Calderas Acs 2

TTULO

Gua tcnica sobre procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica

para calderas

CONTENIDO

Esta publicacin ha sido redactada por la Asociacin Tcnica Espaola de Climatizacin y

Refrigeracin (ATECYR) para el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE),

con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energa en los edificios.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Esta publicacin est incluida en el fondo editorial del IDAE, en la serieAhorro y Eficiencia Energtica en Climatizacin.

Cualquier reproduccin, parcial o total, de la presente publicacin debecontar con la aprobacin por escrito del IDAE.

Depsito Legal: M-8046-2007

ISBN: 978-84-96680-10-4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IDAEInstituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

C/ Madera, 8E-28004-Madrid

[email protected]

Madrid, febrero de 2007

Presentacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Objeto y campo de aplicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Fundamentos tericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1 Combustin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Combustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3 El aire como comburente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Estudio de la combustin a partir del anlisis de los gases . . . . . . . 15

2.5 Inquemados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.6 Formacin de contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.7 Analizadores de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 El clculo del rendimiento energtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1 Determinacin del rendimiento por el calor til aportado al agua (mtodo directo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2 Determinacin del rendimiento por las prdidas en caldera y gases de combustin (mtodo indirecto) . . . . . . . . . . . . . . . 22

4 Procedimiento de inspeccin de la eficiencia energtica de una caldera 25

4.1 Condiciones de toma de medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.2 Equipos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.3 Intervalos de valores admisibles de los niveles de emisin . . . . . . . 26

4.4 Determinacin del rendimiento energtico de la caldera . . . . . . . . 27

4.5 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.6 Acta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5 Inspeccin de la eficiencia energtica de instalaciones de generacin de calor equipadas con calderas de ms de 15 aos de antigedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.1 Consumo de combustible en calefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.2 Consumo de combustible en la preparacin de agua caliente sanitaria . 30

5.3 Rendimiento estacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.4 Calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5.5 Aislamiento trmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.6 Regulacin y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.7 Contabilizacin de consumos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.8 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

N D I C E

Apndice I: Zonas climticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Apndice II: Recomendaciones tcnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Apndice III: Cuestionario de Inspeccin Peridica de eficiencia energtica de calderas . . . . . . . . . . . . . 38

Apndice IV: Cuestionario de Inspeccin de instalacionesde ms de 15 aos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Apndice V: Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

El nuevo Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) transpondr parcial-mente la Directiva 2002/91/CE, de 16 de diciembre, relativa a la eficiencia energtica de losedificios, fijando los requisitos mnimos de eficiencia energtica que deben cumplir las ins-talaciones trmicas de los edificios nuevos y existentes, y un procedimiento de inspeccinperidica de calderas y de los sistemas de aire acondicionado.

El Reglamento se desarrolla con un enfoque basado en prestaciones u objetivos, es decir,expresando los requisitos que deben satisfacer las instalaciones trmicas sin obligar al usode una determinada tcnica o material, ni impidiendo la introduccin de nuevas tecnologasy conceptos en cuanto al diseo, frente al enfoque tradicional de reglamentos prescriptivosque consisten en un conjunto de especificaciones tcnicas detalladas, que presentan el in-conveniente de limitar la gama de soluciones aceptables e impiden el uso de nuevosproductos y de tcnicas innovadoras.

As, para justificar que una instalacin cumple las exigencias que se establecen en el RITEpodr optarse por una de las siguientes opciones:

adoptar soluciones basadas en las Instrucciones Tcnicas, cuya correcta aplicacin enel diseo y dimensionado, ejecucin, mantenimiento y utilizacin de la instalacin, essuficiente para acreditar el cumplimiento de las exigencias; o

adoptar soluciones alternativas, entendidas como aquellas que se apartan parcial ototalmente de las Instrucciones Tcnicas. El proyectista o el director de la instalacin,bajo su responsabilidad y previa conformidad de la propiedad, pueden adoptar solu-ciones alternativas, siempre que justifiquen documentalmente que la instalacindiseada satisface las exigencias del RITE porque sus prestaciones son, al menos,equivalentes a las que se obtendran por la aplicacin de las soluciones basadas enlas Instrucciones Tcnicas.

Por esta razn, el IDAE con el fin de facilitar a los agentes que participan en el diseo y di-mensionado, ejecucin, mantenimiento e inspeccin de estas instalaciones, ha promovido laelaboracin de una serie de guas tcnicas de ahorro y eficiencia energtica en climatizacin,que desarrollen soluciones alternativas.

En concreto, la que nos ocupa, titulada Procedimiento de Inspeccin peridica de eficien-cia energtica para calderas" pretende servir como punto de partida para facilitar unprocedimiento de inspeccin.

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NOTA: En este documento todas las menciones al Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios se refieren al

ltimo borrador disponible, de 31 de julio de 2006.

P R E S E N T A C I N

El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios(RITE) establece que las instalaciones trmicas y, en par-ticular, sus equipos de generacin de calor y fro y lasinstalaciones solares trmicas, se inspeccionarn peri-dicamente a lo largo de su vida til, con el fin deverificar el cumplimiento de la exigencia de eficienciaenergtica de ese RITE. La ITE 4 desarrolla el contenidode ese mandato, estableciendo las exigencias tcnicas yprocedimientos a seguir en las inspecciones a efectuaren las instalaciones trmicas objeto de ese RITE.

La razn de establecer un procedimiento de inspeccinperidica de la eficiencia energtica para estos genera-dores obedece a la premisa de que toda instalacin detransformacin de energa sobre la que no se efectesus correspondientes operaciones de mantenimientoreduce su rendimiento energtico y, con ello, se incre-menta tanto su consumo especfico de energa comosus emisiones asociadas de sustancias contaminantesa la atmsfera.

La ITE 4 del Reglamento de Instalaciones Trmicas enlos Edificios (RITE) establece la inspeccin peridica deeficiencia energtica de 3 tipos de instalaciones:

IT 4.2.1 Inspeccin de los generadores de calor

Sern inspeccionados los generadores de calor de poten-cia trmica nominal instalada igual o mayor que 20 kW.

La inspeccin del generador de calor comprender:

Anlisis y evaluacin del rendimiento

Inspeccin del registro oficial de las operacionesde mantenimiento que se establecen en la IT.3, re-lacionadas con el generador de calor y de energasolar trmica, para verificar su realizacin peridi-ca, as como el cumplimiento y adecuacin del

Manual de Uso y Mantenimiento a la instalacinexistente.

La inspeccin incluir la instalacin de energa so-lar, en caso de existir, y comprender la evaluacinde la contribucin solar mnima en la produccinde agua caliente sanitaria y calefaccin solar.

IT 4.2.2 Inspeccin de los generadores de fro

Sern inspeccionados peridicamente los generadoresde fro de potencia trmica nominal instalada mayor que12 kW.

La inspeccin del generador de fro comprender:

Anlisis y evaluacin del rendimiento.

Inspeccin del registro oficial de las operacionesde mantenimiento que se establecen en la IT.3, re-lacionadas con el generador de fro, para verificarsu realizacin peridica, as como el cumplimientoy adecuacin del Manual de Uso y Mantenimien-to a la instalacin existente.

La inspeccin incluir la instalacin de energa so-lar, en caso de existir, y comprender la evaluacinde la contribucin de energa solar al sistema derefrigeracin solar.

IT 4.2.3 Inspeccin de la instalacin trmica completa

Cuando la instalacin trmica de calor o fro tenga msde 15 aos de antigedad, contados a partir de la fechade emisin del primer certificado de la instalacin, y lapotencia trmica nominal instalada sea mayor que 20kW en calor o 12 kW en fro, se realizar una inspeccinde toda la instalacin trmica, que comprender, comomnimo, las siguientes actuaciones:

Objeto ycampo de aplicacin1

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Inspeccin de todo el sistema relacionado con laexigencia de eficiencia energtica regulada en laIT.1 de este RITE.

Inspeccin del registro oficial de las operaciones demantenimiento que se establecen en la IT.3, para lainstalacin trmica completa y comprobacin delcumplimiento y la adecuacin del Manual de Uso yMantenimiento a la instalacin existente.

Elaboracin de un dictamen con el fin de aseso-rar al titular de la instalacin, proponindole

mejoras o modificaciones de su instalacin,para mejorar su eficiencia energtica y contem-plar la incorporacin de energa solar. Lasmedidas tcnicas estarn justificadas en base asu rentabilidad energtica, medioambiental yeconmica.

Esta gua va dirigida a las calderas de produccin deagua caliente alimentadas por combustibles slidos,lquidos o gaseosos, e instaladas en edificios parasatisfacer las demandas de calefaccin y de agua ca-liente sanitaria de los usuarios.

Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

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El nivel de eficiencia energtica de una caldera es fun-cin tanto de la combustin que se genera en su senocomo del aparato que conforma la caldera, y envuelve lacombustin y trata de extraer y transferir hacia el aguala energa que es capaz de generar el combustible antesde que sus gases de combustin salgan por el conductode evacuacin o chimenea.

A la hora de establecer los criterios para definir el procedi-miento de inspeccin de calderas desde el punto de vistade su eficiencia energtica, se debe tener presente que:

Combustin y Caldera estn ntimamente correlaciona-dos: la eficiencia de la transmisin de energa delcombustible al agua es funcin, por un lado, de la calidadde la combustin y, por otro, de la capacidad y efectividadde la caldera como intercambiador de calor. Ambos facto-res dependen, a su vez, del estado de mantenimiento yconservacin de la combustin - por su grado de puestaa punto -, y del nivel de limpieza de la superficie libre deintercambio, afectada por incrustaciones y hollines quepuedan aislar su capacidad de transmisin de calor.

