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Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA

E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID

TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN 1

SELECCIÓN E IMPLANTACIÓN DE CALDERAS

• ELECCIÓN DE LA POTENCIA

• RENDIMIENTO ESTACIONAL

• FRACCIONAMIENTO DE POTENCIA

• RELACIÓN ENTRE LA CARGA Y LA TEMPERATURA DE IMPULSIÓN

• CONTROLES DE PUESTA EN MARCHA

• PROTOCOLO DE RECEPCIÓN

• REAL DECRETO 2060/2008, DE 12 DE DICIEMBRE, POR EL QUE SE APRUEBA ELREGLAMENTO DE EQUIPOS A PRESIÓN Y SUS INSTRUCCIONES TÉCNICASCOMPLEMENTARIAS.





ELECCIÓN DE LA POTENCIA

Para determinar la potencia y el número de calderas se debe partir de una estimación o conocimiento dela demanda máxima, promedio y mínima de la instalación a servir.

Con relación a las calderas los criterios que suelen adoptarse son:

La demanda máxima será suministrada por la(s) Caldera(s) trabajando al 110% de su potencia máximapermanente.

La demanda mínima será suministrada por la caldera más pequeña trabajando como mínimo al 30 ó 40% de su potencia máxima.

A fin de optimizar el rendimiento de la caldera se procurará que la carga de la caldera se encuentre entreel 70 y 100% de la potencia máxima.

A título de ejemplo estudiaremos una instalación que funciona 24 h/día, 365 días/año, la demanda sedetermina:

La demanda diaria en primavera/otoño es conocida.

La demanda en invierno es igual a la demanda de primavera/otoño x 1,2.

La demanda en verano es igual a la demanda de primavera/otoño x 0,8.





Demanda anual





Una caldera:

Demanda máxima 16,8 = 1,1 x C C = 15,3 t/h

Demanda mínima 0,3 x C = 4,6 t/h > 2,4 t/h (pérdida de rendimiento)

Dos calderas:

Demanda máxima 16,8 = 1,1 x (C1+C2) C1 = 7,3 t/h ≈ 8 t/h

Demanda mínima 2,4 = 0,3 x C2 C2 = 8 t/h

(dos calderas iguales de 8 t/h)

Demanda Frecuencia Demanda x Caldera 1 Rendimiento Caldera 2 Rendimiento Demanda C1x Demanda C2 xFrecuencia Carga Caldera 1 Carga Caldera 2 Frecuencia / Frecuencia /

t/h % % % % % Rend. C1 Rend C216 5,2 0,832 100 (8) 88 100 (8) 88 0,47 0,47

14 a 15,9 13,5 2,025 100 (8) 88 87,5 (5) 87,5 1,23 1,0812 a 13,9 11,5 1,495 100 (8) 88 62,5 (3) 85 1,05 0,6810 a 11,9 15,6 1,716 100 (8) 88 37,5 (1) 84 1,42 0,568 a 9,9 16,7 1,503 110 (9) 88 1,716 a 7,9 6,3 0,441 100 (7) 88 0,504 a 5,9 2,1 0,105 75 (5) 85,5 0,122 a 3,9 29,1 0,873 37,5 (3) 84 1,04

8,99 4,16 6,16

87,10 Rendimiento medio del proceso




TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN

RENDIMIENTO ESTACIONAL

Facción de Potencia

(%)

Facción de uso(Tanto por uno)

63 0,08

48 0,12

39 0,15

30 0,17

13 0,42

<13 0,06





Según la temperatura del fluido caloportador Caldera estándar Caldera de Baja temperatura Caldera de condensación





Rendimiento estacional de distintas calderas en función de la carga de la caldera





RENDIMIENTOS MEDIOS ESTACIONALES

60

70

80

90

100

110

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

factor de carga (-)

rend

imie

nto

esta

cion

al (%

)

CD

BT

ES48%

13%

63%

39%

30%





Facción de Potencia(%)

63 48 39 30 13 13CD 100 102 104 105 106 106BT 93 94 94 94 94,5 94,5ES 88,5 88,5 87 85 75 70

Facción de uso 0,08 0,12 0,15 0,17 0,42 0,06

CD 8 12,24 15,6 17,85 44,52 6,36 104,6BT 7,44 11,28 14,1 15,98 39,69 5,67 94,16ES 7,08 10,62 13,05 14,45 31,5 4,2 80,9





FRACCIONAMIENTO DE POTENCIADos Calderas estándar de 40 y 60 % de la potencia nominal

