Por: Andres Alberto Garcia Macias
Este cuadernillo forma parte de una serie que abarca las
distintas fases de construcción de una
Instalación frigorífica de tipo medio, desde el montaje de
la cámara de panelable hasta su puesta en marcha. Están destinados al
aprendizaje del alumnado de Formación Profesional de los ciclos relacionados
con la refrigeración comercial e industrial, centrándose principalmente en los
trabajos de taller.
La instalación a la que se refieren los cuadernillos está
constituida por los elementos que pueden verse en la figura adjunta, cuyas
características generales son:
·
Unidad condensadora con compresor semihermético
y condensador enfriado por aire.
·
Evaporador dinámico con sistema de desescarche
por resistencias eléctricas.
·
Sistema de expansión por medio de válvula
termostática.
·
Carga de refrigerante comprendida entre los 3 kg
y los 10 kg
·
Tipo de refrigerante: R-134a o R-404A.
Carga de refrigerante
Una vez hecho el vacío en la instalación es el momento de
efectuar la carga de refrigerante.
Estudiaremos dos procedimientos de carga; el uso de uno u
otro procedimiento dependerá del tipo de refrigerante, aspecto que será
analizado a lo largo de este cuaderno.
1. Útiles y herramientas para la primera carga de
refrigerante
Para realizar la primera carga de refrigerante es necesario
disponer de los siguientes útiles y herramientas:
- · Llave de carraca
- · Puente de manómetros
- · Botella de carga
- · Báscula
Algunos de ellos ya han sido mencionados en cuadernos
anteriores, a las cuales te remitimos; describiremos en este aquellos aspectos
que tengan relación directa con la primera de carga de refrigerante.
1.1. Llave de carraca
Se utiliza para actuar sobre las válvulas de servicio de la
unidad condensadora o sobre las válvulas de algunas botellas de refrigerante. Tiene un agujero cuadrado que encaja con la cabeza de la válvula.
Esta llave permite transmitir la fuerza de apriete en un sentido mientras que
patina en el sentido contrario, emitiendo un característico ruido de carraca.
Dispone de un dispositivo que permite cambiar el sentido de la fuerza de
apriete.
1.2. Puente de manómetros
El puente de manómetros es un instrumento
esencial en los trabajos de trasiego de refrigerante así como en el análisis
del funcionamiento de la instalación. Consiste en un colector dividido
interiormente en tres espacios, cada uno de los cuales se comunica con el
exterior por medio de una manguera. A su vez, los espacios laterales disponen
de un manómetro y de una válvula que permite ponerlos en comunicación con el
espacio central.
El espacio del lado izquierdo se conecta al sector de baja
presión del equipo frigorífico por medio de una manguera de color azul. El
espacio del lado derecho se conecta al sector de baja presión del equipo
frigorífico por medio de una manguera de color rojo. El espacio central se
conecta por medio de una manguera amarilla a los distintos elementos utilizados
en el trasiego de refrigerante: botella de nitrógeno, bomba de vacío, botella
de carga, etc.
Al abrir la válvula de la
izquierda (azul), se pone en comunicación la manguera central y la manguera
izquierda. Análogamente, al abrir la válvula de la derecha (roja), se ponen en
comunicación la manguera central y la manguera de la derecha .
1.3. Botella de carga
Consiste en un recipiente que contiene refrigerante en su interior.
En la parte superior dispone de dos válvulas: una para extraer el refrigerante
en estado líquido y la otra para extraerlo en estado gaseoso. Cuenta además con una válvula de seguridad para
el caso de sobrepresiones en su interior.
Figura 3. Botella de carga y detalle interior.
Las botellas de refrigerante pueden ser de distintos tamaños, con capacidades que oscilan entre 1 litro y 61 litros. Grabado en
la ojiva de las botellas se pueden leer, entre otros, los siguientes datos :
·
Capacidad (litros): Este dato nos informa de la
capacidad (en litros de agua) que tiene la botella.
·
Carga máxima admisible (kg): Se refiere al peso
máximo de gas que se puede introducir en la botella.
·
Tara (kg): Es el peso del envase vacío. También
se puede leer la tara con accesorios (Tc) que incluye el peso del envase más la
válvula, el collarín y todos los accesorios que contenga la botella vacía.
