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Las calderas de condensación son calentadores de agua alimentados por gas o aceite. Alcanzan una alta eficiencia (normalmente superior al 90% del valor calorífico superior ) al condensar el vapor de agua en los gases de escape y recuperar así su calor latente de vaporización , que de otro modo se habría desperdiciado. Este vapor condensado sale del sistema en forma líquida, a través de un drenaje. En muchos países, el uso de calderas de condensación es obligatorio o se fomenta con incentivos económicos.

Principios de trabajo [ editar ]

En una caldera convencional, se quema combustible y los gases calientes producidos pasan a través de un intercambiador de calor donde gran parte de su calor se transfiere al agua, elevando así la temperatura del agua.

Uno de los gases calientes producidos en el proceso de combustión es el vapor de agua (vapor), que surge de la quema del contenido de hidrógeno del combustible. Una caldera de condensación extrae calor adicional de los gases residuales al condensar este vapor de agua en agua líquida, recuperando así su calor latente de vaporización. Un aumento típico de la eficiencia puede ser de hasta un 10-12%. [ cita requerida ] Si bien la efectividad del proceso de condensación varía según la temperatura del agua que regresa a la caldera, siempre es al menos tan eficiente como una caldera sin condensación.

El condensado producido es ligeramente ácido (3-5 pH), por lo que se deben utilizar materiales adecuados en áreas donde haya líquido. Las aleaciones de aluminio y el acero inoxidable se utilizan con mayor frecuencia a altas temperaturas. En áreas de baja temperatura, los plásticos son más rentables (por ejemplo, uPVC y polipropileno ). [1] La producción de condensado también requiere la instalación de un sistema de drenaje de condensado con intercambiador de calor. En una instalación típica, esta es la única diferencia entre una caldera de condensación y una sin condensación.

Para fabricar económicamente un intercambiador de calor de una caldera de condensación (y para que el aparato sea manejable en la instalación), se prefiere el tamaño práctico más pequeño para su potencia. Este enfoque ha dado como resultado intercambiadores de calor con alta resistencia del lado de combustión, que a menudo requieren el uso de un ventilador de combustión para mover los productos a través de pasillos estrechos. Esto también ha tenido la ventaja de proporcionar la energía para el sistema de humos, ya que los gases de combustión expulsados ​​suelen estar por debajo de los 100 ° C (212 ° F) y, como tales, tienen una densidad cercana al aire, con poca flotabilidad. El ventilador de combustión ayuda a bombear los gases de escape al exterior.

Uso [ editar ]

Las calderas de condensación ahora están reemplazando en gran medida los diseños convencionales anteriores en la alimentación de los sistemas de calefacción central domésticos en Europa y, en menor grado, en América del Norte . La Holanda fue el primer país en adoptar ellos en términos generales. [2] [3] En Europa, su instalación es fuertemente defendida por grupos de presión y organismos gubernamentales preocupados por reducir el uso de energía. En el Reino Unido , por ejemplo, todas las nuevas calderas de calefacción central de gas instaladas en Inglaterra y Gales desde 2005 deben ser calderas de condensación de alta eficiencia a menos que existan circunstancias excepcionales [ cita requerida ]; las mismas normas se aplican a las calderas de gasoil a partir de abril de 2007 ( los sistemas de calefacción central de aire caliente están exentos de estas normas). En los Estados Unidos , existe un crédito fiscal federal para la instalación de calderas de condensación y descuentos adicionales de las compañías eléctricas en algunos estados. En el oeste de Canadá , los proveedores de energía ahora ofrecen reembolsos de energía cuando estos sistemas se instalan en viviendas de unidades múltiples. La disminución de los precios del gas natural en América del Norte ha dado lugar a [ cita requerida ] una mayor modernización de las instalaciones de calderas existentes con equipo de condensación.

Eficiencia [ editar ]

Los fabricantes de calderas de condensación afirman que se puede lograr hasta un 98% de eficiencia térmica , [4] en comparación con el 70% -80% con los diseños convencionales (basados ​​en el mayor poder calorífico de los combustibles). Los modelos típicos ofrecen eficiencias de alrededor del 90%, lo que lleva a la mayoría de las marcas de calderas de gas de condensación a las categorías más altas disponibles para la eficiencia energética. En el Reino Unido, se trata de una calificación de eficiencia SEDBUK (Eficiencia estacional de las calderas domésticas en el Reino Unido) [5] de Banda A, mientras que en América del Norte suelen recibir un logotipo ecológico y / o una certificación Energy Star .

