Un horno ( en inglés americano ), también llamado calentador o caldera en inglés británico , es un aparato que se utiliza para generar calor para todo o parte de un edificio. Los hornos se utilizan principalmente como un componente principal de un sistema de calefacción central . Los hornos se instalan de forma permanente para proporcionar calor a un espacio interior a través del movimiento de fluidos intermedios, que pueden ser aire , vapor o agua caliente . Los aparatos de calefacción que utilizan vapor o agua caliente como fluido normalmente se denominan calderas de vapor residenciales o calderas de agua caliente residenciales. La fuente de combustible más común para los hornos modernos en América del Norte y gran parte de Europa es el gas natural ; otras fuentes de combustible comunes incluyen GLP (gas licuado de petróleo), fueloil , madera y, en casos excepcionales, carbón . En algunas áreas se utiliza calefacción por resistencia eléctrica , especialmente donde el costo de la electricidad es bajo o el propósito principal es el aire acondicionado. Los hornos modernos de alta eficiencia pueden tener una eficiencia de hasta el 98 % y funcionar sin chimenea, y un horno de gas típico tiene una eficiencia de aproximadamente el 80 %. [1] Los gases residuales y el calor se ventilan mecánicamente a través de conductos de humos metálicos o de tubos de cloruro de polivinilo (PVC) que pueden ventilarse a través del lateral o del techo de la estructura. La eficiencia de combustible en un horno de gas se mide en AFUE (eficiencia anual de utilización de combustible).
El nombre deriva de la palabra latina fornax , [2] que significa horno .
Los hornos se pueden clasificar en cuatro categorías generales, según la eficiencia y el diseño: tiro natural, aire forzado, tiro forzado y condensación.
La primera categoría de hornos son los hornos de tiro natural con quemador atmosférico. Estos hornos consistían en intercambiadores de calor de hierro fundido o acero remachado construidos dentro de una carcasa exterior de ladrillo, mampostería o acero. Los intercambiadores de calor se ventilaban a través de chimeneas de ladrillo o mampostería. La circulación del aire dependía de grandes tubos inclinados hacia arriba construidos de madera o metal. Los tubos canalizaban el aire caliente hacia los respiraderos del piso o la pared dentro de la casa. Este método de calefacción funcionaba porque el aire caliente se eleva .
El sistema era sencillo, tenía pocos controles, una única válvula de gas automática y no tenía ventilador. Estos hornos podían funcionar con cualquier combustible simplemente adaptando la zona del quemador. Durante un breve período a principios de siglo funcionaron con madera, coque, carbón, basura, papel, gas natural, fueloil y aceite de ballena. Los hornos que utilizaban combustibles sólidos requerían un mantenimiento diario para eliminar las cenizas y los "escorios" que se acumulaban en el fondo de la zona del quemador. En años posteriores, estos hornos se adaptaron con ventiladores eléctricos para facilitar la distribución del aire y acelerar el traslado del calor a la casa. Los sistemas de gas y petróleo solían controlarse mediante un termostato dentro de la casa, mientras que la mayoría de los hornos de leña y carbón no tenían conexión eléctrica y se controlaban según la cantidad de combustible en el quemador y la posición de la compuerta de aire fresco en la puerta de acceso al quemador.
La segunda categoría de horno es el de aire forzado con quemador atmosférico con un intercambiador de calor de hierro fundido o acero seccional. Durante los años 1950 y 1960, este estilo de horno se utilizó para reemplazar los grandes sistemas de tiro natural y, a veces, se instalaba en los conductos de gravedad existentes. El aire caliente se movía mediante ventiladores accionados por correas y diseñados para una amplia gama de velocidades. Estos hornos seguían siendo grandes y voluminosos en comparación con los hornos modernos y tenían exteriores de acero pesado con paneles extraíbles atornillados. La eficiencia energética oscilaba entre poco más del 50% y más del 65% AFUE . Este estilo de horno todavía utilizaba grandes chimeneas de mampostería o ladrillo para los conductos y, finalmente, se diseñó para adaptarse a los sistemas de aire acondicionado.
La tercera categoría de hornos es el horno de tiro forzado de eficiencia media con un intercambiador de calor de acero y un ventilador de varias velocidades. Estos hornos eran físicamente mucho más compactos que los estilos anteriores. Estaban equipados con ventiladores de aire de combustión que hacían pasar el aire a través del intercambiador de calor, lo que aumentaba enormemente la eficiencia del combustible y permitía que los intercambiadores de calor fueran más pequeños. Estos hornos pueden tener ventiladores de varias velocidades y fueron diseñados para funcionar con sistemas de aire acondicionado centrales.