A su vez, existe un código de colores para identificar en la
etiqueta el refrigerante que contienen las botellas. Los colores
identificativos de los refrigerantes utilizados en nuestro taller son:
o
x R-134a: Azul
o
x R-404A: Rojo anaranjado
En la tabla 1 se detallan algunas de estas características
para envases de R-134a y R-404A.
Refrigerante Capacidad de la botella Carga máxima admisible
R-134a
12 litros 12 kg
26 litros 25 kg
61 litros 60 kg
R-404A
12 litros 9 kg
26 litros 20 kg
61 litros 49 kg
Tabla 1: Algunas características de los envases de
refrigerante.
Las botellas de 61 litros son adecuadas para almacenar
refrigerante y tenerlo a disposición en los trabajos de recarga, pero su
manipulación es dificultosa debido a su gran peso y volumen. Para las operaciones
de carga es conveniente usar botellas de poca capacidad, por ejemplo las de 12
litros, ya que son más fáciles de manejar por una sola persona.
Ninguna botella destinada a contener líquido debe llenarse
completamente, ya que existe riesgo de que el envase reviente por sobrepresión.
Los líquidos dilatan y contraen por efecto de la temperatura; un envase
completamente lleno de líquido no dispondría de espacio para la dilatación del
líquido, y reventaría ante el más mínimo aumento de temperatura. Por ello, los
envases no deben ser llenados más allá del 80% de su capacidad.
1.4. Báscula
Se utiliza para pesar la botella de refrigerante y su contenido.
Las básculas utilizadas en operaciones de carga y descarga de refrigerante constan
de una plataforma sobre la que se coloca la botella de refrigerante; una
pantalla digital muestra el peso de la botella y su contenido.
El campo de aplicación de estas básculas suele oscilar entre
los 0 y 50 kg y los 0 y 100 kg; es importante tener esto en cuenta para evitar sobrecargarla.
Generalmente, las básculas digitales tienen la posibilidad de
“puesta a cero”. Esta función consiste en que, una vez colocada la botella sobre
la plataforma, se puede poner la pantalla a cero; de esta forma, al sacar o
meter gas en la botella, se lee directamente en la pantalla la cantidad
extraída o introducida.
Veamos un ejemplo:
Al colocar una botella de R-134a sobre una báscula digital
se lee un peso de 15 kg. Se desea conocer el contenido de refrigerante de dicha
botella sabiendo que en la ojiva puede leerse que el peso en vacío es de 8 kg.
El peso leído en la báscula corresponde al peso de la
botella más el peso del refrigerante. El peso del refrigerante se obtendrá de
dicho peso descontando el peso del envase:
Peso de refrigerante = Peso leído en la báscula – peso del
envase = 15 kg – 8 kg = 7 kg
2. Primera carga de refrigerante
En el cuaderno anterior (Operación de vacío), habíamos
dejado la instalación con el vacío hecho en su interior. Es el momento de
introducir el refrigerante.
Los equipos de nuestro taller trabajan con dos tipos de
refrigerante: R-134a y R-404A. Para saber con cuál de ellos trabaja el equipo
en el que vamos a efectuar la carga, deberemos observar la válvula de expansión
que se encuentre instalada a la entrada del evaporador, la cual lleva grabado
en su etiqueta el tipo de refrigerante con el que trabaja.
Una vez determinado el tipo de refrigerante que vamos a
cargar, es el momento de conocer cuánto refrigerante se puede introducir en el
equipo.
2.1. Cantidad de refrigerante a introducir en el equipo
Algunos equipos compactos indican en su placa de
características la cantidad de refrigerante a introducir en ellos, pero si se
trata de una instalación no compacta, esta indicación no suele figurar debido a
que la cantidad de refrigerante dependerá de factores tales como la longitud de
las tuberías, el tamaño del evaporador, etc.
En principio, y a falta de otros datos, el volumen de
refrigerante líquido a introducir se establecerá considerando que, en el caso
más crítico, el recipiente de líquido deberá ser capaz de contener todo el refrigerante
de la instalación. Si además se tiene en cuenta que la normativa establece que
los recipientes destinados a contener refrigerante no deben llenarse más allá
del 80 % de su volumen, concluiremos que la cantidad de refrigerante a
introducir inicialmente será igual al 80% del volumen del recipiente de
líquido. Esta carga inicial nos permitirá en su momento poner en marcha el
equipo frigorífico y comprobar los criterios de carga óptima que se estudiarán
más adelante, efectuando un complemento de carga si fuera necesario.
