Un sistema de deshielo evita la acumulación de nieve y hielo en carriles para bicicletas, senderos , patios y calzadas, o más económicamente, solo una parte del área, como un par de huellas de neumáticos de 2 pies (0,61 m) de ancho en un camino de entrada. o una parte central de 3 pies (0,91 m) de una acera , etc. También se utiliza para mantener entradas de vehículos y 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 en invierno, incluido palear, quitar nieve y esparcir sal deshielo o arena de tracción. Un sistema de deshielo puede prolongar la vida útil del concreto, asfalto o debajo de los adoquines al eliminar el uso de sales u otros químicos descongelantes y el daño físico causado por 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 tipos amplios según la fuente de calor: calor por resistencia eléctrica, calor de una caldera (u horno) convencional o calor geotérmico hidrónico (en un fluido). Podría decirse que los sistemas eléctricos de deshielo requieren menos mantenimiento que los sistemas hidrónicos de deshielo porque tienen un mínimo de piezas móviles y no contienen agentes corrosivos. Sin embargo, los sistemas eléctricos de deshielo tienden a ser mucho más caros de operar.
La mayoría de los sistemas nuevos de deshielo funcionan junto con un dispositivo de activación automática que enciende el sistema cuando detecta precipitaciones y temperaturas bajo cero, y lo apaga cuando las temperaturas están por encima del punto de congelación. Este tipo de dispositivos aseguran que el sistema solo esté activo durante los 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 de derretimiento de nieve suficiente. 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 deshielo 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 duras y hacerlo adecuado para uso en exteriores. El cable debe estar certificado según los estándares UL por un laboratorio de pruebas reconocido a nivel nacional y muchos constan de un conductor simple o doble con una capa protectora y/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 espacio entre los elementos calefactores .
Las unidades de control suelen ser paneles de control montados en la pared y se pueden montar en un gabinete NEMA. Las unidades de control varían según la tecnología mediante el uso de 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 asfálticos 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 prevenir la formación de hielo en la superficie de circulación. Esta novedosa metodología utiliza la tecnología de cinta eléctrica como solución de calentamiento 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 normales de pavimentación, y que es potencialmente expandible a áreas grandes. La idea propuesta era colocar las cintas después de haber extendido y compactado un tramo de hormigón asfáltico y antes de extender y compactar los siguientes tramos de hormigón asfáltico. En este contexto, se ideó una máquina ranuradora especial para crear canales poco profundos en el asfalto para sujetar cada cinta. De este modo, se garantiza la supervivencia del sistema, con todas las cintas protegidas contra las maniobras de camiones, equipos de pavimentación y rodillos pesados. Posteriormente, el método se demostró mediante la construcción a escala real de una carretera con calefacción que incluía la instalación de cintas entre elevadores de hormigón asfáltico. Para ello se ranuraron los canales de la cinta protectora con una fresadora personalizada.
El elemento calefactor en un sistema hidrónico es una tubería de circuito cerrado o un sistema de panel térmico modular hecho de un polímero flexible o caucho sintético que hace circular una mezcla de agua caliente y propilenglicol (anticongelante). El fluido se calienta a temperaturas de 16 °C (61 °F) a 60 °C (140 °F) para calentar los adoquines de hormigón/asfalto/hormigón circundantes y derretir la nieve y el hielo. La tecnología de sistemas mecánicos para sistemas hidrónicos de deshielo se basa en la misma tecnología que los sistemas de calefacción radiante .
La parte más crucial de un sistema de calefacción hidrónico basado en tubos exitoso depende del espaciado y la disposición 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 de espaciado variarán según el fabricante. Un ritmo más rápido de derretimiento de la nieve requerirá un espaciamiento más cercano entre las tuberías; el espaciamiento 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 vierten en losas de concreto crearán un patrón de calentamiento desigual en el concreto, lo que provocará que se produzcan tensiones desiguales dentro de la losa de concreto. El uso de fluido a alta temperatura que ingresa a una losa muy fría creará grietas por tensión y posible desconchado de la superficie del concreto. Un espaciamiento reducido de los tubos y un aumento lento y controlado de la temperatura disminuirán los efectos negativos de un sistema basado en tubos. Otro método consiste en 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 preaisladas . Los paneles modulares de HDPE se adaptan a los adoquines montados en pedestales (normalmente utilizados en instalaciones en tejados) en un diseño de rejilla modular de entre 23,5" y 26" entre centros. También se pueden utilizar con cualquier tipo de adoquines montados en el suelo, de hormigón moldeado in situ o montados en plataformas elevadas, plataformas de madera o PVC.
Al igual que los sistemas eléctricos para derretir nieve, los sistemas hidrónicos para derretir nieve se pueden instalar dentro o debajo del material de la superficie base (arena). La subrasante debe estar bien compactada con un material de base de carretera apropiado que cumpla con las pautas del ICPI (International Concrete Paver Institute) o del fabricante de la adoquín antes de comenzar la instalación del tubo o del panel térmico. El asentamiento desigual puede dañar el sistema y proporcionar un pavimento estructuralmente débil. La tubería se puede sujetar con bridas para cables a la nueva malla, a la barra de refuerzo o grapar al aislamiento debajo de la losa. Los sistemas de paneles térmicos modulares aislados no requieren volver a mallarse ni barras de refuerzo y se colocan en filas preconectadas sobre la subbase compactada. Cuando un sistema modular de paneles térmicos se coloca debajo de una losa de concreto, puede ser necesario volver a colocar mallas o barras de refuerzo dentro del monolito de concreto.
