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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES ESCUELA TECNOLOGICA
Técnico En Construcción Mención Obras Civiles
Proyecto de Trabajo de Aplicación
Sistema de Calefacción a leña
Alumno: Luís Ampuero Villegas Profesor Guía: Ernesto Santana Mancilla
Ingeniero Civil Mecánico
Punta Arenas, Marzo 2010
El presente proyecto de aplicación ha sido aprobado con la siguiente
calificación:
Luís Cristian Ampuero Villegas
Proyecto de Aplicación :
Examen de Proyecto de aplicación :
Nota final :
Señor Jorge Reyes
Director
Escuela Tecnológica
Marzo de 2010
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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES ESCUELA TECNOLOGICA
Técnico En Construcción Mención Obras Civiles
Proyecto de Trabajo de Aplicación
Sistema de Calefacción a leña
Alumno: Luis Ampuero Villegas Profesor Guía: Ernesto Santana Mancilla
Ingeniero Civil Mecánico
Punta Arenas, Marzo 2010
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INDICE Pág.
Resumen 6
Introducción 7
Capitulo I “Sistema de calefacción”
1.1 Caldera 11
1.1.1 Elementos y componentes de una caldera 12
1.1.2. Tipos de calderas 14
1.1.3 Tipos de calderas Pirtotubulares 15
1.1.4. Clasificación de la calderas 21
1.1.4.1. Clasificación según su material de construcción 21
1.1.4.2. Clasificación según su tipo de combustible 21
1.2. Calefacción 24
1.2.1. Transmisión de calor dentro de la calefacción 25
1.2.1.1. Transmisión por Conducción 25
1.2.1.2. Transmisión por Convección 30
1.2.1.3 Transmisión por Radiación 30
Capitulo II “Balance Térmico”
2.1. Balance Térmico 33
2.2. Calorías perdidas por las paredes 34
2.3. Calorías entregadas por las personas 36
2.4. Calorías entregadas por los artefacto de iluminación 37
2.5. Calorías entregadas por otros artefactos 37
2.6. Temperatura de calculo de otros locales 38
2.7. Incremento por vientos dominantes 38
Capitulo III “Caldera a Leña”
3.1. Concepto de Biomasa 40
3.2. Caldera a Leña 41
3.2.1 Principales elemento de la caldera seleccionada 42
3.3. Concepto de Leña 45
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Capitulo IV “Materiales a utilizar en la instalación de la caldera”
4.1. Materiales 49
Capitulo V “Instalación y funcionamiento de la caldera a leña”
5.1. Sala de caldera 54
5.2. Instalación de la caldera 55
5.3. Instalación de accesorios de la caldera 56
5.3.1. Calculo e instalación del estanque de expansión 56
5.3.2. Instalación de bomba de circulación 60
5.3.3 Calculo e instalación de la chimenea 62
5.3.3.1 Definición de Chimenea 62
5.3.3.2. Instalación de la chimenea 65
5.4. Funcionamiento de la caldera 67
Capitulo VI “Mantenimiento de la caldera a leña”
6.1. Mantenimiento y/o limpieza de la caldera 70
6.1.1. Limpieza de la caldera 70
6.1.2 Mantenimiento de la caldera 71
Conclusiones 73
Bibliografía 74
Anexos 75
Nº 1 Planta Arquitectura Municipalidad Torres del Payne
Nº 2 Planos Isométricos calefacción central
Nº 3 Ficha de calculo Balance Térmico
Nº 4 Diseño Caldera Nothofagus
Nº 5 Decreto Supremo Nº 48
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RESUMEN
En el presente proyecto de aplicación se realizó la instalación de un sistema
de calefacción leña, en las dependencias de la Municipalidad de Torres del
Payne, ubicada en calle Bernardo O’Higgins sin número, villa Cerro Castillo,
Comuna Torres del Payne, Provincia Ultima Esperanza, Región de
Magallanes y Antártica Chilena.
La finalidad fue el poder generar un sistema de calefacción a través del uso
de la energía natural, limpia y renovable como es el caso de la leña.
Para esto se desarrollaron varias actividades, en primer lugar se efectuó el
balance térmico, que permitió determinar la potencia y el tipo de caldera que
era necesario instalar en las dependencias de la municipalidad, seguido se
realizaron los cálculos de materiales y accesorios de la caldera, entre los
cuales se cuenta el estanque de expansión, la bomba de circulación y
chimenea.
Una vez obtenidos los antecedentes arrojados de los cálculos, se procedió a
instalar la caldera seleccionada en este caso un Caldera a Leña Aspiro
Modelo A 52 R/SA, la cual presenta una potencia útil mínima de 33KW y una
potencia útil máxima de 49KW, tiene un peso de 555 kg.
Por otra parte se puede señalar que para el correcto funcionamiento de la
caldera se utilizaron sistemas de cañerías de distribución, radiadores y
bombas de recirculación.
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INTRODUCCION El siguiente proyecto de aplicación es el resultado de todo el proceso
de estudio que he realizado durante estos años en la Universidad de
Magallanes. Este proyecto lo realice para optar al titulo de técnico
universitario en construcción mención obras civiles, que es otorgado por la
Universidad de Magallanes a los alumnos egresados de la carrera técnicos
en construcción mención obras civiles, generación 2009.
Para el desarrollo del presente proyecto fue seleccionada la temática
de sistemas de calefacción a leña, debido al interés en desarrollar un sistema
que permite calefaccionar sector aislados que no cuentan con las
condiciones necesarias para poseer gas natural, a su vez se pretende
demostrar que a través de la utilización de la leña se puede tener un ahorro
energético, lo cual es uno de los factores considerados en la actualidad al
momento de producir calefacción tanto a nivel residencial como comercial.
El objetivo general de este proyecto es instalar un sistema de
calefacción ecológica renovable en las instalaciones de la Municipalidad de
Torres del paine, la cual se encuentra ubicada en calle Bernardo O’higgins
sin número en la villa Cerro Castillo, comuna de Torres del Payne, Provincia
de Ultima Esperanza, XII Región; y como objetivos específicos son el generar
un efectivo sistema de calefacción a través del uso de energía natural, limpia
y renovable como es el caso de la leña, y el reducir y ahorrar los costo
económicos y energéticos de la calefacción.
Para lo cual el proyecto se ha dividido en cinco capítulos, definidos a
continuación:
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Capitulo I: Sistema de Calefacción En este capitulo se busca dar a conocer una breve síntesis de la
historia de la caldera, definir lo que es, sus partes, los tipos que existen y sus
diferentes clasificaciones según su material de construcción y tipo de
combustible utilizado en su funcionamiento; además de dar una pincelada a
la historia de la calefacción y a la forma en que se transmite el calor.
Capitulo II: Balance Térmico Se busca dar a conocer que es un balance térmico, para que sirve y
como se realiza. Además se refiere a la importancia que este tiene al
momento de establecer un sistema de calefacción.
Capitulo III: Caldera a Leña Se busca definir en primer lugar el concepto de Biomasa, definir lo que
es una caldera a leña, sus principales elementos, y finalmente definir el
concepto de leña y como se calcula su potencia.
Capitulo IV: Materiales a utilizar en su instalación En este capitulo se dan a conocer los principales materiales que se
utilizaron en la instalación de la caldera. Capitulo V: Instalación y funcionamiento de la caldera
Se explica los pasos que se contemplaron cuando se instaló la caldera,
en lo que consiste una sala de caldera, la instalación propiamente tal de la
caldera, la instalación de la chimenea y finalmente describir como funciona la
caldera.
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Capitulo VI: Mantenimiento de la caldera Aquí se demuestran las acciones y condiciones que se deben tener
para un adecuado funcionamiento, que permita expandir la vida útil de la
caldera.
Capitulo VII: Decreto Nº 48 “Reglamento de calderas y generadores de Vapor” En este capitulo se busca dar a conocer las normas y reglas por las
cuales se rigen en nuestro país las instalaciones y funcionamientos de las
calderas.
Capitulo VIII: Conclusiones Se dieron a conocer los principales resultados y conclusiones a las
cuales se llegó una vez finalizada la instalación de un sistema de calefacción
a leña.
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CAPITULO I SISTEMA DE CALEFACCION
10
Antes de iniciar este capitulo es necesario mencionar lo que son las calderas
y su historia, para así poder entender lo que comprende la calefacción.
1.1. Caldera
Las calderas están presentes desde la antigüedad en nuestra sociedad,
siendo las primeras las calderas a vapor, que se presentaban como
instalaciones industriales cuyo funcionamiento era mediante combustibles
sólidos, líquidos y gaseosos; siendo su principal objetivo el vaporizar agua.
Durante el siglo XIX, las primeras calderas eran utilizadas para teñir ropas,
producir vapor para limpiar, etc., hasta que Dioniso Papin en el año 1769
crea una caldera de pequeñas dimensiones llamada “Marmita”, con la cual se
trató de reemplazar las calderas a vapor usadas hasta esa fecha, aunque su
diseño fue uno de los más elementales fracaso, pero posteriormente su
desarrollo final fue realizado por James Watt en el año 1776; siendo usadas
para accionar bombas de agua, presentaban una forma cilíndrica vertical y
tenían larga vida útil.
Fig. Nº 1: Caldera Marmita
11
Cabe señalar que el primer sistema de calefacción central por calderas fue
creado en la época de los romanos, pero es a partir del año 1850, que se
genera calefacción central a través de calderas a vapor, lo cual se masificó
llegando en la actualidad a utilizarse en forma frecuente en edificios y casas
residenciales.
En la actualidad la caldera es el principal componente en una instalación de
calefacción, y es definida, según el decreto Nº 48 del Ministerio de Salud del
año 1984, como un “recipiente metálico en el que se genera vapor a presión
mediante la acción del calor”.
Fig. Nº 2: Calderas
De igual manera la caldera es definida como “recipiente cerrado en el que el
fluido es calentado, con o sin cambio de fase”. (Enciclopedia de la
calefacción, Martin Llorens, Pág. 26)
1.1.1. Elementos y componentes de una caldera Al mencionar los componentes de una caldera, es necesario señalar que
según el tipo de caldera estas pueden contar con otros accesorios, motivo
por el cual solo nos referiremos a las partes básicas que componen
generalmente una caldera:
Hogar: Espacio en donde se produce la combustión, también conocida
como cámara de combustión. Por otra parte cabe señalar que esta es
12
una de las principales partes de una caldera y puede ubicarse al
interior o exterior de la caldera.
Intercambiador de calor: Dispositivo diseñado para transferir calor de
un fluido a otro, es decir para que el agua se caliente; sea que estos
estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto”
Sistema de evacuación de gases procedentes de la combustión
Por otra parte se puede mencionar que todas las calderas deben disponer de
diversos accesorios tales como: quemadores; vaso de expansión;
Manómetros; termómetros; líneas de seguridad; válvula de seguridad y llaves
de paso y regulación.
Además se pueden mencionar otros accesorios más comunes como son:
• Accesorios de Observación destinados a observar la operación de la
caldera, entre los cuales se encuentran: tubos de nivel; grifos de
pruebas; manómetros; termómetros; analizadores de gases.
• Accesorios de Seguridad, destinados a evitar una excesiva presión de
generación del vapor en la caldera, entre los que se pueden
mencionas: de palanca y contrapeso; de peso directo; de resorte;
tapón fusible y sistemas de alarmas.
• Accesorios de alimentación de agua: bomba de alimentación de agua
e inyector de agua.
• Accesorios de alimentación de combustible: quemadores para
combustibles líquidos y gaseosos; quemadores mecánicos para
combustibles sólidos y elementos manuales.
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• Accesorios de limpieza: registros o tapas de limpieza; válvulas de
purga, estanque de retención de purgas; escariadores y
deshollinadores.
1.1.2. Tipos de Calderas Existen dos tipos principales de calderas, dependiendo del fluido que se
conduzca dentro de los tubos; éstas son: Acuotubulares y Pirotubulares.
Caldera Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de
trabajo se desplaza a través de tubos durante su calentamiento. Son las más
utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a
su salida, y gran capacidad de generación.
Fig. Nº 3 Calderas Acuotubulares
Caldera Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra
en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circulan gases a
alta temperatura producto de un proceso de combustión. Generalmente
tienen un hogar integral, llamado caja de fuego, limitado por superficies
enfriadas por agua.
14
1.1.3. Tipos de Calderas pirotubulares Existe una amplia gama de calderas pirotubulares; cada una posee
cualidades específicas, que la hacen ideal para el proceso y para el uso que
se necesite; la selección debe hacerse basándose principalmente en la
cantidad de vapor que genera la caldera (capacidad), la potencia que puede
extraerse en forma de vapor, la presión y la temperatura de salida del vapor,
y la calidad con la que se extrae el mismo.
A continuación se presentan algunos tipos de éstas calderas:
a) Calderas horizontales: se fabrican con producciones comprendidas entre
un mínimo de 200 kg/h y un máximo de 17.000 kg/h y con presiones que
pueden oscilar desde 8 kg/cm² hasta 24 kg/cm².
Presentan dos características técnicas importantes, la cámara torna fuego
refrigerada por agua en su interior y la ondulación del tubo hogar. El conjunto
configura un sistema de tres pasos de gases antes de la salida de estos por
la chimenea, lo que permite la obtención de altos rendimientos térmicos que
garantizan un 89 +/- 2%.
b) Calderas Sencillas: se componen de un cilindro de planchas de acero
con fondos combados, en la parte central superior se instala una cúpula
cilíndrica llamada domo, donde se encuentra el vapor más seco de la
caldera, que se conduce por cañerías a las máquinas.