2.2. Procedimientos de carga
Una vez determinada la cantidad de refrigerante que lleva la
instalación, se hace necesario concretar qué procedimiento utilizaremos para
introducirlo en la instalación. Los dos procedimientos habituales son los
siguientes:
X Carga en fase líquida por el sector de alta presión:
Consiste en introducir el refrigerante directamente desde la botella de carga
hasta el recipiente de líquido de la instalación frigorífica. Este
procedimiento presenta la ventaja de efectuar la carga en muy poco tiempo, pues
aprovecha el vacío reinante en la instalación.
X Carga en fase vapor por el sector de baja presión:
Consiste en introducir el refrigerante aprovechando la aspiración del
compresor, el cual deberá estar en marcha durante la operación de carga. Este
procedimiento presenta el inconveniente de ser muy lento, ya que la aspiración del
compresor produce una bajada importante de presión en la botella de carga,
impidiendo la salida del refrigerante. Para evitarlo se hace necesario calentar
la botella, bien esperando a que adquiera la temperatura ambiente o bien
mediante resistencias adecuadas (nunca con llamas o resistencias directas).
Dependiendo del tipo y la cantidad de refrigerante a
introducir, el Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas
establece dos procedimientos, que en nuestro caso se concretarían así:
X El R-404A (refrigerante azeotrópico) se carga siempre en
fase líquida por el sector de alta.
X El R-134a (refrigerante puro) puede ser cargado en fase
líquida por el sector de alta si la carga es inferior a 3 kg, en caso contrario
deberá ser cargado en fase de vapor por la aspiración.
No olvides protegerte con gafas de seguridad y guantes para
efectuar las operaciones de carga; el contacto del refrigerante con la piel y
los ojos puede producir quemaduras.
Los refrigerantes R-404A y R-134a no son tóxicos ni
explosivos, pero en lugares cerrados desplazan el oxígeno impidiendo la
respiración. Trabaja siempre en lugares ventilados.
Recuerda que cualquier manguera o válvula puede contener
refrigerante a presión: manipúlalas siempre con precaución.
2.3. Carga en fase líquida
Se describen a continuación las operaciones a efectuar para
la carga de refrigerante en fase líquida:
X Antes de cargar, asegurarse del tipo de refrigerante
(R-404A, R-134a) que hay que introducir en la máquina; este dato puede leerse
en la etiqueta de la válvula de expansión termostática.
X Asegurarse de que los grifos de los manómetros están
cerrados y de que las válvulas de servicio conectadas a las mangueras del
puente de manómetros están en posición intermedia.
X Comprobar que está colocado el imán de la válvula de
solenoide.
X Girar a tope en sentido horario la válvula de servicio de
alta presión del compresor; de esta forma se evitará que el líquido llegue
accidentalmente al compresor.
X Colocar la botella de refrigerante sobre la báscula y
comprobar si tiene la cantidad de refrigerante necesaria para efectuar la carga
(ver ejemplo del apartado 1.1.2.). En el caso de que no contenga suficiente
refrigerante, rellenar la botella según lo indicado en el apartado 3:
Llenado de botella de carga.
Figura 6. Primera carga en fase líquida.
10
X Abrir lentamente la válvula de líquido de la botella de
carga para que la manguera amarilla se inunde de líquido.
X Purgar la manguera amarilla aflojando lentamente y con
mucha precaución el racor que la une al puente de manómetros. Observaremos que
primero sale aire y luego líquido refrigerante pulverizado, momento en el que
volveremos a apretar el racor.
X Poner el lector de la báscula a cero.
X Abrir lentamente el grifo de alta presión del puente de
manómetros y dejar que se introduzca el refrigerante (en estado líquido) en el
recipiente de líquido del equipo. Si el puente de manómetros cuenta con visor
de líquido, podremos observar el paso de refrigerante a su través.
La báscula irá descontando el peso de refrigerante que sale
de la botella y se introduce en la instalación.