Esta correlacin alcanza su mxima eficacia si elquemador asociado a la caldera cumple sus distin-tos cometidos:

Proporcionar el combustible a la cmara decombustin en condiciones de ser quemado.

Aportar el aire necesario a la cmara de com-bustin.

Mezclar ntimamente el aire y el combustible.

Encender, mantener la llama y quemar la mezcla.

Adaptar la llama a la geometra de la cmarade combustin.

Desplazar los productos de la combustinhacia la salida de los humos.

A continuacin se presentarn los aspectos ms relevan-tes de la combustin en calderas y de las pautas paraevaluar su eficiencia energtica.

2.1 COMBUSTIN

Conocemos por oxidacin a la reaccin del oxgeno conuna sustancia, reaccin que se produce por trmino ge-neral con desprendimiento de calor, y utilizamos estetrmino cuando dicha unin se efecta en un procesolento como, por ejemplo, la oxidacin del hierro o la pu-trefaccin de la madera. En casos como estos el calor sedisipa en el medioambiente sin que aumente la tempe-ratura del cuerpo que se oxida.

Sin embargo, cuando este proceso es rpido, la reaccinse produce con un gran aumento de su temperatura lle-gando incluso al estado de incandescencia, de emisinde luz, y entonces esa reaccin de oxidacin se conocecomo combustin.

Existen situaciones que pueden hacer que las sustan-cias puedan entrar en combustin de formaespontnea: si la oxidacin de la sustancia se efectade forma tal que el calor generado se disipa a su alrede-dor ms lentamente que como se produce, latemperatura de la sustancia ir aumentando gradual-mente hasta alcanzar el valor de su temperatura deinflamacin, momento en el que la sustancia arder es-pontneamente.

Con esta introduccin vemos que son tres los requisitosque deben coexistir y combinarse para que se produzcala combustin:

Fundamentostericos2

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1 La existencia de combustible, como aquella sustan-cia que tiene gran afinidad para combinarse con eloxgeno.

2 La presencia de aire, y ms concretamente del oxge-no contenido en l, como agente que provoca esareaccin exotrmica. Se le suele denominar combu-rente, como el agente que combinado con uncombustible provoca su combustin.

3 La adecuada temperatura, cuyo valor influye de for-ma directamente proporcional en la velocidad de lareaccin de oxidacin/combustin.

Estos 3 requisitos estn ntimamente correlacionados entoda combustin: para una determinada temperatura decombustin existe una proporcin exacta de combustible ycomburente que determina la reaccin ptima, de tal formaque desviaciones sobre estos valores modifica la calidad dela combustin hasta el extremo de que la ausencia de unocualquiera de estos tres impide que se produzca la misma.Al analizar la forma de combatir y apagar un incendio, estostres requisitos definen el denominado tringulo del fuego,que visualiza las vas para reducir o eliminar el rea de fue-go que encierra el tringulo. Bastar ir disminuyendo elvalor de uno slo de los lados del tringulo para reducir yextinguir la combustin:

Eliminando el combustible, como se hace cuandoimpedimos que el fuego avance hacia nuevas sus-tancias.

Eliminando el oxgeno, como se hace ahogando lacombustin con arena, una manta o la espuma deun extintor.

Enfriando las sustancias combustibles, al objetode ralentizar y detener la reaccin de oxidacin,como se hace cuando se le arroja agua.

No todas las sustancias arden o se queman con la mis-ma facilidad. Las hay que necesitan predisponerse

mediante precalentamientos o mediante la presencia deotros reactivos que faciliten la combustin; pero paradefinir un combustible como tal no slo deberemos ana-lizar su facilidad de combustin, sino aadir otrascualidades que lo habiliten de una forma genrica parasu empleo como son:

La abundancia para su comercializacin.

La facilidad de manipulacin que no entrae riesgos.

La simplicidad de su composicin molecular queminimice el impacto ambiental de sus residuos.

Por ejemplo, el hidrgeno o el fsforo son extraordina-rios combustibles que reaccionan vivamente enpresencia del aire, pero su costoso proceso de obten-cin, elevado riesgo en su trasiego y la toxicidad de losgases de combustin del segundo, hacen inviable suaplicacin como combustibles comerciales.

2.2 COMBUSTIBLES

Desde la antigedad el hombre ha venido utilizandocomo combustible la madera y los residuos vegetales, eincluso el petrleo en aquellos pases donde se conoca,a los que se fueron aadiendo los carbones de origenmineral hasta llegar a los combustibles actuales: los de-rivados por refino del petrleo y el gas natural. El nexode unin de todos estos productos (denominados org-nicos por proceder de la transformacin lenta en lanaturaleza de la materia orgnica) es la existencia delelemento carbono en su composicin, combinado en for-mas diversas con hidrgeno (hidrocarburo) y otrassustancias que pueden, posteriormente, participar o noen la combustin.

Los combustibles ms representativos por su aplicacinen el sector de la edificacin son el gas natural, los ga-ses licuados del petrleo (GLP), el gasleo C, el carbn yla madera-biomasa.

El gas natural es una mezcla de gases obtenidos di-rectamente de la naturaleza en yacimientos, dondeel metano (CH4) constituye ms del 70% de su com-posicin. Otros gases que pueden estar presentesen proporciones apreciables son el nitrgeno (hastael 20%) y el etano (C2H6, hasta el 10%).

Los gases licuados del petrleo (GLP) son mezclasde hidrocarburos en los que mayoritariamentepredominan el propano (C3H8) y el butano (C4H10),obtenidos como primera fraccin del refino de

Gua tcnica


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petrleo o directamente de yacimiento junto algas natural, siendo este ltimo el origen msabundante. A temperatura y presin ambiente suestado es gaseoso, pero se pueden licuar a pre-siones no excesivamente altas, lo que facilita sutransporte y almacenamiento en forma lquida apresin. Comercialmente hablando, cuando nosreferimos al Propano se trata de una mezcla del80% de hidrocarburos C3 y un mximo del 20%en hidrocarburos C4, siendo el Butano una mez-cla de un 80% de hidrocarburos C4 y un mximodel 20% de hidrocarburos C3.

El gasleo C se impuso en Espaa en el ao 1975 comosustitucin del consumo de fuelleo en las ciudadespor razones medioambientales. Forma la fraccin mspesada de la familia de los gasleos, obtenidos porcraqueo en la destilacin fraccionada del petrleo yextrados en la fraccin que se encuentra entre el kero-seno y el fuelleo. El gasleo C est formado porhidrocarburos de 16 a 25 tomos de carbono, a dife-rencia de los gasleos A y B, ms ligeros (dodecanosC12H26) y destinados para su uso en motores (automo-cin, agricultura/pesca y cogeneracin).

El carbn que habitualmente conocemos por estadefinicin es el de origen mineral, a diferencia del delea o vegetal. Comercialmente, y por razones me-dioambientales, se utilizan los carbones duros,totalmente carbonizados, tipo antracita, donde elcontenido en carbono supera el 70%, frente a losblandos, no totalmente formados, tipo lignitos y tur-ba. El carbn posee en su composicin molecularproporciones elevadas de azufre, que se oxida en lacombustin a xidos de azufre (SO2 y SO3) que, enpresencia del vapor de agua de la combustin, ter-minan por reaccionar hacia acido sulfrico (H2SO4),bien en la propia caldera, corroyendo su fondo y elconducto de evacuacin de los productos de lacombustin o la propia chimenea, bien una vez ex-pulsado a la atmsfera formando con la humedadambiental la denominada lluvia cida. Aunque qui-zs la mayor presin que se ha ejercido por algunasadministraciones para sustituir las instalaciones decarbn ha sido por la dificultad de conseguir unacombustin completa y limpia, ausente de inquema-dos y otras materias que son emitidas a la atmsferaen forma de partculas slidas.

La madera como combustible ha evolucionado des-de la combustin directa de los productos de lapoda - cuando no de la tala de rboles - hacia lo quehoy agrupamos bajo la denominacin de biomasa:residuos forestales o de la industria de la madera(serrn, virutas) y agrcolas (residuos procedentes

del sector olecola, cascarilla de arroz, cscara dealmendra), comercializados en forma de pellets oen granulado. Un objetivo de la poltica energticaes que la biomasa experimente un crecimiento muyimportante durante los prximos aos, en lnea conlo establecido en el Plan de Energas Renovables2005-2010 (PER).

La cualidad energtica que diferencia a los distintoscombustibles, incluso para su valorizacin comercial, essu poder calorfico. Cada tipo de combustible tiene unadistinta composicin molecular, y su reaccin con eloxgeno libera distintos niveles de energa trmica, pro-vocando esta cualidad que los distingue.

Los combustibles utilizados en el sector de la edificacinestn formados bsicamente por carbono e hidrgeno,con posibles trazas de azufre y otros elementos. Lasprincipales reacciones que tienen lugar en la combus-tin, con la energa trmica producida, son:

El balance trmico de las reacciones del conjunto de loscomponentes del combustible constituye su poder calo-rfico, que se define como la cantidad de calor generadopor la combustin completa de una unidad de masa deste, estando el combustible y el comburente a una tem-peratura y presin de referencia.

