Calderas de condensación Ventajas competitivas gracias a las calderas de condensación

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1 Calderas de condensación Ventajas competitivas gracias a las calderas de condensación Mediante la tecnología disponible y probada de las calderas de condensación, las centrales de calefacción local pueden reducir sus costes operativos y contribuir además de modo activo a la preservación del medio ambiente. Con una caldera de condensación adecuada se amortizarán los gastos en menos de dos años. Las calderas de condensación permiten alcanzar un rendimiento superior al 100 % El poder calorífico es la cantidad de calor liberada durante la combustión total del combustible. Este valor incluye también la parte de calor contenida en el gas de combustión en forma de vapor, como calor de vaporización. En los sistemas de calderas convencionales esta parte del calor no se aprovecha sino que se elimina con los gases de combustión a través de la chimenea. Por eso se suele hablar de la potencia calorífica de un combustible, lo que indica únicamente la cantidad de calor perceptible contenida en el gas, pero no la cantidad contenida en el vapor de agua. De la misma forma, las indicaciones sobre el rendimiento se refieren siempre a la potencia calorífica. En la tabla 1 se detallan los Indicadores de los diferentes combustibles. Las calderas de condensación favorecen la economía y la ecología En las calderas de condensación es necesario extraer tanto del gas de calefacción el calor perceptible como también en parte del vapor de agua el calor de vaporización que contiene para reconducirlos al sistema de calefacción. El gas de combustión se enfría por debajo de su punto de rocío mediante un sistema de intercambio de calor con el agua de retorno fría para conseguir así su condensación. La tabla 2 muestra la influencia que el punto de rocío del gas de combustión y la temperatura del agua de retorno ejercen sobre el vapor de agua que se condensa y sobre el rendimiento de la caldera. Las calderas de condensación permiten aumentar considerablemente los beneficios tanto en la economía nacional como en las plantas productoras. En comparación con las calderas convencionales las calderas de condensación permiten reducir el volumen de combustible y las emisiones de contaminantes en más del 10 %.

2 El gas natural mejora el rendimiento de las calderas de condensación Si comparamos los indicadores relevantes de los combustibles, el gas natural ofrece el mayor potencial de aprovechamiento, ya que tiene el mayor contenido de agua y el punto de rocío más alto de los gases de combustión. En comparación con el gasóleo LFO dispone de más calor de condensación y además en un nivel de condensación más elevado. Estos gases de combustión están prácticamente exentos de hollín y azufre. Además, resultan mínimos los gastos de limpieza de las superficies de calefacción sucias, necesarios para mantener el rendimiento y los de eliminación del condensado. El hecho de utilizar como combustible gasóleo LFO supone dedicar a este tema una mayor atención, si bien incluso en este caso se han impuesto las calderas de utilización de calderas de condensación, sobre todo si se utilizan gasóleos con reducido contenido de azufre. Se puede decir, por lo tanto, que en la actualidad se trata de una tecnología consolidada. Ámbitos de aplicación Hasta ahora las calderas de condensación se han utilizado cuando se de calderas pequeñas o de calderas murales para calefacción central y agua sanitaria caliente para viviendas y de pisos. Las centrales de calefacción local y las plantas de para edificios extensos o para toda una manzana con una potencia de varios MW no utilizan todavía estas calderas con la frecuencia que pudiera esperarse. Sistemas de calefacción adecuados Los criterios decisivos para el rendimiento son el sistema de calefacción y las temperaturas de servicio reales. Básicamente han de ser sistemas donde el agua de la calefacción circule directamente por la caldera y los primarios radiadores. Además, debería utilizarse un mando de caldera que opere en función de las condiciones atmosféricas y que proporcione la regulación gradual del agua de la caldera. Los sistemas de suelo radiante de nueva proyección y los radiadores de baja temperatura y gran superficie se adaptan singularmente a la utilización de calderas de condensación y al funcionamiento con condensación durante todo el año. Muchas instalaciones que funcionan hace años están equipadas con radiadores sobredimensionados que durante la mayor parte del período de calefacción tienen un rendimiento adecuado incluso con temperaturas de servicio más bajas; son, por lo tanto, aptas para el empleo de calderas de condensación. También en los sistemas de calefacción con zonas térmicas diferenciadas que trabajan con bajas temperaturas cabe utilizar calderas de condensación. En muchos edificios se ha realizado a posteriori el aislamiento térmico, por lo que el sistema de calefacción de estos edificios admite temperaturas más bajas. Además, durante la mayor parte del año se pueden aprovechar las temperaturas de retorno para mejorar el rendimiento. Normalmente no se recomienda la utilización de calderas de condensación en sistemas de calefacción a distancia con circuitos de calefacción primarios para el calentamiento de centrales domésticas conectadas a circuitos secundarios para el calentamiento de edificios. Los circuitos de calefacción primarios conectados a las calderas de calefacción funcionan con unas temperaturas de retorno que no permiten la condensación de los gases de combustión. 4 Fig 3: sección de la caldera de calefacción UNIMAT, con economizador integrado

