111

Para el agua:

Pu = Q (Ts - Te)

En donde:

Pu = Potencia útil en kcal/h.Q = Caudal en l/h.Ts = Temp. del agua a la sali-

da en °C.Te = Temp. del agua a la en-

trada en °C.Ce = Calor específico en

kcal/h. kg. °C.= 1 para agua.Pe = Peso específico en kg/

dm3 = 1 para el agua.

La mayoría de fabricantes decalderas, en sus informacionestécnicas, indican las potenciasútiles.

1.2. Potencia quemada (Pc)–––––––––––––––––––––––––––––––

La potencia obtenido al que-mar un combustible depende delPoder Calorífico Inferior, siendoéste el calor que desprende alquemarse una unidad de peso ovolumen y de la cantidad de com-bustible utilizado en una hora.

Pc = PCI · C

En donde:

Pc = Potencia quemada enkcal/h.

C = Consumo combustible enkg/h ó Nm3/h.

PCI = Poder Calorífico Infe-rior del combustible:

Gasóleo = 10.200 kcal/kg.Fuelóleo = 9.700 kcal/kg.Antracita = 7.000 kcal/kg.Gas Ciudad = 3.800 kcal/Nm3.Gas Natural = 9.300 kcal/Nm3.Propano = 22.000 kcal/Nm3.

El calor producido al quemar-se un combustible en una calde-ra no se transmite íntegramenteal agua de calefacción, se pro-ducen unas pérdidas que seránde mayor o menor magnitud de-pendiendo del diseño de la cal-dera y de la regulación de lacombustión.

El rendimiento útil de unacaldera será:

Puηu = –––– · 100 en %

Pc

siendo:

Pu = Potencia útil de la cal-dera.

Pc = Potencia calorífica obte-nida al quemar un combustible.

1.1. Potencia útil (Pu)–––––––––––––––––––––––––––––––

La potencia útil de una calde-ra depende del caudal de agua(Q) que circula a través de ellay del salto térmico del agua queexiste a la entrada (Te) y salida(Ts) de la caldera (Fig. 1).

Pu = Q · (Ts - Te) · Ce · Pe

1. Rendimiento útil (ηu)

Cálculo de rendimientos delas calderas e instalacionesPrevención contra las condensaciones y corrosión del agua

Dpto. Técnico CalefacciónCompañía Roca Radiadores

En este artículo se clarifican losconceptos de los rendimientos

que intervienen durante elfuncionamiento de una

instalación de calefacción.

Se aprecian todas las pérdidasque se generan, que son la basede partida para determinar los

rendimientos. El objeto, esreducir al mínimo estas

pérdidas y, de este modo,conseguir que el rendimiento

estacional de la instalación sealo más elevado posible,obteniendo los mejores

resultados económicos de laexplotación.

Calderas

Montajes e Instalacioneswww.alcion.es

Figura 1.

http://www.energuia.com

th = Temp. de humos en chi-menea en °C.

ta = Temp. ambiente en °C.

Para combustibles líquidos(gasóleo y fuelóleo) la determi-nación del volumen de gasescombustión (Vc) se puede obte-ner a través de la figura 3. Pre-viamente es necesario conocer elexceso de aire, para ello, tambiéngráficamente lo podemos cono-cer con la ayuda de la figura 4.

Para determinar las pérdidasdel calor sensible (qhs) tambiénpodemos utilizar la fórmula deSiegert, aproximadamente losresultados son similares.

th - taqhs = K · ––––––––

CO2

En donde:

th = Temp. de humos en °C.ta = Temp. ambiente de la sa-

la en °C.CO2 = Contenido de CO2 en %.

A esta potencia (Pc), tambiénsuele denominarse potencia no-minal de la caldera.

Las pérdidas de calor que segeneran en el funcionamientode una caldera son (Fig. 2):

A =Pérdidas en chimeneas.B =Pérdidas por radiación,

convección y contacto de la cal-dera con su retorno.

2.1. Pérdidas en chimenea–––––––––––––––––––––––––––––––

Las pérdidas que se generanen la combustión y que salen através de la chimenea son dos:

qhs = Pérdidas calor sensible. qi = Pérdidas calor inquema-

dos.

2.1.1. PERDIDAS CALOR SENSIBLE (QHS)

Las pérdidas por el calor sen-

2. Pérdidas de calor

sible en los productos de lacombustión son las más impor-tantes.

Depende esencialmente delporcentaje de CO2 y de la tempe-ratura de humos en la chimenea.

A su vez, el porcentaje deCO2 depende del tipo de com-bustible utilizado y del excesode aire utilizado en la combus-tión.

Para determinar las pérdidasdel calor sensible (qhs) aplicare-mos la fórmula siguiente:

Vc · Ccqhs = ––––––– (th - ta) · 100 en %

PCI

En donde:

Vc = Volumen gases combus-tión en Nm3/kg.

