Récords de calor

La pregunta que se hace el consumidor de cualquier tecnología -o, de hecho, de cualquier objeto- es siempre «¿qué es mejor?? Comprar algo sencillo y barato o algo más interesante por el momento , pero también más caro? No hay una respuesta infalible, sino que depende de una serie de otros factores, no siempre los más importantes, como las consideraciones económicas.

En el mercado de bienes duraderos entra en juego otro factor: el coste de propiedad, el mantenimiento y los costes de funcionamiento en general. Para poder elegir, hay que saber qué opciones hay y en qué se diferencian unas de otras. A veces hay una diferencia, y bastante grande.

Este es uno de los factores más importantes para la tecnología de calefacción. Se toma durante mucho tiempo, no es barato, y para el gasto del portador de energía en otras palabras, los fondos propios requiere considerable, al final estos costos resultarán muchas veces más que el costo de la técnica. E incluso hay una opción. Una caldera de calefacción simple es barata; una caldera de calefacción de condensación es más cara. Y habrá compradores para cualquiera de ellos. La primera puede funcionar con un rendimiento de hasta el 90 % y la segunda con hasta el 110 %.

EFICIENCIA DEL 110%? SIN ERROR!

Desde la escuela se sabe que la eficiencia de cualquier sistema no puede superar el 100%. Tampoco puede igualar esta cifra: son inevitables todo tipo de pérdidas. Sin embargo, en el caso de las calderas de condensación se pueden encontrar a menudo cifras de eficiencia del orden del 106 – 109 %, a veces un poco más o menos. No hay error, el proverbio es un poco diferente. Para entender este fenómeno, es necesario comprender qué se puede ganar con la caldera y cuáles son los escollos.

La combustión de cualquier combustible orgánico produce vapor de agua, dióxido de carbono y calor. Si recuerdas tu clase de química en el instituto, te viene a la mente el mantra: «más tsa-o-dos, más ceniza-dos-o». Luego, en la siguiente lección de química, añaden «plus cu» a esta fórmula. «Ku», t. e. Q es el calor generado. A esta Q podemos decir nuestro «koo» y sentarnos frente a ella. Caliéntate.

Pero esta fórmula, sean cuales sean los coeficientes y números que incluya, sólo es plenamente válida hasta el momento en que los productos de la combustión incluido el calor aún no se han separado. No nos interesa el dióxido de carbono, pero es más interesante el vapor de agua. Al descender su temperatura, comienza el proceso de condensación, es decir, la transformación del vapor en líquido. Y en el proceso, sin ninguna química, según las leyes de la física, se libera calor adicional. Se trata del llamado calor latente de condensación, también llamado poder calorífico en estas dos definiciones se pueden combinar algunas palabras, el significado no cambiará , que no se tiene en cuenta en los cálculos simples y no se utiliza en las calderas de convección simples. Y sin embargo, su valor no es tan bajo. En el caso del gas natural metano , el valor calorífico es aproximadamente el 11 % del valor calorífico del combustible solo el valor calorífico inferior . En el caso del gasóleo, que se utiliza con frecuencia en los sistemas de calefacción, esto supone un 6% aproximadamente, y en el caso del GLP gas licuado de petróleo , un 9%. Todos los combustibles fósiles tienen este calor, pero otros combustibles, tanto líquidos como sólidos, dan aún menos aumento. Los valores caloríficos del calor de combustión superior e inferior son fáciles de obtener, al menos para los combustibles de composición química uniforme. Así pues, teniendo en cuenta el mayor calor de combustión, la eficiencia de una unidad alimentada con combustibles fósiles puede ser superior al 100 %. Si, por supuesto, la instalación es capaz de «recoger» este calor y utilizarlo eficazmente.

DONDE REALMENTE FUNCIONA?

Para aprovechar el calor latente de la combustión en cualquier instalación, primero tenemos que saber por qué lo necesitamos. Aquí se aplica principalmente el principio de «cuanto más potente es el dispositivo, más sentido tiene complicar el sistema». Y el combustible tiene casi exclusivamente tres usos principales: moverse, generar electricidad o calentarse. Los dos primeros tienen sentido para la recogida de este calor sólo en el caso de instalaciones muy grandes, y el tercero también es adecuado para los hogares.

