Centrales de Calor

7/22/2019 Centrales de Calor

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A

horroyEficiencia

EnergticaenClimatizacin

GOBIERNODE ESPAA

MINISTERIODE INDUSTRIA, TURISMOY COMERCIO

Edificios

E F I C I E N C I A Y A H O R R O E N E R G T I C O

Gua tcnicaDiseode centrales

de caloreficientes


de caloreficientes

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GOBIERNODE ESPAA

MINISTERIODE INDUSTRIA, TURISMOY COMERCIO

Edificios

E F I C I E N C I A Y A H O R R O E N E R G T I C O


de caloreficientes

A

horroyEficiencia



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TTULO

Gua tcnica de diseo de centrales de calor eficientes

AUTOR

La presente gua ha sido redactada por la Asociacin Tcnica Espaola de Climatizacin

y Refrigeracin (ATECYR) para el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

(IDAE), con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energa en los

edificios.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a todas las personas que han participado en la elaboracin de esta gua y en

particular a D. Ricardo Garca San Jos y al Comit Tcnico de ATECYR responsable de su

revisin tcnica.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Esta publicacin est incluida en el fondo editorial del IDAE, en la serieAhorro y Eficiencia Energtica en Climatizacin.

Cualquier reproduccin, total o parcial, de la presente publicacin debecontar con la aprobacin del IDAE.

ISBN: 978-84-96680-55-5

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IDAE

Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

c/ Madera, 8

E - 28004 - Madrid

[email protected]

Madrid, junio de 2010


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N D I C E

1 Objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Combustin y combustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1 Combustin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 Poderes calorficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Densidad relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 Emisin de contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Conjunto trmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.1 Quemadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Calderas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3 Componentes del sistema de evacuacin de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4 Tipos de calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.1 Condensaciones en el lado de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2 Tipos de calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.3 Directiva 92/42/CEE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.4 Directiva 2005/32/CEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5 Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea. . . . . . . . . . . . . . 33

5.1 Rendimiento de la combustin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2 Prdidas por la envolvente de la caldera (Qrc). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.3 Rendimiento de generacin instantneo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.4 Rendimiento medio estacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.5 Clculo del rendimiento medio estacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6 Instalacin de calderas de potencia superior a 70 kW . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.1 Bancadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.2 Llaves de corte y vaciado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.3 Vlvulas de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.4 Presostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.5 Expansin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.6 Termostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41


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6.7 Termmetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.8 Contadores de horas y energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.9 Caudal mnimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.10 Temperatura mnima de retorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.11 Recogida de condensados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.12 Proteccin acstica de los quemadores mecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.13 Evacuacin de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.14 Datos mnimos necesarios que se solicitan al fabricante. . . . . . . . . . . . . . . 46

7 Temperaturas de funcionamiento de circuitos trmicos . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.1 Calefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.2 Agua caliente sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

7.3 Climatizacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

7.4 Piscinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

8 Central de produccin de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

8.1 Objetivos de la central trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

8.2 Circuitos hidrulicos habituales de la central trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

8.3 Otros circuitos hidrulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

8.4 Requisitos bsicos del sistema de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Anexo 1: Normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Anexo 2: Bibliografa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61


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Objeto

El objeto de la presente gua es definir los aspectos delas centrales de produccin de calor con mayor influen-cia en el rendimiento de las instalaciones de calefacciny ACS, proporcionndose unos criterios que sirvan a losproyectistas para seleccionar las instalaciones msadecuadas a los edificios en estudio.

El contenido de la misma se centra en las nuevas insta-laciones. En las reformas los criterios aplicables son losmismos, pero teniendo en cuenta las limitaciones queimponen los espacios disponibles.

En primer lugar se tratan las caractersticas de los com-bustibles ms empleados en las instalaciones trmicasde los edificios, con el fin de destacar los detalles msinteresantes para la obtencin de los mejores rendi-mientos y menores emisiones de contaminantes.

En el segundo captulo se contemplan los componen-tes de la produccin de calor: quemadores, calderas ychimeneas.

En el captulo 3 se definen los diferentes tipos de calde-ras, siendo las mismas el componente ms importantede la generacin de calor.

Los rendimientos instantneo y de generacin esta-cional se analizan en el captulo 4; con los mismos setienen los detalles con mayor influencia en la eficienciaenergtica de la produccin trmica.

En el captulo 5 se detallan los aspectos, tanto tcnicoscomo reglamentarios, a respetar en la instalacin decalderas de ms de 70 kW.

En el captulo 6 se indican las temperaturas de funcio-namiento habituales de los servicios trmicos de losedificios; estas temperaturas son determinantes para laseleccin de los tipos de calderas ms adecuados paracada aplicacin.

Por ltimo, en el captulo 7 se describen diferentes es-quemas de principio que, cumpliendo los requisitostcnicos y de seguridad, permiten obtener rendimientoselevados. Los esquemas mostrados deben ser tomadoscomo ejemplos de las mltiples soluciones posibles,siendo los propios proyectistas los que deben adoptarlas soluciones ms apropiadas a cada caso.

El documento se complementa con un anexo con la regla-mentacin aplicable y otro con la bibliografa bsica.


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Combustiny combustibles

En las centrales trmicas de los edificios el calor se ob-tiene de la combustin de los combustibles, por lo queen primer lugar es necesario recordar las caractersti-cas fundamentales de los mismos.

2.1 COMBUSTIN

La combustin es un conjunto de reacciones de oxida-cin con desprendimiento de calor que se producenentre dos elementos: el combustible, que puede ser

slido (pellets, carbn, madera, etc.), lquido (gasleo,etc.) o gas (natural, propano, etc.) y el comburente, ox-geno; se distingue de otros procesos de oxidacin porobtenerse el mantenimiento de una llama estable.

Para que la combustin tenga lugar han de coexistirtres factores, de modo que si falta alguno de ellos lacombustin no puede llevarse a cabo. Estos componen-tes son:

Combustible.

Comburente.

Energa de activacin.

El comburente universal es el oxgeno, por lo que en laprctica se utiliza el aire, ya que su composicin bsi-ca es 21% oxgeno (O2) y 79% nitrgeno (N2); la energade activacin es el desencadenante de la reaccin decombustin.

Los combustibles, al margen de que sean slidos,lquidos o gaseosos, estn compuestos, bsicamen-te, por carbono (C) e hidrgeno (H). Adems de estos

componentes principales tienen otros como azufre (S),humedad (H2O), cenizas, etc.

Las consideraciones siguientes se refieren al uso deaire como comburente, ya que es el utilizado en todaslas instalaciones de calderas.

La estequiometra de la combustin se ocupa de lasrelaciones msicas y volumtricas entre reactivos y pro-ductos; los aspectos a determinar son principalmente:

Aire necesario para la combustin.

Productos de la combustin generados y sucomposicin.

Para predecir estas cantidades es preciso referirse a unproceso ideal que dependa exclusivamente de la natu-raleza del combustible.

Para definir este proceso ideal se consideran los tiposde combustin que pueden darse: combustiones com-pletas e incompletas.

2.1.1 Combustin completa

Conduce a la oxidacin total de todos los elementos que

constituyen el combustible. En el caso de hidrocarburos:

Carbono: CO2.

Hidrgeno: H2O.

Azufre: SO2.

Nitrgeno: N2.

Oxgeno: participar como oxidante.

El nitrgeno se considera como masa inerte, si bien alas altas temperaturas de los humos pueden formarse


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Gua tcnica

Diseo de centrales de calor eficientes

xidos de nitrgeno en pequeas proporciones (del or-den de 0,01%).

2.1.1.1 Poder comburvoro

Es la cantidad de aire seco mnima, medida en condicio-nes normales (T = 0 C y P = 1 atm), necesaria para lacombustin completa y estequiomtrica de la unidad decombustible.

Unidades habituales: Nm3/kg combustible, Nm3/Nm3combustible (*).

Es un parmetro que depende nicamente de la compo-sicin del combustible, por lo que puede tabularse con

facilidad.

(*) Nm3(Normal m3) es el gas contenido en 1 m3a 0 C ypresin atmosfrica.

2.1.1.2 Poder fumgeno

Es la cantidad de productos de la combustin (Nm3) quese producen en la combustin estequiomtrica de launidad de combustible.

Si se considera, o no, el vapor de agua existente en losproductos de la combustin, se tienen los poderes fum-genos hmedo y seco, respectivamente.

2.1.2 Combustin incompleta

Los componentes del combustible no se oxidan totalmen-te por lo que aparecen los denominados inquemados, delos cuales el ms importante es el CO; otros posibles in-quemados son carbono, restos de combustible, etc.

2.1.3 Coeficiente de exceso de aire

En la prctica las combustiones no transcurren en con-diciones ideales (completa y estequiomtrica), paraconseguir la oxidacin completa la combustin real seproduce con exceso de aire, aunque tambin se pre-sentan situaciones en la que se tienen defectos de aire,habitualmente por un ajuste incorrecto de los elemen-tos de la instalacin de combustin.

Para caracterizar la proporcin de oxgeno se defi-ne el parmetro coeficiente de exceso de aire (n):

n = volumen aire por unidad de combustible/podercomburvoro.

n = 1 : combustin estequiomtrica.

n 1 : exceso de aire, se dice que la mezcla es pobre.

Para una correcta combustin debe lograrse una buenamezcla del combustible con el aire; en este sentido loscombustibles gaseosos presentan mayor facilidad demezcla que los lquidos y stos a su vez ms que los s-lidos; por ello pueden alcanzarse menores excesos deaire con los combustibles gaseosos.

2.2 PODERESCALORFICOS

Se define como poder calorfico de un combustible a lacantidad de calor que se obtiene de la oxidacin com-pleta, a presin atmosfrica, de los componentes de launidad de masa (o volumen) de dicho combustible. Ha-bitualmente se expresa en las siguientes unidades

Combustibles slidos: kWh/kg.

Combustibles lquidos: kWh/kg o kWh/l.

Combustibles gaseosos: kWh/kg o kWh/Nm3.

En la combustin, por la oxidacin del hidrgeno, seforma agua; adems, los combustibles pueden tenerun cierto grado de humedad en su composicin; de-pendiendo del estado en que aparezca el agua en loshumos, se distinguen dos tipos de poderes calorficos:

2.2.1 Poder calorfico inferior (PCI)

Es el calor que puede obtenerse en la combustin com-pleta de la unidad de combustible, si en los productos dela combustin el agua est en forma de vapor. Una par-

te del calor generado en las oxidaciones se utiliza paraevaporar el agua y por ello ese calor no se aprovecha.