X Puede suceder que no sea posible introducir completamente
la cantidad anteriormente citada, debido a que la presión en el interior de la
máquina se iguala con la presión reinante en la botella de carga. En ese caso
daremos por finalizada la carga y anotaremos la cantidad introducida. Se
completará la carga más adelante, una vez que la máquina se ponga en marcha y
siguiendo el procedimiento Complemento de carga.
X Cerrar las válvulas del puente de manómetros y la válvula
de líquido de la botella.
2.4. Carga en fase de vapor
Antes de realizar la carga en fase de vapor es
imprescindible la lectura del cuaderno Puesta en marcha de la instalación, ya
que es necesario poner en marcha el equipo para que el compresor actúe de bomba
de aspiración.
Para efectuar la carga, el procedimiento a seguir es el siguiente:
X Antes de cargar, asegurarse del tipo de refrigerante que hay que introducir en la máquina.
X Asegurarse de que los grifos de los manómetros están cerrados
y de que las válvulas de servicio conectadas a las mangueras del puente de
manómetros están en posición intermedia.
X Sustituir el imán del solenoide por su bobina eléctrica.
X Colocar la botella de refrigerante sobre la báscula y
comprobar si tiene la cantidad de refrigerante necesaria para efectuar la carga
(ver ejemplo del apartado 1.1.2.). En el caso de que no contenga suficiente
refrigerante, rellenar la botella según lo indicado en el apartado 2.2.
Llenado de botella de carga.
X Abrir lentamente la válvula de vapor de la botella de
carga para que la manguera amarilla se inunde de líquido.
X Purgar la manguera amarilla aflojando lentamente y con
mucha precaución el racor que la une al puente de manómetros. En este caso no
se apreciará la salida del refrigerante pulverizado, ya que está en fase de
vapor. Para la purga bastará con mantener aflojado el racor unos pocos segundos.
X Poner el lector de la báscula a cero.
X Abrir lentamente el grifo de baja presión del puente de
manómetros y dejar que se introduzca el vapor refrigerante en el equipo hasta
que la presión en su interior se iguale con la presión en la botella de carga.
X Poner el compresor en marcha para que comience a absorber
el refrigerante de la botella de carga. Controlar en todo momento en la báscula
el peso de refrigerante que se va introduciendo. Es probable que la presión en
la botella de carga descienda tanto que no fluya refrigerante hacia la
instalación. En ese caso deberemos detener la carga hasta que la presión en la
botella ascienda de nuevo. Puede acelerarse este proceso si se calienta la
botella mediante resistencias adecuadas.
X Una vez que la carga se ha efectuado, cerrar el grifo de
aspiración del puente de manómetros.
3. Llenado de la botella de carga
Si en el momento de la carga comprobamos que la botella no
tiene suficiente refrigerante, deberemos proceder a su llenado trasvasando
refrigerante desde la botella de almacenamiento hasta la botella de carga. Esta
operación ha de hacerse con las debidas precauciones que a continuación se
detallan:
X Situar la botella de carga cerca de la botella de
almacenamiento.
X Rodear la botella de almacenamiento con una manta
calefactora provista de termostato a 55º Cy dejar que caliente ligeramente el
envase; de esta forma la presión en su interior se mantendrá en todo momento
por encima de la presión de la botella de carga.
X Poner la báscula a 0 y situar la botella de carga sobre su
plataforma: el peso total (envase vacío más contenido de refrigerante) se leerá
en su pantalla.
X Mediante una manguera lo más corta posible, conectar uno
de sus extremos a la toma de líquido de la botella de almacenamiento y el otro
extremo a la toma de líquido de la botella de carga.
¿Cuánto refrigerante se puede trasvasar desde la botella de almacenamiento
hasta la botella de carga?
Al trasvasar refrigerante desde la botella de almacenamiento
hasta la botella de carga, en esta última no se deberá sobrepasar en ningún
caso el 80% de su volumen interior (a 20° C). Veamos a continuación los dos casos que nos podemos
encontrar:
Caso 1. Se conoce la cantidad máxima de refrigerante que
puede contener la botella
Actualmente los envases destinados a contener refrigerantes
llevan grabado en su ojiva el tipo de refrigerante y los kg que puede contener
del mismo como máximo. La carga máxima de refrigerante no deberá sobrepasar los
kg indicados en la ojiva.
