Un sistema de derretimiento de nieve evita la acumulación de nieve y hielo en ciclovías, aceras , patios y calzadas, o más económicamente, solo en una parte del área, como un par de huellas de neumáticos de 2 pies (0,61 m) de ancho en una entrada para autos o una parte central de 3 pies (0,91 m) de una acera , etc. También se utiliza para mantener las entradas para autos y los patios enteros libres de nieve en climas propensos a la nieve. El sistema de "derretimiento de nieve" está diseñado para funcionar durante una tormenta para mejorar la seguridad y eliminar el trabajo de mantenimiento invernal, que incluye palear, quitar la nieve y esparcir sal para descongelar o gravilla de tracción (arena). Un sistema de derretimiento de nieve puede extender la vida útil del hormigón, asfalto o debajo de los adoquines al eliminar el uso de sales u otros productos químicos para descongelar y el daño físico de los vehículos de servicio invernal . Muchos sistemas son completamente automáticos y no requieren intervención humana para mantener una superficie horizontal libre de nieve/hielo.
Los sistemas están disponibles en tres grandes tipos según la fuente de calor: calor por resistencia eléctrica, calor de una caldera (u horno) convencional o calor geotérmico hidrónico (en un fluido). Se podría decir que los sistemas de derretimiento de nieve eléctricos requieren menos mantenimiento que los sistemas hidrónicos porque tienen pocas piezas móviles y no hay agentes corrosivos. Sin embargo, los sistemas de derretimiento de nieve eléctricos tienden a ser mucho más costosos de operar.
La mayoría de los nuevos sistemas de derretimiento de nieve funcionan junto con un dispositivo de activación automática que activa el sistema cuando detecta precipitaciones y temperaturas bajo cero, y lo desactiva cuando las temperaturas superan el punto de congelación. Este tipo de dispositivos garantizan que el sistema solo esté activo durante períodos útiles y reducen el desperdicio de energía. Un termostato de límite alto aumenta aún más la eficiencia cuando se instala junto con el controlador automático de derretimiento de nieve para desactivar temporalmente el sistema una vez que la losa/superficie haya alcanzado una temperatura suficiente para derretir la nieve. Algunos códigos de construcción exigen el termostato de límite alto para evitar el desperdicio de energía. El impacto ambiental total depende de la fuente de energía utilizada.
Los sistemas eléctricos de derretimiento de nieve se componen de tres componentes básicos: un cable calefactor, una unidad de control y un dispositivo de activación.
El cable calefactor está diseñado para soportar condiciones adversas, por lo que es adecuado para su uso en exteriores. El cable debe estar homologado según las normas UL por un laboratorio de pruebas reconocido a nivel nacional y muchos están compuestos por un conductor simple o doble con un revestimiento protector o aislamiento. Muchos cables tienen una clasificación de 105 °C (221 °F) y producen entre 6 y 50 vatios por pie. La potencia por área está determinada por el espaciado de los elementos calefactores .
Las unidades de control suelen ser paneles de control montados en la pared y pueden montarse en un gabinete NEMA. Las unidades de control varían según la tecnología y utilizan bloques de terminales de línea y carga, relés, terminales de activación, transformadores y dispositivos electrónicos de monitoreo.
En los últimos años se ha desarrollado una nueva tecnología [1] [2] para abordar el derretimiento de la nieve en superficies de asfalto. Aunque los pavimentos de asfalto son el tipo de pavimento más común en todo el mundo, no existe una solución de calefacción aceptada para esta clase de infraestructura para derretir la nieve y evitar la formación de hielo en la superficie de rodadura. Esta novedosa metodología utiliza la tecnología de cinta eléctrica como una solución de calefacción adecuada. Se propuso un nuevo método para introducir calentadores de cinta en el proceso de pavimentación típico de una manera práctica, causando una interrupción mínima en las operaciones de pavimentación normales, que es potencialmente ampliable a grandes áreas. La idea defendida era desplegar cintas después de que se haya pavimentado y compactado un elevador de hormigón asfáltico, y antes de pavimentar y compactar los siguientes elevadores de hormigón asfáltico. En este contexto, se imaginó una máquina ranuradora especial para hacer canales poco profundos en el asfalto para acunar cada cinta. De este modo, se garantiza la supervivencia del sistema, con todas las cintas protegidas contra la maniobra de camiones, equipos de pavimentación y rodillos pesados. Posteriormente, el método se demostró mediante la construcción a escala real de una carretera calefactada que incluía la instalación de cintas entre capas de hormigón asfáltico. Para ello, los canales de las cintas protectoras se ranuraron con una fresadora personalizada.
