Principio de funcionamiento de una caldera de gas de doble circuito de calefacción y características de su conexión

Todas las cuestiones de organización del suministro de calor autónomo y preparación de agua caliente se resuelven con la adquisición de una caldera capaz de dar servicio a ambos sistemas. Sin conocer el principio de funcionamiento de la caldera de gas de doble circuito de calefacción, resultaría ilógico no solo realizar la compra, sino también operar el equipo. ¿Está de acuerdo?

Le explicaremos el esquema de funcionamiento del aparato de calefacción, analizaremos todos sus puntos débiles y fuertes. Entendiendo la base del funcionamiento del equipo, podrá utilizar fácilmente todas sus ventajas. Y en caso necesario, podrá detectar a tiempo las fallas en el funcionamiento, comprender y eliminar las causas de su origen.

Dispositivo de la caldera para dar servicio a dos circuitos

El generador de calor de gas de doble circuito se diferencia de su análogo de circuito simple en que, en lugar de un intercambiador de calor, tiene dos, denominados en la terminología técnica primario y secundario.

El primero, es decir, el intercambiador de calor primario, está ubicado directamente en la zona de combustión de la llama. Su tarea consiste en calentar el refrigerante para el funcionamiento de la red de calefacción. El intercambiador de calor secundario se encarga del funcionamiento del ACS.

El funcionamiento estable del aparato de calefacción es posible gracias al trabajo coordinado de todos sus componentes. La información sobre los principales nodos funcionales ayudará a comprender el principio de funcionamiento del equipo.

En la construcción de cualquier equipo de doble circuito se incluyen los siguientes elementos estándar:

• Cámara de combustión con bloque de quemador;
• Intercambiadores de calor;
• Dispositivos de control y protección del equipo.

Para comprender las particularidades del diseño de las calderas de gas de tipo doble circuito, nos detendremos en detalle en cada uno de sus elementos constructivos.

Tipos de quemadores de gas para calderas de doble circuito

El quemador de la caldera de gas se encarga de obtener el volumen suficiente de calor necesario para el funcionamiento de la calefacción y del circuito de suministro de agua caliente. La energía térmica se obtiene mediante la combustión del combustible. El quemador se coloca en la cámara de combustión, en la que además del gas se inyecta aire. Este es necesario para el proceso de combustión.

Dependiendo de los modos de trabajo, los quemadores se pueden clasificar en los siguientes tipos:

• Quemador de una etapa. La unidad con este tipo de quemador solo puede funcionar en dos modos: «Parada» e «Inicio». Estas calderas, a pesar de su baja eficiencia y vida útil reducida, son populares debido a la simplicidad de su diseño y su bajo costo.
• Quemador de dos etapas. El aparato de calefacción con este quemador puede funcionar a plena potencia y a media potencia. Sus ventajas se notan en la temporada cálida, cuando no es necesario operar el equipo a plena potencia para calentar agua que no está demasiado fría.
• Quemador modulante. El sistema inteligente de la caldera con este quemador permite configurar y regular la potencia. Esta caldera se caracteriza por una larga vida útil y eficiencia, pero también es considerablemente más cara que las unidades con quemadores de una y dos etapas.

Los quemadores se dividen en diseños de tipo abierto y cerrado. En el tipo abierto, el aire necesario para la combustión ingresa directamente desde la habitación donde se encuentra la caldera. Para la evacuación de los gases de combustión se necesita una chimenea que debe proporcionar suficiente tiro natural.

Las calderas de calefacción atmosféricas se equipan, por lo general, con un tubo metálico común; las turbinadas – con una chimenea coaxial. Dependiendo de las condiciones técnicas del local, el conducto de humos se coloca verticalmente o se construye en ángulo. Las variantes angulares se sacan a través de la pared hacia el exterior o se conectan a una chimenea comunitaria.

El quemador de gas es el elemento principal de la caldera de gas de doble circuito; se encarga de la combustión del combustible y de la obtención de energía térmica en la cantidad necesaria.

