Post on 06-Oct-2015
description
Mdulo 2: Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
2
INDICE
INDICE ........................................................................................................................................................................... 2
1. CALDERAS MURALES A GAS DE BAJAS EMISIONES Y DE CONDENSACIN ................................................ 3
1.1 Reglamento de Instalaciones Trmicas ................................................................................................................. 3 1.2 Principios de la Combustin. ................................................................................................................................. 7 1.3 Tecnologa de la condensacin y aplicaciones.................................................................................................... 11 1.4 Tipologas y funcionamiento ................................................................................................................................ 17 1.5 Planificacin de la instalacin .............................................................................................................................. 23 1.6 Sistemas solares ................................................................................................................................................. 30 1.7 Mitos acerca de las calderas de condensacin ................................................................................................... 35
Junkers
3
1. CALDERAS MURALES A GAS DE BAJAS EMISIONES Y DE CONDENSACIN
La carrera hacia la eficiencia energtica se ha iniciado y el fomento del uso racional de la
energa es el objetivo a corto plazo.
Actualmente el sector de la vivienda es uno de los que ms consume, tras el transporte y la
industria, es por ello por lo que la construccin de edificios ha de realizarse teniendo en cuenta
criterios de eficiencia energtica y apostando por sistemas eficientes en climatizacin.
Para apostar por estos sistemas Espaa cuenta con tres marcos normativos:
Reglamento de Instalaciones Trmicas (RITE). Es el reglamento de ms peso en la definicin de una instalacin en todos sus trminos, su entrada en vigor se produjo
el 1 de marzo de 2008.
Certificacin energtica de edificios. Otorga una etiqueta al edificio en funcin del consumo de energa que utilice para satisfacer su demanda, su entrada en vigor se
produjo en abril de 2007.
Cdigo Tcnico de la Edificacin. Define tipologas de instalaciones ms especficas, como por ejemplo, las renovables tanto trmica y fotovoltaica y entr en
vigor en marzo del 2006.
El panorama actual normativo marca una lnea clara hacia el ahorro y la mejora de rendimiento
de las instalaciones.
1.1 Reglamento de Instalaciones Trmicas
1.1.1. Disposiciones generales
El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios tiene como objeto establecer las
exigencias de eficiencia y seguridad en las instalaciones, definiendo los procedimientos de
diseo, ejecucin y mantenimiento.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
4
Su mbito de aplicacin abarca todas las instalaciones trmicas fijas y no industriales
destinadas al bienestar trmico e higiene de las personas tanto en edificios de nueva
construccin como en reformas, entendiendo que en estas ltimas se produce una modificacin
del proyecto.
En todos los casos se indicar que la instalacin se ajusta a las exigencias marcadas en el
RITE.
La ejecucin ser realizada por empresas autorizadas y para su funcionamiento ser necesaria
la emisin de un certificado de instalacin. La supervisin y la emisin del certificado la
realizar o bien el instalador o un tcnico titulado que actuar como director de la instalacin.
La documentacin tcnica que justifica el mbito de aplicacin del RITE adoptar las siguientes
modalidades en funcin de la importancia de la instalacin:
Si la potencia trmica nominal a instalar es mayor que 70 kilowatios es necesario la entrega de proyecto, si es inferior y hasta una potencia de 5kW el proyecto ser
sustituido por una memoria tcnica.
Para instalaciones de menos de 5 kilowatios y aparatos de produccin de agua caliente como calentadores, termosifones, termos elctricos y acumuladores con
potencia inferior a 70 kilowatios no necesitan memoria tcnica.
En instalaciones solares trmicas la documentacin ser la correspondiente al equipo auxiliar
de apoyo, el caso de no existir la potencia se estima multiplicando la superficie de apertura del
campo de captadores por el factor 0,7 kilowatios por metro cuadrado.
En cuanto a las condiciones de los equipos y materiales que incorporarn las instalaciones,
estos debern contar con marcado CE y declaracin de conformidad.
Junkers
5
1.1.2. Exigencias tcnicas
Uno de los puntos ms importantes a tener en cuenta en el diseo de las instalaciones es la
calidad trmica en el ambiente, esta se consigue si dos de los parmetros que definen el
bienestar trmico estn comprendidos entre los siguientes lmites:
Verano, humedad relativa entre el 45 y 60%, con una temperatura de entre 23 y 25C.
Invierno, humedad relativa entre el 50 y 60%, con una temperatura de entre 21 y 23C.
(parmetros establecidos en base a una actividad metablica de las personas y un grado de
vestimenta determinado).
Las condiciones ambiente de los locales donde existan piscinas climatizadas se mantendr 1 o
2C por encima de la temperatura del agua del vaso de la piscina, con una mxima de 30C y
una humedad relativa por debajo del 65%.
En cuanto a la calidad de aire interior sern vlidos los requisitos establecidos en la seccin
HS3 del cdigo tcnico de la edificacin.
Para el control de las instalaciones de climatizacin y en concreto de las centralizadas para la
preparacin de agua caliente sanitaria, se tendrn en cuenta los siguientes conceptos:
Necesario controlar tanto la temperatura de acumulacin como la de la red en el punto ms lejano del acumulador. Y prever todo lo necesario para el tratamiento de
choque trmico.
En instalaciones de energa solar se realizar un control diferencial en el primario o bien se emplearn sistemas de accionamiento por radiacin solar.
