Luchando contra la crisis energética (1)

No dejes de leer el artículo –> Mi sistema solar para ACS

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Queridos lectores, la Edad Contemporánea se ha cerrado, los acontecimientos de los últimos años nos dicen que estamos ya en la Edad Post-contemporánea. Eso no lo digo yo, ya hay por ahí historiadores que formulan teorías en el sentido de que, con la caida de las Torres Gemelas el 11 de Septiembre de 2001, se acabó la Edad Contemporánea tal como la conocimos, pasando a otra donde impera la globalización y un cierto enfrentamiento entre civilizaciones (yo más bien diría entre los buenos -nosotros, los occidentales libres para pensar y decidir cómo vivir- y los malos que nos quieren hacer comulgar con sus «hostias»).

Pero yo, como ciudadano de a pie y opinión propia, considero sin embargo que el verdadero cambio de Edad no se produjo el 11 de septiembre, sino a lo largo del 2008, por dos causas fundamentales:

1. El resquebrajamiento de los cimientos del liberalismo económico por efecto de la crisis financiera, que ha obligado a los líderes de los países del G20 (más España, que entró de prestado, pero que debería estar ahí por derecho propio al ser la 8ª economía del mundo) a reunirse en Washington el 15 de noviembre de 2008 para diseñar la forma de apuntalar el chiringuito antes de que se nos caiga encima con todo el equipo.

2. La cada vez mayor dependencia energética que los países industrializados tienen de los hidrocarburos (como ejemplo, EEUU importa el 60% de su consumo), y cuya producción está en manos de unos pocos países (algunos gobernados por auténticos dictadores), donde el tema geopolítico juega un papel relevante, ocasionando disgustos cíclicos a los consumidores, década sí y década no: recordemos la crisis del petróleo de 1973 (por el castigo de la OPEP a los países occidentales ante su apoyo a Israel), la de la energía de 1979 (por la Revolución islámica en Irán), la del alza de precios del petróleo de 1990 (por la Guerra del Golfo Pérsico), la de energía eléctrica de 2001 (por la quiebra de Enron), la desproporcionada subida de precios del petróleo de 2004 (por el exagerado aumento de márgenes de beneficio ante la creciente demanda)…

O sea, que cada X tiempo dan un disgusto a nuestros bolsillos y la calidad de vida que nos hemos dado. En consecuencia, toca analizar las opciones y tomar medidas. Yo ya me he puesto manos a la obra, ¿cómo? pues seguid leyendo y os contaré.

Hay muchas formas de colaborar en el cambio de esta sociedad derrochadora de energía, hacia otra más respetuosa con el medio ambiente, que no dependa tanto de las energías no renovables, especialmente los hidrocarburos. Las compañías petroleras no lo van hacer por nosotros, ni tampoco investigarán en nuevas energías si nosotros seguimos demandando el mismo producto, como si fuera eterno.

Me hubiera gustado, por ejemplo, que el desarrollo de nuevas energías en los vehículos fuera una realidad, pero ha tenido que llegar esta crisis, y una cierta expectativa de demanda en los consumidores, para que los fabricantes pongan el acento en ese tema y se pongan manos a la obra en la investigación y desarrollo, como puede ser en el caso de la batería de hidrógeno. Mientras tanto, toca esperar y ver, así que por ahí no podemos todavía divisar el final del túnel.

Pero, en nuestras propias casas sí podemos hacer cosas. Yo, particularmente, ya estoy diseñando mi propio método de aprovechamiento. Os propongo debatir sobre la recuperación de energías que se desperdician en nuestras casas y sus posibilidades de ser recuperadas para otros usos.

Expongo un caso personal:

En mi casa de campo dispongo de una típica cocina de leña bilbaína, y siempre pensé que una gran parte de ese calor que despide se pierde inutilmente por la chimenea. Sería bueno conseguir recuperar los más posible de ese calor y utilizarlo por ejemplo para calentar las habitaciones, o para agua caliente sanitaria (ducha, fregadero…).

Me he pasado un tiempo investigando las posibilidades, e incluso leyendo las peripecias que otros han tenido intentando diseñar y poner en marcha algún sistema de recuperación de calor de estufas o cocinas de leña. Algunos se aventuraron alegremente, sin un conocimiento previo de la mecánica de fluidos, con resultados catastróficos.

Sin haber probado todavía nada, ya he diseñado mi primer esquema de recuperación, y lo pongo a vuestra disposición para que le saquéis todas las pegas que podáis; más adelante vendrán otros diseños. Yo creo que funcionará perfectamente, y lo explicaré a continuación:

El siguiente esquema es un circuito que aprovecha el calor interior de una cocina de leña, y lo utiliza para suministrarlo a radiadores y agua caliente sanitaria (en adelante ACS).

