Control de la caldera – Gestión del calor

La calefacción es uno de los sistemas más importantes para garantizar no sólo el confort, sino también la vitalidad. En el sector de la construcción, una gran parte del coste se destina al diseño e instalación de sistemas de calefacción y ACS. Los costes de explotación son bajos. Sin embargo, cuanto más complejo sea el sistema de calefacción, más formas habrá de reducir los costes de funcionamiento sin comprometer el confort.Los controles de la caldera son un complejo de varios componentes y piezas electrónicas. Tomemos como ejemplo los componentes básicos utilizados para controlar las calderas de gas.Limitémonos a lo que es necesario para la regulación: lo importante para el usuario son las prestaciones que ofrece, y no los sistemas en sí.

MÓDULO DE CONTROL CENTRAL

Este dispositivo tiene diferentes nombres de un fabricante a otro, pero el punto es el mismo: permite el funcionamiento del sistema de calefacción. El número y la disponibilidad de otros componentes depende de la complejidad del sistema, pero en cualquier caso, debe haber un módulo central que actúe como «cerebro» del sistema. Aquí se conectan otros componentes: sensores, reguladores, dispositivos de seguridad y control.

En la mayoría de las calderas murales y de pie, el módulo de control está instalado directamente en el cuerpo del aparato. En muchos casos, el módulo también se coloca fuera de la sala de calderas mediante cables adecuados barras colectoras : en la pared de la sala de calderas o en un lugar más conveniente para el control.

Lo que un módulo de este tipo «debería» ser capaz de hacer? Depende de las necesidades. Lo mínimo: control del quemador, sistemas de seguridad, al menos un circuito de calefacción y el ajuste de la temperatura deseada. Pero sólo algunas de las calderas de gas murales más pequeñas para una o dos habitaciones tienen esta función. Las aplicaciones más complejas requieren un módulo más complejo. Sin entrar en detalles técnicos, he aquí las tareas y dispositivos básicos que, en teoría, pueden conectarse a un módulo.

El sistema de calefacción puede ser de baja o alta temperatura o combinado , de uno o varios circuitos, con diferentes bombas para el bombeo de líquidos, varios sensores de control ni siquiera nos detendremos en estas características: el número y tipo de elementos depende del diseño y las características de la caldera, el quemador y el propio sistema . Es posible conectar sensores y controladores de sala adicionales, que describiremos más adelante. A menudo, un sistema de ACS se utiliza junto con un sistema de calefacción, y con menos frecuencia con generadores de calor adicionales: colectores solares, bombas de calor, elementos de calefacción. Todos ellos también deben ser controlados o al menos coordinados.

Es evidente que el nivel de sofisticación de los módulos de control difiere en todos estos casos. En un sistema de calefacción sencillo probablemente nunca se necesitarán funciones adicionales, en sistemas más complejos puede que se necesiten otras más que las indicadas anteriormente. Los fabricantes ofrecen a veces al menos dos tipos de módulos de precios, el primero para tareas más o menos estándar, el segundo más complicado y más caro, por supuesto , incluso para calderas pequeñas relativamente sencillas. Los motores más complejos se suministran con salidas adicionales para la conexión de diversos dispositivos, en primer lugar módulos de control adicionales. De este modo, se puede conseguir cualquier complejidad requerida en el sistema.

En los sistemas de calefacción en cascada sistemas de varias calderas , es característico que cada caldera esté equipada con un módulo de control. En este caso, se suele designar un módulo como maestro y los demás como esclavos. Los módulos esclavos suelen ponerse en marcha sin ningún panel de control: cada caldera no requiere un manejo manual, y un único módulo maestro puede gestionar el funcionamiento conjunto del sistema.

Todos los elementos del sistema de control de la caldera se comunican entre sí mediante barras colectoras, aunque también es posible la comunicación por radio. Dado que los protocolos de comunicación difieren entre los fabricantes, es más sencillo confiar en la cooperación de todos los dispositivos del sistema si los elementos son encargados e instalados por un único fabricante y un único proveedor de servicios. No siempre es posible combinar dispositivos de diferentes fabricantes.