En general para todas las instalaciones destinadas a la produccin de agua caliente en
trminos de energas renovables seguirn lo establecido en la seccin HE4 del cdigo tcnico
de la edificacin.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
6
Hasta aqu lo referente a trminos generales de la instalacin, los siguientes conceptos a los
que haremos referencia trata sobre las exigencias en cuanto a los aparatos de calefaccin y
agua caliente sanitaria.
Requisitos mnimos de rendimiento energtico de los generadores de calor.
En el proyecto o memoria tcnica deber aparecer el rendimiento de la caldera a plena carga y al 30% de la carga parcial.
Queda prohibida la instalacin de calderas que segn el Real decreto 275/1995 tengan las siguientes prestaciones energticas:
o Calderas de tipo atmosfrico a partir de enero de 2010.
o Calderas con una estrella de prestacin energtica, desde enero 2010.
o Calderas con dos estrellas de prestacin energtica, desde enero del 2012.
Con estas restricciones, los generadores de calor en las instalaciones sern, seguros y con un
bajo consumo para un alto rendimiento.
Las condiciones de evacuacin de los productos de la combustin en las instalaciones trmicas
se realizarn de acuerdo a las siguientes exigencias:
Obra nueva, independientemente de que exista previsin o no de colocar el generador, la evacuacin de los gases se realizar siempre a cubierta. Si no existe
previsin, se realizar una preinstalacin individualizada para calderas tipo C
(estancas).
Reforma, en este caso la evacuacin tambin se realizar a la cubierta, pero existen 3 excepciones que permiten la evacuacin a fachada o patio de ventilacin:
o Calentadores con potencia til igual o inferior a 24,4 kilowatios.
o Calderas individuales con emisiones de clase 5 NOx.
o Y en general en viviendas unifamiliares.
Junkers
7
En resumen, con la tipologa de las calderas y las condiciones de evacuacin se crea una
nueva perspectiva de instalaciones trmicas en los edificios.
La vida de la instalacin es muy importante y depende en gran medida de que el elemento
principal de la instalacin, el generador de calor, se mantenga en sus condiciones ms
ptimas. En este sentido la evaluacin de rendimiento del generador de calor se realizar
mediante un anlisis peridico como se indica en la siguiente tabla:
Cada parmetro de revisin se realizar dependiendo del rango de potencia de tal manera que
para generadores de pequea potencia la periodicidad es de 2 aos, para mediana potencia 3
meses y una vez al mes para las de gran potencia.
1.2 Principios de la Combustin.
Qu es la combustin?, la combustin es una reaccin qumica entre un combustible, como
puede ser el gas, el gasleo, la madera y un comburente, el oxgeno, la cual es activada por
una energa externa, es decir mediante una chispa o una llama.
Se trata de una reaccin exotrmica, es decir que se produce con la liberacin del calor y cuya
consecuencia es la obtencin de los productos de la combustin como por ejemplo las cenizas
y otros combustibles.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
8
El carbono y el hidrgeno del combustible reaccionan con el oxigeno, dando lugar a dixido de
carbono y agua, y en algunos casos xido de azufre, como es el caso de los combustibles
lquidos que contienen azufre.
La reaccin de combustin genrica ser:
Combustible, formado por carbono, hidrgeno, y azufre que reacciona con el aire, formado por
oxigeno y nitrgeno, produce dixido de carbono, xido de azufre, nitrgeno y agua que son los
denominados productos de la combustin, a esto hay que aadirle una cantidad de calor
liberada en la reaccin.
1.2.1. Reacciones
Se pueden definir 3 tipos de reacciones dependiendo de la cantidad de aire que intervenga en
la combustin.
Existe un parmetro denominado ndice de exceso de aire identificado con la letra n y que
define la relacin entre la cantidad de aire real empleado en la combustin y el aire terico
correspondiente al combustible que reacciona.
As se denomina, combustin estequiomtrica a la reaccin que se produce con la cantidad exacta de aire, producindose una combustin completa en la que se consume todo el carbono
y el hidrgeno contenido en el combustible. El valor de n es igual a 1.
Combustin incompleta, se produce cuando se emplea menos cantidad de aire, por lo que el oxigeno no se combina totalmente con el carbono del combustible y como producto de la
combustin se obtiene un gas txico como el monxido de carbono, (CO), con el consiguiente
despilfarro energtico. El valor en n en este caso est por debajo de 1.
Junkers
9
Combustin con exceso de aire, es la reaccin que se produce habitualmente y en ella se libera una cantidad de calor que ser empleada en calentar el exceso de aire que inicialmente
se haba introducido. Aqu el valor de n est por encima de 1.
1.2.2. Emisiones
En toda reaccin se generan unos productos de la combustin que en algunos casos tienen
carcter nocivo por lo que se denominan contaminantes.
Entre estos destacan, el monxido de carbono (CO), los xidos nitrosos (NOx NO2/ NO3) y los
xidos de azufre (SO2). A continuacin se hace una valoracin de cada uno de ellos.
Monxido de carbono: Como se ha visto se produce como consecuencia de una reaccin incompleta, su mayor o menor presencia en los humos se debe a como sea el proceso de
combustin. Se trata de una gas ms ligero que el aire y excesivamente txico.