Facción de Potencia(%)

1º Caldera (60%)

2º Caldera (40%)


63 100 7,5 0,0848 80 Apagada 0,1239 Apagada 97,5 0,1530 Apagada 75 0,1713 Apagada 32,5 0,42

<13 (5,2) Apagada 32,5/7,5 0,06

100 97,5 80 75 32,5 7,51º Caldera

(60%) 88,5 88,5

2º Caldera (40%) 88,5 88,5 85 70





Facción de Potencia

(%)

1º Caldera Rendimiento

2º Caldera Rendimiento


63 88,5 70 0,08 7,08 5,648 88,5 Apagada 0,12 10,6239 Apagada 88,5 0,15 13,2830 Apagada 88,5 0,17 15,0513 Apagada 85 0,42 35,7

<13 (5,2) Apagada 85/70 0,06 4,65

Rendimiento del sistema (dos calderas)85,79 %

Rendimiento del sistema (una caldera)80,09 %





Rendimiento del sistema (dos calderas)85,79 %

Rendimiento del sistema (una caldera)80,09 %





RELACIÓN ENTRE LA CARGA Y LA TEMPERATURA DE IMPULSIÓN





Temperaturas de funcionamiento de los emisores

6075

5447





CONTROLES DE PUESTA EN MARCHA

Inspección antes de la puesta en servicio de calderas nuevas.

Secado de hogares y obras de ladrillo de calderas.

Puesta en funcionamiento de una caldera nueva

Levantamiento de presión.

Pruebas de válvula de seguridad.

Inspección de la puesta en servicio de calderas nuevas

• Eliminar elementos extraños del interior de la caldera.

• Comprobar sentido de giro de los motores.

• Comprobar el estado de lubricación de todos los cojinetes.

• Comprobar apertura y cierre de válvulas.

• Comprobar los sistemas de medida de nivel.

• Comprobar que el rango de los elementos de medida es el adecuado (manómetros).

• Probar el funcionamiento eléctrico de todas las alarmas de nivel.

• Limpiar depósitos de combustible.





Secado de hogares y obras de ladrillo de calderas

Sólo se realiza en calderas nuevas que lleven paredes de hogar y bóvedas de material refractario.

Se somete esta obra a un calentamiento previo a temperatura reducida, para producir un secado completoy evitar la aparición de grietas y derrumbes posteriores.

Puesta en condiciones de funcionamiento de una caldera nueva

Limpieza pre-operacional, las calderas nuevas llevan las superficies internas generalmente cubiertas deaceite, grasas o sustancias protectores, estas sustancias de permanecer en la caldera en funcionamientoson causa de:

• Reducción del rendimiento.

• Acortar la vida de la caldera.

Para su eliminación la caldera se somete a una limpieza por ebullición con productos dispersantes,desengrasantes, inhibidores de la fragilidad caústica y antiespumantes.

Decapado, en grandes calderas de fabricación in situ, las soldaduras deben eliminar el óxido y crear unacapa de protección, esto se realiza por empresas especializadas.





Levantamiento de presión

El procedimiento concreto para efectuar la puesta en marcha de una caldera, será facilitado en cada casopor el fabricante de la misma.

Como normas generales:

a) Verificar purgas y válvulas de los indicadores y alarmas de nivel

b) Desviar el calentador de aire.

c) Llenar la caldera y economizador de agua de alimentación hasta tener una columna de agua similar a lade operación.

d) Comprobar la situación de válvulas

e) Antes de encender, verificar que todas las puestas de la caldera están cerradas.

f) Poner en marcha ventiladores y realizar un prebarrido de la cámara de combustión.

g) Encender quemadores de forma individual.

h) Regular combustible para que el calentamiento sea lo más lento posible.

i) Mantener purgas de aire y gases abiertas, para que se acumule vapor y se caliente rápidamente, estaoperación se realiza hasta tener la certeza de haber extraído todo el condensado.

j) Cerrar válvulas y levantar presión, esto obliga a extraer agua de la caldera por dilatación del aguacontenido.





Prueba de válvula de seguridad

Según el Reglamento de Recipientes a Presión (Art. 14º) la regulación y precintado de las válvulas deseguridad es responsabilidad del instalador de la caldera.