MÓDULOS DE CONTROL DE HABITACIONES

Los ajustes de confort de un solo módulo pueden ser difíciles de conseguir en una vivienda con varios dormitorios. Al menos tiene sentido añadir algunos más a las zonas de estar principales. Los reguladores de sala se conectan al módulo principal mediante un enlace por cable o por radio. De hecho, se trata de los mismos módulos de control, sólo que con menos funciones.

La opción más sencilla es un termostato de ambiente. un simple «pomo». Su principal inconveniente es la inercia del sistema de calefacción: el proceso de cambio de temperatura dura hasta varias horas. La mayoría de los reguladores de sala son muy complejos y pueden equiparse con controles sencillos. Por lo general, se pueden programar para mantener la temperatura de forma automática, según un programa preestablecido que también se puede seleccionar sin ir a la unidad central , y también se pueden controlar manualmente.

SENSORES DE TEMPERATURA

El objetivo principal de la creciente complejidad de cualquier sistema de calefacción es maximizar el confort con el menor coste posible de energía térmica. Para ello se necesitan sensores de temperatura. En estos casos, es realista programar el sistema para la regulación automática.

Existen tres tipos de control: «por agua», «por temperatura» y «por clima». Más posibilidades de control significan un uso más económico del calor y más condiciones de confort, pero también sube el precio del sistema.

No consideramos los sensores de temperatura para líquidos en los circuitos de calefacción y ACS, ya que están más relacionados con el sistema de control de la caldera. También es obvio que se necesitan actuadores -bombas y reguladores de capacidad en cada circuito- para suministrar agua a una temperatura determinada.

El método de control más sencillo – «por agua»- se utiliza en todos los pisos urbanos con calefacción central. A los radiadores se les suministra agua a una temperatura determinada; en teoría, hay un regulador grifo en cada radiador, pero en la práctica nadie lo toca. Por supuesto, hay un sistema de control en la central de calefacción, pero prácticamente no hay retroalimentación de la casa a los ocupantes; la temperatura del agua se fija centralmente y el usuario no puede cambiarla. Aunque empiece a llamar a la empresa de mantenimiento y a maldecirla, no hay garantía de que vaya a obtener resultados en un tiempo razonable. Este reglamento es muy inercial.

Si el sistema se complementa con sensores de temperatura ambiente, se puede ahorrar: cuando se alcanza una temperatura determinada, se puede reducir la calefacción y mantenerla dentro de los límites controlando la temperatura del agua y la capacidad de cada circuito. Esto es mejor, pero sólo si la temperatura exterior no cambia. Aquí también se nota la inercia del sistema; cuanto mejor sea el aislamiento, más tarde reaccionará el sensor a los cambios de temperatura de la habitación.

La forma más cómoda y económica es el control meteorológico. Se conecta al sistema con una sonda de temperatura externa. Debe colocarse en la pared exterior, preferiblemente en el lado norte o noroeste y protegido del viento y de la luz solar directa. Con este sensor, la temperatura del agua de la caldera se regula en función de la temperatura exterior. Mejor aún si el sensor exterior funciona con los sensores interiores.

El sensor en sí es barato, la electrónica de control tampoco es demasiado complicada y se consigue un ahorro de hasta el 20-30% con el funcionamiento controlado por el tiempo.

PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA

El sistema completo requiere un ajuste después de la instalación y hay dos niveles: configuración y usuario. En este caso, la analogía de un ordenador es más pertinente: los especialistas ensamblan, instalan y depuran el software y luego dan al usuario el derecho de acceso, pero sólo a unos pocos ajustes que son importantes para ellos.