Puesto que casi todos los combustibles poseen hidrge-no entre sus elementos y, como hemos visto, elresultado de su oxidacin es la produccin de agua, enfuncin del estado fsico en que se disperse este aguahacia el exterior de la caldera, como vapor en los gasesde combustin o como lquido una vez cedido su calorlatente de condensacin, podremos hablar de Poder Ca-lorfico Superior (PCS) o Poder Calorfico Inferior (PCI)del combustible. As pues:

Poder Calorfico Superior, PCS, se define cuando elagua proveniente del combustible o formada du-rante la combustin se encuentra en su totalidaden estado lquido en los productos de combustin.Incluye por tanto el calor cedido por la condensa-cin del agua contenida en los productos decombustin, que es de 597,2 kcal/kg (2,50 MJ/kg).

Poder calorfico Inferior, PCI, se define cuandotoda el agua proveniente del combustible o for-mada durante la combustin se encuentracomo vapor en los productos de combustin.

Fundamentos tericos

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C + O2 > CO2 + 32,8 MJ / kgH2 + 1/2 O2 > H2O + 142 MJ / kgS+O2 > SO2 + 165 MJ / kg

No comprende el calor de condensacin, y su valor,lgicamente, es inferior al PCS.

Desde el punto de vista de la combustin, el PCI es elque habitualmente da una idea ms real del proceso decombustin, dado que en la mayora de aplicaciones latemperatura de los humos a la salida de la caldera (th > 100 C) hace que el agua formada en la combustinescape en forma de vapor a la atmsfera. No ocurre ascon las calderas de condensacin, cuya denominacinproviene de hacer enfriar los gases de combustin antesde su expulsin a la atmsfera al objeto de condensar al

vapor de agua y recuperar el calor latente de transforma-cin vapor/lquido.

A continuacin, se indican los valores medios de PCI y PCSde los principales combustibles, queriendo destacar queestos valores pueden variar con la mezcla de componen-tes del combustible que utilicemos en cada momento,dato que puede ser facilitado por el proveedor del mismo.La observacin de los valores de las tablas siguientesnos permite apreciar dos aspectos que se han comen-tando sobre las propiedades de los combustibles:

Gua tcnica


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COMBUSTIBLES SLIDOS

Densidad PCI PCSkg/m3 kcal/kg kWh/kg te/kg MJ/kg MJ/kg

Antracita 875(1) 8.194 9,53 8,19 34,30 34,70

Madera seca s.d 4.539 5,28 4,54 19,00 s.d

Madera hmeda s.d 3.440 4,00 3,44 14,40 s.d

(1) Carbn desmenuzado

COMBUSTIBLES LQUIDOS

Densidad PCI PCSkg/m3 kcal/kg kWh/kg te/kg MJ/kg MJ/kg

GLP Propano 506(1) 11.073 12,88 11,07 46,35 50,45

GLP Butano 580(1) 10.939 12,72 10,94 45,79 49,68

Queroseno 780 10.368 12,06 10,37 43,40 46,50

Gasleo C 850 10.099 11,74 10,10 42,28 43,12

Fuelleo n 1 944 9.699 11,28 9,70 40,60 42,70

(1) Densidad en estado lquido a 20 C

COMBUSTIBLES GASEOSOS

Densidad PCI PCSRELATIVA(1) kcal/m3 kWh/m3 te/m3 MJ/m3 MJ/m3

Gas natural 0,63(2) 9.228 10,73 9,23 38,63 42,92

Gas ciudad 0,65 4.037 4,69 4,04 16,90 18,20

Propano 1,85(3) 20.484 23,8 20,5 85,7 93,3

Butano 2,41(3) 26.253 30,5 26,3 109,9 119,2

(1) Densidad relativa en funcin de la del aire. Para obtener la densidad real multiplicar por 1,29 kg/m3 en condicionesnormales, o por 1,19 kg/m3 a 20 C

(2) Variable para cada yacimiento, entre 0,58 y 0,66 en condiciones normales(3) Densidad relativa a 20 C

A medida que la estructura molecular es mscompleja aparecen cadenas alifticas con doblesy triples enlaces e, incluso, cadenas aromticas,lo que representa tener mayor contenido de car-bono en detrimento del hidrgeno. Eso setraduce, por un lado, en una mayor densidad delcombustible y, por otro, en un menor poder calo-rfico por unidad de peso. (Vimos que elhidrgeno, ms ligero, genera ms calor en suoxidacin que el carbono).

Esta misma cualidad hace que la relacinPCS/PCI vaya disminuyendo cuando la estructurava siendo ms compleja (menos hidrgeno > me-nos agua > menor PCS), lo cual nos va a permitirpredefinir qu tipo de combustible tiene ms op-ciones de rentabilidad energtica y econmica enla condensacin de los gases de combustin: elgas natural.

2.3 EL AIRE COMO COMBURENTE

El oxgeno necesario para la combustin se obtiene nor-malmente del aire, que es una mezcla de oxgeno,nitrgeno y pequeas cantidades de otros componentes.A efectos de clculo de los procesos de combustin essuficiente considerar que la composicin del aire seco es,en volumen, de un 20,95% de oxgeno y un 79,05% deinertes (nitrgeno, argn, etc.) y expresado en peso, deun 23,15% de oxgeno y un 76,85% de inertes.

Vemos que:

Con esta relacin, por cada unidad de oxgeno que hayaque suministrar a la combustin se necesitarn100/20,95 = 4,77 unidades de aire en volumen, o100/23,15 = 4,32 unidades de aire en peso.

Se considera que el nitrgeno no tiene reacciones du-rante el proceso de combustin: es inerte. Sin embargo,este elemento sometido a temperaturas por encima de1.000 C, como ocurre en algunas cmaras de combus-tin, reacciona con el oxgeno formando pequeascantidades de xidos de nitrgeno NOx.

A la presin atmosfrica (1 bar 101.325 kPa a nivel delmar) y a la temperatura de 273 K (0 C) una masa de 1kgmol de un gas ocupa 22,41 m3, de acuerdo con la ecua-cin de los gases perfectos. La variacin de temperaturahace que este volumen vare, de acuerdo a la mismaecuacin (V=22,41T/273), hacia los siguientes valores:

Temperatura 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C 25 C

Volumen m3 22,41 22,81 23,22 23,63 24,04 24,45

La cantidad exacta de aire que hace falta para conseguir unacombustin completa se denomina aire estequiomtrico.

Retomando las frmulas de las reacciones de combus-tin expuestas anteriormente:

Fundamentos tericos

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1 mol de C reacciona con 1 mol de O2 para producir 1 mol de CO21 mol de H2 reacciona con 1/2 mol de O2 para producir 1 mol de HO21 mol de S reacciona con 1 mol de O2 para producir 1 mol de SO2

Conociendo que el peso molecular del carbono es 12 g/mol,del oxgeno es 32 g/mol,del hidrgeno es 2 g/mol ydel azufre es 32 g/mol,

podemos establecer los siguientes valores de combustin:

12 kg de C reaccionan con 32 kg de O2 y producirn 44 kg de CO22 kg de H2 reaccionan con 16 kg de O2 y producirn 18 kg de HO2

32 kg de S reaccionan 32 kg de O2 y producirn 64 kg de SO2

C + O2 > CO2 + 32,8 MJ / kgH2 + 1/2 O2 > H2O + 142 MJ / kgS+O2 > SO2 + 165 MJ / kg

De esta forma podemos conocer:

1 Cunto oxgeno se necesita para que se desarrolleuna combustin completa, que lo podremos conver-tir en unidades de aire con las proporcionesanteriores.

2 La cuanta de los productos de la combustin, comosuma de la cuanta de los elementos que participande forma proporcionada en la reaccin. Esta es la for-ma de determinar, por ejemplo, el impacto en CO2 deuna combustin en la atmsfera. Para este caso decombustin completa, por cada kg de carbono quecontenga un combustible se emitirn a la atmsfera44/12 = 3,67 kg de CO2.

Los clculos de combustin para combustibles slidos ylquidos suelen hacerse empleando las masas, mientrasque para los combustibles gaseosos se suelen emplearlos volmenes.

Los requerimientos de oxgeno y aire en rgimen de com-bustin estequiomtrica para algunos combustibleselementales son los que se relacionan en la siguiente tabla:

En la realidad, si slo se suministra el aire terico, la re-accin no se lleva a cabo completamente por falta detiempo para que se produzca toda la reaccin dentro dela cmara de combustin, dando origen a reacciones in-completas. Pensemos que el combustible que seintroduce en una caldera primero debe romperse mole-cularmente (romper los enlaces entre sus distintostomos) hasta liberar sus elementos en radicales que

puedan, acto seguido, reaccionar con el oxgeno. Estaprimera accin de rotura de enlaces moleculares no slonecesita energa (por eso se suele precisar una llama ini-cial) sino tiempo, lo que justifica la dificultad de quemarplenamente un fuelleo (cadenas aromticas) frente algas natural (la ms simple cadena aliftica).

Entre las reacciones incompletas, la ms importante esla formacin de monxido de carbono:

C + 1/2 O2 > CO + 9,3 MJ/kg

En este caso, parte de la energa calorfica de la combustin delcarbono no se desprende y escapa en forma de monxido decarbono, lo que representa no slo un riesgo txico sino undespilfarro energtico, como se puede observar comparandoel calor de oxidacin de esta reaccin con la del CO2.

Segn sto, se entiende como combustin incompletaaquella en que algn componente del combustible no hallegado al grado de oxidacin mximo y no se obtiene latotalidad del poder calorfico disponible en el combusti-ble. Estos productos que no alcanzan el grado mximode combustin se denominan inquemados.

