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Generadores de Calor4

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Calderas: funcionamiento, partes y tipos

Emplearemos el término caldera o generador de calor para referirnos a un equipo que es capaz de producir calor al quemar un combustible en su in-terior, transmitiéndolo posteriormente a un fluido que en la mayoría de los casos será agua y que en general se denominará fluido caloportador. Poste-riormente ese fluido se empleará para calefactar un local o producir ACS.

Existen muchos tipos de calderas, fabricadas con distintos materiales, para combustibles diversos, etc. ∂Cuál de ellas es la mejor? No existe una única respuesta, todo depende de ciertos parámetros, como por ejemplo: de la apli-cación a que se destine la caldera, de la situación de la instalación (no puedes colocar una que funcione con gas natural si no dispones de red de gas en tu población), del coste económico que puedas o te quieras permitir, etc.

A continuación analizaremos las características de las principales calderas existentes, para que cuando tú como técnico debas decidir o aconsejar cual instalar en un momento determinado, dispongas de criterio suficiente, teniendo en cuenta que pueden darse va-rias soluciones factibles para un solo caso.

Conceptos básicos

Como ya comentamos antes, la caldera es un elemento en el que el calor que se pro-duce al quemar un combustible, se transmite posteriormente al agua que circula por su interior y que luego, una vez caliente, pasa hacia el circuito de radiadores, de suelo radiante, etc.

El calor se transfiere al agua no solo por el contacto directo entre la llama y el cuerpo de la caldera que contiene el agua, es decir por conducción, sino que se produce también un intercambio por radiación desde la llama a las paredes del hogar y otro por convec-ción, ya que los humos producidos en la combustión y que poseen altas temperaturas calientan las partes metálicas bañadas por el agua.

Módulo: Instalaciones de Producción de Calor

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Fig. 1: Esquema de una caldera.

En la figura anterior se representa una caldera provista de quemador, en la que se apre-cian las siguientes partes:

Quemador: es el encargado de quemar un combustible líquido, gas o sólido pro-duciendo una llama.

El hogar o cámara de combustión: es donde se quema el combustible y donde se alanzan las temperaturas más altas, próximas a los 2.000 oC.

El circuito de humos: cumple la doble misión de conducir los humos que se pro-ducen en la combustión hacia la caja de humos y de arrebatarles el mayor calor posible para luego cedérselo al agua (dejarlos salir directamente a la atmósfera aca-rrearía entre otros inconvenientes una gran pérdida de energía, al desperdiciar el calor que poseen).

Para aumentar al máximo el intercambio de calor entre los gases y el agua, el cir-cuito de humos tendrá la mayor superficie posible y se realizará de forma que dis-minuya en lo posible la velocidad de salida de los gases.

Ten en cuenta que a mayor velocidad menos tiempo da a que los humos cedancalor, esto se puede comparar fácilmente con el gesto de pasar una mano porencima de un mechero, si lo haces rápidamente apenas sentirás calor, pero alcontrario, si lo desplazas lentamente te podrás quemar.

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Esto se logra obligando a los gases a dar va-rias vueltas antes de dejarlos salir e interca-lando a su paso ciertos elementos denomi-nados turbuladores (figura 2) que les dificul-tan el paso frenándolos.

Salida de humos

Turbulador Caja de humos

Caja de humos: es la zona en la que conflu-yen todos los humos para ser enviados poste-riormente hacia el exterior por la chimenea (figura 2).

Retorno de agua: es la toma en la que se conec-ta la parte de la instalación por la que vuelve el agua mas fría, puede llegar de los radiadores , de un acumulador de ACS, etc.

Fig. 2: Circuito y caja de humos.

Salida de agua: una vez que el agua ha entrado en la caldera y ha absorbido calor es enviada de nuevo hacia la instalación.

Circuito de agua: en este el agua circula calentándose al absorber el calor de las paredes que la contienen y que es transmitido por radiación, conducción y con-vección.

o Clasificación de las calderas

Las calderas se pueden clasificar según una serie de parámetros, como son:

El material de que se construyen.

El servicio que suministran.

El combustible utilizado.

El fluido calentado.

El tipo de cámara de combustión y la forma de extraer los humos.

A. Según el material de que se construyen

Según este parámetro, las calderas se pueden clasificar en: calderas de hierro fundido y calderas de chapa de acero.

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Calderas de hierro fundido.

Estas calderas están formadas por elementos de hierro fundido, acoplados entre sí mediante maguitos en un número que depende de la potencia de la propia caldera, de tal manera que si aumentamos el número de elementos elevamos la potencia y viceversa.

El hierro fundido es el material usado en las primeras calderas construidas y en la actualidad aun sigue empleándose con gran aceptación por su gran resistencia a la corrosión, pudiendo utilizarlas en instalaciones con cualquier tipo de combustible.

Su mayor problema radica en la relativa fragilidad ante calentamientos y enfria-mientos bruscos, y en su elevado peso; como gran ventaja destaca por su gran du-rabilidad.

En la figura 3 se muestran va-rios elementos de fundición y en la figura 4 una caldera de fundición de la que se apre-cian los distintos elementos que la forman.

Fig. 3: Elementos de fundición.

Fig. 4: Esquema de una caldera de fundición.

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Calderas de chapa de acero.

Como su propio nombre indica están fabricadas en chapa de acero que se confor-ma para posteriormente ser soldada.

Estas calderas pueden ser pirotubulares, que son las más comunes y en ellas los humos de la combustión se dirigen hacia la chimenea pasando a través de una se-rie de tubos que están rodeados por el agua a calentar, o acuotubulares, circulando en estas el agua por el interior de tubos que están rodeados por los humos de la combustión.

Las calderas de chapa de acero son más baratas que las anteriores aunque poseen una menor duración y soportan en menor grado las condensaciones sulfurosas de los humos.

Cuando los humos se enfrían en la caldera por debajo de su punto de rocío seproducen condensaciones que contienen entre otras sustancias azufre y quecorroen la caldera.

B. Según el servicio que suministran

Los generadores de calor pueden ser fabricados para calentar únicamente agua de cale-facción o abastecer además de ACS, lla-mándose a éstas, calderas mixtas. A su vez, el calentamiento de ACS se puede realizar de forma instantánea o por acumulación.

Fig. 6: Caldera mixta de acumulación.

Fig. 5: Caldera mixta instantánea.

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C. Según el combustible utilizado

Según el combustible utilizado, las calderas pueden ser: de combustibles sólidos, de combustibles líquidos o de combustibles gaseosos.

Calderas de combustibles sólidos.

Pueden quemar leña (figura 7), carbón o las más actuales combustibles de biomasa (pellets, cáscara de almendra, hueso de oliva, etc).

En las dos primeras, la combustión se ge-nera en la parrilla de la propia caldera, regulándose la cantidad de aire necesaria a través de la puerta reguladora de tiro, siendo posible automatizar la apertura y cierre de esta puerta mediante componen-tes complementarios.

El aire necesario para la combustión se introduce en la caldera de modo natural por el tiro generado en la chimenea, si el tiro no es el correcto por un mal diseño o construcción de la chimenea, el rendimiento de la caldera puede ser nefasto.

Con el paso del tiempo, muchas de las calderas que empleaban combustibles sóli-dos, han sido sustituidas progresivamente por otras de mayores rendimientos, que necesitan menos espacio para el almacenamiento del combustible y que permiten un funcionamiento más autónomo y por tanto más cómodo para el usuario.

Las nuevas calderas de biomasa son una excepción dentro de este grupo, estas incorporan un quemador y un sistema de alimentación de combustible que realizan todo el proceso de forma automática . La figura 8 muestra una caldera de este tipo, fabricada por Lasian, modelo Biomax.

Fig. 7: Esquema de caldera de com-bustibles sólidos.

Depósito de combustible

Alimentador de combustible

Quemador

Caldera

Fig. 8: Caldera de biomasa.

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Calderas de combustibles líquidos.

En un principio estas calderas eran las construidas para quemar combustibles sólidos a las que se les adaptaba pos-teriormente un quemador para combustibles líquidos, con-siguiéndose un rendimiento considerablemente bajo. Pos-teriormente se diseñaron calderas específicas para quema-dores de gasóleo con las que se consiguen rendimientos muy superiores.