2.2.2 Poder calorfico superior (PCS)

Es el calor generado cuando en los productos de la com-bustin el agua aparece en forma lquida; es decir, quese aprovecha todo el calor de oxidacin de los compo-nentes del combustible.

Con las temperaturas de humos habituales el agua se

evacua con los mismos en fase vapor, por lo que el po-der calorfico ms comnmente utilizado es el inferior.


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Combustin y combustibles

En la Tabla CBL-01 se muestran los poderes calorficos de los combustibles ms utilizados en los edificios de los sectoresresidencial y terciario.

TABLA CBL-01: PODERES CALORFICOS DE LOS COMBUSTIBLES

CombustiblePoder calorfico

PCI/PCS (%)Inferior (PCI) Superior (PCS)

Carbn 9,08 kWh/kg 9,43 kWh/kg 96,3

Gasleo 10,28 kWh/l 10,89 kWh/kl 94,4

Gas butano 12,73 kWh/kg 13,79 kWh/kg 92,3

Gas propano 12,86 kWh/kg 13,97 kWh/kg 92,1

Gas natural 10,83 kWh/Nm3 11,98 kWh/Nm3 90,4

En la Tabla CBL-02 se dan los poderes comburvoro y fumgeno hmedo, referidos a la unidad de energa (kWh) produ-cida en cada caso; con el fin de comparar los diferentes combustibles es ms interesante esta referencia a la unidad de

energa que a la unidad de masa o de volumen, ya que en este contexto la aplicacin de la combustin es la produccinde calor. Como referencia se ha tomado el PCI, por ser el ms habitual.

TABLA CBL-02: AIRE NECESARIO Y HUMOS PRODUCIDOS EN LA COMBUSTIN

CombustiblePoder comburvoro

Nm3(aire)/kWh (PCI)Poder fumgeno hmedoNm3(humos)/kWh (PCI)

Carbn 0,94 0,98

Gasleo 0,92 0,97

Gas butano 0,94 1,01

Gas propano 0,94 1,02

Gas natural 0,95 1,05

Los datos de la Tabla CBL-02 muestran que cualquieraque sea el combustible utilizado se requiere 1 Nm3deaire y se forman aproximadamente 1 Nm3de humos porcada kWh de energa producida. As, por ejemplo, unacaldera de 1.000 kW genera por cada hora de funciona-miento 1.000 kWh, requiere 1.000 Nm3de aire por horay produce 1.000 Nm3de humos en el mismo periodo defuncionamiento, cualquiera que sea el combustible parael que haya sido diseada. Ambas cantidades se vernafectadas por el exceso de aire, el cual se incorpora a

la combustin y aparece en los humos; es decir que siel exceso de aire hubiese sido del 20% las cantidadesreales seran 1.200 Nm3, tanto de aire como de humos.El exceso de aire obliga a incrementar la ventilacin ylas chimeneas.

La unidad siempre ser Nm3, el volumen real se verafectado por el incremento de temperatura, por lo queel volumen de humos ser superior al de aire, si bien elmismo puede ser calculado de manera muy aproximadaaplicando la expresin V/T = cte; no olvidando que T estemperatura absoluta en K. En las instalaciones de cal-

deras la presin ser la atmosfrica tanto para la tomade aire como para los humos.

Todos los locales donde haya calderasdeben estar adecuadamente ventilados

y, adems, disponer de chimeneas para laevacuacin de humos

2.3 DENSIDADRELATIVA

La densidad relativa de los combustibles gaseosos esotra propiedad a tener en cuenta en previsin de posi-

bles fugas, desde el punto de vista de la seguridad.

Los combustibles slidos se quedan en el lugar en quese encuentran y su mayor peligro proviene de las po-sibles nubes de polvo que originen. Los combustibleslquidos, como el gasleo, en caso de fuga quedan enel suelo, as en los locales donde se almacenan y uti-lizan se debe sobreelevar un poco la entrada para queel posible combustible fugado quede confinado. Loscombustibles gaseosos, sin embargo, tienden a ocupartodo el volumen del recinto en el que se encuentran, porlo que en caso de fuga la misma se debe evacuar con

ventilacin.


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Gua tcnica


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La Tabla CBL-03 muestra la densidad relativa de los combustibles gaseosos respecto a la del aire. El gas natural tieneuna densidad relativa inferior a la unidad y en caso de fuga tender hacia la parte superior de los locales, mientras quelos GLP (Gases Licuados del Petrleo: butano y propano) al ser ms pesados que el aire tendern hacia la parte inferior.En cada caso se deben disponer de las rejillas de ventilacin adecuadas al tipo de gas.

TABLA CBL-03: DENSIDAD DE LOS COMBUSTIBLES GASEOSOS

CombustibleDensidad

kg/Nm3 Relativa al aire

Gas butano 2,53 1,96

Gas propano 2,04 1,58

Gas natural 0,83 0,64

2.4 EMISINDECONTAMINANTES

Las cantidades emitidas de diferentes contaminantes es otro aspecto a considerar al comparar los diferentes combusti-bles. La Tabla CBL-04 muestra los datos de CO2y H2O producidos en la combustin completa por unidad de energa (kWh)generada para diferentes combustibles, as como su contenido en azufre, elemento causante de la lluvia cida.

TABLA CBL-04: PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN DE LOS COMBUSTIBLES

CombustibleProduccin CO2

grCO2/kWh (PCI)

Produccin H2O

grH2O/kWh (PCI)Contenido en

azufre

Carbn 320 58 Variable

Gasleo 273 17% 87 0,2%

Gas butano 238 35% 122 0,05%

Gas propano 233 37% 126 0,05%Gas natural 204 57% 155 Nulo

Se observa que el mayor emisor de CO2por kWh es el carbn; el combustible menos contaminante es el gas natural queproduce un 57% menos de CO2que el carbn y un 34% menos que el gasleo.

Por el contrario, la produccin de H2O es mxima en el gas natural, por lo que es el combustible con menor relacin PCI/PCS (Tabla CBL-01).

Respecto al contenido en azufre, tambin el gas natural es el combustible de mejores caractersticas.

Con el fin de reducir las emisiones de CO2el RITE prohbe el uso de carbn en calderas de calefaccinde edificios a partir del 1 de enero de 2012; con este mismo objetivo lo ms adecuado

es utilizar combustibles con la menor generacin de CO2posible, como los combustibles gaseosos,siendo el gas natural el de menores emisiones


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Combustin y combustibles

TABLA CBL-05: CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES EMPLEADOS HABITUALMENTE EN CLIMATIZACIN

Cuadro resumen caractersticas de los combustibles

Combustible Gasleo C Gas natural Gas propanoUnidad 1 kg Nm3 kg Nm3

DensidadDensidad relativa

890 kg/m3 0,828 kg/m3

0,6432,038 kg/m3

1,583

PCI(poder calorfico inferior)

8.842 kcal/l 10,28 kWh/l 9.934 kcal/kg 11,55 kWh/kg

9.314 kcal/Nm3

10,83 kWh/Nm3

22.529 kcal/Nm3

26,20 kWh/Nm3

11.055 kcal/kg 12,86 kWh/kg

PCS(poder calorfico superior)

9.367 kcal/l 10,89 kWh/l 10.524 kcal/kg

12,24 kWh/kg

10.304 kcal/Nm3

11,98 kWh/Nm3

24.475 kcal/Nm3

28,46 kWh/Nm3

12.011 kcal/kg

13,97 kWh/kgPCI/PCS 0,944 0,904 0,920

PC(poder comburvoro)

9,44 Nm3/l 10,61 Nm3/kg 0,92 Nm3/kWhPCI

10,34 Nm3/Nm3

0,95 Nm3/kWhPCI

24,61 Nm3/Nm3

12,08 Nm3/kg 0,94 Nm3/kWhPCI

PFS(poder fumgeno seco)


9,32 Nm3/Nm3

0,86 Nm3/kWhPCI

22,56 Nm3/Nm3


PFH(poder fumgeno hmedo)


11,42 Nm3/Nm3

1,05 Nm3/kWhPCI

26,67 Nm3/Nm3


PFS/PC 0,943 0,902 0,916

CO2Producido en combustin

2,80 kg/l 3,15 kg/kg 273 g/kWhPCI

2,21 kg/Nm3

204 g/kWhPCI

6,11 kg/Nm3

3,00 kg/kg 233 g/kWhPCI

H2OProducido en combustin

0,89 kg/l 1,00 kg/kg 87 g/kWhPCI

1,68 kg/Nm3

155 g/kWhPCI

3,31 kg/Nm3

1,62 kg/kg 126 g/kWhPCI

CO2mximo (%) 16,05% 12,06% 13,80%

Contenido de azufre


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Conjunto trmico

Aunque habitualmente se mencionan nicamente lascalderas como los elementos de produccin de calor, nodebe olvidarse que en realidad el mismo se produce enel conjunto de generacin de calor compuesto por:

Quemadores.

Calderas.

Chimeneas.

En este apartado se analizan las caractersticas b-

sicas de los conjuntos diseados para combustibleslquidos y gaseosos por ser los ms empleados en cli-matizacin; no se contemplan otros equipos, como lascalderas de biomasa, que se desarrollarn en las guascorrespondientes.

Asimismo, se desarrollan exclusivamente los aspectosque van a influir en el diseo de la central trmica sinprofundizar en los componentes, por exceder del objetode la presente gua.

3.1 QUEMADORES

Los quemadores son los equipos donde se realiza lacombustin, por tanto deben contener los tres vrticesdel tringulo de combustin; es decir, tienen que lograrla mezcla ntima del combustible con el aire y ademsproporcionar la energa de activacin.

3.1.1 Clasificacin por la aportacin del aire decombustin

Por la forma en que toman el aire de combustin se dis-tinguen dos tipos de quemadores:

3.1.1.1 Quemadores atmosfricos

nicamente se emplean para combustibles gaseosos;una parte del aire necesario para la combustin (aireprimario) se induce en el propio quemador por el chorrode gas salido de un inyector (efecto Venturi); el aire res-tante (aire secundario) se obtiene por difusin del aireambiente alrededor de la llama. En general, en este tipode quemadores se tienen combustiones con altos ndi-ces de exceso de aire.

