¿Es necesario instalar un depósito de inercia?
La decisión de instalar un depósito de inercia depende del tipo de caldera e instalación. Aunque siempre se pueden encontrar excepciones debido a particularidades concretas de diseño y/o control de algunos modelos de caldera, los principales criterios de elección son los siguientes:
Como regla general, las calderas con cámara de combustión metálica con poca cantidad de combustible en su interior, bien dimensionadas, y donde es la propia caldera la que gestiona los consumidores (calefacción y/o ACS) no requieren depósito de inercia. La caldera sabe cuando tiene que funcionar o no, y puede "forzar" los consumidores (por ejemplo, el circuito de calefacción), si necesario, para evacuar el calor residual.
Si esa misma caldera no tiene control sobre los consumos, para evitar problemas de sobrecalentamiento de la misma, sería una buena idea disponer de un depósito de inercia. De esta forma los consumos dependerían de la inercia y la caldera solamente se ocuparía de mantener la inercia cargada.
Especialmente para la buena combustión de astilla, se recomienda el uso de cámaras de combustión de ladrillo o cemento refractario. Estas cámaras consiguen una elevada y uniforme muy alta temperatura de combustión que se traduce en una mayor eficiencia y menor cantidad de ceniza y partículas. Precisamente, la enorme inercia térmica y o “masa” térmica de estas cámaras de combustión o cámaras de combustión que dispongan de una importante cantidad de combustible podrían causar sobrecalentamientos de la caldera ante una súbita falta de demanda.
La forma más sencilla y lógica de solucionar un posible sobrecalentamiento es derivar ese calor hacia el depósito de inercia, a medida que es necesario y con el objetivo de mantener la temperatura de la caldera controlada. De esta manera guardamos esa energía a la espera del siguiente ciclo de demanda. Aquí cabe decir que, las calderas que trabajan con cinco sondas en el depósito de inercia pueden “predecir” mejor las variaciones de demanda y por lo tanto tienen un funcionamiento más “modulado” que se traduce en un funcionamiento general más eficiente.
Otra razón que hace que la inercia sea necesaria es la gestión de la combustión, así como del encendido y apagado de la caldera. Las calderas de biomasa requieren de cierto tiempo para el arranque y parada. Si hay demanda, el depósito de inercia puede suplirla mientras que caldera arranca, optimizando el proceso a nivel de seguridad y rendimiento. La inercia nos permite arrancar y parar consumos de forma inmediata sin problemas en relación a la caldera, pues esta no tiene que responder inmediatamente.
¿Qué características debe tener?
Mucha gente procedente de la energía solar térmica tiene miedo de que las pérdidas de calor sean un problema, pues en el caso de la solar, la pérdida de calor puede ser un factor importante debido a la baja producción energética. Pero en biomasa, por poco que sea el aislamiento del depósito de inercia, la pérdida de energía es irrelevante ante la optimización del funcionamiento de la caldera, que tiene un régimen más estable y menor número de paradas y arranques. Por lo tanto, el aislamiento es una de las características importantes de los depósitos de inercia, que ayuda a minimizar las pérdidas.
Uno de los factores que se suelen pasar por alto, y tiene mucha importancia, es el diseño del depósito de inercia. La clave está en que se produzca el máximo de estratificación, es decir, que el agua de los distintos niveles, con diferente temperatura, no se mezcle entre ella. Aunque la energía disponible sea la misma, no podemos obtener ACS si tenemos todo el depósito a 50ºC por falta de salto térmico, en cambio, sí podemos obtenerlo si tenemos la mitad inferior del depósito a 10ºC y la superior a 90ºC. A este efecto, los buenos depósitos de inercia disponen en su interior de sistemas cuyo objetivo es evitar que la impulsión de agua en su interior rompa la estratificación.
La estratificación es mejor siempre que el depósito tenga un diseño más alto y estrecho, ya que facilita la separación de capas con distinta temperatura. Por ese motivo, los depósitos de inercia deben instalarse siempre verticalmente. Como ya hemos mencionado anteriormente, el interior de los depósitos debe disponer de elementos (discos horizontales internos o deflectores en las bocas de conexión) que faciliten la estratificación y eviten, en la medida de lo posible, la mezcla de aguas. También es importante reducir al mínimo posible los caudales y velocidades del agua en las tomas de los depósitos.
Otro punto clave, es la interconexión entre depósitos, cuando la instalación requiere de más de un depósito, ésta se debe realizar siempre en paralelo y con retorno invertido. Es decir, interconectar con un tubo-colector la parte de arriba, y con otro la de abajo, además, deben entrar por un lado y salir por otro para que trabajen equilibrados. (Si entramos y salimos por el mismo depósito, el otro trabajará mucho menos por lo que lo desaprovechamos). Hay algunos fabricantes que tienen depósitos con conexiones especiales entre ellos pensadas para esa interconexión, lo que facilita la interconexión y mejora el flujo y estratificación entre los mismos.
¿Que tamaño debe tener?