Estas calderas son denominadas ≈de pie∆, ya que van colo-cadas sobre el suelo y pueden ser mixtas o solo de calefac-ción. En la figura 9 puedes ver una caldera de pie modelo Vitola 111 de Viessmann.

Fig. 9: Caldera Vitola 111.

Calderas para combustibles gaseosos.

Pueden ser murales (muy utilizadas en viviendas individuales), o de pie.

Las calderas murales se colocan en la pared y son generadores de calor compactos, que se comercializan totalmente equipados con los accesorios y controles ne-cesarios para obtener un funcionamiento autónomo de los sistemas de calefacción y ACS. Puedes ver una caldera de este tipo en la figura 10, en concreto el modelo Themafast de Saunier Duval.

Estudiaremos estas calderas con detalle a lo largo de la presente unidad.

Fig. 10: Caldera Themafast.

D. Según el fluido calentado

La mayoría de las calderas utilizadas hoy en día utilizan agua como fluido caloportador, existiendo a su vez dentro de estas varias posibilidades en función de la temperatura de calentamiento.

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La más utilizadas posiblemente sean las que funcionan con el agua a temperaturas entre60 y 90 oC (temperaturas muy apropiadas para las instalaciones de calefacción mediante radiadores). Cuando la temperatura del agua se calienta hasta los 110 oC se tienen las calderas de agua sobrecalentada, empleándose estas para el calentamiento de naves me-diante aerotermos.


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También existen calderas que trabajan con vapor, reduciéndose su empleo a instalacio-nes industriales, al calentamiento de grandes locales y para aquellos edificios o grupo de estos en los que el vapor pueda tener otras utilidades como lavanderías, etc.

En la actualidad están en auge las denominadas calderas de condensación, las cuales pueden funcionar con el agua por debajo de los 60 oC sin que esto les produzca corro-siones. Con las calderas de condensación se mejora mucho el rendimiento ya que se aprovecha el calor de los humos, además se disminuyen las pérdidas de calor a través de las paredes de la caldera.

E. Según el tipo de cámara de combustión y la forma de extraer los humos

Según el tipo de cámara de combustión y la forma de extraer los humos se distinguen los siguientes tipos de calderas:

Calderas de cámara abierta y tiro natural.

En estas calderas, la cámara donde se realiza la combustión, está en contacto con el ambiente del local donde se ubica la caldera y la eva-cuación de los gases se realiza a través de un conducto, por la depresión que crea la dife-rencia de densidad entres los humos (alta tem-peratura y baja densidad) y el aire ambiente (baja temperatura y alta densidad) (figura 11).

Estas calderas incorporan como sistema de seguridad contra los retornos de los humos un clixon antirrebufos (figura 12).

Fig. 11: Tiro natural.

Fig. 12: Claxon antirrebufos.

Es importante saber que según el RITE quedará prohibida la instalación de estetipo de calderas a partir del uno de Enero del 2010.

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Calderas de cámara abierta y tiro forzado.

Estos modelos se diferencian de los an-teriores en el sistema de evacuación de los gases, que es forzado. Utilizan para ello un ventilador centrifugo, situado a la salida del quemador que extrae los humos hacia el exterior (figura 13).

Calderas de cámara estanca y tiro forzado.

En estas, a diferencia de las anteriores, la cámara conde se realiza la combus-tión no está en contacto con el aire del local, es una cámara totalmente aislada, por lo que el aire necesario para la combustión lo recibe del exterior.

Este aire entra por la depresión que crea un extractor colocado a la salida del que-mador y se introduce por un conducto concéntrico al de la salida de gases o por uno individual, según las características de la instalación (figura 14).

Al igual que las calderas anteriores, éstas poseen un sistema de seguridad antirre-bubos, el ya estudiado presostato diferencial.

Fig. 13: Tiro forzado.

Fig. 14: Esquema de caldera de cámaraestanca.

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Estas calderas utilizan combustibles gaseosos y poseen un volumen reducido, lo que permite que sean encastradas en el mueble de una cocina, además son bastante ligeras y manejables (en comparación con las calderas de pie).

Hasta ahora, tal vez lo máximo que conocías de estas calderas era su cuadro de mandos, posiblemente por ser la parte visible más llamativa y porque en ella se seleccionan y visualizan los parámetros principales que rigen el fun-cionamiento de las instalaciones.

Calderas murales

En la siguiente figura se aprecian las partes que componen un panel de mandos de una caldera Victoria de Roca.

Termostato de ACS

Termostato de calefacción

Conmutador paro/marcha y selector de servicio calefacción/ACS Termómetro

Pilotos de señalización

Fig. 15: Panel de mandos de una caldera Victoria de Roca.

Comenzaremos a estudiar estas calderas por orden cronológico de comercialización, es decir, desde las más antiguas a las más actuales, teniendo en cuenta eso sí, que existen múltiples fabricantes y modelos, por lo que trataremos de entender la filosofía de funcio-namiento general y no las particularidades de modelos concretos.

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Calderas murales hidráulicas

Denominaremos calderas hidráulicas, a aquellas calderas cuyo funcionamiento está basa-do en una serie de componentes hidráulicos y mecánicos, lo que las caracteriza por una mayor complejidad y mantenimiento en comparación con las calderas más modernas.

Este grupo de calderas, que en la actualidad se encuentran bastante desfasadas, sin embargo siguen presentes en muchas instalaciones de calefacción domésticas y aunque cada vez son más escasas, es interesante conocer su funcionamiento con el fin de capacitarnos en la reso-lución de posibles averías y de llevar a cabo un mantenimiento adecuado.

o Calderas murales hidráulicas de calefacción

Incluimos aquí las calderas que solo calientan el agua que va destinado al circuito de calefacción, es decir, el agua que sale de la caldera hacia los radiadores y desde estos retorna más fría hacia la caldera, donde comienza el ciclo de nuevo.

En la figura 16 puedes ver el circuito hidráulico básico de un caldera de este tipo, en concreto el modelo NGM-16 de ROCA (no comercializado desde hace muchos años), en la que se distinguen sus componentes fundamentales.

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1. Entrada de gas

2. Membrana de la válvula de agua

3. Pulsador de encendido

4. Válvula de gas

5. Llama piloto

6. Cartucho termostático

7. Bobina del termopar

8. Válvula de ida

9. Termostato de seguridad

10. Válvula de retorno

11. Impulsión del circulador

12. Intercambiador de calor monotérmico

13. Aspiración del circulador

14. Quemador

Fig. 16: Esquema del circuito hidráulico de una caldera.


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A. Encendido de la caldera

Para encender la caldera abrimos la válvula de gas (1), después al pulsar (2) acercamos la válvula que abre el paso de gas a la bobina del termopar y el gas llega a la llama piloto, pulsando a la vez el encendido por piezoeléctrico encendemos la llama piloto (3).

Si esperamos aproximadamente 30 segundos con el pulsador (2) accionado, la corriente generada por el termopar es suficiente para excitar la bobina (4) y para que esta manten-ga abierto el gas, quedando la caldera en posición de espera hasta que salga gas por el quemador principal (14), instante en que la caldera arranca para calentar el agua.

B. Funcionamiento

El funcionamiento en estas calderas guarda ciertas similitudes con los calentadores hidráulicos, como en éstos, una membrana (8) (figura 16 y 17) al subir, eleva el eje de la válvula de gas (9) que abre el paso de éste hacia el quemador (14).

La diferencia entre los calentadores y estas calderas se encuentra en la forma de elevar la membrana, mientras que en los calentadores la membrana era levantada al abrir un grifo, en las calderas esto se consigue mediante el circulador.

Si te fijas con detenimiento en las figuras 16 y 17, puedes ver como la impulsión de la bomba esta conectada a la parte inferior de la membrana, mientras que la aspiración lo esta a su parte superior, por tanto cuando el circulador arranque la membrana ascenderá al estar sometida a una presión elevada por su parte inferior y otra menor en su parte superior.

Aspiración

Impulsión

Fig. 17: Caldera mural hidráulica de calefacción.

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Una vez que el gas llega al quemador, compuesto por boquillas calibradas según el tipo de gas, este se enciende, al tener muy próxima y encendida la llama piloto.

Como el circulador está funcionando, el agua es llevada hacia el intercambiador donde se calienta para luego continuar hacia los radiadores.

Con el quemador encendido la temperatura del agua aumenta, aproximándose al valor que el usuario ha seleccionado mediante una válvula termostática (10).

