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