Calderas de gas: Toda una historia para ser más eficientes
La evolución de las calderas para ser más eficientes
En este artículo vamos a intentar entender la historia de las calderas y cómo han evolucionado en el tiempo con la intención de ser, ya no solo más eficientes, sino también de intentar mejorar frente al medio ambiente.
- 1. Sus orígenes
Denis Papin ( 1647 - 1714), un físico francés, inventor y visionario, que dedicó su vida al estudio de la física, fue el precursor de lo que hoy llamamos “olla a presión”.
Sus estudios permitieron determinar (junto a su maestro Christiaan Huygens) que existía la posibilidad de aprovechar la energía del vapor producido por el agua a presión.
Años después construyó su famosa olla con válvula de seguridad, que es la antecesora de las autoclaves.
En 1687, siendo profesor en la Universidad de Marburgo (Alemania) presentó un aparato perfeccionado. Eso le permitió demostrar que la condensación del vapor produce efectos muy similares a la depresión de los gases.
A finales del S XIX, el ingeniero escocés James Watt (1736-1819) dedicó gran parte de su vida al estudio de las maquinarias de vapor. Sobre todo, en referencia a las pérdidas de energía que se producían durante su funcionamiento.
Así fue como, luego de muchas pruebas, consiguió mover cada vez máquinas de mayor envergadura, con lo que con la imparable Revolución Industrial estaba en marcha.
A partir de allí todo fueron avances tecnológicos, no sólo pudieron moverse las máquinas, sino transportar las materias primas y elaborar productos que luego fueron enviados a destino con los ferrocarriles y los barcos de vapor.
De allí al transporte de personas y a la calefacción de hogares y sitios de trabajo, sólo hubo un paso.
- 2. La llegada de las calderas de gas
Con el paso de las décadas, la evolución tecnológica avanzó hasta la aparición de las primeras calderas de gas. Era una manera novedosa de calentar el agua. Ésta pasaba por un serpetín mientras que los quemadores alimentados a gas llevaban el agua hasta los 90 o C
Estas calderas, llamadas atmosféricas, tenían el peligroso inconveniente de que la zona donde se llevaba a cabo la combustión estaba en contacto con el aire. Esto, evidentemente, al producir el monóxido de carbono, lo enviaba directamente al lugar donde la caldera estaba instalada.
Si unimos a esto que esas calderas tienen una baja eficiencia energética, se hizo necesaria la aparición de las calderas estancas.
Se llaman así porque su zona de combustión está aislada del exterior. Y lógicamente trabaja con dos tubos. Uno es el de la entrada del aire, y el otro el de la salida de los gases, que va directamente al sistema de ventilación.
- 3. Sistemas de las calderas de gas modernas
Las innovaciones, la investigación, y las tecnologías cada vez más avanzadas, han permitido obtener mejoras sustanciales en el funcionamiento de las calderas de gas.
Un equipo de caldera es un recipiente cerrado, donde el agua se evapora gracias al calor que producen determinados gases.
Pero... ¿Qué lugar tienen frente a otros equipos de calefacción modernos? Aunque es evidente, y como veremos, el mercado nos ofrece muchos tipos de calderas. Me gustaría añadir la siguiente imagen donde se realiza una comparación de sistemas de calefacción:
La imagen forma parte del siguiente artículo ovacen.com/calderas-de-gas/ donde se indaga en las calderas para viviendas en la web de OVACEN. Como podemos ver, los avances técnicos han logrado que se sitúen en segunda posición desde una perspectiva de ahorro energético, pero, vamos a indagar un poco más sobre los diferentes sistemas...
Básicamente podemos distinguir su funcionamiento según esta clasificación:
- Calderas de gas estancas: Son las que tienen sellada la cámara de combustión. No consumen oxígeno dentro del local, y son de un tipo de funcionamiento muy seguro, precisamente porque el aire no entra en contacto con los gases que se producen con la combustión.
La cámara donde se realiza la combustión es totalmente hermética. Son bi-tubulares, por un conducto absorben el aire exterior, y por el otro extraen los gases tóxicos y los eliminan a través de la tubería de ventilación.
- Calderas de gas de bajo NOX: Estas calderas también son estancas. La diferencia fundamental está en su diseño. Su sistema es similar a las calderas de condensación, y ofrece un índice de emisión de NOX ( óxido de nitrógeno u óxido nítrico) más bajo. De allí su nombre.
Incorpora un diseño especial en el sistema de combustión. Al reducir los gases contaminantes, cumple con las normativas de ecología y cuidado del medio ambiente. Usa, como las calderas estancas, el aire del exterior. El quemador es refrigerado por el circuito de agua, y de esa forma se reduce la temperatura de los humos y con ello la contaminación.
- Calderas de gas atmosféricas: En estos aparatos, la cámara de combustión está abierta. Muy al contrario de las calderas estancas. En estas calderas el aire que se utiliza para la combustión está en el mismo sitio de la caldera. Eso hace que sea menos eficiente desde el punto de vista energético, y que sea más contaminante. Con este sistema, los gases de combustión quedan en el aire de las viviendas.
- Calderas de gas de condensación: Estas calderas se consideran una revolución en el funcionamiento. También son estancas, pero con la ventaja añadida de que se reutiliza la energía que genera el vapor de agua en la combustión del gas.