Esta válvula actúa abriendo un by-pass entre los conductos de aspiración e impulsión a medida que la temperatura va en aumento, de forma que al llegar el agua a la tempera-tura deseada, las presiones a ambos lados de la membrana (8) se igualan, bajando ésta y apagándose entonces el quemador (figura 18).

Aspiración

Impulsión

Fig. 18: Proceso de apagado del quemador.

Las figuras 19, 20 y 21 pueden ayudarte a entender el principio de funcionamiento de este tipo de caldera.

VEn la figura 19, con el circulador parado la membrana se mantiene en estado de reposo.

Fig. 19.

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En la figura 20, con el circulador girando la membrana asciende y en la figura 21, aunque el circulador está en movimiento, al estar abierta la válvula ≈V∆ no existe la diferencia de presión necesaria para elevar la membrana.

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Fig. 20.

V

Fig. 21.

C. Intercambiador monotérmico

El intercambiador en el cual se transmite el calor generado por la llama al agua, es básica-mente un serpentín, denominándose monotér-mico, ya que en él sólo se calienta el agua de un circuito, en este caso el de calefacción (figu-ra 22).

Fig. 22: Intercambiador monotérmico

D. Sistema de seguridad

Como sistema de seguridad estas calderas disponen además del termopar (15) de un ter-mostato de seguridad (5), que como puedes ver en la figura 16, se encuentran conectados en serie con la bobina que permite el paso del gas, de tal forma que en caso de que uno de los dos abra el circuito eléctrico, la caldera se apaga.

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Ejemplo

∂Cuáles crees que pueden ser los causantes de las siguientes anomalías?

La caldera no enciende: membrana de la válvula inversora rota o eje atas-cado por la cal, circulador estropeado, conexión eléctrica incorrecta o falta de gas.

La llama piloto se enciende pero después de 30 segundos, se apaga al sol-tar (2): termopar estropeado, mal situado o bobina cortada.

Salta el termostato de seguridad: válvulas de la caldera cerradas, intercam-biador sucio o válvula termostática estropeada.

El termostato (5) abre el circuito siempre que la temperatura del agua en el intercambiador suba peligrosamente (figura 23).

Además de las partes que hemos analizado hasta ahora, las calderas hidráulicas incorporan:

Termómetro para conocer la temperatura del agua.

Manómetro que indica la presión en el circuito de calefacción.

Fig. 23: Termostato de seguridad.

Vaso de expansión, es el encargado de ab-sorber la dilatación del agua al calentarse.

Válvula de seguridad, que se abre si la presión del circuito hidráulico sube de 3 bar.

Válvulas de ida (11) y retorno (12) para conexión y desconexión de la caldera a la instalación.

Al tratar de disminuir al máximo el volumen de las calderas murales, se reducetambién la capacidad del vaso, lo que puede causar que en algunas instalacioneseste resulte raquítico, siendo aconsejable en ese caso añadir otro suplementario.

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o Calderas murales hidráulicas mixtas

Como podrás comprender, utilizar una caldera para la instalación de calefacción y otro aparato (calentador instantáneo, termo eléctrico, etc.) para el calentamiento del ACS, aumenta los gastos tanto de instalación como de mantenimiento, además de ser preciso un mayor espacio para su instalación.

Es por eso que en la mayoría de las instalaciones domésticas, la caldera empleada es mixta, es decir suministra ACS y agua de calefacción, aunque no de manera simultánea, sino que siempre existirá prioridad en el suministro de ACS.

Como ya sabes, el calentamiento del agua se puede realizar de forma instantánea o por acumulación, teniendo las primeras como ventaja el menor precio de venta y espacio ocupado y las segundas un mayor confort.

A. Calderas murales hidráulicas mixtas instantáneas

En la figura 24 se especifican las partes que componen una caldera de este tipo, y en la figura 25 puedes ver el esquema hidráulico, en la que destacan como principal novedad respecto a las anteriores dos elementos:

Intercambiador de placas (16), en el que se transmite el calor del agua calentado en la caldera (el del circuito de calefacción) al agua de consumo.

Válvula desviadora también llamada distribuidora o inversora (17), es la encargada de di-rigir el agua calentado en la caldera hacia los radiadores o al intercambiador de placas.

Fig. 24: Componentes de una caldera mural hidráulica mixta instantánea.

A continuación se describen brevemente ambos elementos.

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1. Entrada de gas 2. Pulsador de encendido 3. Llama piloto 4. Bobina del termopar 5. Termostato de seguridad 6. Impulsión del circulador 7. Aspiración del circulador 8. Membrana de la válvula de agua 9. Válvula de gas 10. Cartucho termostático 11. Válvula de ida 12. Válvula de retorno 13. Intercambiador de calor monotérmico14. Quemador 15. Termopar 16. Intercambiador de placas 17. Válvula inversora 18. Entrada de agua fría

Fig. 25: Esquema hidráulico de una caldera mural hidráulica mixta instantánea.

El intercambiador de placas (figura 26).

Está formado por placas de acero inoxidable que for-man dos circuitos independientes, por los que circulan el agua caliente de la caldera y el agua para el consu-mo sanitario respectivamente.

Estos intercambiadores sufren incrustaciones de cal que hacen disminuir su rendimiento, por lo que habrá que limpiarlos empleando algún producto que no perjudique

a ninguno de los materiales existentes y que resulte inocuo para el consumo humano ante posibles residuos que pasen al ACS. El ácido cítrico es muy eficaz disuelto en agua e in-troducido en el intercambiador.

Fig. 26: Intercambiadorde placas.

Fig. 27: Válvula distribuidora.

La válvula distribuidora (figura 27).

Tiene dos posiciones, la que ves representada en la figura 28, en la que estando la caldera encendida y no habiendo demanda de agua, el agua caliente que viene del inter-cambiador monotérmico se envía hacia los radiadores.

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Por el contrario según la figura 29 , siempre que abramos un grifo, el agua circula por debajo de la membra-na, ejerciendo una presión ascendente sobre ella, además al pasar por un pequeño vénturi, conectado a la parte superior de la membrana, ésta queda sometida a una dife-rencia de presiones que la eleva, subiendo el eje de la válvula desviadora que cierra el paso del agua de calefacción hacia los radiadores y lo envía hacia el intercambiador de placas, en donde cede su calor al agua de consumo.

Además de dirigir la circulación del agua hacia el circuito adecuado, esta válvula también se encarga de arrancar o parar el circulador en combinación con el ter-mostato ambiente según solicitemos ACS o calefacción.

Válvula desviadora

Membran

Microrruptores

Agua caliente de la caldera

Intercambiador de placas (ACS)

Entrada de Agua Fría

Retorno de calefacción

Intercambiador de placas

Fig. 28: Posición 1, agua caliente hacia los radiadores.

Eje

A los radiadores

Grifo

Agua caliente de la caldera


Termostato de ACS

Membrana

Entrada de agua fría

Vénturi

Fig. 29: Posición 2, agua caliente hacia el intercambiador de placas. 24

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Para comprender su funcionamiento debes darte cuenta de que durante el verano (salvo casos excepcionales), no es deseable que la caldera arranque en la posición de calefacción.

Para lograr esto se emplea un conmutador invierno/verano, que nosotros posicio-namos correctamente según el periodo del año en que nos encontremos y con el que se consigue el siguiente funcionamiento:

• Durante el invierno (conmutador en posición I), el circulador arranca siempre que se solicite ACS (cierra microrruptor superior) y el termostato de ACS este también cerrado (La temperatura del ACS es baja).

En la posición de calefacción (la válvula desciende al no solicitarse ACS) el cir-culador arranca mientras el termostato ambiente este cerrado (temperatura del local inferior a la deseada).

• Durante el verano (conmutador en posición V) el circulador arranca siempre que se solicite ACS (cierra microrruptor superior) y el termostato de ACS este también cerrado (La temperatura del ACS es baja). Sin embargo, con la válvula en la posición de calefacción (microrruptor inferior cerrado) el circulador no arranca, independientemente del estado del termostato ambiente.

En la figura 30 puedes ver los microrruptores que gobernados por la válvula cambian de posi-ción mientras que la figura 31 representa el es-quema eléctrico con todos los componentes que intervienen en el funcionamiento del circulador.

Microrruptores

Válvula Inversora

Fig. 30: Microrruptores.