Cc = Calor específico gasescombustión (0,33 ÷ 0,35 kcal/Nm3°C).

PCI = Poder Calorífico Infe-rior del combustible.

112

Figura 2.

Figura 3.Volumen gases de combustión (Vc) en función del exceso de

aire (η) para combustibles

líquidos

Figura 4.Indice de exceso de aire (η) en función del porcentaje de CO2 para combustibles líquidos

bustión en Nm3kg ó Nm3/Nm3

(para gasóleo y fuelóleo ver Fig.3).

3020 = Poder calorífico infe-rior del CO en kcal/Nm3.

CO = % de contenido en losgases de combustión.

PCI K1Gasóleo 10.200 kcal/kg 1,9Fuelóleo 9.700 kcal/kg 1,8

También se puede utilizar:

COqi = K2 ––––––––––– en %

CO + CO2

En donde:

K2 = 95 para gasóleo y fueló-leo

= 60 para carbón= 35 para gas ciudad= 72 para gas natural= 84 para propano

El actual Reglamento indicaque el CO máximo permitido esdel 0,1%. Para este porcentajelas pérdidas por inquemadossuelen oscilar entre el 0,4 y el0,8%. Para un 1% de contenidode CO, las pérdidas ya son im-portantes, se sitúan alrededor deun 4 a un 7%.

El rendimiento de combus-tión (ηc) es el obtenido despuésde deducir las pérdidas del calorsensible (qhs) y las de inquema-dos (qi).

3. Rendimiento decombustión (ηc)

K = 0,495 + (0,00693 · CO2)para gasóleo.

K = 0,516 + (0,0067 · CO2) pa-ra fuelóleo.

K = 0,379 + (0,0097 · CO2) pa-ra gas natural, propano y butano.

K = 0,68 para hulla y antracita.K = 0,57 para cok.K = 0,50 para gas ciudad.

Para el gasóleo, gráficamente yde modo aproximado directamen-te podemos determinar las pérdi-das de calor sensible (qhs). (Fig. 5).

Ejemplo: el análisis de com-bustión de una caldera funcio-nando con gasóleo de PCI10.200 kcal/kg es el siguiente:

- 12% de CO2.- Temperatura de humos th =

200°C. - Temperatura ambiente ta =

20°C.

Determinar el calor sensible(qhs) perdido por los gases decombustión.

Primeramente determinaremosel exceso de aire en la combus-tión a través de la Fig. 4.

η = 1,25

Seguidamente aplicaremos laFig. 3 para hallar el volumen degases de combustión, que paraun exceso de aire de n = 1,25 lecorresponde.

Vc = 14 Nm3/kg.

A continuación aplicaremos lafórmula y sustituiremos los valores.

Vc · Ccqhs = –––––––– (th - ta) · 100 =

PCI

14 · 0,35= ––––––– (200 - 20) · 100 = 8,65%

10.200

Aplicando la fórmula de Sie-gert.

th - taqhs = K –––––––– = 0,578

CO2

200 - 20–––––––– = 8,67%

12

K = 0,495 + (0,00693.12) = 0,578

Si aplicamos directamente laFig. 5 vemos que el resultado essimilar a los hallados numérica-mente.

2.1.2. PERDIDAS DE CALOR POR INQUEMADOS

Las pérdidas de calor por in-quemados (qi) son las debidasprincipalmente por el carbonoque no se ha quemado y que encombinación con el oxigeno for-ma CO.

Para su determinación pode-mos aplicar la fórmula siguiente:

Vc · 3.020 · COqi = K1 ––––––––––––––– en %

PCI

En donde:

Vc = Volumen gases de com-

113

marzo 01

Figura 5. Determinación pérdidas de calor sensible (qhs) Figura 6.

de la combustión y de las pérdi-das de la propia caldera con suentorno cuando está en funcio-namiento.

Sin embargo existen otras pér-didas que se dan durante el ser-vicio de la caldera, siendo estas:

Con caldera en funciona-miento

- Pérdidas en tuberías (C).

Con caldera parada por ter-mostato

- Pérdidas en tuberías (C1). - Pérdidas de la caldera con

su entorno (A1).- Pérdidas por enfriamiento

caldera al circular aire a travésdel circuito de humos (B1).

Debemos entender como pér-didas en tuberías, las pérdidasde calor de las tuberías distri-buídas por locales no calefaccio-nados tales como, sala caldera,parking, etc. Las que circulanpor locales calefaccionados, noson pérdidas, ya que indirecta-mente se aprovechan para cale-faccionar el local, actuando co-mo un emisor (Fig. 7).

4.2. Pérdidas con caldera en funcionamiento–––––––––––––––––––––––––––––––

El rendimiento "puntual" dela instalación (ηi) estando la cal-dera en funcionamiento será:

ηi = ηu - qt

Cqt = –––––– · 100

Pu

En donde:

ηu = rendimiento útil de lacaldera.

qt = % de pérdida en tuberías.C = pérdidas en tuberías en

kcal/h.Pu = potencia útil de la cal-

dera en kcal/h.