En el ámbito del transporte, por ejemplo, en el transporte a motor que también utiliza combustible fósil la ganancia teórica es miserable: la eficiencia del motor de combustión interna está lejos del 100%, la mayor parte de la energía se gasta en el calentamiento del motor que también debería ser refrigerado. En estas condiciones no tiene sentido intentar aprovechar el calor de condensación, incluso el excedente teórico es inútil. Un sistema de recuperación de calor de condensación ICE sólo tiene sentido para motores muy grandes, por ejemplo, para sistemas de barcos: el consumo de combustible es alto, se libera mucho calor y con los gases de escape. La forma en que se construye y la

Es bastante factible utilizarlo para algún propósito adicional, aunque se necesitarían dispositivos adicionales.

En las centrales eléctricas a gran escala por ejemplo, las centrales de producción combinada de calor y electricidad u otros tipos de centrales ocurre lo mismo: el sentido es reunir y utilizar la máxima cantidad de energía de todo tipo a una escala cada vez mayor, es decir, calentar el aire lo máximo posible. e. capacidad . Aunque el objetivo principal sea generar electricidad, este calor, como en el caso de los grupos electrógenos, es un subproducto. Se puede utilizar de varias maneras.

Las cosas son un poco diferentes con los sistemas de calefacción. Si el combustible se quema para «calentarse», es lógico que se queme «lo máximo posible». Todo se puede utilizar. Incluso si hablamos de calefacción a muy pequeña escala, como una casa unifamiliar. Hay muchas restricciones, pero las calderas de condensación pueden ser realistas y económicas en estas aplicaciones. Por supuesto, también en este caso, cuanto mayor sea la potencia y el consumo de combustible , más beneficios obtendrá. Sin embargo, un sistema de calefacción doméstica sólo puede ser económicamente eficiente si se utiliza gas o petróleo para la calefacción. El uso del poder calorífico es problemático para las calderas de combustible sólido: es demasiado bajo. Sin embargo, hay un pequeño truco cuando se utilizan combustibles sólidos. Lo mencionaremos más adelante.

CALIDAD DEL COMBUSTIBLE

El rendimiento real de cualquier caldera dependerá de muchos factores, y la calidad del combustible es un parámetro que no puede ser controlado por el usuario. Estas impurezas no son muchas en el propio combustible, sólo un pequeño porcentaje en total, pero es necesario tenerlas en cuenta. El metano es el más común en el gas natural, el propano y el butano en pequeñas cantidades, el componente principal en el gas líquido es una mezcla de propano y butano, y en el gasóleo hay una mezcla de hidrocarburos más pesados. Además, cualquier combustible contiene una cierta cantidad de nitrógeno molecular, oxígeno, agua. Estos componentes no influyen en la combustión, se consideran «lastre». Las impurezas nocivas son principalmente compuestos de azufre, nitrógeno y fósforo. También se encuentran otras sustancias en cantidades mínimas. Por cierto, también está en el aire de combustión, aunque en pequeñas cantidades. Estos compuestos en su mayoría no arden, no hay que esperar calor de ellos, pero pueden reaccionar químicamente durante la combustión. Si hablamos de una caldera tradicional, con una calidad de combustible normal, la concentración de «química activa» en el aire será tan baja que no tiene sentido hablar de ella. Otra cosa es si la caldera es de condensación: estas sustancias se acumularán en el condensado junto con el agua. En lugar de agua, terminamos con una mezcla químicamente activa. Esto conlleva dos problemas: en la caldera de condensación y en su chimenea, la formación de condensado es inaceptable, mientras que en la caldera de condensación todos los elementos que producen condensado y sobre los que se elimina, deben ser resistentes a sus efectos durante mucho tiempo.

