antes de la guerra y otros edificios antiguos. Sin embargo, las calderas de vapor y los radiadores tienden a ser ineficientes debido a su antigüedad y diseño, y la conversión a agua caliente puede generar ahorros energéticos considerables. Además de ser más eficientes, los sistemas de agua caliente también ofrecen un tiempo de respuesta más rápido que los radiadores de vapor, al tiempo que reducen los costos de mantenimiento y brindan un funcionamiento más seguro.
Al actualizar el sistema de calefacción de un edificio de vapor a agua caliente, existen dos enfoques posibles:
- Adecuación de la instalación existente para uso de agua caliente. Esta es la opción más rentable cuando el edificio no va a sufrir renovaciones importantes en el corto plazo. Sin embargo, parte de la eficiencia de una instalación de agua caliente se pierde cuando se utilizan equipos originalmente dimensionados y especificados para vapor.
- Reemplazo completo del sistema de calefacción. Esta opción es prohibitivamente costosa en edificios existentes, ya que implica abrir paredes y pisos para reemplazar tuberías y accesorios asociados. Sin embargo, es rentable cuando un edificio va a sufrir una renovación importante.
Los sistemas de calefacción a vapor se recomiendan en construcciones nuevas donde se necesita vapor para fines adicionales además de la calefacción, como la esterilización; o cuando hay vapor residual disponible de un proceso industrial o planta de energía. Sin embargo, el agua caliente suele ser la mejor opción para la mayoría de las demás instalaciones.
Asegúrese de que su proyecto de conversión de sistema de calefacción esté diseñado profesionalmente.
Cómo se diseñó la calefacción a vapor en el siglo XX
La ineficiencia de la calefacción por vapor se debe en gran medida a prácticas de diseño que eran comunes a principios del siglo XX: las regulaciones sanitarias exigían que los sistemas de calefacción se dimensionaran para edificios con ventanas abiertas, incluso durante los días más fríos del invierno. Por tanto, los radiadores de vapor tienden a sobrecalentar los espacios internos y abrir las ventanas es la única forma de regular la temperatura. Esta práctica supone un importante desperdicio de energía, ya que parte de la producción de calefacción se vierte al exterior.
La operación desperdiciada no es la única desventaja de los sistemas de vapor convencionales que se encuentran en los edificios de la ciudad de Nueva York. También sufren las siguientes limitaciones:
- Las tuberías de vapor son generalmente más grandes que las de agua caliente, lo que significa que el sistema ocupa más espacio. En construcciones nuevas el coste inicial se incrementa.
- Los sistemas de calefacción a vapor son menos indulgentes cuando se trata de fallas y fugas. Una fuga de agua caliente es relativamente fácil de detectar y reparar, pero las fugas de vapor suelen implicar chorros de alta temperatura que pueden provocar quemaduras graves. Tenga en cuenta que las posibilidades de fallo aumentan a medida que el sistema envejece, por lo que los sistemas de calefacción a vapor en edificios de antes de la guerra requieren más atención.
El vapor se utilizaba en sistemas de calefacción más antiguos por la sencilla razón de que sube por la tubería sin necesidad de una bomba, y una sola tubería puede suministrar vapor y recuperar agua condensada de un radiador. Sin embargo, el costo adicional de operar una caldera de vapor supera con creces el costo de bombeo asociado con un sistema moderno de agua caliente. El calentamiento con vapor también tiene un tiempo de respuesta muy lento, lo que limita el uso de controles automáticos.
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Ventajas de eficiencia del agua caliente frente al vapor
La principal razón para actualizar un sistema de calefacción de vapor a agua caliente es la eficiencia energética: por ejemplo, un proyecto de conversión del sistema de calefacción de la Universidad de Columbia Británica logró un aumento de la eficiencia del 60 al 85 por ciento. Los sistemas basados en vapor también tienen costos de mantenimiento más altos, que pueden ser 10 veces mayores que un sistema de agua caliente equivalente.
Los sistemas de agua caliente también ofrecen una mayor eficiencia porque tienen tiempos de respuesta más rápidos y son más fáciles de controlar. Variables como la temperatura y el flujo del agua se pueden controlar con una precisión que simplemente no es posible con el vapor, optimizando el consumo de energía y reduciendo los costos energéticos.
Procedimiento de conversión del sistema de calefacción.
Como se mencionó anteriormente, los sistemas de calefacción a vapor suelen ser sobredimensionados porque fueron diseñados para cumplir con estándares de salud obsoletos. El primer paso antes de pasar de vapor a agua caliente es calcular correctamente la carga de calefacción.
Cálculo de la carga de calefacción y capacidad de la caldera.
Usar “reglas generales” puede resultar tentador porque son simples, pero a menudo dan como resultado un sistema de calefacción de gran tamaño, lo que frustra parcialmente el propósito de la actualización. Además de ser ineficientes, las calderas sobredimensionadas operan en ciclos más cortos, desgastando sus componentes y reduciendo su vida útil. Esto aumenta los gastos de mantenimiento y reduce el tiempo entre reemplazos de calderas. La caldera casi siempre se reduce de tamaño cuando se realiza una conversión de vapor a agua caliente, y se recomienda encarecidamente ponerse en contacto con un ingeniero de diseño o una empresa calificada para obtener una instalación del tamaño adecuado.
Aunque las calderas de vapor existentes se pueden modificar para proporcionar agua caliente, actualizar la unidad suele ser una mejor idea:
- Se puede especificar una unidad moderna con mayor eficiencia.
