Calefacción eléctrica para niños
La calefacción eléctrica es un proceso donde la energía eléctrica se transforma en calor. Un calentador eléctrico es un aparato que usa electricidad para producir calor. Se usan para calentar habitaciones, cocinar, calentar agua y en procesos industriales.
Dentro de un calentador eléctrico, hay un elemento que se calienta. Este elemento es una resistencia eléctrica que funciona con el principio del efecto Joule. Esto significa que cuando la electricidad pasa a través de la resistencia, la energía eléctrica se convierte en calor. La mayoría de los calentadores modernos usan un alambre especial llamado nicromo para este elemento.
También existen las bombas de calor. Estas usan un motor eléctrico para mover el calor de un lugar a otro. Por ejemplo, pueden extraer calor del suelo o del aire exterior y llevarlo al interior de un edificio para calentarlo. Algunos sistemas pueden funcionar al revés para enfriar un espacio.
Contenido
- Calefacción de espacios: ¿Cómo calentar una habitación?
- Calentadores radiantes infrarrojos: ¿Cómo funcionan?
- Calentadores de convección: ¿Cómo calientan el aire?
- Calentadores de ventilador: ¿Qué tan rápido calientan?
- Calefacción de almacenamiento: ¿Cómo ahorran energía?
- Calefacción eléctrica por suelo radiante: ¿Cómo funciona?
- Bombas de calor: ¿Cómo mueven el calor?
- Calentamiento de líquidos
- Calefacción eléctrica y el medio ambiente
- Aspectos económicos: ¿Cuánto cuesta calentar con electricidad?
- Calefacción eléctrica en la industria
- Galería de imágenes
- Véase también
Calefacción de espacios: ¿Cómo calentar una habitación?
La calefacción de espacios sirve para calentar el interior de los edificios. Los calentadores eléctricos son útiles en lugares donde es difícil mover el aire, como en algunos laboratorios. Hay varios tipos de calentadores eléctricos para espacios.
Calentadores radiantes infrarrojos: ¿Cómo funcionan?
Los calentadores radiantes infrarrojos, también conocidos como lámparas de calor o estufas halógenas, tienen elementos que se ponen muy calientes. Estos elementos suelen ser un panel con un material que emite calor dentro de un tubo de vidrio, parecido a una bombilla. Tienen un reflector para dirigir el calor.
Este tipo de calentador emite radiación infrarroja, que viaja como ondas de energía. Cuando estas ondas chocan con una superficie (como personas, paredes o muebles), parte de esa energía se convierte en calor. Así, calientan directamente a las personas y los objetos en la habitación, en lugar de calentar el aire.
Una ventaja es que ahorran energía porque el calor llega directamente a las personas. Además, no producen gases como el dióxido de carbono, lo que es bueno para el medio ambiente. Son muy útiles en lugares donde el aire se mueve mucho, como cerca de una puerta abierta, porque el calor no se pierde fácilmente.
Los calentadores radiantes son silenciosos porque no usan ventiladores. Una desventaja es que la cantidad de calor que producen puede variar mucho según el tamaño de la habitación y el aislamiento. Algunos modelos tienen protectores para regular la temperatura y apagarse automáticamente.
Calentadores de convección: ¿Cómo calientan el aire?
En un calentador de convección, el elemento que se calienta (una resistencia) calienta el aire que está en contacto con él. El aire caliente es más ligero que el aire frío, así que sube. Esto permite que el aire frío ocupe su lugar, creando una corriente de aire caliente que sube, calienta la habitación, se enfría y vuelve a bajar para repetir el ciclo.
Una desventaja es que el aire caliente puede escaparse por ventanas y puertas. Algunos de estos calentadores están llenos de aceite o un líquido especial que ayuda a mantener el calor. Son ideales para calentar un espacio cerrado.
Calentadores de ventilador: ¿Qué tan rápido calientan?
Un calentador de ventilador, también llamado termoventilador, es un tipo de calentador de convección que tiene un ventilador eléctrico. El ventilador acelera el flujo de aire. El elemento calefactor calienta el aire, y luego el ventilador lo expulsa, distribuyendo el calor rápidamente. Funciona de manera similar a un secador de pelo.