La principal ventaja de este sistema es su simplicidad y

bajo coste, si bien debido a que el aire de combustin seaporta por Venturi y por conveccin natural, la densi-dad de potencia que consiguen es baja, siendo sta unade sus limitaciones; si se requieren potencias elevadasse obtienen con parrillas de quemadores en paralelo.

La energa de activacin se logra con encendidos au-tomticos (electrnicos, tren de chispas, etc.). En laactualidad, prcticamente ha desaparecido la denomi-nada llama piloto, que deba estar permanentementeencendida.

La regulacin del gas se obtiene por variacin de la

presin en el inyector (abriendo y cerrando progresiva-mente la vlvula de gas); esto permite que el quemadorpueda ser modulante con relativa facilidad.

La regulacin del aire (con gas a presin constante) sepuede conseguir:

Variando la seccin de entrada de aire, porobturacin de los orificios por donde entra, me-diante discos roscados, anillo mvil o capuchndeslizante.

Por deslizamiento de la boquilla del inyector res-pecto del Venturi.


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Gua tcnica


14

Lo ms habitual es que nicamente se module la vlvulade gas, dejando en una posicin fija la entrada de aireen la puesta en marcha.

Con la incorporacin de ventiladores se obtienen me-joras en el sistema de combustin y se incrementa ladensidad de potencia que pueden generar.

Quemadores atmosfricos de premezcla

Para mejorar el control de la combustin se desarro-llaron los quemadores de premezcla, esencialmentepueden considerarse como atmosfricos, si bien incor-poran un ventilador previo al quemador que aporta elaire de combustin, solo o mezclado con el combus-

tible, consiguiendo una mezcla ms homognea delcombustible y el comburente y, consiguientemente, unmejor control de los parmetros de la combustin, ade-ms de una mayor potencia.

3.1.1.2 Quemadores mecnicos

Tambin se denominan como quemadores de sobrepre-sin; el aire de combustin es introducido mediante unventilador, existiendo diversos sistemas para lograr lamezcla del aire con el combustible.

En el caso de gas, el combustible se introduce mediantelos inyectores, aprovechando la propia presin de sumi-nistro. En los combustibles lquidos se utilizan diversossistemas para su pulverizacin, de modo que se creenmicrogotas de combustible que facilitan su mezcla conel aire. El tipo ms extendido es el de pulverizacin me-cnica mediante una bomba de combustible movidaconjuntamente por el mismo motor del ventilador.

Estos quemadores se fabrican desde pequeas hastamuy altas potencias. La combustin puede ajustarse ac-tuando sobre el gasto de combustible, sobre la cantidad

de aire a impulsar y sobre los elementos que producenla mezcla; por lo que es posible obtener un control msajustado de la combustin.

3.1.2 Clasificacin por los escalones depotencia

Por el nmero de escalones de potencia que producen,se distinguen los siguientes tipos de quemadores:

De una marcha

Son quemadores que slo pueden funcionar con lapotencia a la que hayan sido regulados, se aplica enquemadores de pequea potencia.

De varias marchas

Son quemadores con dos o ms escalones de potencia(habitualmente dos); es decir, que pueden funcionarproduciendo potencias distintas.

Deben disponer de los elementos necesarios para poderregular la admisin de aire y el gasto de combustible, demodo que en cada escaln de potencia se obtenga el

rendimiento de combustin ms alto posible.

Se utilizan para potencias intermedias o altas.

Modulantes

Estos quemadores proporcionan un escalonamientocontinuo de potencias, entre un valor mnimo y un mxi-mo. Para ello ajustan continuamente la relacin aire/combustible, de manera que pueden trabajar con ren-dimientos elevados en una amplia gama de potencias,

adecundose de manera constante a las necesidadesde produccin.

En la tabla 2.4.1.1 del RITE se indica el nmero demarchas mnimo de los quemadores en funcin de lapotencia de los generadores (Tabla QMD-01).

TABLA QMD-01: REGULACIN MNIMA DE LAPOTENCIA DE LOS QUEMADORES EN FUNCIN

DE SU POTENCIA

Regulacin de quemadores

Potencia nominal Regulacin mnimaPN 70 Una marcha

70


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Conjunto trmico

En las instalaciones de climatizacin,debido a la variacin continua de lademanda, los ms adecuados son

los quemadores modulantes

3.2 CALDERAS

Las calderas son los elementos donde el calor de lacombustin, realizada en los quemadores, se transfiereal agua de la instalacin.

Pueden clasificarse de muy diversas formas, entre lasque cabe citarse:

Por el tipo de combustible:

De combustible slido.

De combustible lquido.

De combustible gaseoso.

Policombustibles.

Por la presin del hogar:

De hogar en depresin. Atmosfricas.

De sobrepresin.

Por el material con el que estn construidas:

De hierro fundido.

De chapa de acero.

Para obtener los rendimientos ptimos es muy impor-

tante utilizar la caldera apropiada a cada aplicacin;por ejemplo, ha sido frecuente el caso de reutilizar paracombustibles lquidos o gaseosos, calderas diseadasinicialmente para combustible slido, obtenindoserendimientos muy inferiores a los que correspondena una caldera diseada exclusivamente para estoscombustibles.

En los sectores residencial y terciario prcticamente to-das las calderas son de agua caliente; en ellas el aguase calienta a temperaturas inferiores a 110 oC. Las carac-tersticas de estas calderas se ajustan a algunos de los

tipos indicados anteriormente. Los ms usuales, segnel combustible, son:

Combustible slido

Calderas de elementos de hierro fundido con ho-gar en depresin. A veces tambin se utilizan conintroduccin del aire de combustin medianteventilador e incluso con sistemas de carga auto-mtica de combustible.

Combustibles lquidos

Los combustibles lquidos requieren quemadoresmecnicos, por lo que se utilizan calderas de sobre-presin; las ms habituales son de chapa de acero,pirotubulares, aunque tambin existen numerososmodelos de elementos de hierro fundido.

Combustibles gaseosos

Las calderas para combustibles gaseosos depen-den del tipo de quemadores asociados a ellas;cuando se emplean quemadores mecnicos lascalderas son similares a las indicadas para com-bustibles lquidos. La mayor parte de los modelosdel mercado estn diseados para quemar in-distintamente ambos combustibles, debiendoadaptarse los quemadores a cada caso.

Las calderas atmosfricas son exclusivas para

combustibles gaseosos, incorporan quemadoresatmosfricos, en todas sus variedades.

3.2.1 Calderas atmosfricas

Las calderas atmosfricas para instalaciones centralesestn compuestas, generalmente, por elementos dehierro fundido, formando un conjunto que encierra a lacmara de combustin, en la cual se introducen los que-madores atmosfricos.

Cada vez es ms empleada la fundicin de aluminio, b-

sicamente en calderas de condensacin.

El agua de la instalacin circula por el interior de loselementos, los cuales tienen diseos especiales paraformar el circuito de humos.

El conjunto de elementos se rodea de una envolventeaislante trmica.

En las instalaciones en las que se requieren potenciaselevadas, stas se consiguen conectando hidrulica-mente en paralelo varias calderas.


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Gua tcnica


16

Tambin existen en el mercado calderas centrales queinternamente estn formadas por varias calderas detipo domstico.

3.2.2 Calderas de sobrepresin

Como se ha indicado anteriormente, la gran mayora deestas calderas son las de chapa de acero pirotubula-res, si bien hay un nmero importante de calderas conelementos de hierro fundido, y para condensacin cal-deras de acero inoxidable o de fundicin de aluminio enel caso de gas.

Las partes fundamentales de estas calderas son:

Cmara de combustin

Es la parte de la caldera donde se quema el combusti-ble; a lo largo de ella se extiende la llama, alcanzndoselas mayores temperaturas. Deben tener la forma ade-cuada al tipo de combustible y quemador para los quese diseen.

Circuito de humos

Posteriormente los gases producto de la combustincontinan su camino hacia la chimenea a travs del cir-cuito de humos.

Estos circuitos suelen incluir elementos (retardadores)o geometras especiales, con el fin de prolongar el paso

de los humos en la caldera y mejorar el coeficiente detransmisin de calor humos-fluido, obtenindose tempe-raturas de humos ms bajas y rendimientos ms altos.

La suma de la superficie de la cmara de combustin yla del circuito de humos es la superficie de intercambioo superficie de calefaccin de la caldera.

Caja de humos

Es la parte de la caldera donde confluyen los gases decombustin; desde este punto, mediante un tramo deconexin, son conducidos hasta la chimenea.

Puerta o frente de caldera

Es el punto donde se coloca el quemador, debe estarconstruida con materiales capaces de soportar las altastemperaturas que se producen en su proximidad. Sonabatibles para permitir la limpieza interior necesariapara el mantenimiento de la caldera.

Envolvente aislante

El conjunto de la caldera debe estar recubierto por una

envolvente con material aislante trmico, con el fin dedisminuir las prdidas de calor de la misma. Es muyimportante mantener en buen estado esta envolvente,ya que su deterioro provoca grandes prdidas de calor,debidas a las altas temperaturas que alcanzan los com-ponentes de las calderas.

Figura CLD-01:Caldera pirotubular con quemador mecnico

Insonorizaciny calorifugado

Quemador modulantecon largos tiempos de

funcionamiento

Entradade aire de

combustin

Carga trmicauniforme dos

pasos en el hogar

Contenidoelevado en CO

2

Entrada de airede combustin

(para precalentamiento)

Clapeta motorizada,slo necesaria si el

quemador no cierra la

suya en las paradas

Prdidas mnimaspor radiacin Gases a baja

temperatura

Caja de humosaislada

Inoxidable


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17

Conjunto trmico

3.3 COMPONENTESDELSISTEMADEEVACUACINDEHUMOS

En este apartado se definen los diferentes componentes de los sistemas de evacuacin de los PdC, ya que en muchasocasiones se dan distintos significados para las mismas expresiones. Estos sistemas estn compuestos por (FiguraCHM-01):

Figura CHM-01:Componentes del sistema de evacuacin de humos

Conducto de humos

Envolvente

Chimenea

Fondo de saco

Recogida de condensados

Conducto de evacuacin de humos

2

UNE 1443/03

Componentes y accesorios de la chimenea

1 Chimenea

2 Conducto de humos

3 Conducto interior

4 Aislamiento trmico

5 Pared exterior

6 Envolvente exterior7 Tramo recto de chimenea

8 Chimenea multipared

9 Elemento del conducto

10 Conducto de acoplamiento

11 Generador de calor

3 4

5

6

89

1011

7

1

}


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Gua tcnica


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Chimeneas

Son los elementos encargados de evacuar los humoshasta el exterior de los edificios, por encima de lacubierta de los mismos. Su trazado es vertical, prcti-camente en su totalidad, estando formadas por:

Conducto de humos, que es el conducto interiorpor el que circulan los gases procedentes de lacombustin.