La plancha de la caldera, así como los fondos y el domo se unen por
remachadura, esta caldera se monta en una mampostería de anillos
refractario, y allí se instalan el fogón carnicero y conducto de humo. En el
hogar, situado en la parte inferior de la caldera, se encuentran las parrillas de
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fierro fundido y al fondo un muro de ladrillos refractarios, llamado altar, el cual
impide que se caiga el carbón y eleva las llamas acercándolas a la caldera.
Sus dimensiones suelen ser de 2m X 4 ½ m con una capacidad de unos
10,000 lb/h de vapor y presiones de trabajo entre 150-250 psi.
c) Calderas con Hervidores: surgen bajo la necesidad de producir mayor
cantidad de vapor. Los hervidores son unos tubos que se montan bajo el
cuerpo cilíndrico principal, de unos 12 metros de largo por 1.50 metros de
diámetro; estos hervidores están unidos a este cilindro por medio de varios
tubos adecuados.
Los gases del hogar calientan a los hervidores al ir hacia adelante por ambos
lados del cuerpo cilíndrico superior, las ventajas de estas calderas, a
comparación de las otras, es por la mayor superficie de calefacción o de
caldeo, sin aumento de volumen de agua, lo que aumenta la producción de
vapor. Su instalación, construcción y reparación es sencilla. Los hervidores
pueden cambiarse o repararse una vez dañados.
La diferencia de dilatación entre la caldera y los hervidores pueden provocar
escape de vapor en los flanches de los tubos de unión y, a veces, la ruptura.
Esta es una de las desventajas de esta caldera.
d) Calderas de Hogar Interior: están formadas por un cuerpo cilíndrico
principal de fondos planos o convexos, conteniendo en su interior uno o dos
grandes tubos sumergidos en agua, en cuya parte anterior se instala el
hogar.
El montaje se hace en mampostería, sobre soportes de fierro fundido,
dejando un canal para que los humos calienten a la caldera por el interior en
su recorrido hacia atrás, donde se conducen por otro canal a la chimenea. Su
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instalación se puede hacer por medio de dos conductos en la parte baja, para
que los humos efectúen un triple recorrido hacia adelante por los tubos
hogares, atrás por un conducto lateral, adelante por el segundo conducto y
finalmente a la chimenea.
e) Caldera Semitubular: se componen de un cilindro mayor de fondos
planos, que lleva a lo largo un haz de tubos de 3" a 4" de diámetro. Los tubos
se colocan expandidos en los fondos de la caldera, mediante herramientas
especiales; se sitúan diagonalmente para facilitar su limpieza interior.
Para la instalación de la caldera se hace una base firme de concreto, de
acuerdo al peso de ella y el agua que contiene. Sobre la base se coloca la
mampostería de ladrillos refractarios ubicados convenientemente el hogar y
conductos de humos. La caldera misma se mantiene suspendida en marcos
de fierro T, o bien se monta sobre soporte de fierro fundido. Estas calderas
tienen mayor superficie de calefacción.
f) Caldera Locomotora: es la más eficiente de los tres tipos de caldera con
hogar exterior. El hogar está contenido dentro de la unidad de la caldera pero
no dentro del cilindro o cuerpo de agua. La disposiciones que se le hicieron a
este tipo de caldera la hace más cara, pero normalmente es más
satisfactoria, ya que es más fácil mantenerla limpia a diferencia de las
anteriores.
Esta caldera se compone de su hogar rectangular, llamada caja de fuego,
seguido de un haz tubular que termina en la caja de humo. El nivel del agua
queda sobre el ciclo del hogar, de tal manera que éste y los tubos quedan
siempre bañados de agua.
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Para evitar las deformaciones de las paredes planas del hogar, se dispone
de una serie de estayes y tirantes, que se colocan atornillados y remachados
o soldados a ambas planchas. Los tubos se fijan por expandidores a las dos
placas tubulares y se pueden extraer por la caja de humo, cuando sea
necesario reemplazarlos. Todas las calderas locomotoras se hacen de
chimenea muy corta, las que producen pequeños tirajes naturales. Sus
presiones de trabajo se encuentran entre 300 y 850 psi.
g) Calderas de Galloway: Reciben este nombre las calderas de uno o dos
tubos hogares, como la Cornualles, provistas de tubos Galloway. Estos tubos
son cónicos y se colocan inclinados en distintos sentidos, de tal manera que
atraviesan el tubo hogar. Los tubos Galloway reciben el calor de los gases
por su superficie exterior, aumentando la superficie total de calefacción de la
caldera.
h) Calderas Locomóviles: Este nombre lo recibe el conjunto de caldera y
máquina a vapor que se emplea frecuentemente en tareas agrícolas. La
caldera puede ser de hogar rectangular, como la locomotora, o cilíndrico. La
máquina se monta sobre la caldera, y puede ser de uno o dos cilindros. Todo
el conjunto se monta sobre ruedas y mazos para el traslado a tiro.
Estas calderas tienen también tiraje forzado al igual forma que las
locomotoras. Deberán estar provistas, además, de llave de extracción de
fondo, tapón fusible, válvula de seguridad, manómetro, etc., accesorios
indispensables para el estricto control y seguridad de la caldera. Sus
presiones de trabajo suelen estar en 250 psi y su capacidad es de alrededor
de 1,000- 15,000 lb/h de vapor
i) Calderas Marinas: son las calderas de mayor número de uso hoy en día
en las plantas comerciales y pequeñas plantas industriales. Esta caldera es
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soldada como una unidad compacta que consta de una vasija o recipiente de
presión con quemador, controles, ventilador de tiro, controles de tiro y otros
componentes ensamblados en una unidad completamente probada en
fábrica.
La caldera está construida como un hogar de paredes húmedas y/o de pared
trasera de fondo seco. Los gases calientes que se producen en la
combustión del hogar pasan desde la cámara de combustión con
revestimiento refractario hacia la parte trasera y, entonces, retornan a través
de unos tubos de humos hasta el frontal de la caldera y después a la
chimenea. Esta caldera es adecuada para la combustión de carbón, gas y
combustibles líquidos derivados del petróleo. Los gases de la combustión se
juntan en la caja de fuego, donde terminan de arder y retoman, hacia atrás
por los tubos de humo, situados más arriba de los hogares. Finalmente los
gases quemados pasan a la caja de humo y se dirigen a la chimenea
El hogar de este tipo de caldera proporciona hasta 65% de la producción de
la caldera incluso cuando puede tener solo del 7 al 8% de la superficie
calefactora total. En el hogar, la mayoría del calor se transmite por radiación.
Las presiones típicas de trabajo para este tipo de calderas se encuentran
entre 450-600 psi y 400-440 °C. Pero las tipo domo trabajan hasta los 1,200
psi y 450°C. Su capacidad oscila entre 100,000 y 250,000 lb/h de vapor.
j) Calderas Semifijas: En algunas plantas eléctricas, aserraderos, molinos,
etc., se emplea el conjunto de caldera y máquina vapor que recibe el nombre
de "semifija".
La caldera se compone de un cilindro mayor, donde se introduce el conjunto
de hogar cilíndrico y haz de tubos, apernado y empaquetados en los fondos
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planos del cilindro exterior. El hogar y el haz de tubos quedan descentrados
hacia abajo, para dejar mayor volumen a la cámara de vapor. Todo este
conjunto se puede extraer hacia el lado del hogar, para efectuar reparaciones
o limpieza.
El emparrillado descansa al fondo en un soporte angular, llamado "puente de
fuego" y tiene también varios soportes transversales ajustables. El hogar se
cierra por el frente por una placa de fundición, revestida interiormente de
material refractario, donde va también la puerta del hogar y cenicero.
El vapor sale por el domo de la caldera, pasa por el serpentín recalentado, se
recalienta y sigue a la máquina.
k) Calderas Combinadas: son las calderas de hogar interior y semitubular.
En la parte inferior hay una caldera Cortnualles de dos o tres tubos hogares o
una Galloway, combinada con una semi tubular que se sitúa más arriba.
Ambas calderas tienen unidas sus cámaras de agua y de vapor, por tubos
verticales.
Los hogares se encuentran en la caldera inferior. Los gases quemados se
dirigen hacia adelante, suben y atraviesan los tubos de la caldera superior,
rodean después a esta caldera por la parte exterior, bajan y rodean a la
inferior, pasando finalmente a la chimenea.
El agua de alimentación se entrega a la caldera superior y una vez
conseguido el nivel normal de ésta, rebalsa por el tubo vertical interior a la
cámara de agua de la cámara inferior. Ambas calderas están provistas de
tubos niveles propios. El vapor sube por el tubo vertical exterior, se junta con
el que produce la caldera superior y del domo sale al consumo.
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1.1.4. Clasificación de las calderas 1.1.4.1 Clasificación según su material de construcción
1. Calderas de hierro fundido:
“Son aquellas formadas por elementos de hierro fundido acoplados
entre sí, mediante manguitos de unión”
2. Calderas de chapa de acero
“Están fabricadas con chapa de acero especial y soldadas
eléctricamente”
Fig. Nº 4 Caldera Hierro Fundido Fig. Nº 5 Caldera de Chapa de Acero
1.1.4.2. Clasificación según el tipo de combustible utilizado Calderas para Gas: pueden ser murales (incorporan el quemador, de tipo
atmosférico, el depósito de expansión cerrado, el circulador y la válvula de
seguridad) o de pie (construida con hierro fundido, los quemadores son de
acero inoxidable).
21
En estas calderas el elemento de conexión de ésta con la chimenea se
recomienda que sea de un metal resistente a la corrosión, como aluminio,
acero esmaltado, etc.
La altura vertical mínima entre el conducto de humos y la conexión a caldera
es de 20 cm.
El diámetro de la chimenea será igual o mayor que el diámetro de conexión
de la caldera.
Fig. Nº 6: Caldera a Gas
Calderas para gasóleo: Son de elevado rendimiento debido a que diseño es
específico para utilizar gasóleo. Se presentan en tres versiones caldera,
grupo térmico y grupo térmico mixto.
El cuerpo de la caldera esta constituido por elementos de hierro fundido
acoplados entre sí, formando un hogar con un sinuoso circuito de humos
totalmente estanco, para evitar entradas de aire no controladas que pudieran
disminuir el rendimiento de la combustión.
Calderas para energía eléctrica: la energía utilizada en estas calderas es la
electricidad aplicada directamente a unas resistencias que calientan el agua
de la caldera.
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Estas calderas incorporan todos los accesorios necesarios para un
funcionamiento automático y permiten adaptar su potencia a las necesidades
de la vivienda.
Fig. Nº 7: Caldera eléctrica
Calderas policombustible: son las de mayor aplicación, pueden usar
cualquier tipo de combustible (sólidos, gaseosos y gas). Se ofrecen al
mercado preparadas para quemar combustibles sólidos, pudiendo adaptarse
fácilmente para utilizar gasóleo o gas mediante un equipo de transformación.
El equipo de transformación para gasóleo y gas cuenta de: puerta
quemadora, interruptor de seguridad y refractaria.
Fig. Nº 8: Caldera a gasoleo
Calderas para combustible sólidos (Leña o carbón): son aquellas
preparadas para quemar indistintamente leña o carbón cuya combustión se
genera en las parrillas de las calderas. La llama será mas o menos intensa
según el aire que entre a través de la puerta reguladora de tiro. Dicha puerta
se puede se puede abrir o cerrar automáticamente, instalando un regulador
de temperatura del agua de la caldera.
23
Para esta clase de calderas es muy importante realizar un dimensionamiento
correcto de su chimenea, para que el funcionamiento sea el adecuado, es
fundamental que la caldera esté bien asentada en el suelo.
1.2. Calefacción Se define como la forma de calentar espacios helados habitados por
personas. Siendo su objetivo central regular la pérdida de calor del cuerpo
humano durante las épocas frías del año, calentando el ambiente con el fin
de establecer un equilibrio térmico entre el cuerpo y el ambiente que le rodea
para así obtener el máximo bienestar fisiológico y térmico.
Para generar dicho bienestar se debe considerar la temperatura del aire, la
temperatura media de las paredes, la humedad del aire, su movimiento y el
grado de depuración del mismo; influyendo la calefacción solo en la
temperatura del aire y la temperatura media de las paredes los cuales son
considerados como temperatura sensitiva.
Dentro de un adecuado sistema de calefacción se deben cumplir con ciertas
condiciones:
1.- La temperatura ambiente sensitiva dentro del espacio a calefaccionar
debe ser uniforme, ya sea en sentido vertical como horizontal, debiendo
mantener una temperatura de 20 a 30º C durante su funcionamiento, con una
variación más o menos de 1º C.
2.- La temperatura sensitiva de la calefacción debe poder regularse entre
determinados límites, dicha regulación debe tener la menos inercia posible,
es decir debe conseguir una rápida respuesta.
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3.- La calefacción no debe empeorar el aire del espacio a calefaccionar, es
decir no debe producir polvo, gases tóxicos, vapores ni ocasionar ruidos
molestos.
4.- El sistema de calefacción debe ser económico en su instalación,
funcionamiento y mantención.
1.2.1. Transmisión de Calor Dentro de la Calefacción
Se entiende cuando dos cuerpos de diferente temperatura buscan establecer
un equilibrio térmico, es decir el paso de calor desde el cuerpo más caliente
al más frío, dicha transmisión se podrá generar de tres formas: Conducción,
convección y radiación.
1.2.1.1. Transmisión por Conducción se realiza a través de cuerpos en
estado sólido, sin desplazamiento de partículas.
La transmisión por conducción es importante dentro de los problemas de
calefacción, el cálculo de las calorías que se pierden por conducción a través
de las distintas superficies que rodean a un ambiente, tales como: paredes,
puertas, ventanas, cielo raso, techo y piso.