En cuanto a los combustibles sólidos procedentes de plantas, siempre contienen agua: la humedad puede ser de decenas de porcentajes. Durante la combustión se consume gran parte de la energía para calentar y evaporar esta agua. Teóricamente, si se condensa, se puede generar energía adicional. Pero en la práctica, al menos en los sistemas de calefacción domésticos, es demasiado complicado. La alimentación de los combustibles sólidos no se puede dosificar automáticamente, el efecto no será significativo. Una excepción son las calderas de pellets que utilizan pellets de madera como combustible. Pero incluso estos apenas se utilizan en las calderas de condensación. Estas calderas deberían llamarse más correctamente calderas de recuperación: en dicho condensado no hay prácticamente agua formada durante la combustión del combustible, la principal contribución la hace el agua, que «ya estaba». Por supuesto, la recuperación se utiliza en grandes sistemas, pero no en calderas, sino en dispositivos separados.

PÉRDIDA DE CALOR EN LA CALDERA

Considere cualquier caldera de calefacción por convección. Cuál sea, no importa. Si suponemos que la cantidad de calor que se libera durante la combustión del combustible en la caldera es del 100%, el balance térmico tiene el siguiente aspecto.

La mayor parte de la energía térmica irá a parar a donde se necesita: a calentar el líquido del sistema de calefacción. Algunos salen por la ventana y se pierden irremediablemente. Se utilizará algo más de energía para calentar el cuerpo de la caldera. No siempre se puede considerar una pérdida, ya que la caldera se encuentra en la sala de calderas, en la cocina o en la sala de estar. El calor se sigue utilizando para la calefacción, pero no podemos controlarlo. Al fin y al cabo, en las zonas rurales, incluso hoy en día, no es raro encontrar calderas de acero o hierro fundido sin ningún tipo de revestimiento, una especie de simbiosis entre una cocina de leña y un sistema de calefacción líquida. Pero incluso en el caso de una caldera de calefacción de gas moderna, su eficiencia estaría en torno al 90%. Es posible aumentar la eficiencia, pero sólo en un pequeño porcentaje.

En principio, cuanto más se enfríen los gases de combustión en la caldera, más energía se utilizará para el fin previsto. Pero cuanto más «fríos» sean los gases de escape, más difícil será «quitarles» el calor. El sistema se complica, los aditivos son pequeños. También hay que tener en cuenta que la caldera puede funcionar a diferentes temperaturas del aire y diferentes modos de funcionamiento, pero el hecho es que ni en la chimenea ni en el conducto de humos,

o incluso más en la propia caldera, no debería haber ningún proceso de condensación. Conviene recordar que el condensado es químicamente muy activo, y los materiales de la caldera de convección y la chimenea no están diseñados para trabajar con él. La temperatura de los gases al salir de la caldera puede ser de unos 150-200 °C, más alta en los modelos antiguos y más baja en algunos modelos modernos de baja temperatura , alrededor de 100 °C. El resto del calor se va literalmente por la ventana. Por supuesto, la condensación se produce en algún lugar «por la chimenea», pero no nos sirve de nada. Sin embargo, no hay daño.

En el caso de las calderas de condensación, la energía de valor calorífico se añade al balance térmico. Por supuesto, no es posible recogerlo todo, aquí también se producirán algunas pérdidas. No es posible «secar» completamente los gases de combustión. Se añade algo de calor aunque no mucho debido al mayor enfriamiento de los gases de combustión. Las pérdidas a través del propio tambor de la caldera también pueden reducirse, por lo general, mediante un mejor aislamiento al menos no peor que en las calderas convencionales . Otra razón es que las calderas de condensación suelen tener componentes más «ruidosos» que las calderas convencionales. El ruido del quemador, de las bombas y de los ventiladores puede reducirse fácilmente mediante una camisa de aislamiento térmico.

En total, el rendimiento de una caldera de este tipo podría situarse entre el 108 y el 109% cuando funciona con gas natural , ya que la temperatura de los gases de combustión en la salida será bastante baja. La diferencia en el aprovechamiento del calor con respecto a una caldera convencional puede ser de alrededor del 15%. Pero sólo en teoría y bajo ciertas condiciones. Si la caldera funciona en un sistema de calefacción, debe considerarse conjuntamente.