El elemento calefactor de un sistema hidrónico es un sistema de tubos de circuito cerrado o de paneles térmicos modulares fabricados con un polímero flexible o caucho sintético que hace circular una mezcla de agua caliente y propilenglicol (anticongelante). El fluido se calienta a temperaturas de entre 16 °C (61 °F) y 60 °C (140 °F) para calentar los adoquines de hormigón/asfalto/hormigón circundantes y derretir la nieve y el hielo. La tecnología de los sistemas mecánicos para sistemas hidrónicos de derretimiento de nieve se basa en la misma tecnología que los sistemas de calefacción radiante .
La parte más importante de un sistema de calefacción hidrónica basado en tubos exitoso depende de la disposición y el espaciado adecuados de los tubos. Se recomienda colocar los tubos en forma de espiral o serpentina para ayudar a distribuir el calor de manera uniforme. Las especificaciones para el espaciado varían entre los fabricantes. Una velocidad de derretimiento de la nieve más rápida requerirá un espaciado más cercano de los tubos; el espaciado típico es de 6 a 8 pulgadas. Otro factor clave es la cantidad de aislamiento utilizado debajo de la losa.
Los tubos hidrónicos que se colocan en losas de hormigón crean un patrón de calentamiento desigual en el hormigón, lo que provoca tensiones desiguales en la losa. El uso de un fluido a alta temperatura que entra en una losa muy fría creará grietas por tensión y posible desconchado de la superficie del hormigón. El espaciado reducido de los tubos y un aumento lento y controlado de la temperatura reducirán los efectos negativos de un sistema basado en tubos. Otro método es mantener una temperatura mínima de la losa por encima del punto de congelación durante toda la temporada de invierno.
Una alternativa a los sistemas basados en tubos son las unidades de paneles térmicos de intercambio de calor modulares de HDPE preaislados . Los paneles modulares de HDPE se adaptan a los adoquines montados sobre pedestales (que se utilizan normalmente en instalaciones en azoteas) en un diseño de cuadrícula modular de entre 23,5" y 26" de centro a centro. También se pueden utilizar con cualquier tipo de adoquines montados sobre el suelo, de hormigón moldeado en el lugar o montados sobre plataforma elevada, o tarimas de madera o PVC.
Al igual que los sistemas de derretimiento de nieve eléctricos, los sistemas de derretimiento de nieve hidrónicos pueden instalarse en el material de la superficie de base (arena) o debajo de él. La subrasante debe estar bien compactada con un material de base de carretera adecuado que cumpla con las pautas del ICPI (Instituto Internacional de Pavimentadoras de Hormigón) o del fabricante de la pavimentadora antes de comenzar la instalación de tubos o paneles térmicos. Un asentamiento desigual puede dañar el sistema y generar un pavimento estructuralmente débil. Los tubos se pueden sujetar con bridas a la malla nueva, a las barras de refuerzo o graparlos debajo del aislamiento de la losa. Los sistemas de paneles térmicos modulares aislados no requieren una malla nueva ni barras de refuerzo y se colocan en filas preconectadas sobre la subbase compactada. Cuando se instala un sistema de paneles térmicos modulares debajo de una losa de hormigón, puede ser necesario volver a colocar la malla o las barras de refuerzo dentro del monolito de hormigón.