Conmutador invierno-verano

Microrruptores

Termostato ambiente

Termostato ACS

Circulador

L N

I

V

Fig. 31: Esquema eléctrico del funcionamiento del circulador.

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B. Calderas murales hidráulicas mixtas de acumulación

Con estas calderas se consigue un mayor confort al disponer de un volumen de agua siempre caliente para su consumo, técnicamente son incluso más sencillas, pero sin em-bargo tienen el inconveniente de precisar un espacio extra para albergar el acumulador.

En la figura 32 se representa el esquema hidráulico de este tipo de caldera (en ser-vicio de ACS), en el que puedes ver que no existe el intercambiador de placas de las calderas anteriores ya que ahora este se sustituye por un inter-acumulador. También destaca la nueva válvula desviadora, que aho-ra distribuye el agua hacia el circuito de radiadores o hacia el inter-acumulador.

Interacumulador

Termostato Válvula motorizada

Fig. 32: Esquema hidráulico de una caldera mixta de acumulación.

La figura 33 es muy similar a la anterior y en ella se aprecia el funcionamiento de la caldera en servicio de calefacción.

El funcionamiento de la válvula de tres vías es relativamente sen-cillo: mediante un motor se hace girar una excéntrica que sube o baja un eje, éste arrastra una soleta que abre el paso del agua caliente hacia el circuito de calefacción o el de ACS.

Las figuras 34 y 35 representan de forma muy simplificada el funcionamiento de esta válvula.

Fig. 33: Caldera en servicio de calefacción.

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Salida ACS Retorno de calefacción

Agua caliente

Fig. 34: Válvula desviadora en servicio de calefacción.

Salida ACS Retorno de calefacción

Agua caliente

Fig. 35: Válvula desviadora en servicio de ACS.

Para hacer girar el motor hacia una u otra posición, a éste se le envía la señal de un ter-mostato de ACS (situado en el acumulador), de un termostato ambiente o de ambos a la vez.

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Las primeras calderas murales electrónicas

Todos somos conscientes de la importancia que la electrónica tiene en nuestros días, resulta muy difícil mirar a nuestro alrededor y no encontrar varios aparatos que incorpo-ren algún elemento electrónico: ordenadores, equipos de música, consolas, etc.

Esta ≈invasión∆, que ahora asumimos como ≈normal∆, supuso hace algunas décadas una innovación que poco a poco fue introduciéndose en todos los sectores, mejorando los productos existentes y dando lugar a otros que antes no existían.

La automoción es un ejemplo bien conocido de la revolución que la electrónica supuso, o ∂no te parece ciencia ficción que con solo cambiar una tarjeta electrónica, podamos aumentar la potencia de nuestro vehiculo en varias decenas de caballos?

Los fabricantes de calderas no iban a ser menos y poco a poco han ido introduciendo en sus productos componentes eléctricos y electrónicos que les proporcionan nuevas carac-terísticas que los mejoran, por ejemplo: ∂Sabias que muchas de las calderas murales exis-tentes identifican y señalan mediante un código sus propias averías?

o Calderas hidráulicas-eléctricas

En las calderas anteriores eran comunes las averías en el sistema de modulación, es decir en la válvula termostática que ajustaba la potencia de la caldera según la temperatura del agua: el eje móvil, la membrana y el cartucho termostático formaban un conjunto de cierta complejidad.

Es aquí donde se producen las primeras modificaciones como veremos a continuación.

La figura 36 representa el circuito hidráulico de una caldera (NGM 20 SE) de Roca fun-cionando en servicio de ACS, en la que se mezcla la tecnología hidráulica y la eléctrica.

En la figura 37 la caldera estaría funcionando en servicio de calefacción siempre y cuando no se abriese un grifo, ya que en ese caso, al poseer la caldera prioridad en el servicio de ACS, la válvula inversora (12) cambiará a la posición de la figura 36.

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Fig. 37: Caldera en servicio de calefacción.

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14

Fig. 36: Caldera en servicio de ACS.

1. Entrada de gas

2. Pulsador de encendido (abre el paso de gas al piloto)

3. Llama piloto

4. Bobina del termopar

5. Termostato de seguridad

6. Electroválvula común (ACS y calefacción)

7. Electroválvula de calefacción

8. Electroválvula de ACS

9. Grifo de ACS

10. Entrada de AF

11. Circulador

12. Válvula desviadora o inversora

13. Termopar

Aunque muchos de los componentes ya los conoces, existen algunas novedades, funda-mentalmente en la forma de realizar la regulación de potencia.

En esta caldera la potencia se varía abriendo o cerrando electroválvulas (figura 38) de ma-nera que aumente o disminuya el caudal de gas, todo en función de las órdenes que la caja de control indica según las posiciones de los termostatos de ACS, de caldera y ambiente.

Electroválvulas

Bobina de termopar

Fig. 38: Electroválvulas.

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En el servicio calefacción se abre la electroválvula común 6 (color azul), y al cabo de 2 segundos, abre la electroválvula 7 (color calabaza) dando plena potencia. Una vez pues-ta la caldera a régimen, la regulación se obtiene mediante el termostato de la caldera o de ambiente (figura 39).

Para el servicio ACS al abrir un grifo de consumo (9) el agua entra a través de 10 atravesando el regulador de caudal y elevando la válvula inverso-ra 12. El circulador (11) se pone en marcha abriéndose primero la elec-troválvula común 6 (color azul) y, al cabo de 2 segundos, la electroválvula 8 (color negro) dando plena potencia en ACS.

8

Fig. 39: Regulación de la caldera (servicio calefacción).

A parte del sistema de alimentación de gas al quemador, el resto de partes de estas calde-ras conservan en general los principios de funcionamiento de las calderas anteriores:

Seguridad por termopar y llama piloto.

Intercambiador de placas para el calentamiento del ACS.

Encendido piezoeléctrico.

Inclusión de válvula de seguridad, manómetro y termómetro analógico y vaso de expansión.

Ejemplo

∂Qué crees que puede motivar una subida de la presión en el circuito de cale-facción por encima de los 3 bar (causando el disparo de la válvula de seguridad)sin que se haya producido manipulación alguna de la caldera, ni su encendido?

Puede ser que la válvula de llenado esté abierta o haya perdido la estanqueidad, o tal vez el intercambiador de placas se encuentre perforado y el circuito de ca-lefacción se llena a la presión del agua de red.

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Novedades en seguridad

Las calderas que hemos visto hasta ahora incorporan el termopar como elemento de se-guridad, éste a pesar de aportar muchas ventajas frente a sistemas anteriores (bimetal) tiene algunos inconvenientes:

La utilización de termopar hace necesario el empleo de una llama que esté permanente-mente encendida denominada llama piloto, con el consiguiente gasto de combustible, además el proceso ha de ser manual y precisa de cierto tiempo entre que se enciende la llama piloto y que el termopar caliente y sea capaz de generar la tensión necesaria para mantener abierta la clapeta del gas.

Cuando la llama piloto se apaga, el termopar se mantiene caliente durante algunos se-gundos y, por tanto, la clapeta del gas abierta, lo que puede motivar que salga gas a tra-vés del quemador, gas que no se va a quemar, con los consiguientes peligros que esto acarrea (figura 40).

Entrada de gas

Clapeta abierta

Llama piloto

Termopar

Clapeta abierta

Fig. 40: Caldera con termopar como elemento de seguridad.

Con el fin de corregir estos inconvenientes, la mayoría de las calderas actuales han cam-biado el sistema de seguridad mediante termopar por la sonda de ionización, en las figu-ra 41 y 42 puedes ver la representación de una caldera NGM-20IE de la marca Roca que incorpora este elemento.

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Fig. 41: Caldera en posición de

suministro de calefacción.Fig. 42: Caldera en servicio de ACS.

En estas calderas el encendido no requiere de nuestra intervención (figura 43), cuando la caja de control (3) recibe una señal del termostato ambiente, del termostato de la caldera o de la apertura de un grifo, alimenta eléctricamente las electroválvulas correspondientes (según el servicio solicitado), a la vez que provoca un tren de chispas entre los electrodos (2), que encienden el quemador, en caso de no producirse el encendido, esto es detecta-do por la sonda de ionización (1) que deja de enviar la correspondiente señal a la caja de control, cortando ésta la alimentación a la electroválvula (4) y anulando el paso del gas al quemador.

