Source: https://es.scribd.com/document/54606454/CentralesCalor
Timestamp: 2016-08-25 07:02:30+00:00

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BrowseUploadSign inJoinBooksAudiobooksComicsSheet MusicWelcome to Scribd! Start your free trial and access books, documents and more.Find out moreE F I C I E N C I AY
Esta publicación está incluida en el fondo editorial del IDAE......TÍTULO Guía técnica de diseño de centrales de calor eficientes
AUTOR La presente guía ha sido redactada por la Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración (ATECYR) para el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE)..
.........es www......................... Ricardo García San José y al Comité Técnico de ATECYR responsable de su revisión técnica. Cualquier reproducción...... 8 E .... ISBN: 978-84-96680-55-5
.idae...................Madrid comunicacion@idae...............es Madrid..
AGRADECIMIENTOS Agradecemos a todas las personas que han participado en la elaboración de esta guía y en particular a D.
IDAE Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía c/ Madera............... con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energía en los edificios. total o parcial.. junio de 2010
...... en la serie “Ahorro y Eficiencia Energética en Climatización”... de la presente publicación debe contar con la aprobación del IDAE........28004 .
. . . . . . .5 Expansión . . .Índice
Objeto . . . . . . . . . 21 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Densidad relativa . . . . . 7
2. . . . . .5 Cálculo del rendimiento medio estacional. .4 Emisión de contaminantes . . 39 6. . . . . . . . . .2 Llaves de corte y vaciado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4 Tipos de calderas . . . . . . . . . . . 13 3. . 7 2. . . . . . . . .1 Quemadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6. . 40 6. 28 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Poderes caloríficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
. . . . . . . . . . . . . .4 Presostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6. . . . . 39 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Condensaciones en el lado de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Directiva 92/42/CEE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4. . . . . . . . 9 2. . . . . . . . . .1 Rendimiento de la combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Rendimiento medio estacional . . . . . . . . . 33 5. . . . . . . . . . . . . . .2 Calderas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Directiva 2005/32/CEE . . . . . . . . . . . . 8 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Tipos de calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Válvulas de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6 Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Termostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Rendimiento de generación instantáneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Combustión y combustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Componentes del sistema de evacuación de humos . . . . . . . . . . . . 15 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5. . . . . . . . . . . . . . .1 Bancadas . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Conjunto térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Combustión . . . . . . . . . 31
5 Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea. 33
5. . . . . . . . 39 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Pérdidas por la envolvente de la caldera (Q rc). . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Objetivos de la central térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 7. . . . 48
8 Central de producción de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Climatización. . 48 7. . . . . . . 49
8. . . . . . . . . . . . . . . 57
Anexo 1: Normativa . . . . . . . . . . . . .12 Protección acústica de los quemadores mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . .13 Evacuación de humos. . . . . . . . . . 61
. . . . . . . . . . . . . . 44 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Requisitos básicos del sistema de control . . . . . . . . . . . . . . . 42 6. . . . . . 49 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Caudal mínimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Agua caliente sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6. . . . . . . . . . . . . . .7 Termómetros . . . . . . . . . . .6. .3 Otros circuitos hidráulicos . . .11 Recogida de condensados . . . . . . . . . . . 42 6. . . . . . . . . . . 48 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Temperatura mínima de retorno . . . .14 Datos mínimos necesarios que se solicitan al fabricante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6. . . . . . . . . . . . . . 43 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Anexo 2: Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Circuitos hidráulicos habituales de la central térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Contadores de horas y energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8. .4 Piscinas . . . . . . . . . 47
7. . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 8. . . . . . . . . . . .1 Calefacción . . . . 46
7 Temperaturas de funcionamiento de circuitos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . .
proporcionándose unos criterios que sirvan a los proyectistas para seleccionar las instalaciones más adecuadas a los edificios en estudio. El contenido de la misma se centra en las nuevas instalaciones. con el fin de destacar los detalles más interesantes para la obtención de los mejores rendimientos y menores emisiones de contaminantes. tanto técnicos como reglamentarios.
Los rendimientos instantáneo y de generación estacional se analizan en el capítulo 4. En el capítulo 5 se detallan los aspectos. Por último. calderas y chimeneas.
. En primer lugar se tratan las características de los combustibles más empleados en las instalaciones térmicas de los edificios. En las reformas los criterios aplicables son los mismos.Objeto
El objeto de la presente guía es definir los aspectos de las centrales de producción de calor con mayor influencia en el rendimiento de las instalaciones de calefacción y ACS. En el capítulo 6 se indican las temperaturas de funcionamiento habituales de los servicios térmicos de los edificios. pero teniendo en cuenta las limitaciones que imponen los espacios disponibles. permiten obtener rendimientos elevados. En el capítulo 3 se definen los diferentes tipos de calderas. En el segundo capítulo se contemplan los componentes de la producción de calor: quemadores. en el capítulo 7 se describen diferentes esquemas de principio que. cumpliendo los requisitos técnicos y de seguridad. siendo los propios proyectistas los que deben adoptar las soluciones más apropiadas a cada caso. siendo las mismas el componente más importante de la generación de calor. Los esquemas mostrados deben ser tomados como ejemplos de las múltiples soluciones posibles. estas temperaturas son determinantes para la selección de los tipos de calderas más adecuados para cada aplicación. a respetar en la instalación de calderas de más de 70 kW. El documento se complementa con un anexo con la reglamentación aplicable y otro con la bibliografía básica. con los mismos se tienen los detalles con mayor influencia en la eficiencia energética de la producción térmica.
Además de estos componentes principales tienen otros como azufre (S). propano. humedad (H2O). • Energía de activación. El nitrógeno se considera como masa inerte. Los combustibles. que puede ser sólido (pellets. La estequiometría de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas entre reactivos y productos.) y el comburente. Para definir este proceso ideal se consideran los tipos de combustión que pueden darse: combustiones completas e incompletas.
Hidrógeno: H2O. • Comburente. se distingue de otros procesos de oxidación por obtenerse el mantenimiento de una llama estable.). por carbono (C) e hidrógeno (H). al margen de que sean sólidos. líquido (gasóleo. Estos componentes son: • Combustible. de modo que si falta alguno de ellos la combustión no puede llevarse a cabo. básicamente. etc. etc.
El comburente universal es el oxígeno. Para predecir estas cantidades es preciso referirse a un proceso ideal que dependa exclusivamente de la naturaleza del combustible. ya que su composición básica es 21% oxígeno (O2) y 79% nitrógeno (N2). cenizas. ya que es el utilizado en todas las instalaciones de calderas. En el caso de hidrocarburos: Carbono: CO2.
• Productos de la combustión generados y su composición.
Las consideraciones siguientes se refieren al uso de aire como comburente. Nitrógeno: N2.1 Combustión
La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor que se producen entre dos elementos: el combustible. carbón.
2. madera.) o gas (natural. etc.1 Combustión completa
Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. por lo que en la práctica se utiliza el aire.Combustión y combustibles
En las centrales térmicas de los edificios el calor se obtiene de la combustión de los combustibles. etc. líquidos o gaseosos.1. por lo que en primer lugar es necesario recordar las características fundamentales de los mismos. los aspectos a determinar son principalmente: • Aire necesario para la combustión. Oxígeno: participará como oxidante.
2. oxígeno. Azufre: SO2. si bien a las altas temperaturas de los humos pueden formarse
. Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores. están compuestos. la energía de activación es el desencadenante de la reacción de combustión.
el vapor de agua existente en los productos de la combustión.3 Coeficiente de exceso de aire
En la práctica las combustiones no transcurren en condiciones ideales (completa y estequiométrica).1.2 Poder fumígeno
Es la cantidad de productos de la combustión (Nm ) que se producen en la combustión estequiométrica de la unidad de combustible. otros posibles inquemados son carbono. se dice que la mezcla es rica. Si se considera. además. a presión atmosférica. de los componentes de la unidad de masa (o volumen) de dicho combustible. Unidades habituales: Nm3/kg combustible. aunque también se presentan situaciones en la que se tienen defectos de aire. se tienen los poderes fumígenos húmedo y seco. • Combustibles gaseosos: kWh/kg o kWh/Nm3. (*) Nm3 (Normal m3) es el gas contenido en 1 m3 a 0 °C y presión atmosférica. por ello pueden alcanzarse menores excesos de aire con los combustibles gaseosos.2 Poderes CalorífiCos
Se define como poder calorífico de un combustible a la cantidad de calor que se obtiene de la oxidación completa. de los cuales el más importante es el CO.
. etc.2. Habitualmente se expresa en las siguientes unidades • Combustibles sólidos: kWh/kg.1.1. Para una correcta combustión debe lograrse una buena mezcla del combustible con el aire. En la combustión.
2. Con las temperaturas de humos habituales el agua se evacua con los mismos en fase vapor.
• n = 1 : combustión estequiométrica. se dice que la mezcla es pobre.1. • n < 1 : defecto de aire. necesaria para la combustión completa y estequiométrica de la unidad de combustible.
• Combustibles líquidos: kWh/kg o kWh/l. por lo que puede tabularse con facilidad. que se aprovecha todo el calor de oxidación de los componentes del combustible. respectivamente.1. para conseguir la oxidación completa la combustión real se produce con exceso de aire. si en los productos de la combustión el agua está en forma de vapor. restos de combustible. se forma agua.
2. Nm3/Nm3 combustible (*). en este sentido los combustibles gaseosos presentan mayor facilidad de mezcla que los líquidos y éstos a su vez más que los sólidos. Una parte del calor generado en las oxidaciones se utiliza para evaporar el agua y por ello ese calor no se aprovecha. habitualmente por un ajuste incorrecto de los elementos de la instalación de combustión.2.01%).
2. Para caracterizar la proporción de oxígeno se define el parámetro “coeficiente de exceso de aire” (n): n = volumen aire por unidad de combustible/poder comburívoro. es decir.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
óxidos de nitrógeno en pequeñas proporciones (del orden de 0. se distinguen dos tipos de poderes caloríficos:
2. o no.
• n > 1 : exceso de aire.1 Poder comburívoro
Es la cantidad de aire seco mínima. los combustibles pueden tener un cierto grado de humedad en su composición.1. dependiendo del estado en que aparezca el agua en los humos. por lo que el poder calorífico más comúnmente utilizado es el inferior. Es un parámetro que depende únicamente de la composición del combustible.2 Combustión incompleta
Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados inquemados.1 Poder calorífico inferior (PCI)
Es el calor que puede obtenerse en la combustión completa de la unidad de combustible. medida en condiciones normales (Tª = 0 °C y P = 1 atm). por la oxidación del hidrógeno.
2.2 Poder calorífico superior (PCS)
por ser el más habitual. como el gasóleo.3 94.000 kWh. referidos a la unidad de energía (kWh) producida en cada caso. por lo que el volumen de humos será superior al de aire. ya que en este contexto la aplicación de la combustión es la producción de calor.
TABLA CBL-02: AIRE NECESARIO y hUMOS PRODUCIDOSde calderas de potencia superior a 70 kW Instalación EN LA COMBUSTIóN combustible Carbón Gasóleo Gas butano Gas propano Gas natural Poder comburívoro nm3 (aire)/kWh (Pci) 0. tienden a ocupar todo el volumen del recinto en el que se encuentran.000 Nm3 de humos en el mismo periodo de funcionamiento.97 Central de producción de calor 1. Los combustibles líquidos. el volumen real se verá afectado por el incremento de temperatura. además.95 Poder fumígeno húmedo nm3 (humos)/kWh (Pci) 0.02 1.92 0.94 0.98 kWh/kg kWh/kl kWh/kg kWh/kg kWh/Nm3 Pci/PcS (%)
96. En las instalaciones de calderas la presión será la atmosférica tanto para la toma de aire como para los humos. sin embargo. tanto de aire como de humos.4
En la Tabla CBL-02 se dan los poderes comburívoro y fumígeno húmedo. requiere 1. cualquiera que sea el combustible para el que haya sido diseñada.89 13.Combustión y combustibles
En la Tabla CBL-01 se muestran los poderes caloríficos de los combustibles más utilizados en los edificios de los sectores residencial y terciario. Así. Ambas cantidades se verán afectadas por el exceso de aire. disponer de chimeneas para la evacuación de humos
2. TABLA CBL-01: PODERES CALORÍfICOS DE LOS COMBUSTIBLES combustible Carbón Gasóleo Gas butano Gas propano Gas natural Poder calorífico inferior (Pci) 9. Los combustibles gaseosos.3 densidad relativa
La densidad relativa de los combustibles gaseosos es otra propiedad a tener en cuenta en previsión de posibles fugas.
Anexo 3: donde haya calderas Todos los locales Prevención de la legionelosis deben estar adecuadamente ventilados y. Los combustibles sólidos se quedan en el lugar en que se encuentran y su mayor peligro proviene de las posibles nubes de polvo que originen. una caldera de 1.