CALDERA DE CONDENSACIÓN Y CALEFACCIÓN

Un pequeño truco

Partimos de la base de que la caldera está formada por dos unidades de captación de energía térmica independientes no siempre es así, al menos en los sistemas de calefacción individuales . La primera unidad tiene las mismas funciones que una caldera tradicional: quemador, cámara de combustión y un intercambiador de calor de. Sólo hay un requisito: la resistencia al calor. No hay condensación y no hay que preocuparse por la corrosión del conjunto. Los gases calientes entran en la segunda unidad, un intercambiador de calor, donde se enfrían intensamente y donde se precipita el condensado. Aquí, en primer lugar, la temperatura sigue siendo bastante alta y, en segundo lugar, el material tiene que ser resistente a los ácidos; después de todo, el condensado es una solución débil pero aún ácida y está bastante caliente.

Cuanto más calor se extraiga en el segundo intercambiador de calor, más eficaz será el funcionamiento de la caldera. Y para conseguirlo, hay que hacer un balance, al menos en los dedos. La tarea de un intercambiador de calor dos intercambiadores de calor es más exacto, hay que considerar el del primer bloque es quitar una cierta cantidad de calor. Su tamaño es bastante determinable; se corresponde con la demanda real de calefacción y de preparación de agua caliente si se va a realizar dicha tarea .

A la entrada del intercambiador de calor tenemos gas caliente, a la salida tiene que enfriarse. En un circuito de agua – al contrario: entra agua fría o anticongelante , que se lleva este calor. Sólo podemos controlar la cantidad de calor, es decir. e. alimentando el combustible que quema el quemador. No hay nada más. Evidentemente, el diseño de un intercambiador de calor o de un sistema de calefacción «sobre la marcha» no puede modificarse, incluso una bomba o un sistema de bombeo que transporta líquidos suele tener una capacidad fija.

La única forma de enfriar los gases de combustión es capturar su calor y devolverlo al agua de la caldera en el intercambiador de calor. Y cuanto más baja es la temperatura, más calor se puede recoger. Pero esta agua proviene del sistema de calefacción, así que no puede estar tan fría por definición.

Hay que tener en cuenta los sistemas de calefacción de baja y alta temperatura. Los principales representantes de los primeros son los suelos radiantes, los segundos son los radiadores convencionales. Una temperatura de retorno típica en la caldera es la «entrada» es de unos 30 °C para la primera. El segundo tiene una temperatura de 50 °C o más. Temperatura de condensación de los gases de combustión 55-60 °C. Está claro que en el primer caso, la condensación será mucho más eficaz, en teoría hasta el 109 – 110 %. Y si la temperatura del fluido en la línea de retorno es igual o al menos ligeramente superior a la temperatura de condensación, no hay que contar con milagros. En este caso, la misma caldera será más eficiente que una tradicional, pero el rendimiento será de aproximadamente un 5% en lugar del 15% teóricamente posible, y la eficiencia rondará entre el 96% y el 99%. Bastante, si no se tiene en cuenta la complejidad del sistema. Pero si es así, merece la pena calcular si esa victoria sería económicamente viable.

Por cierto, se puede llegar a otra conclusión: como el rendimiento de una caldera de condensación depende mucho de las condiciones, y sólo podemos cambiar el suministro de combustible, tiene sentido utilizar quemadores y sistemas de control más complejos en comparación con las calderas de convección.

DISPOSICIÓN DE LA CALDERA DE CONDENSACIÓN

Las calderas con dos intercambiadores de calor, el primario y el de condensación, se utilizan raramente. Esto es más típico para algunos modelos bastante grandes y potentes: la parte de convección se toma de la caldera respectiva, y «atornillar» a ella el intercambiador de calor de condensación es una cuestión de tecnología.

Si para las calderas tradicionales de pequeña potencia la mayoría de las veces se utilizan intercambiadores de calor planos se toma el quemador del horno de una cocina de gas, se pone un radiador sobre él, se «tapa» encima el sistema de evacuación de gases – es decir, en general, toda la caldera , para las calderas de condensación es típico un intercambiador de calor cilíndrico: El quemador se coloca en el extremo del cilindro. Por supuesto, el diseño también incluye una instalación de recogida de condensados.