La concentracin de este gas en los humos est limitado por la normativa en un 0.1%. (1000
p.p.m)
xidos de nitrgeno: Aparecen a alta temperatura como consecuencia de la reaccin del nitrgeno contenido en el aire y el oxgeno, por ello es necesario reducir la temperatura de la
llama para que esos xidos se produzcan en menor cantidad. Existe una clasificacin de
emisiones de xido nitroso en la que las emisiones ms bajas corresponden a una cantidad de
70 miligramos por kilowatio hora o lo que es lo mismo, clase 5 de NOx.
La combinacin de estos xidos con el vapor de agua en la atmsfera se convierte en cidos
que al precipitar provocan la denominada lluvia cida. Los xidos de nitrgeno son
destructivos del epitelio pulmonar.
xido de azufre: Aparece comnmente en los combustibles lquidos como el gasleo y se produce tras la reaccin con el oxgeno, si se combinan con vapor de agua producen cidos
altamente corrosivos.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
10
1.2.3. Poder calorfico
Se ha visto que en cualquier reaccin se produce una liberacin de energa, por lo que, se
denomina poder calorfico a la cantidad de calor generada en la combustin completa de la
unidad de combustible a una temperatura y presin de referencia.
Existen dos definiciones de poder calorfico:
Poder Calorfico Inferior: Es la energa desprendida en la combustin completa cuando el agua resultante de la combustin est en estado vapor.
Poder Calorfico Superior: es igual al poder calorfico inferior ms el calor latente del vapor de agua. El agua resultante de la combustin se supone lquida (condensada) en los productos de
la combustin.
El calor cedido en la condensacin del agua equivale a 597,2 kilocaloras por kilogramo.
A mayor diferencia entre el poder calorfico superior y el poder calorfico inferior, mayor ser el
aprovechamiento obtenido en el proceso de condensacin, ya que como se vio anteriormente
esta diferencia coincide con el concepto de calor latente de condensacin del vapor de agua.
La siguiente tabla muestra los poderes calorficos tanto superior como inferior y la diferencia
entre ambos para varios combustibles.
Junkers
11
Es el gas natural el combustible ms utilizado y del que mejor se saca un aprovechamiento
energtico, ya que la diferencia es del 11% lo que equivale a 960 kilocaloras por newton y
metro cbico.
1.3 Tecnologa de la condensacin y aplicaciones.
La condensacin del vapor de agua contenido en los humos de una caldera, se consigue
reduciendo la temperatura de estos hasta el punto adecuado para que se inicie la aparicin de
lquido. En este proceso la energa liberada en los humos se cede directamente al agua de
primario de la caldera.
La temperatura a la que se produce condensacin se denomina temperatura de roco y depende del tipo de combustible, del exceso de aire que intervenga en la combustin y de la
presin, es por ello por lo que a mayor temperatura de roco mayor grado de condensacin.
Cmo afectan los 3 parmetros anteriormente mencionados?
Combustible, a mayor volumen de vapor de agua por unidad de combustible, mayor temperatura de roco.
Exceso de aire, a mayor exceso de aire en la combustin (menor porcentaje de CO2 en los humos), menor temperatura de roco.
Presin, a mayor presin mayor temperatura de roco.
El siguiente grfico muestra la temperatura de roco tanto para el gas natural como para el
gasleo en funcin del porcentaje de CO2 contenido en los humos.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
12
As en el caso del gasleo con un porcentaje de aproximadamente 13.5% su temperatura de
roco ser de unos 48C y en el caso del gas natural con un porcentaje de CO2 de un 9% su
temperatura de roco ser de 53C.
La caldera juega el papel ms importante el proceso de la condensacin, ya que de ella se
obtendr el rendimiento que ser transmitido a la instalacin.
Es necesario hacer un balance general de la energa que es capaz de transmitir la cadera,
considerando que para hablar de potencia til es necesario contabilizar las prdidas
energticas.
A la potencia nominal de la caldera se le descontaran, las prdidas superficiales de la caldera
(qrc) son las que se producen por radiacin y convencin en el interior de la misma, las
prdidas por calor sensible (qhs) las cuales dependen de la temperatura de humos y del CO2
contenido en los humos y por ltimo se contabilizaran las prdidas por inquemados (qi), como
por ejemplo el hecho de que aparezca monxido de carbono como producto de la combustin.
En resumen, se define:
Potencia til, energa cedida por la caldera al agua de la instalacin referida por unidad de tiempo. Depende directamente del caudal de agua, del calor especfico, y por de la diferencia
de temperatura entre la entrada y la salida de la caldera.
Junkers
13
Potencia nominal, potencia transmitida por el combustible. Puede obtenerse a partir del caudal y el poder calorfico inferior.
1.3.1. Balance energtico
El aumento del rendimiento en una caldera de condensacin no slo depende del calor latente
recuperado por la tcnica de la condensacin, sino tambin de la disminucin de las prdidas
anteriormente mencionadas.
La siguiente secuencia muestra una comparativa de rendimientos entre caldera convencional y
caldera de condensacin para gas natural
Caldera convencional. Partiendo de un 111% (considerando el poder calorfico superior), las mayores prdidas son debidas al calor perdido o no recuperado de la no condensacin de esta
caldera, podemos hablar de un 11%. Las siguientes son las generadas por el gas de escape en
la chimenea y suponen un 6%. Y por ltimo un 0.5% debido a las prdidas por transmisin.
Contabilizando los resultados el rendimiento final de una caldera convencional quedara en un
93,5%.