Las pérdidas en tuberías de-penderán de sus dimensiones,longitud y si están o no aisladastérmicamente.

(ηc) = 100 - (qhs + qi)

Con una buena regulación dela combustión, como sería porejemplo un CO2 del 12 al 13%en gasóleo, los rendimientos decombustión aumentan haciendofuncionar la caldera a potenciasinferiores a la útil (Fig. 6).

3.1. Pérdidas de radiación y convección–––––––––––––––––––––––––––––––

Las pérdidas por radiación yconvección son las que generala caldera con su entorno (qrc),podríamos llamarlas pérdidasresiduales.

qhs + qi + qrc = 100 - ηu.

como qhs + qi = 100 - ηc tene-mos:

100 - ηc + qrc = 100 - ηu.

qrc = 100 - ηu. - 100 + ηc

qrc = ηc - ηu

De aquí viene la denomina-ción de pérdidas residuales. De-penden del tamaño de las cal-deras y de su aislamiento.

Aproximadamente, pueden cal-cularse aplicando la fórmula si-guiente.

α · S · ∆tqrc = ––––––––––

Pc

En donde:

α = coeficiente de transmisiónde calor 10 ÷ 12 kcal/m2. h. °C.

S = superficie exterior del con-torno de la caldera en cm2.

∆t = diferencia de temperatu-ra superficial media de la super-ficie exterior de la caldera y dela temperatura ambiente de lasala caldera en °C.

Pc = potencia quemada por elcombustible en kcal/h.

Para efectuar un cálculo másexacto, podemos desglosar lasuperficie exterior de la calderaen tres partes, el frontal, la tra-sera y el resto de la superficie ycalcular las pérdidas de calor decada una de ellas.

Frontal:

α1 · S1 · ∆t1 12S1 · ∆t1qrc1 = –––––––––––– = ––––––––

Pc Pc

Trasera:

α2 · S2 · ∆t2 12S2 · ∆t2qrc2 = –––––––––––– = ––––––––

Pc Pc

Resto caldera:

α3 · S3 · ∆t3 12S3 · ∆t3qrc3 = –––––––––––– = ––––––––

Pc Pc

Por tanto tendremos:

qrc = qrc1 + qrc2 + qrc3

El rendimiento útil de unacaldera será por tanto, lo quenos queda después de deducirtodas las pérdidas que se gene-ran en ella cuando está en fun-cionamiento:

(ηu) = 100 - (qhs + qi + qrc)= ηc - qrc

4.1. Rendimiento de la instalación–––––––––––––––––––––––––––––––

Hay que distinguir claramen-te lo que es el rendimiento útilde una caldera y el de la insta-lación.

Anteriormente se ha desarro-llado el rendimiento de la calde-ra que depende del rendimiento

4. Rendimiento útil de la caldera (ηu)

114

Figura 7.

Esta última, puede reducirseconsiderablemente utilizandoquemadores que al dejar de fun-cionar automáticamente, cierranel registro del aire que incorpo-ran; de no disponer en el que-mador de este automatismo sepuede intercalar en el tramo deconexión de la caldera con la

4.3. Pérdidas con caldera parada por el termostato–––––––––––––––––––––––––––––––

Si la caldera se ha paradopor el temmostato, ésta y lastuberías continúan perdiendocalor (C1) y paulatinamenteirá descendiendo la tempera-

tura del agua que contienen(Fig. 8).

En la caldera se originan dostipos de pérdidas, la de radia-ción y convección con su entor-no (A1) y la de enfriamiento delcircuito de humos por la circula-ción de aire a través de él (B1).

115

marzo 01

Tubería sin aislar

Temperatura media - temperatura ambiente

Ø 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

3/8" 10 15 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 70 731/2" 12 17 21 26 31 36 41 46 51 55 60 65 70 75 80 85 893/4" 14 19 25 31 37 42 48 54 59 65 71 76 82 88 94 99 1051" 16 23 29 36 42 49 56 62 69 75 82 89 95 102 109 115 122

11/4" 19 27 35 43 50 58 66 74 82 90 98 106 113 121 129 137 14511/2" 21 30 38 47 56 65 73 82 91 99 108 117 126 134 143 152 1612" 25 35 45 55 66 76 86 97 107 117 127 138 148 158 169 179 189

21/2" 30 43 56 68 81 94 107 119 132 145 158 170 183 195 208 221 23357 26 37 48 59 70 81 92 103 114 124 135 146 157 168 179 190 20164 28 40 52 64 76 88 99 111 123 135 147 159 170 182 194 206 21870 30 43 56 68 81 94 107 119 132 145 158 170 183 195 208 221 23382 35 49 64 78 93 107 122 136 151 165 180 195 209 224 238 253 26794 39 56 72 88 105 121 137 154 170 186 203 219 235 252 268 284 301