Por tanto, resulta necesario proporcionar un excesode aire al combustible para aumentar la posibilidadde que reaccione rpida y totalmente dentro de la c-mara de combustin, antes de que alcance zonasms fras de la caldera donde no se completara lacombustin. El aire estequiomtrico, ms el excesode aire, se denomina aire total, o aire real, de la com-bustin.

Gua tcnica


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Relaciones estequiomtricas

Sustancia Reaccin en peso(1) en volumen(2)

oxgeno aire oxgeno aire

Carbono C + 0,5 O2 > CO 1,33 5,75 -(3)- -(3)-

Carbono C + O2 > CO2 2,66 11,51 -(3)- -(3)-

Hidrgeno H2 + 0,5 O2 > H2O 7,94 34,30 0,50 2,39

Metano CH4 + 2 O2 > CO2 + 2 H2O 3,99 17,24 2,00 9,57

Etano C2H6 + 3,5 O2 > 2 CO2 + 3 H2O 3,72 16,07 3,50 16,75

Propano C3H8 + 5 O2 > 3 CO2 + 4 H2O 3,63 15,68 5,00 23,95

Butano C4H10 + 6,5 O2 > 4 CO2 + 5 H2O 3,58 15,46 6,50 31,14

Acetileno C2H2 + 2,5 O2 > 2 CO2 + H2O 3,07 13,26 2,50 11,96

Azufre S + O2 > SO2 1,00 4,32 -(3)- -(3)-

Azufre S + 1,5 O2 > SO3 1,50 6,48 -(3)- -(3)-

(1) kg de comburente por kg de combustible(2) m3 de comburente por m3 de combustible(3) El combustible est en estado slido en las condiciones consideradas

A la relacin entre el aire realmente usado en la combus-tin y el aire terico correspondiente al combustible sellama ndice o coeficiente de exceso de aire, y se repre-senta por n.

El ndice de exceso de aire puede expresarse tambin enforma porcentual, as un valor de n= 1,2 representa tam-bin un exceso de aire del 20%.

La necesidad de aportar exceso de aire a la combustinsignifica que parte del oxgeno introducido no encontra-r carbono u otros elementos para reaccionar yabandonar la caldera junto con los gases de la combus-tin. La cantidad de oxgeno contenido en los gases dela combustin es un indicador de la cantidad de excesode aire empleado.

El rendimiento de la combustin en cada caldera tieneun punto ptimo de exceso de aire. Si a partir de esepunto se reduce el exceso de aire, el rendimiento de lacombustin ser menor al no lograr oxidarse totalmentelos componentes del combustible, originando inquema-dos como el monxido de carbono (CO). Si, por elcontrario, aumentamos el exceso de aire por encima desu valor ptimo, el rendimiento tambin disminuir, yaque una parte del calor liberado en la combustin sedestinar a calentar la mayor cantidad de aire introduci-do y desalojado al exterior por el conducto deevacuacin o la chimenea.

Vemos pues que el exceso de aire no es funcin de lacomposicin molecular del combustible sino de la calde-ra (que define el espacio disponible para que sedesarrolle la reaccin de combustin), del quemador(que define la ntima mezcla combustible/comburente yel tiempo de permanencia, por desplazamiento, de lacombustin en la caldera) e, incluso, de las condicionesambientales y de temperatura de alimentacin del com-bustible. Por todo ello, un mismo combustible tendrvalores de ndice de exceso de aire distintos en distintascalderas, lo que hace que no se pueda establecer a prio-ri un ajuste original del comburente y universalizar estevalor para cada combustible. Ello justifica y obliga a quedesde un punto de vista de la eficiencia energtica sehaga necesario analizar la composicin de los gases yajustar cada instalacin a sus condiciones particulares.

2.4 ESTUDIO DE LA COMBUSTIN A PARTIR DELANLISIS DE LOS GASES

Hemos visto anteriormente que conocida la composicindel combustible es fcil determinar, partiendo de las reac-ciones bsicas, la composicin en masa o en volumen delos productos de la combustin estequiomtrica. Una vezconocidos stos, bastar relacionarlos con la masa o elvolumen total de los gases de combustin para conocer elexceso de aire con que se est llevando a cabo la misma.

Hemos visto que un combustible por lo general contienecarbono, hidrgeno y azufre, pero adems suele llevartambin oxgeno entre los elementos de su estructura

naire real

aire te rico1= >

Fundamentos tericos

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molecular (por ejemplo, enlaces de grupos alcohlicos -OH, o carbonilos = O). Se puede determinar el oxgenonecesario en una combustin estequiomtrica balance-ando las reacciones ya expuestas anteriormente, dondeahora debemos tomar en consideracin y restar este ox-geno presente en la materia del combustible y que, unavez liberado como radical, participar tambin de la oxi-dacin de los otros tomos.

As, conocida la composicin en peso del combustible,tendremos:

La determinacin de la cuanta de los productos conteni-dos en los gases de la combustin es similar a partir de lareaccin cuantitativa de cada componente del combusti-ble, pudindolos determinar bien en masa o en volumen:

De igual forma obtenemos los dems componentes:

Masa de SO2 MSO2 = (64/32) = 2 S

Volumen de SO2 VSO2 = (22,4/32) = 0,7 S

Masa de N2 MN2 = N

Volumen de N2 MN2 = (22,4/28) = 0,8 N

La masa total de gases secos producidos en la combus-tin estequiomtrica ser la suma de los distintosproductos de la combustin ms la porcin de aire yaexenta de oxgeno que no ha reaccionado, es decir, el ni-trgeno contenido en el aire que se introdujo en lacaldera, cuya relacin en peso con el oxgeno consumi-do es 76,85/23,15 = 3,32, por todo lo cual:

Mgc = 3,67C+2S+N+3,3232(C/12+H/4+S/32-O/32)kg/kg combustible

Por su parte, el volumen total de gases secos produci-dos en la combustin estequiomtrica ser, sabiendoque la relacin en volumen del nitrgeno sobre el oxge-no es 79,05/20,95 = 3,77 y con el mismo razonamiento:

Vgc=1,86C+0,7S+0,8N+3,7722,4(C/12+H/4+S/32-O/32)Nm3/kg combustible

Hemos visto que a partir de la composicin del combustiblepodemos determinar la masa y el volumen del aire seco ne-cesario para una combustin estequiomtrica, y la masa y

el volumen de los gases secos producidos en la misma.Ahora la determinacin del exceso de aire se puede obte-ner a partir de la medicin del peso real de los gases decombustin o de su volumen real por unidad de combusti-ble, empleado de acuerdo con las siguientes expresiones:

Mgcr = Mgc + Mas (n-1)

Vgcr = Vgc + Vas (n-1)

2.5 INQUEMADOS

Cuando las reacciones de combustin no se realizancompletamente, en los gases de combustin aparecensustancias tales como carbono (holln), monxido decarbono e hidrocarburos. Se les denomina inquemados,tal y como se ha visto anteriormente, puesto que proce-den de la combustin incompleta del combustible.Pueden ser de dos tipos: slidos o gaseosos.

Inquemados slidos

Los inquemados slidos slo se producen a partir de combus-tibles slidos o lquidos. Estn formados mayoritariamentepor partculas de carbono e hidrocarburos fraccionados.

La formacin de inquemados puede deberse a dos cau-sas fundamentales:

Volumen de CO22 4 Nm de CO

12 kg de C1 87 C Nm kg2

32 3

= =

,, /

Masa de CO44 kg de CO

12 kg de C3 67 C kg kg2

2= = , /

Gua tcnica


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Combustin estequiomtrica

Masa de oxgeno necesaria MO2 = 32 (C/12 + H/4 + S/32 - O/32) kg/kg combustible

Masa de aire seco necesario Mas = 32 4,32 (C/12 + H/4 + S/32 - O/32) kg/kg combustible

Volumen de aire seco necesario Vas = 22,4 4,77 (C/12 + H/4 + S/32 - O/32) Nm3/kg combustible

Masa de aire hmedo necesario Mah = Mas + Mas w kg/kg combustibledonde w = humedad especfica del aire en kg/kg as

Volumen de aire hmedo necesario Vah = Vas + 1,244 Mas w Nm3/kg combustible(18 kg de H2O ocupan 22,4 Nm3, dado que 1 mol ocupa 22,4 litros)

1 Mal funcionamiento del quemador, lo cual se tra-duce en:

No se consigue la adecuada uniformidad de lamezcla del combustible y el aire.

No se atomiza el combustible lo suficiente.

La viscosidad del combustible lquido es incorrecta.

La intensidad de fuego y las dimensiones de la lla-ma no son adecuadas a la cmara de combustin.

2 Aire de combustin insuficiente, debido a lo cual nose puede completar la reaccin de combustin.

Los inquemados slidos son visualmente apreciablespor el ensuciamiento de los conductos de humo (holln)y la aparicin de humos oscuros en la chimenea. Su apa-ricin produce dos efectos perjudiciales:

Representa una prdida de potencia calorficadel combustible, ya que en la combustin com-pleta del carbono se producen 32 MJ/kg y si laoperacin es parcial o no se lleva a cabo no seobtienen.

Las partculas slidas en forma de holln se irndepositando en las superficies de intercambio dela caldera, dificultando la transmisin de calor delos gases al agua, lo que provocar un aumento delas prdidas de calor por aumento de la tempera-tura de los gases en el conducto de evacuacin ychimenea.

Inquemados gaseosos

Estn formados por CO e hidrocarburos ligeros. Las cau-sas de su formacin suelen ser:

Insuficiente aire de combustin.

Mal funcionamiento del quemador.

Quemador inadecuado.