Como tienen un ventilador, pueden hacer algo de ruido. Su ventaja es que son más pequeños que otros calentadores y son buenos para calentar rápidamente habitaciones pequeñas. La principal desventaja es que consumen mucha electricidad, ya que tanto la resistencia como el motor del ventilador necesitan energía.
Calefacción de almacenamiento: ¿Cómo ahorran energía?
Un sistema de calefacción de almacenamiento, o acumulador de calor, aprovecha los precios más bajos de la electricidad en ciertos momentos del día (cuando hay menos demanda). Convierte la electricidad en calor y lo guarda para usarlo cuando se necesite.
Estos aparatos guardan el calor en ladrillos de arcilla que pueden alcanzar temperaturas muy altas (entre 600 y 700 grados Celsius). Luego, liberan ese calor durante el día. Tienen una resistencia que calienta el centro del acumulador de manera uniforme, un aislante térmico alrededor y sistemas de seguridad. El agua también puede usarse para almacenar calor.
Calefacción eléctrica por suelo radiante: ¿Cómo funciona?
Un sistema de calefacción por suelo radiante eléctrico tiene cables que se calientan y están dentro del suelo. Estos cables calientan el suelo directamente. Cuando el suelo alcanza la temperatura deseada, un termostato lo apaga.
Una superficie de suelo caliente irradia calor a las superficies más frías de la habitación (techo, paredes, muebles). Las personas se calientan con la radiación directa del suelo y el calor que se refleja en los alrededores. El calor se distribuye de manera uniforme y el sistema responde rápidamente.
Existe una variación que usa tubos con agua caliente circulando para calentar el suelo. El principio es el mismo, aunque el agua puede calentarse sin usar electricidad.
Bombas de calor: ¿Cómo mueven el calor?
Las bombas de calor usan un compresor eléctrico para mover el calor. Extraen energía térmica del aire exterior, del suelo o del agua subterránea y la llevan al espacio que se quiere calentar. Funcionan con un líquido refrigerante que hierve a baja presión en una parte de la bomba, absorbiendo calor. Luego, un compresor lo presiona y lo lleva a otra parte donde libera el calor al aire del edificio. En verano, el ciclo se puede invertir para sacar el calor del interior y llevarlo al exterior.
Las bombas de calor pueden ser muy eficientes. Las que usan el calor del suelo (geotérmicas) son más eficientes en lugares muy fríos que las que usan el aire, porque el suelo mantiene una temperatura más estable. Pueden reducir el consumo de energía significativamente en comparación con los calentadores eléctricos de resistencia.
Calentamiento de líquidos
Calentador de inmersión: ¿Cómo calienta el agua?
Un calentador de inmersión tiene un elemento que se calienta y está dentro de un tubo. Este tubo se coloca directamente en el agua o en otro líquido que se quiere calentar. Los calentadores de inmersión portátiles no suelen tener termostato y están diseñados para usarse por poco tiempo.
Para calentar el agua en casas o en la industria, se usan elementos calefactores instalados permanentemente en un tanque de agua caliente aislado. Estos están controlados por un termostato para mantener la temperatura. Las unidades domésticas pueden ser de pocos kilovatios, mientras que las industriales pueden ser mucho más grandes. Si la electricidad es más barata en ciertas horas, se puede calentar y almacenar el agua para usarla después.
Las duchas eléctricas y los calentadores de agua sin tanque también usan un calentador de inmersión que se enciende cuando el agua fluye. Pueden consumir entre 3 y 10.5 kilovatios.
A veces, los minerales del agua pueden pegarse al elemento calefactor o caer al fondo del tanque, lo que puede afectar el funcionamiento. Por eso, es importante limpiar el equipo de vez en cuando.
Calentadores de circulación: ¿Para qué se usan?
Los calentadores de circulación, también llamados "intercambiadores de calor eléctricos directos", tienen elementos calefactores dentro de una carcasa aislante. Todo el calor que producen se transfiere al líquido o gas que se quiere calentar, lo que los hace 100% eficientes. Se usan para calentar líquidos y gases en procesos industriales.
Calefacción eléctrica y el medio ambiente
Para un usuario, la calefacción eléctrica es 100% eficiente porque toda la electricidad que compra se convierte en calor. Sin embargo, si consideramos cómo se produce esa electricidad (por ejemplo, en una central eléctrica que quema combustibles), la eficiencia general puede ser menor.
