RENDIMIENTO EN LAS
CALDERAS
CAPITILO 11º
Calderas
La caldera: Es el conjunto formado por el cuerpo de la
caldera y el quemador y esta destinado a transmitir al agua
(fluido caloportador) el calor liberado por la combustión.
Las calderas pueden utilizarse para la producción de vapor
(para la generación de energía eléctrica o procesos de
calefacción) o para la producción de agua caliente (para
sistemas de calefacción o suministros de agua caliente
sanitaria).
Calderas
Los elementos básicos de que se compone una caldera,
• Tubo Hogar o cámara de combustión: habitáculo en el que se
realiza la reacción de combustión.
• Cámara hogar: Es el elemento que recibe los humos procedente del
tubo hogar
• Quemador: dispositivo que se encarga de realizar la mezcla del
combustible con el comburente para facilitar la combustión.
• Intercambiador de calor: donde se realiza la transferencia de
energía térmica obtenida con la combustión al fluido térmico.
• Salida de humos: conducto que conduce los gases generados en la
combustión hasta la chimenea.
Calderas
• Partes:
Hogar
Quemador
Humos
Intercambiador de calor
Fluido caloportador
Chimenea.
calderas
•
Los elementos básicos de que se compone una caldera, son los siguientes:
Calderas: Clasificación
• Según su diseño
Calderas pirotubulares:
En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el
interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta
salir por la chimenea.
El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de
las paredes de los tubos al agua que los rodea, quedando todo el conjunto
encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente
calorifugada.
A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua,
vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del
cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es
la que provoca el aumento de la presión del interior del recipiente y su
visualización en el manómetro.
Calderas pirotubulares:
DETALLE DE CALDERAS
Calderas: Clasificación
•
Calderas acuotubulares o de tubos de agua:
•
En este tipo de calderas es el agua o fluido térmico que se pretende
calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la
cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas
producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera
dentro de estos tubos.
•
•
Existe dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se
comunican entre si en dos domos.
Debido a que el agua en el interior de los tubos de subida pesa menos por
estar mas caliente que la que esta el interior de los tubos de bajada, se
establece una circulación del fluido en sentido:
Domo superior
Tubo de bajada
Tubo de subida
Domo inferior
Calderas acuotubulares:
Con este tipo de calderas se puede trabajar con mayores presiones y
potencias que con las pirotubulares. Se utilizan principalmente para
generar vapor de agua.
CALDERAS
Por el tipo de tiro
Tiro Natural:
• El aire entra por diferencia de densidad (aire / humos).
• Mayor altura de chimenea.
• Utilizado en hornos pequeños.
Tiro Forzado:
• Se fuerza la entrada de aire al hogar.
Calderas: Clasificación
• Por el fluido térmico utilizado
• Calderas de agua:
Utilizan el agua como fluido térmico, calentándola hasta temperaturas
cercanas a los 90 C, (sin alcanzar en ningún caso la temperatura de
ebullición del agua), con presiones de trabajo de 2 bar. Se utilizan para
sistemas de calefacción residencial.
• Calderas de agua sobrecalentada:
El fluido térmico que utilizan es el agua, como las anteriores, pero en
este caso se calienta hasta temperaturas que pueden alcanzar los 200 C.
El sistema se encuentra a sobrepresión, ya que se supera la temperatura de
ebullición del agua, sin embargo no se produce vapor de agua, ya que el agua
no entra en ebullición dentro del sistema. Se trabaja con presiones de hasta 20
bar.
Se utilizan para calentamiento de grandes espacios o aguas de procesos
industriales.
Calderas: Clasificación
Calderas con el hogar en depresión:
Este tipo de calderas funcionan por la depresión que se crea al
instalar un ventilador que aspira los humos para forzar el tiro de
la chimenea, evitando de este modo que los humos puedan entrar al
local donde está instalada la caldera.
La presión en el hogar es inferior a la atmosférica.
Calderas con el hogar en sobrepresión:
La presión en el hogar es superior a la atmosférica. Los gases son
empujados al interior del hogar por medio de un ventilador, que los
obliga a circular más rápido que en los otros tipos de calderas.
Calderas: Clasificación
•
Por la temperatura de salida del humo
Calderas con temperatura de salida del
humo estándar:
Los humos salen de la caldera a
temperaturas superiores a 70 C de forma
que se evita la condensación del vapor
de agua que contienen, evitando así
problemas de formación de ácidos y de
corrosión de la caldera. Al evacuar los
humos calientes, se producen pérdidas de
energía con la consiguiente bajada del
rendimiento de la caldera.