Cabe señalar que no todos los cuerpos son conductores o aisladores del
calor, lo cual se representará a través de un coeficiente, al cual se le
denominara “coeficiente de conductibilidad”. Cuanto mayor sea el coeficiente
el cuerpo será mas conductor y por el contrario cuando más pequeño será
más aislador.
El coeficiente de conductibilidad de un material es la cantidad de calor
(calorías) que pasarán a través de una pared de ese material, de un metro
25
cuadrado de superficie y un metro lineal de espesor, durante una hora,
cuando entre dos paredes opuestas existe una diferencia de temperatura de
un grado centígrado. A ese coeficiente se designara como K.
La superficie influye sobre la cantidad de calor transmitida por conducción y
en razón directa, cuando mayor sea la superficie, tomada en metros
cuadrados, se representara en la letra S.
Será mayor la cantidad de calor transmitido cuando mayor sea la diferencia
de temperatura entre las caras opuestas, siendo consideradas una como
cara interior y la otra exterior, en la calefacción la temperatura interior deberá
será mayor que la exterior, representándose como ti y te ambas temperaturas.
Cuando mayor sea el espesor de la pared menor será la cantidad de calor
transmitida, es decir la transmisión inversamente proporcional a ese espesor
que se representará con la letra e, el espesor se calcula en metros.
La cantidad de calor Q transmitida por conducción a través de una pared se
podrá calcular de acuerdo a la siguiente formula:
Q = K·S·( ti - te)e
Los valores del coeficiente K para distintos materiales lo podemos encontrar
en las siguientes tablas:
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Tablas Coeficientes térmicos
Terciado 2” 2,5 (kcal.h/m2/ºC)
Fierro (portón) 5,4 (kcal.h/m2/ºC)
Vidrio 6,0 (kcal.h/m2/ºC) Puertas
(K)
Madera 1 ½ (exterior) 2,75 (kcal.h/m2/ºC)
Vidrio sencillo 6,0 (kcal.h/m2/ºC) Ventanas (K) Vidrio doble 10 cm 2,83 (kcal.h/m2/ºC)
Hormigón relleno ripio Pisos U 1 (kcal.h/m2/ºC)
Tablas Coeficientes de transmisión
Aire exterior 0,025 (kcal.h/m2/ºC)
Par de madera 0,06 (kcal.h/m2/ºC)
Aislapol 5 cm 1,48 (kcal.h/m2/ºC)
Masisa 12 mm 0,12 (kcal.h/m2/ºC)
Cielo Raso (K)
Aire interior 0,142 (kcal.h/m2/ºC)
R 1,83 (kcal.h/m2/ºC) 1/R=U
U 0,55 (kcal.h/m2/ºC)
Aire exterior 0,025 (kcal.h/m2/ºC)
Fe liso 0,5 mm 0,00001 (kcal.h/m2/ºC)
Papel fieltro 0,008 (kcal.h/m2/ºC)
Madera roble ¾” 0,15 (kcal.h/m2/ºC)
Aislapol 5 cm 1,48 (kcal.h/m2/ºC)
Masisa 12 mm 0,12 (kcal.h/m2/ºC)
Paredes de madera (K)
Aire interior 0,142 (kcal.h/m2/ºC)
R 1,93 (kcal.h/m2/ºC) 1/R=U
U 0,52 (kcal.h/m2/ºC)
27
De la fórmula anteriormente señalada se pueden obtener otras formulas que
nos permiten calcular datos de interés como por ejemplo: el espesor de una
pared para un cierto número de calorías, cual será la temperatura interior
cuando se tienen las características de la pared, la temperatura exterior y la
cantidad de calor que pasaría por hora a través de la misma.
K = Q·e e = K·S·( ti - te) ti = Q·e + te S ( ti - te) Q S·K En la gran mayoría de los casos se puede señalar que se calculan paredes
simples, pero en la actualidad nos encontramos con paredes compuestas es
decir de varios materiales: mezclas interiores (los revoques), ladrillos
intermedios o revoques exteriores.
Para el caso de paredes compuestas, se considera una pared por tres capas
de diferentes espesores: e1, e2 y e3, con coeficientes K1, K2 y K3, cuya
superficie sea S, la temperatura exterior te y la interior ti.
Si se considera que la cantidad de calor Q, que circula a través de la pared,
pasa a través de todas las capas, se establecen las siguientes ecuaciones,
en las cuales t1 y t2 representan la temperatura intermedia entre cada capa.
(1) Q = S·K1·( t1 – t1) (2) Q = S·K2·( t2 – t2)
e1 e2
(3) Q = S·K3·( t3 – t3)
e3
Si se reemplazara la pared compuesta por una simple, cuyo espesor fuera
igual a la suma de los tres espesores, para que pasara la misma cantidad de
28
calor Q deberá tener un coeficiente de conductibilidad K que cumpliera con la
ecuación.
(4) Q = K·S·( ti - te) e
De las formulas (1), (2), (3) y (4), se puede deducir:
(5) Q·e1 = ti –t1 (6) Q·e2 = t1 –t2 S·K1 S·K2
(7) Q·e3 = t2 –t3 (8) Q·e = ti –te S·K3 S·K
Sumando las ecuaciones (5), (6) y (7), y comparando el resultado con la (8),
quedaría:
(9) Q·e = Q (e1 + e2 + e3 )
S·K S (K1 + K2 + K3 )
Simplificando tenemos:
(10) e = e1·k2·k3+e2·k1·k3 +e3·k1·k2
K K1 · K2 · K3
Reemplazando ese valor en la (4), se obtiene:
(11) Q = S K1 · K2 · K3 (ti –te)
e1·k2·k3 +e2·k1·k3·+e3·k1·k2
Todo el valor que representa la fracción, se puede reemplazar con un
coeficiente, llamado pared compuesta, en el cual se tiene no solo en cuenta
las características de los materiales, sino también el espesor de los mismos.
29
La formula final, se presenta de la siguiente manera:
Q = S · C· (ti –te)
1.2.1.2. Transmisión por Convección: se ha planteado que la cantidad de
calor transmitida por convección, es aquella en la cual el calor es
transportado por las moléculas de los fluidos que se desplazan. Lo cual
ocurre por la diferencia de los pesos de las moléculas frías en relación a las
calientes, ya que son más livianas.
El coeficiente por convección puede definirse como la cantidad de calor
cedida por hora a cada metro cuadrado de superficie, cuando la diferencia de
temperatura es de un grado centígrado. Pero este no es un valor constante,
ya que depende de la naturaleza del fluido (densidad, conductibilidad, calor
específico, viscosidad) y de su velocidad. Es por las características del
coeficiente que es muy difícil de determinar, es más sencillo cuando el
movimiento se encuentra definido, como en el caso de circulación de las
tuberías.
1.2.1.3. Transmisión de calor por radiación: entre dos puntos a distinta
temperatura podrá transmitirse calor por radiación, cuando el espacio que los
separa sea permeable a los rayos calóricos. Por eso a través de los fluidos
como el aire o aun atravesando el vacío pueden recibirse, por radiación, los
rayos del sol.
Es conveniente tener presente el concepto de poder emisor y poder receptor.
El poder emisor o poder radiante de un cuerpo es la cantidad de calor
irradiado por la unidad de superficie del cuerpo en la unidad de tiempo.
30
El poder de absorción o recepción de un cuerpo, es la relación entre el calor
absorbido por la unidad de superficie del cuerpo y el que ha recibido por
irradiación. Esto significa que no toda la cantidad de calor que ha llegado
hasta el cuerpo ha sido absorbida por el mismo.
Un cuerpo absolutamente negro absorbería todos los rayos irradiados que
hacia él llegarían y entonces diríamos que su poder de absorción es la
unidad o lo que es lo mismo el ciento por ciento.
31
CAPITULO II “BALANCE TERMICO”
32
2.1. Balance Térmico
Es la determinación de las ganancias y las pérdidas para establecer las
condiciones de una compensación. El balance térmico es elemental en todo
proyecto de calefacción, ya que sus resultados permiten establecer las
características de los elementos que se utilizarán en la instalación, su
correcta realización y su mayor o menor eficacia del sistema.
El balance térmico es el primer paso que se debe realizar después de
establecer el lineamiento general del proyecto. Este lineamiento nos permite
saber cuales son los ambientes que deben calefaccionarse, la temperatura
que se necesitará y el sistema que se adoptará para cumplir con las
condiciones pre – establecidas.
En general el balance térmico consiste en determinar las calorías que se
deben entregar a un ambiente, para mantener una determinada temperatura.
Para este es necesario considerar varios factores entre los cuales se pueden
señalar:
En primer lugar considerar las calorías que se pierden por diferencia de
temperatura, es decir las que se transmiten por conducción, conveccion o
radiación. Después se estimará las calorías que reciben los ambientes a
calefaccionar, como por ejemplo por las personas, por los artefactos
eléctricos u otros medios de generación de calor.
Después de realizados los cálculos, si se obtiene un valor mayor de calorías
perdidas que calorías recibidas, se tendrá que realizar un proyecto de
calefacción. Si ocurre lo contrario el proyecto a efectuar será de refrigeración.
Pero es lógico que de antemano se sabrán los cálculos y la finalidad del
proyecto.
33
Un proyecto completo y amplio deberá contar con los siguientes datos:
ambientes a calefaccionar, superficies que rodean esos ambientes,
orientación de las mismas dimensiones, áreas de cada superficie,
coeficientes de transmisión por conducción, conveccion y radiación que van a
influir, temperatura interior que se desea para los locales a calefaccionar,
temperatura exterior con relación a cada superficie, coeficiente de incremento
por orientación en caso de tratarse de superficies en contacto con el exterior,
influencia de los vientos dominantes (también con relación a las superficies
en comunicación con el exterior), volumen de los locales, cantidad de calor
necesario para calentar el aire de los mismos, cantidad de personas adultas
y menores que ocuparán esos locales, actividades que desarrollarán,
artefactos eléctricos, cantidad de los mismos, número de horas de
funcionamiento, cantidad de calor producidos por ellos, otros elementos
capaces de producir calor, hora de actividad, calor entregado, etc.
Con todo lo anteriormente mencionado se obtiene el balance térmico de cada
ambiente y la sumatoria de todos los ambientes que componen el recinto,
nos dará la cantidad total de calor necesario que se debe entregar.
Por otro lado se debe conocer el régimen de funcionamiento de la
calefacción en ese edificio, porque de acuerdo a ello se tendrá que
compensar un número mayor o menor de calorías perdidas por
interrupciones de servicios.
2.2. Calorías Perdidas por las Paredes
Constituyen comúnmente el mayor valor que interviene en nuestros cálculos.
Si se trata de paredes simples, constituidas por un material único, se debe
utilizar la siguiente formula señalada en el capitulo anterior.
34
Q = K·S·( ti - te)
e
Donde:
Q= la cantidad de calor transmitida por hora por conducción (Cal/h)
K= el coeficiente de conductibilidad del material en Cal/h·m²·ºC
S= área de la superficie en m²
t1= temperatura interior de proyecto del local (ºC)
t2= temperatura exterior o del local continuo (ºC)
e= espesor de la superficie (m)
Si se trata, de paredes compuestas constituidas por capas de dos o más
materiales la formula a utilizar es:
Q = S k1 k2 k3 …..Kn (ti – te)
e1 k2 K3…kn + e2 k1 k3 k4…kn+…+ en k1 k2…k (n-1)
Donde las letras K representan los coeficientes de conductibilidad de los
materiales que forman las distintas capas y valores de los distintos espesores
de esas capas.
Reemplazando el factor fraccionario por un coeficiente C, que podemos
llamar de pared compuesta, la formula es la siguiente:
Q = S·C (ti – te)
Por lo tanto las fórmulas de paredes simples como paredes compuestas
pueden simplificarse cuando se conocen de antemano los valores de la
temperatura interior y exterior, por ejemplo 18 ºC y 0 ºC, en cuyos casos
basta con multiplicar los nuevos coeficientes directamente por la superficie
tratada.
35
Cuando consideramos el calor transmitido por conducción y conveccion
simultánea, la fórmula es:
Q = S·C’· (ti – te)
En la cual, el valor del coeficiente C’ se calcula previamente, por medio de la
ecuación:
1 = 1 + e1 + e2 + e3 + … + en + 1
C’ h1 K1 K2 K3 … Kn h2
Los valores e, h1, h2, corresponde respectivamente a los coeficientes de
conveccion de los medios interior y exterior.
En los cálculos de transmisión por conducción o por conducción y convección
simultáneamente, siempre debemos comenzar el cálculo por las superficies
correspondientes a las aberturas (puertas y ventanas), para poder después
restar rápidamente esas áreas de las superficies de los muros y paredes.
2.3. Calorías Entregadas por las Personas
Pueden ser un factor importante en aquellos casos de locales destinados a
reuniones públicas y en esas ocasiones deberán tenerse en cuenta además
de su cantidad, edad y sexo, así como también las actividades que se
desarrollaran. Por ejemplo, no es la misma cantidad de calor la que entregan
los adultos a la que entregan los niños, ni tampoco la que entregan personas
sentadas presenciando un espectáculo que el igual número desarrollando
actividades deportivas o bailes.
36
En principio se puede señalar que para determinar la cantidad de calor
entregada por personas corresponde emplear las siguientes fórmulas:
Personas Adultas : Q = 6·(37ºC – t)
Niños : Q = 3·(37ºC – t)
t= es la temperatura del local.