3 Calderas de calefacción con tecnología para aumentar el rendimiento Las calderas de condensación y los calentadores de gas para rendimiento reducido se fabrican casi siempre totalmente en acero inoxidable. Las calderas de calefacción de mayor rendimiento pensadas para calentar grandes edificios y manzanas enteras no se fabrican en acero inoxidable; esto se debe a motivos técnicos y a los elevados costes que ello implica. Las calderas de condensación se equipan con un economizador especial hecho de acero inoxidable e integrado en la caldera bien instalada como módulo externo (fig. 3 y 4). Fig 4: economizador para colocación externa o adaptación posterior El economizador externo está especialmente adecuado para adaptaciones posteriores. La caldera de calefacción representada en la fig. 3 está concebida como caldera pirotubular con hogar y tres pasos, con cámara trasera de inversión del gas de combustión refrigerada. Su diseño funcional, redondo, permite acoplar, en el 2º y 3 pasos de los tubos de humo, la extensa superficie de calefacción por convección a la gran superficie de calefacción radiante del hogar. Esto proporciona una eficacia superior al 95 %, incluso sin que existan una superficie giratoria en los tubos de humo ni superficies de calefacción acopladas. Aumento óptimo del rendimiento de las calderas El máximo aumento del rendimiento de las calderas se obtiene con temperaturas de retorno lo más bajas posible. El retorno con temperaturas bajísimas circula primero por el economizador de condensación; justo antes de pasar a la caldera se mezcla en el módulo de mantenimiento de la temperatura de retorno con el agua de avance (fig. 5) para conseguir la requerida temperatura de entrada mínima de 50 º. Gracias a un inyector especial en el vértice de la caldera se obtiene una circulación eficaz y el aumento de la temperatura por encima del punto de rocío del gas combustión. Las superficies de calefacción de la caldera permanecen secas en cada funcionamiento a carga parcial, y la gama de regulación de los correspondientes quemadores, así como los quemadores modulantes, pueden aprovecharse en su totalidad. Incluso con este modo de funcionamiento - a baja potencia y con carga reducida - se obtienen largos tiempos de servicio de los quemadores con bajas temperaturas de los gases de combustión y un rendimiento de las calderas. Si se trabajase con temperaturas del agua de caldera inferiores al punto de rocío de los gases de combustión se requeriría mantener en seco el lado del gas y determinar la carga mínima requerida del quemador para evitar corrosiones en el punto de rocío. En tal modo de funcionamiento se producen, incluso con quemadores modulantes con carga mínima decreciente, tiempos de servicio más cortos y paradas más largas de los quemadores, lo que reduce considerablemente el rendimiento de las calderas. Funcionamiento combinado con gasóleo LFO Existen muchas razones para equipar una caldera de calefacción con un sistema combinado de combustibles porque permite utilizar indistintamente gas natural o gasóleo LFO. Por ejemplo, cuando se ha suscrito un contrato de desconexión del gas en períodos de fuertes heladas el sistema puede funcionar temporalmente con el combustible sustitutivo, el gasóleo LFO. Para ello se utiliza un economizador de condensación con bypass para los gases de combustión y provisto de un dispositivo de chapaletas motorizado. Con el conmutador-selector se pasa automáticamente del funcionamiento con bypass, en el gasóleo, al de condensado, en el gas natural