Las cámaras de combustión abiertas no son características de estas calderas, se requiere una cámara de combustión cerrada. Quemadores: con modulación del suministro de gasóleo y de aire los detalles técnicos dependen del diseño del quemador . El material del intercambiador de calor suele ser silicio/aluminio silumin o acero inoxidable resistente a los ácidos; los husillos son de acero inoxidable.

En todos los demás aspectos, las calderas no difieren mucho de las calderas de convección, aparte de un sistema de control y supervisión más complejo. Las dimensiones y el aspecto son prácticamente iguales en la misma gama de potencia. La principal diferencia externa es el desagüe de condensados opcional: Los modelos pequeños montados en la pared suelen tener todo incluido: un vaso de expansión, una bomba de circulación, sensores y un panel de control principal situado en la caja están incluidos en el diseño.

Si la caldera es de doble circuito, como es habitual en motores comparativamente pequeños variante de diseño , el intercambiador de calor puede ser bitérmico o separado. En un intercambiador de calor bitérmico, los intercambiadores de calor de ambos circuitos se diseñan como una sola unidad, con las tuberías de calefacción y ACS dispuestas coaxialmente, una dentro de la otra la tubería interna se refiere al circuito de ACS . En la versión dividida, el intercambiador secundario para la preparación de agua caliente está separado; se calienta desde el intercambiador primario.

Las calderas con intercambiadores de calor bitérmicos son más baratas y sencillas, pero requieren que el agua que las atraviesa sea de alta calidad; de lo contrario, la sección de los tubos se incrusta rápidamente y el rendimiento disminuye. Los intercambiadores de calor independientes son menos sensibles a las sales del agua; permiten obtener cantidades relativamente mayores de agua caliente por unidad de tiempo, pero requieren la introducción de elementos adicionales en el sistema intercambiador de calor directo, válvula de tres vías y dispositivos de control y son ligeramente más caros. El material del intercambiador de calor secundario suele ser acero inoxidable.

Muchos fabricantes ofrecen calderas murales con caldera incorporada como variante aunque, en este caso, las calderas suelen ser de pie .

Con la creciente potencia de las calderas, es poco probable que se instalen accesorios adicionales con tanta frecuencia: en los sistemas de calefacción complejos, ya no es posible «adivinar» los parámetros de estos elementos. En primer lugar, el vaso de expansión integrado y el grupo de bombas «desaparecen» del conjunto de entrega de la caldera; incluso los modelos más potentes no se entregan con paneles de control: Por supuesto, todas estas características se pueden comprar por separado y sólo se pueden seleccionar los componentes más adecuados para un objeto concreto: Si es necesario, muchas calderas permiten funcionar también con otros generadores de calor: en cascada con calderas similares, junto con colectores solares, etc. e: Esto es exactamente igual que con los otros tipos de calderas.

Recientemente han aparecido en el mercado bombas de circulación de velocidad controlada con velocidad del eje ajustable y, en consecuencia, también de salida . Anteriormente, la velocidad sólo se podía cambiar durante el ajuste de servicio de la caldera, y no siempre. La bomba no es una pieza importante, pero es bastante cara en cualquier diseño. Las novedades son más caras que las estándar y requieren algoritmos más complejos que el simple «encendido-apagado» lo que significa que la unidad de control debe soportar su funcionamiento . Sus ventajas son el menor ruido y consumo de energía y la posibilidad de un ajuste más preciso de la corriente de fluido necesaria. Es de suponer que estas bombas se instalarán pronto en la mayoría de las calderas, especialmente en las de condensación.