Envolvente o estructura aislante y resistente.

Conductos de evacuacin de humos

Tambin son conocidos como conducto de acoplamien-to. Son los elementos de conexin entre las calderas ylas chimeneas.

Al igual que las chimeneas estn constituidos por elconducto de humos y la envolvente.

3.3.1 Clasificacin de las chimeneas

Las chimeneas pueden clasificarse de acuerdo a dife-rentes criterios: segn su forma de funcionamiento,

material con el que estn construidos los conductos dehumos, forma constructiva, etc.

3.3.1.1 Por la forma de funcionamiento

La clasificacin ms importante es la realizada por suforma de funcionamiento o tiro.

Tiro es la diferencia de presin que provoca el desplaza-miento de los humos por la chimenea hasta el exterior.

Se distinguen los siguientes tipos:

Tiro natural: la diferencia de presin es producida porla diferencia de densidades entre el aire ambiente y losproductos de la combustin.

Tiro artificial: la diferencia de presin es producida pormedios mecnicos; a su vez puede ser:

Tiro forzado: la evacuacin de humos se realizamediante ventiladores que impulsan los humosdesde la parte baja de la chimenea, o extractoresque lo extraen desde la parte alta.

Tiro inducido: el tiro se induce por efecto Venturimediante un ventilador.

3.3.1.2 Por el material

Por el material con el que estn constituidos los conduc-tos de humos se tienen chimeneas del tipo:

Obra de fbrica: construidas con materiales refrac-tarios (ladrillo, hormign, etc.).

Metlicas: realizadas con materiales metlicos(acero inoxidable, vitrificado, etc.).

Plsticas: recientemente se han desarrollado chi-

meneas de materiales plsticos asociadas al usode calderas de condensacin.

3.3.1.3 Por la forma constructiva

Segn la forma del conducto de humos se distinguenchimeneas:

Circulares.

Elpticas.

Cuadradas.

Rectangulares.

3.3.1.4 Por el nmero de calderas

En funcin del nmero de usuarios a los que sirven (Fi-gura CHM-02), las chimeneas se clasifican en:

Individuales: sirven para la evacuacin de los humos deuna nica caldera.

Colectivas: evacuan los humos producidos por variascalderas; a ellas desembocan los conductos de evacua-cin de humos de cada una.

Dentro de las colectivas se distinguen a su vez dostipos:

Chimenea formada por dos conductos, uno princi-pal y otro auxiliar en el que se van conectando losdiferentes conductos de evacuacin de humos.


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19

Conjunto trmico

Chimenea de conducto nico, en la que se van uniendo los conductos de evacuacin de humos de las distintas cal-deras; este conducto puede ser de seccin constante o variable.

Figura CHM-02:Clasificacin de las chimeneas en funcin del nmero de calderas conectadas a la misma

Conducto principal

Individuales Colectivas condoble conducto Colectivas con conducto nico

de seccin uniformeColectivas con conducto nico

de seccin variable

Conducto auxiliar


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23

Tipos de calderas

Temperaturas (0C) de roco de los humos del gas propano

Exceso de aire(%)

Humedad relativa del aire comburente (%)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

180 36 36 37 38 38 39 40 40 41 41 42

200 38 38 39 40 40 41 41 42 43 43 44

250 35 36 36 37 38 38 39 40 40 41 41

300 33 34 34 35 36 37 37 38 39 39 40

TABLA CBL-08: TEMPERATURAS DE ROCO DE LOS HUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIN DEL GASLEO,EN FUNCIN DEL EXCESO DE AIRE Y DE LA HUMEDAD RELATIVA DEL COMBURENTE

Temperaturas (

0

C) de roco de los humos del gasleoExceso de aire

(%)Humedad relativa del aire comburente (%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 48 48 49 49 50 50 50 51 51 51 52

10 46 47 47 48 48 48 49 49 50 50 50

20 45 45 46 46 46 47 47 48 48 49 49

30 43 44 4 45 45 46 46 46 47 47 48

40 42 42 43 43 44 44 45 45 46 46 47

50 41 41 42 42 43 43 44 44 45 45 46

60 39 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45

70 38 39 39 40 41 41 42 42 43 43 4480 37 38 39 39 40 40 41 41 42 43 43

90 36 37 38 38 39 40 40 41 41 42 42

100 35 36 37 37 38 39 39 40 41 41 42

120 34 34 35 36 37 37 38 39 39 40 40

140 32 33 34 35 35 36 37 37 38 39 39

160 31 32 32 33 34 35 36 36 37 38 38

180 29 30 31 32 33 34 35 35 36 37 38

200 28 29 30 31 32 33 34 35 35 36 37

250 26 27 28 29 30 31 32 33 33 34 35

300 23 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

TABLA CBL-09: TEMPERATURAS DE ROCO CIDO DE LOS HUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIN DEL GASLEO,EN FUNCIN DEL EXCESO DE AIRE Y DE LA HUMEDAD RELATIVA DEL COMBURENTE

Temperaturas (0C) de roco cido de los humos del gasleo

Exceso de aire(%)

Humedad relativa del aire comburente (%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 141 141 141 141 142 142 142 142 142 143 143

10 139 139 140 140 140 140 140 141 141 141 141

20 137 138 138 138 138 139 139 139 139 139 14030 136 136 136 137 137 137 137 138 138 138 138

(continuacin)


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Gua tcnica


24

Temperaturas (0C) de roco cido de los humos del gasleo

Exceso de aire(%)

Humedad relativa del aire comburente (%)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

40 135 135 135 135 136 136 136 136 137 137 137

50 133 133 134 134 134 135 135 135 135 136 136

60 132 132 133 133 133 133 134 134 134 135 135

70 131 131 131 132 132 132 133 133 133 133 134

80 130 130 130 131 131 131 132 132 132 133 133

90 129 129 129 129 130 130 131 131 131 132 132

100 128 128 128 129 129 129 130 130 130 131 131

120 126 126 127 127 128 128 128 128 129 129 129

140 124 125 125 125 126 126 127 127 127 128 128160 123 123 123 124 124 125 125 126 126 126 127

180 121 122 122 123 123 124 124 124 125 125 126

200 120 120 121 121 122 122 123 123 124 124 124

250 117 117 118 119 119 120 120 121 121 122 122

300 114 115 116 116 117 117 118 119 119 120 120

(continuacin)

Para evitar los problemas de condensaciones en elinterior de las calderas, se debe garantizar que las

superficies de su circuito de humos estn siempre porencima de las temperaturas del punto de roco de loshumos del combustible que se utilice; esto se logramanteniendo la temperatura de retorno del agua a lacaldera por encima de un valor determinado, habitual-mente indicado por el fabricante de la caldera.

Clculo de la temperatura de los conductos dehumos

En este apartado se analiza cuales son las temperaturasde los conductos de humos, en funcin de las tempera-

turas de humos y agua, con el fin de prever el riesgo decondensaciones. Para simplificar el clculo se utilizanlas expresiones correspondientes a pared plana, en lu-gar de las de cilindro; el error cometido es inferior al5%; sin embargo, las conclusiones son correctas.

El calor transmitido de los humos al agua, en el interiorde la caldera es:

Q = U S (Th- Tw)

Donde:

U: coeficiente de transmisin de calor de los ele-mentos de la caldera (W/m2 C).

Th: temperatura de humos ( C).

Tw: temperatura del agua ( C).

S: superficie interior de la caldera (m2).

El coeficiente de transmisin de calor se calcula segnla siguiente expresin:

U = 1/(1/hh+ ec/c+ 1/hw) = 1/RT

hh: coeficiente de conveccin-radiacin de los hu-

mos (W/m2 C).

hw: coeficiente de conveccin-radiacin del agua(W/m2 C).

ec: espesor de los elementos de la caldera (m).

c: coeficiente de conductividad trmica de los ele-mentos de la caldera (W/m C).

RT: resistencia trmica total de los elementos de lacaldera (m2 C/W).


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25

Tipos de calderas

RT= 1/hh+ ec/c+ 1/hw= Rh+ Rc+ Rw

Rh: resistencia trmica de los humos (m2 C/W).

Rc: resistencia trmica de los elementos de la caldera (m2 C/W).

Rw: resistencia trmica del agua (m2 C/W).

El calor total transmitido de los humos al agua es el mismo que el transmitido de los humos a los elementos interioresde la caldera, igual al conducido por dichos elementos y que el transmitido al agua:

QT= S (Th- Tw) / RT

Qh= S (Th- Tch) / Rh

Qc= S (Tch- Tcw) / Rc

Qw= S (Tcw- Tw) / Rw

Igualando estas expresiones se obtiene:

QT = Qh = Qc = Qw

S (Th- Tch) / Rh= S (Th- Tw) / RT

Th- Tch = (Th- Tw) Rh/ RT

Las condensaciones pueden presentarse en los elementos por el lado de contacto con los humos, por ello intere-sa conocer la temperatura superficial de la caldera en el lado de humos (Tch) para comprobar si hay o no peligro decondensaciones.

Tch= Th- (Th- Tw) Rh/ RT

En el caso de calderas pirotubulares de chapa de acero, en las condiciones de circulacin de humos y agua en el interiorde las calderas, se tienen los siguientes valores tpicos:

hh: 58 W/m2 C

hw: 1.160 W/m2

C

Figura CLD-01:Temperaturas en los conductos de humos

Humos

Th

Tch

Tcw

Tw

Agua


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Gua tcnica


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ec: 5 mm (0,005 m)

c: 47 W/m C

RT= 1/58 + 0,005/47 + 1/1.160 = 0,0182 Cm2/W

Rh = 1/58 = 0,0172 Cm2/W

Rh/RT = 0,94

Este valor indica que ms del 90% del salto trmico entre los humos y el agua se da en el lado de los humos.