Cuando el combustible es un gas, su combustin incom-pleta puede producir elevadas concentraciones de CO yotros hidrocarburos, siendo el CO el mejor indicador dela mala combustin. Los hidrocarburos ligeros, princi-palmente metano, a partir de concentraciones elevadaspueden provocar explosiones en el conducto de evacua-cin o en la chimenea por inflamacin espontnea, locual resulta peligroso.

2.6 FORMACIN DE CONTAMINANTES

Con independencia de los inquemados generadospor reacciones incompletas, los procesos de com-bustin dan lugar, inevitablemente, a la inmisin enla atmsfera de sustancias que modifican la compo-sicin del aire y que tienen un poder contaminantesobre el mismo aire, la tierra y el agua, y constituyen,con mucho, la ms importante fuente de contamina-cin del aire.

Las materias contaminantes procedentes de un procesode combustin pueden clasificarse en tres grupos:

a) Productos derivados de una combustin incom-pleta, vistos anteriormente.

b) xidos de nitrgeno, generalmente agrupadosbajo la denominacin NOx, siendo los ms impor-tantes NO y NO2.

c) Emisiones debidas a contaminantes contenidosen los combustibles, como xidos de azufre,SO2 y SO3, cenizas y trazas de sustancias met-licas varias.

En esta clasificacin no se incluye al dixido de carbonoCO2 y el vapor de agua H2O como contaminantes, porcuanto su produccin es inherente al proceso de com-bustin, lo que no implica dejar de considerar suelevado potencial como gases de efecto invernadero ysus consecuencias.

La naturaleza y concentracin de estas sustancias con-taminantes dependen:

Del tipo de combustible (composicin molecular).

Del modo en que tiene lugar la combustin, esdecir, del tipo de caldera y quemador empleados.

Del mantenimiento y puesta a punto de la insta-lacin.

Por todo ello, la combustin es un proceso que impactaen el ambiente dandolo de un modo u otro, de aqu laimportancia de mejorar la eficiencia global en el aprove-chamiento del calor contenido en el combustiblediseando sistemas capaces de aprovechar adecuada-mente este calor y mejorando el rendimiento delproceso de combustin.

Veamos la formacin y consecuencias de estas sus-tancias.

Fundamentos tericos

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2.6.1 Hollines

Los hollines estn formados por inquemados slidos ycenizas impregnados de xidos de nitrgeno, SO2, SO3,CO y CO2.

Al quemar combustibles slidos y lquidos siempreaparecen partculas slidas originadas por la cenizadel combustible y por partculas de carbono que hanabandonado la cmara de combustin sin quemarsetotalmente.

El holln ir depositndose en la superficie de inter-cambio de la caldera, dificultando la transmisin decalor de los gases al agua, lo que se traducir en unaumento de temperatura de los humos y, por ello, enun menor rendimiento de la caldera.

Cuando el combustible contiene azufre existe el riesgode que los hollines se impregnen con los xidos de azu-fre en su fase de transicin hacia el cido sulfrico,acelerando la corrosin de las superficies metlicas dela caldera y conductos de humos.

2.6.2 Monxido de carbono

El monxido de carbono CO es un gas:

Muy txico, porque impide la oxigenacin de lasangre por la hemoglobina.

Muy peligroso, porque es inodoro y no percibimosque lo estamos respirando.

Es molecularmente inestable y en el aire se transformaen dixido de carbono CO2.

Su presencia en los productos de la combustin esprcticamente nula cuando la combustin tiene lugarcon exceso de aire. Cantidades importantes de COpueden formarse solamente en caso de combustincon defecto de aire, de ah la importantsima necesi-dad de que las calderas atmosfricas se instalensiempre en zonas exteriores o en locales especficospara ello, de manera que se pueda garantizar la pre-sencia permanente del suficiente caudal de aire en elambiente donde se encuentren instaladas medianterejillas, ventanucos o respiraderos de aire de seccinsuficiente.

El CO no tiene efectos dainos sobre los vegetales nisobre los materiales de construccin. Los efectos

biolgicos del CO se deben a su gran afinidad con lahemoglobina, que combinada con el CO (carbxihe-moglobina) no puede cumplir con su funcin detransportar oxgeno. La concentracin de carbxihe-moglobina en la sangre depende de la concentracinde CO en el aire y del tiempo de exposicin, siendouna de sus inmediatas consecuencias el desvaneci-miento por la prdida del conocimiento, lo quepropicia la facilidad de envenenarse con ese gas alquedar inermes en su presencia. Afortunadamente,el proceso es totalmente reversible si la persona con-sigue salir de esa atmsfera contaminada.

Por otro lado, ya se ha justificado el despilfarro energ-tico que representa la produccin de CO por laimportante fraccin de energa no liberada y que se pier-de en la combustin.

2.6.3 SO2 y punto de roco cido

El azufre presente en el combustible se oxida en la com-bustin segn la reaccin:

S + O2 > SO2

En presencia de oxgeno y a alta temperatura, el SO2 si-gue reaccionando:

SO2 + 1/2 O2 SO3

El trixido de azufre reacciona a su vez con el vapor deagua formado en la combustin, cuya mezcla gaseosa,cuando se enfra por debajo de su punto de roco (puntode roco cido), se condensa a cido sulfrico dando lu-gar a la corrosin acelerada de las superficies ms frasde la caldera.

El conocimiento del punto de roco de los productos dela combustin es muy importante. En las calderas es-tndar y en las de baja temperatura, as como en losconductos de humos, se persigue evitar la condensa-cin del vapor de agua por los daos que puedeprovocar. Por el contrario, en las calderas de condensa-cin se recupera una parte importante de la diferenciaentre PCS y PCI del combustible, condensando una par-te del vapor de agua con el fin de aumentar elrendimiento de la caldera.

El vapor de agua en los humos empieza a condensar a latemperatura de roco de la mezcla de gases, la cual de-pende de su presin parcial, que a su vez depende delcontenido de vapor de agua en su mezcla.

Gua tcnica


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La ley de DALTON establece que cada componente deuna mezcla de gases tiene una presin parcial que esproporcional al volumen ocupado por el mismo. Si, porejemplo, se considera una mezcla de gases de combus-tin a la presin atmosfrica (101.325 Pa) con el 15% envolumen de vapor de agua, la presin parcial de ste enla mezcla ser:

0,15 101.325 = 15.199 Pa

La temperatura de vaporizacin/condensacin del va-por de agua a esa presin es de 54,3 C, y por tanto, ypara este ejemplo, sta es tambin la temperatura decondensacin de la mezcla de los gases, o temperaturade roco.

Se indican a continuacin valores redondeados de lastemperaturas de los puntos de roco de dos combusti-bles comerciales, y en funcin del exceso de aire:

Exceso de aire %

0 25 50 75 100

Gasleo 50 C 47 C 44 C 41 C 39 C

Gas natural 60 C 56 C 53 C 50 C 48 C

Se aprecia que, por un lado, la temperatura de puntode roco crece cuando el combustible va siendo msligero (con mayor contenido de H2 > mayor concentra-cin de vapor de agua) pero, por otro, disminuye conel aumento del exceso de aire (menor concentracinde vapor de agua en los gases resultantes por el in-cremento de aire).

La forma de evitar los efectos nocivos (corrosivos) sobrelas paredes de los tubos y otras superficies de la calde-ra, y descartada la opcin de elevar el exceso de airepara reducir la temperatura de roco por razones obviasde eficiencia energtica, es la de mantener la temperatu-ra del agua de retorno por encima de un cierto valormnimo, que depende del tipo de combustible.

Sin embargo, en las calderas de baja temperatura eltema se ha resuelto con el diseo especfico de las su-perficies de intercambio trmico entre humos y el aguapara soslayar este fenmeno de la condensacin, y enlas calderas de condensacin este fenmeno se persi-gue y provoca dentro de la caldera, lo que hace que sussuperficies de intercambio deban estar construidas conmateriales resistentes a la corrosin.

2.6.4 xidos de nitrgeno

La formacin de los xidos de nitrgeno NOx, obtenidospor la combinacin de los compuestos presentes en elaire (20,99% de oxgeno y 78,03% de nitrgeno en volu-men), es una funcin exponencial de la temperatura quese alcanza en la cmara de combustin, del tiempo depermanencia de los humos en esa zona y del porcentajede oxgeno presente en la misma.

El NO2 es el representante ms significativo de todos losxidos de nitrgeno, en cuanto que los otros (NO, N2O,N2O3, N2O4 y N2O5) tienden a transformarse en el prime-ro por reacciones qumicas que tienen lugar en laatmsfera y por accin principal del ozono.

No obstante, la contribucin de las instalaciones trmicasa la formacin del NOx global atmosfrico es muy inferiora la que se atribuye al trfico y a procesos industriales.

Sus efectos para la salud, a las concentraciones usualespresentes en las ciudades, se limitan a la irritacin delas mucosas. Valores a partir de 50 mg/m3 provocanbronquitis y por encima de 280 mg/m3 neumona. La ab-sorcin de la luz solar por parte del NO2 conduce alenturbiamiento del aire.

La forma de reducir la produccin de NOx en calderas esmediante el empleo de quemadores catalticos y radiantes,que persiguen una mayor combinacin combustible/com-burente, lo que posibilita un menor tiempo de presencia delos productos en la cmara de combustin para obtener unmismo resultado. Para ello existen distintas soluciones,desde quemadores de premezcla que alcanzan esa combi-nacin ntima entre el combustible y el comburentemomentos antes de la combustin, hasta quemadores queevitan o minimizan la formacin de llama en la combustinmediante, por ejemplo, una malla metlica, lo que hace quese libere y emita toda la energa de la reaccin de combus-tin en forma radiante hacia una cmara de combustindiseada especficamente al efecto para aprovechar al m-ximo esta forma de transmisin de calor.