106 43 61 79 97 115 134 152 170 188 206 224 242 260 278 296 314 332119 48 68 87 107 127 147 167 187 207 227 246 266 286 306 326 346 366131 52 74 96 117 139 161 182 204 226 247 269 291 313 334 356 378 399143 56 80 103 126 150 173 197 220 243 267 290 314 337 360 384 407 430156 61 86 111 136 161 187 212 237 262 288 313 338 363 389 414 439 464

Tubería aislada

Temperatura media - temperatura ambiente

Ø 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

3/8" 1 2 3 4 5 6 7 7 8 9 10 11 12 12 13 14 151/2" 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 183/4" 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 2117' 3 5 6 7 8 10 11 12 14 15 16 18 19 20 22 23 2411/4'' 4 5 7 9 10 12 12 15 16 18 20 21 23 24 26 27 2911/2" 4 6 8 9 11 13 14 15 18 20 22 23 25 27 29 30 322" 5 7 9 11 13 15 17 16 21 23 25 28 30 32 34 36 38

21/2" 6 9 11 14 16 19 21 24 26 29 31 34 37 39 42 44 4757 5 7 10 12 14 16 18 21 23 25 27 29 31 34 36 38 4064 6 8 10 13 15 18 20 22 25 27 29 32 34 36 39 41 4470 6 9 11 14 16 19 21 24 26 29 31 34 37 39 42 44 4782 7 10 13 16 19 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 5394 8 11 14 18 21 24 27 31 34 37 41 44 47 50 54 57 60

106 9 12 16 19 23 27 30 34 38 41 45 48 52 56 59 63 66119 10 14 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73121 10 15 19 23 28 32 36 41 45 49 54 58 63 67 71 76 80143 11 16 21 25 30 35 39 44 49 53 58 63 67 72 77 81 86156 12 17 22 27 32 37 42 47 52 58 63 68 73 78 83 88 93

Tabla I. Cantidad de calor en kcal/h que pierde cada metro lineal de tubería

• Ejemplo 1

Se trata de una caldera que seutiliza para producción de AguaCaliente Sanitaria. En invierno,la caldera trabaja mucho mástiempo que en verano, con locual, el rendimiento estacional,como veremos, será menor eneste periodo que en invierno.

Datos:

- Caldera de 18.000 kcal/h.- Combustible gasóleo PCI

8.900 kcal/l.- Rendimiento útil de la calde-

ra 90%.- Pérdidas en tuberias cuando

está en funcionamiento la calde-ra 2%.

- Pérdidas estimadas en la ins-talación (caldera y tuberías)cuando está parada (por termos-tato) 900 kcal/h.

- Tiempo medio que funcionala caldera durante el día. Invier-no 11 horas. Verano 6 horas.

- Determinar el rendimientoestacional en invierno y en ve-rano.

Primeramente determinare-mos el rendimiento "puntual" dela instalación que será el mismopara invierno y verano.

ηi = ηu - qt = 90% - 2% = 88% = 0,88

Invierno

Potencia diaria desarrolladapor la caldera:

P = Pu · h1 = 18.000 kcal/h. 11 h = 198.000 kcal

Consumo combustible

chimenea de un registro conservomotor que trabajará en se-rie con el quemador (Fig. 9).

Por tanto, en la instalacióncuando la caldera ha parado portermostato, se producirán siem-pre unas pérdidas de calor, sucuantía dependerá en mayor omenor grado del aislamiento delas tuberías y del tiempo en quepermanece parada la caldera (h2).

Pérdidas = Pp = (A1 + B1 + C1) · h2 = per · h2

Estas pérdidas pueden hacerbajar ostensiblemente el rendi-miento de la instalación.

Para el cálculo económico deexplotación de una instalación,se utilizará el rendimiento "esta-cional" que abarca un periodode tiempo más largo, como po-dría ser el invernal o el de vera-no.

Seguidamente desarrollare-mos las fórmulas que nos servi-rán para determinar el rendi-miento estacional (ηe).

Potencia desarrollada por lacaldera durante (h1) de tiempo.

P = Pu · h1

Consumo de combustible

PQ = –––––––– =

Pci · ηi

Pu · h1 Pu · h1= –––––––– → ηi = ––––––––

Pci · ηi PCI · Q

Pérdidas de la instalación con

caldera parada por termostatodurante (h2) de tiempo

Pp = per · h2

Potencia neta aprovechada

Pn = P - Pp = Pu · h1 - per · h2

Rendimiento "estacional" dela instalación

Pn Pu · h1 - per · h2ηe = ––––––– = –––––––––––––– =

PCI · Q PCI · Q

per · h2 per · h2= ηi - ––––––– = ηi - –––––––––– =

PCI · Q Pu · h1PCI · ––––––

PCI · ηi

ηi · per · h2= ηi - –––––––––––– =

Pu · h1

ηi · Pu · h1 - ηi · per · h2= –––––––––––––––––––––––– =

Pu · h1

ηi (Pu · h1 - per · h2)= ––––––––––––––––––––– =

Pu · h1

ηi (P - Pp) ηi · Pn= –––––––––– = –––––––– = ηe

P P

Para clarificar la determina-ción del rendimiento estacional(ηe), seguidamente desarrollare-mos dos ejemplos en donde severán aplicadas las fórmulas dela figura 10.