Estandar: no soportan condensación,
Tª ret > 70ºC.
Calderas: Clasificación
Calderas de condensación:
Son calderas diseñadas para evacuar los
humos a temperaturas próximas a la
temperatura ambiente, sin que pueda
resultar dañada por las condensaciones.
Con este tipo de calderas, además de evitar
pérdidas de calor con los humos, se
recupera calor latente de condensación
del vapor de agua que se ha formado en la
combustión, con lo que se obtienen
rendimientos elevados.
Calderas: Clasificación
Calderas de Baja Temeperatura (BT):
Son aquéllas que pueden funcionar de
forma continua con temperaturas de
retorno de entre 35 y 40 ºC y en las cuales
puede producirse, en algunas circunstancias,
la condensación del vapor de agua contenido
en los gases de combustión.
Tubos de doble o triple pared y de gran
tamaño. Soportan Temperaturas de agua
retorno de 35 o 40ºC
QUEMADORES ATMOSFERICOS
QUEMADORES ATMOSFERICOS
Se emplean, únicamente, para combustibles gaseosos.
Una parte del aire necesario para la combustión (Aire Primario) se induce en el
propio quemador por el chorro de gas salido de un inyector (efecto Venturi); el
aire restante (Aire Secundario) se obtiene por difusión del aire ambiente
alrededor de la llama.
En este tipo de quemadores se tienen combustiones con altos índices de
exceso de aire.
Quemadores
Los quemadores son aparatos o mecanismos cuya función es preparar la
mezcla de combustible + comburente para realizar la combustión.
En el quemador, el combustible y el comburente (aire) entran por separados y
en el se regulan la cantidades de cada uno, mezclándose lo mas
perfectamente posible e iniciándose su propio encendido.
Por eso el quemador debe lograr la mezcla íntima del combustible con el aire
(combustible y comburente) y además proporcionar la energía de activación.
Por la forma en que toman el aire de combustión se distinguen dos
tipos de quemadores:
- Quemadores atmosféricos.
- Quemadores mecánicos.
QUEMADORES ATMOSFERICOS
Esquema de funcionamiento de un quemador atmosférico
QUEMADORES ATMOSFERICOS
La principal ventaja de este sistema es su simplicidad y bajo coste.
La energía de activación se logra mediante llama piloto, que debe
estar permanentemente encendida, o con encendidos automáticos
(electrónicos, tren de chispas, etc).
La regulación del gas se obtiene por variación de la presión en el
inyector (abriendo y cerrando progresivamente la válvula de gas); esto
permite que el quemador pueda ser modulante con relativa facilidad.
QUEMADORES ATMOSFERICOS
La regulación del aire (con gas a presión constante) se puede conseguir:
Variando la sección de entrada de aire, por obturación de los
orificios por donde entra, mediante discos roscados, anillo móvil o
capuchón deslizante.
Por deslizamiento de la boquilla del inyector respecto del Venturi.
QUEMADORES MECANICOS
También se denominan como Quemadores a Sobrepresión; el aire de
combustión es introducido mediante un ventilador, existen diversos sistemas
para lograr la mezcla del aire con el combustible.
En el caso de gas, el combustible se introduce mediante los inyectores,
aprovechando la propia presión de suministro.
En los combustibles líquidos se utilizan diversos sistemas para su
pulverización, de modo que es creen microgotas de combustible que facilitan
su mezcla con el aire. El tipo más extendido es el de pulverización mecánica.
QUEMADORES BAJO INDICE DE
NOx
Quemadores
•
Los quemadores
independientemente del tipo que
sean puede estar preparados
para trabajar bien con la
cámara de combustión con
entradas de aire (a depresión) o
bien hermética (a sobrepresión).
•
Para potencias pequeñas y
medianas resulta usual que el
quemador se suministre formando
bloque con la caldera,
realizándose, entonces, la
elección y acople en fábrica.
QUEMADORES MECANICOS
La combustión
La combustión puede ajustarse actuando:
Sobre el gasto de combustible,
Sobre la cantidad de aire a impulsar y
Sobre los elementos que producen la mezcla;
por lo que es posible obtener rendimientos de combustión muy altos.
GENERACIÓN DE CALOR
IT Fraccionamiento de potencia.
“Las centrales de producción de calor equipadas con generadores
de tipo estándar cumplirá con estos requisitos:
1. Si la potencia térmica de la central es mayor que 400 kW se
instalarán dos o más generadores de calor.