Si se quiere tener el local a una temperatura de 18ºC, las fórmulas anteriores
nos darán los siguientes valores:
Personas Adultas : Q = 114 cal/hora
Niños : Q = 57 cal/hora
2.4. Calorías entregadas por los artefactos de iluminación
Generalmente los artefactos de iluminación son del tipo eléctrico, pero no se
debe olvidar que en algunos casos se podría contar con artefactos de otro
tipo.
2.5. Calorías entregadas por otros artefactos
En algunos casos es necesario tener en cuenta la cantidad de calor que
entregan algunos artefactos, ya sean eléctricos o accionados por
combustibles, ya que pueden representar una cantidad digna de ser tomada
en cuenta.
37
2.6. Temperatura de cálculo para los locales
La temperatura ideal es de 18ºC, pero en algunos casos, pueden preverse
temperaturas superiores o inferiores conforme al destino de los ambientes.
Como una orientación útil para el proyectista, procede tener en cuenta los
valores generales que se presenta para una oficina en la siguiente tabla:
Destino Temperatura del ambiente
Dormitorio 18º C Salas y comedores 18º a 20º C Baños 20º a 23º C Oficinas 18º C Pasillos, hall, cajas escaleras
16º a 18º C
2.7. Incrementos por vientos dominantes
En la zona del proyecto es común la presencia de fuertes vientos a altas
velocidades y de diferentes características.
Para las superficies sometidas a este tipo de viento, es decir de la zona sur,
se debe considerar un incremento de hasta el 20%. Para las superficies que
se orientan hacia el norte, el incremento será nulo (por ser generalmente
viento caliente). Para los vientos del este, puede tomarse un incremento del
15% y para los del oeste de un 10%.
Finalmente cuando se presentan superficies orientadas para lugares
intermedios, con relación a los cuatro puntos cardinales, se puede proceder
por interpolación.
38
CAPITULO III CALDERA A LEÑA
39
3.1. Concepto de biomasa Es a partir de la definición de las calderas para combustibles sólidos como la
leña, es que surge en la actualidad el concepto de la Biomasa, lo cual se
define como “cualquier materia orgánica de origen animal y vegetal tal como
madera de bosques, residuos de procesos agrícolas y forestales, y de la
basura industrial, humana o animal, etc. que ha sido transformada como
resultado del proceso de fotosíntesis en forma natural”, y es considerada una
importante fuente de generación de energía térmica en los países
desarrollados.
La biomasa posee como ventaja que es una energía fácilmente reciclable y
se puede guardar. Presenta bajo contenido de azufre y un balance neto nulo
de CO2.
Además, la energía producida a partir de la biomasa está menos sujeta a las
fluctuaciones de precios de mercado y es considerada una fuente de trabajo
en zonas agrícolas poco desarrolladas.
Durante procesos de conversión tales como la combustión, la biomasa libera
su energía en forma de calor, y se descompone a sus moléculas elementales
donde el carbón se oxida nuevamente a dióxido de carbono para restituir el
que fue absorbido durante el crecimiento de la planta (fotosíntesis). Por lo
tanto la liberación de energía de conversión de la biomasa en energía útil
imita procesos naturales pero en una tasa más rápida (eficiente).
Por esto, la energía obtenida de la biomasa es considerada una óptima forma
de energía renovable. Utilizar esta fuente de energía reciclable, que no
añade dióxido de carbono al medio ambiente, en contraste con los
40
combustibles fósiles es ciertamente una decisión inteligente en términos de
su mínimo impacto ecológico y su gran potencial de ahorro energético.
El uso de energía natural, limpia y renovable como la leña y pellets
certificados, son una “garantía de ahorro energético, mínimo impacto
ambiental y alto rendimiento en los modernos sistemas de calefacción.”
Es por lo anteriormente señalado que se ha optado por la Caldera a leña
para realizar el sistema de calefacción en las dependencias de la
Municipalidad de Torres del Paine.
3.2. Caldera a leña La combustión de la leña para quemar sigue siendo la forma más común de
utilizar para la calefacción doméstica. Debido a la necesidad de carga
manual de los tarugos, las calderas de leña tienen potencia limitada a unas
decenas de kw, y su uso más adecuado es la calefacción de casas aisladas
de uno o pocos pisos.
Es por lo anteriormente señalado que para las dependencias de la
Municipalidad de Torres del Paine; se ha seleccionado instalar dos calderas
como resultado del balance térmico realizado cada una de ellas de 46 kw.,
quedando una caldera en funcionamiento y la otra en reserva.
Las calderas seleccionadas son la Aspiro, modelo A 52 R/SA, la cual
presenta una potencia útil mínima de 33kw y una potencia útil máxima de
49kw, tiene un peso de 555 kg.
Cabe señalar que estas calderas basan su funcionamiento en el principio de
la gasificación de la leña. El combustible sólido, colocado en la parte superior
41
de la caldera (deposito leña), en contacto con las brasas situadas sobre la
rejilla produce gas que combinándose con el aire de combustión crea una
mezcla combustible. Dicha mezcla se aspira a través de los espacios de la
rejilla a la zona inferior del hogar (zona de intercambio) donde dará origen a
la característica “Llama invertida”.
La gasificación permite un aprovechamiento total de la leña que se traduce
en un elevado rendimiento de combustión y en un bajísimo impacto
ambiental por la ausencia en los humos de inquemados y de sustancias
nocivas. Cabe señalar que la caldera seleccionada limita los efectos
negativos de los condensados ácidos.
Fig. Nº 9, caldera a leña Apiro .
3.2.1. Principales elementos de la caldera Aspiro a) Almacén de leña: es el depósito de la caldera a leña. Se encuentra
ubicado en la parte superior de la caldera, vienen cargados los troncos de
leña después de haber procedido al encendido para producir las brasas.
b) Piedra principal y barras: se encuentra en la parte central de la caldera
entre el depósito de la leña y la zona inferior del intercambiador, esta es de
42
cemento refractario, presenta en el centro una hendidura longitudinal con un
espacio para alojar la rejilla, esta ultima formada por barras, fabricadas en
hierro fundido al cromo, cuya misión es mantener las brasas a través de las
fisuras centrales, lo que permite el paso del gas combustible.
c) Zona de intercambio y catalizador: el catalizador es un envolvente de
hierro fundido al cromo, se ubica debajo de las brazas.
La llama, pasando a través de una zona de alta temperatura, favorecen la
eliminación de las partículas de carbono que habían quedado sin quemar. El
gas de la combustión, atravesando la zona de intercambio, cede el calor al
agua.
Los gases de la combustión, después de haber cedido energía al agua, se
recogen en la caja de humos situada en la parte posterior de la caldera. En la
caja de humo se encuentra el ventilador de eje horizontal, formado por motor
eléctrico y rotor. El ventilador es de fácil mantenimiento estando sujeto por
tuercas mariposas.
d) Grupo distribución aire: en la parte frontal de la caldera, entre la puerta
superior e inferior se encuentra la toma de aire de combustión. El conducto
de admisión dispone de una válvula interna de chimenea con cierre por
gravedad que se cierra con la parada del ventilador, y de una compuerta
exterior con mando por termostato.
El aire que entra en la central se subdivide en primario y secundario, el
primario va al depósito de leña y mezclándose con el gas destilado crea la
mezcla combustible, que atraviesa la rejilla y se quema. En cambio el
secundario pasa a través de las dos cavidades de la piedra principal y de las
barras, suministrando una inyección de oxígeno directamente a la zona de
formación de la llama, optimizando de esa forma la combustión.
43
e) intercambiador de agua sanitaria: esta formado por un tubo de cobre
inmerso en las cavidades de agua en torno al cuerpo de la caldera a leña,
con las conexiones hidráulicas de entrada y salida situados en la parte
posterior de la caldera.
f) intercambiador de seguridad: este se encuentra ubicado en la parte de la
leña, su función es enfriar la caldera en caso de sobrecalentamiento
mediante una válvula de descarga térmica. Esta formado por un serpentín de
acero con entrada y salida en la parte posterior de la caldera.
g) guainas porta sondas: sus funciones son alojar la guaina de cobre que
contendrá las sondas de los termostatos del cuadro de mandos; y darle
alojamiento libre para una segunda guaina de cobre o dispositivo de lectura
de la temperatura.
h) bomba de circulación: se utiliza con la finalidad de reducir al mínimo la
posibilidad de condensación en la caldera a leña, la bomba se conecta
hidráulicamente entre la conexión de ida y la de retorno con dirección del
flujo hacia abajo.
i) aislamiento: se obtiene mediante una manta de lana mineral de 60 mm de
espesor colocada en contacto con el cuerpo de la caldera y a su vez
protegida con envolvente exterior, formada por paneles de acero pintados
con polvo epoxi.
j) Cuadros de control: los instrumentos de control vienen agrupados
formando paneles que se suministran, junto o separadamente, con la propia
caldera. Un cuadro de control suministra un mínimo de información, por lo
que cuanta con al menos un termómetro, que indica la temperatura de ida del
agua, y un hidrómetro que indique la presión en la que esta trabajando la
44
caldera. Estos aparatos se complementan habitualmente con los siguientes:
Pulsadores-interruptores del circulador y del quemador; Termostato regulable
de la temperatura de ida y Termostato de seguridad que actúe
automáticamente.
3.3. Concepto de Leña Históricamente la leña ha sido el método más tradicional de calefacción,
aunque su utilización a cielo abierto siempre resto eficacia a su poder
calorífico. Posteriormente con la fabricación de los hogares cerrados,
primero en piedra y luego en fundición, ejemplo calderas, comenzaron a
aprovechar la verdadera potencia de la leña.
En Chile la leña es la forma de biomasa más utilizada y es la tercera fuente
de energía mas utilizada en el país; además presenta las siguientes
ventajas:
Es un elemento combustible sin poder de explosión
Alto poder calórico de algunas especies
Elemento biodegradable aun después de su combustión
Precio razonablemente económico (incluso gratis)
La calidad y el poder calorífico de la leña dependen de su tipo, origen,
calibre y el grado de humedad, radiación que se pueda transmitir a través de
la superficie, aislamiento de la vivienda, entre otros factores. Sin embargo la
humedad es el factor más importante, dado que influye directamente en la
calidad de la combustión, rendimiento y vida útil de la caldera a leña.
Se recomienda que la leña tenga un nivel de humedad de un 20% y un
tiempo de secado mínimo de 18 meses, ya que transcurridos esos meses la
humedad inicial que podía ser de un 75% pasaría a ser del 15% (ver tabla
45
adjunta) humedad suficientemente baja como para evitar los problemas de
quemar leña sin secado previo:
Leña con alto grado de humedad reduce su poder calorífico
Dificulta el encendido
Su combustión produce condensación y alquitrán en los conductos de
humo.
Tiempo de secado H% aire libre H% a cubierto
Inicial 75 73
9 meses 33 23
18 meses 18 15
Fig. Nº 10, Grafico de variación de secado de la leña
Los consumos de leña seca necesarios para obtener potencia útil variaran si
se quema en un hogar abierto, en un recuperador de calor o en un hogar
cerrado (caldera). A continuación se presentan algunos ejemplos:
1 kg. leña da aprox. 3.800 W de energía contenida (100% eficiencia)
1 kg. leña que da aprox. 420 W (12% eficiencia) es lo que obtenemos
cuando quemamos la leña en un hogar abierto.
1 kg. leña que da aprox. 1.900 W (50% eficiencia) es lo que
obtenemos con un aparato con sistema de combustión tradicional.
1 kg. leña que da aprox. 2.800 W (75% eficiencia) es lo que
obtenemos con aparatos con sistema de combustión limpia
46
Fig. Nº 11, Grafico de las diferencias en poder calorífico en los diferentes hogares
Es importante señalar que si bien la leña es una energía natural, limpia y
renovable con un mínimo impacto ambiental, igual han presentado un
negativo impacto ambiental en algunas regiones de Chile como los son
Santiago y Temuco, motivo por el cual se implemento desde el año 2008, el
Sistema Nacional de Certificación de Leña, con la finalidad de garantizar la
calidad de la leña y contar con una red autorizada de distribución nacional.
47
CAPITULO IV MATERIALES A UTILIZAR EN LA INSTALACION DE LA CALDERA
48
4.1. Materiales A continuación se detalla un listado de materiales que se utilizaron al
momento de instalar la caldera, además de una pequeña definición de cada
uno.
Bomba: se pone en marcha cuando hay que suministrar calor a los
radiadores, estando el agua de la caldera a temperatura suficiente (más de
70º C).
Tanque de expansión: en la parte superior de este queda una masa de aire
que hace de amortiguador de la temperatura.
Válvula de seguridad: se utiliza cuando la presión de agua excede de
2kg/cm², la válvula se abre dejando salir agua de las tuberías para disminuir
la presión.
Válvula de retención: se utiliza en el caso que la válvula de seguridad no se
abriese, e impide que la caldera ponga a presión el agua de la instalación.
Válvula de compuerta: estas se determinan por la necesidad de dejar
algunas partes aisladas del resto, para poder realizar reparaciones o cambios
sin tener que vaciar la instalación.
Indicadores de temperatura y presión: en el caso de la temperatura sirve
para comprobar el buen funcionamiento del acuastato que regula la
temperatura. El de presión sirve para comprobar si la válvula de seguridad
esta bien instalada.
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Válvula reductora de presión: sirve para llenar automáticamente la
instalación, se abre cuando la presión de agua en la instalación baja a 0,85
kg/cm² y se cierra, como una válvula de retención, cuando las presiones son
mayores. Mantiene el sistema constantemente lleno.