.000 Nm3 de aire por hora y produce 1.3 92. el cual se incorpora a la combustión y aparece en los humos.86 10. El exceso de aire obliga a incrementar la ventilación y las chimeneas.08 10. en caso de fuga quedan en el suelo. es decir que si el exceso de aire hubiese sido del 20% las cantidades reales serían 1.79 13.000 kW genera por cada hora de funcionamiento 1.1 90.28 12. desde el punto de vista de la seguridad.73 12. Como referencia se ha tomado el PCI.97 11. así en los locales donde se almacenan y utilizan se debe sobreelevar un poco la entrada para que el posible combustible fugado quede confinado. por ejemplo.94 0.98 0.4 92.01 1. no olvidando que T es temperatura absoluta en K. por lo que en caso de fuga la misma se debe evacuar con ventilación.83 kWh/kg kWh/l kWh/kg kWh/kg kWh/Nm3 Superior (PcS) 9.200 Nm3. con el fin de comparar los diferentes combustibles es más interesante esta referencia a la unidad de energía que a la unidad de masa o de volumen.43 10. La unidad siempre será Nm3.94 0.05
Los datos de la Tabla CBL-02 muestran que cualquiera que sea el combustible utilizado se requiere 1 Nm3 de aire y se forman aproximadamente 1 Nm3 de humos por cada kWh de energía producida. si bien el mismo puede ser calculado de manera muy aproximada aplicando la expresión V/T = cte.
Por el contrario.64
2. En cada caso se deben disponer de las rejillas de ventilación adecuadas al tipo de gas. la producción de H2O es máxima en el gas natural. Respecto al contenido en azufre.2% 0.83
Relativa al aire 1. así como su contenido en azufre.05% 0. mientras que los GLP (Gases Licuados del Petróleo: butano y propano) al ser más pesados que el aire tenderán hacia la parte inferior.53 2.58 0. con este mismo objetivo lo más adecuado es utilizar combustibles con la menor generación de CO2 posible. siendo el gas natural el de menores emisiones
. TABLA CBL-03: DENSIDAD DE LOS COMBUSTIBLES GASEOSOS combustible Gas butano Gas propano Gas natural densidad kg/nm 2. también el gas natural es el combustible de mejores características. La Tabla CBL-04 muestra los datos de CO2 y H2O producidos en la combustión completa por unidad de energía (kWh) generada para diferentes combustibles.04 0. El gas natural tiene una densidad relativa inferior a la unidad y en caso de fuga tenderá hacia la parte superior de los locales.
Con el fin de reducir las emisiones de CO2 el RITE prohíbe el uso de carbón en calderas de calefacción de edificios a partir del 1 de enero de 2012.4 emisión de Contaminantes
Las cantidades emitidas de diferentes contaminantes es otro aspecto a considerar al comparar los diferentes combustibles.96 1. elemento causante de la lluvia ácida. el combustible menos contaminante es el gas natural que produce un 57% menos de CO2 que el carbón y un 34% menos que el gasóleo. por lo que es el combustible con menor relación PCI/ PCS (Tabla CBL-01).Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
La Tabla CBL-03 muestra la densidad relativa de los combustibles gaseosos respecto a la del aire. TABLA CBL-04: PRODUCTOS DE LA COMBUSTIóN DE LOS COMBUSTIBLES combustible Carbón Gasóleo Gas butano Gas propano Gas natural 320 273 238 233 204 Producción cO2 grcO2/kWh (Pci) 17% 35% 37% 57% Producción H2O grH2O/kWh (Pci) 58 87 122 126 155 contenido en azufre Variable 0. como los combustibles gaseosos.05% Nulo
Se observa que el mayor emisor de CO2 por kWh es el carbón.
934 11.944 9.643 9.56 11.46 12.98 kWh/Nm3 0.86 Nm3/kWhPCI 11.475 kcal/Nm Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea 3 3 10.89 10.2%
Gas propano kg Nm3 2.92 Nm3/kWhPCI 8.86 28.916
6.314 kcal/Nm3 10.90 Nm3/l 10.24 kcal/l kWh/l kcal/kg kWh/kg kcal/l kWh/l kcal/kg kWh/kg 0.904
0.08 Nm3/kg 0.00 kg/kg 87 g/kWhPCI 16.97 Nm3/kWhPCI 0.28 9.05 Nm3/kWhPCI 0.97 24.34 Nm de calderas de potencia superior a 70 kW Instalación /Nm 12.583 de calderas Tipos 22.24 Nm3/kg 0.89 kg/l 1.01 Nm3/l 11.Combustión y combustibles
TABLA CBL-05: CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES EMPLEADOS hABITUALMENTE EN CLIMATIzACIóN cuadro resumen características de los combustibles Combustible Unidad Densidad Densidad relativa PCI (poder calorífico inferior) Gasóleo C 1 kg 890 kg/m3 8.86 26.87 Nm3/kWhPCI 10.05%
.61 kcal/Nm3 kWh/Nm3 kcal/kg kWh/kg
Gas natural Nm3 0.42 Nm /Nm 1.038 kg/m3 1.15 kg/kg 273 g/kWhPCI 0.842 10.011 13.828 kg/m3 0.05% <0.21 kg/NmAnexo 3: Prevención de la legionelosis 3.524 12.68 kg/Nm3 155 g/kWhPCI 12.31 1.32 Nm3/Nm3 0.61 Nm3/kg 0.55 9.09 1.00 Nm3/kg 0.055 12.920 Nm3/Nm3
10.00 kg/kg 204 g/kWhPCI 233 g/kWhPCI 1.06% Nulo 3.902
0.11 kg/Nm3 3 2.94 22.80 kg/l 3.20 11.44 Nm /l 10.62 126 kg/Nm3 kg/kg g/kWhPCI
13.304 kcal/Nm 11.67 13.529 26.80% <0.95 Nm3/kWhPCI 0.83 kWh/Nm3
24.367 10.02 Nm3/kWhPCI Nm3/Nm3 Nm3/kg Nm3/kWhPCI Nm /Nm Nm3/kg Nm3/kWhPCI
9.07 0.943 2.
si bien debido a que el aire de combustión se aporta por “Venturi” y por convección natural. es decir. La regulación del aire (con gas a presión constante) se puede conseguir: • Variando la sección de entrada de aire. En general. por tanto deben contener los tres vértices del triángulo de combustión.1 Quemadores
Los quemadores son los equipos donde se realiza la combustión. • Chimeneas.
3. esto permite que el quemador pueda ser modulante con relativa facilidad. • Calderas. no debe olvidarse que en realidad el mismo se produce en el conjunto de generación de calor compuesto por: • Quemadores. como las calderas de biomasa.Conjunto térmico
Aunque habitualmente se mencionan únicamente las calderas como los elementos de producción de calor. que debía estar permanentemente encendida. siendo ésta una de sus limitaciones. la densidad de potencia que consiguen es baja.1.1. que se desarrollarán en las guías correspondientes. La energía de activación se logra con encendidos automáticos (electrónicos.1. tienen que lograr la mezcla íntima del combustible con el aire y además proporcionar la energía de activación. tren de chispas. por obturación de los orificios por donde entra. en este tipo de quemadores se tienen combustiones con altos índices de exceso de aire. • Por deslizamiento de la boquilla del inyector respecto del Venturi. La regulación del gas se obtiene por variación de la presión en el inyector (abriendo y cerrando progresivamente la válvula de gas).). si se requieren potencias elevadas se obtienen con parrillas de quemadores en paralelo. se desarrollan exclusivamente los aspectos que van a influir en el diseño de la central térmica sin profundizar en los componentes.1 Clasificación por la aportación del aire de combustión
3. por exceder del objeto de la presente guía.1 Quemadores atmosféricos
Únicamente se emplean para combustibles gaseosos. prácticamente ha desaparecido la denominada llama piloto. En la actualidad. mediante discos roscados. una parte del aire necesario para la combustión (aire primario) se induce en el propio quemador por el chorro de gas salido de un inyector (efecto Venturi). el aire restante (aire secundario) se obtiene por difusión del aire ambiente alrededor de la llama. En este apartado se analizan las características básicas de los conjuntos diseñados para combustibles líquidos y gaseosos por ser los más empleados en climatización.
3. no se contemplan otros equipos. La principal ventaja de este sistema es su simplicidad y bajo coste. etc. anillo móvil o capuchón deslizante. Asimismo.
de modo que en cada escalón de potencia se obtenga el rendimiento de combustión más alto posible.
Estos quemadores proporcionan un escalonamiento continuo de potencias. es decir.1 Evidentemente el número de marchas de los quemadores. Deben disponer de los elementos necesarios para poder regular la admisión de aire y el gasto de combustible.1. de modo que se creen microgotas de combustible que facilitan su mezcla con el aire.4. para cada rango de potencias. por lo que es posible obtener un control más ajustado de la combustión. siendo en todo caso los más adecuados los quemadores modulantes. el combustible se introduce mediante los inyectores. Estos quemadores se fabrican desde pequeñas hasta muy altas potencias. se aplica en quemadores de pequeña potencia.1 del RITE se indica el número de marchas mínimo de los quemadores en función de la potencia de los generadores (Tabla QMD-01). esencialmente pueden considerarse como atmosféricos. Para ello ajustan continuamente la relación aire/ combustible. Con la incorporación de ventiladores se obtienen mejoras en el sistema de combustión y se incrementa la densidad de potencia que pueden generar.1. sobre la cantidad de aire a impulsar y sobre los elementos que producen la mezcla. En la tabla 2. En el caso de gas.4. puede ser superior al mínimo indicado en la tabla. un mejor control de los parámetros de la combustión. Son quemadores con dos o más escalones de potencia (habitualmente dos). El tipo más extendido es el de pulverización mecánica mediante una bomba de combustible movida conjuntamente por el mismo motor del ventilador. que pueden funcionar produciendo potencias distintas. existiendo diversos sistemas para lograr la mezcla del aire con el combustible. el aire de combustión es introducido mediante un ventilador.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
Lo más habitual es que únicamente se module la válvula de gas. entre un valor mínimo y un máximo.2 Clasificación por los escalones de potencia
Por el número de escalones de potencia que producen.
3. si bien incorporan un ventilador previo al quemador que aporta el aire de combustión. solo o mezclado con el combustible. adecuándose de manera constante a las necesidades de producción. se distinguen los siguientes tipos de quemadores:
RITE 2007: Tabla 2.1. En los combustibles líquidos se utilizan diversos sistemas para su pulverización. TABLA QMD-01: REGULACIóN MÍNIMA DE LA POTENCIA DE LOS QUEMADORES EN fUNCIóN DE SU POTENCIA Regulación de quemadores Potencia nominal PN ≤ 70 70 <PM ≤400 400 <PM Regulación mínima Una marcha Dos marchas Tres marchas o modulante
3. aprovechando la propia presión de suministro. Se utilizan para potencias intermedias o altas. consiguientemente. consiguiendo una mezcla más homogénea del combustible y el comburente y.1. La combustión puede ajustarse actuando sobre el gasto de combustible.
Para mejorar el control de la combustión se desarrollaron los quemadores de premezcla. dejando en una posición fija la entrada de aire en la puesta en marcha.
Son quemadores que sólo pueden funcionar con la potencia a la que hayan sido regulados.1. de manera que pueden trabajar con rendimientos elevados en una amplia gama de potencias. además de una mayor potencia.2 Quemadores mecánicos
También se denominan como quemadores de sobrepresión.
Central de asociados de calor cuando se emplean quemadores mecánicos las calderas son similares a las indicadas para combustibles líquidos.
• Por el material con el que están construidas: – – De hierro fundido. calderas diseñadas inicialmente para combustible sólido. • Combustibles líquidos
3. Policombustibles. De chapa de acero. realizada en los quemadores. son:
Los combustibles líquidos requieren quemadores mecánicos. • Combustibles gaseosos Las calderas para combustibles gaseosos dependen del tipo de quemadores produccióna ellas. básicamente en calderas de condensación.Conjunto térmico
En las instalaciones de climatización. El conjunto de elementos se rodea de una envolvente aislante térmica. ha sido frecuente el caso de reutilizar para combustibles líquidos o gaseosos. las más habituales son de chapa de acero. obteniéndose rendimientos muy inferiores a los que corresponden a una caldera diseñada exclusivamente para estos combustibles. Atmosféricas. debiendo adaptarse Anexo 3: Prevención de la legionelosis los quemadores a cada caso. en la cual se introducen los quemadores atmosféricos. según el combustible. De combustible líquido.2 Calderas
Las calderas son los elementos donde el calor de la combustión.
Para obtener los rendimientos óptimos es muy importante utilizar la caldera apropiada a cada aplicación.
