Si compruebas los catálogos de los fabricantes verás que en todos ellos se marca un rendimiento de la caldera. Pero este rendimiento se obtiene en unas circunstancias determinadas y muchas veces el valor obtenido en una instalación real se aleja bastante de esos valores.

Podemos distinguir tres mediciones de rendimientos: combustión, instantáneo y estacional. Cada uno de ellos incorpora pérdidas que no se han tenido en cuenta en los parámetros anteriores.

Rendimiento de la combustión: Las pérdidas consideradas son por calor sensible en los humos y por inquemados. El resultado se utiliza para determinar el correcto ajuste de un quemador y el estado de limpieza de las superficies de intercambio de la caldera.

Rendimiento instantáneo: A las pérdidas anteriores añade las producidas por radiación y convección con el quemador en marcha y con la caldera a una temperatura de funcionamiento determinada. Este rendimiento se expresa con porcentajes de carga de funcionamiento del quemador del 100 % y del 30 %, respectivamente. Es un porcentaje que nos permite comprobar el comportamiento energético de una caldera en marcha. Observa cómo una caldera de condensación tiene un rendimiento que varíaen función de la temperatura de salida del agua. Cuando tenemos una caldera de condensación que funciona con temperaturas de salida de 70 ºC, su rendimiento no esmuy diferente del de una caldera cualquiera.La ventaja de la caldera de condensación es cuando funciona con temperaturas bajas (del orden de 50ºC), lo cual se consigue con calefacción con suelo radiante y con bajas temperaturas de ACS.

Rendimiento estacional o rendimiento medio anual. El valor anterior nos va a dar una medida del comportamiento de la caldera cuando está en marcha. Sin embargo, en la realidad, la caldera pasa una gran parte del tiempo en disposición de servicio, en espera de ser utilizada. La caldera arrancará periódicamente para mantener esa disposición de servicio, aunque no haya demanda en la instalación. El rendimiento estacional permite hacer un cálculo real del consumo anual de una caldera ya que tiene en cuenta la cantidad de energía que consumiremos durante ese período llamando a estas pérdidas “pérdidas por disposición de servicio o de mantenimiento”.

El resultado de estos análisis conduce hasta el rendimiento estacional o rendimiento medio anual, que al contrario de lo que ocurre con los rendimiento de la combustión o instantáneo, este sí es directamente proporcional al consumo.

Las calderas estándar anteriores al año 1990 obtenían rendimientos estacionales aprox. del 75%. El rendimiento suele calcularse en base al PCI, en lugar de el PCS. Si lo hacemos frente al PCS, el rendimiento nunca será mayor del 100 %, mientras que si lo hacemos con el PCI, podemos obtrener rendimientos mayores del 100%, como vemos en los valores habituales de rendimiento estacional en algunas calderas (actualmenta las nuevas instalaciones deben tener calderas de alta eficiencia energética, como las de condensación):

Calderas Estándar atmosféricas a gas: 75 %
Calderas Estándar presurizadas a gas: 80 %
Calderas Estándar presurizadas a gasóleo: 78 %
Calderas de Baja Temperatura atmosféricas a gas: 93 %
Calderas de Baja Temperatura presurizadas a gas: 95 %
Calderas de Baja Temperatura presurizadas a gasóleo: 93 %
Calderas de gas de Condensación: 106 %

El cálculo del consumo de combustible de una caldera viene dado, como fácilmente puedes deducir, por:

Siendo:

: Caudal másico de combustible (kg/s)

: Potencia útil de la caldera (kW)

PCI : Poder caloríico inferior (kJ/kg)

η : Rendimiento de la caldera-quemador, respecto a PCI (tanto por uno)

La potencia útil dela caldera se calcula a partir de la carga térmica, aumentando esta con un porcentaje de seguridad que osciula entre el 20% y el 30% de la carga térmica.

Ejercicio resuelto

1.- Calcula la potencia de una caldera que debe suministrar ACS instantánea con un caudal de 0,2 l/s de agua a 60 ºC a partir del agua fría de la red que está a 10 ºC. El rendimiento nominal de la caldera es del 93 %,.

Retroalimentación

En primer lugar hay que determinar la densidad y el calor específico del agua a 60 ºC, que por tablas que ya hemos manejado con anterioridad es de, aproximadamente:

ρ = 983 kg/m3

c = 4,19 kJ/kg K

Sustituyen estos valores y los del enunciado, tenemos que:

Esta potencia teórica, debería aumentar en un cierto porcentaje, para mayor seguridad, por lo que la potencia útil que nos dé la caldera debería ser de, aproximadamente:

P = 41,19 · 1,2 = 49,43 kW → La potencia nominal de una caldera, raramente coincidirá con el valor de cálculo. En este caso, una caldera de 50 kW sería la adecuada

Fíjate que el valor del rendimiento no nos sirve para obtener el anterior valor. Otra cosa es que deseáramos calcular el consumo de esta caldera partiendo del dato de 41,19 kW y el PCI del gas natural.

Ejercicios para resolver

1.- Una caldera, que utiliza gas natural como combustible, alimenta un circuito de radiadores en una vivienda con una potencia térmica de 50 000 kcal/h; sabemos que la pérdida calorífica que se produce en las tuberías es igual a 2 200 kcal/h. Determina el gasto horario de combustible, si se utiliza gas natural con un PCI = 39,8 MJ/Nm³ y el rendimiento es igual al 92 %

2.- Una caldera calienta el agua que llega a 18 ºC hasta los 82 ºC. El combustible empleado tiene un PCI de 52 678 kJ/kg. El caudal de agua suministrada es de 5 m³/h. Si el rendimiento nominal de la caldera es del 89 %, determinar el consumo de combustible en kg/h.