Purgador de aire de la caldera: es un pequeño vaso que tiene en su interior
un flotador que cierra o abre una válvula para la salida del aire, se emplean
para eliminar de modo continuo el aire contenido en los circuitos hidráulicos
de las instalaciones de calefacción o climatización, eliminan de modo
automático todo el aire presente en los circuitos, incluidas las microburbujas.
Desagües: se deben colocar para vaciar el sistema del agua cuando es
necesario.
Radiadores: es un intercambiador de calor, un dispositivo sin partes móviles
ni llamas, destinado al aporte de calor de algún elemento o estancia.
Válvula Termostática: permite una regulación precisa de la temperatura del
ambiente. El centro del sensor termostático esta constituido por un fuelle a
presión de vapor relleno de un gas termosensible.
Filtro de agua: busca optimizar la calidad de agua a través de la depuracion,
filtrado, reducción, unión, absorción de los residuos del agua, reducción de la
cal en la caldera y en otras partes críticas del aparato, disminución del
consumo energético, costos de servicio y de mantenimiento.
Cañería de cobre: se utilizarán en todo la distribución del sistema de
calefacción.
Liras y juntas de dilatación: según las indicadas en los planos del proyecto.
50
Válvulas y dispositivos de cortes
Fig. Nº 12, Bomba Fig. Nº 13, Tanque de expansión
Fig. Nº 14, Válvula de seguridad Fig. Nº 15, Válvula de retención Fig. Nº 16, Válvula de compuerta Fig. Nº 17, Indicadores de temperatura y presión
51
Fig. Nº 17, Indicadores de temperatura y presión Fig. Nº 18 Válvula reductora de presión Fig. Nº 19, Purgador de aire de la caldera Fig. Nº 20, Radiadores Fig. Nº 21, Válvula Termostatica Fig. Nº 22, Filtro de agua
Fig. Nº 23 Cañerías de cobre
52
CAPITULO V INSTALACION Y FUNCIONAMIENTO
DE LA CALDERA A LEÑA
53
Para obtener una apropiada instalación de la caldera a leña es necesario
ubicar y señalar una sala de calderas.
5.1. Sala de Caldera Este es el principal elemento que se consideró al momento de instalar las
calderas Aspiro, ya que esta sala como se le denomina al espacio físico en el
cual queda instalada en forma horizontal y fija la caldera.
Dentro de las dependencias de Municipalidad de Torres del Payne, la sala de
caldera quedo situada en un cuarto adosado a la bodega de 18 m2.
D E P O S IT O LE Ñ A3
18 m ²
3 m
Fig. Nº 24, Sala de calderas
Por otro lado, la sala de caldera de nuestra instalación cuenta con cielo
liviano, paredes de albañilería, radier, una adecuada ventilación y buena
iluminación. Además de dos puertas que abren hacia el exterior. Cumpliendo
con las disposiciones establecidas en el articulo Nº 9 del decreto Nº 48
“Reglamento de calderas y generadores de vapor”.
Otro punto, que se consideró fue la distancia en la cual se instaló la caldera
de las paredes aprox. 1m lo cual facilitaba la limpieza del circuito de humos y
54
que la puerta principal de la caldera quedara sin obstáculo pudiéndose abrir
libremente.
5.2. Instalación de la Caldera
A continuación se presenta el esquema que se utilizó al momento de la
instalación:
Fig. Nº 25, Esquema de instalación
En primer lugar posicionar la caldera 1 en sala de caldera y realizar las
conexiones hidráulicas. Envolver el cuerpo de la caldera con la manta
de lana de roca aislante 2 y sujetarlas con las tiras 3. Atornillar a la
base de la caja de humos las puertas antiexplosión 4. Instalar el
ventilador 5 en su alojamiento de la caja humos fijándolo a las tuercas
de mariposa. Colocar los paneles laterales 6 y 7, enganchando la aleta
55
superior en los alojamientos de la parte alta de las placas, y la aleta
inferior en el interior del angular del bastidor de la caldera.
Apoyar el panel superior 8 sobre los laterales 6 y 7 haciendo coincidir
los pernos en los alojamientos elásticos y fijarlo haciendo ligera
presión.
Fijar el panel eléctrico 9 al panel superior del envolvente 8 prestando
atención a no dañar los capilares de los termostatos que deberán
pasar, por debajo del envolvente, hacia la parte posterior de la caldera
donde serán introducidos en su guaina.
Montar el panel posterior 10 fijándolo con sus fajamientos elásticos a
los pernos de los laterales 6 y 7.
Fijar a la puerta del depósito leña el panel de protección 11 después
de haber atornillado la manilla M.
Fijar la caja 13 a la puerta intermedia mediante los enganches de
bayoneta.
Fijar a la puerta inferior el panel de protección 12 después de haber
atornillado el pomo P
5.3. Instalación de accesorios de la Caldera a leña 5.3.1. Cálculo e Instalación del Estanque de expansión La función del depósito de expansión es retener el exceso de volumen que
resulta cuando el agua sobrepasa su calentamiento normal, experimentando
56
una importante dilatación, teniendo una capacidad mínima de 6% de volumen
total de agua contenida en la instalación.
Se instaló a una altura a 1.5 mt del radiador mas alto y conectado siempre al
punto de mas baja presión del sistema o punto neutro de la instalación, es
decir, a la aspiración de la bomba.
Fig. Nº 26, depósito de expansión del tipo cerrado.
El diámetro de la tubería de conexión al depósito será como mínimo de 20
mm.
Estanque de expansión cerrado; En ellos, al elevarse la temperatura del agua
y por consiguiente, la presión, ésta oprime la membrana y el nitrógeno de la
cámara se comprime hasta quedar equilibradas las presiones.
La capacidad útil del depósito tendrá que ser igual, como mínimo, a la
dilatación del agua de la instalación a la temperatura que se considere,
hallándose por la igualdad:
57
VU = VI ·a %
Donde; Vu = Volumen o capacidad útil
VI = Volumen agua de la instalación
a % = Coeficiente dilatación del agua
Por otro lado, es necesario determinar el “coeficiente de utilización”, que
dependerá de la altura manométrica de la instalación y de la presión máxima
de trabajo (Tarado de válvula de seguridad del vaso)
El coeficiente de utilización puede encontrase mediante la expresión:
Cu = Pf – Pi
Pf
Vv = Vu
Cu
En ambas, las letras significan:
Cu = Coeficiente de utilización
*Pf = presión absoluta máxima de trabajo
*Pi = presión absoluta altura manométrica
Vv = capacidad total de depósito
Vu = Capacidad útil de depósito
*Presión absoluta = Presión relativa + Presión atmosférica.
A continuación se presenta la tabla que contiene los datos de dilatación
porcentual del agua en función de su temperatura.
58
Dilatación del agua
10º C 0.027% 20º C 0.177% 30º C 0.435% 40º C 0.782% 50º C 1.21% 60º C 1.71% 70º C 2.27% 80º C 2.90% 90º C 3.59%
100º C 4.34%
Cálculo de capacidad del depósito de expansión cerrado:
Coeficiente dilatación agua 80 ºC = 2,9 %
Calculo de volumen de expansión o capacidad útil del depósito:
Vu = 2,9 x 590 = 17,1 litros
100Cálculo del coeficiente de utilización:
Cu = 4 – 3 = 0,25 4 Cálculo de la capacidad total del vaso:
Vv = 17,1 = 68,4 litros
0,25Observaciones:
Instalación de 20 m de altura (manométrica) 2 kg. / cm2
Pi = P manométrica + P atmosférica = 2 + 1 = 3 kg. / cm2
Pf = P relativa + P atmosférica = 3 + 1 = 4 kg. / cm2
59
La figura Nº 27, muestra la manera correcta de colocar el depósito de
expansión
Bomba circuladora Estanque de expansión
Válvula de seguridad
Fig. Nº 27, depósito de expansión
5.3.2. Cálculo e Instalación de la Bomba de circulación La función de la bomba de circulación en la instalación de agua caliente
consiste en vencer las resistencias que presenta el circuito al tránsito del
agua por su interior. Se emplean exclusivamente bombas centrifugas con
accionamiento por motor eléctrico.
Si se dimensionan con diámetros pequeños, la red es de menor costo, pero
las pérdidas de presión por razonamiento alcanzan cifras muy altas,
repercutiendo en las características de la bomba que deberá dar una presión
más elevada. Por el contrario, con tubería de diámetros amplios, la velocidad
de circulación es menor y las pérdidas disminuyen, pero el precio que se
paga por su adquisición aumenta, aunque la bomba tenga características
menores. Es, por eso que se debe buscar un equilibrio de costos entre todos
los componentes que integra la instalación.
60
El volumen o caudal de agua circulante será dada según la siguiente
ecuación.
Q = P t · Ce · Pe
siendo,
Q = caudal de agua, l/h.
P = potencia de la caldera, kcal. /h.
t = salto térmico (temperatura ida – temperatura de retorno)
Ce = calor específico, kcal./h. kgºC = 1 para el agua.
Pe = peso específico, kg./dm3 = 1 para el agua
El volumen del agua contenido en la instalación no ha de tenerse en cuenta
para definir el caudal horario.
La potencia necesaria N para el accionamiento de la bomba se halla por la
expresión:
N = Q · H · 102 · 3600 · n
Representado,
N = potencia necesaria, Kw.
Q = caudal de agua circulante, p/h.
H = pérdida de carga, m.c.a.
= Peso Específico
n = rendimiento de la bomba. El rendimiento máximo de las bombas
pequeñas es n máx.= 0,4 y 0,6. Al variar la carga, el rendimiento desciende
considerablemente.
61
5.3.3. Cálculo e instalación de la Chimenea
5.3.3.1 Definición de chimenea
La chimenea es un componente importante en una instalación, ya que, en
muchas ocasiones, polución y el hollín no son la causa de una mala
combustión sino de haber colocado una chimenea impropia. La chimenea
tiene como cometido la conducción de los gases de la combustión desde la
caldera hasta el exterior.
Fig. Nº 28, Chimenea
No obstante, resulta más cómodo abordarlo desde otro punto de vista. Dado
que las soluciones contructivas de las chimeneas no difieren unas de otras,
se propone un modelo de cálculo basado en la potencia de caldera que
permite determinar directamente la sección de la chimenea.
El tiro de la chimenea se origina por la diferencia de pesos específicos entre
el aire exterior frió y los productos de la combustión. El tiro es tanto mas
intenso cuando mas alta es la chimenea, aunque depende de la resistencia
que ofrecen los conductos de humos de la caldera y de las características
constructivas de la propia chimenea.
El tiro es tanto mayor cuando más elevada es la diferencia de temperaturas
entre el aire exterior y la de los gases. En una chimenea sobredimensionada
62
o construida con material inadecuado que no asegure su estanqueidad, se
producirán infiltraciones de aire frió que disminuirán el tiro y rendimiento de la
combustión con el derroche de energía.
La sección de la chimenea se determina mediante a la siguiente formula:
Pn
A = K
K = Coeficiente, depende del tipo de combustible:
Para combustibles sólidos 0,02.
Pn = Potencia nominal de la caldera en Kcal. /h
H red = Altura reducida de la chimenea en m
A = sección de la chimenea en cm2
Para calcular la altura reducida usaremos la siguiente formula:
hred = h – (L + n · Kc + H cal ) h = altura real de la chimenea en m
L = longitud del tramo horizontal en m
n = número de codos
Kc = Coeficiente de pérdidas de un codo (0,5)
H cal = altura a considerar por la pérdida de carga de la caldera (se considera
1 m por cada mm de pérdida de carga de la caldera)
La perdida de carga de la caldera lo suele dar el fabricante de la misma ej: la
resistencia oscila entre 2 y 4 mm.c.a.
63
Por otra parte, se debe tener en cuenta que por cada 500 m de altitud sobre
el nivel del mar hay que incrementar el área de la chimenea en un 6%.
(Enciclopedia de Calefacción Martín Llorens Pág. 412)
Una vez obtenida el área de la sección transversal de la chimenea, si es de
sección circular, su diámetro interior puede obtenerse a partir de la expresión:
D = 4 · A Cálculo del conducto horizontal:
La sección de conducto horizontal se determina según la formula:
Ah = Av ·((0,6 · L/h) + 1)
Ah = área de la sección transversal del conducto horizontal en cm2
Av = área de la sección transversal del conducto vertical en cm2
L = longitud del tramo horizontal en m
h = altura real de la chimenea en m
Se debe tener en cuenta que la longitud L del tramo horizontal de la
chimenea ha de ser siempre inferior a la mitad de la altura real de la
chimenea, es decir.
L< h 2
64
Cálculo de chimenea:
hred = 4 - ( 0,5 + 1 · 0,5) = 3 A = 0,02 · 40.050 = 461 cm2
D = (4 · 461) = 24,2 cm.
5.3.3.2. Instalación de la chimenea La chimenea se instaló por personal idóneo, respetando normativas y
reglamentos vigentes, no obstante, para este tipo de calderas se consideró:
Doble Tubo de acero inoxidable para evitar daños producidos por la
creosota e= 1 mm, con aislamiento de lana mineral entre uno y otro
tubo.
Se instaló un doble ducto para cada caldera.
Sobresale 1m de la cumbrera de la techumbre.
Mantiene la misma sección en todo su largo siendo esta de sección
circular.
1.- Método de su instalación:
El tubo principal, gorro y embullido son de acero inoxidable. El doble tubo y la
manta serán de fierro galvanizado. Las secciones del tubo y de doble tubo se
fijaron entre sí con tres remaches de acero inoxidable.
65
Fig. Nº 29, tubo principal y gorro de la chimenea
2.- Figura de instalación de chimenea.