Caldera de Condensacin. Partiendo de un 111% (considerando igual que en la caldera convencional, el poder calorfico superior), las prdidas en este caso estn ms equilibradas,
de tal forma que un 1% es debido al calor perdido en la condensacin de la caldera, un 1% por
el gas de escape en la chimenea y un 1% debido a las prdidas por transmisin.
Contabilizando los resultados, el rendimiento final de una caldera de condensacin quedara en
un 108 %. En las calderas Junkers minimizamos las prdidas y el rendimiento global es de un
109%.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
14
Las calderas de condensacin se caracterizan por una temperatura de trabajo menor y unas
temperaturas de humos entre los 30 y los 60C.
1.3.2. Suelo radiante
La principal aplicacin de una caldera de condensacin es trabajar en una instalacin de suelo
radiante, en la que la temperatura de trabajo de la caldera coincide con la temperatura de
impulsin de este circuito.
Con un sistema de suelo radiante, con temperaturas de impulsin entorno a 40C y de retorno
a 30C, puede aprovecharse durante todo el periodo la tecnologa de la condensacin.
Tomando como referencia la temperatura de retorno del circuito, sta se encuentra por debajo
de la temperatura de roco por lo que siempre hay calor de condensacin.
El siguiente grfico muestra el funcionamiento de una caldera en el periodo de demanda de
calefaccin, teniendo en cuenta las temperaturas exteriores y las temperaturas de impulsin al
circuito.
La lnea amarilla marca como, a temperaturas exteriores bajas su funcionamiento es del 100%
y que a medida que la temperatura exterior va aumentando el porcentaje de funcionamiento va
disminuyendo, lo que ya se defini como trabajo en descenso progresivo.
Junkers
15
Tomando como referencia la lnea gris que representa la temperatura de roco del gas natural
(53C), se observa que la impulsin a 40C haca el circuito, representada por la lnea roja y el
retorno a 30C representado por la lnea de puntos azul, se encuentran por debajo, por lo que
toda la zona sombreada en azul representa el rango en rgimen de condensacin que en estas
condiciones se da durante todo el periodo de funcionamiento.
1.3.3. Radiadores
Como ya se mencion, una caldera de condensacin tambin puede trabajar en circuitos
convencionales de radiadores.
En este caso, un circuito de calefaccin convencional trabaja a temperaturas de impulsin
entorno a 75C y retornos a 60C, por lo que el rgimen de condensacin ser menor que en
condiciones de baja temperatura pero asegurar un rendimiento por encima del obtenido en la
misma instalacin con una caldera convencional, es decir que existir un aprovechamiento del
calor de condensacin durante un alto porcentaje del funcionamiento de la caldera.
El siguiente grfico muestra el funcionamiento de una caldera en el periodo de demanda de
calefaccin, teniendo en cuenta las temperaturas exteriores y las temperaturas de impulsin al
circuito.
La lnea amarilla marca como la caldera trabaja en descenso progresivo de carga a medida que
aumenta la temperatura exterior.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
16
Tomando como referencia la lnea gris que representa la temperatura de roco del gas natural
(53C), se observa que la impulsin a 75C haca el circuito durante un periodo de tiempo en
que la temperatura exterior es baja se encuentra por encima de la temperatura de roco, al
igual que ocurre con la temperatura de retorno cuando esta es a 60C.
Existe un punto de corte entre la temperatura de retorno de la instalacin y la temperatura de
roco de la caldera a una temperatura exterior determinada, es en ese punto en el que se podr
hablar de rgimen de condensacin en una instalacin convencional y supondr un 95% del
funcionamiento de la caldera.
En este ejemplo la condensacin se origina cuando la temperatura exterior es de -7C y est
representado por la zona sombreada en azul. Hay que tener en cuenta que en cada aplicacin
y zona geogrfica ese punto de inicio de condensacin puede ser desplazado o bien hacia la
derecha o hacia la izquierda, de cualquier manera queda justificado su funcionamiento.
1.3.4. ACS
Una caldera no slo condensa cuando trabaja en calefaccin, cuando se produce una
demanda de agua caliente tambin se puede hablar de un aumento del rendimiento gracias a
esta tcnica.
Cundo se consigue condensacin en a.c.s?
En gran medida en los sistemas de produccin de a.c.s por acumulacin, ya que la elevada
estratificacin que se puede conseguir en el interior del acumulador genera unas temperaturas
de retorno bajas.
Hay que destacar que existe un periodo transitorio en el que cuando se produce el
calentamiento inicial del depsito, el secundario se encuentra a una temperatura muy baja lo
que es muy propicio para condensar desde el inicio.
El grfico muestra, como un depsito de agua caliente conectado a una instalacin solar
genera una elevada estratificacin, ya que, cuando se inicia el calentamiento del depsito la
impulsin y el retorno identificadas con las lneas SV1 mantienen un gran salto trmico lo que
provoca una elevada temperatura en la parte superior del acumulador. A medida que pase el
Junkers
17
tiempo y conforme se vaya calentando el acumulador se irn elevando homogeneizando las
temperaturas como indican las lneas desde M6 a M1.
Hay condensacin en la produccin instantnea de a.c.s?
En este caso el intercambiador de la caldera situado en la parte ms baja juega un papel muy
importante, ya que, cuanto ms bajo sean los retornos, ms condensacin se generar. Esto
se consigue con una superficie de intercambio mayor, con caudales elevados y temperaturas
de preparacin del agua entre 50 y 60C.