4 Conductos resistentes a la corrosión y herméticos para los gases de combustión Todos los conductos que entren en contacto con los gases de combustión condensados han de ser resistentes a la corrosión y herméticos para los gases de combustión. Las partes de la carcasa del condensador de los gases de combustión expuestas a la corrosión, así como los conductos de los gases de combustión y las chimeneas, se fabrican normalmente de acero inoxidable. Gracias a las calderas de condensación se consigue reducir las temperaturas de los gases de combustión a niveles muy bajos que casi no superan los 50 ºC. El tiro natural de la chimenea no basta para evacuar de manera económica los gases de combustión mediante vacío en los conductos, tal y como normalmente se procede. El equipo de gases de combustión, incluida la chimenea, debería diseñarse, por tanto, hermético para los gases de combustión y apto para el funcionamiento a sobrepresión en el lado de gases, para posibilitar secciones transversales más reducidas. El quemador y/o ventilador del aire de combustión de la caldera han de diseñarse de tal forma que superen todas las resistencias en el lado de gases. Esto requiere una planificación, verificación y sintonización integrales. Evacuación y neutralización del condensado El condensador y las tuberías de gases de combustión, así como la chimenea, deben equiparse con los correspondientes dispositivos de drenaje para evacuar el condensado. Las cantidades de condensado teóricas se pueden ver en la tabla 1. Las cantidades de condensado reales dependen del grado de condensación y suelen oscilar entre el 40 y el 60 %, de las cantidades teóricas, tal como figuran en la tabla 1. Medido con el valor ph, como grado de acidez para líquidos, el condensado de los gases resultante de la combustión del gas natural, tiene un valor ph entre 3,5 y 4,5. Las temperaturas de condensado son inferiores a 50 C. Las autoridades locales encargadas de las aguas residuales son el órgano competente en materia de vertidos a la red pública de aguas residuales. La Asociación Técnica de Aguas Residuales (ATV) ha publicado una hoja técnica en la cual recomienda para calderas de condensación alimentadas con gas natural y con una producción de energía térmica superior a los 200 kw, un equipo de neutralización y la observación del valor ph de > 6. Para cumplir con esta exigencia, las calderas de condensación con un rendimiento de unos 2000 kw pueden equiparse con cajas de granulado o, si se trata de mayores potencias, con sistemas de neutralización líquida que aumentan el valor ph en la misma proporción. Consideraciones sobre la rentabilidad Para determinar el tiempo de amortización y la cantidad de combustible ahorrado cada caso requiere un cálculo individual, realizado con los métodos conocidos. Resulta poco razonable establecer resultados genéricos. Cuando se compara la inversión necesaria para una caldera convencional con la de una caldera de condensación, deberán tenerse en cuenta los aspectos siguientes: Los costes del economizador integrado y, en el caso de un quemador combinado, los del bypass y de la conexión hidráulica. Los costes de la evacuación del condensado y la neutralización en calderas con una producción superior a los 200 kw. En su caso, los costes de las tuberías de acero inoxidable, dado que la chimenea suele ser casi siempre de este material. Los quemadores no suelen provocar costes adicionales, ya que el incremento de las resistencias en el lado de gases queda compensado por el menor caudal de gases de combustión, como consecuencia del ahorro de combustible. Si se tienen en cuenta estos aspectos, la inversión adicional necesaria para una caldera de condensación de 2,5 MW respecto a una caldera convencional, ambas sin chimenea, asciende a Con una carga media del 60 %, estos costes adicionales se recuperan al cabo de 6600 horas de servicio, aproximadamente. Como base de cálculo se ha tomado un rendimiento de la caldera de condensación sólo un 7,5 % superior y un precio medio del gas natural de 26 cents/m 3.

5 Las centrales de calefacción local con conexión directa con todos los consumidores ofrecen grandes posibilidades, todavía no suficientemente explotadas, a las calderas de condensación. Un mayor número de análisis de rentabilidad y viabilidad de la condensación de los gases de combustión realizado en las centrales de calefacción local demostraría que el calor requerido durante la mayor parte del período de calefacción se puede producir con un nivel de temperatura más bajo, lo que en muchos casos permitiría aumentar el rendimiento de las calderas. Las empresas suministradoras de calor podrían mejorar su competitividad y contribuir además activamente preservar el medio ambiente. Fig. 5: conmutación hidráulica para optimizar el poder calorífico Para más información no duden en contactar con nuestro Dpto. Técnico Comercial.

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