Componentes de una instalación de calefacción: Vaso de expansión

La función que tiene el vaso de expansión es absorber al aumento de volumen del agua contenida en la instalación de calefacción (o acumulador de  ACS) por el aumento de la temperatura (al aumentar la temperatura del agua aumenta su volumen).

Tipos 


Los vasos de expansión pueden ser de tipo abierto o cerrado.

• Vaso de expansión abierto.- El vaso de expansión abierto es un recipiente que debe de estar colocado en la parte más alta de la instalación para recoger el agua sobrante de la expansión y devolverla cuando se enfría el caloportador. Es importante que el agua contenida en este depósito tenga el menor contacto posible con el aire, puesto que si se oxigena produciría oxidación de los componentes de la instalación al reintroducirse (es muy importante no renovar nunca o casi nunca el agua contenida en una instalación de calefacción). El vaso de expansión abierto debe tener, a menudo, algún dispositivo que evite que el agua contenida se hiele (sistema de recirculación), lo que puede ocurrir porque debe estar situado en la parte superior por encima de la zona calefactada (en las instalaciones que tiene circulación por bomba, debe de estar al menos cuatro metros por encima del emisor más alto, para evitar cavitaciones en la bomba). Este tipo de vasos está en desuso y por el RITE está totalmente prohibido.
• Vaso de expansión cerrado.- El vaso de expansión cerrado está formado por dos zonas: una en contacto con el circuito primario de calefacción y por tanto llena de agua y una segunda zona llena de aire o gas nitrógeno en su caso. Estas zonas están separadas por una membrana impermeable. Cuando el agua se expande, aumentando de volumen, la membrana cede comprimiendo el aire y logrando una presión de funcionamiento estable. Este tipo de vaso produce una sobrepresión en el circuito, cuestión que debe de estar prevista para que no dañe sus componentes. Su ventaja es que puede estar en el mismo local que las calderas y por lo tanto al abrigo de las heladas. Generalmente se identifica en las instalaciones de calefacción por estar pintado de color naranja y tener forma de bombona, éste está colocado en la parte posterior o delantera de las calderas murales y formando parte de la instalación en las calderas de pie.

En el mercado encontramos multitud de vasos de expansión, con diferentes formas, volúmenes y usos. En función de la instalación que tengamos instalaremos el que mejor se adapte. Los usaremos tanto en la calefacción como cuando tengamos una acumulación de agua caliente sanitaria.

Vaso de expansión cerrado

Funcionamiento de una nevera o frigorífico a gas butano (II)

Hay neveras que queman gas para funcionar. No tienen motor, ni compresor ni piezas móviles; su principio de funcionamiento es el siguiente:

• Una pequeña llama hace hervir una solución de amoniaco en agua (solución fuerte, en el esquema).
• El amoniaco se separa como gas (evaporador) y se reúne con el agua en otro lugar del circuito (absorbedor).
• El amoniaco gaseoso, al disolverse nuevamente en agua (proceso llamado absorción), forma una solución (solución débil en el esquema), absorbe calor y produce el enfriamiento.
• La solución se concentra y se vuelve a calentar.

Este tipo de nevera se usaba mucho en establecimientos de campo que carecían de energía eléctrica.

Frigorífico con amoniaco

Entendamos el funcionamiento de una nevera o frigorífico

El funcionamiento de la heladera se basa en las siguientes propiedades físicas, que permiten generar frío:

1. El calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío


Para calentar un material debemos acercarlo a una fuente caliente, que se encuentra a mayor temperatura. ¿Por qué ocurre esto? La transferencia de calor es un flujo de energía. Cuando se transmite calor entre dos cuerpos, uno pierde energía y el otro la gana. El cuerpo que pierde calor disminuye su temperatura o cambia de estado (por ejemplo, pasa de gas a líquido o de líquido a sólido). Cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto, el calor es transferido del más caliente al más frío. De esta manera, la temperatura de ambos tiende a igualarse.

2. Los gases muy comprimidos se condensan

Seguramente conocen los encendedores de plástico transparente y vieron que contienen un líquido. Esos encendedores queman un gas semejante al que arde en la cocina. Pero ¿dónde está ese gas? El gas está condensado, es decir, se encuentra en estado líquido, encerrado a alta presión (comprimido) dentro del encendedor. Cuando se comprime un gas, el volumen que ocupa se reduce (sus moléculas se acercan entre sí) y su presión aumenta. Al llegar a una presión suficientemente elevada (volumen muy pequeño), las moléculas se acercan lo suficiente como para atraerse entre sí y formar el líquido.