Las calderas turbinadas están equipadas con cámaras de combustión cerradas, en las que el aire no puede ingresar de forma espontánea. Son más seguras y fiables en funcionamiento, pero más caras y complejas de operar. Las calderas con quemadores cerrados, además de la evacuación de humos, necesitan un conducto por el que se suministre el oxígeno necesario para la combustión a la cámara.

Por eso equipan las calderas turboalimentadas con tubos coaxiales, ya que además de evacuar el humo, también aspiran aire fresco del exterior. A veces, para el funcionamiento normal, se conectan dos conductos de humo coaxiales a la cámara de combustión cerrada. Además, toda la estructura se complementa con un tubo para la entrada de aire.

Todas estas calderas están equipadas con ventiladores que garantizan el movimiento del humo, sistemas de protección multinivel y automatización. Para el funcionamiento de los dispositivos y sistemas mencionados se necesita electricidad. Su desventaja es la dependencia energética, que aumenta los costes operativos.

Variedades de intercambiadores de calor de equipos de gas

Si mediante el quemador se realiza la combustión del combustible con el fin de obtener calor, el intercambiador de calor asegura la obtención de ese calor para su posterior transferencia al agua. Como ya se mencionó, en la caldera de doble circuito están presentes el intercambiador de calor primario y el secundario.

El intercambiador de calor primario se encuentra directamente sobre el quemador y consiste en un tubo con aletas en forma de serpentín. Bajo la acción de la llama, el agua en el intercambiador se calienta y pasa a través de la válvula de tres vías hacia la distribución del sistema de calefacción.

El intercambiador de calor secundario consiste en un sistema de placas onduladas ensambladas en un bloque único con dos pares de orificios. Cada par de orificios tiene sus propias funciones.

A través de uno de los pares fluye agua de la red de suministro, y a través del segundo circula el refrigerante que ingresa al circuito de calefacción. Este sistema de intercambiadores de placas y tubos se denomina doble.

El intercambiador de calor primario y el secundario están integrados en un solo sistema, y su correcto funcionamiento es garantizado por una válvula de tres vías especial.

Existen aparatos de calefacción en los que, en lugar de un sistema doble, se utiliza un intercambiador de calor bitérmico de configuración compleja. Este intercambiador está fabricado en cobre y consiste en un par de tubos colocados uno dentro del otro. Por el tubo exterior circula el refrigerante, y por el interior, el agua para el suministro de agua caliente sanitaria (ACS).

El intercambiador de calor bitérmico del calentador de refrigerante y agua se distingue por su configuración compleja, donde el tubo de un circuito se inserta dentro del tubo del otro circuito.

Las calderas con intercambiador de calor bitérmico son más complejas de operar, ya que ambos intercambiadores forman un solo bloque, lo que dificulta su limpieza de la cal. Sin embargo, estos aparatos de calefacción tienen demanda porque se caracterizan por sus reducidas dimensiones y alta velocidad de calentamiento del agua.

Automática o unidad de control de la caldera

La automática de la caldera se encarga del funcionamiento seguro y estable. Controla la temperatura del agua en los componentes del ACS, mantiene la temperatura del fluido caloportador en las líneas de suministro de calor. La automática de la caldera de gas no permite el funcionamiento del aparato de calefacción en caso de situaciones peligrosas.

La unidad interrumpe el funcionamiento o no se enciende en los siguientes casos:

• Presión reducida en el sistema de gas;
• Falta de tiro;
• Ausencia o sobrecalentamiento crítico del refrigerante.

La unidad de control, que supervisa el funcionamiento de los dispositivos de protección y automatización del proceso, está compuesta por un conjunto de interruptores, circuitos integrados o una combinación de estos. Además de garantizar la seguridad y controlar la temperatura, también supervisa el funcionamiento de la bomba de circulación y del ventilador.

Las calderas de gas modernas se caracterizan por contar con un control inteligente, cuyo software incluye varios modos de funcionamiento.

