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martes, 20 de noviembre de 2018

Cómo funciona la caldera de condensación


Al prepararnos para reemplazar o comprar una nueva caldera de gas, ciertamente nos hemos reunido con el concepto de una caldera de condensación. En comparación con una caldera estándar, el consumo de gas en una caldera de condensación puede ser hasta un 20% más bajo. Esto se debe al uso del efecto de condensación, a través del cual recuperamos el calor adicional contenido en el escape.

¿Cómo funciona una caldera de condensación de gas?

El ventilador suministra aire que, cuando se mezcla con el gas, se quema en la superficie del quemador. Los humos resultantes lavan los tubos del intercambiador de calor en espiral. El calor se elimina del gas de combustión a través del agua de calentamiento dentro de los tubos del intercambiador. El agua caliente sale de la caldera y alimenta la instalación que se enfría, lo que da calor a las habitaciones de nuestra casa. Luego regresa a la caldera y el proceso se repite.
. Sección del intercambiador en una caldera de condensación.

 Caldera de condensación del intercambiador de calor

La idea de funcionamiento es similar a una caldera estándar con el hecho de que en las calderas de condensación, el intercambiador también tiene una parte de condensación. Aquí es donde el agua de retorno de la instalación va primero. Cuanto más baja sea la temperatura del agua de retorno, mayor será la condensación y, por lo tanto, la mayor eficiencia de la caldera. Por lo tanto, se dice que en este tipo de dispositivos la instalación a baja temperatura, por ejemplo, calefacción por suelo radiante, funciona mejor.

Para que la caldera condense la temperatura del agua de retorno, debe ser más baja que la llamada La temperatura del punto de rocío del escape. Esta es la temperatura a la que el vapor de agua comienza a condensarse a partir de los gases de escape. Para el gas natural del punto de rocío del vapor de agua del gas de combustión es 57 de C . Dicha condensación de vapor de agua es el resultado de la condensación, lo que hace que estas calderas tengan una eficiencia tan alta.

No hay condensación en calderas estándar. Los gases de escape no se enfrían tanto, por lo que el potencial de alta energía se escapa irrevocablemente a la atmósfera a través de la chimenea. A modo de ilustración, la temperatura de los gases de escape que salen del dispositivo en la caldera estándar es de unos 150 o C, y en la caldera de condensación a gasoil de unos 40 o C.


Cómo y cuándo tiene lugar el proceso de condensación.

El gas de combustión que sale de la caldera consiste en parte de nitrógeno, dióxido de carbono, una pequeña cantidad de oxígeno y vapor de agua . Es en el vapor donde podemos usar una cantidad adicional de calor (el llamado calor latente).

Cuanto más baja sea la temperatura del agua de retorno de la instalación en cuanto a la caldera, mayor será la posibilidad de emisión de calor por los humos. A temperaturas de agua de retorno más bajas, el gas de combustión se puede enfriar más (muy por debajo del punto de rocío, el 57 ° C mencionado anteriormente ), lo que resulta en un proceso de condensación.

 El gas de combustión en el quemador de la caldera puede tener una temperatura de hasta 1.500 ° C. Después de una disipación de calor efectiva del agua de calefacción en el intercambiador, el gas de combustión puede enfriarse incluso a 40 ° C
 ejemplo:

La temperatura del agua de retorno de la instalación de co = 50 o . El gas de combustión puede enfriarse de aproximadamente 1 500 o C a aproximadamente 60 o C. Sin efecto de condensación. Temperatura del gas de combustión 60 o C> 57 o C (punto de rocío)
La temperatura de retorno de la instalación de co = 40 o . El gas de combustión puede enfriarse desde aproximadamente 1 500 o C hasta aproximadamente 50 o C. Aparece el fenómeno de condensación. Temperatura del gas de combustión 50 o C <57 o C (punto de rocío)

Qué temperatura configurar en la caldera


Decidí escribir algo sobre qué temperatura colocar en la caldera (estufa), ya que algunas personas suelen referirse a la caldera , porque a menudo me encuentro con este tipo de pregunta. La respuesta es un poco compleja, bueno ...
Teóricamente, la temperatura que deberíamos haber fijado en la caldera es la llamada Valor de cálculo para el que se han seleccionado los radiadores en nuestra casa.