Fig. Nº 30 instalación de la chimenea
66
5.4. Funcionamiento de la caldera
El funcionamiento de caldera a leña Aspiro consiste en que el rotor que se
encuentra ubicado en la parte posterior, en el lugar de la salida de humos, y
aspira los gases de combustión creando una depresión en la caldera que
permite la atracción del aire comburente desde el exterior, el cual se divide
en dos canales llamados aire primario y aire secundario.
Una parte del aire (primario) se introduce en la caldera justo encima de la
rejilla sobre la cual está apoyada la leña. El aire primario impulsa la
combustión (fase de gasificación), con la formación de un estrato de brasas
en contacto de la rejilla y la liberación de gases combustibles procedentes de
la pirólisis de la madera (sobre todo monóxido de carbono e hidrógeno). Los
gases liberados son arrastrados hacia abajo a través de la rejilla y llegan a la
cámara inferior, donde la adición del aire secundario permite que se complete
la combustión. Factores esenciales para obtener una combustión óptima son
una cantidad de aire adecuada, temperatura y turbulencia elevadas en la
cámara de combustión, y la permanencia de los gases calientes en el hogar
por un tiempo suficiente para que se completen las reacciones
termoquímicas de combustión.
Se puede señalar que el aire primario determina la potencia de la caldera y el
aire secundario sirve para completar la combustión oxidando completamente
la llama.
En cuanto al primer encendido se debe cerrar la puerta inferior y accionar el
interruptor para dar la corriente. Seguido apoyar en el centro de la piedra de
la parrilla de hierro fundido, un poco de leña fina y seca, hecha en forma de
tronquitos de la misma longitud del hogar, sobre la leña meter material
fácilmente inflamable, evitar piezas grandes y en forma de bloque, y con
67
ayuda de papel encender la leña y cerrar rápidamente la puerta del deposito
de leña.
Antes de efectuar una nueva carga de leña, se debe consumir lo más posible
la precedente; la nueva carga podrá efectuarse cuando el lecho de brasas se
halla reducido a un espesor de unos 5cm.
Otro punto a considerar es evitar cargas de leña excesivas de forma que la
caldera no esté mucho tiempo parada con el depósito lleno de leña. En estas
condiciones la leña se seca por efecto de la temperatura elevada, pero el
vapor de agua y el acido acético que se forma, en vez de ser eliminados por
el conducto de humos por efecto de la combustión, permanecen en el
deposito de leña. Dichos vapores ácidos al contacto con la paredes laterales
mas frías tienden a condensarse amplificando fenómenos de corrosión de los
materiales. Sin embargo es de igual importancia evitar que la leña este más
de un día en el depósito sin ser quemada.
Esquema de funcionamiento
Fig. Nº 31, Carga correcta de la leña Fig. Nº 32, Esquema de funcionamiento caldera
68
CAPITULO VI MANTENIMIENTO CALDERA A LEÑA
69
6.1. Mantenimiento y/o limpieza de la caldera
Este paso es fundamental para garantizar el adecuado funcionamiento de la
caldera, así como también asegurarse de una larga durabilidad de esta
instalación en el tiempo.
Para realizar el mantenimiento o limpieza de la caldera, lo primero que se
debe realizar es desconectarla y esperar que se llegue a temperatura
ambiente, no vaciar el agua de la instalación si no es por una razón inevitable,
verificar periódicamente la integridad del dispositivo y/o conducto de
evacuación de gases; no limpiarla con sustancias inflamables y nunca dejar
contenedores de materiales inflamables en la sala de calderas.
6.1.1. Limpieza de la caldera Se puede realizar de forma cotidiana o semanal, las cuales se explican a
continuación:
Limpieza Cotidiana: se debe limpiar con una escobilla que trae la caldera, el
lecho de brazas de manera que caigan a través de las fisuras de la rejilla las
cenizas acumuladas en el depósito de leña. Con esto se evitara la
obstrucción de las fisuras de las rejillas, el sobrecalentamiento de las barras-
rejillas, el consecuente desgaste y finalmente el mal funcionamiento de la
caldera.
Limpieza Semanal: se limpia el depósito de leña dejándolo sin ningún residuo
de combustión; con la escobilla se limpian los pasajes triangulares de la zona
de intercambio (puerta inferior); se retiran las cenizas de la caja de humos a
través de las puertas laterales y finalmente se comprueba que las fisuras de
la rejilla no estén obstruidas.
70
6.1.2. Mantenimiento de la caldera Al igual que la limpieza se puede efectuar en forma mensual o extraordinario.
Mantenimiento mensual: en este se deben limpiar las aspas del ventilador de
cualquier incrustación, por lo general con aire comprimido o una escobilla
suave se obtiene una limpieza perfecta. Si las incrustaciones son muy
resistentes, se aconseja operar igualmente con delicadeza para evitar que se
desequilibre el grupo ventilador, ya que resultaría ruidoso y menos eficaz.
Por otra parte se debe lubricar el cojinete del cabezal del motor.
Mantenimiento extraordinario: aquí se debe limpiar el grupo de distribución
de aire, su alojamiento y los conductos del aire secundario de virutas de leña,
alquitrán y polvo depositados durante el funcionamiento invernal, con una
escobilla blanda.
Si durante el verano la caldera no ha sido utilizada, las puertas deben estar
cerradas durante todo ese periodo de no funcionamiento.
Fig. Nº 33, Mantenimiento extraordinario de parte de la caldera
71
Lista de Chequeo de mantenimiento preventivo de caldera
Elementos o sección a revisar
Frecuencia entre revisiones
Recomendaciones Tarea efectuada por
Indicadores de monitoreo y control, (manómetro, termómetros y otros)
Diaria
Revisión visual y general y registrar datos de las variables físicas.
Operador de caldera
Puntos fijos de instrumentos y equipos
Diaria
Comprobación visual con ficha técnica del fabricante
Operador de caldera
Tuberías
Diaria – semanal
Verificar estado y pérdidas en todas las líneas en especial codos y juntas.
Operador de caldera
Bomba de agua
Diaria - semanal
Chequear filtros y conexiones, hágase comprobación auditiva y visual de funcionamiento.
Operador de caldera
Montajes,conexiones
Cuando se realicen trabajos de traslado y desmontaje
Este se realiza después de cualquier inspección invasiva en el equipo
Operador de caldera. Prestador de servicios y tecnicos.
Válvula de seguridad
Diaria – semanal
Chequear estado y perdidas. Registrar datos de la frecuencia entre revisiones.
Operador de caldera
72
CONCLUSIONES
Durante el presente proyecto se busco desarrollar un sistema de calefacción
central que permita calefaccionar sectores aislados, como es el caso de la
Municipalidad de Torres del Payne, con la finalidad, a través del uso de
energía natural, limpia y renovable como es el caso de la leña, proteger y
evitar ocasionar un daño mayor al ecosistema en donde se encuentran
situadas las instalaciones, debido al alto interés turístico que este representa
para la zona.
Por otra parte se puede señalar que para lograr determinar la potencia y el
tipo de caldera necesaria para este proyecto, se tuvieron que realizar
diversos cálculos, en primer lugar un balance térmico, así como también para
determinar la cantidad de materiales a utilizar, la capacidad de litros del
estanque de expansión, la potencia de la bomba de circulación y finalmente
el diámetro de la chimenea que era necesario utilizar.
A partir de los cálculos realizados se determino que la caldera a utilizar sería
una caldera a leña Marca Aspiro, modelo A 52 R/SA, la cual presenta una
potencia útil de 49 Kw.
Finalmente se puede señalar que todos los pasos realizados para el
desarrollo de este proyecto, permitieron explicar y ejecutar a cabalidad los
conocimientos adquiridos durante el periodo de aprendizaje, como alumno de
la carrera Técnico Universitario en Construcción M/obras civiles
73
BIBLIOGRAFIA
Carnicer Royo Enrique; “Calefacción”; 1993; Editorial Paraninfo.
Llorens Martin; “Enciclopedia de la Climatización, Calefacción”;
Ediciones CEAC.
Ministerio de Salud; Decreto Supremo 48 “Reglamento de calderas y
generadores de vapor”; 1984; Chile.
ANWO, Informativo Eficiencia Energética, Nº 3, Marzo 2009, Chile.
Ingeniera y Servicios Recal Ltda., “Manual de instalación, uso y
mantenimiento de Caldera a Leña Aspiro”, Chile.
Ingenieria Mecanica Proyectos y Asesoria.
Paginas de Internet:
o www.torredelpaine.cl
o www.recal.cl
o www.calderasmacia.net
o www.d-reformas.com
74
ANEXOS
75
Decreto Supremo Nº 48 Este decreto nace desde el Ministerio de Salud, y fue publicado en el diario
oficial el 12 de mayo de 1984, con el Nº 31.869.
Su finalidad es dar a conocer mediante sus artículos las normas que se
deben tener en cuenta al momento de realizar una instalación de calderas o
generadores a vapor.
A continuación se dan a conocer los artículos que tienen directa relación con
nuestra instalación de la caldera a leña.
Artículo 1º: El presente Reglamento establece las condiciones generales de
construcción, instalación, mantención, operación y seguridad que deberán
reunir todas las calderas en que se generen fluidos a temperaturas y
presiones superiores a la atmosférica, ya sean móviles o estacionarias.
No obstante lo anterior, no se aplicará a:
a) Las Calderas de las locomotoras,
b) Las Calderas instaladas en embarcaciones,
c) Las Calderas de cualquier tamaño, cuya presión de trabajo no exceda
de 0,5 kg/cm2, y
d) Las Calderas empleadas en la calefacción central de edificios, por agua
caliente o por vapor cuya presión no exceda de 0,5 kg/cm2.
Artículo 2º: Corresponderá a los Servicios de Salud fiscalizar y controlar el
cumplimiento de las disposiciones del presente reglamento, todo ello de
acuerdo con las normas e instrucciones generales que imparta el Ministerio
de Salud. Tratándose de la Región Metropolitana, tales funciones
corresponderán al Servicio de Salud del Ambiente de esa Región.
61
7
Artículo 3º: Para los efectos del presente Reglamento se entenderá por:
1. Caldera de Vapor o Caldera; el recipiente metálico en el que se
genera vapor a presión mediante la acción de calor.
2. Accesorios; los elementos útiles o necesarios que, en conjunto con la
caldera, integran un generador de vapor.
3. Calderas de tubo de agua, (Acuotubulares); aquellas en que los gases
y humos, provenientes de la combustión rodean tubos por cuyo interior
circula agua.
4. Superficie de calefacción directa; aquella parte de la superficie de
calefacción en que la transmisión del calor se verifica principalmente
por radiación directa.
5. Superficie de calefacción indirecta; la parte de la superficie de
calefacción en que la transmisión del calor se verifica por convección y
no por radiación.
6. Hogar o caja de fuego; la parte del generador de vapor en que se
efectúa la combustión.
7. Cámara de alimentación de una caldera; el espacio comprendido entre
los niveles máximos y mínimos del agua.
8. Dureza del agua; contenido de sales de calcio y de magnesio,
principalmente, que producen depósitos de incrustaciones en las
planchas de la caldera.
9. Depuradores del agua de alimentación de las calderas; dispositivos
por los cuales se hace pasar el agua de alimentación de la caldera con
el fin de reducir sus impurezas. Son depuraciones de agua: los filtros,
los ablandadores, desmineralizadores, desaereadores y
evaporadores.
10. Desincrustantes; substancias que: evitan la precipitación de sales en
forma adherente, y deshacen las precipitaciones y adherencias ya
formadas.
771
11. Manómetro; el instrumento destinado a medir la presión efectiva
producida por el vapor en el interior de la caldera.
12. Válvula de seguridad; dispositivo que debe evacuar automáticamente
el exceso de vapor de la caldera en el momento en que la presión
excede del valor mínimo preestablecido.
13. Tapón fusible; accesorio de seguridad que se basa en la fusión de una
aleación de bajo punto de fusión, cuando la temperatura del vapor o
del palastro excede de esa temperatura.
14. Inspección; control de las condiciones generales de seguridad fijadas
por el Reglamento.
15. Revisión; control externo o interno de las condiciones estructurales de
la caldera y de la existencia y estado de los accesorios.
Artículo 4º: Todo propietario de una caldera, previo a su instalación, deberá
registrarla en el Servicio de Salud respectivo, para lo cual acompañará la
siguiente información: Nombre del propietario; Dirección de la instalación del
equipo; Nombre del fabricante; Número de fabricación; Año de construcción;
Superficie de calefacción; Presión máxima de trabajo; Producción de vapor;
Tipo de combustible empleado; Copia de certificado de pruebas de seguridad
efectuadas al término de la fabricación de la caldera; Copia del manual de
operación del equipo; Sistema de tratamiento de agua de alimentación;
Planos, en planta y corte, de los equipos y sala de caldera, indicando la
ubicación del depósito de combustible, y del estanque de alimentación de
agua y de purga.
Artículo 8º: Toda caldera tendrá adosada a su cuerpo principal y en un lugar
visible, una placa que indique: el nombre del fabricante, el número de fábrica,
el año de fabricación, la superficie de calefacción y la presión máxima de
trabajo para la cual fue construida. Además se deberá individualizar al equipo
781
con el número de registro asignado por el Servicio en forma visible e
indeleble.
Artículo 9º: Los generadores de vapor que tengan una superficie de
calefacción igual o superior a 5 m2 y cuya presión de trabajo exceda de 2,5
kgs/cm2, se instalarán en un recinto denominado sala de calderas. Su
construcción será de material incombustible y estará cubierta de techo
liviano.
La sala de calderas no podrá estar ubicada sobre construcción destinada a
habitación o lugar de trabajo.