1

3

6 4 5

2

7

1. Sonda de ionización 2. Electrodos 3. Caja de control 4. Electroválvula de seguridad 5. Electroválvula de ACS 6. Electroválvula común 7. Electroválvula de calefacción

Fig. 43: Encendido de la caldera.

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∂Se te ocurre cómo podrías comprobar el estado de las válvulas de la figura anterior?

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4

En estas calderas aún siguen manteniéndose elementos comunes a las primeras, como son:

Intercambiador de placas para la producción de ACS.

Válvula inversora con su correspondiente membrana.

Control del circulador mediante microrruptores maniobrados por la válvula desviadora.

Calderas electrónicas

Actualmente el desarrollo de la electrónica ha alcanzado niveles altísimos y su empleo permite un abaratamiento en los costes de producción y también en los de mantenimien-to de las calderas, además, posibilita la reducción de su volumen, lo que supone una gran ventaja, teniendo en cuenta que estas calderas se instalan frecuentemente encastra-das en los muebles de cocina.

En estas calderas, la placa electrónica controla totalmente el funcionamiento, según las dis-tintas señales que le llegan de los diferentes sensores, su evolución llega a permitir la co-nexión de ordenadores para la realización del mantenimiento o el diagnostico de averías.

Lo más llamativo, al menos para el usuario, es la posibilidad de controlar el funciona-miento de su caldera a través del teléfono, ∂no te gustaría tener la posibilidad de encen-der la calefacción de tu casa a través de una llamada o mensaje de móvil?

Las calderas electrónicas poseen distintas características:

35

oC). Antiheladas: es un sistema que consiste en arrancar el circulador cuando la

temperatura desciende por debajo de cierto valor (ejemplo 7

Antibloqueo: como ya sabes de unidades anteriores, los circuladores de calefac-ción y ACS debido a su baja potencia suelen quedarse bloqueados cuando perma-necen mucho tiempo parados. Para evitar este bloqueo las calderas actuales arran-can automáticamente el circulador cada cierto tiempo (ejemplo 24 horas).


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Regulación mediante centralita: algunas calderas regulan la temperatura del agua de calefacción proporcionalmente a la temperatura del exterior, mediante la conexión a la caldera de una sonda; con esto se consigue un mayor confort y ahorro energético.

Anti-inercias: después de cada servicio de calefacción y una vez que el termostato correspondiente apaga los quemadores, el circulador continúa funcionando unos minutos para extraer el calor residual en la caldera, que entre otros inconvenientes, puede elevar excesivamente la temperatura del agua acumulada en su interior.

Algunos de estos sistemas podemos anularlos voluntariamente según las particularidades de nuestra instalación, empleando generalmente los microrruptores que el fabricante incluye a tal fin.

o Producción de ACS

En las calderas electrónicas, cuando incorporan el intercambiador de placas para la pre-paración del ACS, la válvula de tres vías que dirige el agua hacia el circuito de calefac-ción o ACS ya no tiene un funcionamiento hidráulico, sino eléctrico, este es el caso de la caldera SARA (Baxi-Roca), de la cual se puede ver su circuito hidráulico en la figura 44 (servicio de calefacción) y en la figura 45 (servicio de ACS).

Llenado de caldera

Sonda de ACS

Sonda de calefacción

Válvula de 3 vías motorizada


Presostato

Fig. 44: Caldera SARA en servicio de calefacción. Fig. 45: Caldera SARA en servicio de ACS.

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En la figura 46 puedes ver el actuador eléctrico de la válvula de tres vías y en la figura 47 la situación de la vál-vula de tres vías en la caldera.

La unión hidráulica entre el circula-dor, el intercambiador de placas, la

válvula inversora y otros componentes de la caldera se reali-zan en un solo bloque denominado grupo hidráulico, cuyas partes principales y funcio-namiento puedes ver en la figura 48.

37

Las calderas mixtas instantáneas que hemos visto hasta ahora realizaban el calentamiento del ACS mediante un intercambiador de placas, sin embargo, en los últimos tiempos se ha intro-ducido en las calderas otro sistema basado en el denominado intercambiador bitérmico.

Este elemento sustituye al intercambiador de placas y se sitúa en el lugar que antes ocu-paba el intercambiador monotérmico de la caldera, es decir en la parte superior del quemador, donde el agua que circula por él se calienta mediante la llama del quemador y la salida de los humos.

El intercambiador bitérmico consiste básicamente en un intercambiador monotérmico en el que se introduce otro tubo por el que circula el ACS (figuras 49 y 50).

Fig. 46: Actuadoreléctrico.

Fig. 47: Válvula tres vías.

Circulador síncrono IDA

INTERCAMBIADOR MONOTÉRMICO Intercambiador

de placas

Manómetro primario

Válvula de seguridad 3bar

Sonda de ACS

Grifo de llenado

Soleta de conmutación ACS/Calefacción

Motor de accionamientode la soleta

RETORNO INTERCAMBIADOR

MONOTÉRMICO

ENTRADA AFS RETORNO

CALEFACCIÓN

IDA CALEFACCIÓN SALIDA ACS

Fig. 48: Grupo hidráulico de una caldera electrónica.


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Entrada agua de calefacción

Salida de agua de calefacción

Entrada de ACS

Salida de ACS

Fig. 49: Intercambiador bitérmico. Fig. 50: Circulación de ACS.

El funcionamiento de una caldera con este tipo de intercambiador se describe a conti-nuación, empleando para ello el circuito hidráulico de la figura 51 perteneciente a una caldera Ferroli Domiproject C24.

7. Entrada de gas8. Salida de agua fría 9. Entrada de agua sanitaria 10. Salida a calefacción 11. Retorno de calefacción 14. Válvula de seguridad 20. Quemador 27. Intercambiador calefacción y ACS 32.Circulador 38. Fluxostato 42. Sensor de temperatura de ACS 44. Válvula de gas 56. Vaso de expansión 74. Llave de llenado de la instalación 78. Cortatiro 81. Electrodo de encendido y detención 114.Presostato de agua 126. Termostato de humos 278. Sensor de temperatura en agua de calefacción

Fig. 51: Circuito hidráulico de una caldera con intercambiador biotérmico.

En el funcionamiento para calefacción, la caldera enciende el quemador cuando la tem-peratura ambiente baja del valor deseado o la sonda de calefacción de la caldera (278) detecta una temperatura inferior a la que el usuario haya seleccionado, a la vez arranca el circulador que recoge el agua del retorno (11) y lo hace pasar por el intercambiador donde es calentada y enviada hacia los radiadores (10).

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Mientras la caldera funciona en servicio de calefacción o cuando esté parada, al abrir un grifo, el detector (38) da una señal a la caja de control que para el circulador (si estuviese arrancado) y enciende el quemador, circulando el agua sanitaria por su propio intercam-biador (27) donde se calienta y sale hacia los grifos (8).

Las figuras 52 y 53 representan el esquema hidráulico de la caldera Victoria (Baxi-Roca), cuyo funcionamiento básico es similar a la anterior.

Entrada de AF

Salida de ACS

Fig. 52: Caldera Victoria en servicio calefacción.

Vaso de expansión

Salida a radiadores Circulador

Sonda de calefacción

Fig. 53: Caldera Victoria en servicio ACS.

Existen otras calderas como la R20/20F de Roca que aunque coinciden en el empleo del intercambiador bitérmico con las anteriores, se distinguen por no parar el circulador en el funcionamiento de ACS.

En la figura 54 la caldera estaría suministrando agua caliente al circuito de radiadores, sin embargo en la figura 55 cuando se abre un grifo, la caldera lo detecta y hace girar el cir-culador en sentido contrario, de forma que este recoge el agua a la salida del bitérmico (circuito de calefacción) y lo vuelve a enviar al mismo, donde este calienta al baño Maria al ACS, que circula por un tubo interior.

La ventaja de este sistema frente al anterior no es otro que la menor deposición calcárea que se produce en el intercambiador al no pararse el agua de calefacción, sin embargo, el circulador en este caso es más complejo ya que incorpora la válvula de tres vías inver-sora que el mismo maneja.

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Entrada AF Salida ACS

Ida calefacciónRetorno calefacción

Fig. 54. Caldera R20/20F (servicio

calefacción). Fig. 55: Caldera R20/20F (servicio ACS).