• Por la presión del hogar: – – – De hogar en depresión. en ellas el agua se calienta a temperaturas inferiores a 110 oC. por elementos de hierro fundido.1 Calderas atmosféricas
Las calderas atmosféricas para instalaciones centrales están compuestas. los cuales tienen diseños especiales para formar el circuito de humos. Cada vez es más empleada la fundición de aluminio. A veces también se utilizan con introducción del aire de combustión mediante ventilador e incluso con sistemas de carga automática de combustible. aunque también existen numerosos Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW modelos de elementos de hierro fundido. se transfiere al agua de la instalación. incorporan quemadores atmosféricos. Pueden clasificarse de muy diversas formas. De combustible gaseoso. por lo que se utilizan calderas de sobrepresión. éstas se consiguen conectando hidráulicamente en paralelo varias calderas. en todas sus variedades. La mayor parte de los modelos del mercado están diseñados para quemar indistintamente ambos combustibles. De sobrepresión. formando un conjunto que encierra a la cámara de combustión.2. En los sectores residencial y terciario prácticamente todas las calderas son de agua caliente. Las calderas atmosféricas son exclusivas para combustibles gaseosos. Las características de estas calderas se ajustan a algunos de los tipos indicados anteriormente. El agua de la instalación circula por el interior de los elementos. Los más usuales. generalmente. los más adecuados son los quemadores modulantes
• Combustible sólido Calderas de elementos de hierro fundido con hogar en depresión. debido a la variación continua de la demanda. pirotubulares. entre las que cabe citarse: • Por el tipo de combustible: – – – – De combustible sólido. En las instalaciones en las que se requieren potencias elevadas.
obteniéndose temperaturas de humos más bajas y rendimientos más altos. La suma de la superficie de la cámara de combustión y la del circuito de humos es la superficie de intercambio o superficie de calefacción de la caldera. sólo necesaria si el quemador no cierra la suya en las paradas
. con el fin de prolongar el paso El conjunto de la caldera debe estar recubierto por una envolvente con material aislante térmico. con el fin de disminuir las pérdidas de calor de la misma. si bien hay un número importante de calderas con elementos de hierro fundido. Son abatibles para permitir la limpieza interior necesaria para el mantenimiento de la caldera. alcanzándose las mayores temperaturas. Las partes fundamentales de estas calderas son:
Es la parte de la caldera donde confluyen los gases de combustión.2 Calderas de sobrepresión
Como se ha indicado anteriormente.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
También existen en el mercado calderas centrales que internamente están formadas por varias calderas de tipo doméstico. debe estar construida con materiales capaces de soportar las altas temperaturas que se producen en su proximidad. debidas a las altas temperaturas que alcanzan los componentes de las calderas.
Clapeta motorizada. y para condensación calderas de acero inoxidable o de fundición de aluminio en el caso de gas.
3. Es el punto donde se coloca el quemador. mediante un tramo de conexión. Es muy importante mantener en buen estado esta envolvente. ya que su deterioro provoca grandes pérdidas de calor. Estos circuitos suelen incluir elementos (retardadores) o geometrías especiales.
de los humos en la caldera y mejorar el coeficiente de transmisión de calor humos-fluido.2. desde este punto. a lo largo de ella se extiende la llama. la gran mayoría de estas calderas son las de chapa de acero pirotubulares.
Posteriormente los gases producto de la combustión continúan su camino hacia la chimenea a través del circuito de humos. Deben tener la forma adecuada al tipo de combustible y quemador para los que se diseñen. son conducidos hasta la chimenea.
Estos sistemas están compuestos por (Figura CHM-01):
.Conjunto térmico
3. ya que en muchas ocasiones se dan distintos significados para las mismas expresiones.3 ComPonentes del sistema de evaCuaCión de humos
En este apartado se definen los diferentes componentes de los sistemas de evacuación de los PdC.
material con el que están construidos los conductos de humos.
3. uno principal y otro auxiliar en el que se van conectando los diferentes conductos de evacuación de humos. forma constructiva.1 Clasificación de las chimeneas
Las chimeneas pueden clasificarse de acuerdo a diferentes criterios: según su forma de funcionamiento.). a ellas desembocan los conductos de evacuación de humos de cada una.1.
3.).1.
Según la forma del conducto de humos se distinguen chimeneas: • Circulares. Colectivas: evacuan los humos producidos por varias calderas.4 Por el número de calderas
En función del número de usuarios a los que sirven (Figura CHM-02). estando formadas por: • Conducto de humos.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
Son los elementos encargados de evacuar los humos hasta el exterior de los edificios. Dentro de las colectivas se distinguen a su vez dos tipos: • Chimenea formada por dos conductos. Al igual que las chimeneas están constituidos por el conducto de humos y la envolvente.3. • Metálicas: realizadas con materiales metálicos (acero inoxidable. que es el conducto interior por el que circulan los gases procedentes de la combustión. prácticamente en su totalidad. etc. • Cuadradas.
3. Se distinguen los siguientes tipos: Tiro natural: la diferencia de presión es producida por la diferencia de densidades entre el aire ambiente y los productos de la combustión.
3.3.1. etc.
También son conocidos como conducto de acoplamiento. • Envolvente o estructura aislante y resistente. o extractores que lo extraen desde la parte alta. Tiro artificial: la diferencia de presión es producida por medios mecánicos. Son los elementos de conexión entre las calderas y las chimeneas. • Plásticas: recientemente se han desarrollado chimeneas de materiales plásticos asociadas al uso de calderas de condensación. Tiro es la diferencia de presión que provoca el desplazamiento de los humos por la chimenea hasta el exterior. etc.
• Tiro inducido: el tiro se induce por efecto Venturi mediante un ventilador.
• Elípticas. • Rectangulares. vitrificado. a su vez puede ser: • Tiro forzado: la evacuación de humos se realiza mediante ventiladores que impulsan los humos desde la parte baja de la chimenea.2 Por el material
Por el material con el que están constituidos los conductos de humos se tienen chimeneas del tipo: • Obra de fábrica: construidas con materiales refractarios (ladrillo. por encima de la cubierta de los mismos. hormigón. Su trazado es vertical.3.3.1 Por la forma de funcionamiento
La clasificación más importante es la realizada por su forma de funcionamiento o tiro. las chimeneas se clasifican en: Individuales: sirven para la evacuación de los humos de una única caldera.
este conducto puede ser de sección constante o variable.Conjunto térmico
• Chimenea de conducto único. en la que se van uniendo los conductos de evacuación de humos de las distintas calderas.
05%. especialmente sobre el acero. si la temperatura del agua de la caldera está por debajo de un cierto valor.
. más próximas al gas natural . en función del exceso de aire y de la humedad relativa del comburente. La humedad relativa del comburente apenas influye. En las Tablas CBL-06.1 CondensaCiones en el lado de humos
El agua producida en la combustión sale con los humos en forma de vapor. con un contenido de azufre del 0. El gas natural tiene unas temperaturas de rocío superiores a las del gasóleo. siendo según la legislación vigente su contenido máximo de azufre de un 0. máximo permitido por la reglamentación para limitar la contaminación. el mismo depende del tipo de combustible y del exceso de aire de la combustión. disminuyendo conforme aumenta el exceso de aire. los gases de la combustión en contacto con el circuito de humos de algunas partes de la caldera se enfrían hasta producir la condensación del vapor de agua sobre las partes metálicas de la caldera. El gas natural es el combustible que produce mayor cantidad de agua en su combustión (155 g/kWh). que tiene efectos muy corrosivos. debe considerarse el punto de rocío ácido. Para ello en primer lugar se analiza el fenómeno de la condensación del agua de los humos y sus consecuencias para las calderas. por este motivo sus temperaturas de rocío son más altas que las correspondientes al gasóleo (87 g/kWh). que tiene gran importancia en los combustibles con más de 0. gas propano y gasóleo. El gas propano (126 g/kWh) presenta temperaturas intermedias. el azufre contenido en los combustibles reacciona del siguiente modo: S + O2 SO2 2 SO2 + O2 2 SO3
función del exceso de aire y de la humedad relativa del aire comburente. no obstante. El propano representa un caso intermedio entre el gasóleo y el gas natural. presentándose por tanto las condensaciones en el lado de humos antes y en mayor cantidad. además del punto de rocío húmedo. siendo realmente peligrosas si previamente se ha producido condensación de agua. lo que da lugar a la mencionada clasificación. CBL-07 y CBL-08 se dan los puntos de rocío para el gas natural.Tipos de calderas
En este apartado se describen los diferentes tipos de calderas según la Directiva 92/42/CE. Por otro lado. al ser su contenido en azufre muy bajo sus condensados son menos agresivos. en
El SO3 en contacto con el agua de condensación forma ácido sulfúrico (H2SO4). Por ello. presentándose menos riesgos de deterioro de la caldera.7% de contenido de azufre.2%. siendo este un factor con gran influencia. por lo que se puede producir la condensación más rápidamente. En la Tabla CBL-09 se da el punto de rocío ácido del gasóleo. La temperatura de condensación es el denominado punto de rocío. estas temperaturas son muy superiores a las del punto de rocío del vapor de agua.
TABLA CBL-06: TEMPERATURAS DE ROCÍO DE LOS hUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIóN DEL GAS NATURAL. EN fUNCIóN DEL ExCESO DE AIRE y DE LA hUMEDAD RELATIvA DEL COMBURENTE Temperaturas (0c) de rocío de los humos del gas propano Exceso de aire (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 humedad relativa del aire comburente (%) 30 40 50 60 70 56 56 56 57 57 54 54 55 55 55 52 53 53 53 54 51 50 48 47 46 45 44 43 42 40 39 51 50 49 48 47 46 45 44 42 41 40 52 50 49 48 47 46 45 44 43 41 40 52 51 49 48 47 46 46 45 43 42 41 52 51 50 49 48 47 46 45 44 42 41
. EN fUNCIóN DEL ExCESO DE AIRE y DE LA hUMEDAD RELATIvA DEL COMBURENTE Temperaturas (0c) de rocío de los humos del gas natural Exceso de aire (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 humedad relativa del aire comburente (%) 30 40 50 60 70 59 59 60 60 60 57 58 58 58 58 56 56 56 57 57 54 53 52 51 49 48 48 47 45 43 42 41 40 37 35 55 53 52 51 50 49 48 47 45 44 43 41 40 38 36 55 54 52 51 50 49 48 47 46 44 43 42 41 38 37 55 54 53 52 51 50 49 48 46 45 44 42 41 39 37 56 54 53 52 51 50 49 48 47 45 44 43 42 40 38
TABLA CBL-07: TEMPERATURAS DE ROCÍO DE LOS hUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIóN DEL GAS PROPANO.
TABLA CBL-09: TEMPERATURAS DE ROCÍO ÁCIDO DE LOS hUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIóN DEL GASóLEO.Tipos de calderas
TABLA CBL-08: TEMPERATURAS DE ROCÍO DE LOS hUMOS PROCEDENTES DE LA COMBUSTIóN DEL GASóLEO. EN fUNCIóN DEL ExCESO DE AIRE y DE LA hUMEDAD RELATIvA DEL COMBURENTE Temperaturas (0c) de rocío ácido de los humos del gasóleo Exceso de aire (%) 0 10 20 30 humedad relativa del aire comburente (%) 30 40 50 60 70 141 142 142 142 142 140 140 140 140 141 138 138 139 139 139 137 137 137 137 138
habitualmente indicado por el fabricante de la caldera.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
Para evitar los problemas de condensaciones en el interior de las calderas. Para simplificar el cálculo se utilizan las expresiones correspondientes a pared plana. sin embargo. con el fin de prever el riesgo de condensaciones. • hw: coeficiente de convección-radiación del agua (W/m2· °C).
• U: coeficiente de transmisión de calor de los elementos de la caldera (W/m2· °C). El calor transmitido de los humos al agua. • Th: temperatura de humos ( °C). en lugar de las de cilindro.Tw) Donde:
• lc: coeficiente de conductividad térmica de los elementos de la caldera (W/m °C). • RT: resistencia térmica total de los elementos de la caldera (m2· °C/W).
. El coeficiente de transmisión de calor se calcula según la siguiente expresión: U = 1/(1/hh + ec/lc + 1/hw) = 1/RT • hh: coeficiente de convección-radiación de los humos (W/m2· °C). las conclusiones son correctas. en función de las temperaturas de humos y agua. en el interior de la caldera es: Q = U · S · (Th .
En este apartado se analiza cuales son las temperaturas de los conductos de humos. el error cometido es inferior al 5%. • Tw: temperatura del agua ( °C). esto se logra manteniendo la temperatura de retorno del agua a la caldera por encima de un valor determinado. se debe garantizar que las superficies de su circuito de humos estén siempre por encima de las temperaturas del punto de rocío de los humos del combustible que se utilice. • ec: espesor de los elementos de la caldera (m). • S: superficie interior de la caldera (m2).
Tw) · Rh / RT En el caso de calderas pirotubulares de chapa de acero.Tch) / Rh Qc = S · (Tch . en las condiciones de circulación de humos y agua en el interior de las calderas. por ello interesa conocer la temperatura superficial de la caldera en el lado de humos (Tch) para comprobar si hay o no peligro de condensaciones.Tw) / RT Th .Tw) · Rh / RT
Las condensaciones pueden presentarse en los elementos por el lado de contacto con los humos.160 W/m2· °C
. se tienen los siguientes valores típicos: • hh: 58 W/m2· °C • hw: 1.Tw) / Rw Igualando estas expresiones se obtiene: QT = Qh = Qc = Qw S · (Th .(Th .
• Rc: resistencia térmica de los elementos de la caldera (m2· °C/W).Tcw) / Rc Qw = S · (Tcw .Tipos de calderas
RT = 1/hh + ec/lc + 1/hw = Rh + Rc + Rw • Rh: resistencia térmica de los humos (m2· °C/W).Tw) / RT Qh = S · (Th . igual al conducido por dichos elementos y que el transmitido al agua: QT = S · (Th . El calor total transmitido de los humos al agua es el mismo que el transmitido de los humos a los elementos interiores de la caldera. Tch = Th . • Rw: resistencia térmica del agua (m2· °C/W).Tch) / Rh = S · (Th .Tch = (Th .
los humos tienen su menor temperatura y el agua está más fría. En la tabla CLD-01 se dan las temperaturas de la chapa en el lado de humos.