La cuarta categoría de horno es el horno de gas de condensación de alta eficiencia. Los hornos de gas de condensación de alta eficiencia generalmente alcanzan entre el 90% y el 98% de AFUE. [3] Un horno de gas de condensación incluye un área de combustión sellada, un inductor de tiro de combustión y un intercambiador de calor secundario . La principal ganancia en eficiencia para un horno de gas de condensación, en comparación con un horno de aire forzado o tiro forzado de eficiencia media, es la captura de calor latente de los gases de escape en el intercambiador de calor secundario. El intercambiador de calor secundario elimina la mayor parte de la energía térmica de los gases de escape, en realidad condensando vapor de agua y otros químicos (que forman un ácido suave) mientras funciona. Los tubos de ventilación, también conocidos como sistema de escape, a menudo se instalan utilizando tubería de PVC en lugar de tubería de ventilación de metal para evitar la corrosión, pero esto variará según la ubicación geográfica de la instalación y las regulaciones locales. El inductor de tiro permite que la tubería de escape se dirija vertical u horizontalmente a medida que sale de la estructura. Una disposición típica de instalación para hornos de alta eficiencia incluye una tubería de entrada (suministro) de aire fresco que lleva aire fresco desde el exterior de la casa hasta la unidad de combustión del horno. Normalmente, el aire fresco de combustión se dirige a lo largo del PVC de escape durante la instalación y las tuberías salen a través de una pared lateral de la casa en la misma ubicación. Los hornos de alta eficiencia suelen ofrecer un ahorro de combustible del 25 % al 35 % en comparación con un horno con AFUE del 60 % .
Un horno de una sola etapa tiene una sola etapa de funcionamiento, que puede estar encendida o apagada. Esto significa que es relativamente ruidoso, siempre funciona a la velocidad más alta y siempre bombea el aire más caliente a la velocidad más alta.
Una de las ventajas de un horno de una sola etapa es, por lo general, el coste de instalación. Los hornos de una sola etapa son relativamente económicos, ya que la tecnología es bastante sencilla. Sin embargo, la simplicidad de los hornos de gas de una sola etapa tiene como consecuencia el ruido del motor del ventilador y la ineficiencia mecánica. Los motores del ventilador de estos hornos de una sola etapa consumen más energía en general porque, independientemente de los requisitos de calefacción del espacio, los motores del ventilador y del ventilador funcionan a una velocidad fija. Debido a su funcionamiento a una sola velocidad, un horno de una sola etapa también se denomina horno de una sola velocidad. [4]
Un horno de dos etapas debe funcionar a toda velocidad y a media velocidad (o a velocidad reducida). Dependiendo del calor requerido, pueden funcionar a una velocidad menor la mayor parte del tiempo. Pueden ser más silenciosos, mover el aire a menor velocidad y mantendrán mejor la temperatura deseada en la casa.
Un horno modulante puede modular la potencia calorífica y la velocidad del aire de forma casi continua, en función de la demanda de calor y de la temperatura exterior. Esto significa que funciona solo en la medida necesaria y, por lo tanto, ahorra energía.
El horno transfiere calor al espacio habitable del edificio a través de un sistema de distribución intermedio. Si la distribución es a través de agua caliente (u otro fluido) o a través de vapor, entonces el horno se denomina más comúnmente caldera . Una ventaja de una caldera es que el horno puede proporcionar agua caliente para bañarse y lavar los platos, en lugar de requerir un calentador de agua separado . Una desventaja de este tipo de aplicación es que cuando la caldera se estropea, no hay calefacción ni agua caliente sanitaria disponibles.
Los sistemas de calefacción por convección de aire se utilizan desde hace más de un siglo. Los sistemas más antiguos se basan en un sistema de circulación de aire pasivo en el que la mayor densidad del aire más frío hace que descienda hacia el área del horno que se encuentra debajo, a través de los registros de retorno de aire en el piso, y la menor densidad del aire calentado hace que suba por los conductos; las dos fuerzas actúan juntas para impulsar la circulación del aire en un sistema denominado "alimentado por gravedad". La disposición de estos hornos "pulpo" y sus sistemas de conductos está optimizada con varios diámetros de conductos grandes amortiguados.
En comparación, la mayoría de los hornos modernos de "aire caliente" suelen utilizar un ventilador para hacer circular el aire por las habitaciones de la casa y llevar el aire más frío de vuelta al horno para recalentarlo; esto se llama calor por aire forzado . Debido a que el ventilador supera fácilmente la resistencia de los conductos, la disposición de los conductos puede ser mucho más flexible que el pulpo de la antigüedad. En la práctica estadounidense, conductos separados recogen el aire frío para devolverlo al horno. En el horno, el aire frío pasa al horno, normalmente a través de un filtro de aire, a través del soplador y luego a través del intercambiador de calor del horno, desde donde se difunde por todo el edificio . Una de las principales ventajas de este tipo de sistema es que también permite una fácil instalación del aire acondicionado central , simplemente añadiendo un serpentín de refrigeración a la salida del horno.
El aire circula a través de conductos , que pueden estar hechos de chapa metálica o de plástico flexible, y pueden estar aislados o no. A menos que los conductos y la cámara de distribución se hayan sellado con masilla o cinta adhesiva de aluminio, es probable que los conductos tengan una gran fuga de aire acondicionado, posiblemente hacia espacios no acondicionados. Otra causa de desperdicio de energía es la instalación de conductos en áreas sin calefacción, como áticos y espacios de acceso; o conductos de sistemas de aire acondicionado en áticos en climas cálidos.
