Calefacción

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Varios

Antecedentes históricos. Todos los seres de sangre caliente utilizan instintivamente alguna forma de c.; así, las emigraciones temporales de ciertos animales a tierras más templadas es un fenómeno que tiene tal finalidad. El hombre prehistórico descubrió que la atmósfera en que vivía desempeñaba un importante papel en’ su comodidad y salud, que un tiempo demasiado frío o caliente le producía malestar, y así se procuró la c. del cuerpo mediante pieles y refugiándose en cuevas. Con seguridad la primera aplicación que se hizo del fuego fue la de c. e iluminación.

Los romanos construyeron locales cuyo piso, incombustible, sostenido por pilares de ladrillo, tenía debajo un espacio, cuya altura no solía llegar a un metro, en comunicación con una caldera de cobre. El humo y el aire caliente circulaban por ese lugar (hipocausto) y salían el exterior por tuberías de barro verticales situadas en el grueso de los muros, calentándose así éstos y el suelo con notable aprovechamiento del calor. Este sistema aún se conserva hoy en la Tierra de Campos y otras comarcas españolas con el nombre de "gloria". Una modalidad de dicho tipo de c. es la de situar el estiércol del ganado en sótanos estancos y aprovechar el calor de la fermentación de la materia orgánica, e incluso utilizar para alimentar toscos mecheros de iluminación los hidrocarburos desprendidos en este proceso.

Datos fisiológicos. La sensación de calor o frío no se deben, de ordinario, a oscilaciones de la temperatura interna, sino más bien a cambios de temperatura ocurridos en la piel. El cuerpo humano cede calor al espacio que le rodea por transpiración de la piel y radiación. La transpiración es originada por la evaporación y en ella influye en gran medida el estado higrométrico, mientras que las pérdidas por radiación se deben a la diferencia de temperaturas entre la piel y el ambiente. En condiciones normales de invierno en una sala de estar, con una temperatura de 21° y una humedad relativa del 30%, un adulto en reposo pierde aproximadamente unas 25 Kcal/h. debido a la transpiración de la piel, y unas 75 Kcal/h. por radiación. El cuerpo humano puede considerarse como una instalación de energía en la que, en último término, todo conduce a la producción de calor: la cantidad de calor originada varía entre 100 y 250 Kcal/h. según esté la persona en reposo o en plena actividad. Como el organismo mantiene normalmente una temperatura de 37° C, es evidente que el calor tendrá que disiparse a la misma velocidad con que se produce, ya que de lo contrario subiría o bajaría la temperatura del cuerpo. El sistema regulador de los animales de sangre caliente mantiene automáticamente este equilibrio, en parte controlando el flujo sanguíneo periférico y en parte mediante las glándulas sudoríparas. Cuando el cuerpo consigue fácilmente el equilibrio se siente cómodo; cuando no logra disipar la energía en la medida en que la produce, aparece la. sensación de calor, e inversamente, cuando no alcanza a compensar las pérdidas térmicas, se produce la sensación de frío.

Sistemas de calefacción. Hay una gran diversidad de sistemas de c., pero pueden agruparse en dos tipos fundamentales, los de convección y los de radiación, aunque muchos sistemas combinan los dos métodos (v. CALOR II).

La convección es un proceso mecánico de transporte de calor que tiene lugar exclusivamente en los fluidos y que consiste en una transferencia de calor de una a otra parte del fluido, gracias a corrientes originadas en su interior en virtud de diferencias de densidad. Basta colocar en un tubo de vidrio en forma de O, con agua, una sustancia colorante algo soluble para observar que tan pronto el agua se calienta por una de las esquinas inferiores aparece una corriente ascendente de convección; se debe a que el líquido, al calentarse, se expansiona y se hace menos denso, ascendiendo, por tanto, mientras el líquido frío desciende para cerrar así la circulación convectiva (fig. 1). La convección tiende a igualar las temperaturas en toda la masa líquida, aunque si la viscosidad del líquido es grande pueden subsistir, a pesar de la convección, grandes diferencias térmicas de unos puntos a otros de la masa.

