008 Calderas OK

Aire Acondicionado (I.I.)

T8.- Calderas
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al
alumno le pueden servir como guía para recopilar
información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

Departamento:
Area:

Ingeniería Eléctrica y Energética
Máquinas y Motores Térmicos

CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es
Despachos: ETSN 236/ ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

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T8.- CALDERAS
1.- Introducción
2.- Combustión
3.- Combustibles
4.- Tipos de Calderas
5.- Calderas Murales
6.- Calderas de Condensación
7.- Quemadores
8.- Equipos Auxiliares
9.- Sistema de Regulación de la Carga
10.- Potencias y Rendimientos
11.- Seguridad y Control
12.- Chimeneas
13.-Calderas Eléctricas
14.- Otros Dispositivos
15.- Quemador Mixto IB-9-K OERTLI
16.- Termografía de una Caldera

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T8.- CALDERAS

1.- Introducción
Las calderas: en ellas 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

Reducir el tamaño de la caldera implica:
–Limitar el tamaño del intercambiador de calor (aletas, turbuladores)
[pérdida de carga en los humos 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

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T8.- CALDERAS

2.- Combustión (I)
Oxidación rápida [combustible - comburente] ⇒ calor + PDC (humos, cenizas)
a un nivel térmicoaprovechable
el quemador es el encargado de realizar la mezcla (combustible-aire)

Los elementos básicos que reaccionan son (I):
–
–
–

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
Lareacción de Azufre es:
S + O2 = SO2 + 2.957 MJ/kg

La reacción del Hidrógeno es:
H2 + 1/2 O2 = H2OV + 118.680 MJ/kg
Si el agua se condensa:
H2 + 1/2 O2 = H2OL + 142.107 MJ/kg
Inertes ⇒cenizas

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T8.- CALDERAS

2.- Combustión (II)
La cantidad de calor por unidad de masa (o volumen) que desprende un
combustible al quemarse es el Poder Calorífico (kJ/kg, kJ/Nm3)
–

PCI (el agua de los humos nocondensa)

–

PCS (condensa el agua de los humos)

AguaLiq ⇒ P.C.S.
Humos
AguaVap ⇒ P.C.I.

Agua fría

Agua caliente

Relación PCI / PCS
H del combustible
Aire

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G.N.

T8.- CALDERAS

2.- Combustión (III)
Combustión estequiométrica es una combustión con las proporciones justas
de combustible y oxígeno para que todo el C del combustible se oxide a CO2
(sin producir CO, ni emplear exceso de aire)
Lacomposición del combustible marca el O2 necesitado

• C + O2 = CO2

Teórica

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

• H2 + 1/2 O2 = H2O
• S + O2 = SO2

Poder Comburívoro: aire necesario para la combustión estequiométrica de 1 m3 de gas
Aire y 79% Nitrógeno + 21% Oxigeno
PCI

Aire teórico
m3/Nm3

kCal/Nm3

kWh/Nm3

Gasnatural

9,3

9.228

10,73

0,87

Butano

31

26.253

30,5

1,016

Propano

23,9

20.484

23,8

1

m3 aire / kWh

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T8.- CALDERAS

2.- Combustión (IV)
En la combustión completa todo el carbono se oxida en CO2
(para que se produzca en condiciones reales necesita exceso de aire)

La combustión incompleta se produce si existe combustible inquemado o CO
en los humos
(se puede producir por falta de O2, opor mala mezcla aire-combustible)

El exceso de aire necesitado para producir combustiones completas depende de
la homogenidad de la mezcla aire-combustible que se consiga en el quemador
Contribuye a disminuir la Tª final y el nivel energético de los humos
se necesita para combustión completa, pero no es deseable
con combustibles gaseosos aprox. el 10% del estequimétrico

(y
y1m3/kWh)

El Indice...