5. Resumenrendimientos

116

Figura 9.

Figura 8

Potencia diaria a desarrollarpor la caldera

Calentamiento agua 150.000 kcalPérdidas 93.000 kcal

P = 243.000 kcal

Cálculo del rendimiento "pun-tual"

ηi = ηu - qt = 89% - 3% = 86% =0,86

Consumo de combustible

P 243.000Q = –––––––– = ––––––––––– =

PCI · ηi 8.900 · 0,86

= 31,75 lts. gasóleo/día

Cálculo del rendimiento "es-tacional"

Pn 150.000 kcalηe = ––––– = ––––––––––––––––– =

PCI · Q 8.900 kcal/lt. 31,75 l.

= 0,53 = 53%

P 198.000Q = –––––––– = ––––––––––– =

PCI · ηi 8.900 · 0,88

= 25,3 lts gasóleo/día

Pérdidas diarias de la instala-ción

Pp = per · h2 = 900 kcal/h. (24-11) h = 11.700 kcal.

Potencia neta aprovechada

Pn = P - Pp = 198.000 kcal - - 11.700 kcal = 186.300 kcal.

Cálculo del rendimiento esta-cional en invierno

Pn 186.300ηe = ––––––– = ––––––––––– =

PCI · Q 8.900 · 25,3

= 0,83 = 83%

aplicando la otra fórmula

ηi · Pn 0,88 · 186.300ηe = ––––––– = –––––––––––––– =

P 198.000

= 0,83 = 83%

Verano

Potencia diaria desarrolladapor la caldera:

P = Pu · h1 = 18.000 kcal/h. 6h == 108.000 kcal

Consumo combustible

P 108.000Q = –––––––– = ––––––––––– =

PCI · ηi 8.900 · 0,88

= 13,8 lts gasóleo/día

Pérdidas diarias de la instala-ción

Pp = per · h2 = 900 kcal/h. (24-6) h = 16.200 kcal.

Potencia neta aprovechada

Pn = P - Pp = 108.000 kcal - - 16.200 kcal = 91.800 kcal.

Cálculo del rendimiento esta-cional.

Pn 91.800ηe = ––––––– = ––––––––––– =

PCI · Q 8.900 · 13,8

= 0,75 = 75%

El ejemplo que hemos desa-rrollado ha sido con una calderadestinada exclusivamente paraproducción de Agua CalienteSanitaria. Sin embargo, existenmuchas instalaciones centraliza-das en bloques de viviendas enque la caldera efectúa en invier-no los servicios de calefacción yde producción de Agua CalienteSanitaria y en verano sólo el deAgua Caliente Sanitaria.

El rendimiento estacional en ve-rano será muy bajo, ya que habráexceso de potencia de caldera.

• Ejemplo 2

- Caldera de 200.000 kcal/h(Calefacción + Agua Caliente Sa-nitaria).

- Combustible gasóleo PCI =8.900 kcal/l.

- Rendimiento útil de la calde-ra 89%.

- Pérdidas en tuberías 3%.- Pérdidas estimadas en la ins-

talación con caldera parada portermostato 4.000 kcal/h.

- Consumo diario de AguaCaliente Sanitaria en verano6.000 lts a 45°C.

- Temperatura agua red enverano 20°C.

- Determinar el rendimientoestacional de verano.

Cálculo de la potencia diarianecesaria para calentar el aguade 20°C a 45°C:

Pn = 6.000 lts. (45°C – 20°C) = = 150.000 kcal.

Tiempo funcionamiento cal-dera

Pn 150.000 kcalT = –––– = –––––––––––––– = 0,75 h.

Pu 200.000 kcal/h

Pérdidas diarias de la instala-ción:

Pp = per · h2 = 4.000 kcal/h.(24h-0, 75 h) = 93.000 kcal.

117

marzo 01

* Estos últimos son valores orientativos, similares a los que ten-dría una caldera de chapa. Los del rendimiento estacional, pue-den variar sustancialmente, ya que dependen del tipo de regu-lación, del exceso de potencia en caldera y del aislamiento.

Figura 10.Resumen

rendimientos

largo y el rendimiento estacional(ηe) es bajo.

Para mejorar este rendimientopodríamos adoptar dos solucio-nes:

a) Sustituir la boquilla poruna de galonaje del 50% de lapotencia.

b) Colocar un quemador dedos etapas, en donde la boquillade 1ª llama y la de 2ª llama apor-ten cada una de ellas el 50% dela potencia y hacer trabajar elquemador con la 1ª llama.