Estas nuevas tcnicas de combustin estn reconocidascon el distintivo ecolgico "ngel Azul" obtenido en f-brica mediante una prueba normalizada sobre la calidadde las emisiones de la combustin, y concebido paradistinguir los productos comerciales con baja incidenciasobre el medio ambiente durante su ciclo de vida. Existedesde hace muchos aos y abarca muchos productos.Cada producto, segn cual sea su categora, tiene la eti-queta con el logotipo de "ngel Azul".

Fundamentos tericos

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2.6.5 Anhdrido carbnico (o dixido de carbono)

El anhdrido carbnico CO2 es el resultado de una com-bustin completa del carbono. Gas ms pesado que elaire, inofensivo salvo que sustituya al mismo en el por-centaje suficiente que pueda producir la asfixia.

Al CO2 se le atribuye gran parte del fenmeno de calen-tamiento de la tierra (efecto invernadero) al igual quehacen el vapor de agua, el ozono, el metano, los xidosde nitrgeno y los derivados halogenados de los hidro-carburos saturados (CFCs, HCFCs y HFCs), al impedir quela radiacin infrarroja emitida por la Tierra durante la no-che atraviese la atmsfera hacia el espacio exterior,impidiendo su enfriamiento.

El incremento de la produccin de CO2 por los distintosprocesos de combustin (edificios, industria, transpor-te, etc.) no ha sido compensado, ni puede compensarse,con una mayor absorcin por la accin cloroflica de lasplantas, o por la disolucin en el agua del mar, lo que haprovocado que en el siglo anterior la concentracin deCO2 en la atmsfera haya aumentado en 100 ppm, pa-sando de un valor de 250 a los actuales 350 ppm.

2.7 ANALIZADORES DE GASES

La forma prctica de conocer y controlar una combustines mediante la utilizacin de analizadores de gases.

Su aplicacin se basa en la toma de una muestra de losgases que discurren por la chimenea o el conducto dehumos, tomada por succin a travs de un orificio prac-ticado en la misma y obteniendo la concentracin de suscomponentes mediante analizadores electrnicos consensores electroqumicos con los que estn equipadosestos analizadores. Adems, estos equipos vienen pro-vistos de una sonda termopar para la toma de latemperatura de los gases, y con un programa en su me-moria que, en funcin del anlisis de los gases, de sutemperatura y de la temperatura ambiente, ofrece enpantalla el rendimiento de la combustin.

Para ello, estos equipos disponen de un conducto de aspi-racin (creada por una micro bomba con la que vanequipados) para la toma de la muestra de gas, y de un pro-grama de clculo en su memoria interna con la composicinde los combustibles ms habituales, por lo que los resulta-dos son inmediatos una vez seleccionado el combustibleadecuado. La pantalla con que vienen equipados estosanalizadores, e incluso su impresora, dar los siguientesresultados (funcin de cada producto comercial):

CO2: % en volumen

O2 : % en volumen

CO: partes por milln, ppm. (p.ej. 2.000 ppm = 0,2%)

Exceso de aire: %

Rendimiento de la combustin: %

La mayora de los analizadores porttiles enfran lamuestra por debajo del punto de roco, lo que hace con-densar el agua formada en la combustin, la cualposteriormente es extrada del equipo de alguna forma(gel de slice, depsito de condensado), por lo que lalectura puede considerarse expresada en funcin de lacomposicin seca de los gases.

Para que la toma de muestras sea representativa se hade cuidar:

Poner la caldera a rgimen en la posicin de mxi-ma potencia y hacerla funcionar en continuo unmnimo de 5 minutos.

Evitar variaciones del quemador.

Seleccionar un punto adecuado para el orificio (cen-trado) e introducir la sonda hasta el punto centralde la seccin de la chimenea (conducto de humos).

Evitar las infiltraciones parsitas de aire (el orificiode toma de muestras estar posiblemente en de-presin).

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Para exponer la forma de determinar el rendimientoenergtico de una caldera recurrimos al smil del inter-cambiador de calor entre dos venas o flujos de materiaque es, en definitiva, este generador de calor:

Una vena la compone el flujo del combustible queintroducimos y reacciona en la cmara de combus-tin de la caldera, produciendo calor, para escaparel resultado de la combustin en forma de humospor la chimenea.

La otra vena la compone el flujo de agua que tran-sita por la caldera, baando y refrigerando el ladoexterior de las superficies de la cmara de combus-tin y de los pasos de humos mediante lacaptacin del calor de la combustin, lo que origi-na su elevacin de temperatura.

El rendimiento energtico de este proceso de intercam-bio ser la relacin entre la cuanta del calor que hacaptado el agua (calor til) respecto al que posea elcombustible utilizado.

Existen dos formas de efectuar el balance energticopara determinar este rendimiento:

1 El mtodo directo que, como su nombre indica, seobtiene por la medicin, por un lado, del calor conte-nido en la vena de agua antes y despus de suentrada en la caldera y, por otro, la determinacin dela energa del combustible, producto de la cuantaempleada por su poder calorfico.

Este es el procedimiento que se utiliza, por ejem-plo, para la determinacin en laboratorio de laacreditacin de rendimiento de las calderas paraser marcadas con la identificacin CE, de acuerdoa la Directiva 92/42/CE relativa a los requisitosmnimos de rendimiento para las calderas nuevas

de agua caliente alimentadas con combustibles l-quidos o gaseosos, transpuesta a nuestro pas porel Real Decreto 275/1995, de 24 de febrero.

La dificultad de su aplicacin prctica en la medi-cin del rendimiento energtico de calderas enservicio estriba en la dificultad de la medicin delcaudal de agua que circula por la caldera. Salvoque la misma tenga instalado un caudalmetro,esta medicin slo podra realizarse, de forma nodestructiva, con equipos de ultrasonidos, de altocoste y difcil utilizacin por cuanto exige aplicarseen tramos rectilneos de tubera desnuda (desmon-tar el aislamiento trmico).

2 El mtodo indirecto que, como su nombre indica, sebasa en razonar que aquel calor que introducimoscon el combustible y no escapa con los humos por elconducto de evacuacin o la chimenea, habr sidocaptado por el agua.

Este es el procedimiento que se utiliza de formaprctica en las calderas no equipadas con calorme-tros en sus circuitos de agua, lo que obliga a efectuarun balance energtico de la energa producida por lacombustin.

Para cualquiera de estos dos procedimientos debemosindicar que los rendimientos obtenidos son referidos alPoder Calorfico Inferior PCI del combustible, a pesar deque en las calderas de condensacin se aprovecha tam-bin parte del calor latente de los humos. Por estarazn, el rendimiento de las calderas de condensacin,definido sobre PCI, puede ser superior a la unidad (o al100%), mientras que sera siempre inferior a la unidad sifuera referido al PCS.

A continuacin se exponen ambos mtodos.

El clculo delrendimiento energtico3

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3.1 DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO POR ELCALOR TIL APORTADO AL AGUA(Mtodo directo)

Este procedimiento exige medir el caudal de agua quecircula por la caldera, y su temperatura a la entrada y ala salida de la misma.

El rendimiento vendr definido por la siguiente ecuacin:

donde:h : Rendimiento (%)m: Caudal de agua en la caldera (kg/s)cp: Calor especfico del agua (kJ/kg C)T= Ts - Te (C)

Ts: Temperatura del agua a la salida de la caldera (C)Te: Temperatura del agua a la entrada de la caldera (C)

F: Consumo de combustible (kg/h)PCI: Poder calorfico inferior del combustible (kJ/kg)

3.2 DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO POR LASPRDIDAS EN CALDERA Y EN GASES DE COM-BUSTIN (Mtodo indirecto)

3.2.1 Prdidas a travs del cuerpo de la caldera

Las prdidas de calor a travs del cuerpo de la calderatienen lugar siempre por conduccin, conveccin y ra-diacin.

Las prdidas por conduccin se producen en los apoyosde la caldera. Normalmente no se toman en considera-cin debido a su escasa entidad.

Las prdidas por conveccin y radiacin se producen atravs de la envolvente de la caldera y dependen de lossiguientes factores:

La temperatura media del agua en la caldera.

La temperatura del aire de la sala de mquinas, encuanto que afecta a las prdidas por conveccin.

La temperatura de los cerramientos de la sala demquinas, que afecta a las prdidas por radiacin.

Las caractersticas de la caldera en lo referente alespesor y conductividad trmica del material ais-lante del cuerpo y la superficie del mismo.

El valor instantneo de estas prdidas se determina porva experimental. A una temperatura constante e igual a80 C, en calderas estndar este valor de prdidas estentre el 1,5 y el 5%, y en calderas de baja temperatura ycondensacin entre un 0,5 y un 2%. En ambos casos eldesplazamiento por el intervalo dado es inversamenteproporcional a la potencia de la caldera, es decir, el va-lor de las prdidas por conveccin y radiacin disminuyeal aumentar la potencia de la caldera.

3.2.2 Prdidas de calor sensible en los humos

Estas prdidas dependen fundamentalmente de los si-guientes factores:

La temperatura de los humos, o mejor dicho, la di-ferencia de temperatura entre la de los humos y ladel aire comburente.

El calor especfico de los humos.