Por ejemplo, vivimos en Barcelona, que se encuentra en la segunda zona climática para la cual la temperatura externa calculada es - 5 o C. Esta suposición fue guiada por el diseñador que calcula la demanda de calor del edificio (asumiendo que la habitación debe tener una temperatura de +20 o C). 

Sobre esta base, se han seleccionado calentadores de tal potencia que aseguran suficiente calor incluso en las heladas teóricamente más altas en una zona climática dada. En nuestro caso es -18 o C.
Para que un radiador determinado proporcione la cantidad de calor necesaria, debe funcionar con sus propios parámetros. Esto significa que cada radiador tiene una temperatura designada del agua de suministro y retorno a la cual garantizará la potencia térmica dada. Por ejemplo, los parámetros de operación pueden ser de 70/50 o C.

Esto significa que la temperatura que alimenta al radiador es de 70 o C (esta es la temperatura que sale de nuestra caldera). La temperatura de retorno del radiador después de poner el calor en la habitación es de 50 o C. (esta es la temperatura que regresa a la caldera).

Como se puede ver en la descripción anterior, la temperatura que deberíamos haber establecido en la caldera es de 70 o C. Nos dará suficientes calentadores y suficiente calor, incluso en teoría la mayor cantidad de heladas que alcanzan - 18 o C (según nuestro ejemplo). En resumen, la temperatura que, en teoría, deberíamos haber fijado en la caldera es la temperatura de diseño para la cual se seleccionaron nuestros radiadores de bajo consumo.


Hay un "pero", es decir, si hace más calor afuera, no necesitaremos tanta potencia de los radiadores y la temperatura del agua que sale de la caldera igual a 70 ° C será demasiado alta. El resultado serán habitaciones sobrecalentadas en nuestro apartamento o casa. Este problema puede mejorarse con válvulas termostáticas en los radiadores (si tenemos una). Sin embargo, esta no es la solución más efectiva y económica.

  ¿Qué temperatura debe ajustarse en la caldera de gas para calentar de manera efectiva y económica?
Anteriormente hemos discutido que no es recomendable establecer y mantener una temperatura alta en nuestra fuente de calor. Especialmente en el caso de calderas de condensación de gas que funcionan con la mayor eficiencia a bajas temperaturas de suministro y retorno. 
Entonces, qué hacer.
Podemos utilizar la función que prácticamente todas las calderas de gas garantizan: la opción del clima. Se basa en el hecho de que conectamos a la caldera un sensor de temperatura externo, que colgamos con mayor frecuencia en la pared norte del edificio. Sobre esta base, la caldera tiene información sobre la temperatura exterior. 
Nuestra fuente de calor ahora puede ajustar automáticamente la temperatura adecuada que sale de la caldera a las condiciones que prevalecen en el exterior. A medida que se calienta el exterior, la temperatura de suministro para el sistema de calefacción central se reduce automáticamente. Sin embargo, si la temperatura exterior desciende, la temperatura enviada a los radiadores aumenta automáticamente. Todo se hace a través de la llamada. curva de calentamiento. Los controladores en las calderas tienen varias de estas "curvas". Le permiten elegir (por prueba y error) el que mejor se adapte a nuestro edificio. A continuación se muestra un ejemplo.

curva de calentamiento ejemplarLa temperatura de flujo correcta (eje vertical) se establece a través de la temperatura exterior (eje horizontal). Cada línea es una curva de calentamiento separada, elegimos una de ellas.

Cómo elegir la potencia de la caldera


Elegir la salida correcta de la caldera de acuerdo con la demanda de calor del edificio es un tema extremadamente importante. La potencia adecuada de la fuente de calor afecta el confort térmico en las habitaciones y los costos asociados con la calefacción. Al igual que elegir un coche. Si no ajustamos la potencia del motor a sus necesidades, entonces nos decepcionará el primer intento de adelantar . 
La potencia demasiado alta generalmente se asocia con una combustión significativa. Al igual que un automóvil, la fuente de calor doméstica debe adaptarse a las necesidades de nuestro edificio en este momento.
Entonces, ¿cómo elegir la potencia de la caldera ?