En ambas soluciones el gráfi-co teórico de funcionamiento se-ría el que se muestra en la figu-ra 14.

El quemador trabajaría de for-

5.1. Consideraciones–––––––––––––––––––––––––––––––

Para mejorar o mantener elrendimiento estacional (ηe) convalores elevados observarse lospuntos siguientes:

- Adaptar la caldera a las ne-cesidades de la instalación. Sa-bemos que la elección de la po-tencia calorífica de la calderacuando se va a utilizar para ca-lefacción, se hace para unascondiciones mínimas de tempe-ratura exterior, que en la prácti-ca se dan en muy pocos días.Por tanto, en la mayoría del pe-riodo invernal habrá un excesode potencia en caldera (Fig. 11).

En todas las zonas climáticasde la península, la temperaturamedia del periodo calefacción

suele oscilar entre 7°C y 9°C. Pa-ra estas condiciones de tempe-ratura exterior las necesidadescaloríficas serían (Fig. 12):

100 x las necesidades–––– = –––– caloríficas son24 12 del 50% de la

de cálculo

100 · 12x = ––––––––– = 50%

24

Si se utiliza un quemador deuna sola etapa (1 llama) y el ga-lonaje de la boquilla es para el100% de la potencia, gráfica-mente el comportamiento defuncionamiento sería el que ve-mos en la figura 13.

Existe un exceso de potenciadel 50%, el tiempo de paro es

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Figura 11

Figura 12

Figura 13

Figura 14

Figura 15.

ma continuada. De todos mo-dos, la mejor solución sería la b)ya que si la instalación está fría,de modo automático entraría la2ª llama, factor importante paraelevar rápidamente la tempera-tura del agua de la caldera paraevitar condensaciones, cosa queocurre si por la noche se ha pa-rado la instalación.

En este caso, el gráfico defuncionamiento sería el de la fi-gura 15.

Los tres gráficos expuestos defuncionamiento de los quema-dores son teóricos, ya que se haconsiderado una temperaturaexterior constante de 8°C queen la realidad no ocurre nunca,ya que para una temperaturamedia de 8°C siempre existenen el día unas temperaturas su-periores e inferiores (Fig. 16).

El gráfico más real de funcio-namiento de un quemador dedos llamas, suponiendo que lainstalación se pone en marcha alas seis de la mañana y se paraa las diez de la noche, sería laque vemos en la figura 17.

- Independizar el servicio decalefacción y el de producciónde Agua Caliente Sanitaria. Esconveniente utilizar una calderasólo para el servicio de calefac-ción y otra, para el de produc-ción de Agua Caliente Sanitaria.

El actual reglamento lo exigepara potencias de caldera supe-riores a 50 kW (43.000 kcal/h).

- Instalar dos o más calderasen lugar de una sola. Con ello,conseguiremos una adaptaciónmás correcta a las necesidadescaloríficas de la instalación.

El reglamento lo obliga parapotencias nominales superioresa 300 kW (258.000 kcal/h).

- Tener el quemador y calderaen óptimas condiciones de fun-cionamiento. El quemador y lacaldera deben estar limpios, enestas condiciones será cuandoobtendremos los mejores rendi-mientos.

- Efectuar una buena regula-ción de la combustión. El conte-nido de CO2, en una buenacombustión, para los combusti-bles más utilizados son:

Gasóleo 12 ÷ 13% CO2.Gas natural 9 ÷ 10% CO2.Carbón 13 ÷ 16% CO2.

En calderas de fundición es-tos valores suelen ser algo me-nores.

- Disponer de un buen siste-ma de regulación de la instala-ción. Uno de los más efectivoses la centralita de regulación queactúa, esencialmente, en funciónde la temperatura exterior.

- Aislar las tuberías. Todas lastuberías, cuyo calor que cedenno sea aprovechable, deben ais-larse térmicamente. Lo mismopara otros elementos de la insta-lación, como por ejemplo losdepósitos acumuladores.

• Instalación con presostato

Las conexiones eléctricas deestos elementos deben colocar-se en serie con la alimentacióneléctrica del quemador.

La misión de estos dispositi-vos es producir el paro del que-mador, cuando existe falta deagua en la instalación.

En caso contrario, existiría elpeligro de que la caldera sequedara sin agua, por cualquierfuga que existiese en la instala-ción, produciéndose la avería dela caldera.

Una de las prevenciones a te-ner en cuenta en una instalacióncon caldera de acero es la deevitar la corrosión de la misma,debido a las condensacionesque puedan producirse cuandolos humos alcanzan determina-das temperaturas.

6. Protección de lascalderas de acerocontra la corrosión por condensaciones

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marzo 01

Figura 16.

Figura 17.

Figura 18.

Figura 19. Esquema de conexionado

Puede observarse, que entreel punto de rocío húmedo y elácido, existe un aumento de lacorrosión que si bien no tieneimportancia para combustiblesde poco contenido en azufre,puede tenerla cuando el conte-nido aumenta. La zona de míni-ma corrosión, queda compren-dida entre los 50°C y 90°C.

