Caldera de gas de condensación: especificidad de funcionamiento, pros y contras + diferencia con los modelos clásicos

Los vendedores de generadores de calor de tipo condensación afirman que el rendimiento del innovador equipo que nos ofrecen supera el 100%. Pero, reconozcamos, esto contradice ligeramente la ley de conservación de la energía, conocida por todos nosotros del curso escolar de física. Entonces, ¿cuál es el misterio?

Por un lado, dichas declaraciones son un truco de los mercadólogos. Sin embargo, por otro lado, en sus afirmaciones que convencen al comprador hay también una pizca de verdad. Analizaremos en detalle cómo está construida una caldera de condensación: ventajas e inconvenientes, su especificidad de funcionamiento y diseño merecen un estudio detallado.

Para obtener una visión completa del tipo de equipo de condensación, lo compararemos con el tipo clásico de generador de energía térmica. Presentaremos las particularidades de su conexión y funcionamiento. Revelaremos los secretos de su altísima eficiencia.

Caldera de gas de condensación

El alto rendimiento de un generador de calor de gas de condensación se garantiza mediante la presencia en su diseño de un intercambiador de calor adicional. El primer intercambiador de calor estándar para todas las calderas de calefacción transfiere al fluido caloportador la energía del combustible quemado. Y el segundo añade a esto el calor de la recuperación de los gases de escape.

Las calderas de condensación funcionan con «combustible azul»:

• gas de red (mezcla de gases con predominio de metano);
• gas de depósito o de bombona (mezcla de propano y butano con predominio del primero o del segundo componente).

Se permite utilizar cualquier variante de gas. Lo principal es que el quemador esté diseñado para funcionar con uno u otro tipo de combustible.

Las calderas de gas de condensación son más caras que los modelos convectivos normales, pero les ganan en costos de combustible gracias a la reducción del consumo de gas en un 20-30%

El generador de calor de condensación muestra la mejor eficiencia al quemar metano. La mezcla de propano-butano se queda un poco atrás en este aspecto. Además, cuanto mayor es la proporción de propano, mejor.

En este sentido, el gas «de invierno» para el depósito de gas proporciona un rendimiento un poco mayor que el «de verano», ya que el componente de propano en el primer caso es mayor.

A diferencia de la caldera de gas de condensación, en la de convección parte de la energía térmica se escapa por la chimenea junto con los productos de combustión. Por lo tanto, en los diseños clásicos, el rendimiento se encuentra alrededor del 90%. Se puede aumentar, pero técnicamente es demasiado complejo.

Económicamente no está justificado. Pero en los condensadores, el calor obtenido de la combustión del gas se utiliza de manera más racional y completa, ya que el calor liberado durante el procesamiento del vapor se acumula y se transmite al sistema de calefacción. Así se calienta adicionalmente el fluido caloportador, lo que permite reducir el consumo de combustible por cada 1 kW de calor obtenido.

Estructura y principio de funcionamiento

Por su construcción, la caldera de condensación se parece en muchos aspectos a su análoga de convección con cámara de combustión cerrada. Solo que en su interior se le añade un intercambiador de calor secundario y un bloque de recuperación.

Las principales características del dispositivo del generador de calor de condensación son la presencia de un segundo intercambiador de calor y una cámara de combustión cerrada con ventilador.

La caldera de condensación a gas consta de:

• cámara de combustión de tipo cerrado con quemador modulante;
• intercambiador de calor primario n.º 1;
• cámara de enfriamiento de los gases de escape hasta +56–57 ⁰C (punto de rocío);
• intercambiador de calor de condensación secundario n.º 2;
• chimenea;
• ventilador de suministro de aire;
• depósito para el condensado y sistema de evacuación del mismo.

El equipo en cuestión casi siempre está equipado con una bomba de circulación incorporada para el fluido caloportador. La opción habitual con flujo natural de agua por las tuberías de calefacción es poco aplicable aquí. Si la bomba no viene incluida, deberá preverse obligatoriamente al preparar el proyecto de conexión de la caldera.