2. Para centrales con potencia igual o menor de 400 kW y con
servicios de calefacción y agua caliente sanitaria se dispondrá
de un generador de calor dedicado a este último servicio,
salvo cuando la potencia demandada
por este servicio se
adecue, dentro de un margen del ± 10%, a la potencia del
primer escalón del quemador de un único generador de calor
para ambos servicios”. Excepción: Instalaciones individuales
de potencia térmica menor que 70 kW
ZONIFICACIÓN:
CIRCUITOS. PRIMARIOS/SECUNDARIOS
ITE 02.8.1: Se procurará que los circuitos de distribución de los fluidos
portadores (circuitos secundarios) se dividan teniendo en cuenta el horario
de funcionamiento de cada subsistema, las cargas diferenciadas por
orientación o servicio, la longitud hidráulica del circuito y el tipo
ZONIFICACIÓN:
CIRCUITOS. PRIMARIOS/SECUNDARIOS
Escalones de potencia
Por el número de escalones de potencia que producen, se distinguen
los siguientes tipos de quemadores:
* DE UNA MARCHA
Son quemadores que sólo pueden funcionar con la potencia a la que hayan
sido diseñada, son quemadores de pequeña potencia.
Quemadores: Clasificación
•
Quemadora de una llama o
escalón: Su regulación todonada. Se utiliza para pequeños
quemadores hasta una potencia
de 70 kw. Según ITE 02.6.2
En estos quemadores cuando
están en marcha solo pueden dar
toda la potencia
Escalones de potencia
* DE VARIAS MARCHAS
Son quemadores con dos ó más escalones de potencia (habitualmente dos); es
decir, que pueden funcionar produciendo potencias distintas.
Deben disponer de los elementos necesarios para poder regular la admisión de
aire y el gasto de combustible, de modo que en cada escalón de potencia se
obtenga el rendimiento de combustión más alto posible.
Se utilizan para potencias intermedias o altas.
Quemadores: Clasificación
•
Quemadores de dos llamas o dos
escalones: Se utiliza para potencia
térmicas comprendidas entre 70
kW - 400 kW. Según ITE 02.6.2
La regulación que puede
efectuarse es: Todo-parte-nada,
según funciones una o dos
boquillas o según la presión
suministrada por el regulador de la
bomba
Escalones de potencia
Escalones de potencia
* MODULANTES
Estos quemadores ajustan continuamente la relación Aire - Combustible,
de manera que pueden trabajar con rendimientos elevados en una amplia
gama de potencias; adecuándose de manera continua a las necesidades
de producción.
En el RITE se da la siguiente tabla en la cual se indica en número de
marchas de los quemadores en función de la potencia de los generadores.
Quemadores: Clasificación
•
Quemadores modulantes. Se
utiliza para potencia térmicas
superiores a 800 kW. Según ITE
02.6.2
La potencia se puede regular de
forma continua en función de la
demanda, desde un mínimo
indispensable para que funcione
la instalación hasta el 100 % ( o
máxima potencia).
Ventaja: Reduce sobremanera la
secuencias de “encendido-paro”
con el consiguiente ahorro
energético.
Escalones de potencia
QUEMADOR MODULANTE
La potencia del quemador y
el caudal de aire se adaptan
automáticamente a las
necesidades caloríficas de
momento.
Quemadores
Boquillas
SELECCIÓN BOQUILLAS
Utilizar preferentemente boquillas con ángulo de pulverización de 60
y presión de 12 bar.
Boquillas
Ejemplo
Potencia caldera = 135 kW – rendimiento 90%
Potencia en quemador = 135 : 0,9 = 150 kW
es decir, se necesitan una boquilla de 150 kW a
60 y 12 bar de presión:
1° = 3,00 GPH
Boquillas
Distribución de combustible
Bomba
BOMBA
1 - Aspiración G 1/4"
2 - Retorno G 1/4"
3 - Conexión manómetro G 1/8"
4 - Conexión vacuómetro G 1/8"
5 - Regulación presión
A - Caudal mínimo a 12 bar de presión
B - Campo de regulación presión de salida
C - Depresión máxima en aspiración
F - Presión máx. en aspiración y retorno
G - Regulación de la presión en fábrica
RENDIMIENTO EN LAS
CALDERAS
RENDIMIENTO EN LAS
CALDERAS
Las pérdidas globales de las calderas de calefacción incluyen:
las pérdidas por humos y las pérdidas de superficie.
Éstas últimas incluyen todas las pérdidas de la caldera producidas a través
de su superficie: durante el funcionamiento del quemador, en forma de
pérdidas por radiación y, en forma de pérdidas por disposición de servicio,
durante los tiempos de parada.
CALIDAD DE LA COMBUSTION
El encendido
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