Principio de funcionamiento y especificidad

Muchos propietarios de equipos de gas ni siquiera se preguntan cómo funciona realmente una caldera de gas de doble circuito. Creen erróneamente que el calentamiento del agua y del circuito de calefacción ocurre al mismo tiempo. En realidad, no todo es tan favorable.

La caldera de gas de doble circuito no puede funcionar simultáneamente en dos modos, proporcionando el funcionamiento de los sistemas de calefacción y ACS. Esto se confirma por la presencia de una válvula de tres vías en su dispositivo.

En modo normal, la caldera funciona continuamente solo para calentar el fluido caloportador que circula en el sistema. La frecuencia de encendido y la intensidad de la combustión son controladas por un sensor de temperatura. Simultáneamente con el quemador, también se pone en marcha la bomba de circulación, si el funcionamiento del sistema de calefacción no se basa en la circulación natural del fluido caloportador.

El espacio en la parte inferior de la caldera mural está destinado para la conexión de gas, la conexión de agua fría, así como las salidas del sistema de ACS y del circuito de calefacción.

En esencia, cuando la temperatura del refrigerante alcanza el valor establecido, el sensor envía una señal para reducir la actividad del quemador. Hasta que la temperatura baje al valor establecido, la caldera permanecerá en modo pasivo. Luego, nuevamente llega una orden del sensor al sistema automático para activar la válvula de suministro de combustible.

Esquema de funcionamiento de la caldera de doble circuito

La presencia del sistema de ACS complica un poco el esquema de funcionamiento de la caldera de gas de tipo bitérmico. El fluido caloportador calentado por el quemador, al moverse a través del intercambiador de calor, garantiza el calentamiento del intercambiador de placas, por el que circula el agua de la red.

Esquema constructivo de una caldera de gas de doble circuito con un intercambiador de calor bitérmico y dos intercambiadores comunes. En la primera variante, no es necesario utilizar dos intercambiadores de calor.

El uso simultáneo del modelo de doble circuito en modo de calefacción y suministro de agua caliente no es posible. Al activar el grifo de agua caliente, gracias a la válvula termostática de tres vías, se detiene la circulación del refrigerante por los circuitos de calefacción. La caldera pasa al modo de circulación de agua por el circuito con el intercambiador de calor de placas, que calienta el agua para uso doméstico.

Con un consumo significativo de agua caliente durante un período prolongado, el funcionamiento de la caldera orientado a la calefacción puede verse paralizado. El problema se puede resolver de dos maneras: prever la instalación de un aparato de calefacción más potente o incluir en el esquema de instalación un calentador de agua de calentamiento indirecto.

Con un uso activo del sistema de ACS, es posible instalar una caldera bitérmica con calentador de agua incorporado. En este caso, el consumo de combustible aumenta ligeramente debido a que, en la pausa entre los ciclos de funcionamiento del sistema de calefacción, la energía del quemador se utiliza para mantener la temperatura del agua en el calentador de agua a gas adicional.

Cierta reserva de agua caliente en el calentador integrado permite utilizar el sistema de ACS sin desconectar el circuito de calefacción. Como resultado, ambos sistemas funcionan alternativamente, sin que exista el factor de sobrecalentamiento del líquido y prolongándose la vida útil del intercambiador de calor.

La caldera con calentador estándar integrado no solo proporciona un volumen de reserva suficiente de agua caliente, sino que también ayuda a evitar una desconexión prolongada del circuito de calefacción.

El calentador estándar integrado permite obtener en cualquier momento agua caliente a la temperatura deseada, cuya reserva se garantiza de forma automática, mientras que el sistema de ACS de paso requiere varios minutos para calentar el agua hasta la temperatura requerida.

Tipos de ejecución de calderas de gas para dos circuitos

Las características de funcionamiento del equipo de gas vienen determinadas en gran medida por la variante de ejecución del aparato de calefacción. Las calderas modernas se fabrican en dos formatos: de pie y murales.

Al elegir la variante de ejecución, hay que tener en cuenta el tamaño de la superficie a calentar y la intensidad de uso del sistema de ACS. Hay que entender que las calderas murales son más compactas, pero al mismo tiempo tienen una potencia mucho menor.