CHIMES

Pero las chimeneas de las calderas de condensación deben ser diferentes de las utilizadas tradicionalmente. Hay que tener en cuenta que incluso cuando una caldera está funcionando al máximo de recogida de energía, cuando el rendimiento se acerca al teóricamente alcanzable, una parte del condensado seguirá sin recogerse y se irá más allá. Y por la chimenea, que seguramente es más fría. Esto significa que la condensación continuará en la chimenea: Conclusión – la chimenea debe estar hecha de materiales resistentes al ácido: Los materiales habituales para una chimenea de «condensación» son el acero inoxidable resistente al ácido o el plástico: A menudo se encuentran diseños coaxiales, en los que una chimenea se inserta en otra. Por lo general, son de plástico: la temperatura del gas no es demasiado alta y el plástico puede soportar más. La chimenea de plástico también puede gestionar los condensados, y los costes de instalación también se reducen. La longitud máxima de la chimenea coaxial es de 3 a 5 metros: normalmente va directa a la pared. Las chimeneas de plástico también pueden instalarse en calderas tradicionales: si la chimenea tiene una parte horizontal, puede determinar el tipo de caldera observándola: en el caso de las calderas de convección debe tener una pequeña pendiente hacia la caldera. La explicación es sencilla: si se forma condensación en la chimenea, hay que dejarla salir. No tiene sentido inundar una caldera normal con el condensado, mientras que no hay ningún obstáculo para una caldera de condensación: seguirá saliendo por el desagüe de condensados.

LA GAMA DE APLICACIONES DE LAS CALDERAS DE CONDENSACIÓN

Las calderas de condensación para uso privado aparecieron en el mercado no hace mucho tiempo. Se producen principalmente en Europa y se venden allí: aquí nos quedamos atrás. Y eso es algo muy bueno.

No hace mucho tiempo, cuando el combustible costaba un céntimo, no tenía sentido tener calderas de condensación para los usuarios: era difícil que salieran adelante. Las cosas han cambiado un poco desde entonces: el precio del combustible ha subido. Y en Europa, donde hace mucho más calor que aquí, se están instalando calderas de condensación a gran escala. Es una cuestión de costes de calefacción. En Europa el gas es entre 5 y 10 veces más caro para un usuario final dependiendo del país que aquí. Los costes son considerables, y ninguna diferencia salarial no tan grande, por cierto puede compensarlo. Con este precio del gas, incluso un 15% de beneficio del uso de la caldera de condensación, y hasta un 5% del «peor caso» se traducirá rápidamente en una suma tangible que cubrirá el coste inicial de la compra de la caldera más cara. Para nosotros, está claro que el periodo de espera para ahorrar es más largo; por eso, tanto las calderas de tracción como las de condensación son populares.

El efecto económico de la compra de una caldera de condensación es digno de esperar en varios casos básicos. El principio «cuanto más potente es la caldera, más sentido tiene» vuelve a ser válido. Lo mejor es instalarlo en una vivienda nueva destinada a la residencia permanente y cuanto más al norte, mayor será el efecto. Sin embargo, hay que fijarse en la temperatura media de enero en la zona; en este sentido, sólo Suecia, Finlandia y Canadá son comparables con la parte europea de España, los demás países son más cálidos. Puede sacar el máximo partido a su casa instalando un sistema de calefacción por suelo radiante de baja temperatura. La planificación de una chimenea adecuada para las calderas de condensación en edificios nuevos también es mucho más fácil. No tiene sentido económico adaptar el suelo y la chimenea a las necesidades de un edificio existente.

Existe una tendencia reciente a utilizar calderas de condensación en sistemas en cascada, en los que se instalan varias calderas más pequeñas en lugar de una caldera grande. Estas calderas son muy compactas. También es conveniente que una caldera funcione durante toda la temporada de calefacción en lugar de varias: puedes conectarla una a una a medida que las heladas se hacen más fuertes. Si una de las calderas falla, se puede apagar para repararla y trasladar la carga a las demás calderas. En el caso de las calderas individuales, no hay restricciones particulares en cuanto a la ubicación geográfica. Más complicado en el caso de una planta de calderas de gran capacidad diseñada para uso colectivo. Cuando hace mucho frío, el agua, incluso en las tuberías subterráneas, puede enfriarse mucho antes de llegar al usuario, por lo que la calefacción «colectiva» a baja temperatura no es aplicable en todas partes, y en el funcionamiento a alta temperatura las calderas de condensación no son muy eficientes. Por eso, en las regiones del norte, las salas de calderas comunes están equipadas con calderas tradicionales de alta temperatura de impulsión.

Una buena oportunidad para ahorrar costes es el funcionamiento de las calderas con sistemas adicionales de control y supervisión. Se trata del sistema de regulación dependiente de las condiciones meteorológicas, el control remoto, el ajuste y la programación, la supervisión remota, los dispositivos de acceso y control.