Como medida de precaución es más útil conocer el peso máximo
del envase más el del refrigerante; dicho peso no ha de sobrepasar en ningún
caso el valor siguiente:
Peso máximo en la báscula = Kilos de refrigerante que se
pueden introducir + peso del envase vacío
Así, pues, cuando se desee recargar una botella deberemos
poner la báscula a cero y colocar sobre ella la botella de carga; al introducir
el refrigerante su peso irá subiendo; debemos vigilar que no sobrepase en
ningún caso el valor indicado anteriormente.
Caso 2. Se desconoce la cantidad máxima de refrigerante que
puede contener la botella
El volumen interior de la botella viene inscrito en su ojiva
como Capacidad (en litros). La cantidad de refrigerante (en litros) que puede
contener será, considerando el 80% de su capacidad:
Litros de refrigerante que puede contener la botella = 0,8 x
Capacidad de la botella (en litros)
Para conocer dicha cantidad en kilos y poder pesarla en la
báscula, multiplicaremos por el peso específico del refrigerante:
Para el R-134a:
Kilos de refrigerante que puede contener la botella = 1,2 x
0,8 x Capacidad de la botella (en litros)
Para el R-404A:
Kilos de refrigerante que puede contener la botella = 1,0 x
0,8 x Capacidad de la botella (en litros)
13
Las expresiones anteriores, una vez hechas las operaciones,
quedan:
Para le R-134a:
Kilos de refrigerante que puede contener la botella у
Capacidad de la botella (en litros)
Para el R-404A:
Kilos de refrigerante que puede contener la botella = 0,8 x
Capacidad de la botella (en litros)
Si la botella de carga ya contiene algo de refrigerante
antes de iniciar la recarga, pondremos la báscula a cero y colocaremos sobre
ella la botella de carga; al introducir el refrigerante su peso irá subiendo;
debemos vigilar que no sobrepase en ningún caso el valor siguiente:
Peso máximo en la báscula = Kilos de refrigerante que puede
contener la botella + peso del envase vacío
En concreto, para los refrigerantes utilizados en el taller
la expresión anterior quedaría:
Para el R-134a:
Peso máximo en la báscula = Capacidad de la botella (en
litros) + peso del envase vacío
Para el R-404A:
Peso máximo en la báscula = 0,8 x Capacidad de la botella
(en litros) + peso del envase vacío
Ejemplo 1:
Una botella de carga de 12 litros de capacidad y una tara de
8 kg contiene una cierta cantidad de
R-134a. Se desea rellenar dicha botella para poder efectuar
la carga de refrigerante en la máquina frigorífica. ¿Cuánto deberá pesar, como
máximo, dicha botella junto con su contenido?
Peso máximo en la báscula = Capacidad de la botella (en
litros) + Peso del envase en vacío
= 12 + 8 = 20 kg
Ejemplo 2:
Una botella de carga de 12 litros de capacidad y una tara de
8 kg contiene una cierta cantidad de
R-404A. Se desea rellenar dicha botella para poder efectuar
la carga de refrigerante en la máquina frigorífica. ¿Cuánto deberá pesar, como
máximo, dicha botella junto con su contenido?
Peso máximo en la báscula = 0,8 x Capacidad de la botella
(en litros) + Peso del envase en vacío = 9,6 + 8 = 17,6 kg
X Abrir la válvula de líquido de la botella de
almacenamiento y dejar que el refrigerante se introduzca en la manguera.
X Purgar el aire de la manguera aflojando ligeramente el
racor conectado a la botella de carga. Se considerará que la purga está hecha
cuando comience a salir refrigerante pulverizado.
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X Abrir ahora la válvula de líquido de la botella de carga.
El refrigerante comenzará a fluir hacia su interior y la báscula irá señalando
el aumento de peso. Cuando la báscula señale el peso máximo, cerrar la válvula
de la botella de carga y a continuación la de la botella de almacenamiento.
X Aflojar ligeramente uno de los racores y dejar salir el
refrigerante contenido en la manguera.
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Apéndice. Normativa
Este apartado contiene extractos de las normas vigentes
relacionados con el tema de este cuadernillo.
En especial se citan fragmentos del Reglamento de seguridad
para instalaciones frigoríficas publicado en el Boletín Oficial del Estado del
4 de febrero de 2011.