1.4 Tipologas y funcionamiento
1.4.1. Principios bsicos
El principio de funcionamiento de las calderas de condensacin Junkers se basa en un sistema
en el que la condensacin se produce en el interior y la combustin se basa en un sistema de
premezcla.
Por ello, en el diseo se ha tenido en cuenta que el intercambiador interno comunique
trmicamente el fluido de retorno de la instalacin de calefaccin con la salida de gases para
provocar que los humos se enfren.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
18
Funcionamiento de una caldera de condensacin:
El ventilador recibe un aporte de aire de la cmara de combustin y un aporte de gas a travs
del cuerpo de gas de la caldera, se trabaja con un exceso de aire que ha de ser lo ms
ajustado posible para reducir las prdidas por humos.
Se trata de un ventilador modulante y se encargar de hacer la mezcla que posteriormente
entregar al quemador. El nivel de modulacin ha de ser lo ms alto posible, lo que provocar
un mayor ajuste de la potencia entregada a la instalacin y una disminucin de las prdidas
como consecuencia de una reduccin en las paradas de la caldera.
En el quemador se producir la combustin y se ceder el calor a las paredes del
intercambiador a la vez que los humos continuarn su recorrido hacia la parte inferior de la
caldera donde al enfriarse, se convertirn en vapor de agua que sern recogidos en el sifn
que posee internamente la caldera.
Unido al intercambiador se encuentra la chimenea interna que hace que los humos no
condensados fluyan y no queden retenidos, saliendo posteriormente por la chimenea
convencional.
Junkers
19
1.4.2. Diseo
Las calderas Junkers son calderas con condensador integrado, por lo que al producirse la
condensacin en el interior los componentes deben de cumplir una serie de requisitos
especiales para su correcto funcionamiento.
El quemador. De material cermico, muy diferente al de una caldera convencional ya que no genera una llama, se encuentra en la parte superior del intercambiador en posicin invertida
con el fin de que cuando la caldera condense, los condensados no caigan sobre el propio
quemador.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
20
El intercambiador. Sirve de soporte al quemador y a su vez est conectado al circuito de humos. Presenta dos caractersticas esenciales:
1. Gran superficie de intercambio, con ello conseguimos enfriar los gases procedentes
de la combustin y de este modo recuperar la energa latente en el vapor de agua.
2. Bloque de Aluminio Silicio. Este material le confiere una buena resistencia a la
corrosin y su vez una buena conductividad trmica.
1.4.3. Caractersticas generales
Junkers, incorpora una nueva generacin de calderas murales a gas de condensacin
denominadas Cerapur, de una alta eficiencia energtica y avanzada tecnologa.
Junkers
21
Caractersticas generales:
Todas nuestras calderas son respetuosas con el medio ambiente en cuanto a que tienen clase 5 de emisiones de NOx ya que emiten menos de 70 miligramos por hora
y menos de 20 miligramos por hora de CO.
Alto confort en a.c.s segn la norma EN 13.203 ya que poseen tres estrellas.
Rendimiento del quemador de 4 estrellas segn la directiva 92/42/CEE
Caudales que van desde 14,3 litros minuto en el modelo Cerapur de 25kilowatios, 17,1 litros minuto en el modelo Cerapur confort y modelo excellence de ms potencia
con 42 kilowatios y 24,1 litros minuto. En todos los casos con un salto trmico de
25C.
Hay que destacar tambin las calderas Cerapur Solar que aprovechan la energa solar para
agua caliente con un caudal de 17,2 litros minuto pero tambin aprovechan esa energa para
calefaccin.
Las calderas Cerapur se pueden clasificar segn el sistema de produccin de a.c.s en:
Instantneas de condensacin: modelos cerapur, cerapur comfort y cerapur excellence, con potencias desde 25 hasta 42kW y caudales de hasta 24 litros minuto, con una gran estabilidad
de temperatura. Modo de funcionamiento con microacumulacin y programador integrado en el
frontal de la caldera para la gestin de la calefaccin y del agua caliente.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
22
Acumulacin dinmica: caldera cerapur acu, con potencia de 28 kilowatios y 42 l de capacidad distribuida a travs de 3 depsitos de acero inoxidable. Debido a su funcionamiento
permite obtener un ahorro significativo y un confort aportado por la combinacin condensacin-
acumulacin, el caudal mximo suministrado es de 21litros minuto.
El sistema CerapurSolar: constituido por una caldera mural de condensacin y un acumulador solar de inercia de 400 litros, combina la tecnologa de condensacin con la solar trmica.
Gracias al acumulador, la energa solar puede ser utilizada para calefaccin y para la
produccin de agua caliente, permitiendo un ahorro del consumo de gas de hasta el 55%
respecto a las antiguas instalaciones convencionales y todo en cerca de 1 m2 de superficie.
El siguiente grfico permite conocer el confort que se puede obtener con una caldera
instantnea, una de acumulacin o un sistema que combina ambas cosas de manera externa,
caldera y acumulador, considerando en todos los casos que la potencia de la caldera es de 28
kilowatios.
En el eje de las abcisas se representa el tiempo durante el cual cada uno de los sistemas
suministra un determinado caudal y una temperatura. En el eje de las ordenadas, se representa
la temperatura de suministro.