Identificación de los distintos componentes del esquema:

1 – Estufa o cocina de leña
1b – Serpentín captador de calor
2 – Sonda de temperatura externa
3 – Llaves de paso
4 – Bomba de recirculación
5 – Válvula antiretorno
6 – Electroválvula de 3 vías
7 – Válvula de temperatura máxima 90º
8 – Válvula de presión máxima 1,5 b.
9 – Vaso de expansión abierto
10 – Entrada de agua fría de la red
11 – Intercambiador de calor para ACS
12 – Flusostato para ACS
13 – Radiadores
14 – Regulador electrónico

A – Descarga por temperatura extrema
B – Descarga por presión extrema
C – Entrada agua fría de red para ACS
D – Salida de ACS a los distintos servicios.
E – Descarga por rebose del vaso de expansión
F – Descarga del circuito para mantenimiento
G – Entrada de 220V de la red eléctrica
Las líneas en verde es el cableado de conexión del regulador electrónico.

Antes de explicar el circuito, diré que existen algunas dificultades para recuperar este tipo de energía con el método convencional de caldera. Como sabrán los entendidos en estos asuntos, las típicas calderas de gas o gasóleo disponen de una serie de elementos de seguridad muy importantes, para evitar accidentes por excesiva presión o calor en el circuito. Obvia decir, que un excesivo calor provoca dilatación del líquido, y por tanto un aumento de presión que puede concluir en la destrucción del circuito. Dicho en palabras llanas «que puede reventar».

En las calderas convecionales se suele utilizar un vaso de expansión cerrado, es decir, hermético, cuya capacidad dependerá de varios factores que es necesario calcular. Ese vaso permite que la dilatación del líquido pueda ser absorbida cuando sube la presión, y devolverla al circuito cuando la presión baje. Controlar esto no suele ser un problema, ya que la alimentación de combustible mantiene un régimen continuo.

Sin embargo, en las estufas y cocinas de leña (o carbón), el régimen de alimentación de combustible es casi incontrolable, pudiendo haber cambios de temperatura muy extremos, que llevarían al circuito casi con toda seguridad a su destrucción si no se utilizan medidas de seguridad igualmente extremas.

Lo primero y forzosamente obligado, es olvidarnos de instalar un vaso de expansión cerrado en un circuito que vaya a ser utilizado para recuperar calor de una estufa o cocina de leña. Debemos utilizar siempre un vaso de expansión abierto con sistema de autollenado, y con eso habremos solucionado el 90% de los problemas de seguridad. Pero, este sistema también tiene sus inconvenientes, pues el circuito tiene acceso al oxígeno del exterior y los efectos de corrosión se aceleran. De todas formas voy a valorar esta opción, aunque en otros artículos veré también la opción del acumulador-amortiguador.

Lógicamente, un vaso abierto nos obliga a depender de un factor fundamental: la gravedad. Por tanto, tendremos que situarlo en una parte alta de nuestra casa, con objeto de que con excesiva presión el agua caliente suba hasta el vaso y evapore, y que al bajar la presión se recupere el agua perdida por gravedad desde el propio vaso, a partir del agua de la red.

Veamos el circuito:

Partimos de una única fuente de calor: la cocina o estufa (1). El serpentín instalado en su interior (1b) será el encargado de captar el calor y transmitirlo al agua que circulará por la tubería.

El circuito tiene dos partes diferenciadas: la de calefacción y la de ACS; sólo funcionará una de cada vez, teniendo prioridad la calefacción sobre la ACS. Es decir, si no se solicita agua caliente en la ducha, por ejemplo, el circuito estará alimentando siempre a los radiadores. Esto es posible gracias a la electroválvula de 3 vías (6) y el flusostato (12). Observad que la electroválvula tiene como contactos permanentemente cerrados en reposo, los que alimentan los radiadores (13).

En el momento que se abra algún grifo de agua caliente, el flusostato (12) detecta el momiento de agua en el interior de la tubería, y cierra sus contactos eléctricos, enviando la orden (cable verde) a la electroválvula, que la activa cerrando el circuito de la ACS. Aquí entra en juego el intercambiador de calor (11), el cual transmitirá el calor del circuito primario de la cocina de leña, al otro circuito de agua sanitaria. De esta forma, el agua fría que entra (C), pasa por el secundario del intercambiador (11) y sale ya calentada (D) para los diferentes servicios (duchas, lavabos, fregadero, etc.).

Tan pronto como todos los grifos de ACS estén cerrados, el flusostato (12) abre sus contactos y deja de enviar la orden de activación a la electroválvula (6), volviendo de nuevo a alimentar al circuito de los radiadores.

En este proceso, cuando se solicita ACS, la bomba de recirculación (4) está activada, con objeto de que el agua caliente circule por el intercambiador y aporte calor al secundario. Sin embargo, cuando no se solicita ACS y es el circuito de radiadores el que está activado, la bomba (4) puede estar activada o no, dependiendo de la temperatura que se haya seleccionado en el termostato (más adelante hablaré del regulador electrónico).