Como norma general para la regulación y prueba de las válvulas de seguridad debe tenerse en cuenta que:

Todas las calderas de vapor saturado deben llevar dos.

Deben precintarse a una presión no superior en un 10% a la presión de servicio.

Deben poder dar salida a todo el vapor en régimen máximo.

Todo sobrecalentado incorporado a la caldera dispondrá de una válvula de seguridad propia. Y suprecinto deberá ser inferior al precinto de presión de caldera.

La capacidad de descarga de todas las válvulas de seguridad de una caldera con sobrecalentadorincorporado serán:

Válvula de caldera 75%

Válvula en el sobrecalentador 25%





PROTOCOLO DE RECEPCIÓN

Los ensayos de recepción para generadores de vapor se efectúan habitualmente mediante las siguientesnormas admitidas internacionalmente.

• DIN 1942 Ensayos de recepción para generadores de vapor

• ASME PTC 4.1. (Test code for Steam Generating units)

La norma adaptada para el ensayo de recepción debe ser objeto de acuerdo entre suministrador de lacaldera y el usuario, previo al contrato de compra.

Objeto de los ensayos de recepción:

Determinación del rendimiento del generador (fijar procedimiento).

Potencia máxima (DIN 2901).

Estado del vapor generado, según presión y temperatura.

Pureza del vapor para una calidad estipulada del agua de alimentación y del interior a la caldera.

Caídas de presión en el economizador, recalentador, etc.

Temperatura del vapor recalentado a distintas cargas de la caldera.

Tiro en el hogar y pérdidas de carga en los pasos de humos.





REAL DECRETO 2060/2008, DE 12 DE DICIEMBRE, POR EL QUE SE APRUEBA ELREGLAMENTO DE EQUIPOS A PRESIÓN Y SUS INSTRUCCIONES TÉCNICASCOMPLEMENTARIAS.

Placa de instalación e inspecciones periódicas.





INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA ITC EP-1 (CALDERAS )

Artículo 3. Clasificación de las calderas. A efectos de las condiciones exigibles, las instalaciones seclasificarán en función del tipo de caldera en:

1. Clase primera:a) Calderas pirotubulares cuyo Pms x VT < 15.000.b) Calderas acuotubulares cuyo Pms x VT < 50.000. En caso de calderas de fluido térmico, lasque tengan un Pms x Vi < 15.000.

Siendo:Pms: La presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar. Para calderas de aguacaliente, agua sobrecalentada y de fluido térmico, la presión máxima de servicio se compone de:–La presión debida a la altura geométrica del líquido.– La tensión de vapor del portador térmico ala temperatura máxima de servicio.– La presión dinámica producida por la bomba de circulación.Vt: volumen total en litros de la caldera, más el volumen del sobrecalentador si lo tuviere.– Vi:volumen total en litros de la instalación completa.

2. Clase segunda: Calderas que igualen o superen los valores indicados en el apartado anterior.





2. Condiciones de emplazamiento de las calderas.Las calderas deberán situarse en una sala o recinto, que cumpla los siguientes requisitos:a) Ser de dimensiones suficientes para que todas las operaciones de mantenimiento, inspección y control

puedan efectuarse en condiciones seguras, debiendo disponerse de al menos 1 m de distancia a las paredeso cercado. En las zonas donde no existan elementos de seguridad ni se impida el manejo o elmantenimiento, esta distancia podrá reducirse a 0,2 m.

b) Deberán estar permanentemente ventiladas, con llegada continua de aire tanto para su renovación comopara la combustión, y cumplir con los requisitos específicos en relación con el combustible empleado. Sila sala o recinto de calderas linda con el exterior (patios, solares, etc.), deberá disponer de unas aberturasen su parte inferior para entrada de aire, distantes como máximo a 20 cm. del suelo, y en la parte superior,en posición opuesta a las anteriores, unas aberturas para salida de aire La sección mínima total de lasaberturas, en ambos casos, vendrá dada por la siguiente expresión S = Qt / 0,58; siendo S la sección netade ventilación requerida, expresada en cm2 y Qt la potencia calorífica total instalada de los equipos decombustión o de la fuente de calor, expresada en kW. No se admitirán valores de S menores de 0,5 m2para las salas con calderas de Clase segunda, ni menores de 0,1 m2 para las salas con calderas de Claseprimera. En el caso de locales aislados, sin posibilidad de llegada de aire por circulación natural, sedispondrán llegadas de aire canaliza-das, con un caudal mínimo de 2,5 Nm3/hora por kW de potencia totalcalorífica instalada de los equipos de combustión Las calderas que como fuente de energía no utilicen lacombustión podrán reducir la ventilación de la sala a la mitad.

