CALDERAS DE CONDENSACIÓN Y DE BAJA TEMPERATURA.
Calderas de condensación: son, hoy por hoy, una de las mejores alternativas para obtener calefacción y/o agua caliente sanitaria con la máxima eficiencia, obteniendo un gran ahorro energético con respecto a las calderas convencionales. En este artículo, explicaremos cómo funcionan las calderas de condensación, y las ventajas que aporta. Así mismo, indicaremos las condiciones óptimas de funcionamiento, para sacarle el mayor rendimiento posible. Otra opción, son las calderas de baja temperatura, más económicas, pero igualmente con muy buenos rendimientos. Veremos también, en qué consiste su funcionamiento.
¿Cómo Funciona una Caldera Convencional?
Para entender el funcionamiento de las calderas de condensación (baja temperatura), es necesario previamente explicar de forma breve, cómo funciona una caldera convencional (también denominada estándar).
Todos sabemos que, para conseguir calentar un fluido (agua), necesitamos generar calor a partir de la combustión de un combustible (gasóleo, gas, biomasa, gases licuados del petróleo). Para ello se utiliza un quemador, donde el calor generado se aprovecha para calentar el fluido que realiza un recorrido a través de un sistema de distribución en el interior del cuerpo de la caldera, elevando su temperatura. Finalmente, el fluido se distribuye a través de una red de tuberías (ida y retorno) a los elementos emisores (radiadores, suelo radiante, fan-coils, baterías de climatizadores, sistema de acs…)
En esta infografía veremos diferentes formas de calentar un ambiente. Se visualizan varios sistemas, entre ellos, caldera mural con radiadores / suelo radiante, bomba de calor, radiadores eléctricos, etc. Hacer clic en los números y flechas de la parte inferior para ir avanzando en la animación.
Las calderas convencionales trabajan a una temperatura media entre la ida y el retorno cercana a los 70ºC para evitar que en su interior se alcance la temperatura de rocío de los humos que provoca condensación de compuestos en forma de ácidos.
Los materiales de estas calderas no están preparados para esta condensación, por lo que, en las instalaciones centralizadas siempre se dispone de una bomba ó válvula anticondensación para, precisamente, evitar la corrosión del cuerpo de la caldera cuando la temperatura del retorno sea baja (inferiores a 50ºC).
En el esquema, se representa una caldera con una bomba anticondensación (número 6). Esta configuración, suele darse en instalaciones centralizadas con antigüedades medias/altas, que disponen de calderas convencionales.
El principal inconveniente de estas calderas, es su gran consumo de combustible, ya que siempre impulsarán el agua a altas temperaturas. Otro de los inconvenientes es la posibilidad de aparición de corrosión en el cuerpo de la caldera producida por una deficiente regulación del termostato o funcionamiento defectuoso de la bomba anticondensación. La temperatura de humos, en una caldera de este tipo, es muy elevada.
Generalmente, estas calderas se instalaban hace años en instalaciones centralizadas y con cuerpos de chapa de acero, así como en calderas individuales, con lo que os las encontraréis en un altísimo porcentaje de instalaciones.
¿Cómo Funciona una Caldera de Baja Temperatura?
Las calderas de baja temperatura y de condensación surgen de la necesidad del ahorro de combustible, y del aprovechamiento de nuevas tecnologías aplicadas a su fabricación.
La principal ventaja de las calderas de baja temperatura, es que pueden trabajar con temperaturas de retorno de agua muy bajas (40ºC), sin que la condensación que se produce en el cuerpo de la caldera las dañe.
Por lo tanto, se pueden adaptar a las necesidades térmicas del edificio, impulsando agua a diferentes temperaturas en función de la temperatura exterior, orientación del edificio, ubicación, etc.
Cada edificio posee una curva característica en función de su orientación, pérdidas, situación etc pudiéndose “construir” una específica a la medida de cada necesidad.
Para que entendamos bien este concepto, ya que es la clave en el ahorro energético de estas calderas, pongámos unos ejemplos:
Imaginemos una temperatura exterior de 4ºC a la que le correspondería una temperatura de impulsión de agua de 60ºC, para mantener las condiciones de confort interiores según su curva característica. Supongamos que la temperatura exterior asciende; en este tipo de calderas, la temperatura de impulsión descendería progresivamente hasta alcanzar los 40ºC, con lo que se genera un gran ahorro energético, al no tener que mantener la temperatura de la caldera siempre constante (funcionamiento de las calderas convencionales).
En el caso de no haber demanda durante varias horas al día (muy habitual en verano en la producción de agua caliente sanitaria), el quemador sólo entraría en funcionamiento para “combatir” las pérdidas por convección y radiación de la caldera, y cuando la temperatura descendiera por debajo de 40ºC.
Así, podemos considerar que no se producirán arranques y paradas bruscas del generador de calor, con lo que se reducen las pérdidas por disposición de servicio, que suponen un 15% del consumo total de combustible.