.0172 °C·m2/W Rh/RT = 0. EN fUNCIóN DE LAS TEMPERATURAS DE hUMOS y AGUA Temperatura de la caldera en el lado de humos (0c) Temperatura humos (0C) 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 Temperaturas del agua de retorno a caldera (0C) 40 45 50 54 59 63 53 58 62 52 56 61 51 55 60 50 54 59 49 53 58 47 52 57 46 51 56 45 50 55 44 49 54 43 48 53
Como se puede comprobar en la tabla anterior. para diferentes valores de las temperaturas de humos y agua.Tw) En calderas de hierro fundido. pero en términos cualitativos la conclusión es similar. la temperatura de la chapa depende fundamentalmente de la temperatura del agua.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
• ec: 5 mm (0. en fundición de aluminio u otros diseños. por lo que para evitar las condensaciones debe controlarse que la temperatura de retorno del agua a la caldera no baje de un determinado valor.005/47 + 1/1.005 m) • lc: 47 W/m· °C RT = 1/58 + 0. los datos son diferentes.94 · (Th . en las proximidades de la caja de humos.160 = 0.0182 °C·m2/W Rh = 1/58 = 0.0. Tch = Th . TABLA CLD-01: TEMPERATURAS DE CALDERA EN EL LADO DE hUMOS. ya que en esta zona.94 Este valor indica que más del 90% del salto térmico entre los humos y el agua se da en el lado de los humos. La zona crítica para la presencia de condensaciones es el tramo final de la caldera.
De manera suficientemente ilustrativa.2 tiPos de Calderas
Atendiendo a las consideraciones del riesgo de condensaciones interiores. Su principal aplicación es en instalaciones donde se pueda trabajar un número elevado de horas a temperaturas bajas. Por ello su aplicación principal es en instalaciones donde pueden trabajar un número importante de horas a baja temperatura.2. ya que puede recuperarse mayor cantidad de calor. y de este modo aumentar el rendimiento. Si las temperaturas de humos son bajas las calderas tendrán mayor eficiencia.1 Calderas estándar
Son aquellas que no están diseñadas para soportar las condensaciones y que por lo tanto deben trabajar con temperaturas de retorno por encima de aquellas que pueden ocasionar este problema.2.
4. incluso inferiores a 140 °C. • Alta eficiencia: en la tabla CLD-01 se puede comprobar como es posible lograr temperaturas de humos más bajas. en las mismas se busca provocar las condensaciones con el fin de aprovechar el calor latente de vaporización del agua producida en la combustión. Las temperaturas del agua varían entre las de impulsión y retorno de la instalación. una vez seleccionada la caldera. de este modo las temperaturas de la envolvente de caldera y de humos son inferiores. se comprueba que una caldera no tiene una potencia única sino que depende de las temperaturas de los humos y del agua. como consecuencia de ello son calderas más caras ya que requieren más materiales en su construcción. Por otro lado. pero para extraer conclusiones pueden asumirse como constantes. Dentro de las mismas se pueden distinguir dos tipos: • Eficiencia normal: trabajan con temperaturas de humos inferiores a 240 °C. se puede analizar el comportamiento de una caldera a través de la ecuación clásica de transmisión de calor: Q =Central de producción de calor U · S · ΔT Siendo: Q: la energía cedida por la caldera al agua de la instalación referida a la unidad de tiempo. se tienen tres tipos fundamentales de calderas:
Como se ha visto anteriormente el combustible con mayor producción de agua en su combustión es el gas Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea natural. Ello no es totalmente cierto ya que U varía con las velocidades de paso de humos y agua.
. por lo que deben poseer un aislamien-
4. lo que modifica sus coeficientes de convección de calor.
4. se trata. potencia Prevención de la legionelosis U: el coeficiente de transmisión de calor.3 Calderas de condensación
Están construidas con materiales que soportan las condensaciones sin peligro de deterioro. por lo que resulta el más adecuado para ser utilizado en calderas de condensación. desde el punto de vista constructivo son de mayor tamaño ya que el menor ΔT se debe compensar con una mayor superficie de intercambio para obtener la misma potencia. por lo que pueden darse rendimientos más altos. Analizando la expresión Q = U·S·ΔT. La temperatura de los humos varía entre valores incluso superiores a los 2. ΔT: el salto térmico característico Anexolos Bibliografía entre 4: humos y el agua ( °C).Tipos de calderas
4.2 Calderas de baja temperatura
Están construidas para trabajar con temperaturas de retorno bajas sin llegar a producir condensaciones. ya que U y S son características constructivas e inalterables.2. de una Anexo 3: (W).
4.2. este es el caso de calderas de alta eficiencia. sin peligro de condensaciones. lo que se logra con diseños especiales de los tubos de humos de modo que la temperatura en el lado de humos se mantiene por encima del punto de rocío aún con temperaturas de retorno de agua bajas. aumentado el rendimiento de generación estacional. es una característica constructiva dependiendo del material con que esté fabricada la caldera (W/m2· °C). al tener mayor tamaño presentan mayor superficie de pérdidas por la envolvente.000 °C en la cámara de combustión y menos de 240 °C en la caja de humos. por tanto.
• Caldera de gas de condensación: diseñada para poder condensar de manera permanente una parte importante de los vapores de agua contenidos en los gases de combustión. en caso contrario estas calderas se comportarían como las estándar de alta calidad. destinado a transmitir al agua el calor liberado por la combustión. en el Anexo V. por lo que para lograr las mismas potencias se requieren calderas de mayor tamaño (mayor S). baja temperatura y condensación tienen diseños muy cuidados. de 40 °C para las de baja temperatura y superiores a 50 °C para las calderas estándar. este Real Decreto transpuso la Directiva 92/42/CEE. • Caldera de baja temperatura: aquella que puede funcionar continuamente con temperaturas de retorno
. lo que redunda en el aumento del rendimiento.4.1 se requiere que en el proyecto se indique la prestación energética de las calderas. Habitualmente las calderas de alto rendimiento. de ellos se deduce que la carga parcial en calderas de condensación y baja temperatura.2. etc.1. horarios de funcionamiento. habiéndose definido carga parcial (expresada en porcentaje) como la relación entre la potencia útil de una caldera que funcione de forma intermitente o a una potencia inferior a la potencia útil nominal. la Directiva ha reservado la definición decaldera de condensación para estos combustibles. relativa a los requisitos de rendimiento para las calderas nuevas de agua caliente alimentadas con combustibles líquidos o gaseosos. los rendimientos a potencia nominal y con carga parcial del 30% y la temperatura media del agua en la caldera de acuerdo con lo que establece el Real Decreto 275/1995 de 24 de febrero. estos rendimientos se dan para la potencia nominal y para una carga parcial del 30%. y esta misma potencia útil nominal. En la Tabla CLD-02 se indican estos requisitos. dos. por lo que resultan de costo más alto. Para la carga parcial se fijan unas temperaturas medias de caldera de 30 °C para las de condensación. En el Anexo II de esta Directiva se dan las siguientes definiciones: • Caldera: conjunto formado por el cuerpo de caldera y el quemador.2. esto conlleva. en la Directiva. para conseguir los rendimientos adecuados.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
to térmico reforzado. debe estar asociada a trabajar en condiciones de temperatura inferiores a las nominales. debiendo cumplir los rendimientos indicados en la Tabla CLD-03. Por último. pero a su vez supone costos mayores. La definición de caldera estándar implica que la temperatura de retorno debe limitarse. El diseño de las calderas de baja temperatura implica que el coeficiente de transmisión U es más bajo. antes de optar por un tipo u otro habrá que analizar las condiciones de funcionamiento de las instalaciones.
de 35 a 40 °C y que en determinadas circunstancias puede producir condensación. al igual que en las de alto rendimiento. dicho marcado puede ser de una. las calderas de condensación requieren materiales especiales para su construcción. • Caldera estándar: caldera cuya temperatura media de funcionamiento puede limitarse a partir de su diseño. Un aspecto interesante de las definiciones es lo que resulta práctica habitual de denominar como caldera al conjunto caldera/quemador.3 direCtiva 92/42/Cee
En la IT 1. Se incluyen las calderas de condensación de combustibles líquidos. En el Anexo III de la Directiva se indican los rendimientos mínimos que deben cumplir los diferentes tipos de calderas. tres o cuatro estrellas. Debido a las características de la combustión de los gases (mayor producción de agua) indicadas anteriormente. Además. según se ha analizado en los apartados anteriores. se dan los requisitos de rendimiento para conseguir el marcado CE de prestaciones energéticas de las calderas estándar.
4. un mayor costo y la necesidad de reforzar el aislamiento térmico.
69 90.5.95 97. en el caso de calderas a gas.90 95.69 93. En la Tabla CLD-04 se indican los rendimientos correspondientes a potencia nominal y carga parcial al 30% de la nominal.85 88.90 89. Como se comprueba.90 90.logPn ≥90 + logPn ≥30 ≥97 + logPn
Rend.5 ≥40 ≥87.000 86. sin embargo.logPn Rend. estos requisitos eran muy inferiores a los actuales.logPn ≥89 + 3. las calderas estándar pueden disminuir su rendimiento a carga parcial.3 Pn
Anexo 3: Prevención.48 400 kW 100% 30% 89.00 97.85 80 <60 75 <150 85.95 94.IC. SEGúN TIPO y POTENCIA (DIRECTIvA 92/42/CEE) Pot.logPn ≥90 + 2.20 92.30 88.54 88.logPn Temperatura > 50 0c ≥80 + 3.00 90.95 99.69 90. al 30% de la potencia nominal.logPn Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW .69 96.27 98.81 96. Sólo pueden comercializarse o entrar en servicio calderas que cumplan los rendimientos anteriormente indicados.48 83 85 >2. TABLA CLD-04: REQUISITOS DE RENDIMIENTO MÍNIMO SEGúN TIPO DE CALDERA y PORCENTAjE DE CARGA (DIRECTIvA 92/42/CEE) Potencia % carga ST* ST** ST*** ST**** Baja temperatura Condensación Estándar Rendimientos mínimos de calderas según 92/42/cee 70 kW 100 kW 200 kW 300 kW 100% 30% 100% 30% 100% 30% 100% 30% 87.logPn ≥87.logPn ≥50 ≥80 + 3.22 93.IC.60
IT.00 89.00 94. Los límites de aplicación de la Directiva son de 4 a 400 kW.50 99.90 92.60 91.40 99.81 93.00 90. en el RITE se exigen los mismos rendimientos que para las de 400 kW.00 95.43 91.20 91.95 91.60 90.00 88. Del análisis de la misma se tiene que la Directiva exige que las calderas de baja temperatura mantengan.logPn ≥87 + 2. en la misma se incluyen los rendimientos exigidos por el Reglamento de Calefacción de 1981.Tipos de calderas
TABLA CLD-02: RENDIMIENTO MÍNIMO DE CALDERAS. a potencia nominal (%) Marca Temperatura media 70 0c * ** *** **** ≥84 + 2.30 83 83 <2. Tipo de caldera (kW) Estándar Baja temperatura Condensación 4 a 400 4 a 400 4 a 400 Potencia nominal Temperatura media ( °c) 70 70 70
carga parcial (0.000 87. además.95 93. de la legionelosis
Aplicando las ecuaciones dadas en la Directiva se obtienen los rendimientos mínimos exigidos para los distintos tipos Anexo 4: Bibliografía de calderas y para diversas potencias.3•Pn) Temperatura media ( °c)
≥84 + 2.20 95.00 91.40 93.
.81 91.20 98. se deben cumplir los requisitos dados en la Directiva 90/396 CEE sobre aparatos a gas. el mismo rendimiento que a plena potencia.04 (1981)
Para potencias superiores a 400 kW.04 (1981) IT.logPn ≥83 + 3 logPn ≥86 + 3. además.00 92.43 90.00 80 80 <800 86.81 90. Las calderas de condensación deben dar más rendimiento a carga parcial que a plena carga.60 97.95 91.50 93.54 94.43 93.27 92.60 94.60 83 87 87. a carga parcial (%) 0.logPn ≥93 + 2.54 90.5 + 1.54 91.22 99.5 + 1.43 96.
BT CD IT. se indica que en el caso de calderas de doble función.IC
. ya que en nuestro país el consumo de energía para agua caliente sanitaria es proporcionalmente alto. Este aspecto resulta algo chocante. calefacción de locales y suministro de ACS los requisitos de rendimiento sólo se aplican a la función de calefacción. en el Artículo 2. incluso hay algunas zonas de severidad climática (A y B) donde puede resultar incluso superior al de calefacción.
En estos gráficos se comprueba la diferencia de rendimientos que han de proporcionar los distintos tipos de calderas.4 direCtiva 2005/32/Cee
Mediante el Real Decreto 1.369/2007 de 19 de octubre se ha transpuesto la Directiva 2005/32 CEE que establece los requisitos de etiquetado ecológico aplicables a los productos que utilizan energía. habiéndose anulado Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea únicamente los apartados del marcado por estrellas para calderas estándar. Parece coherente que para las calderas se establezca un etiquetado con letras similar al de otros productos. Mientras no se disponga del mismo.
. los tipos de calderas y Central de producción de calor su comportamiento dependerán de los rendimientos a carga total y a carga parcial y de las temperaturas de funcionamiento en cada caso. de manera que todos los tipos de calderas sean directamente comparables. y Instalación dese base en elpotencia superior a 70 kW que el mismo calderas de rendimiento medio estacional. baja temperatura y condensación sigue siendo correcta. debiendo solicitar de los fabricantes estos datos.