La utilización del intercambiador bitérmico frente al uso de uno monotérmico en combi-nación con el intercambiador de placas, aporta un considerable ahorro de espacio y un menor coste económico. De todos modos es común que un mismo fabricante comercia-lice ambos sistemas de preparación de ACS según el modelo.

o Detección de la demanda de ACS

En las primeras calderas, cuando abríamos un grifo, esto era detectado por la válvula desviadora, que además de distribuir el agua hacia el circuito adecuado (ACS o calefac-ción) realizaba la conexión eléctrica del circulador.

Esta válvula, era uno de los componentes que mayor número de averías provocaban en las calderas, por lo que en las calderas actuales se han repartido sus funciones entre dos elementos independientes.

Ahora, mientras que la parte que se encarga de distribuir el agua es una válvula de tres vías eléctrica, la señal eléctrica que llevada a la caja de control arranca la caldera cuando se abre un grifo es un fluxostato o detector de flujo.

Estos fluxostatos pueden estar compuestos por una membrana, que se desplaza accionando un microinte-rruptor cuando el agua los atraviesa, pero los más em-pleados en este momento son los denominados detec-tores magnéticos (figura 56).

Fig. 56: Fluxostato magnético Caleffi.

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Los fluxostatos o detectores magnéticos, están formados por un flotador o una turbina magnética, que se desplaza al entrar el agua que va hacia los grifos en la caldera, el mo-vimiento de estos elementos produce una pequeña variación del campo magnético que es detectado por un sensor, el cual envía una señal a la placa electrónica que actúa sobre la válvula de tres vías, desviando el agua del circuito de ACS hacia el intercambiador bitérmico o de placas.

Turbina

ElementomagnéticoEn la figura 57 aparece una foto de una turbina magnéti-

ca y en la 58 una de un sensor magnético, que consiste en una bobina que al sufrir en su en-torno una variación de campo magnético gene-ra una señal eléctrica.

En la figura

Fig. 57: Turbina magnética.Fig. 58>: Sensor magnético.

59 puedes ver el corte de un detector de ACS magnético (Caldera Roca 20/20F) en el que se aprecian sus partes fundamentales, la fotografía 60 muestra el mismo detector.

41

Fig. 59: Corte detector ACS magnético.

Flotador magnético

Detector magnético

Limitador de caudal

Filtro

Entrada de AF

Salida al intercambiador

de ACS

Válvula de llenado Fig. 60: Detector ACS magnético.


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Ejemplo

Una caldera idéntica a la mostrada en la figura 51 está funcionando en serviciode calefacción de forma correcta, sin embargo, al abrir un grifo se observa queaunque el quemador permanece encendido, el ACS sale a temperatura de red. ∂Cuál crees que puede ser el motivo que causa esta disfunción?

Se descarta algún problema en el quemador o en el circuito de alimentación de gas, ya que la caldera se enciende correctamente en el servicio de calefacción.

Como además en el instante en que se solicita el ACS el quemador está encendi-do, es evidente que se está generando calor pero que este no se transmite al ACS.

El problema queda por tanto limitado a un funcionamiento incorrecto de la vál-vula inversora o del detector de ACS.

En el caso planteado en el ejemplo anterior, una vez realiza-das las comprobaciones pertinentes se ha descartado la avería en la válvula, por lo que la conclusión es que el detector de ACS es el causante del mal funcionamiento de la caldera. ∂Qué tipo de defectos crees que puede tener un detectormagnético y como los confirmarías o descartarías?

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43

o Válvula de gas

En las calderas anteriores la cantidad de gas que alimentaba al quemador se regulaba de forma discontinua abriendo o cerrando unas u otras electroválvulas según la potencia solicitada.

Aunque este sistema mejora el que poseían las anteriores, basado en un funcionamiento hidráulico, no es capaz de adaptar de forma constante la cantidad de gas que pasa al quemador según el calor necesario.

Para solventar este inconveniente las calderas más modernas incorporan válvulas modu-lantes, es decir, válvulas que se abren o cierran progresivamente adecuando el caudal de gas según las necesidades.

Estas válvulas poseen una serie de mecanismos, que aunque no son exactamente iguales para todas ellas, si que coinciden en la mayoría; en general estas válvulas se componen de los siguientes mecanismos.

A. Electroválvulas de seguridad

La válvula de gas incorpora dos electroválvulas de seguridad dispuestas entre sí en serie, es decir, el gas pasaría primero por una de ellas y después por la otra. En estas condicio-nes, si se produce el corte de una de ellas, se interrumpe el paso de gas al quemador.

Se trata de electroválvulas todo-nada, normalmente cerradas, que se abren cuando se las excita con una señal eléctrica dada por la caja de control.

Esta señal eléctrica se corta cuando la sonda de Ioniza-ción detecta un fallo de llama o por parada simple del quemador.

En la figura 61 se ofrece el esquema constructivo de una válvula SIT, modelo Sigma 845 y en la figura 62 la vista exterior.

Fig. 61: Esquema de una válvula SIT, modelo Sigma 845.


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1. Toma de presión de gas en la entrada.

2. Toma de presión de gas en la

salida.

3. Conector para la bobina del modulador de gas.

4. Tornillo para regulación de la

mínima presión de gas.

5. Tuerca para regulación de la máxima presión de gas.

Fig. 62: Válvula SIT, modelo Sigma 845 (vista exterior).

B. Electroválvula de modulación

Está también incluida en la válvula de gas y se trata de una electroválvula modulante, que recibe de la placa electrónica de control una tensión variable según la temperatura del agua en la caldera.

En función de la tensión recibida varía su apertura, modificando el caudal de entrada de gas al quemador. Esta electroválvula va situada a la salida de las electroválvulas de segu-ridad, instalada en serie con las mismas.

En la siguiente tabla se dan los valores ofrecidos por Baxi-Roca para la regulación de la válvula de gas de su caldera mural Victoria, y en la figura 63 se indica la posición en que has de colocar la columna de agua para realizar las medidas de presión correspondiente.

CONSUMO (M3/H) PRESIÓN (MMCA) (**)

POTENCIA G20 G30 G31 G20 G30 G31

20.000 kcal/h 2,39 0,83 1,03 85 270 341

12.000 kcal/h 1,46 0,57 0,71 36 140 158

7.000 kcal/h 0,87 0,31 0,38 14 47 52

(*) Presión de alimentación a la entrada: - G20 (GN): 20 mbar. - G30(GB): 28…30 mbar. - G31(GP): 37 mbar.

(**) Presiones en inyectores.

Tabla 1: Caldera Victoria: valores para regular la válvula de gas.

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Presión de alimentación

Presión en inyector

Fig. 63: Posición columna de agua.

o Medida de la temperatura del agua

En este apartado vamos a analizar los sistemas que las calderas electrónicas emplean para medir la temperatura del agua, para lo que debes recordar que el encendido del quemador se producirá siempre que:

En calefacción, cuando exista demanda de calor por parte del termostato ambiente y de la sonda que mide la temperatura del agua de calefacción.

Para ACS, siempre que se abra un grifo y la temperatura del ACS sea menor que la demandada por el usuario (detectado por la sonda de temperatura de ACS).

Además recuerda que una caldera se bloqueará (entre otros motivos)siempre que la tem-peratura del agua en su interior suba por encima de cierto valor, el cual será controlado mediante un termostato de seguridad.

A. Sonda de calefacción

La sonda de calefacción tiene la misión de informar a la placa de control sobre la tempe-ratura del agua a la salida del intercambiador principal de la caldera. En base a la señal recibida, la placa de control hace modular la válvula de gas.

La sonda de calefacción es una termistancia o sonda NTC, que tiene la característica de variar su resistencia eléctrica al variar la temperatura a la que está sometida; siendo esta variación inversamente proporcional, es decir, al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia.

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Estas termistancias pueden ser de contacto o de inmersión; mientras que las primeras se instalan ≈abrazando∆ el tubo de salida del intercambiador de calor que corresponde al circuito de calefacción (figura 64a y 64b) , las segundas van insertadas en el interior de dicho tubo (figura 65).

a. b.

Fig. 64: Termistancia de contacto.

En la siguiente tabla se da la relación entre la tempe-ratura y la resistencia de una sonda NTC empleada en las calderas murales electrónicas.

Fig. 65: Termistancia deinmersión.