Ventajas de las calderas de baja temperatura
- Altos rendimientos (95%)
- Pueden generar ahorros superiores al 25% con respecto a una caldera convencional
- Regulan la temperatura en función de la demanda energética
- No se necesitan sistemas anticondensación
- No se producen corrosiones
- Es una solución intermedia entre las calderas convencionales y las de condensación.
A tener en cuenta
- Se desaprovecha la energía contenida en los gases de la combustión
- Su coste es más elevado que una caldera convencional ( estas ya no se comercializan )
¿Cómo Funcionan las Calderas de Condensación?
Antes de describir el funcionamiento de las calderas de condensación, es necesario comprender los conceptos de condensación y de calor latente.
Se denomina condensación al proceso físico que implica un cambio de fase de la materia que se encuentra en forma gaseosa (generalmente vapores) y pasa a forma líquida. En este cambio de estado, se libera una cierta cantidad de energía denominada . Así el estado líquido es más favorable desde el punto de vista energético. Las calderas de condensación se basan en estos principios físicos.
En la combustión de una caldera, los componentes combustibles del gas natural o gasóleo (carbono e hidrógeno) reaccionan con el oxígeno del aire, formando dióxido de carbono, vapor de agua y calor
CH4 + 2O2—–>2 H2O + CO2 + calor
Si conseguimos que los gases de la combustión condensen, aprovecharemos el calor latente del cambio de estado del vapor de agua (gas) a líquido, para convertirlo así, en calor sensible (aquel que aplicado a una sustancia eleva su temperatura sin cambio de estado). Es decir, ese calor lo aprovecharemos para elevar la temperatura del agua que circula por el interior de la caldera.
En la gráfica, se obtiene la temperatura de rocío en función del porcentaje de aire (%O2) para diferentes combustibles (gasóleo C, gas natural y propano). En ella, observamos que, para un porcentaje de oxígeno de 3,5%, por ejemplo, la temperatura de rocío sería de 55,3 ºC para gas natural. A partir de esta temperatura, el vapor de agua condensaría cediendo el calor latente.
Pero: ¿Cómo podemos bajar la temperatura de los humos?.
– Con una gran superficie de intercambio en el interior del cuerpo de la caldera
– Posibilitando que la temperatura de retorno de agua sea lo más baja posible
Ejemplo Curva Rendimiento-Tª Retorno
A menor temperatura de retorno de agua, mayor es el rendimiento de la caldera.
A mayor condensación de humos, mayor rendimiento energético
El rendimiento óptimo, se obtendría con una temperatura de impulsión de 40ºC y una
temperatura de retorno de 30ºC. La aplicación de las calderas de condensación a instalaciones de suelo radiante, cuyas temperaturas de diseño y funcionamiento corresponden con dichos valores, son ideales de cara a la obtención del mejor rendimiento térmico estacional de la instalación.
Con una instalación de radiadores convencional, también se obtienen muy buenos resultados, ya que si se trata de instalaciones centralizadas, lo habitual es adecuar la temperatura de impulsión a las condiciones exteriores, por lo que proporciona temperaturas de retorno más bajas en un amplio número de horas, aprovechando de esta forma, el fenómeno de la condensación.
Ventajas de las calderas de condensación
- Rendimientos de hasta el 109% respecto del Poder Calorífico Inferior del Combustible
- Pueden generar ahorros de hasta el 30% de energía con respecto a una caldera convencional
- Regulan la temperatura en función de la demanda energética
- Sus emisiones de NOx son muy bajas
- Se pueden utilizar con sistemas de baja temperatura, y sistemas convencionales de radiadores
- Es el tipo de caldera más eficiente actualmente
- Muy bajas temperaturas de evacuación de humos
- Gran superficie de intercambio
A Tener en Cuenta en las calderas de condensación
- Inversión inicial ligeramente más elevada con respecto a otro tipo de calderas
2. Se necesita un sistema de evacuación de condensados (ácidos)
3. Se necesitan materiales especiales de evacuación de humos para resistir la acción de los condensados
¿Una Recomendación para Ser Eficientes en una Instalación de Calefacción?
Como hemos visto, el sistema más eficiente para una caldera de condensación, es el de calefacción por suelo radiante. No obstante, si queremos conseguir ahorros energéticos en una instalación convencional, os comento que existen diferentes fabricantes de radiadores que trabajan a baja temperatura. A continuación se muestran los ahorros conseguidos, incorporando este tipo de emisores y válvulas termostáticas.
Fuente: Fernercon
¿Cuál Sería la Conclusión?
En este artículo, hemos visto los principios básicos de funcionamiento de la tecnología de las tres calderas más habituales, con lo cual, disponemos de la base técnica para conocer sus ventajas e inconvenientes, y la posibilidad de incluir una u otra en los métodos de mejora al realizar una auditoría o certificación energética. Desde luego, las mejores calderas desde el punto de vista de eficiencia energética, son sin lugar a dudas, las calderas de condensación.