La clasificación en estándar. En esa directiva se indica expresamente que el marcado de calderas por el sistema de estrellas no ha cumplido los objetivos previstos y que por lo tanto debe ser anulado. al margen del etiquetado. pero que aún no ha sido sustituido.
4. pero siempre asociadas a sistemas de regulación que permitan disminuir la temperatura de producción a carga parcial. lo coherente es analizar las aplicaciones con los criterios indicados en los apartados anteriores. por este motivo se deben contemplar fraccionamientos de potencia que consideren estas características. por lo que en la actualidad se tiene un marcado por estrellas que no es aceptable. como especifica el RITE. En la curva de rendimientos al 30% se observa la conveniencia de que ciertos tipos de calderas trabajen a carga parcial. ya que en caso contrario no se aprovecharía este efecto. permitiendo instalar menos calderas en el caso de calderas de mayor rendimiento.
si bien en la práctica al realizar la combustión. Para disminuir estas pérdidas las calderas se aíslan térmicamente. Estas pérdidas son de dos tipos: • Entalpía de los productos de la combustión (Qh): corresponde al calor utilizado en calentar los humos hasta la temperatura a la cual escapan por la chimenea. produciendo la potencia necesaria para el servicio.Qh/PCI. habitualmente referido al PCI. hay que tener en cuenta las pérdidas por convección-radiación a través de la envolvente de la propia caldera. además del rendimiento de combustión.Qhs .Qi/PCI
5. a la cual se remite. el gasto de combustible debe ajustarse de modo que se obtengan las temperaturas de humos más bajas posibles.2 Pérdidas Por la envolvente de la Caldera (Q rc)
En el conjunto caldera-quemador.Rendimiento del conjunto quemador/caldera/ chimenea
Este tema está desarrollado en la Guía Técnica: “Procedimiento de inspección periódica de eficiencia energética para calderas”.q i .
5. ya que a partir de ese punto el calor que llevan no se recupera. asociado a los productos de la combustión. Por tanto. el rendimiento de la combustión se expresa como: hc = (PCI .
. se presentan
hc = 1 . • Pérdidas por inquemados (Qi): corresponden al poder calorífico de los productos de la combustión que no han sido totalmente oxidados. debidas a que la misma se encuentra a una temperatura mayor que la del ambiente. ya que con el mismo se incrementa la masa de humos. una parte del calor producido se pierde. transportando mayor energía.q h Para obtener el máximo rendimiento de combustión. siendo más altas cuanto más inquemados se originen. además.
en el caso de combustiones incompletas. si bien en este apartado se analizan los aspectos fundamentales del rendimiento a tener en cuenta para el diseño de las centrales de producción de calor.Qi)/PCI = 1 . asimismo aumentan con el exceso de aire.1 rendimiento de la Combustión
En la combustión el calor máximo que puede obtenerse es el Poder Calorífico del combustible (PCI o PCS). Evidentemente estas pérdidas son mayores cuanto más altas sean las temperaturas de humos. ésta debe ajustarse de modo que se logre la combustión completa con el menor exceso de aire posible.
puede modificar el ajuste de la combustión induciendo un mayor exceso de aire.qh . la chimenea debe proporcionar un tiro adecuado. por lo que pueden reducir su rendimiento frente al obtenido a carga total. manteniendo las condiciones óptimas de funcionamiento del conjunto caldera/quemador.3 rendimiento de generaCión instantáneo
Es el rendimiento puntual considerando las pérdidas en humos. hG = 1 . Por último.1 funcionamiento
Son los periodos en los que los quemadores están en funcionamiento. si el tiro es insuficiente se pueden tener problemas de seguridad. con el cual se alcanzará la potencia necesaria con menores temperaturas de humos debido a la adecuada transmisión del calor al agua. las cuales dependen a su vez de la temperatura del agua de la instalación.
5.4 rendimiento medio estaCional
En los periodos durante los cuales una caldera permanece en disposición de funcionamiento. Como los generadores de calor deben adecuarse a las demandas instantáneas de los edificios. el rendimien-
to de generación instantáneo se analiza con diferentes cargas. ∆T)
5. inquemados y por la envolvente de la caldera.
5.qrc El rendimiento de generación instantáneo depende fundamentalmente del diseño del conjunto caldera quemador. En equipos estándar a carga parcial las pérdidas en la envolvente se mantienen. Ceh . • Arrancadas. si resulta excesivo.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
Q Inquemados Q Humos (m .qi .4. habitualmente al 30% y al 100% de la potencia del equipo. durante los cuales se aporta calor al
. el adecuado aislamiento térmico reduce las pérdidas en la envolvente. pueden distinguirse tres situaciones diferenciadas: • Funcionamiento. • Paradas. por el contrario.
Las pérdidas por ventilación interna varían según el tipo de caldera.4. asimismo. Pérdidas en funcionamiento = Qh + Qi + Qrc El rendimiento coincide con el rendimiento instantáneo del conjunto caldera-quemador-chimenea. ya que la circulación del aire es forzada por el ventilador del quemador. Pérdidas en arrancada = Qrc + Qba En las calderas atmosféricas estas pérdidas no se presentan. durante los cuales se mantienen las pérdidas por Radiación-Convección. Para reducirlas los quemadores mecánicos deben cerrar el paso de aire durante las paradas. compensando en cierto modo las pérdidas por ventilación inducida de las paradas. • Ventilación interna. sin embargo. siendo mayores las pérdidas cuanto más alto sea el mismo.Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea
agua de la instalación. • Radiación-Convección a través de la envolvente de caldera. anteriores a la entrada en funcionamiento de los quemadores. En las calderas atmosféricas esta función la cumplen los cortatiros. se dan dos tipos de pérdidas de calor: • Radiación-Convección a través de la envolvente de caldera.
5. ya que únicamente hay pérdidas y no existe aportación de calor útil.4.2 Paradas
El quemador permanece parado sin aportación de calor al agua. ya que al ventilar la cámara de combustión de manera continua. Las pérdidas de calor en esos periodos son debidas a: • Entalpía de humos. Habitualmente son mayores en las calderas atmosféricas. no requieren los ciclos de barrido antes del arranque. cuya cámara de combustión es abierta. debida al tiro de aire que se induce a través del circuito de humos. Pérdidas en paradas = Qrc + Qv En estos periodos no se puede hablar de rendimiento.
5. reduciendo el tiro en las cámaras de combustión. • Inquemados. sin embargo.3 Arrancadas
Corresponden a los ciclos de barrido del hogar. estas pérdidas deben ser compensadas en el siguiente ciclo de funcionamiento. los estabilizadores de tiro lo hacen en las calderas de sobrepresión. pero se incrementan en gran medida las de ventilación interna. también depende del tiro creado por la chimenea. correspondiente al régimen de carga de cada momento. en las chimeneas deben colocarse estabilizadores de tiro que provoquen la entrada directa de aire.
HP· (Qrc + Qv) .(qrc + qba) · (HA/HF ) El primer término es el rendimiento de generación instantáneo (ponderado por el porcentaje de tiempo de funcionamiento en cada carga de las marchas del quemador) del conjunto caldera-quemador-chimenea.(q + q ) · ( H /H ) . esta potencia será la media ponderada.HA · (Qrc + Qba) P N · HF hGE = [1 – (Q + Q + Q ) / P ] . por lo que el rendimiento de generación estacional queda: hGE = h . paradas y arranques.
. en el caso óptimo puede llegar a ser igual.(q + q ) · (H /H ) G rc v P F rc ba A F En la expresión anterior se comprueba como el rendimiento de generación estacional siempre es inferior al rendimiento de generación instantáneo.H · (Q + Q ) / ( P · H ) . QT = PN · HF Recordando que PN realmente es la media ponderada del número de marchas del quemador con los tiempos correspondientes a cada porcentaje de carga.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
5.HF · (Qh + Qi + Qrc) .5 CálCulo del rendimiento medio estaCional
El tiempo total de disposición de funcionamiento del generador de calor es la suma de los periodos de funcionamiento + paradas + arrancadas.H · (Q + Q ) / ( P · H ) h i rc N P rc v N F A rc ba N F El cociente entre las pérdidas y la potencia nominal es el % de cada tipo de pérdidas por lo que la expresión del rendimiento de generación estacional queda: hGE = [1 – (qh + qi + qrc)] . correspondiente a cada porcentaje de carga.HP · (Qrc + Qv) . El rendimiento de generación estacional disminuye cuando aumenta el número de horas de disposición de servicio con el quemador parado. a lo largo del periodo analizado). Esta energía se distribuye entre la energía útil entregada al agua de la instalación más la necesaria para compensar las pérdidas en funcionamiento. por lo que el calor útil entregado al agua resulta: QU = PN · HF .(qrc + qv) · ( HP/HF ) .HF · (Qh + Qi + Qrc) . Asimismo también disminuye si aumenta el número de arrancadas.HA· (Qrc + Qba) El rendimiento de generación estacional será el cociente entre la energía útil entregada al agua de la instalación y la energía total consumida en quemadores: hGE = PN · HF . HS = HF + HP + H A El calor total aportado será el producto de las horas de funcionamiento de los quemadores por la potencia nominal (en el caso de quemadores de dos o más marchas o modulantes.
con temperaturas de humos bajas y pérdidas por la envolvente reducidas. Reducir el número de arrancadas ya que los barridos incrementan las pérdidas.Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea
Como conclusiones: * Se deben seleccionar equipos con rendimientos instantáneos altos. y/o con varios Central de producción de calor generadores de calor. para ello se debe tener un escalonamiento de potencia adecuado. Deben adoptarse medidas para reducir las pérdidas por ventilación interna en las paradas. quemadores con cierre de la toma de aire en las paradas. mediante conjunto con varias marchas. de modo que se obtengan periodos de funcionamiento largos con paradas reducidas.
La potencia instalada debe ser ajustada a las necesidades del edificio. o mejor modulantes. lo que puede lograrse Anexo 3: Prevención de la legionelosis con una correcta selección del escalonamiento de potencia.
. estabilizadores de tiro en chimenea con apertura de entrada de aire en las paradas. etc. es decir.
Todas las calderas utilizadas en este tipo de instalaciones deben cumplir la Directiva 92/42/CEE. de tal forma que tenga suficiente inercia para evitar el paso de vibraciones al edificio.428/1992 de 27 de noviembre (IT 1.2 llaves de Corte y vaCiado
Cada caldera dispondrá de llaves de corte en las conducciones de ida y retorno.4). en diversas instrucciones del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) se especifican algunas de ellas.4. independientemente de como hayan actuado el resto de los órganos de control y seguridad (termostatos).5) que tendrá un dispositivo de accionamiento manual para pruebas que. Este aspecto es crítico ya que una sobrepresión puede provocar accidentes por piezas metálicas que salgan despedidas.2. que a su vez fue transpuesta por el Real Decreto 1. especialmente diseñados para cada equipo.1.3).4.4. asociado a las llaves de corte.2.3.2. es imprescindible para poder efectuar las reparaciones correspondientes sin afectar al resto de la instalación.1.1 banCadas
Las calderas se colocarán sobre una bancada de inercia cuando no posean una base propia suficientemente rígida. Además.3. la sección mínima de la tubería de vaciado será de 20 mm. Asimismo.3.3 válvulas de seguridad
Por tratarse de circuitos cerrados es obligatorio que cada caldera disponga de una válvula de seguridad (IT 1. El objetivo de estas válvulas es evitar que en la instalación se produzcan sobrepresiones que puedan deteriorarla. Esta bancada será de hormigón o acero. por todo ello deben estar directamen-
6.2.4. Los generadores térmicos (calderas y quemadores) incorporarán el Marcado CE (Artículo 18). la misma fue transpuesta por el Real Decreto 275/1995 (ITE 1.3.
. en el caso de calderas a gas cumplirán la Directiva 90/396/CEE. Este vaciado. Entre la bancada y la estructura del edificio deben interponerse elementos antivibratorios (CTE HR 3.1).2. de modo que pueda aislarse del resto sin necesidad de vaciar previamente toda la instalación (IT 1. con el cual se tiene constancia de que los equipos cumplen con las directivas que les son de aplicación.3. La bancada puede ser sustituida por los soportes antivibratorios que algunos fabricantes ofrecen. cada caldera tendrá su propio vaciado de agua. En el mismo se indica el objetivo de cada medida. no modifique su tarado.4. La conexión entre la llave de vaciado y el desagüe se hará de forma que el paso de agua resulte visible (IT 1. además su descarga será visible y estará conducida a lugar seguro.Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW
En este apartado se analizan los condicionantes para la instalación de calderas centrales (potencia superior a 70 kW).3). cuando sea actuado.
6. además de la rotura de los propios equipos.2.1).
teniendo en cuenta su posición relativa en el circuito completo respecto al punto donde se vayan a colocar las válvulas de seguridad. o instalarse otras válvulas para proteger a los elementos más débiles.
6. bombas etc. en la documentación técnica de la caldera se incluirá el diámetro de conexión de la válvula.
