Manual de calderas

CALDERAS

1.- Introducción (I)
Las calderas: la energía de un combustible se transforma en calor para el calentamiento de un fluido. Partes: • Hogar • Quemador • Humos • Intercambiador de calor • Fluido caloportador • Chimenea.
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1.- Introducción (II) Reducir el tamaño de la caldera implica: • Limitar el tamaño del intercambiador de calor (aletas, turbuladores) [pérdida de carga en loshumos es crítica] • Reducir el agua contenida ⇒ disminuir el tiempo de respuesta • Hacer más inestable la temperatura de salida • Disminuir la pérdidas térmicas por la envolvente

2.- Combustión (I)
Reacción [combustible - comburente] ⇒ calor a un nivel térmico aprovechable. El quemador es el encargado de que la mezcla sea la apropiada. La cantidad de calor por unidad de masa que desprende uncombustible al quemarse es el Poder Calorífico (kJ/kg). –PCI (el vapor de agua de los humos no condensa) –PCS (se condensa el vapor de agua de los humos)
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2.- Combustión (II) Los elementos básicos que reaccionan son: • El oxígeno del aire como comburente (aprox. 1m3 por kWh) • El carbono y el hidrógeno del combustible • Otros elementos (azufre), e inertes (cenizas). • Reacciones del Carbono :C + O2 = CO2 + 32.780 MJ/kg C + 1/2 O2 = CO + 9.188 MJ/kg CO + 1/2 O2 = CO2 + 10.111 MJ/kg

• La reacción del Hidrógeno es:
H2 + 1/2 O2 = H2O + 118.680 MJ/kg

Si el agua se condensa:
H2 + 1/2 O2 = H2O + 142.107 MJ/kg

• La reacción de Azufre es:
S + O2 = SO2 + 2.957 MJ/kg
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2.- Combustión (III) La combustión completa se llama estequiométrica, todo el carbono se oxida en CO2 . • C +O2 = CO2 • H2 + 1/2 O2 = H2O • S + O2 = SO2 12 g de C necesitan 22,4 litros de O2 2 g de H2 necesitan 11,2 litros de O2 32 g de S2 necesitan 22,4 litros de O2

La combustión incompleta se produce si existe CO en los humos. El aire contiene el 21% de O2 ,se necesitan 4,76 veces más de aire. Conociendo la composición del combustible es posible conocer la cantidad de oxígeno necesaria.
CombustibleMetano Etano Propano Butano (m3/m3) de aire 9,57 16,75 12,119 11,925
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2.- Combustión (IV) Para obtener una combustión completa se requiere un exceso de aire, que depende de: el combustible, y de la homogeneidad de la mezcla combustible comburente que se consiga en el quemador. El exceso de aire empleado se deduce del contenido de CO2 en los humos. Existen unos gráficos.

Exceso de Aire =Aire Suministra do − Aire Estequeomé trico x 100 (%) Aire Estequeomé trico

El exceso de aire no es deseable, es una masa que absorbe calor y disminuye la Tª final y el nivel energético.
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2.- Combustión (V) Para combustiones incompletas se emplea el Diagrama Ostwald; para el Gasóleo C es el siguiente:

n, exceso de aire % CO

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2.- Combustión (VI) Punto de rocío húmedo y ácido ⇒limitan la temperatura de los humos
Gas Natural 155 gr.agua/kWh ⇒ (T humos mayor) Gasóleo C 87 gr.agua/kWh SO3 + H2O = SO4H2 T > 130ºC

Las superficies han de estar a temperaturas mayores: tubos de doble pared (aumento del A intercambio), o mantener la temperatura de retorno a la caldera alta con un bypass

Calderas de condensación (materiales resistentes)
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3.- Combustibles (I)
Loscombustibles se clasifican en: sólidos, líquidos y gases. Propiedades de los combustibles
– Potencia o poder calorífico; el superior y el inferior. – Límite de inflamabilidad: porcentajes de combustible y aire en la mezcla, a presión y temperatura para que sea de forma autosostenida – Velocidad de propagación de la llama: en un frente gaseoso. – Temperatura de ignición; punto de inflamación(combustibles líquidos); temperatura a la cual la velocidad de combustión es lo suficientemente elevada para que la combustión se propague – Indice Wobbe; (combustibles gaseosos), es el cociente entre el PCS y la raíz cuadrada de la densidad relativa respecto del aire (MJ/m3). Marca tres familias: A (23,86 a 31,4 gas ciudad); B (41,28 a 57,99 gas natural) C (77,46 a 92,4 GLP).

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3.- Combustibles...