Respecto a la carga de refrigerante, el Reglamento indica lo
siguiente:
La carga del refrigerante se realizará de la siguiente
forma:
- Para equipos de compresión de más de 3 Kg. de carga de
refrigerante y refrigerantes azeotrópicos, el fluido deberá ser introducido en
el circuito a través del sector de baja presión en fase vapor.
- Para refrigerantes zeotrópicos, la carga se realizará en
fase líquida y deberá efectuarse de modo que el fluido se expansione en el
dispositivo que incorporan los evaporadores, de esta forma se evitará que pueda
llegar líquido a los compresores. Para ello se dispondrá de una toma de carga
con válvula y una válvula de cierre aguas arriba de la tubería de alimentación
de líquido, que permita independizar el punto de carga del sector de alta.
Ninguna botella de refrigerante líquido deberá ser conectada
o dejarse permanentemente conectada a la instalación fuera de las operaciones
de carga y descarga del refrigerante.
Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas
Instrucción Técnica IF-09
Apartado 1.8
En la instrucción técnica anterior se mencionan tres tipos
de fluidos: refrigerante, refrigerantes azeotrópicos y refrigerantes
zeotrópicos. Veamos cómo define estos fluidos el propio Reglamento en su
instrucción técnica dedicada a definiciones:
3.7.1. Refrigerante (fluido frigorífero). Fluido utilizado
en la transmisión de calor que, en un sistema de refrigeración, absorbe calor a
bajas temperatura y presión, cediéndolo a temperatura y presión más elevadas.
Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de fase del fluido.
3.7.4. Azeótropo o mezcla azeotrópica. Mezcla de fluidos
refrigerantes cuyas fases vapor y líquido en equilibrio poseen la misma
composición a una presión determinada.
3.7.5. Zeotropo o mezcla zeotrópica Mezcla de fluidos refrigerantes
cuyas fases vapor y líquido en equilibrio y a cualquier presión poseen distinta
composición.
Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas
Instrucción Técnica IF-01
Apartado 3.7
El reglamento dedica un apartado al trasiego de refrigerante
del envase a la instalación o a otros envases. He aquí un extracto de ese
apartado:
1.4.1. Los refrigerantes sólo se deberán introducir en los
sistemas de refrigeración después de haber efectuado las pruebas de presión y
estanqueidad.
1.4.4. El refrigerante que se introduce en el sistema deberá
ser medido en masa o volumen con balanza o dispositivo de carga volumétrica,
etc. En el caso de una mezcla zeotrópica el refrigerante será cargado en fase
líquida de acuerdo con las instrucciones del fabricante del refrigerante.
1.4.5. Antes de cargar con refrigerante un sistema de
refrigeración, se deberá comprobar minuciosamente el contenido de los envases
de refrigerante. La carga de una sustancia inapropiada podría provocar
accidentes, entre ellos explosiones.
1.4.6. Los envases de refrigerantes se deberán abrir
lentamente y con precaución.
1.4.10. Al llenar los envases de refrigerante, no deberá
sobrepasarse la capacidad de carga máxima (alrededor del 80% del volumen en
líquido a 20 o
C aproximadamente). La capacidad de trasvase depende del
volumen interior del envase y de la densidad del refrigerante en fase líquida a
la temperatura de referencia (normalmente 20° C).
1.4.13. El trasvase de refrigerante de un envase a otro se
deberá efectuar aplicando métodos seguros y reconocidos. Se deberá establecer
un diferencial de presión entre los envases, ya sea refrigerando el envase
receptor o bien calentando el envase emisor. El calentamiento se deberá
realizar mediante una manta calefactora con un termostato regulado a 55° C o menos y un fusible térmico o un termostato sin rearme
automático, ajustado a una temperatura tal que la presión de saturación del
refrigerante no supere el 85% de la de tarado del dispositivo de alivio del
envase. Bajo ningún concepto se deberá descargar a la atmósfera refrigerante
del envase receptor para hacer bajar la presión existente en el mismo. Para
incrementar el caudal de transferencia de refrigerante no se deberá calentar directamente
los envases de refrigerante mediante llamas abiertas, calefactores de calor
radiante o calefactores de contacto directo.