En primer lugar, el técnico de mantenimiento tiene que comprobar que todos los elementos funcionan juntos. Normalmente, todo el software necesario ya está instalado «rellenado» en los módulos. Algunos módulos estándar requieren una configuración adicional para satisfacer los requisitos específicos de la aplicación; muchos se configuran automáticamente y no requieren ninguna intervención externa. El ajuste adicional incluye la fijación del rango permisible de los parámetros para todos los elementos por ejemplo, si el sistema tiene un circuito de calefacción de baja temperatura, la fijación de su límite de temperatura .

Se utilizan varios programas de calefacción para proporcionar tanto el comportamiento como el ahorro de costes. Una reducción de la temperatura ambiente de un grado suele suponer un ahorro de entre el 5 y el 7% de la energía térmica. La principal forma de ahorrar aquí es mantener una temperatura óptima en cada habitación si el sistema lo permite según un programa preestablecido y poder regularla manualmente.

Diferentes necesidades de calefacción en diferentes momentos del día. Por las mañanas y las tardes, cuando todo el mundo está en casa, no sólo se necesita calefacción, sino también agua caliente. Es mejor bajar la temperatura unos grados por la noche. Se pueden preprogramar varios programas de calefacción estándar; sólo hay que seleccionar el que más convenga al usuario. El programa de calefacción estándar incluye uno o varios ciclos de calefacción intensificados y reducidos que pueden tener lugar durante el día, a veces con una temperatura diferente en cada ciclo. A menudo se da el caso de que no hay nadie en casa durante las horas de trabajo en días laborables, y se necesita un programa de calefacción diferente los fines de semana. Muchos sistemas pueden «crear» uno o varios programas de calefacción «semanales» para ahorrar tiempo de programación.

Cuando se utiliza la calefacción en función del tiempo, también es necesario modificar la curva de temperatura, es decir. e. Programar la temperatura del agua de la caldera necesaria se determina mediante un sensor colocado en cualquier lugar del sistema, normalmente en la entrada o salida de la caldera en función de la temperatura exterior. Por ejemplo, la calefacción debe encenderse cuando la temperatura del aire es inferior a 20 °C. Este es el primer punto de la curva.

Si la temperatura exterior baja, hay que calentar más, pero la cantidad depende de las condiciones, en particular de las pérdidas de calor del edificio: cuanto más altas sean, más habrá que calentar. Normalmente hay más de una de estas curvas almacenadas en el controlador de un módulo de control y se puede seleccionar la necesaria para cada aplicación. Una vez seleccionada la curva, la temperatura del agua de la caldera se ajusta a la temperatura del aire más baja para la región. Con esto concluye el proceso de ajuste.

Los tiempos de conmutación y los ajustes de la curva de temperatura pueden programarse realmente desde el nivel de usuario o de servicio. Algunos sistemas permiten crear sus propios programas de calefacción, además de los estándar.

Los programas de calefacción son convenientes porque permiten que el sistema funcione eficazmente en modo automático. Hay algunos modos más disponibles para una mayor comodidad. La mayoría de ellos se pueden encender fácilmente de forma manual desde el módulo de control.

El modo «invierno/verano» puede ajustarse de forma manual o automática con control en función del tiempo . Si la instalación incluye un circuito de agua caliente sanitaria, el modo de verano sólo utiliza la energía para calentar el agua sanitaria en el acumulador de agua caliente sanitaria; la caldera también puede desconectarse por completo. Si vas a estar fuera de casa durante un periodo de tiempo prolongado, es conveniente activar un modo «vacaciones» que mantiene la temperatura programada a un nivel bajo, y el circuito modula la temperatura hasta un nivel confortable

El ACS se apagará. Naturalmente, el programa de protección contra las heladas tiene prioridad sobre todos los demás; no apagará la caldera por completo, pero consume menos combustible.

Varios fabricantes ofrecen también otros programas preestablecidos, por ejemplo, una desconexión temporal de la calefacción para la ventilación o un modo «fiesta» que, cuando se activa, prolonga el periodo de calefacción confortable durante un tiempo. Las demás opciones de control disponibles dependen de la configuración del propio sistema. Si dispone de un depósito de agua caliente sanitaria, es posible crear calefacciones puntuales cuando se necesitan grandes cantidades de agua caliente en momentos poco habituales y desinfección térmica calentamiento periódico del agua para eliminar las bacterias que contiene .