Para evitar que se produzcancondensaciones debe hacersetrabajar la caldera de forma queel agua de retorno (entrada a lacaldera) sea:

- Temperatura de retorno ma-yor o igual a 60°C, utilizandocombustibles fluidos o leña.

- Temperatura de retorno ma-yor o igual a 50°C, utilizandocombustible carbón.

• Prevención de las conden-saciones

El mejor sistema para reduciro eliminar las condensacioneses colocar un circulador anti-condensación.

Consiste en intercalar un by-pass con un circulador entre ida yretorno, después de la caldera, pa-ra que pueda elevar la temperatu-ra del retorno mezclando aguaque proviene de la instalación conla que sale de la caldera (ida).

Este circulador irá comandadopor un termostato de inmersión(o de contacto) situado en la tu-bería de retorno próxima a la cal-dera. Este termostato se regulará a60°C ó 50°C (según combustible),con temperaturas del agua infe-rior al valor regulado funcionaráel circulador, superando este va-lor, el termostato conmutará y de-jará de funcionar el circulador an-ticondensación. Es imprescindiblecolocar, en la tubería de by-pass,una válvula de retención, paraque cuando deje de funcionar elcirculador anticondensación elcirculador de calefacción no pue-da aspirar el agua de retorno.

El caudal que debe hacer cir-cular el circulador anticondensa-ción deberá ser:

Todos los combustibles, en sucomposición, tienen azufre.Cuando el combustible se que-ma, los gases procedentes de lacombustión (humos) contienenvapor de agua en el seno de suvolumen. Si la temperatura delagua de la caldera está por deba-jo de un cierto valor, los gases dela combustión en contacto con lachapa del circuito de humos dela caldera se enfrían excesiva-mente y se produce la condensa-ción del vapor de agua humede-ciendo las superficies metálicasde la caldera.

A esta temperatura de con-densación se le conoce tambiéncomo punto de rocío, es varia-ble, depende del tipo de com-bustible y del exceso de aire queexiste en la combustión (Fig. 20).

La reacción que resulta despuésde la combustión es (Fig. 21):

S + O2 → SO2

2SO2 + O2 → 2SO3

El anhídrido sulfuroso encombinación abundante de oxí-geno, forma anhídrico sulfúrico.Este último en contacto con elagua de condensación que cu-bre la superficie del hogar, setransforma en ácido sulfúricoque tiene efectos muy corrosi-vos, en especial en calderas deacero (Fig. 21).

Para evitarlo, debemos conse-guir que las superficies del cir-cuito de humos de la caldera es-tén siempre por encima de latemperatura del punto de rocíodel combustible que se utilice.

Cuando el combustible utili-zado contenga más del 0,7% deazufre, además del punto de ro-cío húmedo, debe considerarseel punto de rocío ácido (Fig. 23).

Esta temperatura en la cual seproduce la condensación ácidadepende del porcentaje de azu-fre del combustible.

Aproximadamente tiene lugarentre 120°C y 150°C.

El gráfico de Hoffman y Thur-low para el gasóleo hace un re-sumen de lo expuesto, demos-trando la intensidad de corro-sión según la temperatura de lasuperficie metálica (Fig. 24).

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Figura 22. Superficies corroídas por efectos de las condensaciones.

Figura 21. Superficies húmedas por condensación de vapor de agua.

Figura 20.

nar calentando el agua, se pue-de neutralizar aditivando pro-ductos químicos.

Tiene una solubilidad ≈ 70veces mayor que la debida a loscarbonatos.

6.2.2. INCRUSTACIONES

Las principales incrustacionesque se producen en las calderasson las siguientes:

Carbonato de calcio: CO3CaCarbonato de magnesio: CO3 MgSulfato de calcio: SO4CaSilicato de calcio: SiO3Ca

Una incrustación de 1mm. deespesor consume un 10% másde combustible (Fig. 26).

Las incrustaciones calcáreasen las calderas reducen la trans-misión de calor entre cámara decombustión y el agua de la cal-dera. La chapa no se refrigera,produciendo sobretensiones enel material, deformación y fisu-ras en las calderas.

P (potencia caldera kcal/h)

Caudal (l/h) = ––––––––––––––40

La pérdida de carga (presión)a vencer por el circulador anti-condensación deberá conside-rarse de unos 500 mm.c.a.

6.1. Conclusión–––––––––––––––––––––––––––––––

En todas las calderas de cha-pa de acero es necesario colocarun circulador anticondensación,para evitar la corrosión por con-densaciones, y de esta formaprolongar el tiempo de duracióny servicio de la caldera (Fig. 25).

6.2. Agua de la instalación–––––––––––––––––––––––––––––––

El agua en la naturaleza se en-cuentra combinada con sales,gases e impurezas. Por tanto, enlas instalaciones de calefacciónse deberán tener en cuenta estoscomponentes porque influyenen el rendimiento y duración dela instalación, en especial de lacaldera, por ser el elemento so-metido a mayores temperaturas.