Los tubos hidrónicos no deben colocarse directamente sobre un lecho de roca sólida , ya que esto provocaría que los tubos de calefacción condujeran el calor hacia la tierra. Los sistemas de paneles térmicos modulares preaislados se pueden colocar directamente sobre un lecho de roca o una base de hormigón estructural.
Para cumplir con la mayoría de las garantías de los fabricantes de adoquines y las especificaciones del ICPI (Instituto Internacional de Pavimentación de Hormigón), se debe utilizar hasta 1" de arena de base para los adoquines y no debe exceder un máximo de 1 1/2". Esto puede ser un desafío con los sistemas basados en tubos y varillas de refuerzo, ya que generalmente requieren más de 1 1/2" de arena de base. El exceso de arena de base hará que los adoquines se asienten con el tiempo. La arena utilizada para la base y las juntas debe ser arena de hormigón limpia, libre de arcilla, suciedad o materia extraña y debe cumplir con la norma ASTM C-33.
Los sistemas modulares de paneles de transferencia térmica de fluidos proporcionan un intercambio de calor completo y uniforme con toda la superficie de adoquines o de hormigón, a diferencia del espaciamiento requerido por un sistema basado en tubos. La cobertura total permite el uso de fluidos de menor temperatura, lo que reduce el costo operativo y el impacto térmico en la estructura del pavimento, lo que reduce el deterioro de la superficie de hormigón. La superficie también alcanza la temperatura y se puede enfriar más rápido.
Los sistemas modulares de deshielo también se pueden utilizar para recoger energía solar térmica del pavimento en días cálidos para calentar piscinas y para usos domésticos o industriales. También se pueden utilizar para enfriar la superficie del pavimento, en particular alrededor de piscinas o en terrazas con adoquines montados sobre pedestales en azoteas que se calientan mucho debido a que los adoquines están desacoplados del edificio, creando así una batería solar que, a su vez, aumenta el efecto de isla de calor urbano en las inmediaciones.
Los costos operativos varían según la región, la fuente de energía (electricidad, gas, propano , etc.) utilizada y los costos asociados. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado tiene estándares destinados a lograr resultados satisfactorios y minimizar el consumo de energía por sobredimensionar o sobrediseñar un sistema. Los sistemas generalmente están diseñados para producir entre 70 y 170 BTU por pie cuadrado por hora utilizando las pautas de ASHRAE por región. El tiempo que tarda en derretirse la nieve de una superficie varía según la tormenta y la cantidad de energía que el sistema está diseñado para producir.
Existen varios dispositivos de activación que se utilizan para aplicaciones de derretimiento de nieve. Algunos activadores son un simple temporizador manual que activa el sistema para que permanezca encendido durante un período de tiempo específico, mientras que otros detectan la temperatura y la humedad o simplemente las condiciones de temperatura para activar automáticamente el sistema de derretimiento de nieve. Los dispositivos automáticos pueden instalarse en el aire, en el pavimento o en las canaletas. Los dispositivos de activación de alta gama cuentan con puntos de activación de temperatura ajustables, ciclo de apagado con retardo ajustable y activación remota actualizable. El dispositivo de activación permite que el sistema de derretimiento de nieve funcione de forma 100 % automática.
Los cables calefactores autorregulables regulan automáticamente la cantidad de calor suministrada para que solo se calienten aquellas partes con temperaturas por debajo del punto establecido.
La colocación cuidadosa de los sensores es importante para obtener un resultado eficaz al utilizar estos activadores. Los sensores de humedad de activación deben colocarse en un lugar donde recolecten eficazmente cualquier humedad de una tormenta de nieve y relativamente cerca del área que debe estar libre de nieve y hielo. Los sensores de temperatura se instalan en el exterior para detectar las mismas condiciones de temperatura que experimentará la superficie que experimentará el sistema de derretimiento de nieve. Otros activadores, como temporizadores o interruptores manuales, se pueden instalar en una ubicación conveniente.