Tch = Th- 0,94 (Th- Tw)

En calderas de hierro fundido, en fundicin de aluminio u otros diseos, los datos son diferentes, pero en trminos cua-litativos la conclusin es similar.

La zona crtica para la presencia de condensaciones es el tramo final de la caldera, en las proximidades de la caja dehumos, ya que en esta zona, los humos tienen su menor temperatura y el agua est ms fra.

En la tabla CLD-01 se dan las temperaturas de la chapa en el lado de humos, para diferentes valores de las temperaturasde humos y agua.

TABLA CLD-01: TEMPERATURAS DE CALDERA EN EL LADO DE HUMOS,EN FUNCIN DE LAS TEMPERATURAS DE HUMOS Y AGUA

Temperatura de la caldera en el lado de humos (0C)

Temperaturahumos (0C)

Temperaturas del agua de retorno a caldera (0

C)30 35 40 45 50 55 60

300 44 49 54 59 63 68 73

280 43 48 53 58 62 67 72

260 42 47 52 56 61 66 71

240 41 46 51 55 60 65 70

220 40 45 50 54 59 64 69

200 39 44 49 53 58 63 67

180 38 43 47 52 57 62 66

160 37 42 46 51 56 61 65

140 36 41 45 50 55 60 64

120 35 40 44 49 54 58 63

100 34 38 43 48 53 57 62

Como se puede comprobar en la tabla anterior, la temperatura de la chapa depende fundamentalmente de la tempera-tura del agua, por lo que para evitar las condensaciones debe controlarse que la temperatura de retorno del agua a lacaldera no baje de un determinado valor.


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27

Tipos de calderas

4.2 TIPOSDECALDERAS

Atendiendo a las consideraciones del riesgo de conden-saciones interiores, se tienen tres tipos fundamentalesde calderas:

4.2.1 Calderas estndar

Son aquellas que no estn diseadas para soportar lascondensaciones y que por lo tanto deben trabajar contemperaturas de retorno por encima de aquellas quepueden ocasionar este problema.

Dentro de las mismas se pueden distinguir dos tipos:

Eficiencia normal: trabajan con temperaturas dehumos inferiores a 240 C.

Alta eficiencia: en la tabla CLD-01 se puede com-probar como es posible lograr temperaturas dehumos ms bajas, incluso inferiores a 140 C, sinpeligro de condensaciones, por lo que puedendarse rendimientos ms altos, este es el caso decalderas de alta eficiencia.

4.2.2 Calderas de baja temperaturaEstn construidas para trabajar con temperaturas deretorno bajas sin llegar a producir condensaciones; loque se logra con diseos especiales de los tubos de hu-mos de modo que la temperatura en el lado de humosse mantiene por encima del punto de roco an con tem-peraturas de retorno de agua bajas.

Su principal aplicacin es en instalaciones donde sepueda trabajar un nmero elevado de horas a tempe-raturas bajas, de este modo las temperaturas de laenvolvente de caldera y de humos son inferiores, au-

mentado el rendimiento de generacin estacional.

4.2.3 Calderas de condensacin

Estn construidas con materiales que soportan lascondensaciones sin peligro de deterioro; en las mis-mas se busca provocar las condensaciones con el finde aprovechar el calor latente de vaporizacin del aguaproducida en la combustin, y de este modo aumentarel rendimiento. Por ello su aplicacin principal es eninstalaciones donde pueden trabajar un nmero impor-

tante de horas a baja temperatura.

Como se ha visto anteriormente el combustible conmayor produccin de agua en su combustin es el gasnatural, por lo que resulta el ms adecuado para serutilizado en calderas de condensacin, ya que puederecuperarse mayor cantidad de calor.

4.2.4 Anlisis de los tipos de caldera

De manera suficientemente ilustrativa, se puede ana-lizar el comportamiento de una caldera a travs de laecuacin clsica de transmisin de calor:

Q = U S T

Siendo:

Q: la energa cedida por la caldera al agua de la insta-lacin referida a la unidad de tiempo; se trata, portanto, de una potencia (W).

U: el coeficiente de transmisin de calor, es una carac-terstica constructiva dependiendo del material conque est fabricada la caldera (W/m2 C).

T: el salto trmico caracterstico entre los humos y elagua ( C).

La temperatura de los humos vara entre valores inclusosuperiores a los 2.000 C en la cmara de combustin ymenos de 240 C en la caja de humos.

Las temperaturas del agua varan entre las de impulsiny retorno de la instalacin.

Analizando la expresin Q = UST, se comprueba queuna caldera no tiene una potencia nica sino que depen-de de las temperaturas de los humos y del agua, ya que Uy S son caractersticas constructivas e inalterables, unavez seleccionada la caldera. Ello no es totalmente ciertoya que U vara con las velocidades de paso de humos y

agua, lo que modifica sus coeficientes de conveccin decalor; pero para extraer conclusiones pueden asumirsecomo constantes.

Si las temperaturas de humos son bajas las calderastendrn mayor eficiencia; desde el punto de vista cons-tructivo son de mayor tamao ya que el menor T sedebe compensar con una mayor superficie de intercam-bio para obtener la misma potencia; como consecuenciade ello son calderas ms caras ya que requieren msmateriales en su construccin. Por otro lado, al tenermayor tamao presentan mayor superficie de prdidas

por la envolvente, por lo que deben poseer un aislamien-


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to trmico reforzado, para conseguir los rendimientosadecuados.

El diseo de las calderas de baja temperatura implicaque el coeficiente de transmisin U es ms bajo, porlo que para lograr las mismas potencias se requierencalderas de mayor tamao (mayor S); esto conlleva, aligual que en las de alto rendimiento, un mayor costo y lanecesidad de reforzar el aislamiento trmico.

Por ltimo, las calderas de condensacin requierenmateriales especiales para su construccin, por lo queresultan de costo ms alto.

Habitualmente las calderas de alto rendimiento, bajatemperatura y condensacin tienen diseos muy cui-

dados, lo que redunda en el aumento del rendimiento,pero a su vez supone costos mayores; antes de optarpor un tipo u otro habr que analizar las condiciones defuncionamiento de las instalaciones, horarios de fun-cionamiento, etc.

4.3 DIRECTIVA92/42/CEE

En la IT 1.2.4.1.2.1 se requiere que en el proyecto seindique la prestacin energtica de las calderas, los

rendimientos a potencia nominal y con carga parcial del30% y la temperatura media del agua en la caldera deacuerdo con lo que establece el Real Decreto 275/1995de 24 de febrero; este Real Decreto transpuso la Direc-tiva 92/42/CEE, relativa a los requisitos de rendimientopara las calderas nuevas de agua caliente alimentadascon combustibles lquidos o gaseosos.

En el Anexo II de esta Directiva se dan las siguientesdefiniciones:

Caldera: conjunto formado por el cuerpo de calde-ra y el quemador, destinado a transmitir al agua el

calor liberado por la combustin.

Caldera estndar: caldera cuya temperatura mediade funcionamiento puede limitarse a partir de sudiseo.

Caldera de baja temperatura: aquella que puede fun-cionar continuamente con temperaturas de retorno

de 35 a 40 C y que en determinadas circunstanciaspuede producir condensacin. Se incluyen las calde-ras de condensacin de combustibles lquidos.

Caldera de gas de condensacin: diseada parapoder condensar de manera permanente una parteimportante de los vapores de agua contenidos enlos gases de combustin.

Un aspecto interesante de las definiciones es lo queresulta prctica habitual de denominar como caldera alconjunto caldera/quemador.

La definicin de caldera estndar implica que la tempe-ratura de retorno debe limitarse, segn se ha analizadoen los apartados anteriores.

Debido a las caractersticas de la combustin de losgases (mayor produccin de agua) indicadas anterior-mente, la Directiva ha reservado la definicin decalderade condensacin para estos combustibles.

En el Anexo III de la Directiva se indican los rendimien-tos mnimos que deben cumplir los diferentes tipos decalderas; estos rendimientos se dan para la potencianominal y para una carga parcial del 30%, habindosedefinido carga parcial (expresada en porcentaje) comola relacin entre la potencia til de una caldera que fun-cione de forma intermitente o a una potencia inferior ala potencia til nominal, y esta misma potencia til no-minal. Para la carga parcial se fijan unas temperaturasmedias de caldera de 30 C para las de condensacin,de 40 C para las de baja temperatura y superiores a50 C para las calderas estndar. En la Tabla CLD-02 seindican estos requisitos; de ellos se deduce que la cargaparcial en calderas de condensacin y baja temperatu-ra, debe estar asociada a trabajar en condiciones detemperatura inferiores a las nominales, en caso contra-rio estas calderas se comportaran como las estndarde alta calidad.

Adems, en la Directiva, en el Anexo V, se dan los re-quisitos de rendimiento para conseguir el marcado CEde prestaciones energticas de las calderas estndar;dicho marcado puede ser de una, dos, tres o cuatro es-trellas, debiendo cumplir los rendimientos indicados enla Tabla CLD-03.


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Tipos de calderas

TABLA CLD-02: RENDIMIENTO MNIMO DE CALDERAS, SEGN TIPO Y POTENCIA (DIRECTIVA 92/42/CEE)

Tipo de caldera

Pot. Potencia nominal Carga parcial (0,3Pn)

(kW)Temperaturamedia ( C)

RendimientoTemperaturamedia ( C)

Rendimiento

Estndar 4 a 400 70 84 + 2.logPn 50 80 + 3.logPnBaja temperatura 4 a 400 70 87,5 + 1,5.logPn 40 87,5 + 1,5.logPnCondensacin 4 a 400 70 90 + logPn 30 97 + logPn

TABLA CLD-03: REQUISITOS DE RENDIMIENTO MNIMO PARA MARCADO CON ESTRELLAS PARA CALDERASESTNDAR (DIRECTIVA 92/42/CEE)

Marca

Rend. a potencia nominal (%) Rend. a carga parcial (%) 0,3 Pn

Temperatura media 70 0C Temperatura >50 0C

* 84 + 2.logPn 80 + 3.logPn

** 87 + 2.logPn 83 + 3.logPn

*** 90 + 2.logPn 86 + 3.logPn

**** 93 + 2.logPn 89 + 3.logPn

Aplicando las ecuaciones dadas en la Directiva se obtienen los rendimientos mnimos exigidos para los distintos tiposde calderas y para diversas potencias. Los lmites de aplicacin de la Directiva son de 4 a 400 kW. En la Tabla CLD-04 seindican los rendimientos correspondientes a potencia nominal y carga parcial al 30% de la nominal; adems, en la mismase incluyen los rendimientos exigidos por el Reglamento de Calefaccin de 1981. Como se comprueba, estos requisitos

eran muy inferiores a los actuales.