En el agua las sales están nor-malmente en solución a tempe-ratura ambiente.

El contenido de estas sales va-ría de un 0,2 gr. a 0,5 gr. por li-tro. Pudiéndose clasificar en dosgrupos:

- Carbonatos y bicarbonatos:

Carbonato de calcio: Ca CO3Bicarbonato de calcio: (CO3H)2CaCarbonato de magnesio: CO3 MgBicarbonato de magnesio: (CO3H)2 Mg

- Sulfatos, cloruros y silicatos:

Sulfato cálcico: SO4 Ca (yeso)Cloruro cálcico: CL2 CaSilicato cálcico: SiO2 Caetc.

6.2.1. DUREZA DEL AGUA

El contenido de sales en el agua determi-nan la dureza de la misma. Esta puede ser:

- Dureza temporal o dureza de carbo-natos, generalmente desaparece al calentarel agua. El bicarbonato cálcico (CO3H)2 Caes soluble en el agua, pero al calentarla, sedescompone según la siguiente ecuación:

(CO3H)2 Ca + calor = CO3 Ca + CO2 + H2O

formándose carbonato cálcico CO3Ca queprecipita formando lodos o incrustacionesa partir de 60°C ÷ 65°C. quedando libreCO2.

- Dureza permanente debida a los sul-fatos, cloruros y silicatos. Difícil de elimi-

121

marzo 01

Figura 23. Temperatura de rocío del ácido según contenido de azufre. Figura 24. Intensidad de corrosión según temperatura.

Figura 25.

el grado de acidez o alcalinidadde un agua. El agua pura (destila-da) a 18°C tiene un pH 7. Por de-bajo de 7, las aguas son ácidas,por encima de 7, alcalinas.

El valor pH varía con la tem-peratura (Tabla IV).

O sea, al elevar la temperatu-ra el pH de las aguas disminuye.

6.4. Consideraciones–––––––––––––––––––––––––––––––

En una instalación de calefac-ción deberán evitarse las incrus-taciones y la corrosión.

Para ello:

a) Evitar la entrada de aire(oxígeno) con un correcto pro-yecto e instalación.

b) Colocar purgadores de aireen los puntos altos de la instala-ción.

c) Verificar que el nivel deagua de la instalación se mantie-ne constante y que sólo excep-cionalmente deba añadirse agua.

d) Instalar, siempre que seaposible, vasos de expansión ce-rrados.

e) pH del agua entre 7,5 a 8,5.

f) Si la dureza del agua es 8 ÷12°F no es necesario ablandarla.

En el caso de que el agua dela instalación no reuna lo indi-cado en e) y f) deberá tratarse elagua.

La mejor protección para unainstalación es mantener el mis-mo agua en el circuito, sin tenerque rellenarlo.

En este caso las inscrustacio-nes y corrosión serán mínimas.

6.3. Corrosividad–––––––––––––––––––––––––––––––

El agua, tal como indicábamos,contiene gases en disolución. Lacausa principal de la corrosión sonel oxígeno (O2) y el anhidrico car-bónico (CO2), disueltos en el agua.

Anhidrido carbónico (CO2).

Se encuentra combinado con loscarbonatos o libre.

CO3CaCO2combinado{ (CO3H)2 Ca

CO2 { InherenteCO2 libre { Agresivo

CO2 combinado

Formando carbonatos y bicar-bonatos.

CO2 inherente

Es el necesario para manteneren solución los carbonatos(equilibrio carbonatos y bicar-bonatos).

(CO3H)2 Ca → (CO2Ca+CO2+H2O←

CO2 agresivo

Disuelve la capa de cal pro-tectora (película) que se formaen las paredes de la caldera (Noconfundir con incrustación)

Oxígeno (O2)

Es el principal elemento pro-ductor de corrosión, se producegeneralmente por reaccioneselectroquímicas.

Valor pH

El pH es un símbolo arbitrarioque se ha adaptado para expresar

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Mg/Lod of oi ou ppm CO3Ca

1 grado alemán (1ºd) 1 1,78 1,25 1,04 17,81 grado francés (1ºf) 0,56 1 0,702 0,58 101 grado inglés (1ºi) 0,798 1,43 1 0,83 14,31 grado USA (1ºu) 0,96 1,71 1,2 1 9,61 ppm de CO3Ca=1mg/l 0,056 0,10 0,0702 0,058 1

Tabla II. Tabla de conversión

Grados alemanes Grados franceses

0 ÷ 8°d 0 ÷ 14°f Agua blanda0 ÷ 15°d 14 ÷ 27°f Agua semidura

Más de 15°d Más de 27°f Agua dura

Tabla III. Clasificación del agua según la dureza

°C 0 18 50 100

pH 7,45 7 6,61 6,07

Tabla IV.

Figura 26.