El exceso de aire empleado en la combustin, que semanifiesta en el porcentaje de CO2 en los humos yafecta al caudal msico o volumtrico de los mismos.

Estas prdidas suelen estar comprendidas entre el 6 y el10% de la potencia nominal, incrementndose notable-mente este valor en caso de mantenimiento deficiente.

El clculo de estas prdidas puede efectuarse con unade estas ecuaciones:

o

donde:

Ph : Prdidas en humos (%)m: Caudal msico de los humos (kg/s)v: Volumen msico de los humos (m3/s)cpm: Calor especfico de los humos (kJ/kg C)cpv: Calor especfico de los humos (kJ/m3 C)T= Th - Ta (C)

Th: Temperatura de los humos a la salida de la caldera (C)Ta: Temperatura del aire ambiente de la sala decalderas (C)

F: Consumo de combustible (kg/h)PCI: Poder calorfico inferior del combustible (kJ/kg)

En estas frmulas se ve la importancia que tiene latemperatura de los humos en el valor de las prdidas.Ello justifica que las calderas de baja temperatura y

Pv c T

F PCIhpv

=

P

m c T

F PCIhpm

=

=

m c T

F PCIp

Gua tcnica


22

.

. .

..

.

condensacin mejoren entre un 2 y un 3% el rendimien-to instantneo frente a las estndar por la menortemperatura de salida de sus humos.

A continuacin se reproducen los valores del calor espe-cfico medio de los distintos gases de la combustin adiferentes temperaturas.

Calor especfico de distintos

gases de combustin ( kJ/m3 0C)

Temperatura C O2 CO2 N2 H2O SO2

100 1,2156 1,7376 1,2742 1,5706 1,7414

200 1,2910 1,8389 1,2809 1,5811 1,7849

300 1,3408 1,9139 1,2931 1,5936 1,8276

400 1,3764 1,9741 0,8837 1,6079 1,8695

500 1,4036 2,0256 1,3115 1,6233 1,9101

3.2.3 Prdidas por inquemados

Estas prdidas son debidas fundamentalmente a la pre-sencia de monxido de carbono CO en los gases y en laprctica, si la combustin es correcta, son muy peque-as. Su valor suele estar muy por debajo del 0,5% de lapotencia til de la caldera con combustibles gaseosos.

El clculo se puede llevar a cabo con la ecuacin:

donde:

CO: es el contenido de monxido de carbono, en %PCco: es el poder calorfico del monxido de carbono y

PCI el del combustible (ambos debern estar enlas mismas unidades)

En los combustibles lquidos y slidos la produccin deinquemados suele ser visible por la aparicin de humosnegros. Para estos combustibles tambin es de aplica-cin el mtodo BACHARACH que permite la deteccin delos inquemados slidos: la muestra de gases se hacepasar por un dispositivo donde los inquemados man-chan un patrn cuyo nivel de ennegrecimientocomparado en una escala aporta la cantidad de inque-mados contenidos en los humos. Si bien esteprocedimiento no permite cuantificar energticamentelas prdidas por inquemados, a continuacin se indicauna estimacin obtenida por procedimientos experi-mentales:

ndice de BACHARACH 1 2 3 4 5 6

% de prdidas sobre el combustible

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

Con todo ello, el rendimiento energtico de la calderavendr definido por la expresin:

h = 100 - (Prad+conv + Ph + Pi)

En la prctica, en el sector de la edificacin se suele de-terminar el rendimiento de la combustin en lugar delrendimiento de la caldera, es decir, se obvia en los cl-culos las prdidas por el cuerpo de la caldera (radiaciny conveccin) dada la dificultad de su medicin y la bajaincidencia respecto a los parmetros que interesa con-trolar y que son la cuanta de las distintas materiascontenidas en los humos y su temperatura.

De esta forma, el rendimiento de combustin queda sim-plificado a la expresin:

h = 100 - (Ph + Pi)

COPCIPCco

pi =

El clculo del rendimiento energtico

P

23

Con vistas a la reduccin del consumo de energa y a lalimitacin de las emisiones de dixido de carbono, laDirectiva 2002/91/CE de eficiencia energtica en losedificios solicitaba, en su artculo 8, que los Estadosmiembros tomasen, entre otras, las medidas necesariaspara establecer una inspeccin peridica de las calde-ras que utilicen combustibles no renovables lquidos oslidos y tengan una potencia nominal efectiva com-prendida entre 20 y 100 kW. Dicha inspeccin tambinpodr aplicarse a calderas que utilicen otros combusti-bles. Las calderas con una potencia nominal efectiva dems de 100 kW se inspeccionarn al menos cada dosaos. Para las calderas de gas, este perodo podr am-pliarse a cuatro aos.

Este mandato, desarrollado en el articulado y en la IT 4del RITE, necesita de un procedimiento o protocolo prc-tico que establezca cmo llevar a cabo las labores demedicin del rendimiento de las calderas y de sus emi-siones de CO2, de forma que su resultado tenga lanecesaria y suficiente validez.

Para ello, las inspecciones sern llevadas a cabo bajo lassiguientes condiciones:

4.1 CONDICIONES DE TOMA DE MEDIDAS

Los controles y mediciones de la inspeccin se ini-ciarn transcurrido un periodo mnimo de 5minutos a la puesta en marcha de la caldera.

La toma de muestras de los gases de la combus-tin y la medicin de su temperatura se realizarncon la caldera funcionando a la mxima potencia,asegurndose de que est a rgimen. Para ello, y sifuera necesario, se actuar sobre los termostatosde ambiente y/o temperatura de preparacin de

ACS al objeto de asegurar que la regulacin no cor-tar o modular el quemador durante el perodoque necesitamos para estabilizacin y medida.

Cuando la caldera sea mixta, servicio calefaccin yACS, la puesta a rgimen y la toma de medidas seefectuarn sobre el servicio de mxima potencia(habitualmente en el modo de produccin de aguacaliente sanitaria).

En el momento de realizar los anlisis y las medi-ciones, la temperatura del agua de impulsin de lacaldera estar a un valor medio de 70 C o, en sudefecto, no podr ser inferior en 10 C a la mximaprevista de funcionamiento.

La puerta o las ventanas de la sala de mquinas odel local donde estn instaladas las calderas debe-rn estar cerradas para no modificar las condicionesnormales de ventilacin y del tiro de la chimenea oconducto de humos.

Si hubiera que practicar algn orificio en el conduc-to de evacuacin, ste ser circular y de 9 mm dedimetro. En ese caso, ste debe ser posteriormen-te obturado por medio de un tapn de plsticotermo resistente (al menos hasta 200 C).

En las calderas con quemadores atmosfricos y tironatural, las muestras se tomarn en el conductovertical de evacuacin de los productos de la com-bustin, a 15 cm por encima del cortatiro o collarnde unin de dicho conducto con el aparato.

En las calderas de tipo estanco y de tiro forzado, latoma para los anlisis se realizar en el orificioprevisto por el fabricante en el conducto de eva-cuacin de los productos de la combustin. Si steno existiese, se tomar en el conducto vertical de

Procedimiento deinspeccin de la eficienciaenergtica de una caldera4

25

evacuacin de los productos de la combustin, atravs de un orificio practicado a 15 cm por enci-ma del collarn de unin de dicho conducto con elaparato.

En las calderas con quemadores mecnicos o cal-deras de combustibles slidos, las tomas serealizarn en el conducto de evacuacin de losproductos de la combustin y a una distanciacomprendida entre 0,5 y 1 m despus de la caja dehumos del aparato.

En el caso de calderas con quemadores atmosfri-cos y tiro natural ubicadas en locales de cocinaequipados con campana extractora, la campanadeber estar en funcionamiento durante la toma demuestras.

Se deben evitar las infiltraciones parsitas de airepor el orificio de la toma de muestras al introducirla sonda: el orificio estar posiblemente en depre-sin y la entrada de aire falso podra alterar losresultados de la analtica e incluso el valor de latemperatura de humos.

La sonda debe dejarse en la posicin de medidaal menos 2 minutos, hasta que los valores a mediroscilen muy poco o sean razonablemente esta-bles, en cuyo caso deben registrarse y anotarse.Si los valores estn permanentemente oscilando(caso de aparatos en condiciones menos pti-mas), deben observarse los valores alcanzadosdurante 1 minuto, registrando y anotando, si espreciso, el valor lo ms cercano posible al mximoobservado.

Si la caldera poseyera en su salida de humos un re-cuperador de calor, se tomarn las medidasdespus del mismo.

4.2 EQUIPOS DE MEDIDA

Los equipos destinados a la medicin de los par-metros necesarios para determinar el rendimientode las calderas debern disponer del certificado decalibracin, (con trazabilidad para los analizadoresde gases de combustin), emitido por un laborato-rio certificado o acreditado. En este certificado seharn constar la fecha de emisin y las magnitudespara cuya medicin ha sido calibrado el instrumen-to, no pudiendo la incertidumbre obtenida sersuperior a 10%, ni la validez del periodo de cali-bracin superior a 12 meses.

La informacin mnima que se debe obtener a tra-vs de estos equipos sern los siguientes valores:

CO2: % en volumen O2: % en volumen CO: partes por milln, ppm. Exceso de aire: % Rendimiento de la combustin: % Temperatura de humos y de ambiente

El valor del rendimiento de la caldera tambin po-dr determinarse por el mtodo directo paraaquellas instalaciones equipadas con calormetrosen el circuito de agua de la caldera.

4.3 INTERVALOS DE LOS VALORES ADMISIBLES DELOS NIVELES DE EMISIN

Los intervalos de valores admisibles de los nivelesde emisin de CO2 y CO para los aparatos alimen-tados con gas natural o GLP son los que se indicanen la Tabla I.