Los sistemas de seguridad

Es necesario hablar de los sistemas de seguridad, por ser quizá lo más importante en este tipo de circuitos. Ya hablé del vaso de expansión (9), el cual constituye el elemento de seguridad más importante (al menos desde mi punto de vista). La temperatura en el interior de la tubería puede subir repentinamente, ya que el serpentín (1b) que se encuentra en el interior de la cocina o estufa (1), puede ser alcanzada por las llamas y hacer que hierva el agua en la tubería, generando vapor y por tanto provocando una dilatación, la cual deberá ser contrarrestada o podría reventar el circuito.

En este caso, cuando dilata el líquido, el agua sube por la tubería hasta el vaso de expansión (9) al igual que lo hace en esas cafeteras expres que todos conocemos. En el interior del vaso se expande el agua sobrante y el vapor de agua (produciéndose también un autopurgado), hasta que por un descenso de temperatura se reduzca la dilatación, momento en que el agua que contiene el vaso baja por el tubo y el circuito recupera la cantidad que haya perdido. Lógicamente, el vaso tiene que estar siempre lleno, y para eso se utiliza una boya con válvula que permite la entrada de agua fría de la red (10), cerrando la válvula cuando el vaso haya llegado a su nivel (exactamente igual que sucede con la cisterna de un inodoro). Si el vaso rebosase, entonces lo haría a través de un tubo de desagüe (E), que sería llevado hasta cualquier lugar donde pueda descargar siempre que lo necesite. Obvia decir, que la llave de paso (3c) que suministra agua fría de la red al vaso, tiene que estar siempre abierta, para que recupere el agua que haya perdido el circuito.

Otros elementos de seguridad son:

a) La válvula antiretorno (5), que impide el regreso del agua caliente si sube la presión, y también un sobreesfuerzo de la bomba de recirculación (4), pues el agua sólo puede ir en un sentido, que es el de la dirección de empuje de la bomba.

b) La válvula de temperatura (7), que se abre en el momento que un calor excesivo haga superar la temperatura del agua más allá de los 90º. El agua comenzaría a descargarse (A), y el circuito pediría agua fría por gravedad a través del vaso de expansión (9), volviendo progresivamente a una temperatura dentro del margen de seguridad, momento en que la válvula se cerraría automáticamente.

c) La válvula de presión (8), que se abre en el momento en que la presión alcance un valor superior a 1,5 bars (aproximadamente 1,5 kg. por cada cm2). Aquí esta válvula trabajaría como complemento del vaso de expansión (9), pues dependiendo de la altura a que se encuentre éste, podría actuar uno u otro (debería estar situado a 3,5 metros de altura sobre sobre los colectores). Por ejemplo, si el vaso está a poca altura (ejerciendo el agua que contiene una presión inferior a 1,5 b.), la válvula de presión no actuaría, siendo el vaso el que trabajaría en primer lugar.
Nota.- tengo que decir que el funcionamiento combinado de estos dos elementos es pura teoría (tampoco me paré a realizar cálculos sobre las diferencias de presiones de ambos), y necesito hacer pruebas en la práctica para confirmar lo que digo (publicaría los resultados).

Con respecto al vaso de expansión abierto o cerrado, surge un pequeño contratiempo: al parecer se han prohibido los vasos abiertos en instalaciones nuevas, lo cual me parece una faena, porque en las zonas rurales sería una forma muy práctica de solucionar el problema que supone el descontrol de la temperatura en las cocinas o estufas de leña. En último caso, probaría a estudiar el diseño de otro esquema con vaso cerrado, pero dotándolo de más medidas de seguridad añadidas (más vale prevenir que curar).

Los demás elementos accesorios de la instalación son los de mantenimiento: la descarga (F) y la llave de paso 3a para vaciar el circuito, y la llave de paso 3b para cerrar el circuito de ida.

Por último, me queda comentar el funcionamiento del regulador electrónico (14), el cual funciona con corriente alterna de la red eléctrica (G). La función del regulador es controlar el funcionamiento del sistema, tanto la bomba de recirculación (4), como la activación de la electroválvula de 3 vías.

 

Existen variados modelos de reguladores a la venta (ver un ejemplo arriba), y que se pueden conseguir por menos de 50 euros. Lo habitual es que posea una sonda (2) que se sitúa a la salida del agua caliente, y que permite valorar cuándo se debe activar la bomba de circulación para mover el agua a través del circuito.

Otros modelos para calefacción por estufa o cocina de leña, disponen de diferenciales de temperatura (2 sondas), una para medir la temperatura de salida, y otra la de un depósito acumulador, permitiendo que haya circulación sólo cuando la temperatura del acumulador es inferior a la salida del captador.

En un próximo artículo publicaré otro esquema para suprimir el vaso de expansión abierto, utilizando en su lugar un acumulador que sirva de amortiguador de las bruscas subidas de temperatura. Entretanto espero comentarios.

Advierto que no soy físico, ni fontanero, ni titulado en mecánica de fluidos, así que por favor no me machaquen los auténticos expertos en este tema. Sólo propongo un artículo para su discusión.

El Tecnotrón