Los porcentajes adicionales de rendimiento en la caldera de condensación se generan como resultado del calentamiento del retorno mediante el enfriamiento de los gases de escape en la chimenea.

Las calderas condensadoras disponibles en venta son de un solo circuito y de doble circuito, así como en versiones de suelo y de pared. En esto no se diferencian de los modelos convectivos clásicos.

El principio de funcionamiento de la caldera de gas de condensación es el siguiente:

1. El calor principal lo obtiene el agua calentada en el intercambiador de calor n.º 1 de la combustión del gas.
2. Luego, el refrigerante circula por el circuito de calefacción, se enfría y llega al bloque intercambiador de calor secundario.
3. Como resultado de la condensación de los productos de combustión en el intercambiador de calor n.º 2, el agua enfriada se recalienta gracias al calor recuperado (ahorrando hasta un 30% de combustible) y vuelve al n.º 1 para un nuevo ciclo de circulación.

Para controlar con precisión la temperatura de los gases de escape, las calderas de condensación siempre están equipadas con un quemador modulante con un rango de potencia del 20 al 100% y un ventilador de suministro de aire.

Matices de funcionamiento: condensado y chimenea

En una caldera de convección, los productos de la combustión del gas natural (CO₂, óxidos de nitrógeno y vapor) se enfrían solo hasta 140–160 ⁰C. Si se enfrían por debajo, la corriente en la chimenea disminuirá, comenzará a formarse condensado agresivo y el quemador se apagará.

Todos los fabricantes de generadores térmicos de gas clásicos tratan de evitar que se produzca tal evolución de la situación para aumentar al máximo la seguridad de funcionamiento y prolongar la vida útil de sus equipos.

En una caldera de condensación, la temperatura de los gases en la chimenea oscila alrededor de 40 ⁰C. Por un lado, esto reduce los requisitos de resistencia al calor del material del tubo de la chimenea, pero por el otro impone limitaciones en su elección en cuanto a resistencia al ataque de ácidos.

Los gases de escape de una caldera de gas, al enfriarse, forman un condensado agresivo de alta acidez que corroe incluso el acero con facilidad.

Los intercambiadores de calor en los generadores térmicos de condensación se fabrican de:

• acero inoxidable;
• siluminio (aluminio con silicio).

Ambos materiales poseen características mejoradas de resistencia a los ácidos. El hierro fundido y el acero común no son adecuados en absoluto para las calderas de condensación.

El tubo de la chimenea para una caldera de condensación solo se permite instalar de acero inoxidable o plástico resistente a ácidos. Las chimeneas de ladrillo, hierro u otras no son adecuadas para este tipo de equipo.

Durante la recuperación en el intercambiador de calor secundario se forma condensado, que es una solución ácida débil y debe ser eliminado del aparato de calentamiento de agua.

Durante el funcionamiento de una caldera de condensación de 35–40 kW se generan aproximadamente de 4 a 6 litros de condensado. De forma simplificada, resulta alrededor de 0,14–0,15 litros por 1 kW de energía térmica.

En realidad, se trata de un ácido débil que está prohibido verter en un sistema de alcantarillado autónomo, ya que mataría las bacterias que intervienen en el tratamiento de residuos. Además, antes de verterlo en un sistema centralizado, se recomienda diluirlo primero con agua en una proporción de hasta 25:1. Luego ya se puede eliminar sin temor a dañar la tubería.

Si la caldera se instala en una casa con fosa séptica o sistema de tratamiento local, primero es necesario neutralizar el condensado. De lo contrario, matará toda la microflora en el sistema de depuración autónomo.

El 'neutralizador' se realiza en forma de un recipiente con virutas de mármol de una masa total de 20–40 kg. Al pasar a través del mármol, el pH del condensado de la caldera aumenta. El líquido se vuelve neutro o ligeramente alcalino, ya no es peligroso para las bacterias en la fosa séptica ni para el material del propio decantador. Es necesario cambiar el relleno de dicho neutralizador cada 4–6 meses.

¿De dónde proviene un rendimiento superior al 100%?