El ejemplo considera un caudal de 12 litros minuto y una temperatura de entrada a la caldera
de 10C.
Junkers
23
Lo que se observa es:
La lnea verde que representa la caldera mixta, mantiene una lnea continua durante todo el
tiempo de la demanda, lo que confirma la estabilidad en cuanto al caudal y la temperatura que
puede suministrar, en el ejemplo la temperatura de suministro sera de 42C.
La lnea azul corresponde al sistema de caldera con acumulador externo de 75 l, la respuesta
del sistema es estable a una temperatura de 60C durante aproximadamente 5 minutos, pero
pasado ese tiempo el agua almacenada en el depsito se ha consumido, lo que provoca que si
la demanda continua se produce un descenso brusco de la temperatura de suministro, hasta
volver a estabilizarse a una temperatura demasiado baja que se aleja del concepto de confort.
La lnea roja define la repuesta de la caldera cerapur acu con acumulacin dinmica. En el
inicio de la demanda se solapa con la producida por caldera ms acumulador, pero con la
consideracin de que en la caldera cerapur acu slo tiene 42 l almacenados, la estabilidad en
la temperatura y caudal la mantiene durante ms tiempo, llegamos a aproximadamente 6
minutos. Agotados los 42 l de acumulacin la caldera se convierte en una caldera instantnea
por lo que las lneas roja y verde se solapan y destaca el que el salto en la temperatura es ms
suave que en el caso de la caldera ms acumulador, por lo que queda justificado el alto confort
entregado en una caldera con acumulacin dinmica.
1.5 Planificacin de la instalacin
1.5.1. Generalidades
Conocido el funcionamiento y el rendimiento que se puede obtener de una caldera de
condensacin, el siguiente paso es planificar su ejecucin.
No existe normativa especfica para este tipo de calderas por lo que para su instalacin le ser
de aplicacin el RITE.
La planificacin se puede dividir en 4 bloques: Circuito hidrulico, recogida de condensados,
circuitos de humos y regulacin.
Circuito hidrulico: Como ya se ha definido, la instalacin en la que la caldera es de condensacin el mximo rendimiento se obtiene al trabajar con temperaturas de retorno lo ms
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
24
bajas posibles. Es por ello por lo que en el diseo de la instalacin se ha de tener en cuenta los
siguientes aspectos que no benefician a la instalacin:
Colocacin de vlvula de 4 vas. Provocara una mezcla del agua de impulsin y de retorno de la instalacin y unos caudales mayores.
Diseo de la instalacin con by-pass. No se producira condensacin al ser elevada la temperatura de retorno.
Compensador Hidrulico. Implica un ajuste adecuado de los caudales de circulacin en los circuitos primario y secundario.
En todos los casos se produce un aumento de la temperatura de retorno.
Junkers
25
1.5.2. Recogida de condensados
No existe obligatoriedad en conducir los condensados producidos en la caldera, pero se
llevarn a un desage debido a las caractersticas que posee. Las ms destacables son:
Carcter cido. El valor de pH se encuentra entre 4 y 5.5 para el caso del gas.
Altamente corrosivo daa las conducciones metlicas
Contiene CO2.
Por estos motivos es conveniente tomar una serie de medidas:
Correcta canalizacin. Es conveniente que los condensados de la caldera no encuentren ningn sifn en la instalacin y que sigan un tramo descendente hasta
comunicar con el punto de desage.
No siempre la salida de condensados de la caldera se encuentra cerca del desage por
lo que en esos casos es necesario la colocacin de una bomba de condensados.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
26
Material del desage. No todos los desages son adecuados, ver la siguiente clasificacin. Desages adecuados: PVC, acero inoxidable. Desages no adecuados:
Hierro, Zinc, Cobre, Acero, Plomo, Fibrocemento.
Neutralizacin. La acidez que poseen puede verse compensada mediante neutralizadores externos a la caldera, lo que permitirn evacuar los condensados a
cualquier tipo de desage. Aunque no existe normativa al respecto.
1.5.3. Circuito de humos
En la evacuacin de gases de los productos de combustin de una caldera de condensacin no
hay requisitos especiales, son los mismos que marca el RITE para otros tipos de calderas.
Lo que s es de especial importancia es el material utilizado en la chimenea:
Junkers
27
Materiales Recomendados: Polipropileno Autoextinguible (PPs), Polifluoruro de Vinilideno
(PVDF) y el acero inoxidable.
Materiales a evitar: Acero galvanizado y tubos corrugados.
En cuanto al diseo, es conveniente evitar tramos horizontales y mantener una inclinacin
mnima de 3 para que los condensados en la evacuacin caigan al interior de la caldera, as
como crear un drenaje en la parte ms baja de la chimenea con el fin de evitar la acumulacin.
Estos 3 de inclinacin se logran elevado el tramo horizontal 5,2 cms por metro horizontal.
1.5.4. Regulacin
El mejor sistema de regulacin de una instalacin con caldera de bajas emisiones o de
condensacin es a travs de una centralita con sonda exterior, ya que el ajuste y modulacin
de la potencia se realizar con el menor consumo posible para la demanda solicitada en el
interior de la vivienda. Este sistema de centralita con sonda exterior se anticipa a las prdidas
de energa de la vivienda cuando existe un descenso de la temperatura en el exterior del local
a calefactar.