TABLA CLD-04: REQUISITOS DE RENDIMIENTO MNIMO SEGN TIPO DE CALDERA Y PORCENTAJEDE CARGA (DIRECTIVA 92/42/CEE)

Rendimientos mnimos de calderas segn 92/42/CEE

Potencia 70 kW 100 kW 200 kW 300 kW 400 kW

% Carga 100% 30% 100% 30% 100% 30% 100% 30% 100% 30%

Estndar

ST* 87,69 85,54 88,00 86,00 88,60 86,90 88,95 87,43 89,20 87,81

ST** 90,69 88,54 91,00 89,00 91,60 89,90 91,95 90,43 92,20 90,81

ST*** 93,69 91,54 94,00 92,00 94,60 92,90 94,95 93,43 95,20 93,81

ST**** 96,69 94,54 97,00 95,00 97,60 95,90 97,95 96,43 98,20 96,81

Baja temperatura 90,27 90,27 90,50 90,50 90,95 90,95 91,22 91,22 91,40 91,40Condensacin 92,85 98,85 93,00 99,00 93,30 99,30 93,48 99,48 93,60 99,60

IT.IC.04 (1981) 80 80 83 83 83

IT.IC.04 (1981)


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Asimismo, en el Artculo 2, se indica que en el caso de calderas de doble funcin, calefaccin de locales y suministrode ACS los requisitos de rendimiento slo se aplican a la funcin de calefaccin. Este aspecto resulta algo chocante, yaque en nuestro pas el consumo de energa para agua caliente sanitaria es proporcionalmente alto, incluso hay algunaszonas de severidad climtica (A y B) donde puede resultar incluso superior al de calefaccin.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

100

95

90

85

80

75

Rendim

iento(%)

Potencia (kW)

Curvas de rendimiento de calderas al 100% de la potencia

ST

**

***

****

BT

CD

IT.IC

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

105

100

95

90

85

80

75

Rendimien

to(%)

Potencia (kW)

Curvas de rendimiento de calderas al 30% de la potencia

ST

**

***

****

BT

CD


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Tipos de calderas

En estos grficos se comprueba la diferencia de ren-dimientos que han de proporcionar los distintos tiposde calderas; por este motivo se deben contemplarfraccionamientos de potencia que consideren estas ca-ractersticas, permitiendo instalar menos calderas en elcaso de calderas de mayor rendimiento.

En la curva de rendimientos al 30% se observa la con-veniencia de que ciertos tipos de calderas trabajen acarga parcial, pero siempre asociadas a sistemas deregulacin que permitan disminuir la temperatura deproduccin a carga parcial, ya que en caso contrario nose aprovechara este efecto.

4.4 DIRECTIVA2005/32/CEEMediante el Real Decreto 1.369/2007 de 19 de octubrese ha transpuesto la Directiva 2005/32 CEE que esta-blece los requisitos de etiquetado ecolgico aplicablesa los productos que utilizan energa.

En esa directiva se indica expresamente que el marcadode calderas por el sistema de estrellas no ha cumplidolos objetivos previstos y que por lo tanto debe ser anu-lado; por lo que en la actualidad se tiene un marcadopor estrellas que no es aceptable, pero que an no ha

sido sustituido.

La clasificacin en estndar, baja temperatura y con-densacin sigue siendo correcta, habindose anuladonicamente los apartados del marcado por estrellaspara calderas estndar.

Parece coherente que para las calderas se establezcaun etiquetado con letras similar al de otros productos,y que el mismo se base en el rendimiento medio esta-cional, de manera que todos los tipos de calderas seandirectamente comparables.

Mientras no se disponga del mismo, lo coherente esanalizar las aplicaciones con los criterios indicadosen los apartados anteriores; los tipos de calderas ysu comportamiento dependern de los rendimientos acarga total y a carga parcial y de las temperaturas de

funcionamiento en cada caso, debiendo solicitar delos fabricantes estos datos, al margen del etiquetado,como especifica el RITE.

Para seleccionar las calderas es imprescindi-ble que el fabricante aporte los rendimientosen diferentes condiciones de carga (mnimoal 100% y al 30%) y con las temperaturas defuncionamiento correspondientes a cada una


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Rendimiento del conjuntoquemador/caldera/chimenea

Este tema est desarrollado en la Gua Tcnica: Procedi-miento de inspeccin peridica de eficiencia energticapara calderas, a la cual se remite, si bien en este apartadose analizan los aspectos fundamentales del rendimientoa tener en cuenta para el diseo de las centrales de pro-duccin de calor.

5.1 RENDIMIENTODELACOMBUSTIN

En la combustin el calor mximo que puede obtener-

se es el Poder Calorfico del combustible (PCI o PCS),habitualmente referido al PCI; si bien en la prctica alrealizar la combustin, una parte del calor producido sepierde, asociado a los productos de la combustin. Es-tas prdidas son de dos tipos:

Entalpa de los productos de la combustin (Qh):corresponde al calor utilizado en calentar los hu-mos hasta la temperatura a la cual escapan porla chimenea, ya que a partir de ese punto el calorque llevan no se recupera. Evidentemente estasprdidas son mayores cuanto ms altas sean lastemperaturas de humos; asimismo aumentan con

el exceso de aire, ya que con el mismo se incre-menta la masa de humos, transportando mayorenerga.

Prdidas por inquemados (Qi): corresponden alpoder calorfico de los productos de la combustinque no han sido totalmente oxidados; se presentan

en el caso de combustiones incompletas, siendoms altas cuanto ms inquemados se originen.

Por tanto, el rendimiento de la combustin se expresacomo:

c= (PCI - Qhs- Qi)/PCI = 1 - Qh/PCI- Qi/PCI

c= 1 - qi- qh

Para obtener el mximo rendimiento de combustin,sta debe ajustarse de modo que se logre la combus-

tin completa con el menor exceso de aire posible;adems, el gasto de combustible debe ajustarse demodo que se obtengan las temperaturas de humos msbajas posibles, produciendo la potencia necesaria parael servicio.

5.2 PRDIDASPORLAENVOLVENTEDELACALDERA(Qrc)

En el conjunto caldera-quemador, adems del ren-dimiento de combustin, hay que tener en cuenta

las prdidas por conveccin-radiacin a travs de laenvolvente de la propia caldera, debidas a que la mis-ma se encuentra a una temperatura mayor que la delambiente.

Para disminuir estas prdidas las calderas se aslantrmicamente.


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5.3 RENDIMIENTODEGENERACININSTANTNEO

Es el rendimiento puntual considerando las prdidas enhumos, inquemados y por la envolvente de la caldera.

G= 1 - qi- qh- qrc

El rendimiento de generacin instantneo dependefundamentalmente del diseo del conjunto calderaquemador, con el cual se alcanzar la potencia nece-saria con menores temperaturas de humos debido a laadecuada transmisin del calor al agua; el adecuado

aislamiento trmico reduce las prdidas en la envolven-te, las cuales dependen a su vez de la temperatura delagua de la instalacin.

Por ltimo, la chimenea debe proporcionar un tiroadecuado, manteniendo las condiciones ptimas defuncionamiento del conjunto caldera/quemador; si eltiro es insuficiente se pueden tener problemas de se-guridad, por el contrario, si resulta excesivo, puedemodificar el ajuste de la combustin induciendo un ma-yor exceso de aire.

Como los generadores de calor deben adecuarse a lasdemandas instantneas de los edificios, el rendimien-

to de generacin instantneo se analiza con diferentescargas, habitualmente al 30% y al 100% de la potenciadel equipo. En equipos estndar a carga parcial las pr-didas en la envolvente se mantienen, por lo que puedenreducir su rendimiento frente al obtenido a carga total.

5.4 RENDIMIENTOMEDIOESTACIONAL

En los periodos durante los cuales una caldera per-manece en disposicin de funcionamiento, pueden

distinguirse tres situaciones diferenciadas:

Funcionamiento.

Paradas.

Arrancadas.

5.4.1 Funcionamiento

Son los periodos en los que los quemadores estn en

funcionamiento, durante los cuales se aporta calor al

Figura RTO-01:Factores del rendimiento de generacin instantneo

Humos

Q Inquemados

Q Radiacin

Q til

Aire

Combustible

(PCS o PCI)

Q Humos(m .Ce

h.T)


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Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea

agua de la instalacin. Las prdidas de calor en esosperiodos son debidas a:

Entalpa de humos.

Inquemados.

Radiacin-Conveccin a travs de la envolvente decaldera.

Prdidas en funcionamiento = Qh+ Qi+ Qrc

El rendimiento coincide con el rendimiento instantneodel conjunto caldera-quemador-chimenea, correspon-diente al rgimen de carga de cada momento.

5.4.2 Paradas

El quemador permanece parado sin aportacin de caloral agua; sin embargo, se dan dos tipos de prdidas decalor:

Radiacin-Conveccin a travs de la envolvente decaldera.

Ventilacin interna, debida al tiro de aire que seinduce a travs del circuito de humos.

Prdidas en paradas = Qrc+ Qv

En estos periodos no se puede hablar de rendimiento,ya que nicamente hay prdidas y no existe aportacinde calor til; sin embargo, estas prdidas deben sercompensadas en el siguiente ciclo de funcionamiento.

Las prdidas por ventilacin interna varan segn el tipode caldera. Habitualmente son mayores en las calderasatmosfricas, cuya cmara de combustin es abierta;tambin depende del tiro creado por la chimenea, sien-do mayores las prdidas cuanto ms alto sea el mismo.

Para reducirlas los quemadores mecnicos deben ce-rrar el paso de aire durante las paradas; asimismo, enlas chimeneas deben colocarse estabilizadores de tiroque provoquen la entrada directa de aire, reduciendoel tiro en las cmaras de combustin. En las calderasatmosfricas esta funcin la cumplen los cortatiros;los estabilizadores de tiro lo hacen en las calderas desobrepresin.