El tamaño de los depósitos es un punto frecuente de discusión ya que normalmente se prevén volúmenes muy grandes que sorprenden a los no experimentados en instalaciones térmicas de biomasa. El primer error es pensarlo como un depósito de producción de ACS a nivel de cálculos energéticos. Por ejemplo, en ACS partimos de 10ºC y salimos a 60ºC, por lo tanto, tenemos uno salto térmico de 50ºC, y eso nos da la energía necesaria para calentarlo (o disponible para consumo). En cambio en el depósito de inercia, solemos tener un rango de trabajo de 60 a 80ºC y como pico 90º. Es decir, 20ºC de salto térmico y 30ºC como pico (ese pico se aprovecha solo en la parada). ¿Por qué un mínimo tan elevado? Esto se explica porqué +-60ºC suele ser la temperatura habitual de retorno de circuitos de radiadores, fancoils, intercambiadores de ACS, etc. Por lo tanto, la parte baja de la inercia no baja de 60ºC, si la caldera impulsa a 70-80ºC, vemos claramente que no tenemos mucho salto térmico disponible. La consecuencia evidente es que para almacenar la misma cantidad de energía necesitamos volúmenes más grandes. No podemos usar temperaturas de trabajo de la inercia inferiores a 60ºC. En caso de trabajar solamente contra suelo radiante, al tener un retorno a baja temperatura, podemos reducir volumen, pero si además tenemos ACS o un circuito a alta temperatura, ya no sería el caso debido a la mayor temperatura que requeriríamos para ello.
Otro punto clave a entender es la energía que tenemos que almacenar en la inercia. Esta puede variar bastante dependiendo del tipo de caldera, cámara de combustión, combustible, tipos y régimen de consumos, sistema de control de la caldera y de la instalación. Aunque existe normativa de otros países al respecto, la mejor referencia es el consejo del fabricante que nos dirá, en función de su experiencia, las medidas recomendables de litros de inercia por kW. El tamaño más habitual para la mayoría suele ser un rango de 20-30 litros por kW neto de potencia de la caldera. Por ejemplo 100 kW implicarían 2.000 a 3.000 litros.
¿En qué nos basamos para elegir 20 o 30? Depende de varios aspectos. Si por ejemplo sabemos que el consumo será muy estable con variaciones muy lentas podemos elegir los 20 litros. Si en cambio se prevén variaciones fuertes de consumo tenderemos a los 30 litros.
Algunas calderas, por su diseño especial, o por su forma de funcionamiento, pueden requerir volúmenes hasta de 100 litros por kW, o menos de los 20 litros.
Asimismo, calderas con grandes masas de refractario a muy alta temperatura requerirán de forma imprescindible volúmenes de inercia mayores, mientras que calderas sin refractario y quemadores pequeños requerirán volúmenes menores.
Por eso es importante seguir los consejos del fabricante que es quien conoce las necesidades de los equipos. Instalar un depósito demasiado grande en una caldera, aparte del momento del arranque que tardará más en dar servicio, no es ningún problema. Poner uno pequeño, puede ser un gran problema, por ejemplo, por sobrecalentamientos frecuentes (disparo termostato de seguridad). Pero muy a menudo, aunque no salte el termostato, la caldera se ve obligada a arrancar y parar mucho más y en peores condiciones, produciendo un aumento del consumo estacional y de suciedad del intercambiador y quemador (que puede llegar a ser significativo). En estos casos, sólo un técnico experimentado se dará cuenta de que dicho problema es consecuencia directa de una inercia demasiado pequeña.
¿Cómo se gestiona la inercia?
La forma más tradicional y simple es disponer de un sensor en la parte baja del depósito de inercia que para la caldera cuando llega a la temperatura correcta. Colocar otro sensor en la parte alta del depósito de inercia nos sirve para dar una señal de arranque a la caldera cuando la inercia superior se enfría. Este simple sistema permite que la caldera este parada horas o incluso días si no hay demanda o hay muy poca, pero cuando vuelve la demanda, la inercia da servicio y arranca la caldera.
Actualmente las calderas de alta calidad, están añadiendo sistemas de gestión de la inercia más sofisticados que consisten básicamente en disponer de un mayor número de sondas (entre 4 y 10 según el fabricante y modelo) repartidas a diferentes alturas del depósito, lo que permite hacer una estimación del estado de carga de la inercia (no solo arriba y abajo), y actuar de forma mucho más precisa sobre la caldera.
Hay que tener en cuenta que si la hidráulica está bien resuelta, el nivel de carga de la inercia es un fiel reflejo del balance de potencia generada por la caldera y consumida por el sistema.
Con este sistema multisonda, se regula la potencia de la caldera para mantener estable el nivel de carga en la inercia. Si sube la carga de la inercia disminuye la potencia y al revés. Esto es mucho más preciso y se anticipa a la respuesta mucho mejor que el mero control basado en temperatura de salida de caldera, mejorando de esta manera la eficiencia estacional de la caldera.
El sistema multisonda también es muy interesante para la gestión de varias calderas en cascada, pues estas arrancarán y pararán en función del estado de carga de la inercia, actuando de una forma mucho más estable y anticipada en relación al consumo, y aumentando también la eficiencia estacional.
En definitiva, vemos que el buen dimensionado de los depósitos de inercia es clave para el perfecto funcionamiento de este tipo de instalaciones. Se trata de una pequeña inversión que dará como como resultado un sistema más fiable, eficiente y que a corto plazo supondrá ahorros incluso también en el mantenimiento de los equipos. Los sistemas multisonda son la nueva generación de gestión de depósitos de inercia y son los que ofrecen mejores resultados. |