Las corrientes de convección en los líquidos tienen aplicación práctica en las c. por agua caliente; en la fig. 2 se representa un sencillo esquema que explica su funcionamiento: al encenderla, el agua se calienta en la caldera A y asciende por el tubo B hasta pasar por el radiador R, donde se enfría, y regresa por C a la caldera; un depósito, T, evita que un calentamiento excesivo y la expansión consiguiente hagan que explote cualquiera de las partes.

En los gases, por ser más ligeros y compresibles que los líquidos, los fenómenos convectivos tienen aún mayor importancia. El tiro de las chimeneas es consecuencia de las corrientes de convección; puede comprobarse el funcionamiento de una chimenea con un tubo de vidrio ligeramente inclinado al que se calienta cerca de su extremidad inferior; la llama de un mechero, colocado convenientemente en el extremo B (fig. 3) pondrá de manifiesto la fuerte corriente ascendente de aire debido al tiro. Este hecho tiene por efecto en las chimeneas francesas atraer aire exterior a la habitación, que se introduce en ella por debajo de las puertas, rendijas, etc., y de ello resulta una ventilación muy estimable higiénicamente, pero que disminuye el rendimiento calorífico.

Las instalaciones de aire caliente consisten en un hogar que calienta unos conductos por donde circula el aire, ya sea a termosifón o bien impulsado por un ventilador, para luego ser distribuido a las distintas habitaciones; el éxito del sistema depende de la adecuada repartición del aire caliente, por lo cual adquiere gran importancia la situación de sus entradas y salidas. Con respecto a la c. por agua, su coste inicial es relativamente más bajo, aun incluyendo el equipo de filtrado y circulación forzada del aire, y, además, puede transformarse en un sistema mixto de c. y refrigeración.

Con una ventilación apropiada el consumo de calor es siempre mayor que en el caso de c. por agua, ya que al renovar el aire, aunque sólo sea parcialmente, se expulsa otro tanto del ya viciado y con 61 una buena cantidad de calorías, las cuales han de ser repuestas y tenidas en cuenta, junto con las pérdidas propias del edificio, al calcular las instalaciones y los consumos de combustible.

La c. por radiación o c. irradiada, está fundada en la cantidad de energía radiante emitida por un cuerpo, la

cual depende, en primer lugar, de su temperatura y, en segundo, de la naturaleza de su superficie. J. Stefan comprobó experimentalmente y L. Boltzmann demostró teóricamente, que el poder emisivo total de un cuerpo es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Las ondas de la radiación térmica difieren de las otras radiaciones únicamente en su longitud de onda, que decide el efecto que ejerce la radiación sobre la materia. A la radiación térmica, llamada también infrarroja le corresponde una longitud de onda comprendida entre 8107 y 8.104 m. (v. RADIACIÓN).

Además de los radiadores eléctricos llamados de calor negro, que en esencia son una resistencia eléctrica que no puede alcanzar la temperatura a la cual la radiación está dentro del espectro visible, la mejor c. por radiación consiste en una serie de tubos empotrados en suelos, paredes y techos por los que se hace circular agua caliente para que el calor sea irradiado al espacio. La temperatura que alcanza el suelo mediante este procedimiento no debe ser excesiva, es decir, superior a la que conviene al bienestar de los pies. Otro método consiste en instalar paneles de c. eléctrica en paredes, techos y suelos, y aprovechar las horas nocturnas, en que la tarifa es más barata, para conectarlos a la red eléctrica. El calor almacenado por el hormigón hace que durante el día llegue la onda térmica poco a poco a la superficie, con lo cual se tiene una c. muy racional y barata.

J. DOMA RICO.

BIBL.: J. AGUILAR, Termodinámica y mecánica estadística, Valencia 1970; SOC. FRAN~.AISE DES THERMICIENs, Représentations analogiques et homologiques dans les techniques de la chaleur, París 1965; G. F. C. ROGERS y Y. R. MAYHEW, Engineering Thermodynamics Work and Heat Transfer, Londres 1964; I. DORIA, Almacenadores térmicos de cambio de fase, ed. Facultad de Ciencias, Madrid 1970; "Rey. Générale de Thermiquen (mensual), París.