Rendimiento de las calderas
Se llama rendimiento de una caldera a la relación, generalmente expresada en porcentaje, entre el calor realmente producido (calor útil) en la caldera y la capacidad de producir calor del combustible empleado.
Se consideran normalmente dos tipos de rendimiento: rendimiento instantáneo y rendimiento estacional.
Son varios los procesos que restan rendimiento durante la combustión:
- Mezcla con el aire necesario para la combustión: generalmente el aire proporcionado a la caldera suele estar a la temperatura ambiente, por lo que una parte del calor producido en la combustión se empleará en calentarlo. En la combustión, el único componente útil del aire es el oxígeno, como comburente, pero este es apenas un 22% del total y el resto, el 78%, es nitrógeno fundamentalmente y otros gases en muy pequeña medida, que no intervienen, y que saldrán calientes por los sistemas de evacuación de gases quemados, perdiéndose en la atmósfera el calor empleado en calentarlos.
- Por ello es muy importante que la entrada de aire sea limitada a lo justo y necesario, sin excesos. Teóricamente, el combustible ha de encontrar el número de átomos de oxígeno necesario para la combinación completa de los elementos que lo forman. Cualquier exceso, sería añadir un exceso de aire, bajando el rendimiento. De cualquier modo, siempre es necesario un pequeño exceso de aire para evitar que algunas moléculas de combustible «no encuentren» sus correspondientes átomos de oxígeno, lo que daría inquemados.
- Pérdidas de calor del sistema: como cualquier sistema físico, en la caldera y sus accesorios, es imposible evitar pérdidas de calor, de modo que una parte del calor producido se pierde por la envolvente del hogar hacia el local donde está la caldera. Naturalmente, es importante que la envolvente está adecuadamente aislada térmicamente.
- Pérdidas por los gases quemados: también se pierde calor por los gases quemados expulsados al exterior, los cuales están calientes, no solo el nitrógeno, ya mencionado, sino los gases producidos en al combustión: dióxido de carbono y vapor de agua.
- Hay que sumar también el calor latente de cambio de estado del agua, que lleva calor al exterior al ser expulsada en forma de vapor. Existen calderas de condensación que recuperan en gran parte este calor, aumentando mucho el rendimiento, pero incluso en ellas, parte del vapor sale al exterior por el conducto de gases quemados.
- Pérdidas por puesta en marcha: en cada arranque y parada se producen pérdidas porque la caldera está fría y porque el combustible no se quema completamente en esos primeros momentos.
El rendimiento instantáneo se mide con la caldera en marcha, a plena potencia y cuando lleva un rato funcionando. Tiene en cuenta las tres primeras causas de pérdidas entre las enumeradas más arriba. Los requisitos de rendimiento de las calderas que se exigen en las diversas normativas nacionales e internacionales, se refieren a este rendimiento específicamente.
La cuarta causa, el calor latente de vaporización del agua formada en la combustión, se tiene directamente en cuenta al tomar el rendimiento sobre el poder calorífico inferior, de modo que, aunque es una pérdida de calor, no se contabiliza en la mayoría de los casos.
Entre unas cosas y otras, el rendimiento instantáneo de una caldera oscila entre el 70% y algo más del 90%, sobre el poder calorífico inferior del combustible, teniendo mejor rendimiento las calderas grandes; también mejora el rendimiento parcializando la generación de calor, con dos o más generadores en paralelo o con quemadores de tres etapas o modulantes, de modo que alguna caldera no pare en ningún momento.
Las mencionadas calderas de condensación pueden llegar a tener rendimientos del 105% sobre el poder calorífico inferior, pero evidentemente siempre por debajo del 100% cuando se refiere al poder calorífico superior.
El rendimiento estacional tiene en cuenta, además, la última causa y depende, más que del propio generador, del uso que se haga de él y del modo como esté instalado (en serie con otros, con quemador de una etapa o varias o modulante, etc).
Otra condición indispensable para el buen rendimiento de los generadores es llevar a cabo un adecuado mantenimiento, no solo de limpieza, sino de puesta a punto del quemador. Con el funcionamiento pierden el buen punto, y entonces se reduce el rendimiento (exceso de aire o falta del mismo, con parte del combustible inquemado).
La norma UNI 10389:2009 contempla los siguientes tipos de rendimiento:
- Los valores nominales de las potencias y de los rendimientos son los declarados y garantizados por el constructor para el régimen de funcionamiento continuo;
- La potencia térmica del hogar en un generador de calor es el producto del poder calorífico inferior del combustible empleado por el caudal de combustible quemado (m3/h calculados por ejemplo por el contador); la unidad de medida utilizada es el kW;
- La potencia térmica convencional en un generador de calor es la potencia térmica del hogar menos la potencia térmica perdida en la chimenea; dicha potencia no representa la potencia realmente cedida al fluido caloportador (agua o aire) al no considerar las pérdidas de la caldera en el ambiente donde se encuentra; la unidad de medida utilizada es el kW;
- La potencia térmica útil en un generador de calor es la cantidad de calor trasladada en la unidad de tiempo al fluido caloportador, correspondiente a la potencia térmica del hogar menos la potencia térmica intercambiada por el envolvente del generador con el ambiente y menos la potencia térmica perdida en la chimenea; la unidad de medida utilizada es el kW;
- El rendimiento de combustión, sinónimo de rendimiento térmico convencional en un generador de calor, es la relación existente entre la potencia térmica convencional y la potencia térmica del hogar;
- El rendimiento térmico útil en un generador de calor es la relación existente entre la potencia térmica útil y la potencia térmica del hogar.