Calderas de gas de
condensación
Enero 2016
Eficiencia: La utilización de la condensación está plenamente justificada eninstalaciones de baja temperatura, en donde el aprovechamiento de lacondensación es total, pero también en instalaciones de alta temperatura, enlas que podemos obtener ahorros del 15-21 % frente a calderasconvencionales.
Ecológicos: La reducción del nivel de las emisiones contaminantes en más deun 90 %, justifica plenamente la caldera de condensación frente a otrasposibles soluciones.
Reglamentaciones: Enfocadas a la prevención del cambio climático, van aacabar de inclinar la balanza a favor de la utilización de la condensación.
- RITE
- ErP
Argumentos de la condensación
Rendimiento de las calderas
η= 100 - qrc - qhs
qrc qrc
qhs
Pútil Gasto calorífico
120 – 140ºC
η calderas convencionales = 88 – 92 %
η calderas condensación = 97 – 108 %
Pútil= Pnominal - Prc - Phs
P������� �Pú��
100 − qrc − qhs
Productos de la combustión
La combustión de cualquier hidrocarburo se puede expresar de forma genérica como:
Uno de los componentes principales de los
PDC de un hidrocarburo es el vapor de agua.
Este vapor de agua se debe eliminar por la
chimenea.
Poder calorífico del combustible
• PCS (Poder calorífico superior): Es la energía
calorífica total que se libera en la combustión,
incluyendo el calor latente de condensación.
• PCI (Poder calorífico inferior): Es la energía que
se desprende de la combustión sin tener en
cuenta el calor latente de condensación.
• CC: Calor latente de condensación.
Punto de rocío de los productos de la combustión
• El punto de rocío de un
combustible es la temperatura a la
que el vapor de agua contenido en
los PDC cambia de estado
gaseoso a líquido.
• Para que las calderas de
condensación recuperen la parte
más importante de la energía
contenida en el vapor de agua
(calor latente) se deben enfriar
los PDC por debajo del punto de
rocío.
Instalación de calefacción
• Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera que no es de condensación.
75ºC60/55ºC
120/140ºC
η no condensación= 92%
No
condensación
Instalación de calefacción
• Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación.
75ºC 60/55ºC
70/65ºC
Condensación
η no condensación= 92%
η condensación= 97%Ahorro = 5%
� Temperaturas de trabajo > 53ºC (NO CONDENSA)
� La mejora en el rendimiento es atribuible al diseño
mejorado del intercambiador humos/agua.
Instalación de calefacción
• Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación bajando impulsión.
75ºC 60/55ºC
70/65ºC
Condensación
η no condensación= 92%
η condensación≈ 101%Ahorro ≈ 9%
65ºC
50/45ºC
58/55ºC
� Temperatura de retorno < 53ºC (CONDENSA)
Cámara de combustión de las calderas de condensación
Cámara de combustión de las calderas de condensación
65ºC
50/45ºC
No condensa
Si condensa
� Solo condensa aproximadamente un 17% del
intercambiador.
Cámara de combustión de las calderas de condensación
53ºC
38/33ºC
� Para condensar en el 100% del intercambiador,
la temperatura de impulsión debe ser ≤ 53ºCNo condensa
Si condensa
Instalación de calefacción
• Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación bajando impulsión.
75ºC 60/55ºC
70/65ºC
Condensación
η no condensación= 92%
η condensación≈ 108%Ahorro = 16%
53ºC
38/33ºC
46/43ºC
� PROBLEMA: Todas las instalaciones no pueden
trabajar con temperaturas de impulsión tan bajas.
Instalación de calefacción
• Condiciones de trabajo de una instalación en función de los emisores:
Tipo de emisor Temperaturas máximas de trabajo Tº < 53ºC
Suelo radiante Entre 35 y 45 ºC SI
Fancoils Entre 45 y 50 ºC SI
Emisores de baja
temperaturaEntre 40 y 50 ºC SI
Radiadores Entre 70 y 75ºC NO
20 ºC
50 ºC
70 ºC60 ºC ∆t=40 ºC
20 ºC
60 ºC
80 ºC70 ºC ∆t=50 ºC
Antes de la revisión del RITE del 2013: Después de la revisión del RITE del 2013:
Implica mayor número de elementos por radiador.