3. La evaporación quita calor

Cuando salimos de la ducha o de la pileta, sentimos frío. ¿Por qué? El agua, al evaporarse, toma calor, es decir que cuando el agua se transforma en vapor le quita calor al cuerpo y por eso sentimos frío. Lo mismo pasa si nos ponemos alcohol o acetona sobre la piel; el líquido se evapora más rápidamente que el agua, y al quitar más rápido el calor de la piel sentimos más frío.


En verano mojarse puede ser un alivio. Pero si nos mojamos en invierno hay que secarse enseguida, porque el agua, al evaporarse, quita calor del cuerpo. Cuando hace calor o hacemos ejercicio físico, transpiramos más. La evaporación del sudor ayuda a bajar la temperatura del cuerpo. Esta propiedad también puede observarse con los aerosoles. Cuando rociamos una cantidad considerable de cualquier producto envasado en aerosol, notamos que el envase se enfría. ¿Por qué ocurre esto?

• Dentro del envase hay una sustancia, el propelente, que sirve para impulsar el producto que se desea rociar (por ejemplo, desodorante o insecticida). El propelente, en condiciones normales, es una sustancia gaseosa, pero dentro del aerosol se encuentra comprimido en estado líquido.
• Cuando se oprime la válvula, la presión interna del envase empuja su contenido hacia fuera y sale el propelente con el producto. Esto disminuye la presión en el interior del envase.
• Al haber menos presión, parte del líquido que está en el envase se evapora.
• Al evaporarse, el propelente absorbe calor del ambiente. Por lo tanto, los materiales próximos, como el envase, se enfrían.

El aerosol se enfría porque la evaporación quita calor.

En los ejemplos anteriores se pudo observar que cuando un líquido se hace gas (evaporación), quita o absorbe calor. Esto se debe a que el gas tiene un mayor contenido energético que el líquido, si tienen la misma temperatura. En el caso contrario, cuando un gas se hace líquido (condensación), se libera calor. En estas transformaciones, la diferencia de energía entre ambos es liberada o absorbida en forma de calor.

4. La compresión calienta, la expansión enfría

• Cuando inflamos la rueda de una bicicleta, notamos que el tubo del inflador se calienta. ¿Por qué ocurre esto?
• Cuando un gas se comprime, aumenta su temperatura (se calienta); y cuando se expande (aumenta su volumen), su temperatura disminuye (se enfría).
• Al inflar la rueda, empujamos con un émbolo el aire contenido dentro d el tubo del inflador (le entregamos energía en forma de trabajo).
• Al comprimirse, el aire aumenta su temperatura, le transfiere calor al tubo del inflador (que se encontraba a menor temperatura) y hace que éste se caliente.

El inflador se calienta porque el gas se comprime.

Estos cambios se deben a la pérdida de energía del gas cuando se expande, a causa del trabajo que realiza al "empujar hacia fuera" y a la energía que se le transfiere al comprimirlo cuando se lo "empuja hacia adentro".

Partes de un zippo

Dado que pusimos las partes que componen un mechero o encendedor también os mostramos el despiece de un zippo. Esperamos que os sea útil.

Funcionamiento de una nevera o frigorífico a gas butano (I)

En zonas remotas o aisladas, camping, casas de campo, etc. es necesario utilizar frigoríficos que no dependan exclusivamente de la electricidad para la producción de frío.

Es normal en estas zonas, que o bien no exista suministro eléctrico, o este no sea suficientemente constante (por ejemplo grupos electrógenos).Para este tipo de aplicaciones, existe desde los años 30 una serie de frigoríficos que funcionan indistintamente a corriente eléctrica (12v, 125v, 220v), o con botellas de gas butano o propano.

Cuando uno (con cara de despiste) y bastante malicia pregunta ¿cómo funciona exactamente esta frigorífico?, lo normal es que el vendedor o persona preguntada no sepa exactamente que contestar.

Los frigoríficos domésticos que solo funcionan conectados a la red eléctrica son muy sencillos y cualquiera puede explicar su funcionamiento, ¿pero cómo funciona un frigorífico de gas?.


Algunas personas creen erróneamente que se utiliza la dilatación del gas butano para mover un motor (del tipo de aire comprimido) que mueve el compresor, pero esta no es la respuesta.

Otros, piensan también erróneamente, que es la expansión del gas butano laque produce el frío, y que la llama piloto, es para quemar el gas, pues si lo emitimos al ambiente se producirían explosiones.

Esto no es así, pues si se utilizara de esta forma, además de su extrema peligrosidad, solo tendría una autonomía de unos cuantos minutos.

¿Entonces cómo funcionan estos frigoríficos?, bueno, les propongo tres respuestas, una Muy Sencilla, otra Sencilla y otra Más Completa.

