RENDIMIENTO EN LAS CALDERAS CAPITILO 11

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RENDIMIENTO EN LAS CALDERASCAPITILO 11º
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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).

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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.

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Calderas

• Partes
• Hogar
• Quemador
• Humos
• Intercambiador de calor
• Fluido caloportador
• Chimenea.

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calderas

• Los elementos básicos de que se compone una
  caldera, son los siguientes

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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.
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Calderas pirotubulares
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DETALLE DE CALDERAS
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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
Domo inferior
Tubo de subida
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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.
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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.

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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.
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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.
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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 gt 70ºC.
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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.
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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
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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.
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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.
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QUEMADORES ATMOSFERICOS
Esquema de funcionamiento de un quemador
atmosférico
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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.
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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.
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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.
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QUEMADORES BAJO INDICE DE NOx
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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.

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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.
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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

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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
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ZONIFICACIÓN CIRCUITOS. PRIMARIOS/SECUNDARIOS
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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.
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Quemadores Clasificación

• Quemadora de una llama o escalón Su regulación
  todo-nada. 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

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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.
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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

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Escalones de potencia
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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.
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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.

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Escalones de potencia
QUEMADOR MODULANTE
La potencia del quemador y el caudal de aire se
adaptan automáticamente a las necesidades
caloríficas de momento.
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Quemadores
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Boquillas
SELECCIÓN BOQUILLAS Utilizar preferentemente
boquillas con ángulo de pulverización de 60 y
presión de 12 bar.
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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
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Boquillas
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Distribución de combustible
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Bomba
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
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
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RENDIMIENTO EN LAS CALDERAS
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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.
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CALIDAD DE LA COMBUSTION
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El encendido
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