La sala de calderas tendrá la amplitud suficiente para permitir, en forma
segura, todos los trabajos de operación, mantención, inspección y
reparación. Deberá disponer de adecuada ventilación y de buena
iluminación.
La distancia mínima entre la caldera y las paredes del recinto será de 1
metro, como asimismo, entre la caldera y cualquier otro equipo o instalación.
Sobre el elemento o accesorio más elevado de una caldera se dejará un
espacio libre de a lo menos un metro.
Además, deberá tener dos puertas o más, en direcciones diferentes, las que
se mantendrán, en todo momento, libres de obstáculos que puedan impedir
el paso. Se prohíbe mantener cerradas con llave las puertas, mientras las
calderas estén funcionando, lo mismo que el empleo de chapas que sólo
puedan abrir manualmente por dentro.
791
Artículo 10°: En las calderas igneotubulares, los conductos de fuego, gases
y humos, irán recubiertos por mampostería, quedando libres de ella, aquellas
partes de la caldera que están bañadas con agua.
El punto más alto de los conductos de gases calientes estará por lo menos
100 milímetros más bajo que el nivel mínimo de agua de operación de la
caldera.
Artículo 11°: La mampostería deberá diseñarse y construirse de manera que
permita la libre expansión y contracción de la caldera. Las pasadas de
cañería, a través de mampostería, deberán permitir la libre expansión de las
cañerías e impedir los escapes de humo o de gases.
Artículo 12°: Todos los conductos de humo o de gases de combustión,
incluso los empleados como vías de emergencia o alternativa, deben
construirse de tal manera que no permitan la acumulación de gases
combustibles, sino que asegure su arrastre hacia la salida o chimenea.
Artículo 13°: Para la revisión y limpieza de los conductos de humo, toda
caldera dispondrá de portezuelas o tapas ubicadas en lugares adecuados
que permitan el fácil acceso al interior de dichos conductos.
Artículo 14°: En toda caldera el operador deberá tener un acceso seguro y
expedito a los dispositivos de mando y sus accesorios más elevados.
Artículo 17°: Para garantizar un funcionamiento seguro del generador de
vapor, éste debe disponer como mínimo de los accesorios que se indican:
A) De observación, que comprenden dos indicadores de nivel de agua y
uno o más manómetros.
0
81
B) De seguridad, que comprenden la válvula de seguridad, sistema de
alarma, sellos o compuertas para alivio de sobrepresión en el hogar y
tapón fusible en aquellas calderas a que se refiere el artículo 21°.
Artículo 19°: Toda caldera deberá estar provista de uno o más manómetros,
que se conectarán a la cámara de vapor de la caldera mediante un tubo que
forme un sello de agua. El diámetro nominal interior mínimo de este tubo será
de 6 milímetros (1/4").
En la instalación del manómetro deberán cumplirse los siguientes requisitos:
a) Su ubicación será tal que se impida el calentamiento a más de 50º C.
b) Ofrezca una visión clara y despejada al operador de la caldera desde
su posición de trabajo.
c) Entre el manómetro y la caldera deberá colocarse una llave de paso
que facilite el cambio de éste.
Artículo 20°: Toda caldera deberá estar provista de una o más válvulas de
seguridad del mismo tipo y capacidad de evacuación, que deberán estar
conectadas directamente a la cámara de vapor de la caldera, independiente
de toda otra conexión o toma de vapor y sin interposición de ninguna otra
válvula, llave, grifo u obstrucción. Se permite la conexión a la caldera de las
válvulas de seguridad en paralelo, mediante una pieza de conexión de forma
y dimensiones adecuadas.
Artículo 21°: El tapón fusible se empleará en las calderas de gran volumen
de agua, esto es, superior a 150 lts. por m2 de superficie de calefacción, las
de hogar interno, y en las calderas de tipo locomóvil.
El tapón fusible deberá ubicarse en cada hogar interno, inmediatamente
debajo del nivel mínimo de agua.
811
Los tapones fusibles de acción por fuego estarán rellenos con una aleación
cuyo punto de fusión máxima sea de 250ºC. La parte interna del tapón debe
mantenerse libre de incrustaciones o cualquier otra sustancia extraña.
Artículo 22°: Toda caldera dispondrá de un sistema de alarma, acústica o
visual, que funcione cuando el nivel de agua alcance el mínimo o el máximo,
deteniendo, a la vez, el funcionamiento del sistema de combustión cuando se
alcance el nivel mínimo de agua.
Artículo 23°: Las calderas que usen combustibles líquidos o gaseosos
dispondrán de uno o más dispositivos de sellos o compuertas para alivio de
sobrepresión en el hogar, salvo aquellas provistas de dispositivos
automáticos que eliminen el riesgo de explosión.
Artículo 24°: Los autoclaves que generan el vapor requerido para su
operación serán considerados como calderas para los efectos de la
aplicación del presente Reglamento.
Artículo 25°: Los autoclaves que reciban el vapor de una fuente externa y
operen a la misma presión de dicha fuente, se someterán a las inspecciones
y a las pruebas prescritas en este Reglamento.
Artículo 26º: Los autoclaves que reciban el vapor de una fuente externa y
estén diseñados para operar a una presión inferior a dicha fuente, se
someterán también a las inspecciones y pruebas ya indicadas. La presión de
prueba será igual a 1.5 veces la presión de trabajo del autoclave, cuando la
instalación ofrezca, a juicio del Servicio, suficiente garantía de que en
ninguna circunstancia será posible aplicar la presión total de la caldera al
autoclave.
821
Artículo 27°: Todos los autoclaves deberán estar provistos de válvulas de
seguridad y de manómetro que cumplirán con lo dispuesto en este
Reglamento. La válvula de seguridad estará regulada de modo que inicie la
evacuación de vapor a una presión no superior a la de trabajo del autoclave
aumentada en un 6%. Todo autoclave deberá contar con válvula de purga de
descarga rápida.
Artículo 28°: Para verificar las condiciones de seguridad de los generadores
de vapor, éstos deberán ser sometidos a las siguientes revisiones y pruebas:
a) Revisión interna y externa
b) Prueba hidráulica
c) Prueba con vapor
d) Prueba de acumulación
e) Pruebas especiales
Artículo 29°: Las calderas deberán ser sometidas a las revisiones y pruebas
que se indican en las siguientes oportunidades:
a) Las señaladas en las letras a) y b) del artículo precedente, al término
de la fabricación, antes de entregarla al usuario.
b) Las indicadas en las letras b), c) y d) del artículo precedente, al término
de la instalación (sin la aislación térmica), antes de ponerlas en servicio.
c) La totalidad de ellas, exceptuando la señalada en la letra e) que será
optativa, al término de cualquier reparación o reconstrucción y antes de
ponerlas en servicio.
d) Las dispuestas en las letras a), b), c) y d), a todas aquellas que estén
en funcionamiento y con una periodicidad mínima de 3 años.
83qq
Artículo 30°: Será responsabilidad del propietario o usuario del generador de
vapor, velar porque las revisiones y pruebas se efectúen en las
oportunidades y forma como lo señala el presente Reglamento.
Artículo 31°: Para estas revisiones el propietario o usuario de la caldera la
preparará como sigue: apagará sus fuegos, la dejará enfriar, la drenará, la
abrirá y la limpiará completamente incluso los conductos de humo.
Artículo 32°: La caldera se preparará para la prueba hidráulica en la
siguiente forma:
1. Se interrumpirán las conexiones a la caldera por medio de bridas
ciegas (flanches ciegos) u otros medios que interrumpan en forma
completa y segura todas las conexiones de vapor y agua, y que resistan
la presión hidráulica a que se someterán.
2. Se limpiará el hogar y se abrirán y se limpiarán los conductos de humo,
de modo que la estructura metálica de la caldera sea accesible por todos
sus lados.
3. Se retirarán las válvulas de seguridad y se colocarán tapones o
flanches ciegos. En ningún caso se permitirá el aumento de la carga en la
palanca o un aumento en la presión sobre el resorte de la válvula.
4. Se llenará la caldera con agua hasta expulsar todo el aire de su interior,
mediante un tubo de ventilación.
Artículo 33°: La presión de prueba hidráulica a que se someterán las
calderas será 1.5 veces la presión máxima de trabajo indicada por el
fabricante de la caldera, o en caso de desconocerse ésta la que fije la
autoridad sanitaria, en base a cálculos que consideren las características
estructurales, espesores de planchas en los puntos más corroídos y al
estado de conservación o de mantenimiento de la caldera.
84qq
Artículo 34°: En el caso de calderas muy usadas o muy antiguas se podrá
rebajar la presión de prueba hidráulica, sin considerar la presión indicada en
la placa de característica. En este caso se dejará mención especial de esta
circunstancia en el certificado de revisión y en el Libro de Vida de la caldera
dejando, además, constancia de que se autoriza el trabajo de dichas
calderas, en el futuro, sólo a una presión igual o menor al 50% de la presión
de prueba hidráulica a que fueron sometidas.
Artículo 35°: Durante la prueba hidráulica se aplicará la presión en forma
lenta y progresiva aumentándola uniformemente, sin exceder el valor fijado
para la presión de prueba que debe resistir.
Una vez alcanzada esta última, se cerrará la comunicación con la bomba y
se observará el manómetro, el cual deberá continuar marcando la misma
presión, sin bajar durante un tiempo no inferior a quince minutos.
Enseguida, se revisará la caldera para comprobar la existencia o ausencia de
filtraciones o deformaciones en sus planchas.
Se considerará que la caldera ha resistido la prueba hidráulica en forma
satisfactoria cuando no haya filtración ni deformación de las planchas.
Posteriormente se bajará la presión también en forma lenta y uniforme.
Artículo 36°: Después de cada prueba hidráulica se realizará una prueba
con vapor en la cual la válvula de seguridad se regulará a una presión de
abertura que no exceda más de 6% sobre la presión máxima de trabajo de la
caldera.
85qq
Se probará, además, el funcionamiento de la válvula de acuerdo con lo
prescrito en el artículo 20.
Artículo 37°: La prueba de acumulación se realizará con la caldera
funcionando a su máxima capacidad y con la válvula de consumo de vapor
cerrada. En estas condiciones la válvula de seguridad deberá ser capaz de
evacuar la totalidad del vapor sin sobrepasar en un 10% la presión máxima
de trabajo del generador de vapor.
Artículo 38°: Sin perjuicio de las pruebas prescritas en los artículos
anteriores la autoridad sanitaria podrá solicitar que los generadores de vapor
sean sometidos a pruebas especiales no destructivas, con el objeto de
determinar calidad de planchas y soldaduras en calderas muy usadas o muy
antiguas o en aquellas en que se hayan producido deformaciones o
recalentamiento.
Artículo 39°: Corresponde a los Servicios la competencia general en materia
de supervigilancia y fiscalización de las condiciones de seguridad de los
generadores de vapor.
Artículo 40°: Sin perjuicio de lo dispuesto en el artículo anterior, las
revisiones y pruebas de seguridad de los generadores de vapor prescritas en
el presente Reglamento, podrán ser efectuadas por profesionales ajenos al
Servicio inscritos en un registro especial que éstos llevarán. Tales
profesionales deberán cumplir con los siguientes requisitos:
a) Ser Ingeniero, Ingeniero de Ejecución o Constructor Civil.
b) Acreditar una experiencia mínima de un año en la fabricación,
instalación, reparación, mantención u operación de generadores de vapor.
Los profesionales que acrediten una experiencia inferior a la
86qq
anteriormente señalada, podrán solicitar ser sometidos a un examen de
suficiencia ante la autoridad sanitaria.
c) Comprometerse por escrito a efectuar las revisiones y pruebas de
acuerdo a las normas contempladas en el presente Reglamento.
La resolución que dicte el Servicio para autorizar y registrar a los
profesionales que cumplan con los requisitos señalados anteriormente,
tendrá validez nacional, debiendo el Servicio que la dicte enviar copia de ella
a los restantes.
Artículo 41°: Cuando las pruebas sean efectuadas por profesionales ajenos
al Servicio, éstos deberán acreditar mediante certificados haberlas efectuado
y haber comprobado que el equipo cumple con las condiciones de seguridad
para su funcionamiento, asumiendo toda la responsabilidad.
Los certificados deberán otorgarse en duplicado al propietario o usuario del
generador de vapor, quien deberá remitir dentro de un plazo de 8 días una
copia al Servicio respectivo.
Los certificados deberán estar suscritos por el profesional ejecutor
especificando su número de registro y deberán contener la siguiente
información:
- Individualización del propietario y del equipo.
- Revisiones y pruebas ejecutadas y resultados obtenidos.
Artículo 42°: Los Servicios deberán supervisar que los profesionales
registrados efectúen revisiones y pruebas de seguridad en los generadores
de vapor de acuerdo a lo dispuesto en el presente Reglamento.
87qq
Si se constatare que el profesional registrado ha emitido un certificado sin
haber efectuado las revisiones o pruebas reglamentarias, o las ha efectuado
en forma incompleta o alterado sus resultados, será eliminado del registro del
Servicio respectivo y se comunicará esta medida al resto de los Servicios.
Artículo 47°: Las infracciones a las disposiciones del presente Reglamento
serán sancionadas por los Servicios en cuyo territorio se hayan cometido, en
conformidad con lo establecido en el Libro Décimo del Código Sanitario.
Artículo 48°: Las calderas que no cumplan con las prescripciones del
presente reglamento o en las que se observaren deficiencias graves en la
construcción, instalación, mantención u operación del equipo que
representen un peligro grave de explosión o accidente, la autoridad sanitaria
podrá ordenar su paralización, hasta que sean debidamente subsanadas las
deficiencias.