Al indicar la eficiencia de funcionamiento de una caldera de gas, los fabricantes toman como base el poder calorífico inferior del gas, sin tener en cuenta el calor generado por la condensación del vapor de agua. En un generador térmico convectivo, este último junto con aproximadamente el 10% de la energía térmica se pierde completamente por el conducto de humos, por lo que no se considera.

Sin embargo, si se suma el calor secundario de condensación y el principal del gas natural quemado, se obtiene justo más del 100% de rendimiento. No es ningún fraude, solo un pequeño truco en las cifras.

Al calcular el rendimiento según el poder calorífico superior, en una caldera de convección será de alrededor del 83–85%, y en una de condensación, del orden del 95–97%.

En esencia, el rendimiento «incorrecto» superior al 100% surge por el deseo de los fabricantes de equipos de generación de calor de comparar indicadores que son comparables.

Simplemente, en un aparato de convección el «vapor de agua» no se cuenta en absoluto, mientras que en uno de condensación debe tenerse en cuenta. De ahí provienen las pequeñas discrepancias con la lógica de la física básica que se enseña en la escuela.

Ventajas e inconvenientes del calentador de condensación

Entre las ventajas de la caldera de condensación se incluyen:

1. Reducción del 60–70% del volumen de emisiones nocivas (la mayor parte del dióxido de carbono y los óxidos de nitrógeno se van al condensado).
2. En comparación con los modelos de convección, un ahorro de hasta un 30% de combustible de gas por cada 1 kW generado.
3. Menores dimensiones del equipo de calefacción a gas para la misma potencia.
4. Baja temperatura de los productos de combustión en la chimenea (tan solo alrededor de 40 ⁰C).
5. Posibilidad de instalar una cascada de varias calderas.
6. Versatilidad (apto tanto para radiadores de calefacción como para «suelos radiantes»).
7. Presencia de automatización inteligente y completa autonomía de funcionamiento del generador de calor a gas sin intervención humana.

Un sistema en cascada de dos o tres generadores de calor permite instalar calderas de baja potencia, que generan menos ruido y vibraciones durante su funcionamiento que los modelos de mayor potencia.

Esto simplifica la instalación de todo el sistema de calefacción y permite reducir las dimensiones de la sala de calderas doméstica. Además, gracias a la posibilidad de un control más flexible del proceso de generación de calor, aumenta la eficiencia general del uso del equipo generador de calor.

Los costos de una caldera de condensación en comparación con una de convección convencional se recuperan en 5–6 años gracias al ahorro en gas natural.

Entre las desventajas de los generadores de calor de condensación cabe mencionar:

1. Alto precio del equipo (de 1,5 a 2 veces más alto que el de modelos similares en potencia de tipo convección clásico).
2. Problemas con la eliminación del condensado.
3. Reducción de la eficiencia al usar la caldera en sistemas de calefacción de alta temperatura.
4. Dependencia energética: para el funcionamiento del ventilador, la automática y la bomba de circulación se requiere electricidad.
5. Prohibición de uso con anticongelantes.

A pesar de los considerables costes iniciales, la caldera de condensación está plenamente justificada desde un punto de vista económico. Durante su funcionamiento, recupera con creces todo el dinero gastado inicialmente.

En Rusia, este tipo de equipos todavía no está muy extendido. La caldera de gas con recuperación es aún demasiado inusual y poco conocida en nuestro mercado. Pero el interés por estos generadores de calor va creciendo gradualmente.

Conclusiones y video útil sobre el tema

¿Cómo funciona un generador de calor de condensación:

Estructura de las calderas de gas con recuperación de vapor de agua:

Todas las ventajas de las calderas de condensación:

Si se analiza detenidamente cómo y según qué principios funciona una caldera de gas de condensación, los «incorrectos» 108–110% de rendimiento se convierten en cifras perfectamente comprensibles y justificadas.

El generador de calor con recuperación de gases de escape es realmente más eficiente en comparación con el diseño clásico. Su único inconveniente grave es el condensado de alta acidez, que debe ser eliminado en algún lugar.

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