Si la electricidad se genera quemando combustibles fósiles, se necesita más combustible para producir calor eléctrico que si se quemara el combustible directamente en una caldera en el edificio. Pero la calefacción eléctrica puede ser muy buena para el medio ambiente si la electricidad proviene de fuentes renovables, como la energía hidroeléctrica, nuclear o eólica.
En algunos países, como Suecia y Dinamarca, se ha limitado o prohibido la calefacción eléctrica directa en edificios nuevos para fomentar el uso de energías más eficientes. En cambio, en Quebec, Canadá, la calefacción eléctrica es muy popular porque más del 90% de su electricidad proviene de represas hidroeléctricas, que tienen bajas emisiones de gases.
Las bombas de calor son una forma muy eficiente de usar electricidad para calentar, ya que pueden reducir el consumo de electricidad hasta en un 35% comparado con los calentadores de resistencia. El uso de bombas de calor es una estrategia importante para reducir las emisiones de carbono en los sistemas de energía.
Aspectos económicos: ¿Cuánto cuesta calentar con electricidad?
Usar calentadores de resistencia eléctrica por mucho tiempo puede ser costoso en muchas zonas. Sin embargo, usarlos solo por ratos o en ciertas áreas puede ser más económico que calentar todo un edificio, gracias a un mejor control por zonas.
Por ejemplo, en una oficina, un comedor solo se usa unas pocas horas al día. El sistema de calefacción central puede mantener una temperatura baja (como 10°C) cuando no se usa. Durante las horas pico de uso (por ejemplo, de 11:00 a 14:00), se puede calentar a una temperatura más cómoda (como 21°C). Esto puede ahorrar mucha energía.
Para comparar el costo de la calefacción eléctrica con otras fuentes, puedes multiplicar el costo local de la electricidad por kilovatio hora por la cantidad de kilovatios que usa el calentador. Por ejemplo, un calentador de 1500 vatios (1.5 kilovatios) a 12 centavos por kilovatio hora costaría 18 centavos por hora (1.5 x 12 = 18).
Calefacción eléctrica en la industria
La calefacción eléctrica se usa mucho en la industria.
Una ventaja es que permite controlar la temperatura y la distribución del calor con mucha precisión. No se usa combustión para producir calor, y se pueden alcanzar temperaturas muy altas que son difíciles de lograr con otros métodos. El calor eléctrico se puede aplicar exactamente donde se necesita, con mucha potencia en un área pequeña. Los equipos de calefacción eléctrica pueden ser de cualquier tamaño y ubicarse en cualquier parte de una planta. Los procesos de calentamiento eléctrico suelen ser limpios, silenciosos y no liberan mucho calor al ambiente. Además, responden muy rápido, lo que los hace ideales para la producción en masa.
Las desventajas incluyen el mayor costo de la electricidad comparado con el uso directo de combustible, y el costo inicial de los equipos de calefacción eléctrica y la infraestructura necesaria para llevar grandes cantidades de electricidad. Sin embargo, esto puede compensarse con la mayor eficiencia general en la planta.
El diseño de un sistema de calefacción industrial considera la temperatura necesaria, la cantidad de calor requerida y las formas de transferir la energía. Además de la conducción, convección y radiación, los métodos eléctricos pueden usar campos eléctricos y magnéticos para calentar materiales.
Los métodos de calentamiento eléctrico incluyen el calentamiento por resistencia, por arco eléctrico, por inducción y dieléctrico. En algunos procesos, la electricidad se aplica directamente al material. En otros, el calor se produce dentro del material por inducción o pérdidas dieléctricas.
Los procesos de calentamiento industrial se clasifican en:
- Baja temperatura (hasta unos 400 °C): para hornear, secar, soldar y moldear.
- Temperatura media (entre 400 y 1150 °C): para fundir plásticos, tratar metales (como recocido o alivio de tensiones).
- Alta temperatura (más de 1150 °C): para fabricar acero, soldar, fundir metales y preparar algunos productos químicos.
Galería de imágenes
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Bobinas calefactoras de 30 kW de resistencia
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Este calentador radiante utiliza lámparas halógenas de tungsteno
Véase también
En inglés: Electric heating Facts for Kids