La caldera mural de gas de dos circuitos se caracteriza por su tamaño compacto y diseño moderno, pero solo es eficaz para calentar espacios de pequeña superficie con un consumo moderado de agua caliente.

La elección de una caldera bitérmica de pared puede estar justificada si la superficie a calentar no supera los 200 m² y la capacidad total del sistema de ACS no es superior a 14 l/min.

Las dimensiones reducidas de la caldera mural, aunque parecen una ventaja, en realidad ocultan muchos inconvenientes. La compacidad se logra mediante el uso de tubos más finos en el intercambiador de calor. Además de tener una vida útil más corta, existe el riesgo de que se obstruyan.

En las instalaciones de pie se utilizan intercambiadores de calor de hierro fundido más macizos y fiables. Esto no solo aumenta la fiabilidad del funcionamiento del aparato de calefacción, sino que también prolonga su vida útil.

Ventajas y desventajas de los equipos de doble circuito

Las ventajas del equipo de calefacción de dos circuitos son las siguientes:

• Consumo económico de combustible. El punto de comparación es el uso de una caldera de dos circuitos o una de un circuito con calentador de calentamiento indirecto.
• Tamaño compacto. La gran mayoría de las calderas de dos circuitos son aparatos de calefacción murales. Son fáciles de instalar tanto en cuartos de servicio como en cocinas pequeñas.
• Versatilidad. No es necesario comprar equipos adicionales ni resolver problemas de compatibilidad con la caldera.

En un solo equipo ya se integran acertadamente en un sistema automatizado único un calentador de agua de paso, un aparato de calefacción y una bomba de circulación.

Evidentemente, junto con las ventajas, también existen sus propios inconvenientes:

• Imposibilidad de funcionamiento simultáneo de la calefacción y el circuito de ACS. Debido a esto, un consumo significativo de agua caliente puede provocar una disminución de la temperatura en la vivienda.
• Limitaciones de potencia de los modelos murales. Las calderas murales compactas, debido al tamaño mínimo del quemador, no pueden garantizar el régimen de temperatura requerido con la máxima presión. Este inconveniente se observa cuando los puntos de toma de agua están ubicados lejos.
• Sensibilidad a la calidad del agua. El intercambiador de calor secundario de placas es exigente con la calidad del agua consumida. La presencia de impurezas obliga al uso de medios para reducir su dureza y a realizar la limpieza del fluido caloportador.

Otro criterio para evaluar una caldera de doble circuito es su costo. El precio de un calentador de doble circuito es más alto que el de un análogo de un solo circuito.

Sin embargo, si se considera la presencia del sistema de ACS y las formas de resolver el problema en caso de instalar una caldera de un solo circuito, al incluir en el esquema de montaje un calentador de agua de calentamiento indirecto, el precio de la caldera de doble circuito será menor.

Conclusiones y video útil sobre el tema

El siguiente video presenta los componentes estructurales y el principio de funcionamiento del equipo de calefacción a gas:

El autor del video mostrará el sistema de tuberías de una caldera de gas de doble circuito:

Un conocimiento detallado de las características y el principio de funcionamiento de los equipos de gas de doble circuito permite determinar las ventajas de su uso. La adquisición de estos calentadores ayudará a ahorrar en la compra de equipos adicionales necesarios para organizar el sistema de ACS.

En caso de avería de uno de los circuitos, es posible utilizar el otro, y la sustitución de un circuito siempre será más barata que la reparación de un equipo de calefacción independiente. La caldera de doble circuito también se puede utilizar en la temporada cálida, operándola solo en modo de calentamiento de agua para uso doméstico, lo que radica su comodidad y economía en comparación con la compra de unidades separadas.

Cuéntenos cómo eligió una caldera de gas de doble circuito para equipar su propia casa/departamento/cabaña. ¿Qué fue para usted el criterio decisivo en la elección? Comparta, por favor, información útil sobre el tema, fotografías en el bloque ubicado debajo, y haga preguntas.