En cuanto a la explicación, uso la palabra horno porque a menudo es así como se habla la caldera . Le recomiendo que lea el artículo sobre la diferencia entre un horno y una caldera .

1. Selección profesional de la potencia térmica de la caldera.

Para determinar con precisión la potencia de la caldera, es necesario calcular la demanda de calor del edificio. Esto es hecho por el diseñador de la instalación sanitaria. Se determinan las pérdidas de calor a través de tabiques de construcción y las pérdidas de calor de ventilación. Al calcular la demanda de calor del edificio, los llamados Temperatura de cálculo externo.
 Depende de la zona climática en la que se ubique el edificio. En España, tenemos 5 zonas climáticas, para las cuales se asume una temperatura externa calculada de -16 o C a -24 o C. Además, en la nueva norma "Instalaciones de calefacción en edificios". El método de cálculo de la carga térmica de diseño "PN-EN 12831, se alcanza el parámetro ΦRH, i, que significa exceso de potencia de calefacción en todos los espacios con calefacción. Este excedente es necesario para compensar los efectos de las interrupciones del calentamiento.

Según la norma PN-EN 12831, la demanda de calor del edificio denominada "Carga térmica de diseño de una parte de un edificio o un edificio, HL ", se calcula de la siguiente manera:
Φ HL = ΣΦ T, i + ΣΦ V, i + ΣΦ RH, y [W]
donde:
ΣΦ T, i - suma de la pérdida de calor por penetración [W]
ΣΦ V, i - pérdida de calor por ventilación [W]
ΣΦ RH, i : suma del exceso de salida de calor requerido para compensar los efectos del calentamiento discontinuo [W]
Después de realizar cálculos precisos teniendo en cuenta los parámetros anteriores, podemos recibir información exacta de cuánto W (vatios) de calor necesitará un edificio, incluso cuando se produzcan las heladas más severas (según la zona climática de -16 o C a -24 o C).
 Si conocemos la demanda de calor de un edificio en kW (1 kW = 1000 W), entonces sabemos cuánta potencia debe tener una fuente de calor, es decir, una caldera.

Si la caldera también se usa para calentar agua de uso general, también debemos considerar esto al determinar la demanda de calor del edificio. La cantidad de personas que usan agua caliente es la más importante aquí.  Por eso, somos expertos en reparación y mantenimiento de calderas.


2. Estimación independiente de la potencia de calefacción de la caldera.

Si pensamos en evaluar de forma independiente la demanda de calor de nuestro edificio, podemos utilizar la siguiente fórmula:
Q = V · G · (Tw - Tz) [W]
donde:
Q - esta es la demanda de la potencia térmica del edificio [W];
V: este es el volumen de nuestro edificio (área en m 2 · altura m) [m 3 ]
G - coeficiente de transferencia de calor promedio (se puede suponer G = 0.75 - edificios bien aislados con ventanas modernas, G = 0.90 - edificios con aislamiento medio (edificios de los años 80 y 90), G = 1.2 - edificios con aislamiento deficiente)
Tw - Tz - diferencia de temperatura entre temperatura interna y externa [ o C]
Por ejemplo, podemos tomar las siguientes suposiciones:
Casa de 150 m 2 , con una altura de techo de 2,5 m (capacidad cúbica 375 m 3 )
Edificio de aislamiento medio G = 0.9
La temperatura dentro del edificio es de 20 o C, la temperatura exterior es de -20 o C, por ejemplo, para Varsovia (podemos asignar la temperatura exterior para el área en la que se encuentra el edificio de acuerdo con el siguiente mapa)
Sustituyendo a la fórmula:
Q = 375 · 0.9 · (20 - (-20)) = 13,500 W = 13,5 kW
Da un indicador de pérdida de calor:
13,500 W / 150 m 2 = 90 W / m 2
A continuación adjunto la calculadora de selección de potencia de caldera en el archivo excel. Le animo a descargar, sustituir sus propios datos y calcular la potencia individual de la fuente de calor.🙂
descargar convertidor de selección de potencia-caldera-excel