Los sistemas de regulacin se pueden clasificar en:
Convencionales todo-nada: Es el sistema de regulacin ms usado en las instalaciones. Su funcionamiento consiste en la apertura o cierre de un contacto de
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
28
rel segn se necesite demanda de calefaccin o no. Este tipo de control no informa
a la caldera de la temperatura del local a calefactar y por tanto como regla general
siempre existe un exceso de energa en este tipo de regulacin.
Regulacin con modulacin: Este tipo de sistemas de regulacin informan continuamente de la temperatura del local a calefactar y la caldera slo aporta la
energa necesaria para mantener la temperatura del local en el grado de confort que
desee el cliente. Hay que decir que el local pierde energa a travs de las paredes del
local y lo que se intenta es aportar la misma energa que se pierde. Este tipo de
regulacin permite un ahorro de energa con respecto a la regulacin todo-nada de
hasta un 10%. Para un mayor ahorro existen relojes programadores que se instalan
en el frente de la caldera que permiten controlar tiempos de funcionamiento de la
calefaccin y tambin del servicio de a.c.s.
Centralita con sonda exterior. En este sistema se ha de instalar una sonda en el exterior del local a calefactar y es muy importante su correcta ubicacin. Este tipo de
sistemas de regulacin informan continuamente de la temperatura del local a
calefactar o bien de la temperatura exterior o bien de ambas. Con la sonda exterior el
sistema se anticipa a que se pierda energa por las paredes del local, con el
consiguiente ahorro de energa frente al sistema anterior.
Junkers
29
Ubicacin de la sonda exterior.
Todas las calderas Junkers permiten los tres tipos de regulacin antes mencionada, pero
recomendamos o bien la regulacin modulante o bien la centralita con sonda exterior.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
30
1.6 Sistemas solares
Actualmente las instalaciones de los edificios tienen que cumplir una serie de requisitos en
ahorro de energa que implica la incorporacin de instalaciones de energa solar trmica para
cubrir la demanda de agua caliente sanitaria.
Por lo que, cualquier instalacin tanto en edificios de varias viviendas por planta como en
unifamiliares contar con una serie de elementos bsicos de instalacin como, captador solar,
regulador solar, grupo de bombeo y acumulador solar y a su vez ser imprescindible disponer
de un sistema de energa auxiliar que cubra las necesidades no cubiertas por la instalacin de
energa solar para la demanda de agua caliente sanitaria y a su vez la de un sistema de
calefaccin.
Las calderas cerapur de condensacin pueden trabajar directamente con agua precalentada
proveniente de un sistema solar y son modulantes termostticamente por lo que son las
calderas idneas para este tipo de instalaciones.
1.6.1. Caldera cerapur para agua caliente sanitaria
En una instalacin de agua caliente sanitaria la configuracin del sistema es como se muestra
en la imagen.
Junkers
31
Una instalacin para preparar agua caliente sanitaria que incorpora una caldera cerapur en
serie con el acumulador de energa solar.
La caldera es capaz de detectar la temperatura de entrada y slo arrancar en caso de que sea
necesario modulando para aportar nicamente la temperatura que precisa.
En las calderas cerapur se puede programar el encendido para que, dependiendo del tipo de
instalacin solar no se produzcan encendidos innecesarios en la caldera. La programacin
consiste en generar un retardo a la turbina y que permita conocer la temperatura proveniente
del sistema solar, este retardo puede llegar a ser de hasta 50 segundos.
1.6.2. Caldera Cerapur para agua caliente sanitaria y suelo radiante
Si la instalacin de energa solar se disea y ejecuta para cubrir las necesidades de agua
caliente y calefaccin por suelo radiante el esquema sera como el que se indica.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
32
El circuito de primario aportara la energa necesaria a los dos depsitos de almacenamiento,
en primer lugar dando prioridad al depsito de a.c.s y en segundo lugar al de suelo radiante.
El principio de funcionamiento para agua caliente es como se explic anteriormente y el suelo
radiante sigue el siguiente proceso:
La instalacin de suelo radiante es un circuito de baja de temperatura por lo que la caldera
realizar una impulsin entorno a 40C, el fluido de la caldera ir directamente a la instalacin
para ceder la energa y que se produzca el calentamiento en la estancia. Una vez entregado el
calor en la instalacin el fluido retornar o bien a la caldera en el caso de que la temperatura de
retorno est por encima de la del depsito solar o al depsito de solar de la instalacin porque
la temperatura de este sea ms alta que el retorno. El retorno que ser de aproximadamente
30C jugar un papel importante.
De cualquier manera, la combinacin de caldera de condensacin con sistemas de energa
solar trmica genera un ahorro extra por lo que se consideran los aparatos mejor indicados.
1.6.3. Caldera Cerapur Solar
El sistema CerapurSolar es directamente adaptable a captadores solares para la produccin de
agua caliente sanitaria y calefaccin tanto suelo radiante como radiadores. Pero no slo es
adaptable a la energa solar sino tambin a bombas de calor, estufa, caldera de pellets o de
lea.
Junkers
33
Detrs de un diseo compacto se esconden todos los componentes necesarios para la
instalacin del sistema solar (a excepcin de los captadores y vasos de expansin).