El rendimiento de la caldera se basa en la eficiencia de la transferencia de calor y depende en gran medida del tamaño / salida de la caldera y del tamaño / salida del emisor. El diseño y la instalación del sistema son fundamentales. Hacer coincidir la radiación con la salida de Btu / Hr de la caldera y considerar las temperaturas de diseño del emisor / radiador determina la eficiencia general del sistema de calefacción de agua doméstica y del espacio.

Una razón para una caída en la eficiencia es porque el diseño y / o implementación del sistema de calefacción da temperaturas del agua de retorno (fluido de transferencia de calor) en la caldera de más de 55 ° C (131 ° F), lo que evita una condensación significativa en el intercambiador de calor. [6] Se puede esperar que una mejor educación tanto de los instaladores como de los propietarios aumente la eficiencia hacia los valores de laboratorio informados. Natural Resources Canada [7]también sugiere formas de hacer un mejor uso de estas calderas, como combinar sistemas de calefacción de agua y espacio. Algunas calderas (por ejemplo, Potterton) se pueden cambiar entre dos temperaturas de flujo, como 63 ° C (145 ° F) y 84 ° C (183 ° F), solo la primera está "totalmente condensada". Sin embargo, las calderas normalmente se instalan con una temperatura de flujo más alta de forma predeterminada porque un cilindro de agua caliente sanitaria generalmente se calienta a 60 ° C (140 ° F), y esto lleva demasiado tiempo para lograrlo con una temperatura de flujo solo tres grados más alta. Sin embargo, incluso la condensación parcial es más eficiente que una caldera tradicional.

La mayoría de las calderas sin condensación podrían verse obligadas a condensarse mediante simples cambios de control. Hacerlo reduciría considerablemente el consumo de combustible, pero destruiría rápidamente cualquier componente de acero dulce o hierro fundido de una caldera convencional de alta temperatura debido a la naturaleza corrosiva del condensado. Por esta razón, la mayoría de los intercambiadores de calor de caldera de condensación están hechos de acero inoxidable o aleación de aluminio / silicio. Los economizadores externos de acero inoxidable se pueden adaptar a las calderas sin condensación para permitirles lograr eficiencias de condensación. Las válvulas de control de temperatura se utilizan para mezclar agua de suministro caliente en el retorno para evitar choque térmico o condensación dentro de la caldera.

Cuanto menor sea la temperatura de retorno a la caldera, más probable será que esté en modo de condensación. Si la temperatura de retorno se mantiene por debajo de aproximadamente 55 ° C (131 ° F), la caldera aún debe estar en modo de condensación, lo que hace que las aplicaciones de baja temperatura, como pisos radiantes e incluso viejos radiadores de hierro fundido, sean una buena combinación para la tecnología.

La mayoría de los fabricantes de calderas de condensación domésticas nuevas producen un sistema de control básico "apto para todos" que hace que la caldera funcione en modo de condensación solo en el calentamiento inicial, después del cual la eficiencia disminuye. Este enfoque aún debe superar el de los modelos más antiguos (consulte los tres documentos siguientes publicados por Building Research Establishment: Documentos de información 10-88 y 19-94; Folleto de información general 74; Recopilación 339. Consulte también el Manual de aplicación AM3 1989: Calderas de condensación por Instituto Colegiado de Ingenieros de Servicios de Edificación).

Control [ editar ]

El control de la caldera de condensación doméstica es fundamental para garantizar que funcione de la manera más económica y eficiente en el consumo de combustible.

Casi todos tienen quemadores modulantes. Los quemadores generalmente están controlados por un sistema integrado con lógica incorporada para controlar la salida del quemador para que coincida con la carga y brinde el mejor rendimiento.

Fiabilidad [ editar ]

Se afirma que las calderas de condensación tienen la reputación de ser menos confiables y también pueden sufrir si las manipulan instaladores y plomeros que no comprendan su funcionamiento. [8] Las afirmaciones de falta de fiabilidad han sido contradichas por la investigación llevada a cabo por el Building Research Establishment con sede en el Reino Unido (ver Building Research Establishment ).

En particular, el problema del "plumón" surgió con las primeras instalaciones de calderas de condensación, en las que una columna blanca de vapor condensado (como gotitas minúsculas) se hace visible en la salida de humos. Aunque no era importante para el funcionamiento de la caldera, la plomada visible era un problema estético que causaba mucha oposición a las calderas de condensación.