Cálculo de la demanda de calor de un edificio
Para las condiciones más desfavorables debemos instalar :
� Una caldera de 50 kw.� Un sistema de emisores que emitan 50 kw.
Temperatura
de confort
interior 20ºC
Temperatura mínima
exterior 2ºC
Perdidas de
calor 50 kw
Aislamientos
Temperatura media
exterior 10ºC
Perdidas de
calor 35 kw
Instalación sobredimensionada
• El ratio de modulación es el cociente entre la potencia mínima y la máxima de
una caldera. Cuanto mayor sea este, mayor será la capacidad de la caldera de
adaptarse en todo momento a las diferentes necesidades de potencia que se
requieran tanto en calefacción como en agua caliente sanitaria (ACS). Esto permite
reducir los encendidos y apagados de la caldera.
Adaptación del generador a la demanda.
Tiempo
Po
ten
cia
R.M. alto R.M. bajo
Para una caldera de potencia
nominal 50 kw
Ratio de
modulación
Potencia
mínima
1:4 12,5 kw
1:6 8,3 kw
1:7 7,1 kw
1:9 5,6 kw
1:10 5 kw
Adaptación del generador a la demanda. • En instalaciones de mayor potencia la tendencia es trabajar con calderas en cascada
en lugar de trabajar con un único generador.
Para una caldera de potencia
nominal 610 kw
Ratio de
modulación
Potencia
mínima
1:6 100 kw
Para una cascada de potencia
nominal 645 kw (3x215 kw)
Ratio de
modulación
Potencia
mínima
1:6 36 kw
• Se ajusta mejor al espacio disponible.
• Mayor seguridad de suministro de servicio.
Adaptación de los emisores a la demanda.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
20 ºC
50 ºC
70 ºC60 ºC ∆t=40 ºC
53
9
Para las condiciones más desfavorables
Temperatura exterior (ºC)
Te
mp
era
tura
(ºC
)
Adaptación de los emisores a la demanda.
Durante una temporada
completa de calefacción
(Octubre a Abril), observamos
que en Barcelona el 71% del
tiempo tenemos temperaturas
por encima de los 9ºC.
71%
9
• Temperaturas exteriores en Barcelona de octubre a abril.
Sonda exterior
Termostato ambiente
modulante
Las calderas de condensación
pueden trabajar a máximo
rendimiento incluso en instalaciones
tradicionales con radiadores.
Para hacerlo sólo es necesario
que la temperatura de impulsión
a los emisores no sea siempre la
máxima si no que module a lo
largo del invierno y se adapte
según las necesidades reales del
edificio
• Sonda exterior:
• En función de la temperatura exterior ajusta la temperatura de impulsión. Se debe
programar la pendiente del circuito en función del tipo de instalación.
Regulación de las instalaciones.
Sonda exterior.
2
70
Regulación de las instalaciones. • Termostato modulante:
� En función del diferencial entre la temperatura de ambiente y la consigna ajusta la
temperatura de impulsión.
� Con esta regulación se tiene en cuenta los focos de calor del interior de la vivienda
(luces, personas, máquinas, …).
La regulación ideal tiene en
cuenta los dos sistemas.
- Con la sonda exterior nos avanzamos a los posibles
cambios de temperatura ambiente en función de las
condiciones exteriores.
- Con el termostato ambiente modulante
modificamos la temperatura de impulsión en función
de las variaciones de las condiciones interiores.
• Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos:
� Las centralitas de control para múltiples circuitos pueden calcular la temperatura de
cada circuito en función de la sonda exterior y sondas de ambiente.
� Las centralitas que se suelen utilizar se comunican con la caldera con una señal de
paro/marcha.