TEMPERATURA (OC) RESISTENCIA (KΩ) TEMPERATURA (OC) RESISTENCIA (KΩ)

20 12,40 70 1,75

25 10,00 80 1,25

30 8,06 90 0,91

40 5,33 100 0,67

50 3,60 110 0,51

60 2,49

Tabla 2: Relación temperatura / resistencia de una sonda NTC.

B. Sonda de ACS

Al igual que en el caso anterior, esta termistancia es una sonda NTC y su situación suele ser la salida del intercambiador de placas o del intercambiador bitérmico de ACS.

Un problema en esta sonda hace que la temperatura del ACS no sea la seleccionada por el usuario, en caso de que la termistancia esté cortada o desconectada la caldera lo seña-lará con un código de error.

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C. Termostato de seguridad

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Es un elemento de seguridad que ya incorporaban las calderas más antiguas y cuya misión es controlar la temperatura del agua en la zona próxima al inter-

cambiador principal de la caldera (figura 66).

Si la temperatura del intercambiador supera el valor ajustado en el termostato, éste abre sus contactos y produce, a través de la placa de control electrónica, el cierre de la válvula de gas.

Fig. 6: Termostato de seguridad.

Fig. 67: Termostato de rearmemanual.

Este termostato puede ser de rearme manual (figura 67), es decir, después de su actuación debemos rearmarlo para que la caldera pueda arrancar de nuevo, en caso contrario permanecerá bloqueada, lo que será indicado mediante el correspondiente código de error.

Razona lo que ocurriría si la termistancia de calefacción secortase y explica el proceso que seguirías para comprobarla

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6

Resuelve las siguientes cuestiones: a. ∂Se te ocurre cómo podrías comprobar el estado del

termostato de seguridad? b. Intenta deducir cuáles son algunos posibles motivos por los

que actúa el termostato de seguridad bloquee la caldera.

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Calderas de condensación

El uso de estas calderas se traduce en un aumento del rendimiento del 15% respecto a las calderas convencionales. Esto permite reducir el consumo y la reducción de la emisión de gases contaminantes para un grado de confort idéntico.

∂Te das cuenta de la cantidad de calor que constantemente se desecha por las chimeneas a través de los humos de combustión? ∂No sería posible aprovechar ese calor para calen-tar, al menos en parte, el agua de las calefacciones y el ACS?

Pues claro que es posible y eso es lo que logran precisamente las calderas de condensa-ción, reducen la temperatura de los humos hasta provocar la condensación del vapor de agua contenido en ellos. En este proceso de condensación los humos ceden el calor la-tente del vapor de agua, que es transmitido al agua de la caldera.

∂En que consisten estas calderas?

Imagina una caldera convencional con un serpentín enrollado a su chimenea, si hacemos pasar por él agua, esta se calentará al salir los humos, a la vez que se podrán producir con-densaciones si la temperatura de los humos baja en exceso (figura 68).

Fig. 68: Caldera con serpentín enrollado a la chimenea.

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En la práctica es posible acoplar un condensador adicional en serie con la caldera (figura 69) aunque en las murales, lo habitual es que éstas lo lleven incorporado.

Fig. 69: Caldera con condensador acoplado en serie.

Para que una caldera de condensación trabaje al máximo rendimiento, la temperatura del agua de retorno tendrá que ser más baja que la temperatura de rocío de los humos y por ello, el sistema de calefacción más adecuado para su aprovechamiento es el de suelo radiante, lo que no quiere decir que no se mejore el rendimiento respecto al de una cal-dera tradicional en un circuito de radiadores.

El mayor problema que se presenta en el diseño de estas calderas, es el de la posible co-rrosión que puede sufrir el intercambiador al entrar en contacto con los ácidos produci-dos en la condensación (ácidos nítricos y ácidos sulfurosos según el combustible), es por ello que en su fabricación se emplean materiales como el aluminio o el acero inoxidable.

Además, tendremos en cuenta que hemos de conectar la salida de condensados a un desa-güe en el que estos deberían ser tratados antes de enviarlos a la red de alcantarillado.

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Selección, instalación y puesta en marchade una caldera mural

Tal vez cuando trabajes como instalador debas recomendarle a tus clientes la caldera que han de instalar y es posible, que incluso tú en alguna oca-sión, tengas la necesidad de adquirir una.

A continuación se enumeran algunos de los criterios fundamentales que debes tener en cuenta para llevar a cabo la selección de una caldera mural:

Lo primero que has de concretar es el combustible a utilizar, que podrá ser: un gas, (propano o gas natural), un combustible líquido (gasóleo) o un sólido.

Otra decisión a tomar será la de instalar una caldera mural o de pie y si será mixta o solo de calefacción.

En caso de elegir una caldera mixta tendrás que solventar otro dilema ∂mejor una caldera instantánea o de acumulación? recuerda que si el suministro de ACS debe abastecer un caudal de agua elevado, son más adecuadas las calderas de acumula-ción y también más caras.

Mejor condensación o convencional? aunque las primeras ofrecen un mayor ren-dimiento, su coste es más alto y es posible que no se amortice en el tiempo desea-ble, por tanto, dependerá del uso y las características de la instalación.

La marca de la caldera también se debe valorar, aunque no olvides que dejando a un lado las preferencias personales, siempre existirán varios modelos que cumplan las perspectivas de precio y prestaciones requeridas.

Finalmente deberás hallar la potencia que te ha de dar la caldera para abastecer las necesidades del circuito de calefacción y de ACS, recuerda para ello los cálculos realizados en la unidad didáctica1, en la que determinábamos la potencia de los radiadores de la vivienda. La potencia de la caldera será:

Potencia mínima de caldera = Potencia de radiadores + 10%

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Instalación de calderas murales

o Anclaje a la pared

La calderas murales suelen colgarse de la pared, empleando el conjunto de tornillos y tacos que el fabricante recomienda según las características de cada modelo.

En la mayoría de los casos la fijación se realiza empleando los agujeros que el propio bastidor de la caldera posee o bien un soporte colgador en el que se cuelga la caldera. En cualquier caso la fijación a la pared debe ser firme y estable.

Si el aparato se instala dentro de un mueble o se adosa a otros elementos, tendremos que dejar un espacio libre para las actividades normales de mantenimiento, cada fabricante ofrece las distancias mínimas recomendables según el modelo.

o Conexión hidráulica

Para facilitar la conexión hidráulica de las calderas, los fabricantes suelen ofrecer una plantilla de montaje, que ayuda al instalador a ajustar correctamente las distintas medi-das entre tomas, de forma que el acoplamiento entre la caldera y la instalación se realice fácilmente y sin que haya que forzar ninguna de las partes (figuras 70a y 70b).

a.

Plantilla de montaje

Soporte para colgar la caldera

b.

Fig. 70: Montaje de unacaldera.

No olvides que además de enlazar los tubos del circuito de calefacción, los del circuito de ACS (en calderas mixtas) y la alimentación de gas, tendrás que conectar la descarga de la válvula de seguridad a un embudo o tubo de recogida, para evitar el derrame de agua en el suelo en caso de sobre presión en el circuito hidráulico de calefacción.

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ecuerda que es indispensable que la presión

o Conexión de gas

eraciones descritas en los apartados anteriores, para realizar la

la normativa que sobre instalaciones de gas

de la caldera

uberías de alimentación para eliminar todas

e prueba de estanqueidad, para verificar que

o Conexión eléctrica

La instalación eléctrica que alimenta a la caldera deberá cumplir el reglamento electro-técnico de baja tensión y como es lógico deberás asegurar que coinciden la tensión de alimentación y la de funcionamiento de la caldera.

Evita la realización de soldaduras en los tubos próximos a la caldera, una vez que ésta se encuentre instalada, ya que es muy posible causar daños en algunas partes de la misma, como en el cableado o la caja de control. Es preferible perder algunos minutos en volver a descol-garla para así trabajar más cómodo y seguro (figura 71).

Por último, rdel agua de red no sobrepase ciertos valores, ya que en caso contrario se produciría un funcionamiento incorrecto de la caldera o incluso podría no arrancar, también hemos de tener en cuenta la dureza del agua, ya que para valores elevados es necesario tratarla, evitando así posibles incrustaciones en la caldera.

Fig. 71: Evita hacer soldaduras.