Los tubos hidrónicos no deben colocarse directamente sobre un lecho de roca sólida ; esto hará que los tubos calefactores conduzcan 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 Adoquines de Concreto), se debe utilizar hasta 1" de arena de lecho 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 barras de refuerzo, ya que generalmente requieren más de 1 1/2" de arena de lecho. El exceso de arena de lecho hará que los adoquines se asienten con el tiempo. La arena utilizada para el lecho y las juntas debe ser concreto limpio. arena, libre de arcilla, tierra o materias extrañas y debe cumplir con ASTM C-33.
Los sistemas modulares de paneles de transferencia térmica fluida brindan un intercambio de calor completo y uniforme con toda el adoquín o el área de concreto, a diferencia del espacio requerido por un sistema basado en tubos. La cobertura total permite el uso de fluido a menor temperatura, lo que reduce el costo operativo y disminuye el impacto térmico en la estructura del pavimento, reduciendo así el deterioro de la superficie del concreto. La superficie también alcanza la temperatura y se puede enfriar más rápidamente.
Los sistemas modulares de deshielo también se pueden utilizar para recolectar energía solar térmica del pavimento en días cálidos para calentar piscinas y con fines domésticos o industriales. También se pueden utilizar para enfriar la superficie del pavimento, particularmente alrededor de piscinas o en terrazas de adoquines montadas en pedestales que se calientan mucho debido a que el adoquín se desacopla 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 (eléctrica, 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 debido al sobredimensionamiento o diseño excesivo de un sistema. Los sistemas generalmente están diseñados para producir entre 70 y 170 BTU por pie cuadrado hora según las pautas de ASHRAE por región. El tiempo para derretir la nieve de una superficie varía según la tormenta y la cantidad de energía que el sistema está diseñado para producir.
Hay varios dispositivos de activación que se utilizan para aplicaciones de derretimiento de nieve. Algunos activadores son un temporizador manual simple 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 montarse en antena, en pavimento o en canalones. Los dispositivos de activación de alta gama cuentan con puntos de activación de temperatura ajustables, ciclo de retardo de apagado ajustable y activación remota actualizable. El dispositivo de activación permite que el sistema de deshielo funcione de forma 100% automática.
Los cables calefactores de trazas autorregulables regulan automáticamente la cantidad de calor suministrado para que solo se calienten aquellas piezas con temperaturas por debajo del punto de ajuste.
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 recojan eficazmente la humedad de una tormenta de nieve y relativamente cerca del área para que estén libres 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. Se pueden instalar otros activadores, como temporizadores o interruptores manuales, en una ubicación conveniente.
La instalación de sistemas de derretimiento de nieve se logra durante la construcción de la pasarela o calzada con el espaciamiento de los cables o tuberías o el diseño de las filas de paneles térmicos modulares según el diseño del sistema.
Debe haber un mínimo de 3” y un máximo de 4” de sustrato que cubra los cables calefactores eléctricos para aplicaciones de concreto nuevas. La mezcla de hormigón no debe contener piedras puntiagudas, ya que podrían dañar el cable. Se debe dejar que el concreto fragüe durante 30 días antes de encender los cables calefactores. Por este motivo, el mejor momento de instalación es durante los meses de verano. No existe una forma práctica de utilizar sistemas de cables eléctricos con adoquines montados en pedestales.
Los sistemas de tuberías generalmente tienen los tubos unidos al refuerzo estructural que luego se alinean dentro de la losa de concreto mediante soportes o soportes. No existe una forma práctica de utilizar sistemas basados en tuberías con adoquines segmentados o adoquines montados en pedestal. El único tipo de sistema hidrónico actualmente disponible comercialmente para uso con pedestal, plataforma o adoquines montados en el suelo es un sistema modular tipo panel térmico.
Las especificaciones de instalación del sistema debajo del asfalto pueden variar entre cada fabricante. El cable se puede colocar sobre la superficie de la base (generalmente un lecho de arena) y cubrirse con arena de 1/2". Luego, el asfalto se coloca a mano con una pala sobre el cable calefactor y la superficie de la base.
Al instalar un tubo hidrónico o un sistema de 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 el 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 encima del aislamiento.
Algunas instalaciones implican dos capas de asfalto. Para esta instalación, primero se coloca una capa base de asfalto (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 la 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 adoquines de ladrillo se logra colocando los cables calefactores en la superficie de la base sobre 1/2" de arena. Luego, los cables calefactores se cubren con 1/2" de arena y los adoquines se instalan normalmente sobre el lecho de arena. . Cuando se utiliza un sistema hidrónico, se debe colocar hasta 1" de arena de lecho sobre las unidades thermapanel. No se recomienda la tubería para aplicaciones de pavimentación segmentada debido a la necesidad de un exceso de arena de lecho.
Las instalaciones de modernización son posibles 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 u hormigón, insertando los cables y sellando las ranuras con una varilla de respaldo. y un calafateo o sellador especial en la superficie de la ranura.
En los últimos años, [ ¿ cuándo? ] Las esteras calentadas para derretir nieve están disponibles para los consumidores minoristas. Estos se conectan a un tomacorriente resistente al agua y se pueden colocar en pasillos, entradas de vehículos, escaleras, rampas para sillas de ruedas y muelles de carga. [3]
Estas alfombras calefactoras constan de dos capas de caucho antideslizante con un elemento calefactor intermedio y pueden derretir la nieve y el hielo en horas o minutos (dependiendo del nivel de calor y del nivel de nieve). Los tapetes se encienden por debajo de una temperatura preestablecida con un termostato en línea opcional.