5.4.3 Arrancadas

Corresponden a los ciclos de barrido del hogar, anterio-res a la entrada en funcionamiento de los quemadores,durante los cuales se mantienen las prdidas por Radia-cin-Conveccin, pero se incrementan en gran medidalas de ventilacin interna, ya que la circulacin del airees forzada por el ventilador del quemador.

Prdidas en arrancada = Qrc+ Qba

En las calderas atmosfricas estas prdidas no se pre-sentan, ya que al ventilar la cmara de combustin demanera continua, no requieren los ciclos de barridoantes del arranque, compensando en cierto modo lasprdidas por ventilacin inducida de las paradas.

Figura RTO-02:Prdidas en las paradas

Ventilacin

interna

Q Radiacin

Figura RTO-03:Prdidas en las arrancadas

Barrido

Q Radiacin


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5.5 CLCULODELRENDIMIENTOMEDIOESTACIONAL

El tiempo total de disposicin de funcionamiento del generador de calor es la suma de los periodos de funcionamiento+ paradas + arrancadas.

HS= HF+ HP+ HA

El calor total aportado ser el producto de las horas de funcionamiento de los quemadores por la potencia nominal (enel caso de quemadores de dos o ms marchas o modulantes, esta potencia ser la media ponderada, correspondiente acada porcentaje de carga, a lo largo del periodo analizado).

QT= PN HF

Recordando que PNrealmente es la media ponderada del nmero de marchas del quemador con los tiempos correspon-dientes a cada porcentaje de carga.

Esta energa se distribuye entre la energa til entregada al agua de la instalacin ms la necesaria para compensar lasprdidas en funcionamiento, paradas y arranques; por lo que el calor til entregado al agua resulta:

QU= PN HF- HF (Qh+ Qi+ Qrc) - HP (Qrc+ Qv) - HA (Qrc+ Qba)

El rendimiento de generacin estacional ser el cociente entre la energa til entregada al agua de la instalacin y laenerga total consumida en quemadores:

GE=PN HF- HF (Qh+ Qi+ Qrc) - HP (Qrc+ Qv) - HA (Qrc+ Qba)

PN HF

GE= [1 (Qh+ Qi+ Qrc) / PN] - HP (Qrc+ Qv) / ( PN HF) - HA (Qrc+ Qba) / ( PN HF)

El cociente entre las prdidas y la potencia nominal es el % de cada tipo de prdidas por lo que la expresin del rendi-miento de generacin estacional queda:

GE= [1 (qh+ qi+ qrc)] - (qrc+ qv) ( HP/HF) - (qrc+ qba) (HA/HF)

El primer trmino es el rendimiento de generacin instantneo (ponderado por el porcentaje de tiempo de funcionamien-to en cada carga de las marchas del quemador) del conjunto caldera-quemador-chimenea; por lo que el rendimiento degeneracin estacional queda:

GE= G- (qrc+ qv) ( HP/HF) - (qrc+ qba) (HA/HF)

En la expresin anterior se comprueba como el rendimiento de generacin estacional siempre es inferior al rendimientode generacin instantneo; en el caso ptimo puede llegar a ser igual.

El rendimiento de generacin estacional disminuye cuando aumenta el nmero de horas de disposicin de servicio conel quemador parado. Asimismo tambin disminuye si aumenta el nmero de arrancadas.


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Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea

Como conclusiones:

*Se deben seleccionar equipos con rendimientos instantneos altos; es decir, con temperaturas de hu-mos bajas y prdidas por la envolvente reducidas.

*

La potencia instalada debe ser ajustada a las necesidades del edificio, de modo que se obtenganperiodos de funcionamiento largos con paradas reducidas; para ello se debe tener un escalonamientode potencia adecuado, mediante conjunto con varias marchas, o mejor modulantes, y/o con variosgeneradores de calor.

*Deben adoptarse medidas para reducir las prdidas por ventilacin interna en las paradas, quemadorescon cierre de la toma de aire en las paradas, estabilizadores de tiro en chimenea con apertura de entra-da de aire en las paradas, etc.

*Reducir el nmero de arrancadas ya que los barridos incrementan las prdidas, lo que puede lograrsecon una correcta seleccin del escalonamiento de potencia.

La seleccin de los escalones de potencia disponibles debe efectuarse de maneraque se tenga el menor nmero de paradas y arrancadas posible


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Instalacin de calderasde potencia superiora 70 kW

En este apartado se analizan los condicionantes parala instalacin de calderas centrales (potencia superiora 70 kW). En el mismo se indica el objetivo de cadamedida; en diversas instrucciones del Reglamento deInstalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) se espe-cifican algunas de ellas.

Todas las calderas utilizadas en este tipo de insta-laciones deben cumplir la Directiva 92/42/CEE, lamisma fue transpuesta por el Real Decreto 275/1995(ITE 1.2.4.1.2.1). Adems, en el caso de calderas a gascumplirn la Directiva 90/396/CEE, que a su vez fue

transpuesta por el Real Decreto 1.428/1992 de 27 denoviembre (IT 1.3.4.1.1).

Los generadores trmicos (calderas y quemadores) in-corporarn el Marcado CE (Artculo 18), con el cual setiene constancia de que los equipos cumplen con lasdirectivas que les son de aplicacin.

6.1 BANCADAS

Las calderas se colocarn sobre una bancada de iner-

cia cuando no posean una base propia suficientementergida. Esta bancada ser de hormign o acero, de talforma que tenga suficiente inercia para evitar el paso devibraciones al edificio. Entre la bancada y la estructuradel edificio deben interponerse elementos antivibrato-rios (CTE HR 3.3.2.4).

La bancada puede ser sustituida por los soportesantivibratorios que algunos fabricantes ofrecen, espe-cialmente diseados para cada equipo.

6.2 LLAVESDECORTEYVACIADO

Cada caldera dispondr de llaves de corte en las con-ducciones de ida y retorno, de modo que pueda aislarsedel resto sin necesidad de vaciar previamente toda lainstalacin (IT 1.3.4.2.3).

Asimismo, cada caldera tendr su propio vaciado deagua; la seccin mnima de la tubera de vaciado serde 20 mm. La conexin entre la llave de vaciado y eldesage se har de forma que el paso de agua resultevisible (IT 1.3.4.2.3). Este vaciado, asociado a las llaves

de corte, es imprescindible para poder efectuar las re-paraciones correspondientes sin afectar al resto de lainstalacin.

6.3 VLVULASDESEGURIDAD

Por tratarse de circuitos cerrados es obligatorio quecada caldera disponga de una vlvula de seguridad (IT1.3.4.2.5) que tendr un dispositivo de accionamientomanual para pruebas que, cuando sea actuado, no mo-difique su tarado; adems su descarga ser visible y

estar conducida a lugar seguro.

El objetivo de estas vlvulas es evitar que en la ins-talacin se produzcan sobrepresiones que puedandeteriorarla, independientemente de como hayan ac-tuado el resto de los rganos de control y seguridad(termostatos). Este aspecto es crtico ya que una sobre-presin puede provocar accidentes por piezas metlicasque salgan despedidas, adems de la rotura de lospropios equipos; por todo ello deben estar directamen-


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te conectadas a los generadores de calor, que son lospuntos donde al incrementar la temperatura se puedenproducir directamente las sobrepresiones.

Debido a su importancia, deben ser revisadas peridi-camente por el personal de mantenimiento; para ello esnecesario el dispositivo de comprobacin manual, queevidentemente no debe modificar su tarado.

El requisito de que la descarga sea visible es verificarsu actuacin en las comprobaciones peridicas y suestado si se observa que estn descargando en el fun-cionamiento habitual de las instalaciones. Teniendo encuenta que en caso de actuacin, o comprobacin, vana evacuar vapor a alta temperatura la descarga debeser conducida de manera que no provoque accidentes

sobre el personal que en ese momento se encuentreen la sala. En muchas ocasiones, este ltimo requisi-to ha sido interpretado como la obligacin de conducirla descarga al desage de la sala o al vaciado de lasinstalaciones; sin embargo, teniendo en cuenta que esmuy importante saber si la vlvula ha actuado, puedeplantearse la conveniencia de conducir la descarga a unpunto en el suelo de la sala, donde no origine riesgos yque, por el contrario, permita al personal de manteni-miento confirmar que la misma ha disparado.

La vlvula estar dimensionada por el fabricante del

equipo (IT 1.3.4.2.5), para ello, en la documentacintcnica de la caldera se incluir el dimetro de conexinde la vlvula; sin embargo, para la presin de tarado dela misma no es suficiente con tener en cuenta la presinde trabajo de las calderas, ya que debe analizarse cules la correspondiente al elemento ms dbil de la insta-lacin. No debe olvidarse que las vlvulas de seguridaddeben proteger a todo el circuito cerrado; en ocasioneshay otros elementos como los vasos de expansin, bom-bas etc., cuya presin de trabajo es inferior a la de laspropias calderas. Esta situacin cobra mayor relevanciacuando las calderas se ubican en las cubiertas de losedificios; a veces, dependiendo de la altura del edificio

suele suceder que los elementos ms afectados son losemisores de las plantas bajas, debiendo modificarse lapresin de tarado de las vlvulas de seguridad de lascalderas, o instalarse otras vlvulas para proteger a loselementos ms dbiles.

Por ejemplo, supongamos un edificio de viviendas enbloque de 40 m de altura, en el cual las calderas se en-cuentran situadas en cubierta con una presin de trabajode 6 bar, mientras que los radiadores en planta baja tienen9 bar de presin de trabajo. Si las vlvulas de seguridadseleccionadas fuesen de 6 bar, adecuadas a la presin de

trabajo de las calderas, el efecto de esta presin sobre losradiadores de la planta baja sera de 10 bar (6+4 debido

a la presin esttica originada por la altura del edificio),superior a su presin de trabajo. Por esto, el modo co-rrecto de seleccionar la presin de tarado es comprobarla presin del elemento ms dbil, teniendo en cuenta su

posicin relativa en el circuito completo respecto al puntodonde se vayan a colocar las vlvulas de seguridad. Eneste caso, al estar los radiadores 40 m por debajo de esepunto, la presin mxima admisible en el mismo ser:90-40 = 50 mCA. Por lo tanto, las vlvulas de seguridaddebern tener una presin mxima de tarado de 5 bar.