La normativa europea exige desde el año 2015, que estas sean las únicas calderas domiciliarias de instalación permitida.
Su rendimiento comparativo puede ser mayor al 100%. Ahorro de energía y de costes, y mejor producción de agua caliente y/o sistemas de calefacción.
Esto se obtiene en estas calderas, gracias a que la cámara estanca enfría los gases hasta aproximadamente los 70o C. Entonces el calor latente que está cerca de los 200 o C se aprovecha para generar más energía. Siendo el gas enfriado el dióxido de carbono, lo que sale mayormente al exterior es vapor de agua, de bajo o nulo nivel contaminante.
Actualmente la mayoría de las calderas instaladas para la provisión de agua caliente y calefacción, son del tipo estanco. Su emisión de NOX (óxido nítrico) es muy baja aunque contaminante.
Las calderas atmosféricas ya no se fabrican debido a su prohibición por el alto nivel de contaminación del medio ambiente.
Y las calderas de condensación van imponiéndose en el mercado, gracias a su efectividad energética, su rendimiento y el bajo poder contaminante. Y, si bien su precio es más alto respecto a las otras, se amortiza rápidamente la inversión con el ahorro del combustible gaseoso.
- 4. Calderas más eficientes y ecológicas.
Con el tiempo, obtenemos calderas más eficientes y ecológicas. Las calderas de condensación han sido la mayor innovación de las últimas décadas.
Como nota, desde este artículo publicado en linkedin nos reseña que las calderas aún existentes de carbón en Madrid son la posible causa de una buena parte de la contaminación existente en el ambiente de esta ciudad. EL mapa siguiente reseña cuántas calderas de carbón aún hay en los barrios de madrid:
El tráfico rodado es el factor que más incide en la contaminación de la ciudad. Aunque los sistemas de climatización juegan otro papel importante, y eliminar el uso del carbón es el objetivo se reseña en este artículo de Elconfidencia donde diferentes expertos debaten sobre la temática.
Son ideales para la distribución de la calefacción por radiadores o por losa radiante. En el caso de la calefacción por radiadores, la humedad ambiente se mantiene en valores muy aceptables, siendo una de las más recomendadas por los expertos.
Mientras las calderas de condensación se imponen en el mercado y son actualmente las únicas que se fabrican para cumplir la normativa, se mantienen en uso las que están instaladas. Como ya hemos dicho, la mayoría del tipo estanco.
Otros sistemas de calefacción, como por ejemplo las calderas de ventilación o tiro forzado, que funcionaban con gas y con el envío del aire caliente a través de conductos, han quedado en desuso.
Sin duda el futuro apunta a calderas más ecológicas y otros sistemas menos contaminantes de calefacción que ya hablamos en este mismo portal. La Normativa ecológica (Directiva EcoDesign 2009/125/EC) afecta directamente a las bombas de calor, los electrodomésticos, y especialmente a las calderas de gas.
La intención de la Comunidad Europea a través de estas normativas es la de reducir las emisiones de gases en un 20% y producir el equivalente, es decir otro 20%, en energías renovables, en un período que se estima llevará hasta el año 2020.
Las calderas de gas continúan su viaje mientras las calderas de biomasa o las bombas de calor geotérmico y aerotérmico intentan buscar su sitio en el mercado.
- 5. Calderas de gas industriales
Es importante conocer también el funcionamiento de las calderas industriales. Es importante resaltar que requieren un mantenimiento intensivo, ya que, por las grandes presiones ejercidas en su interior, siempre subyace el peligro de una explosión con el consiguiente riesgo para las personas y las construcciones.
Las calderas industriales son utilizadas en innumerables procesos. Son, como sabemos, equipos para generar vapor.
Su comportamiento es el de un instrumento térmico que convierte el agua en vapor mediante la combustión del gas.
Siempre que un proceso industrial requiera altas temperaturas, por ejemplo en las químicas o petroquímicas, se utilizan calderas de gran tamaño.
El vapor es producido por un generador. De allí avanza por tuberías. Calientan agua y generan vapor. Y se utilizan para ello dos sistemas muy comunes que son el tubo de humos y el tubo de agua.
Conclusiones
En nuestro pequeño capítulo referido a los orígenes de las calderas, hemos hablado de esas máquinas de vapor que eran capaces de hacer funcionar grandes maquinarias.
Las calderas industriales modernas hacen lo mismo, aunque con un mayor nivel de seguridad.
Constan de un quemador donde se realiza la combustión del gas, y un recipiente separado. En este recipiente que está unido directamente a la caldera, y es donde se libera el vapor.
Las más utilizadas actualmente son las flamotubulares, donde el gas se envía directamente a través de una tubería, y el aceite a través de un tanque a presión.
Ahora bien, en cualquier tipo de caldera, con cualquier funcionamiento, el combustible debe ser suministrado para crear calor y vapor.
La temperatura está regulada por un termostato, que es el que indica la presión y temperatura que existen en la caldera.
De esa forma, cada sitio de la industria que lo requiera obtiene la presión y temperatura necesarias.
Desde el S XVII hasta el S XXI, las calderas en cualquiera de sus formas, primitivas, o modernas, forman parte del confort de todos los hogares y son un equipamiento indispensable en el mundo de la industria.