La instalación de sistemas de derretimiento de nieve se realiza durante la construcción de la pasarela o carretera con el espaciamiento de los cables o tuberías o la disposición de las filas de paneles térmicos modulares en función del diseño del sistema.
Debe haber un mínimo de 3” y un máximo de 4” de sustrato que cubra los cables de calefacción eléctrica para aplicaciones de hormigón nuevas. La mezcla de hormigón no debe contener piedras afiladas, ya que pueden dañar el cable. Se debe dejar que el hormigón se asiente durante 30 días antes de encender los cables de calefacción. Por este motivo, el mejor momento para la instalación es durante los meses de verano. No existe una forma práctica de utilizar sistemas de cables eléctricos con adoquines montados sobre pedestal.
Los sistemas de tuberías suelen tener los tubos unidos al refuerzo estructural, que luego se alinean dentro de la losa de hormigón mediante soportes o separadores. No existe una forma práctica de utilizar sistemas basados en tuberías con adoquines segmentados o adoquines montados sobre pedestal. El único tipo de sistema hidrónico disponible actualmente en el mercado para su uso con adoquines montados sobre pedestal, plataforma o suelo es un sistema modular de tipo termopanel.
Las especificaciones de instalación del sistema debajo del asfalto pueden variar entre cada fabricante. El cable se puede colocar sobre la superficie de base (normalmente un lecho de arena) y cubrir con arena de 1/2". Luego, el asfalto se coloca a mano sobre el cable calefactor y la superficie de base.
Al instalar un sistema de tubos hidrónicos o paneles térmicos debajo del asfalto, se debe colocar una barrera de arena que cumpla con las especificaciones del fabricante sobre los tubos o paneles térmicos y se debe bombear agua fría a través del sistema para evitar que el plástico se derrita.
Se recomienda colocar aislamiento debajo de los cables o tuberías, pero no es obligatorio. Se puede instalar un aislamiento rígido de una pulgada debajo de la superficie de la base o se puede colocar sobre la superficie de la base y se puede asegurar el cable calefactor sobre el aislamiento.
Algunas instalaciones implican dos capas de asfalto. Para esta instalación, primero se coloca una capa base de asfalto (de 1" de espesor). Luego se instalan los cables calefactores y se fijan a la superficie de la capa base. Una vez instalados los cables calefactores, se coloca una segunda capa de asfalto sobre los cables calefactores y la primera capa, incrustando los cables calefactores dentro de la losa.
La instalación de un sistema de derretimiento de nieve debajo de los adoquines de ladrillo se logra colocando los cables de calefacción sobre la superficie de la base sobre 1/2" de arena. Luego, los cables de calefacción se cubren con 1/2" de arena y los adoquines se instalan de manera normal sobre el lecho de arena. Cuando se utiliza un sistema hidrónico, se debe colocar hasta 1" de arena de lecho sobre las unidades de paneles térmicos. No se recomienda el uso de tuberías para aplicaciones de pavimento segmentado debido a la necesidad de arena de lecho excesiva.
Es posible realizar instalaciones de modernización con sistemas eléctricos cortando ranuras de 1 1 ⁄ 4 " a 1 1 ⁄ 2 " de profundidad y entre 1/4" y 3/8 " de ancho en el asfalto o el concreto, insertando los cables y sellando las ranuras con una varilla de respaldo y un sellador o masilla especial en la superficie de la ranura.
En los últimos años, [ ¿cuándo? ] se han puesto a disposición de los consumidores minoristas esteras térmicas para derretir la nieve. Estas se enchufan a una toma de corriente resistente al agua y se pueden colocar en aceras, entradas de vehículos, escaleras, rampas para sillas de ruedas y muelles de carga. [3]
Estas alfombrillas térmicas constan de dos capas de goma antideslizante con un elemento calefactor intermedio y pueden derretir la nieve y el hielo en horas o minutos (según el nivel de calor y de nieve). Las alfombrillas se encienden por debajo de una temperatura preestablecida con un termostato en línea opcional.