Un problema más importante es la ligera acidez (pH 3-4) del líquido condensado. Cuando está en contacto directo con el intercambiador de calor de la caldera, particularmente para láminas de aluminio delgadas, puede dar lugar a una corrosión más rápida que para las calderas tradicionales sin condensación. Las calderas más antiguas también pueden haber usado intercambiadores de calor de fundición gruesa, en lugar de láminas, que tenían constantes de tiempo más lentas para su respuesta, pero también eran resistentes, por su gran masa, a cualquier corrosión. La acidez del condensado significa que solo se pueden usar algunos materiales: el acero inoxidable y el aluminio son adecuados, el acero dulce, el cobre o el hierro fundido no lo son. [9] Un diseño o unos estándares de construcción deficientes pueden haber hecho que los intercambiadores de calor de algunas de las primeras calderas de condensación duraran menos.

Se recomienda encarecidamente realizar pruebas iniciales y monitorización anual del fluido caloportador en calderas de condensación con intercambiadores de calor de aluminio o acero inoxidable. El mantenimiento de un líquido ligeramente alcalino (pH 8 a 9) con agentes anticorrosión y amortiguadores reduce la corrosión del intercambiador de calor de aluminio. Algunos profesionales creen que el condensado producido en el lado de combustión del intercambiador de calor puede corroer un intercambiador de calor de aluminio y acortar la vida útil de la caldera. Aún no se dispone de evidencia estadística, ya que las calderas de condensación con intercambiadores de calor de aluminio no se han utilizado el tiempo suficiente.

Establecimiento de investigación de edificios [ editar ]

El Building Research Establishment , que es el principal organismo de investigación del Reino Unido para la industria de la construcción, produjo un folleto sobre calderas de condensación domésticas. Según el Building Research Establishment:

  • las modernas calderas de condensación son tan fiables como las calderas estándar
  • Las calderas de condensación no son más difíciles de mantener, ni requieren un servicio más frecuente.
  • el mantenimiento no es caro; la única tarea adicional (menor) es verificar el correcto funcionamiento del drenaje de condensado
  • Las calderas de condensación no son difíciles de instalar.
  • en todas las condiciones de funcionamiento, las calderas de condensación son siempre más eficientes que las calderas estándar [10]

Escape [ editar ]

El condensado expulsado de una caldera de condensación es ácido , con un pH entre 3 y 4. Las calderas de condensación requieren una tubería de drenaje para el condensado producido durante el funcionamiento. Consiste en un tramo corto de tubería de polímero con una trampa de vapor para evitar que los gases de escape sean expulsados ​​al edificio. La naturaleza ácida del condensado puede ser corrosivo para las tuberías de hierro fundido, las tuberías de desagüe y los pisos de concreto, pero no presenta ningún riesgo para la salud de los ocupantes. Se puede instalar un neutralizador, que generalmente consiste en un recipiente de plástico lleno de agregado de mármol o piedra caliza o "astillas" (alcalinas) para elevar el pH a niveles aceptables. Si no se dispone de un drenaje por gravedad, también se debe instalar una pequeña bomba de condensado para llevarlo a un drenaje adecuado.

Los intercambiadores de calor primario y secundario están construidos con materiales que resistirán esta acidez, típicamente aluminio o acero inoxidable. Dado que el escape final de una caldera de condensación tiene una temperatura más baja que el escape de una caldera atmosférica 38 ° C (100 ° F) frente a 204 ° C (400 ° F), siempre se requiere un ventilador mecánico para expulsarlo, con el adicional beneficio de permitir el uso de tuberías de escape de baja temperatura (típicamente PVCen aplicaciones domésticas) sin aislamiento ni requisitos de chimeneas convencionales. De hecho, el uso de chimeneas de mampostería convencionales o conductos de humos de metal está específicamente prohibido debido a la naturaleza corrosiva de los productos de los conductos de humos, con la notable excepción del acero inoxidable y el aluminio con clasificación especial en ciertos modelos. El material de ventilación preferido / común para la mayoría de las calderas de condensación disponibles en América del Norte es el PVC, seguido del ABS y el CPVC. La ventilación de polímero permite el beneficio adicional de la flexibilidad de la ubicación de la instalación, incluida la ventilación de las paredes laterales, lo que ahorra penetraciones innecesarias en el techo.