Al igual que para las opconexión entre la caldera y el circuito de gas es necesario estar capacitado como técnico autorizado, concretamente en este caso es imprescindible poseer como mínimo el carné de instalador de gas de categoría C.

En todo caso, siempre tendremos que respetarexista, en este momento el Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos y sus ≈Instrucciones técnicas complementarias∆, pero no olvides que también pue-den existir normativas autonómicas o locales que condicionen la instalación.

Recuerda que según el tipo de gas empleado, la presión de éste a la entradavaría (ver tabla 1), debiéndose utilizar los reguladores y limitadores necesarios para ade-cuar el valor de dicha presión.

Es conveniente realizar un soplado de las tlas posibles impurezas (rastros del mecanizado y de la soldadura) que posteriormente puedan atascar algunos componentes.

Por último tendrás que efectuar la pertinentno existen fugas de gas en la instalación.

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por motivos de seguridad como de funcionamiento, que

Siempre que el local en que se instala la caldera exista campana extractora, tendremos que colocar un conmutador que impida el funcionamiento simultaneo de ambos aparatos, en las calderas actuales existen kits que realizan esta conmutación automáticamente.

Si como es recomendable decides colocar un termosta-to ambiente para controlar el funcionamiento de la calde-ra, no olvides revisar antes de la conexión las instruc-ciones del fabricante de la caldera (figura 72) y del pro-pio termostato (termostato Campini, figura 73).

o Salida de humos

La chimenea debe tener un diámetro igual al del cortatiro de la caldera y en todo caso existen accesorios de diámetro, forma y longitud que los fabricantes comercializan según el modelo de caldera.

Es aconsejable que a partir del cortatiro tenga un tramo vertical de longitud no inferior a medio metro y tendremos que evitar en lo posible los tramos horizontales.

Así mismo es necesario tanto exista una correcta puesta a tierra, también es importante saber que en muchas calderas no se debe invertir la fase y el neutro de alimentación, pues esto produce defectos de funcionamiento.

Fig. 72: Instrucciones del fabricante.

Fig. 73: Instrucciones del termostato.


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xisten algunas directrices que son comunes a la mayoría y que debes tener en cuenta siempre que vayas a arrancar una caldera por primera vez:

valores prescritos para la caldera.

Abre los purgadores automáticos existentes.

Comprueba en vacío la presión de llenado del vaso de expansión.

Llena lentamente el circuito primario de la caldera según las características de la instalación (normalmente entre 1 y 1,5 bar).

Abre un grifo para que se llene y purgue el circuito de ACS (calderas mixtas).

Enciende la calefacción para que el circulador facilite la purga del circuito, si el cir-culador no funciona comprueba que el termostato ambiente, si existe, está cerrado.

Coloca la columna de líquido o un manómetro de la precisión ade-cuada en la toma de presión de la caldera, para comprobar que la pre-

adecuada (figura 74), ten en cuenta que al es- existe circulación de gas y la presión deberá ser

en la tabla 1.

ldera según las características de la instalación.

prueba que todos los emisores calientan en to- contrario revisa todas las llaves y detectoresn abiertos y los radiadores purgados.

probar la potencia útil de la caldera, siendo necesario emplear rmómetro para posteriormente aplicar la siguiente expresión:

a de agua o el manómetro y no olvides colocar el tornillo tapón

rmativa vigen-te sobre entradas y renovaciones de aire.

Puesta en marcha

Aunque cada fabricante realiza sus propias recomendaciones para la puesta en marcha de sus modelos, e

Lee las instrucciones que acompañan a la caldera.

Asegúrate de que coinciden la tensión y frecuencia de alimentación con los

sión de combustible es latar parada la caldera nosuperior al valor indicado

Regula la potencia de la ca

Arranca la caldera y comda su superficie, en casoasegurándote de que esté

Sería aconsejable comun caudalímetro y un te

Retira la column

Fig. 74: Columnade líquido.

P = Caudútil al x Calor específico x Incremento de temperatura

con su junta.

Comprueba que el local donde está instalada la caldera cumple la no

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Resumen

Calderas: funcionamiento,partes y tipos

Una caldera o generador de calor es un equipo capaz deproducir calor al quemar un combustible

transmitiendo ese calor

do caloportador. Posteriormente ese fluido se empleará

en su interior,a un fluido que en la mayoría de

los casos será agua y que en general se denominará flui-

para calefactar un local o producir ACS.

: el calor se transfiere al agua nollama y el cuerpo

ue se produce también un intercambioogar y

en

ra son:

mbustión, cir-torno de agua,

a de agua y circuito de agua.

ee acero.

ACS (calderas mixtas). A su vez el calentamientonstantánea o

• Por el combustible utilizado: calderas de combus-

combustibles gaseosos.

solo por el contacto directo entre la

Conceptos básicos

de la caldera que contiene el agua, es decir por con-ducción, sino qpor radiación desde la llama a las paredes del hotro por convección, ya que los humos producidos la combustión y que poseen altas temperaturas calien-tan las partes metálicas bañadas por el agua.

Las partes fundamentales de una calde

• Quemador, hogar o cámara de cocuito de humos, caja de humos, resalid

Clasificación de las calderas:

• Por el material de que se construyhierro fundido y calderas de chapa d

n: calderas de

• Por el servicio que suministran: los generadores decalor pueden ser fabricados para calentar única-mente agua de calefacción o abastecer además de

de ACS se puede realizar de forma ipor acumulación.

tibles sólidos, de combustibles líquidos y para

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C

• Por el fluido calentado: son las más utilizadas, fun-cionan con el agua a temperaturas entre 60 y 90 oC.

• Según el tipo de cámara de combustión y forma enque expulsan los gases: calderas de cámara abiertay tiro natural, de cámara abierta y tiro forzado y decámara estanca y tiro forzado.

Utiliredumueman

Cn onenteshuna mayor complejidad y mantenimiento en compa-ra

Las fabricantes decalderas no iban a ser menos y poco a poco han idon componentes eléctri-

cos yracte

Cla eempprodlas cvolu e una gran ventaja teniendoen cuenta que estas calderas se instalan frecuente-m t

zan combustibles gaseosos y poseen un volumencido lo que permite que sean encastradas en elble de una cocina, además son bastante ligeras yejables (en comparación con las calderas de pie).

alderas murales hidráulicas. Aquéllas cuyo funcio-amiento está basado en una serie de compidráulicos y/o mecánicos, lo que las caracteriza por

ción con las calderas más modernas.

primeras murales electrónicas. Los

i troduciendo en sus productos electrónicos que les proporcionan mejores ca-rísticas.

en e empotradas en el mueble de cocina.

alderas electrónicas. Actualmente el desarrollo delectrónica ha alcanzado niveles altísimos y suleo permite un abaratamiento en los costes deucción y también en los de mantenimiento dealderas, además posibilita la reducción de sumen, lo que supon

alderas murales

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Selección, instalación ypuesta en marcha de unacaldera mural

Cauma sc sla re

Red rovocarla condensación del vapor de agua contenido enellos. En este proceso de condensación, los humos

Uencvarien ccaldcara

I

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Adeexigtrict

Auncionalgudebes t car unacaldera por primera vez.

alderas de condensación. Su uso se traduce en unento del rendimiento del orden del 15% respecto

la calderas convencionales. Esto nos permite unon umo inferior para un grado de confort idéntico, y

ducción de la emisión de gases contaminantes.

ucen la temperatura de los humos hasta p

ceden el calor latente del vapor de agua, que estransmitido al agua de la caldera.

no de los mayores inconvenientes con los que nosontramos cuando vamos a instalar una caldera, es laedad de técnicas y normativas que deberemos teneruenta, no olvides que será necesario conectar a laera las siguientes instalaciones, las cuales poseencterísticas muy particulares:

nstalación hidráulica (Normativa vigente: CTE HS4).

nstalación de gas (Normativa vigente: RTCG).

nstalación de humos (Normativa vigente: RTCG).

nstalación eléctrica (Normativa vigente: REBT)

más de la reglamentación anterior, que es la mínimaible a nivel nacional, pueden existir otras más res-ivas.

que cada fabricante realiza sus propias recomenda-es para la puesta en marcha de sus modelos, existennas directrices que son comunes a la mayoría y que

ener en cuenta siempre que vayas a arran

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Un Calderas: funcionamiento, partes y tipos 4 - · PDF file4Generadores de Calor 7 Calderas:...

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