6.3.3. Por esto. El requisito de que la descarga sea visible es verificar su actuación en las comprobaciones periódicas y su estado si se observa que están descargando en el funcionamiento habitual de las instalaciones. en las que la falta de presión mínima puede provocar vaporizaciones indeseadas o falta de circulación de agua. para ello. superior a su presión de trabajo. permita al personal de mantenimiento confirmar que la misma ha disparado.2. Si las válvulas de seguridad seleccionadas fuesen de 6 bar. los elementos más sensibles son las bombas de circulación que en la aspiración requieren una presión mínima variable con la temperatura de trabajo.4). Esta situación cobra mayor relevancia cuando las calderas se ubican en las cubiertas de los edificios. sin embargo. adecuadas a la presión de trabajo de las calderas. que son los puntos donde al incrementar la temperatura se pueden producir directamente las sobrepresiones. al ser el agua un fluido incomprimible. a mayor temperatura mayor presión (ver Guía Técnica nº 10: “Selección de equipos de transporte de fluidos”). o comprobación. bombas de circulación) con mayor presión de trabajo (por ejemplo. Por ejemplo.4.3. supongamos un edificio de viviendas en bloque de 40 m de altura. la presión máxima admisible en el mismo será: 90-40 = 50 mCA. ya que debe analizarse cuál es la correspondiente al elemento más débil de la instalación. este detalle cobra mayor importancia. el modo correcto de seleccionar la presión de tarado es comprobar la presión del elemento más débil. además de las propias calderas. al estar los radiadores 40 m por debajo de ese punto.4. Para seleccionar la presión de tarado de los presostatos debe analizarse la presión mínima necesaria en todos los equipos considerando su posición relativa en la instalación. van a evacuar vapor a alta temperatura la descarga debe ser conducida de manera que no provoque accidentes sobre el personal que en ese momento se encuentre en la sala. este último requisito ha sido interpretado como la obligación de conducir la descarga al desagüe de la sala o al vaciado de las instalaciones. para ello es necesario el dispositivo de comprobación manual. pero los colectores y otros elementos se ubican en los sótanos. No debe olvidarse que las válvulas de seguridad deben proteger a todo el circuito cerrado.4 Presostatos
Además de los problemas originados por las sobrepresiones.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
te conectadas a los generadores de calor. a veces. mientras que los radiadores en planta baja tienen 9 bar de presión de trabajo. En este sentido. los elementos encargados de absorber estas dilataciones son los denominados vasos de expansión. las válvulas de seguridad deberán tener una presión máxima de tarado de 5 bar. En este caso. dependiendo de la altura del edificio suele suceder que los elementos más afectados son los emisores de las plantas bajas. debiendo modificarse la presión de tarado de las válvulas de seguridad de las calderas. en ocasiones hay otros elementos como los vasos de expansión. en las instalaciones se pueden dar otros debidos a la falta de presión mínima que garantice el correcto funcionamiento de todos los equipos. puede plantearse la conveniencia de conducir la descarga a un punto en el suelo de la sala.5). por el contrario.. el efecto de esta presión sobre los radiadores de la planta baja sería de 10 bar (6+4 debido
a la presión estática originada por la altura del edificio).5 exPansión
Los cambios de temperatura del agua de la instalación provocan variaciones en su volumen. deben ser revisadas periódicamente por el personal de mantenimiento. PN10 en lugar del habitual PN6). teniendo en cuenta que es muy importante saber si la válvula ha actuado. donde no origine riesgos y que.
. por ello se deben instalar dispositivos de seguridad que impidan la puesta en marcha de las instalaciones si no se tiene la presión mínima necesaria (presostatos) (IT 1. sin embargo. que si no son absorbidos por algún elemento. para la presión de tarado de la misma no es suficiente con tener en cuenta la presión de trabajo de las calderas. La válvula estará dimensionada por el fabricante del equipo (IT 1. En las instalaciones donde los generadores se colocan en las plantas de cubierta. cuya presión de trabajo es inferior a la de las propias calderas. que evidentemente no debe modificar su tarado. Por lo tanto. Teniendo en cuenta que en caso de actuación. crearán sobrepresiones en los circuitos. Debido a su importancia. en el cual las calderas se encuentran situadas en cubierta con una presión de trabajo de 6 bar.4.2. que deberán ser de tipo cerrado (IT 1. En muchas ocasiones.5). obligando a seleccionar equipos (por ejemplo.2.
ya que de no actuar sobre las marchas de menor potencia.
de potencia. de modo que la producción se adecue a las necesidades instantáneas. de los siguientes termostatos: • Termostatos de funcionamiento: tendrá un termostato. La misión de los termostatos de funcionamiento puede ser asumida por los equipos de regulación externos al quemador (centrales de regulación. debiéndose tomar las medidas oportunas para corregir esta disfunción. de rearme manual. suelen incorporarlos los propios pirostatos. debiendo existir vasos de expansión cerrados en los diferentes circuitos. este era un requisito heredado del uso de vasos de expansión abiertos.6 termostatos
Cada caldera dispondrá. La misión de los termostatos de funcionamiento es detener la marcha de los quemadores cuando se alcancen las temperaturas de consigna. siendo éstas las que estén en conexión directa (sin llaves de corte intermedias) con los generadores. Para facilitar el mantenimiento de los vasos de expansión cerrados es conveniente que en la conexión a los mismos se instalen llaves de corte que permitan aislarlos de la instalación para efectuar las comprobaciones. como mínimo. sin embargo.1. en cuyo caso el quemador no se detiene cuando se alcanzan las temperaturas de consigna y continúa aportando calor a la caldera.3.
El termostato de seguridad debe actuar cuando hayan fallado los de funcionamiento. son necesarios tantos termostatos como marchas tengan los quemadores para poder aprovechar correctamente los escalones
6. el de retorno suele ser necesario instalarlo en la tubería. ya que si la temperatura de humos se eleva excesivamente. habitualmente el termómetro de impulsión viene incorporado en la propia caldera. los vasos de expansión cerrados deben asociarse al uso de válvulas de seguridad. Si los quemadores son modulantes los termostatos son sustituidos por la regulación proporcional correspondiente. sin embargo.3. los quemadores tendrían un número Central de producción de calor más elevado de arrancadas y paradas.7 termómetros
Cada caldera dispondrá como mínimo de los siguientes termómetros (IT 1. que pudieran llegar incluso a originar incendios. etc. tarado a una temperatura superior a las de funcionamiento (IT 1.Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW
Para el diseño y dimensionado de los sistemas de expansión se puede aplicar lo indicado en la norma UNE 100. El termostato de humos tiene como misión controlar que el conjunto caldera-quemador está proporcionando los rendimientos mínimos requeridos. por este motivo debe ser de rearme manual.4. pudiéndose alcanzar temperaturas peligrosas.3. además de la función de ahorro de energía asociado al corte por temperatura elevada de humos.4. • Uno en el conducto de humos. de rearme automático. A pesar de ello es recomendable que exista un vaso de expansión independiente para cada caldera.5). lo que provocaría una disminución del rendimiento medio estacional.4.
. • Termostato de humos: aunque de acuerdo con el RITE no es estrictamente obligatorio ya que admite que se trate simplemente de un termómetro de humos (IT 1.155. también cumple una función de seguridad. autómatas programables.4. el volumen del cual será el necesario para compensar exclusivamente las dilataciones del agua de la caldera correspondiente.). En anteriores versiones de la reglamentación se requería que entre los generadores de calor y el sistema de expansión no existiesen llaves de corte.5): • Uno en la impulsión y otro en el retorno. ya que si no existiese este control podrían darse casos de temperaturas de humos peligrosas. Estos termostatos serán de rearme automático. por lo cual debe ser de rearme manual. que actúe si en los humos se dan temperaturas excesivas.
6. cada uno de ellos con volumen adecuado a la parte de la instalación a la que se encuentre asignado. en el conducto de humos se dispondrá un termostato de rearme manual. por cada marcha del quemador. de manera que exista la obligación de corregir las causas que provocan este problema.4. en los que el vaso cumplía la doble misión de absorber las dilataciones y actuar como seguridad ante sobrepresiones.1). • Termostato de seguridad: existirá un termostato. las pérdidas por la chimenea son muy altas. de modo que los quemadores arranquen y paren en función de las consignas. de modo que quede constancia del funcionamiento anómalo de la instalación.
de modo que no se permita el arranque del quemador si la circulación de agua no es adecuada. etc. las diferentes alternativas se definen en el apartado de la central térmica. mientras que el caudal mínimo. Para controlar que se ha establecido dicho caudal.4. estarán situados en lugares visibles y tendrán un tamaño apropiado y una escala que permita que los valores habituales de cada circuito se encuentren en el tercio central.
6.4. Es aconsejable diseñar las instalaciones asegurando el caudal nominal permanente por cada caldera.
desde más de 1.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
La misión de los mismos es proporcionar datos sobre el estado de funcionamiento de la instalación en cada momento. 15 °C.8 Contadores de horas y energía
Para poder valorar el rendimiento de generación estacional de las instalaciones es preciso disponer de equipos de medida que lo permitan. Estas diferencias pueden provocar tensiones muy fuertes entre los materiales constitutivos de las mismas. Tendrán el sensor en el interior de la tubería.1). por ello.9 Caudal mínimo
Durante su funcionamiento en el interior de las calderas se producen zonas con diferencias térmicas muy altas. hasta menos de 200 °C en la caja de humos.1. para las calderas se establecen los siguientes equipos mínimos (IT 1.). Se entiende por caudal nominal aquel que se corresponde con la potencia de la caldera trabajando en las condiciones de salto térmico de diseño (5 °C. por lo que es necesario garantizar un caudal mínimo de circulación de agua para que la caldera se refrigere adecuadamente.
6.500oC
.500 °C en la zona de llama. no pudiendo instalarse termómetros de contacto. debidas a dilataciones diferenciales.
› 1. • Contador de energía térmica para conjuntos de generadores de potencia superior a 400 kW. este dispositivo es obligatorio excepto si el fabricante especifica que por diseño la caldera no requiere circulación mínima (IT 1. 10 °C.3. inferior al nominal.4): • Contador de horas de funcionamiento para cada caldera de potencia superior a 70 kW.2. se corresponde con el de seguridad indicado por el fabricante. • Contadores de combustible y energía eléctrica para conjuntos térmicos con potencia superior a 70 kW. La forma de controlar el caudal mínimo por caldera no esta reglamentada y depende del tipo de regulación que se haya diseñado para el conjunto de la instalación. se debe instalar un interruptor de flujo. 20 °C. Este caudal debe ser el indicado por el fabricante de la caldera.
Para conseguir que las temperaturas de retorno a caldera no bajen de dicho valor.10 temPeratura mínima de retorno
Si la temperatura de retorno a caldera es demasiado baja. por ello se debe instalar un sistema para la recogida de estas condensaciones. no es una solución eficaz. para aumentar el rendimiento. como se ha visto en el apartado 3.
6. La temperatura mínima de retorno debe ser indicada por el fabricante de la caldera. por ello hay que tomar las medidas precisas para evitarlas.Instalación de calderas de potencia superior a 70 kW
6. de modo que no comiencen a demandar calor hasta que el circuito de calderas no haya alcanzado la temperatura adecuada. estas condensaciones pueden deteriorar la caldera. Aunque aún no se ha reglamentado en este sentido. la misión real de esas bombas es mantener la circulación mínima requerida. en numerosas ocasiones denominada como “anticondensación”. ya que existen calderas con diseños especiales que permiten trabajar con temperaturas de retorno bajas sin peligro de condensación (calderas de baja temperatura) e incluso calderas que. provocan las condensaciones (calderas de condensación). ya que si en un momento determinado la instalación demanda más potencia que la que son capaces de proporcionar las calderas. condensaciones del agua generada en la combustión. lo más adecuado es prever un dispositivo para su neutralización. la temperatura de retorno baja irremisiblemente. se debe actuar sobre las regulaciones de los circuitos de consumo. por su interior. se pueden producir en la zona final del recorrido de humos. teniendo en cuenta la acidez de los
.11 reCogida de Condensados
Si las calderas instaladas son de condensación se pretende que se produzcan condensaciones en el interior de las mismas. la solución de bomba de circulación en by-pass.
menor caudal de humos y mayor temperatura con el consiguiente incremento de tiro. durante breves periodos en la arrancada de las instalaciones se producen condensaciones y en el funcionamiento normal. Los más sencillos se componen simplemente de una compuerta con un contrapeso que mantiene en la base de la chimenea el tiro adecuado para una correcta combustión. lo que unido al cierre de la compuerta de aire de los quemadores mejora el rendimiento medio estacional. De este modo el tiro queda continuamente estabilizado. reduciendo la ventilación parásita a través de la caldera.
. pero en ocasiones no es así y muchos fabricantes incorporan en el fondo de caldera una recogida para las mismas. es conveniente que en el conducto de humos se coloque un elemento estabilizador de tiro. Los estabilizadores más completos incorporan un servomotor que en las paradas de la caldera abren totalmente la compuerta. por ello en ocasiones es conveniente cubrirlos con una envolvente acústica. debido a su pequeño caudal. en caso contrario se cierra la compuerta con el efecto contrario. Aunque no es obligatorio.12 ProteCCión aCústiCa de los
Los quemadores mecánicos.