En las instalaciones donde los generadores se colocanen las plantas de cubierta, pero los colectores y otroselementos se ubican en los stanos, este detalle cobramayor importancia, obligando a seleccionar equipos (porejemplo, bombas de circulacin) con mayor presin de

trabajo (por ejemplo, PN10 en lugar del habitual PN6).

6.4 PRESOSTATOS

Adems de los problemas originados por las sobre-presiones, en las instalaciones se pueden dar otrosdebidos a la falta de presin mnima que garantice el co-rrecto funcionamiento de todos los equipos; por ello sedeben instalar dispositivos de seguridad que impidan lapuesta en marcha de las instalaciones si no se tiene la

presin mnima necesaria (presostatos) (IT 1.3.4.2.5).

En este sentido, adems de las propias calderas, en lasque la falta de presin mnima puede provocar vapori-zaciones indeseadas o falta de circulacin de agua, loselementos ms sensibles son las bombas de circula-cin que en la aspiracin requieren una presin mnimavariable con la temperatura de trabajo; a mayor tempe-ratura mayor presin (ver Gua Tcnica n 10: Seleccinde equipos de transporte de fluidos).

Para seleccionar la presin de tarado de los presostatosdebe analizarse la presin mnima necesaria en todos

los equipos considerando su posicin relativa en lainstalacin.

6.5 EXPANSIN

Los cambios de temperatura del agua de la instalacinprovocan variaciones en su volumen, que si no son ab-sorbidos por algn elemento, al ser el agua un fluidoincomprimible, crearn sobrepresiones en los circuitos;los elementos encargados de absorber estas dilata-

ciones son los denominados vasos de expansin, quedebern ser de tipo cerrado (IT 1.3.4.2.4).


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Instalacin de calderas de potencia superior a 70 kW

Para el diseo y dimensionado de los sistemas de ex-pansin se puede aplicar lo indicado en la norma UNE100.155. En anteriores versiones de la reglamentacinse requera que entre los generadores de calor y el siste-ma de expansin no existiesen llaves de corte, este eraun requisito heredado del uso de vasos de expansinabiertos, en los que el vaso cumpla la doble misin deabsorber las dilataciones y actuar como seguridad antesobrepresiones; sin embargo, los vasos de expansincerrados deben asociarse al uso de vlvulas de seguri-dad, siendo stas las que estn en conexin directa (sinllaves de corte intermedias) con los generadores.

Para facilitar el mantenimiento de los vasos de expan-sin cerrados es conveniente que en la conexin a losmismos se instalen llaves de corte que permitan aislar-

los de la instalacin para efectuar las comprobaciones.

A pesar de ello es recomendable que exista un vasode expansin independiente para cada caldera; elvolumen del cual ser el necesario para compensarexclusivamente las dilataciones del agua de la calderacorrespondiente, debiendo existir vasos de expansincerrados en los diferentes circuitos, cada uno de elloscon volumen adecuado a la parte de la instalacin a laque se encuentre asignado.

6.6 TERMOSTATOS

Cada caldera dispondr, como mnimo, de los siguien-tes termostatos:

Termostatos de funcionamiento: tendr un termos-tato, de rearme automtico, por cada marcha delquemador.

Termostato de seguridad: existir un termostato,de rearme manual, tarado a una temperatura supe-rior a las de funcionamiento (IT 1.3.4.1.1).

Termostato de humos: aunque de acuerdo con elRITE no es estrictamente obligatorio ya que admi-te que se trate simplemente de un termmetro dehumos (IT 1.3.4.4.5), en el conducto de humos sedispondr un termostato de rearme manual, que ac-te si en los humos se dan temperaturas excesivas.

La misin de los termostatos de funcionamiento es dete-ner la marcha de los quemadores cuando se alcancen lastemperaturas de consigna, de modo que la produccin seadecue a las necesidades instantneas; son necesarios

tantos termostatos como marchas tengan los quemado-res para poder aprovechar correctamente los escalones

de potencia, ya que de no actuar sobre las marchas demenor potencia, los quemadores tendran un nmeroms elevado de arrancadas y paradas, lo que provocarauna disminucin del rendimiento medio estacional.

Estos termostatos sern de rearme automtico, demodo que los quemadores arranquen y paren en fun-cin de las consignas.

La misin de los termostatos de funcionamiento puedeser asumida por los equipos de regulacin externos alquemador (centrales de regulacin, autmatas progra-mables, etc.).

Si los quemadores son modulantes los termosta-tos son sustituidos por la regulacin proporcional

correspondiente.

El termostato de seguridad debe actuar cuando hayanfallado los de funcionamiento, en cuyo caso el quema-dor no se detiene cuando se alcanzan las temperaturasde consigna y contina aportando calor a la caldera,pudindose alcanzar temperaturas peligrosas, por estemotivo debe ser de rearme manual, de modo que quedeconstancia del funcionamiento anmalo de la instala-cin, debindose tomar las medidas oportunas paracorregir esta disfuncin.

El termostato de humos tiene como misin controlar queel conjunto caldera-quemador est proporcionando losrendimientos mnimos requeridos, ya que si la tempe-ratura de humos se eleva excesivamente, las prdidaspor la chimenea son muy altas, por lo cual debe ser derearme manual, de manera que exista la obligacin decorregir las causas que provocan este problema; ade-ms de la funcin de ahorro de energa asociado al cortepor temperatura elevada de humos, tambin cumple unafuncin de seguridad, ya que si no existiese este controlpodran darse casos de temperaturas de humos peligro-sas, que pudieran llegar incluso a originar incendios.

6.7 TERMMETROS

Cada caldera dispondr como mnimo de los siguientestermmetros (IT 1.3.4.4.5):

Uno en la impulsin y otro en el retorno; habi-tualmente el termmetro de impulsin vieneincorporado en la propia caldera; sin embargo, el deretorno suele ser necesario instalarlo en la tubera.

Uno en el conducto de humos; suelen incorporar-los los propios pirostatos.


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Gua tcnica


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La misin de los mismos es proporcionar datos sobre elestado de funcionamiento de la instalacin en cada mo-mento. Tendrn el sensor en el interior de la tubera, nopudiendo instalarse termmetros de contacto; estarnsituados en lugares visibles y tendrn un tamao apro-piado y una escala que permita que los valores habitualesde cada circuito se encuentren en el tercio central.

6.8 CONTADORESDEHORASYENERGA

Para poder valorar el rendimiento de generacin es-tacional de las instalaciones es preciso disponer deequipos de medida que lo permitan; por ello, para lascalderas se establecen los siguientes equipos mnimos

(IT 1.2.4.4):

Contador de horas de funcionamiento para cadacaldera de potencia superior a 70 kW.

Contadores de combustible y energa elctrica paraconjuntos trmicos con potencia superior a 70 kW.

Contador de energa trmica para conjuntos de ge-neradores de potencia superior a 400 kW.

6.9 CAUDALMNIMO

Durante su funcionamiento en el interior de las calderasse producen zonas con diferencias trmicas muy altas,

desde ms de 1.500 C en la zona de llama, hasta menosde 200 C en la caja de humos. Estas diferencias puedenprovocar tensiones muy fuertes entre los materialesconstitutivos de las mismas, debidas a dilatacionesdiferenciales, por lo que es necesario garantizar un cau-dal mnimo de circulacin de agua para que la calderase refrigere adecuadamente. Este caudal debe ser el in-dicado por el fabricante de la caldera.

Es aconsejable disear las instalaciones asegurandoel caudal nominal permanente por cada caldera. Se en-tiende por caudal nominal aquel que se correspondecon la potencia de la caldera trabajando en las condi-ciones de salto trmico de diseo (5 C, 10 C, 15 C,20 C, etc.), mientras que el caudal mnimo, inferior alnominal, se corresponde con el de seguridad indicado

por el fabricante.

Para controlar que se ha establecido dicho caudal, sedebe instalar un interruptor de flujo, de modo que nose permita el arranque del quemador si la circulacinde agua no es adecuada; este dispositivo es obligatorioexcepto si el fabricante especifica que por diseo la cal-dera no requiere circulacin mnima (IT 1.3.4.1.1).

La forma de controlar el caudal mnimo por caldera noesta reglamentada y depende del tipo de regulacinque se haya diseado para el conjunto de la instalacin;

las diferentes alternativas se definen en el apartado dela central trmica.

Figura INSTCLD-01:Circulacin mnima

T

H

T

TH

Aconsejable

circulacin nomial

TS T1 T2

TH

200 oC

1.500oC


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Instalacin de calderas de potencia superior a 70 kW

6.10 TEMPERATURAMNIMADERETORNO

Si la temperatura de retorno a caldera es demasiado baja, como se ha visto en el apartado 3, se pueden producir en lazona final del recorrido de humos, por su interior, condensaciones del agua generada en la combustin; estas condensa-ciones pueden deteriorar la caldera, por ello hay que tomar las medidas precisas para evitarlas.

Figura INSTCLD-02:Temperatura mnima de retorno

H

T T

TH

TS T1 T2

ST

TH

Para conseguir que las temperaturas de retorno a caldera no bajen de dicho valor, se debe actuar sobre las regulacionesde los circuitos de consumo, de modo que no comiencen a demandar calor hasta que el circuito de calderas no hayaalcanzado la temperatura adecuada; la solucin de bomba de circulacin en by-pass, en numerosas ocasiones denomi-nada como anticondensacin, no es una solucin eficaz, ya que si en un momento determinado la instalacin demandams potencia que la que son capaces de proporcionar las calderas, la temperatura de retorno baja irremisiblemente; la

misin real de esas bombas es mantener la circulacin mnima requerida.

La temperatura mnima de retorno debe ser indicada por el fabricante de la caldera, ya que existen calderas con di-seos especiales que permiten trabajar con temperaturas de retorno bajas sin peligro de condensacin (calderas debaja temperatura) e incluso calderas que, para aumentar el rendimiento, provocan las condensaciones (calderas decondensacin).

6.11 RECOGIDADECONDENSADOS

Si las calderas instaladas son de condensacin se pretende que se produzcan condensaciones en el interior de las mis-

mas, por ello se debe instalar un sistema para la recogida de estas condensaciones. Aunque an no se ha reglamentadoen este sentido, lo ms ade

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