� Esto implica que la temperatura de trabajo de la caldera debe ser igual a la
temperatura máxima del circuito que necesite la impulsión más caliente.
Regulación de las instalaciones.
• Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos:
Regulación de las instalaciones.
75ºC
0ºC
75ºC 60ºC 50ºC 55ºC
Se
ña
l p
aro
/ma
rch
a
• Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos:
Regulación de las instalaciones.
75ºC
0ºC
OFF 60ºC 50ºC 55ºC
Se
ña
l p
aro
/ma
rch
a
• Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos:
Regulación de las instalaciones.
75ºC
10ºC
55ºC 45ºC 40ºC 43ºC
Se
ña
l p
aro
/ma
rch
a
ESTA CALDERA NO VA A CONDENSAR CASI NUNCAESTA CALDERA NO VA A CONDENSAR CASI NUNCAESTA CALDERA NO VA A CONDENSAR CASI NUNCAESTA CALDERA NO VA A CONDENSAR CASI NUNCA
• Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de
condensación:
� Las centralitas de control para múltiples circuitos pueden calcular la temperatura de
cada circuito en función de la sonda exterior y sondas de ambiente.
� Las centralitas optimizadas para calderas de condensación se comunican con la
caldera mediante un bus de comunicación.
� Esto implica que la temperatura de trabajo de la caldera es variable en función de
la demanda.
Regulación de las instalaciones.
75ºC
0ºC
75ºC 60ºC 50ºC
• Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de
condensación:
Regulación de las instalaciones.
60ºC
0ºC
OFF 60ºC 50ºC
• Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de
condensación:
Regulación de las instalaciones.
50ºC
0ºC
OFF OFF 50ºC
• Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de
condensación:
Regulación de las instalaciones.
55ºC
10ºC
55ºC 45ºC 40ºC
• Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de
condensación:
Regulación de las instalaciones.
ESTA CALDERA VA A ESTAR CONDENSANDO
LA MAYOR PARTE DEL TIEMPO
Componentes principales de las calderas de condensación
• Intercambiador de acero inoxidable:
� Esta solución se basa en un serpentín de inoxidable
conformado por espiras (número de espiras variable en
función de la potencia) por cuyo interior circula el agua.
� El serpentín conforma en su interior una cámara de
combustión cilíndrica en donde se aloja el quemador. El
paso de humos se produce en el pequeño paso entre
espiras de a penas 1 mm.
� El contenido de agua es muy reducido y el caudal muy
bajo, esto hace que se deba respetar un caudal mínimo
de caldera en función de la potencia.
Intercambiador del circuito primario (humos/agua)
• Intercambiador de Al-Si:
� Buena resistencia a la corrosión en base a la formación de una capa superficial
protectora de óxido de aluminio.
Intercambiador del circuito primario (humos/agua)
� Circuito de humos formada por protuberancias que provocan circulación turbulenta y
proporcionan gran superficie de intercambio.
� Calderas de pie de gran potencia constituidas por elementos.
Circulador de calefacción• Circulador convencional:
� El caudal se mantiene constante. Al modular la potencia de caldera lo que varia es la
temperatura de retorno.
Potencia = caudal x (Tºimp – Tºret)
= =
Potencia (kw)
Te
mp
era
tura
(ºC
)
Zona donde condensamosZona donde condensamosZona donde condensamosZona donde condensamos
40
45
50
55
60
65
70
75
24 23 22 21 19 18 17 16 15 14 12 11 10 9 8 7 5 4 3
Timp
Tret
• Circulador modulante:
� La electrónica de la caldera modifica el caudal para mantener constante el salto
térmico entre impulsión y retorno.
Circulador de calefacción
Potencia = caudal x (Tºimp – Tºret)
==
Potencia (kw)
Te
mp
era
tura
(ºC
)
Zona donde condensamos
40
45
50
55
60
65
70
75
24 23 22 21 19 18 17 16 15 14 12 11 10 9 8 7 5 4 3
Timp
Tret
Gracias por su atención
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