c) Toda sala o recinto de calderas deberá estar totalmente limpia y libre de polvo, gases o vaporesinflamables.





d) En la sala o recinto de calderas se prohíbe todo trabajo no relacionado con los aparatos contenidosen la misma, y en todos los accesos existirá un cartel con la prohibición expresa de entrada depersonal ajeno al servicio de las calderas. Sólo podrán instalarse los elementos correspondientes asus servicios, no permitiéndose el almacenamiento de productos, con la excepción del depósitonodriza del combustible y los necesarios para el servicio de la caldera.

e) Deberá disponerse del Manual de funcionamiento de las calderas allí instaladas y de losprocedimientos de actuación en caso de activación de las seguridades. En lugar fácilmente visible dela sala o recinto de calderas, se colocará un cuadro con las instrucciones para casos de emergencia.

Condiciones de emplazamiento de las calderas de Clase primera.Las calderas de Clase primera podrán estar situadas en un recinto, pero el espacio necesario para losservicios de mantenimiento e inspección se encontrará debidamente delimitada por cerca metálica de1,20 m de altura, con el fin de impedir el acceso de personal ajeno al servicio de las mismas.

Para las calderas de vapor o de agua sobrecalentada cuyo Pms x VT ≥ 10.000, la distancia mínimaque deberá existir entre la caldera y el riesgo ajeno será de 5 m. Alternativamente, podrá disponersede un muro de protección con la resistencia indicada en el apartado 4.b.2 del presente artículo. Ladistancia mínima señalada se entiende desde la superficie exterior de las partes a presión de lacaldera más cercana al riesgo y dicho riesgo





INSPECCIONES Y PRUEBAS PERIÓDICAS

Deberán tenerse en cuenta las condiciones indicadas en la norma UNE 9-103.1.1

Nivel A.La periodicidad de estas inspecciones será anual.Se realizará una inspección de la caldera de acuerdo con lo indicado en el apartado 2.1 del anexo III delReglamento de equipos a presión.La inspección incluirá además las siguientes comprobaciones:a) Existencia y actualización de la documentación correspondiente al mantenimiento y operación de la

caldera, así como de la calidad del agua en las calderas de vapor y agua sobrecalentada.b) Limpieza e inspección visual del circuito de humos y de las partes sometidas a presión. Para realizar

estas operaciones, deberá estar la caldera parada y ser accesibles las partes sometidas a presión, nosiendo necesario retirar el calorifugado.

c) Funcionamiento de los elementos de operación y de las seguridades de la caldera, provocando suintervención.

d) Mantenimiento de las condiciones de emplazamiento de la caldera y de las instrucciones de seguridad(incluida la protección contra incendios).

e) Estanquidad del circuito de gases.f) Inspección visual de las tuberías y equipos que utilizan el fluido de la caldera.

De las actuaciones realizadas se dejará constancia escrita.





NORMAS UNE

• UNE 9-001: 1987, Calderas. Términos y definiciones.• UNE 9-103: 1985, Calderas. Revisiones periódicas.• UNE 9-310: 1992, Instalaciones transmisoras de calor mediante líquido diferente al agua.• UNE 123001:2005+UNE 12301:2005/1M:2006, Cálculo y diseño de chimeneas metálicas. Guía deaplicación.• UNE EN 12952-7:2003, Parte 7: Requisitos para los equipos de la caldera.• UNE-EN 12952-8:2003, Parte 8: Requisitos para los sistemas de combustión de los combustibles líquidosy gaseosos de la caldera.• UNE-EN 12952-9:2003, Parte 9: Requisitos para los sistemas de combustión de los combustibles sólidospulverizados para la caldera.• UNE-EN 12952-12:2004, Parte 12: Requisitos para la calidad del agua de alimentación y del agua de lacaldera.• UNE-EN 1293-6:2003, Parte 6: Requisitos para el equipo de la caldera.• UNE-EN 12953-7:2003, Parte 7: Requisitos para los sistemas de combustión de combustibles líquidos ygaseosos para la caldera• UNE-EN 12953-10:2004, Parte 10: Requisitos para la calidad del agua de alimentación y del agua de lacaldera.

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