El sistema est constituido por una caldera mural de condensacin y un acumulador de inercia
de 400 litros, gracias al cual la energa solar puede ser acumulada y utilizada para la
produccin de calefaccin y agua caliente, permitiendo un ahorro energtico de hasta 55%
respecto a las antiguas instalaciones convencionales. Adems, es posible combinar de manera
fcil y rpida la caldera de condensacin con otras fuentes de energa: la integracin del
sistema no ha sido nunca tan fcil y verstil.
Explicacin de funcionamiento de la Cerapur Solar:
1-caso
Temperatura de ida calefaccin 50 C
Temperatura de retorno calefaccin 30 C
Temperatura acumulador de inercia 80 C
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
34
La energa necesaria para la calefaccin y la produccin de agua caliente ser proporcionada
enteramente por el acumulador de inercia en cuanto el agua contenida en su interior tenga una
temperatura superior a la de ida. La vlvula mezcladora manda el flujo de agua proveniente del
acumulador de inercia al circuito de la caldera. Ese agua, oportunamente mezclada, atravesara
el circuito para despus ser mandada a los radiadores o al intercambiador sanitario de la
caldera. En este caso la caldera de condensacin, no entrando en funcionamiento, no consume
energa para la calefaccin o produccin de agua caliente, con evidente ahorro en el consumo
de energa.
2-caso
Temperatura de ida calefaccin 50 C
Temperatura de retorno calefaccin 30 C
Temperatura acumulador de inercia 40 C
La energa necesaria para la calefaccin y la produccin de agua caliente sanitaria ser
proporcionada casi en su totalidad por el acumulador de inercia en cuanto el agua contenida en
su interior tenga una temperatura ligeramente superior a la de retorno. La vlvula mezcladora
manda el flujo de agua proveniente del acumulador de inercia al circuito de la caldera, que
entra en funcionamiento para producir la energa adicional con el objetivo de obtener la
temperatura necesaria para los radiadores o el intercambiador de la caldera. En este caso la
caldera de condensacin contribuye parcialmente a la produccin de energa para la
calefaccin y la produccin de a.c.s., reduciendo el consumo respecto a un sistema constituido
por solo una caldera de condensacin.
Junkers
35
3-caso
Temperatura de ida calefaccin 50 C
Temperatura de retorno calefaccin 30 C
Temperatura acumulador de inercia 25 C
La energa necesaria para la calefaccin y la produccin de agua caliente ser generada
enteramente por la caldera en cuanto el agua contenida en el interior del acumulador de inercia
tenga una temperatura inferior a la del agua de retorno. La vlvula mezcladora manda el flujo
de agua proveniente del retorno de la calefaccin hacia la caldera de condensacin. En este
caso el acumulador de inercia no ser alimentado con agua proveniente del retorno de la
calefaccin, que tiene una temperatura mayor de aquella contenida en el acumulador. As se
evita que la caldera caliente intilmente el agua contenida en el acumulador, con el evidente
ahorro de consumo.
1.7 Mitos acerca de las calderas de condensacin
La incorporacin de nuevos aparatos y nuevas tcnicas de funcionamiento generan una serie
de dudas a nivel de instalacin, rendimiento y rentabilidad. En el caso de las calderas de
condensacin estos son los mitos que las envuelven:
Slo son eficientes cuando condensan durante todo su funcionamiento. Falso, como se ha visto a lo largo del curso, an en el caso de trabajar en rgimen de no
condensacin ofrecen un rendimiento muy superior.
Son muy caras. Falso, en el pasado las calderas de condensacin eran ms caras debido a los materiales de sus componentes (como por ejemplo el intercambiador).
Actualmente los precios se ha reducido y su amortizacin en una instalacin est
asegurada.
Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensacin
36
Son difciles de instalar. Falso, su instalacin es similar a la de una caldera convencional, con la nica diferencia de que en este caso es necesario realizar la
recogida de condensados.
Los condensados son un problema. Falso, el pH de los condensados se encuentra entre 4 y 5.5, es similar al de un zumo de un limn. Lo ms importante es conocer el
material del desage o en su defecto neutralizar los condensados.
Exigen un mayor mantenimiento. Falso, la nica diferencia significativa es la necesidad de asegurarse de que la caldera est limpia de condensados.
No pueden utilizarse en reformas de instalaciones existentes. Falso, como en cualquier sustitucin de caldera debe de evaluarse la efectividad del sistema de
control, la evacuacin de humos y el estado general de la instalacin.
La columna de humos es una molestia. Falso, son menos perjudiciales que los gases de salida de calderas convencionales, lo que s es cierto es que poseen un color ms
blanquecino.
1.7.1. Justificacin y futuro de la condensacin
Como resumen se destacarn los puntos fuertes de las calderas de condensacin que
justifican su incorporacin en las instalaciones frente a las calderas convencionales.
Funcionamiento en rgimen de condensacin durante todo el ciclo en instalaciones de baja temperatura las hace ideales frente al resto.
Justificadas en instalaciones con temperatura elevada debido a su rendimiento estacional ms elevado y mayor rango de trabajo en rgimen de condensacin.
Ventajas aadidas como modulacin de potencia y bajo nivel de emisiones.
La reglamentacin actual y futura apunta claramente a la utilizacin de la condensacin. Tanto el cdigo tcnico como el rite establecen las exigencias de
ahorro energtico de los edificios y sus instalaciones. La directiva eup establecer los
requisitos mnimos de aparatos de calefaccin en cuanto a sus emisiones y se les
entregar una calificacin energtica igual que la tienen actualmente los
electrodomsticos.