Funcionamiento

Explicación Muy Sencilla:
El frigorífico de gas butano, funciona por la ABSORCIÓN de temperatura de un LÍQUIDO AL EVAPORARSE, habitualmente amoníaco.

Explicación Sencilla:
El frigorífico de gas butano, funciona por la energía entregada por un pequeño quemador de gas butano. Este quemador evapora amoníaco de una disolución de agua y amoníaco, lo cual enfría los alimentos. El amoníaco se vuelve a adsorber con agua en el ABSORVEDOR, donde el ciclo comienza de nuevo.

Explicación Completa:
Para una explicación completa y en profundidad, pueden seguir la lectura, mirando el esquema siguiente.

En primer lugar, tenemos un depósito con una disolución fuerte de gas amoníaco en agua. No debemos confundir esta disolución con el amoníaco habitualmente empleado en limpieza que tiene una concentración mucho menor.
Un quemador de gas, muy parecido a la llama piloto de un calentador de gas, genera calor a un calentador fijado al depósito de amoniaco.
Junto a este calentador, hay otros del tipo eléctrico (resistencia) que funcionan a 12v, 125v, ó 220v cuando la nevera funciona a red y no a gas.
El calor generado, evapora el amoníaco del agua, el cual pasa por un sifón a partir del cual cualquier resto de agua o vapor de la misma vuelve al depósito, mientras que el gas de amoníaco sigue su curso.
El amoníaco gaseoso, entra en el CONDENSADOR, este es un tubo fino y bien refrigerado por el aire circundante (aire del ambiente), en esta situación, el vapor de amoníaco se CONDENSA (de ahí su nombre), debido a la presión dentro del condensador y a la reducción de temperatura, por tanto en este elemento el amoníaco gaseoso pasa a estado líquido (amoníaco puro licuado).A continuación el amoníaco, pasa al evaporador, que se encuentra dentro del frigorífico. Este elemento es sencillamente un tubo de gran sección donde el amoníaco puede evaporarse fácilmente. Para facilitar esta operación, el amoniaco se mezcla con un poco de gas hidrógeno, lo cual disminuye su temperatura de evaporación. Es en este lugar donde se genera frío, al absorber el amoníaco el calor necesario para su evaporación.
El amoniaco evaporado, junto con el hidrógeno, pasan al ABSORVEDOR, donde el amoníaco es absorbido (de ahí su nombre) en agua, la cual cae por gravedad al depósito mencionado al inicio, y todo el proceso vuelve a repetirse.
El hidrógeno, es una pequeña cantidad de gas que se inyecta en la fabricación del aparato, y que circula libremente entre el condensador y el absorbedor.
Tanto el CONDENSADOR como el ABSORBEDOR son elementos que generan calor y por tanto deben estar bien ventilados, pues de lo contrario se pierde rendimiento del frigorífico.
Como pueden ver el sistema no tiene ningún elemento móvil ni compresor de ningún tipo, todo funciona simplemente por la energía emitida por la pequeña llama de gas butano y el ciclo de absorción del amoníaco al evaporarse.
Esto hace que estos frigoríficos sean especialmente silenciosos y duraderos. Su autonomía es también bastante grande, pues solo consumen unos 500 gr. de gas butano al día, lo cual da para unos 25 días con una bombona de 12,5 Kgr a plena carga.

Seguramente se estará preguntando ¿si todo es tan sencillo, por que no utilizar este principio en una nevera doméstica?.
Bueno, son muchas las posibles respuestas. En primer lugar si el funcionamiento es más sencillo, no lo es tanto su fabricación que suele ser más caro. Además el amoníaco es un gas muy peligroso para ser usado deforma generalizada en neveras domésticas (ahora se utilizan otros gases menos peligrosos, pero más caros). Otra posible causa es el pequeño rendimiento o potencia de enfriamiento de estos frigoríficos, pues no están pensados para estar continuamente abriéndolos para meter grandes cantidades de alimentos.