Costo [ editar ]

Las calderas de condensación son hasta un 50% más caras de comprar e instalar que los tipos convencionales en el Reino Unido y los EE. UU. Sin embargo, a partir de 2006 , a precios del Reino Unido, el costo adicional de instalar una caldera de condensación en lugar de una caldera convencional debería recuperarse en aproximadamente 2 a 5 años mediante un menor uso de combustible (para verificación, consulte los siguientes tres documentos publicados por Building Research Establishment: Información Documentos 10-88 y 19-94; Folleto de información general 74; Recopilación 339; ver también Estudios de caso en el Manual de aplicación AM3 1989: Calderas de condensación por Chartered Institute of Building Services Engineers), y 2 a 5 años [ cita requerida ]a precios estadounidenses. Las cifras exactas dependerán de la eficiencia de la instalación de la caldera original, los patrones de utilización de la caldera, los costos asociados con la instalación de la nueva caldera y la frecuencia con la que se utiliza el sistema. El costo de estas calderas está disminuyendo a medida que entra en vigencia la absorción masiva impuesta por el gobierno y los fabricantes retiran los modelos más antiguos y menos eficientes, pero el costo de producción es más alto que los tipos más antiguos, ya que las calderas de condensación son más complejas.

La mayor complejidad de las calderas de condensación es la siguiente:

  • mayor tamaño del intercambiador de calor, o la adición de un segundo intercambiador de calor (es importante que los intercambiadores de calor estén diseñados para ser resistentes al ataque ácido de los gases de combustión "húmedos")
  • La necesidad de un conducto de humos asistido por ventilador (ya que los gases de combustión más fríos tienen menos flotabilidad). Muchas calderas sin condensación también tienen esta característica, sin embargo
  • Como los gases de combustión más fríos producen condensado, es necesario drenarlo, por lo que las calderas se conectan a un desagüe o desagüe.

Con respecto a las calderas modernas, no existen otras diferencias entre las calderas de condensación y sin condensación.

La confiabilidad, así como el costo inicial y la eficiencia, afectan el costo total de propiedad. Una importante empresa independiente de fontaneros del Reino Unido declaró en 2005 que había realizado miles de llamadas para reparar calderas de condensación y que las emisiones de gases de efecto invernadero de sus furgonetas eran probablemente mayores que los ahorros logrados por el cambio a calderas ecológicas. [8] Sin embargo, el mismo artículo señala que el Consejo de Información de Calefacción y Agua Caliente, junto con algunos instaladores, han descubierto que las calderas de condensación modernas son tan confiables como las calderas estándar.

Galería [ editar ]

  • Caldera de condensación

  • Vapor de escape de la caldera de condensación

  • Caldera de condensación

  • Escape de acero inoxidable con condensado

Ver también [ editar ]

  • Eficiencia energética en la vivienda británica
  • OpenTherm

Referencias [ editar ]

  1. ^ Día, Anthony; et al. (2003). "Conductos para calderas de condensación". Sistemas de calefacción: planta y control . Oxford, Inglaterra: Blackwell. pag. 161 . ISBN 0-632-05937-0.
  2. ^ "Aplicación de calderas de condensación en los Países Bajos" . Archivado desde el original el 15 de abril de 2014 . Consultado el 30 de septiembre de 2012 .
  3. ^ Nefit BV
  4. ^ Calderas de gas Viessmann
  5. ^ Sedbuk
  6. ^ "Acelerador de Micro-CHP Carbon Trust" . Archivado desde el original el 28 de marzo de 2014 . Consultado el 18 de julio de 2012 .
  7. ^ Oficina de eficiencia energética, Recursos naturales de Canadá. Archivado el 23 de febrero de 2006 en Wayback Machine.
  8. ^ a b Periódico Guardian: La nueva caldera que está provocando un alboroto. 2 de abril de 2005
  9. ^ Jason R. Funk. "Conceptos básicos de la caldera" (PDF) . Maquinaria Hughes. págs. 50–51. Archivado desde el original (PDF) el 21 de abril de 2016 . Consultado el 7 de abril de 2016 .
  10. ^ "GIL74 - Calderas de condensación domésticas: los beneficios y los mitos" . Establecimiento de investigación de edificios.

Enlaces externos [ editar ]

  • Patente de la Oficina Europea de Patentes para la eliminación de condensado sin drenaje.
  • Página de calderas de condensación en el sitio web de la Fundación Nacional de Energía del Reino Unido
  • Comparaciones de diferentes sistemas de calderas disponibles en América del Norte en el sitio web de Natural Resources Canada
  • Diagrama de despiece de la caldera de condensación (Malvern Boilers 30) (archivo pdf - 71KB)
  • Sobre el diseño de calderas de gas de condensación residenciales.