6. que por reacción con el ácido se va transformando en una sal (ácido + base = sal + agua) evacuándose agua. las condensaciones se evaporan cuando la instalación alcanza el régimen habitual de funcionamiento. no es necesario neutralizarlas. además. La descarga al desagüe se efectúa por gravedad o con bomba. si el tiro aumenta la compuerta se abre permitiendo la entrada de aire secundario. para potencias superiores a 400 kW cada caldera dispondrá de su propia chimenea.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
condensados (pHs del orden de 3) los neutralizadores se componen de un elemento básico. En este caso. evidentemente. los propios fabricantes de calderas suministran estos equipos. lo que incrementa el caudal de humos y disminuye su temperatura y por lo tanto reduce el tiro. si bien siempre es aconsejable que cada caldera tenga su propia chimenea independiente. ya que el mismo recupera parte de las pérdidas por radiación del frente de caldera. en el interior de las calderas. que debe conectarse al desagüe. que además mejora el rendimiento del generador. sobre todo los de altas potencias. son equipos con gran potencia sonora.
6.13 evaCuaCión de humos
Cada caldera dispondrá de su propio conducto de humos que la conecte con la chimenea. el componente básico debe renovarse periódicamente. como efecto beneficioso durante las paradas. sucede lo mismo en las chimeneas. Aunque las calderas instaladas no sean de condensación. el aire inducido “limpia” la chimenea evaporando las condensaciones que se estén produciendo en la misma.
En las calderas atmosféricas esta misión la cumple el cortatiros. agua de lluvia.– (mm)
Las chimeneas tendrán en su base un elemento en “fondo de saco” para limpieza y recogida de condensados. sin deflectores u otros elementos que dificulten esta misión. si bien a través de los quemadores suelen presentar mayores ventilaciones parásitas en las paradas. En cubierta terminarán en un elemento que permita dispersar adecuadamente los humos.
4.1 IT 1.4. baja temperatura o condensación).3.14 datos mínimos neCesarios Que se
Para poder diseñar de manera adecuada las centrales de producción de calor es preciso solicitar al fabricante de las calderas los siguientes datos.5 IT 1.3.4. • Diámetro de conexión del circuito de humos.2.5 Termómetros en impulsión y retorno T IT 1.2. • Diámetro de conexión del vaciado.3.4.
IT 1.3 Mínimo 20 mm Conexión visible a desagüe Recogida de condensados
6. • Rendimientos a carga total y al 30%.1 Caudal mínimo indicado por el fabricante Puede realizarse de diferentes formas Control de temperatura de retorno ST IT 1.3.3.4.3.3.2.2. • Diámetro de conexión de la válvula de seguridad.4.4.4. • Presiones de trabajo (mínima y máxima). máxima y nominal).3. • Temperaturas de trabajo (mínima y máxima).3.
• Pérdidas de carga (circuitos de agua y humos).4.4.1.4 Obligatorio P>400kW M IT 1.1.4 Obligatorio P>70kW H
Estabilizador de tiro Recomendado IT 1.5
M T1 T2 TS IT 1.3. • Potencias del conjunto caldera/quemador (mínima.4.4 Cerrado
IT 1.2. • Caudales de circulación (mínimo y máximo).Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
IT 1.3.4.2.4.3 Llaves de corte
ST IT 1.1 Rearme manual IT 1. • Diámetro de conexión de la recogida de condensados.4.5 Escape visible a lugar seguro
IT 1. • Diámetros de conexión de impulsión y retorno.5 Recomendable rearme manual IT 1.4. como mínimo: • Tipo de caldera (estándar.4.4.2.4.
de manera que no sea necesario disponer elementos de regulación intermedios.30. de manera que para una temperatura ambiente de 20 °C se tiene el salto térmico de 50 °C. Es evidente que pueden adoptarse otras condiciones. Los radiadores se ensayan con un salto térmico de 50 °C entre la temperatura media del radiador y la temperatura ambiente (norma UNE EN 442). las temperaturas de funcionamiento de los circuitos de calefacción. cuyas condiciones de diseño hayan sido: • Temperatura exterior: -4 °C.Temperaturas de funcionamiento de circuitos térmicos
En este apartado se analizan las temperaturas de funcionamiento de los diferentes circuitos térmicos de los edificios. la decisión de las temperaturas de diseño son responsabilidad del proyectista.1 CalefaCCión
La temperatura de confort en los locales debe estar entre 21 y 23 °C. durante la mayor parte del tiempo serán más bajas. ya que si la temperatura de producción coincide con la máxima permitida ésta nunca se verá superada. Como ejemplo. con las limitaciones que cada servicio impone. para seleccionar los radiadores directamente de catálogo se ha tomado una temperatura media de funcionamiento de
• Exponente de la curva de los radiadores: n = 1. como por ejemplo en sistemas por suelo radiante. teniendo en cuenta que como el calor se transmite de mayor a menor temperatura. • Temperatura interior de los locales: 22 °C. Con estas consideraciones las condiciones de diseño habituales de las instalaciones de calefacción por radiadores son: • Impulsión: 80 °C.
7. siendo más favorables para calderas de condensación diseños con temperaturas inferiores.
los mismos de 70 °C. • Retorno: 60 °C. las cuales son determinantes para la selección del tipo de calderas a instalar. En general. tradicionalmente por comodidad se ha tomado esta temperatura como temperatura de consigna para las calderas. así como para el establecimiento de los circuitos hidráulicos más eficientes. Por este motivo. siempre será necesario que la temperatura de producción sea superior a la necesaria para cada servicio. Por motivos de seguridad el RITE limita a 80 °C la temperatura máxima de las superficies emisoras accesibles. • Temperatura de impulsión: 80 °C. por lo que son suficientes temperaturas del orden de los 40 °C para conseguir alcanzarlas. sin embargo no debe olvidarse que las condiciones de diseño se corresponden con las temperaturas exteriores más bajas y que con las regulaciones en función de las condiciones exteriores. • Temperatura de retorno: 60 °C. en el Gráfico RAD-01 se muestran las condiciones de funcionamiento en función de las condiciones exteriores para una instalación con radiadores.
7. en cumplimiento del Real Decreto 865/2003.
7. suele ser aceptado sin reservas en todo tipo de instalación central. lo que requiere elementos emisores de mayor tamaño que funcionan con menores saltos térmicos. inferior a 30 °C. Este requisito que para viviendas no es estrictamente exigible.3 ClimatizaCión
Las instalaciones de climatización habitualmente se diseñan para refrigeración.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
En el grafico se puede observar como la temperatura de retorno. ventiloconvectores. al menos. por lo que pueden funcionar con primarios del orden de 40 °C. lo que favorece la integración de calderas de condensación. las instalaciones centrales de ACS se diseñan con temperaturas de acumulación permanente de.
7. climatizadores. aunque el diseño se haya hecho para impulsiones a 80 °C. las temperaturas de funcionamiento de los sistemas de calefacción serán habitualmente bajas. Estas temperaturas son válidas para suelos radiantes.
. siendo de 50 °C cuando la exterior sea de 5 °C. Con estos condicionantes las instalaciones de ACS requieren primarios con temperaturas del orden de 80 °C.4 PisCinas
Las piscinas son aplicaciones de bajo nivel térmico. 60 °C y de manera que periódicamente se puedan alcanzar los 70 °C. por ello en las mismas se pueden tener temperaturas de primario del orden de los 45 °C. etc. Lo que implica que con regulaciones en condiciones exteriores. cuando la temperatura exterior sea de 0 °C es de 56 °C.2 agua
Para prevención de la legionelosis. por evidentes motivos de seguridad.
. dispondrá de un desconector que. además de los cuales deben existir llenados para cada circuito. Vaciados: todas las redes deben poderse vaciar total y parcialmente (IT 1. debe tener llave de corte.2.2 Seguridad
El llenado de las instalaciones. cree una discontinuidad entre el circuito y la misma red pública.5): • Colectores de impulsión y retorno: 1 termómetro.2.2 y 3. las mismas corresponden a los llenados
15 20 50 < P ≤ 150 25 150 < P ≤ 500 32 500 < P Tablas 3. que será manual (IT 1. La conexión al desagüe se hará de tal forma que el paso de agua resulte visible.2. posteriormente a los elementos de llenado comentados.3. un contador y una válvula antirretorno con elemento de comprobación. • Obtener la mayor eficiencia posible.1 Confort
Para poder proporcionar las condiciones de confort requeridas.4. los siguientes elementos de medición (IT 1.1. filtro de malla metálica. para cumplir los tres objetivos fundamentales del RITE: • Proporcionar el confort adecuado. las válvulas automáticas de diámetro nominal mayor que DN 15.3 (RITE 07)
Cada circuito hidráulico se protegerá mediante un filtro con una luz de 1 mm como máximo. TABLA CNTRM-01: TUBERÍAS DE LLENADO y vACIADO PARA INSTALACIONES CENTRALES DE CALOR diámetro mínimo (mm) instalaciones de calefacción Potencia (kW) P ≤ 50 Llenado Vaciado 20 25 32 40
8.1 objetivos de la Central térmiCa
En primer lugar se definen los criterios con los que deben diseñarse las centrales de producción de calor de las instalaciones de calefacción y/o ACS. de manera que se puedan reparar y reponer el servicio a los mismos sin afectar al resto de las instalaciones.4. los vaciados parciales serán como mínimo DN 20. la suma de las potencias de los generadores debe ser superior a las demandas máximas simultáneas del edificio más las pérdidas de calor de las redes de distribución. en caso de caída de presión de la red pública. la sección mínima del vaciado general se muestra en la Tabla CNTRM-01. • Vasos de expansión cerrados: 1 manómetro.1.4. En la Tabla CNTRM-01 se indican las secciones de llenado mínimas en función de la potencia de las instalaciones.2. contadores y aparatos similares se protegerán con filtros de 0. Para evitar reflujos de la instalación a una red de agua potable. • Cumplir los requisitos de seguridad.4. como mínimo.8).3.
8. estos llenados se realizarán con una sección mínima DN 15.25 mm de luz.4. Se dispondrán. como máximo (IT 1.4.3.
generales.3).4.2.3.Central de producción de calor
3.1.1. • Distribuciones con circuitos diferentes según tipos de uso. las que obtengan mejores rendimientos tanto a carga total como a carga parcial. hasta la suma conjunta de todos los generadores. • Bombas: 1 manómetro con lectura diferencial.3 Eficiencia energética
La eficiencia de la central de producción depende básicamente de los siguientes factores: • Eficiencia de los generadores. • Chimeneas: 1 pirómetro (o pirostato con indicador).
400 < PN Si la instalación da servicio de calefacción y ACS. piscinas.1 Generadores eficientes
Para seleccionar los generadores deben tenerse en cuenta las temperaturas de diseño de cada circuito. Ello implica separar los circuitos de calefacción de los de ACS. Para ello los generadores se conectarán hidráulicamente en paralelo y estarán independizados. • Válvulas automáticas: 2 tomas para la medida de pérdida de presión.3 Distribución de circuitos
El número de circuitos debe seleccionarse por los siguientes conceptos: • Temperaturas de funcionamiento: no deben mezclarse circuitos con temperaturas diferentes. preferiblemente modulantes. para ello se seleccionarán las calderas más eficientes posible. ya que puede obtenerse un mejor rendimiento estacional.1.3. cuando pare un generador deben parar también los equipos accesorios cuyo funcionamiento estén directamente relacionados con el del generador.
.2.1. teniendo en cuenta las temperaturas de funcionamiento de los diversos circuitos. siendo adecuado utilizar calderas de condensación cuando se puedan tener muchas horas de funcionamiento a baja temperatura. las mismas deben seleccionarse con la garantía de que a carga parcial van a mantener un buen rendimiento. etc. por ello si se tienen quemadores modulantes el rango de regulación es continuo. equipado con dispositivo de amortiguación. • fraccionamiento de potencia. es decir. la potencia demandada por el sistema de ACS será igual o mayor que la potencia del primer escalón del generador. Independientemente del tipo de caldera. de manera que se eviten arrancadas y paradas innecesarias de los generadores. zonas y horarios de funcionamiento.
8. para ello se deben seleccionar varios generadores y con quemadores de varias marchas.1. El número mínimo de generadores se fija en la IT 1. ya que ello obligaría a efectuar las distribuciones a las temperaturas más altas y reducirlas en los puntos de consumo. la producción de calor debe adecuarse en todo momento a las demandas instantáneas del edificio. como por ejemplo las bombas de circulación por caldera.4. • Regulación y control de la instalación programado para el óptimo aprovechamiento de la misma.2.2.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
• Aparatos de transferencia térmica: 1 termómetro a la entrada y otro a la salida. • Circuitos secundarios: 1 termómetro en la impulsión y otro en el retorno. Si se opta por generadores que a carga parcial incrementan su rendimiento (condensación) el RITE permite reducir el número de generadores.
8.3. El escalonamiento de potencia que puede obtenerse en la instalación comprende desde la mínima potencia del generador más pequeño. Para evitar consumos innecesarios. TABLA CNTRM-02: NúMERO MÍNIMO DE GENERADORES DE CALOR EN fUNCIóN DE LA POTENCIA DE LA INSTALACIóN Fraccionamiento potencia Potencia nominal PN ≤ 400 número mínimo generadores Un generador Dos generadores
8.2 Fraccionamiento de potencia
El número de calderas y su regulación debe seleccionarse de modo que se obtenga un funcionamiento continuo de las mismas.
Anexo 4: Bibliografía los circuitos secundarios se tratan en otras guías.2. asimismo debe lograr que en cada momento estén en marchas los equipos más eficientes. • Orientaciones. los circuitos
8. sin embargo. ya que orientaciones opuestas implican temperaturas de funcionamiento diferentes en cada momento. para aprovechar al máximo los elementos de producción. por lo que el número puede ser muy superior. etc.