La activación y desactivación de todos los modos suele hacerse desde la unidad de control central. Si el sistema dispone de reguladores de sala adicionales, algunos modos de control también pueden activarse desde ellos, pero esto depende de la configuración. En cualquier caso, no hay nada complicado para establecer el modo deseado en el nivel de usuario.

SISTEMAS DE CONTROL REMOTO

Además de la comunicación por cable o, en algunos casos, inalámbrica entre los distintos componentes, muchos fabricantes están desarrollando ahora dispositivos que pueden controlar, supervisar y gestionar a distancia los sistemas de calefacción. Estos sistemas son especialmente útiles en el caso de la residencia intermitente, cuando se deja la casa sin vigilancia de vez en cuando, sin importar el tiempo. Debe incluirse en el sistema un dispositivo adecuado, normalmente un módulo GSM. De hecho, es el mismo teléfono móvil o módem con una tarjeta SIM.

Hay varias variantes y dependen de las tareas que se realicen. Lo primero que se exige a un sistema de calefacción en un caso así es la capacidad de encender y apagar la calefacción cuando el propietario de la casa no está presente. Un canal y un par de contactos son suficientes para la función – si los contactos están cerrados, se transmite una señal a la central. Muchos controladores disponen de un canal de este tipo; el modo deseado «encender» o «apagar» se programa de antemano.

El resto es fácil: llamar o enviar un SMS al número del topo, el controlador recibe la señal y enciende o apaga la calefacción. La funcionalidad de este sistema no es tan grande como la de otros métodos, pero es suficiente tanto para el confort como para el ahorro de energía.

Los diferentes fabricantes pueden tener otras formas de controlar los televisores a través de GSM o teléfono fijo. A veces es posible regular la temperatura con estos dispositivos y el módem enviará informes completos de fallos.

Es posible mucho más, si se utiliza Internet para el control remoto. El método de conexión más sencillo es el móvil, utilizando un módulo adecuado con una tarjeta SIM, alternativamente la conexión de red fija. En teoría no hay diferencia, pero en la práctica es más segura una conexión fija: si la red de telefonía móvil se sobrecarga o se apaga por alguna razón, el control remoto ya no es posible. Hay que fijarse en la ubicación del edificio: si está cerca de autopistas, instalaciones especiales o simplemente lugares de grandes fiestas, la red de telefonía móvil puede cortarse sin previo aviso y no habrá nadie que se queje.

Por supuesto, el ordenador de control o un teléfono móvil «avanzado» deberá tener instalado el software adecuado. Las posibilidades de control a través de Internet son las mismas que las de un panel de control convencional, con niveles de usuario y de servicio. Es importante que los técnicos de servicio puedan reconfigurar el equipo a distancia, supervisar el sistema y, en algunos casos, incluso rectificar los fallos a distancia. Sin embargo, cabe mencionar que la supervisión constante del estado de los equipos por parte de una tercera organización es un servicio de pago.

» MUCHO MÁS CUANDO SE UTILIZA INTERNET PARA CONTROLAR LA CASA A DISTANCIA

El concepto de «casa inteligente» supone la gestión centralizada y el funcionamiento mutuo de varios sistemas simultáneamente. La temperatura por sí sola no es suficiente para el confort, también hay que tener en cuenta la ventilación o el aire acondicionado y la humedad. Algunos de los elementos que implican el funcionamiento combinado de la calefacción con otros sistemas también pueden ser controlados por algunos de los reguladores estándar, por ejemplo, conectando un sensor de apertura de ventanas es posible programar la desconexión de la calefacción de la habitación durante la ventilación.