- La reducción del tamaño de la unidad proporciona ahorros adicionales más allá de los que se logran mejorando la eficiencia.
Reutilización de radiadores de vapor
Al cambiar de vapor a agua caliente, es importante determinar si los radiadores se pueden reutilizar. Algunos radiadores están diseñados exclusivamente para vapor y modificarlos suele ser costoso y no recomendable; En estos casos, la mejor opción es utilizar un medio de distribución de calor diferente, como por ejemplo un fancoil.
Aunque los radiadores deben ser revisados por un profesional calificado, existe una manera de determinar inmediatamente si solo funcionan con vapor: si las secciones individuales del radiador no están conectadas con una tubería en la parte superior, no se puede usar agua caliente.
La configuración de las tuberías de los radiadores también es importante a la hora de decidir si reutilizarlas o no. Como su nombre lo indica, los sistemas monotubo entregan vapor y recuperan agua condensada a través de la misma tubería; mientras que los sistemas bitubulares tienen una tubería separada para cada función. Para los sistemas de agua caliente son obligatorias dos tuberías, por lo que la actualización se vuelve más compleja si la instalación de vapor existente sólo utiliza una por radiador. A veces, incluso los sistemas de dos tuberías requieren la mejora de las tuberías de retorno; Si están diseñados para un flujo pequeño de agua condensada, es posible que no puedan manejar el flujo total de un sistema de agua caliente.
Usar tubería de vapor para agua caliente
Tenga en cuenta que las tuberías estarán sujetas a un conjunto de condiciones de funcionamiento muy diferentes cuando la instalación se actualice a agua caliente:
- El vapor asciende por sí solo mientras se bombea el agua caliente. La tubería debe poder tolerar la presión del agua en la salida de la bomba, así como la presión estática del agua en el sistema.
- Tanto la línea de suministro como la de retorno conducirán agua. Aunque la línea de retorno está diseñada para esto, la línea de suministro es más grande porque está dimensionada para transportar vapor y, por lo general, se necesitan válvulas para equilibrar el flujo.
La tubería de vapor dispone de una serie de accesorios y racores que no son necesarios cuando se utiliza agua caliente y sólo provocan un desperdicio de energía en forma de caída de presión. Se deben eliminar todos los componentes que ya no sean necesarios después de actualizar el sistema de agua caliente y se debe prestar especial atención a las trampas termostáticas, que pueden impedir en gran medida el flujo de agua caliente.
Alternativa a la conversión: sustitución completa del sistema
Reemplazar un sistema de calefacción de vapor con una instalación de agua caliente nueva es factible, pero puede tener un costo prohibitivo en instalaciones existentes debido a la necesidad de abrir paredes y reemplazar tuberías. Sin embargo, si un edificio sufre una renovación importante, representa un cambio excelente rehacer completamente el sistema de calefacción.
- Las tuberías se pueden dimensionar específicamente para agua caliente, lo que elimina la necesidad de utilizar válvulas en líneas de gran tamaño que fueron diseñadas originalmente para vapor. Equilibrar el suministro y el retorno de agua es mucho más sencillo si las tuberías tienen el tamaño adecuado.
- Los radiadores se pueden sustituir por alternativas más eficientes, como sistemas de calefacción por suelo radiante hidrónicos o bombas de calor con fuente de agua.
- La automatización se puede implementar en todo el sistema de agua caliente, logrando el menor costo operativo posible.
Esto sólo es rentable cuando se realiza una reforma importante. Por ejemplo, demoler pisos y paredes sólo para instalar tuberías nuevas rara vez se justifica en términos de costo y beneficio.
¿Cuándo se recomiendan los sistemas Steam?
En la mayoría de los entornos residenciales y comerciales, el agua caliente es el claro ganador sobre el vapor en términos de costo inicial, conveniencia y eficiencia. Sin embargo, existen aplicaciones específicas en las que un sistema basado en vapor es más adecuado.
Aplicaciones donde se requiere esterilización
El vapor se utiliza a menudo para esterilizar equipos en aplicaciones como la atención sanitaria o el procesamiento de alimentos, y la opción más económica es utilizar la misma caldera tanto para esterilización como para calefacción. Otra ventaja del vapor es que cualquier bacteria en el agua condensada muere inmediatamente durante la vaporización.
En aplicaciones donde se requiere esterilización, el uso de agua caliente para calefacción requeriría el uso de dos calderas separadas, lo que tiene un costo inicial extremadamente alto. Por tanto, el calentamiento a base de vapor es económico.
Disponibilidad de vapor residual
El vapor suele estar disponible como residuo de procesos industriales y de generación de energía y esencialmente proporciona un aporte de energía gratuito para los sistemas de calefacción. Con un enfriador de absorción también es posible utilizar vapor para aire acondicionado y refrigeración, pero representa una inversión considerable que sólo se justifica cuando se dispone de vapor gratuito o de bajo coste.
Conclusiones
El vapor es un medio de calentamiento económico cuando está disponible como residuo del proceso o cuando puede usarse para otras aplicaciones, pero el agua caliente ofrece mayor eficiencia, seguridad y conveniencia en aplicaciones residenciales y comerciales. Si está considerando convertir un sistema de calefacción, se recomienda encarecidamente que se comunique con profesionales calificados para que pueda determinar qué componentes del sistema se pueden reutilizar y qué modificaciones serán necesarias. Alternativamente, si se va a realizar una renovación importante en sus instalaciones, considere cambiar completamente el sistema de calefacción para maximizar la eficiencia.