• Válvulas de seguridad.). Esto obliga a separar usos como por ejemplo viviendas de oficinas.
8. manteniendo en marcha al número mínimo de generadores. etc. • Expansión cerrada exclusiva para la caldera.
. • Elementos de medición y control (termómetros. en la IT 1. En todos los esquemas se incluyen los elementos básicos que se han comentado en el apartado de instalación de calderas.2 CirCuitos hidráuliCos habituales de la
A continuación se analizan diferentes soluciones de la central térmica que cumplen los requisitos necesarios para lograr los objetivos anteriormente analizados.4 Regulación y control
El sistema de regulación debe conseguir que cada circuito trabaje siempre a la menor temperatura posible.
8.3.4. a carga parcial.Central de producción de calor
• Horarios de funcionamiento: los circuitos deben agruparse por zonas con el mismo horario de uso.1). Seguidamente se estudia exclusivamente el circuito de producción de calor que es el objeto de la presente guía.2. o estas últimas de salones de actos.1 Circuito con circulación nominal por calderas
La instalación se muestra en la Figura CNTRM-01. disminuyen su rendimiento la regulación será en secuencia. la producción de calor se compone de un colector de retorno a calderas y dos colectores principales (impulsión y retorno) a los que se conectan las calderas y todos los circuitos secundarios. etc. • Conductos de humos con estabilizador de tiro.2.3. ya que la central térmica deberá trabajar Anexo 3: Prevención de la legionelosis a la temperatura del circuito que la solicite más alta en cada momento. termostatos. Estos componentes se consideran suficientemente tratados en los apartados anteriores. se indica que si los generadores.1. si a carga parcial aumentan su rendimiento se actuará de manera que se mantenga en marcha un mayor número de equipos. El caudal del fluido portador por calderas se podrá variar para adaptarse a la carga térmica instantánea entre los límites máximo y mínimo establecidos por el fabricante (IT 1. ACS.1 punto 8. En los ejemplos se muestran dos calderas. los restantes circuitos la reducirán con sus propias regulaciones. En este sentido. para cada una de ellas: • Llaves de corte. o cualquier aplicación térmica del edificio. que pueden corresponder a calefacción. por lo que el análisis se centrará en cómo se resuelve el funcionamiento conjunto de la central de producción de calor. de manera que se eviten consumos eléctricos y pérdidas de calor en distribuciones que no estén utilizándose. • Etc. • Vaciado.1.4. recogida de condensados.
secundarios dispondrán de elementos de regulación independientes. trabajando a carga parcial. Como muestra de los circuitos secundarios se toman dos. si bien los criterios son iguales cualquiera que sea su número.
Para evitar la circulación parásita por la caldera que esté parada. Como en los casos anteriores. En este caso la circulación por calderas estará determinada por la posición que adopten en cada momento las válvulas de regulación de los circuitos secundarios.Central de producción de calor
Por ello se coloca una sonda en el retorno que no permita la apertura de las válvulas de secundario.2.
8.5 Calderas sin circulación mínima
Por último. esta sonda permite dar prioridad al circuito principal.
. la instalación se debe complementar con
válvulas motorizadas de dos vías en los retornos a las mismas. en la Figura CNTRM-05 se incluye un esquema aplicable a calderas que no requieran circulación mínima (dato que debe proporcionar el fabricante de las mismas). si se utilizan calderas de condensación la sonda de retorno se emplea exclusivamente para dar prioridad al circuito principal. hasta que no se haya superado la temperatura que evita este riesgo. para evitar la circulación inversa inducida por las bombas de los circuitos secundarios. La bomba en bypass requiere una válvula antirretorno.
A continuación se analizan otros esquemas no habituales en los que se desarrollan algunas formas de integración de calderas de condensación. para evitar las circulaciones parásitas del agua en las paradas de calderas.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
Para poder aplicar este esquema se necesitan calderas que tampoco requieran temperaturas mínimas de retorno (calderas de condensación).
8. ya que. si bien hay multitud de posibles soluciones que también cumplen el mismo. el proyectista debe decidir en cada caso cuál es el más conveniente para cada edificio y conforme a los equipos seleccionados.1 Caldera única de condensación con calefacción y ACS
En la Figura CNTRM-06 se muestra el esquema de una instalación con una caldera de condensación y servicios de calefacción y ACS.3. al tener que actuar sobre las válvulas de circuitos. La instalación se debe complementar con válvulas motorizadas de dos vías.
8.3 otros CirCuitos hidráuliCos
Los esquemas mostrados en el apartado anterior son ejemplos de instalaciones que se adecuan a las exigencias del RITE.
. en caso contrario. si bien este inconveniente puede solventarse diseñando la regulación de manera que las válvulas de los circuitos secundarios no cierren totalmente. aunque las calderas no precisen caudal mínimo las sondas se quedarían sin circulación de agua. no detectando las temperaturas que se producen e impidiendo la actuación de los elementos de control.
Además de las válvulas motorizadas del tramo común. los siguientes objetivos:
. de modo que las mismas se desconecten hidráulicamente cuando estén paradas. es decir. para demandas elevadas. todas las calderas trabajan en paralelo atendiendo de manera conjunta a todos los servicios.4 reQuisitos básiCos del sistema de Control
Como conclusión se indican los requisitos básicos con los que se deben seleccionar los sistemas de control de la central térmica. La temperatura de Anexo 3: Prevención de la legionelosis impulsión se modifica directamente según necesidades. La caldera funciona con circulación nominal. para ello las válvulas motorizadas del tramo común abren. de este modo el retorno a caldera siempre está a la menor temperatura posible.Central de producción de calor
El circuito primario del servicio de ACS se conecta en serie con el circuito de calefacción. La regulación de la calefacción en función de las condiciones exteriores se realiza sobre la temperatura de retorno a caldera.3. calefacción). la instalación puede resolverse independizando ambos circuitos (Figura CNTRM-07). ambas válvulas cierran y cada caldera atiende al servicio que mejor se adecua a sus características.
Cuando las condiciones de funcionamiento sean próximas a las de diseño. En épocas de baja demanda se utilizan las calderas de condensación. en muchos momentos puede interesar que las primeras atiendan directamente a los servicios de alta temperatura (por ejemplo. como mínimo. se requieren las válvulas de caldera. Debe cumplir. La circulación nominal se proporciona con una bomba en el retorno de cada caldera.
8.2 Calderas estándar y de condensación
En el caso de utilizar calderas estándar y calderas de condensación.
8. ACS) mientras que las de condensación cubran los de baja temperatura (por ejemplo. por ser las que proporcionan mejor rendimiento. En épocas intermedias con demandas inferiores.
los sistemas de regulación en secuencia deben aislar hidráulicamente a las calderas que no estén en funcionamiento. esto implicaría que el quemador tendría un número elevado de arrancadas y paradas. actuando como radiador. También puede darse el caso de tener equipos con rendimientos muy diferentes. las de potencia más ajustada a las necesidades instantáneas. Por tanto. Las temperaturas de consigna pueden ser: • Fijas: tienen el mismo valor a lo largo del tiempo. UTiLiZAciÓn en cAdA MOMenTO de LOS eQUiPOS MÁS eFicienTeS
Un buen sistema de regulación en secuencia no debe conformarse con lograr que en cada momento estén en funcionamiento el número mínimo de calderas. Puede darse el caso que esté en funcionamiento una única caldera pero de potencia muy superior a la necesaria en ese instante.Guía técnica Diseño de centrales de calor eficientes
MAnTeneR LAS TeMPeRATURAS de cOnSiGnA Este es el objetivo de todas las centrales de producción de calor. que en cada momento estén en funcionamiento las más eficientes. En cada momento deben conseguirse las temperaturas del agua adecuadas para poder cubrir todos los servicios. • Tiro inducido: cuando la caldera aumenta su temperatura se induce una entrada de aire por el quemador que supone pérdidas de calor al provocar el enfriamiento interior de la caldera. eViTAR PÉRdidAS inneceSARiAS en LOS eQUiPOS QUe eSTÉn PARAdOS En las calderas paradas se pueden producir pérdidas por: • Convección-Radiación: éstas pérdidas son debidas a la circulación de agua caliente por el interior de las calderas. quedando los de menor rendimiento de apoyo. además. • Variables: el valor de la consigna puede variarse en función de las necesidades de cada momento. MAnTeneR en FUnciOnAMienTO eL nÚMeRO MÍniMO de eScALOneS de POTenciA neceSARiOS PARA cUBRiR LAS neceSidAdeS inSTAnTÁneAS La regulación en secuencia debe evitar que haya en funcionamiento más equipos que los estrictamente necesarios. sino que debe conseguir. En ese instante el sistema de regulación debería cambiar de caldera de funcionamiento. es decir. se debe dar prioridad de funcionamiento a los más eficientes. esto hace que la masa de la caldera aumente su temperatura.
Real Decreto 314/2006 de 17 de marzo. 1997. BOE de 27 de marzo de 1995. – Parte 3: Evaluación de conformidad. BOE de 5 de diciembre de 1992. Real Decreto 1. Corrección de errores. Modificaciones Real Decreto 276/1995 de 24 de febrero. BOE 29 de agosto de 2007.030/2005: Guía para la prevención y control de la proliferación y diseminación de la legionela en instalaciones. UNE 100. BOE de 28 de marzo de 2006. Corrección de errores. Establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos que utilizan energía. Disposiciones de aplicación de la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas 90/396/CEE sobre aparatos a gas. BOE de 23 de octubre de 2007. Real Decreto 865/2003 de 4 de julio. BOE de 27 de marzo de 1995. relativa a los requisitos de rendimientos para las calderas nuevas de agua caliente alimentadas por combustibles líquidos o gaseosos. BOE de 20 de diciembre de 2007. Real Decreto 275/1995 de 24 de febrero. BOE de 18 de julio de 2003.Anexo 1: Normativa
Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). – Parte 1: Especificaciones y requisitos técnicos.
. – Parte 2: Métodos de ensayo y de evaluación.
Código Técnico de la Edificación (CTE).428/1992 de 27 de noviembre. Disposiciones de aplicación de la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas 92/42/CE. BOE de 23 de octubre de 2007. modificada por la Directiva 93/68/CE del Consejo. Corrección de errores. UNE EN 442: Radiadores y convectores.155/2004: Climatización: Diseño y cálculo de sistemas de expansión. UNE 100.369/2007 de 19 de octubre. BOE 28 de febrero de 2008. BOE de 25 de enero de 2008. Protección contra el ruido y modificación Real Decreto 1371/2007 de 19 de octubre. Criterios Higiénico-Sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. Real Decreto 1.027/2007 de 20 de julio. Real Decreto 1. 1996.
ACS y Energía Solar Térmica. Manual de Calefacción y ACS. • CAMPSA. 1995. 4ª edición. 1989. Comentarios al RITE. Reglamento de instalaciones de calefacción. Jornadas de difusión del RITE. • García Pérez. climatización y ACS con el fin de racionalizar su consumo energético e instrucciones técnicas complementarias. Transportes y Medio Ambiente.
. 1998.Anexo 2: Bibliografía
• Ministerio de Industria y Energía. Esquemas hidráulicos de calefacción. • IDAE. J. Texto legal y explicaciones técnicas. ITIC. Ministerio de Obras Públicas. 2007.
Títulos publicados de la serie ”Ahorro y Eficiencia Energética en Climatización”
Guía nº 1: Guía técnica. RITE . Torres de refrigeración Guía nº 5: Guía técnica. Selección de equipos de transporte de fluidos: bombas y ventiladores Guía nº 11: Guía técnica.2007 Guía nº 8: Guía técnica. Diseño y cálculo del aislamiento térmico de conducciones. aparatos y equipos. Ahorro y recuperación de energía en instalaciones de climatización Guía nº 10: Guía técnica. Incluye CD-ROM con programa AISLAM Guía nº 4: Guía técnica. Condiciones climáticas exteriores de proyecto Guía nº 13: Guía técnica de procedimientos y aspectos de la simulación de instalaciones térmicas en edificios
. Procedimiento de inspección periódica de eficiencia energética para calderas Guía nº 6: Guía técnica. Procedimientos para la determinación del rendimiento energético de plantas enfriadoras de agua y equipos autónomos de tratamiento de aire Guía nº 3: Guía técnica. Diseño de centrales de calor eficientes Guía nº 12: Guía técnica. Contabilización de consumos Guía nº 7: Comentarios al Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Mantenimiento de instalaciones térmicas Guía nº 2: Guía técnica. Agua caliente sanitaria central Guía nº 9: Guía técnica.
8 .: 91 456 49 00.idae.c/ Madera.V.es
9 788496 680555 P.: 20
.P.es www. Fax: 91 523 04 14 comunicacion@idae.28004 Madrid Tel.
12_Transitorios-hidraulicosFan Coil Engineering60670 Extremadura3Unitops.ch5 ProblemsUnitops.ch5 ProblemsRESUMEN+RIF+EXISTENTESDoc Instal FrigorificasEstabilizacion_tartarica_de_vinos-Sistema_FreeK+Curso-Tecnico-MundoclimaCálculo de la Presión de saturación PvsR I T E-Resumen016 Calculo2MT-KCNMt ConceptResumen Db He1Citas célebresXVI_CONVENIO_INGENIERIAAclaraciones competencia proyectosTIPOS DE PERFORACIONESEtapas auditoría
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