Los elementos calefactores de distintos fabricantes se comunican entre sí a través de protocolos y barras colectoras diferentes; en pocas palabras, «hablan idiomas diferentes». Para integrar la calefacción inteligente en una casa inteligente, lo más probable es que se necesite un módulo de interfaz gateway para el controlador del sistema de calefacción que lo conecte con otros sistemas no relacionados con el sistema de calefacción. Las ventajas del control simultáneo de todos los sistemas de la casa, no sólo del sistema de calefacción, son evidentes; todo depende de la complejidad del sistema.

SUMINISTRO DE ENERGÍA DE RESERVA

Para que un sistema pueda funcionar de forma autónoma, es necesario que exista la posibilidad de desconectar la electricidad y, por supuesto, la automatización no puede funcionar sin ella. Los dispositivos electrónicos y las bombas del sistema de calefacción no son baratos y requieren energía de alta calidad. Los sistemas mejor conectados «plug and play» son un cargador de baterías. Las baterías o las minicentrales eléctricas se utilizan como fuente de energía de reserva.

Con el respaldo de la batería, la corriente continua normalmente 12V, pero también hay voltajes más altos se convierte en 220V por medio de un dispositivo electrónico, el inversor. La calidad de la corriente en este caso es excelente, el tiempo de funcionamiento continuo es bastante largo y se puede aumentar fácilmente conectando baterías adicionales. El inversor sólo se conecta a los consumidores más importantes: el control de la caldera, el regulador y las bombas, cada uno de los cuales consume un máximo de 100-200 W, y no todo el tiempo.

La capacidad de las minicentrales eléctricas puede ser suficiente para abastecer toda la casa, pero la cuestión de la calidad de la energía es más importante. La variación de tensión de una estación que funciona bien está dentro de los límites permitidos, pero la «onda sinusoidal» puede estar lejos de ser ideal esto es especialmente peligroso para las bombas con rotor «húmedo» de los sistemas de calefacción y agua caliente sanitaria . No todas las estaciones tienen que estar conectadas directamente a la caldera. En pocas palabras, la explicación es la siguiente: casi todos los aparatos domésticos están equipados con un enchufe estándar de dos clavijas que se puede conectar a la toma de corriente a voluntad.

Pero algunos aparatos incluida la calefacción requieren que se respeten las polaridades. Su fase y su menos deben conectarse a la fase y al menos de la fuente de alimentación. Si dispone de una red eléctrica fija, puede encontrar fácilmente las salidas adecuadas conectando un voltímetro entre la toma de corriente y «tierra»: 220 V en un cable, «casi cero» en el otro. Muchos generadores pero no todos están diseñados para que no se pueda encontrar el negativo: hay tensión en ambos cables.

Existen varios métodos para garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas de calefacción en combinación con las minicentrales eléctricas. Por ejemplo, es posible conectar una batería de 12 V muchos aparatos de cocina tienen una toma de corriente para ello y convertir la corriente continua en una corriente variable mediante un inversor. O bien, utilizar dos inversores: uno convierte la corriente alterna en continua y el otro vuelve a convertir la corriente continua en alterna. Existen estaciones con convertidores de corriente de mayor calidad, pero por el momento su potencia nominal rara vez supera los 2,0 a 2,5 kW, y dichas estaciones deben arrancarse manualmente.

Otro componente recomendado en el sistema de alimentación es un transformador de aislamiento. Su tarea es suavizar las subidas de tensión. Tiene sentido utilizar un transformador de este tipo para cualquier esquema de conexión, incluyendo la inclusión de un generador en el sistema de suministro de energía. Las subidas de tensión pueden producirse incluso en plantas muy caras, especialmente cuando el combustible se agota y el motor empieza a «estornudar».

Una última cosa que vale la pena mencionar es que la renovación completa del suministro de electricidad es una propuesta muy costosa, sobre todo si el suministro de energía de reserva tiene que conectarse automáticamente en caso de un corte de energía. Pero los costes están justificados: si el sistema se congela debido a apagones o cortes de electricidad, será mucho más caro repararlo.