88qq
85
Alto U U U U DT DT DT DT REN. Vol. Dk NRON S E O Pz N S E O N S E O N S E O Pta Vnt Pi Ci N S E O Pta Vnt Pi Ci AIR Pi Ci Total Prd Pta Vnt Pi Ci R/A 500 SECC.
N° R/Hr [m3] [ml]
RR.PP (7) 6 3,5 2,4 4,8 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 19,6 19,6 47,0 2348 328 0 475,44 686 377,3 482 1,24 2
SECPLAN (6) 3,22 5 2,4 2,4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 16 16 38,4 2009 272 0 475,44 560 308 394 1,06 2
CONFERENCIA (8) 1,55 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 25 25 60,0 2039 68 0 0 875 481,25 615 1,08 2
AUDIO 2,2 4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 8,8 8,8 21,1 965 271 0 0 308 169,4 216 0,51 1
BAÑO (5) 1,25 2,4 0,25 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 2,5 2,5 6,0 272 50 0 24,7625 87,5 48,125 61 0,14 1
BAÑO (A) 1,25 2,4 0,25 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 2,5 2,5 6,0 272 50 0 24,7625 87,5 48,125 61 0,14 1
J. GABINETE (3) 3,05 2,4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 9,8 9,8 23,5 1100 90 0 237,72 343 188,65 241 0,58 1
OFICINA (2) 1,34 3,76 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 18,3 18,3 43,9 1666 223 0 0 640,5 352,275 450 0,88 1
PASILLO (9) 1,5 2,4 1,6 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 10,2 10,2 24,5 995 36 154 0 357 196,35 251 0,53 1
CONCEJO (31) 1,6 2,41 7,32 2,4 4,8 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 28 28 67,2 3091 408 0 475,44 980 539 689 1,63 2
ALCALDIA (10) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 40,2 40,2 96,5 3170 0 0 0 1407 773,85 989 1,68 2
BAÑO (11) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 4,6 4,6 11,0 363 0 0 0 161 88,55 113 0,19 1
OFICNA (27) 2,2 3,93 2,4 3,7 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 11,4 11,4 27,4 1466 200 0 366,485 399 219,45 280 0,78 1
OFCINA (26) 2,2 4 2,4 3,7 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 11,6 11,6 27,8 1485 203 0 366,485 406 223,3 285 0,78 1
OFICINA (23) 4,79 3,23 2,4 2,4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 15,5 15,5 37,2 1960 263 0 475,44 542,5 298,375 381 1,04 2
OFICINA (24) 1,2 4,57 2,4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 20,8 20,8 49,9 2086 208 0 237,72 728 400,4 512 1,10 2
OFICINA (21) 4,42 2,4 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 13,1 13,1 31,4 1420 149 0 237,72 458,5 252,175 322 0,75 1
HALL (22) 2,4 3,2 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 61,1 61,1 146,6 5067 -58 308 0 2138,5 1176,18 1503 2,68 3
OFICINA (20) 5,85 3,83 2,4 3,2 3,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 22,4 22,4 53,8 2714 303 308 336,77 784 431,2 551 1,43 2
OFICINA (18) 3,98 5,4 2,4 2,3 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 22,5 22,5 54,0 2370 368 0 227,815 787,5 433,125 553 1,25 2
OFICINA (17) 2,67 2,4 1,2 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 8,54 8,54 20,5 887 95 0 118,86 298,9 164,395 210 0,47 1
BAÑO (16) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 3,9 3,9 9,4 307 0 0 0 136,5 75,075 96 0,16 1
COCINA (15) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 5,8 5,8 13,9 457 0 0 0 203 111,65 143 0,24 1
BAÑO (12) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 1,6 1,6 3,8 126 0 0 0 56 30,8 39 0,07 1
BAÑO (14) 1,12 1,12 1,81 2,4 0,2 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 2,02 2,02 4,8 352 173 0 19,81 70,7 38,885 50 0,19 1
PASILLO (5) 2,4 0,52 0,52 0,52 0,52 2,75 2,83 1 0,55 35 35 35 35 35 35 35 35 1 13,5 13,5 32,4 1064 0 0 0 472,5 259,875 332 0,56 1
TIPO DE RADIADOR25
DK
KCAL/H
POTENCIAS CALCULADASU Paredes DT° PARED ÁREAS
[m2]Kcal/hm2C
BALANCE TÉRMICOPROYECTO
[m] [m2]
FECHA 04-Dic-09
Ancho Paredes Area Puertas Area Vents.
(°C)
PZ
Municipalidad Cerro Castillo
CALCULÓ Luis Ampuero Villegas
1970 Tº MAX AGUA-10T° ext T° int
POTENCIA POR RADIADOR[Kcal/h/ml]
46,640050
37NRO TOTAL DE SECCIONES
POTENCIA TOTAL REQUERIDA [Kw]POTENCIA TOTAL REQUERIDA [Kcal/h]
OTROS RADIADORES
Proyecto de Aplicación “Sistema de calefacción a
Leña”
PROFESORES : YASNA SEGURA SIERPEERNESTO SANTANARAUL GALLARDO.
ALUMNO : LUÍS AMPUERO VILLEGASFECHA : MARZO 2010
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPTO. INGENIERIA EN CONSTRUCCION
Objetivos del proyectoGeneral:
“Instalar un sistema de calefacción ecológica renovable en las instalaciones de la Municipalidad de Torres del Payne”
Específicos:
• Generar un efectivo sistema de calefacción a través del uso de energía natural, limpia y renovable como es el caso de la leña.
•Reducir y ahorrar los costos económicos y energéticos de la calefacción.
Municipalidad Torres del Paine
Avda. Bernardo O’higgins S/N
Actividades del proyecto
•Reseña de los conceptos de caldera y calefacción.
•Realizar balance térmico de la edificación construida.
•Definir tipo de caldera a instalar.
•Establecer tipo y cantidad de materiales a utilizar.
•Instalación y funcionamiento de la caldera.
•Protocolo de mantenimiento.
1º “Reseña Conceptos”I. Caldera:En el año 1850, se genera calefacción central a través de calderas a vapor.
En la actualidad la caldera es definida, como un “recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción del calor”. Según el decreto Nº 48 del Ministerio de Salud del año 1984.
Tipos de caldera
Clasificación:
1. Según su material de Construcción
De chapa de acero De hierro fundido
2. Según tipo de combustible utilizado
Para combustible sólido
Policombustible Para Gas Para Energía Eléctrica
2º. Concepto calefacción:
Su objetivo central es regular la perdida de calor del cuerpo humano, calentando el ambiente con el fin de establecer un equilibrio térmico entre el cuerpo humano y el ambiente, y obtener el máximo de bienestar fisiológico y térmico.
Convección
Conducción Transmisión de calor por
Radiación
2º Actividad “Balance Térmico”
Antes de realizar el balance térmico, se hizo necesario considerar las siguientes condicionantes:
Las calorías que se pierden por diferencia de temperatura, es decir, las que se transmiten por Conducción, Convección y Radiación.
Las calorías que reciben los ambientes a calefaccionar por las personas, los artefactos eléctricos u otros medios de generación.
CLOSET
31
CONFERENCIA
DK-500-
1
2
3
4
6
5
7
8
9
10
11
1213
14
1516
17
18
19
20
21 22
23 24
25
2627
28
22-500-1200
DK-500-
22-500-1000 22-500-1000
22-500-1200
22-500-1400
22-500-500
22-500-400
BODEGA
ALCALDÍA
HALL
AUDIO
SECPLAN
RR.PP
JEFE GABINETE
CONCEJO
DEPOSITO LEÑA
PLANTA ARQUITECTURA
OFICINA SECPLAN
BALANCE TERMICO
3º.Actividad “Determinar tipo de Caldera”
Todo lo anterior se reduce al principio de la biomasa, el cual consiste en transformar cualquier materia orgánica de origen animal o vegetal en una fuente de energía.
Caldera Aspiro, modelo A 52 R/SA con potencia máxima de 49 Kw.
Principales partes:
1. Almacén de la leña.
2. Piedra principal y barras.
3. Zona intercambio y catalizador.
4. Grupo de distribución de aire.
5. Intercambiador de seguridad.
6. Aislamiento.
7. Cuadro de control
Históricamente la leña ha sido el método más tradicional de calefacción, aunque su utilización a cielo abierto siempre resto eficacia a su poder calorífico. Posteriormente con la fabricación de los hogares cerrados, primero en piedra y luego en fundición, comenzaron a aprovechar la verdadera potencia de la leña.
Ventajas de la leña:
1.- Es un elemento combustible sin poder de explosión 2.- Alto poder calórico de algunas especies 3.- Elemento biodegradable aun después de su combustión 4.- Precio razonablemente económico (incluso gratis)
Tabla Variación de secado de la leña
Tiempo de secado H %aire libre H% cubierto
Inicial 75 73
9 meses 33 23
18 meses 18 % H 15% H
•Al hacer una fogata con un 1 kg. leña da aprox. 420 w (12% eficiencia).
•En una estufa magallánica con un 1 kg. leña da aprox. 1900 w (50% eficiencia).
•Y en una caldera a leña un 1 Kg. leña da aprox. 2800 w (75% eficiencia).
Ref. 1kg leña 3800 w energia contenida (100% eficiencia)
4º “Materiales utilizados en la instalación”
5º Instalación y funcionamiento de la caldera
Primer lugar establecer una sala de calderas. Cuenta con: cielo liviano, paredes de albañilería, radier, una adecuada ventilación y buena iluminación. Además de dos puertas que abres hacia el exterior. Cumpliendo con las disposiciones establecidas en el articulo Nº 9 del decreto Nº 48 “reglamento de caldera y generadores de vapor”.
Estanque de expansión
Donde;Vu = Volumen o capacidad útilVI = Volumen agua de la instalación a % = Coeficiente dilatación del agua
VU = VI ·a %
En ambas, las letras significan:Cu = Coeficiente de utilización *Pf = presión absoluta máxima de trabajo*Pi = presión absoluta altura manométricaVv = capacidad total de deposito Vu = Capacidad útil de deposito*Presión absoluta = Presión relativa + Presión atmosférica.
Coeficiente dilatación agua 80 ºC = 2,9 %
Dilatación del agua
10º C 0.027%
20º C 0.177%
30º C 0.435%
40º C 0.782%
50º C 1.21%
60º C 1.71%
70º C 2.27%
80º C 2.90%
90º C 3.59%
100º C 4.34%
Calculo de capacidad del depósito de expansión cerrado:
Calculo de volumen de expansión o capacidad útil del depósito:
Vu = 2,9 x 590 = 17,1 litros100
Cálculo del coeficiente de utilización:
Cu = 4 – 3 = 0,254
Cálculo de la capacidad total del vaso:
Vv = 17,1 = 68,4 litros0,25
Estanque de expansión
Válvula de seguridad
Bomba circuladora
Se instalo a una altura a 1.5 mt del radiador mas alto y conectado siempre al punto de mas baja presión del sistema o punto neutro de la instalación, es decir, a la aspiración de la bomba.
Manera correcta de instalar el estanque de expansión
Bomba de circulación
•Diámetros pequeños
•Red de menor costo, pero perdidas de presión por razonamiento muy altas.
•Tubería de mayor diámetro.
ISOMETRICO CALEFACCIÓN
Chimenea, que sirve para la conducción de los gases de la combustión desde la caldera hasta el exterior.
La sección de la chimenea se determina mediante la siguiente formula:
Para calcular la altura reducida usaremos la siguiente formula:
Manera correcta de instalar la chimenea
Funcionamiento de la caldera El ventilador se encuentra en la parte posterior, en el lugar de la salida de humos, y aspira los gases de combustión creando una depresión en la caldera que permite la atracción del aire desde el exterior.
Una parte del aire se introduce en la caldera justo encima la rejilla sobre la cual estáapoyada la leña. El aire primario impulsa la combustión (fase de gasificación), con la formación de un estrato de brasas en contacto de la rejilla y la liberación de gases combustibles procedentes de la madera.
Los gases liberados son arrastrados hacia abajo a través de la rejilla y llegan a la cámara inferior, donde la adición del aire secundario permite que se complete la combustión.
6º Mantenimiento de la caldera
Limpieza Cotidiana
Limpieza Semanal
Mantenimiento mensual
Lista de chequeo preventiva de caldera y accesorios.
Elementos o sección a revisar
Frecuencia entre revisiones Recomendaciones Tarea efectuada por
Indicadores de monitoreo y control, (manómetro, termómetros y otros)
Diaria Revisión visual y general y registrar datos de las
variables físicas.
Operador de caldera
Puntos fijos de instrumentos y equipos
Diaria Comprobación visual con ficha técnica del fabricante
Operador de caldera
Tuberías Diaria – semanal Verificar estado y pérdidas en todas las líneas en
especial codos y juntas.
Operador de caldera
Bomba de agua Diaria - semanal Chequear filtros y conexiones, hágase comprobación
auditiva y visual de funcionamiento.
Operador de caldera
Montajes, conexiones Cuando se realicen trabajos de traslado y desmontaje
Este se realiza después de cualquier inspección invasiva en el equipo
Operador de caldera.Prestador de servicios y
técnicos.
Válvula de seguridad Diaria – semanal Chequear estado y perdidas.Registrar datos de la
frecuencia entre revisiones.
Operador de caldera
Conclusiones
Permitió explicar y ejecutar los conocimientos adquiridos en los años de estudios.
Sistema de calefacción con energia natural, limpia y renovable que permite calefaccionar sectores aislados como la Municipalidad de Torres del Payne.
Evitar daños al ecosistema, dado el alto interés turístico que presenta la zona.
Consultas y/o Sugerencias
Gracias