POSIBLES AVERÍAS

Como se ha comentado, estos frigoríficos son muy duraderos, debido a que no tiene partes móviles. Sin embargo también pueden sufrir averías, veamos algunas de tipo sencillo y como solucionarlas.
En primer lugar estos frigoríficos funcionan por gravedad, por tanto es necesario que el frigorífico este a nivel y sin movimientos bruscos.
Habitualmente, se montan en caravanas, donde el continuo traqueteo y el estacionamiento en rampas y pendientes, impiden el funcionamiento normal, induciéndonos a pensar que no funcionan cuando realmente no es así.
Si bien en teoría, el salto térmico (diferencia de temperatura entre el exterior y el interior del frigorífico) puede ser de más de 40° C, en la práctica, no suele ser de más de 25 a 30°C.
Por tanto es necesario proporcionar un lugar bien ventilado y a la sombra, pues si lo situamos en lugares cerrados o calurosos, su rendimiento cae en picado. Es normal ver algunos de estos aparatos bajo tejados de uralita, en garajes que al sol alcanzan los 50° C, mientras el dueño ¡se queja de que enfría poco!.
Por tanto, ante cualquier problema con el frigorífico, lo primero, es ponerlo en un sitio a nivel, donde no le dé el sol y esté bien ventilado.
En el caso de frigoríficos de caravanas, es también muy importante mantener limpias las rejillas de ventilación.
Como dijimos en líneas anteriores estos frigoríficos, no tienen una gran potencia de enfriamiento, por tanto debemos de acostumbrarnos a no abrirlos de manera continuada.
Si el frigorífico funciona bien a gas, pero no funciona con corriente puede ser debido a lo siguiente.
En modo de funcionamiento a red o batería, el calor de la llama, se sustituye por el calor generado en una resistencia eléctrica, por tanto, es necesario comprobar la correcta alimentación de la misma y su estado.
Una batería de coche de 12v /45Ah, solo proporciona autonomía para unas horas, pues las resistencias consumen unos 100w, por tanto verifique el nivel de carga de la batería.
Si funciona a red eléctrica, compruebe que se ha seleccionado el valor correcto y no estamos trabajando a 220v en un país con 125v.
En muchos camping, la electricidad es de grupo electrógeno, en estos casos, la tensión puede caer de 220v a 190v o menos, dependiendo de la carga de potencia conectada al generador, esta caída de tensión reduce mucho el rendimiento del aparato.
Si todo está correcto, podemos verificar con un polímetro el estado de las resistencias calefactoras (continuidad, resistencia, aislamiento), y mejor aún su consumo eléctrico cuando están conectadas.
El fallo más habitual de estos frigoríficos suele ser la perdida de gas, bien por corrosión debido al envejecimiento, o por las continuas vibraciones en frigoríficos de caravanas.
En ese caso, la reparación es inviable técnica y económicamente, pues sería necesario, localizar la fuga, rellenar el circuito con los gases apropiados a la presión correcta, sellar la fugar, y rezar para que los envejecidos y corroídos tubos no fallen en otro sitio. Esto sin nombrar por supuesto que el amoníaco puro es muy pero que muy tóxico.
Otra posible causa de problemas, suele ser que el cliché del quemador esté sucio, lo cual produce una mala combustión, es este caso, la reparación debe realizarla un técnico experimentado, pues un mal montaje, o reparación de la misma puede producir peligrosos escapes de gas o mal quemado del butano, lo cual produce el mortal monóxido de carbono.
En cualquier caso, este documento no está destinado a enseñar a nadie como se reparan este tipo de frigoríficos, si no a explicar su funcionamiento, para que cualquier usuario pueda utilizarlos sin pérdidas de rendimiento.
El funcionamiento detallado de un frigorífico de gas butano, necesitaría de un libro entero, basta por tanto estas líneas para tener una somera idea de su funcionamiento. Para despertar su curiosidad, les comento que algunos ingenieros (principalmente australianos) están colaborando con empresas y ecologistas, en el desarrollo de aparatos de aire acondicionados ecológicos, donde el calor obtenido en el tejado de una vivienda por medio de colectores solares, se utiliza para evaporar el amoníaco (en realidad se ha sustituido por bromuro de litio), y de esta forma tener aire acondicionado ¡del calor del sol!.
Pueden entender lo que esto supondría para países como España y para ciertas zonas como pueden ser Sevilla en agosto.
Naturalmente las grandes empresas productoras de electricidad ponen mala cara cuando se les habla de estos temas.

UN POCO DE HISTORIA...

• Antes de 1748. El enfriamiento se efectúa con hielo o nieve. 
• 1748. El escocés William Cullen logra por primera vez la refrigeración artificial por medio de la evaporación de un líquido. 
• 1805. El inventor estadounidense Oliver Evans diseña la primera máquina refrigeradora que usa vapor en vez de líquido. 
• 1834. El inglés Jacob Perkins inventa la primera máquina que fabrica hielo a partir de la evaporación y la condensación de un líquido. 
• 1844. El médico estadounidense John Gorrie construye una heladera que funciona comprimiendo y expandiendo un gas en forma alternada. 
• 1856. El empresario estadounidense Alexander Twinning introduce en el mercado sistemas de refrigeración. 
• 1859. El francés Ferdinand Carré utiliza amoníaco en lugar de aire en los sistemas de refrigeración. De esta manera consiguió temperaturas más bajas. 
• 1920. Se comienza a utilizar el gas freón en lugar del amoníaco.