TABLA IINTERVALO DE VALORES ADMISIBLES DE CO2

Y CO PARA CALDERAS ALIMENTADAS CONGAS NATURAL O GLP

Potencia nominal til (kW)

Pu 35 35 < Pu 70 Pu > 70

Gas natural, CO2 (%) > 4,5 > 5,5 > 8,0

Gas propano, CO2 (%) > 6,0 > 6,5 > 9,0

CO mximo (p.p.m) 500 500 500

Los intervalos de valores admisibles para los apa-ratos alimentados con combustibles lquidos sernlos que se indican en la Tabla II.

TABLA IIINTERVALO DE VALORES ADMISIBLES DE CO2Y OPACIDAD PARA CALDERAS ALIMENTADAS

CON COMBUSTIBLES LQUIDOS

Potencia nominal til ( kW)

Pu 35 35 < Pu 70 Pu > 70

CO2 (%) 10412 10412 10412,5

Inquemados(Bacharach mximo)

1 1 1

Gua tcnica


26

Los intervalos de valores admisibles para las cal-deras de combustibles slidos sern los que seindican en la Tabla III.

TABLA IIIINTERVALOS DE VALORES ADMISIBLES DE CO2Y OPACIDAD PARA CALDERAS ALIMENTADAS

CON COMBUSTIBLES SLIDOS

Potencia nominal til (kW)

Pu 35 35 < Pu 70 Pu > 70

CO2 (%) 11415

Inquemados(Bacharach mximo)

2

Notas a los valores de las tablas:

1 Los valores estn referidos a composicin seca delos gases.

2 El lmite mximo del contenido de monxido de car-bono CO no diluido en los gases de combustinestablecido en la Tabla I marca el umbral de la nece-sidad de proceder a una limpieza y ajuste de lacaldera, aunque las normas de seguridad permitanllegar a este valor hasta los 1.000 ppm.

3 Se hace hincapi en vigilar que no exista aire falsoque altere las medidas, mxime en instalaciones degas equipadas con calderas con quemadores atmos-fricos. Pasar de un exceso de aire de 1,5 a 3,5 poreste motivo dispara la lectura derivada del CO no di-luido en la misma proporcin en analizadores quederivan este valor de la medicin del O2.

4 Como se expuso en el captulo anterior, el rendimien-to energtico aumenta al disminuir el exceso de aire

y aumenta la concentracin de CO2 hasta el valor este-quiomtrico. Los valores de partida indicados en la tablapara la concentracin de CO2 debe interpretarse comovalor prctico para obtener un mnimo exceso de aireque evite la formacin de CO y otros inquemados. Noobstante, este valor podr ser superado si la calidad dela combustin se mantiene.

4.4 DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO ENERG-TICO DE LA CALDERA

Las calderas de agua caliente alimentadas por com-bustibles lquidos y gaseosos que se hubieseninstalado con una fecha posterior al 31 de diciembrede 1997 debern poseer como mnimo, a potencianominal, un valor de rendimiento no inferior en 2unidades al determinado en la puesta en servicio,que a su vez no deber haber sido inferior en 5 uni-dades al establecido por la siguiente expresin:

h = a + b log Pn (%)

donde log es el logaritmo en base 10 de la potencia no-minal de la caldera, expresada en kW y los coeficientesa y b, funcin de la temperatura media del agua, sonlos de la siguiente tabla:

Tipo de caldera Tm CoeficientesC a b

Estndar 70 84,0 2,0

Baja temperatura 70 87,5 1,5

Condensacin 70 91,0 1,0

A modo de ejemplo, se indican los valores de rendi-miento mnimo exigibles a los distintos tipos decalderas, segn su potencia en la puesta en servicio(expresados en %):

Procedimiento de inspeccin de la eficiencia energtica de una caldera

27

Tipo de caldera Potencia nominal til (kW)20 50 100 200 300 400

Estndar (%) 81,6 82,4 83,0 83,6 84,0 84,2

Baja temperatura (%) 84,5 85,0 85,5 86,0 86,2 86,4

Condensacin (%) 87,3 87,7 88,0 88,3 88,5 88,6

El rendimiento mnimo de las calderas de combustibles lquidos y gaseosos instaladas con fecha anterior al 31 de di-ciembre de 1997, y de las calderas de combustibles slidos instaladas en cualquier fecha ser el indicado en su placao en su documentacin tcnica. En caso de no existir esta informacin, el rendimiento ser el resultante de ajustar losvalores de los componentes de la combustin a los valores indicados en las tablas I, II o III del anterior apartado 4.3.

4.5 MANTENIMIENTO

Las instalaciones de calefaccin y preparacin de aguacaliente sanitaria contarn con el servicio de Manteni-miento en las condiciones que fija el RITE.

Los Partes o el Libro de Mantenimiento descritos en elRITE estarn a disposicin de los Inspectores, que com-probarn que el mantenimiento realizado cumple conlos mnimos exigidos en dicho Reglamento.

En caso de incumplimiento, el Titular deber tomar lasmedidas correctoras para que se cumplan los requisitosmnimos exigidos en el plazo mximo de seis meses apartir de la fecha de Inspeccin.

4.6 ACTA

Los resultados de una Inspeccin debern plasmarse enun Acta que deber emitir la empresa o agente acredita-do que la haya realizado.

El Acta de la inspeccin deber contener, como mnimo,los siguientes datos:

Titular de la instalacin.

Emplazamiento de la instalacin.

Marca, modelo, nmero de fabricacin y potencianominal til instalada (en kW).

Combustible que est consumiendo.

En instalaciones con potencia nominal til instaladamayor de 70 kW, nombre del titular del mantenimien-to y fecha de la ltima revisin realizada sobre losparmetros de funcionamiento del grupo trmico.

En caso de quemadores no integrados, marca ymodelo del quemador.

Valor medio de las medidas efectuadas.

Fecha de la inspeccin.

Persona que, en representacin del titular de lainstalacin, ha presenciado la inspeccin.

Sello y firma la empresa o agente acreditado queha realizado la inspeccin.

De dicha Acta de la inspeccin se expedirn, como mni-mo, tres ejemplares: un primero para el titular de lainstalacin; un segundo para el organismo territorial com-petente de la Comunidad Autnoma correspondiente, quele ser remitido por la empresa o agente acreditado; y untercero para la propia empresa o agente acreditado quehaya realizado la inspeccin.

El Acta se emitir en hojas de tamao UNE A-4, debien-do contener todos los datos del presente apartado enuna sola de sus caras y debindose reservar el espacioinferior de la misma para la anotacin de las observacio-nes oportunas y la firma del titular de la instalacin o elnombre y firma de su representante.

Gua tcnica


28

El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios(RITE), recogiendo el mandato de la Directiva Europea2002/91/CE de 16 de diciembre de 2002 relativa a la efi-ciencia energtica de los edificios, establece entre unode sus objetivos la evaluacin del estado de aquellasinstalaciones de generacin de calor equipadas con cal-deras de ms de 15 aos de antigedad.

En su IT 4.2.3, el RITE establece que esta inspeccincomprender como mnimo las siguientes actuaciones:

a) Inspeccin de todo el sistema relacionado con la exi-gencia de eficiencia energtica regulada en la IT.1 deeste RITE.

b) Inspeccin del registro oficial de las operaciones demantenimiento que se establecen en la IT.3, para lainstalacin trmica completa y comprobacin delcumplimiento y la adecuacin del Manual de Uso yMantenimiento a la instalacin existente.

c) Elaboracin de un dictamen con el fin de asesorar altitular de la instalacin, proponindole mejoras omodificaciones de su instalacin, para mejorar sueficiencia energtica y contemplar la incorporacinde energa solar. Las medidas tcnicas estarn justi-ficadas en base a su rentabilidad energtica,medioambiental y econmica.

La IT 1 del RITE regula la adopcin de un conjunto de so-luciones sobre cada sistema o subsistema de lainstalacin trmica cuyo cumplimiento asegurar, deforma indirecta, la superacin de exigencia de eficienciaenergtica.

Nos encontramos as con la necesidad de efectuar una ins-peccin sobre todo el conjunto de la instalacin trmica

cuando sus calderas alcancen los 15 aos de antigedad,y cuyo procedimiento de actuacin debe supervisar el sufi-ciente conjunto de equipos y sistemas o subsistemas de lainstalacin cuyo resultado, en trminos Cumple o NoCumple, debe dar lugar a un acta de cumplimiento o a undictamen que informe al titular de la instalacin sobre lasmodificaciones que debera efectuar en la misma para me-jorar su eficiencia energtica.

En este captulo se desarrolla el procedimiento para darrespuesta a este requisito, junto con el procedimientopara la determinacin del consumo especfico de com-bustible de la instalacin de calefaccin y de ACS, datoque aportar al usuario de la instalacin una visin entrminos energticos del uso que realiza sobre la insta-lacin y de la eficiencia energtica de la misma.

Estos valores del consumo de combustible para el servi-cio de calefaccin y de ACS se limitan a unas cifrasobtenidas experimentalmente y cuyo traspaso puederesponder no slo a una baja eficiencia energtica de lainstalacin sino a unas condiciones de funcionamientopor parte de los usuarios en (horarios, temperaturas, uotras) superiores a los estndares medios. Al margen dela informacin al usuario, la obtencin de estos valorespermitir a las distintas administraciones pblicas cono-cer los vectores del consumo de energa para poderestablecer sus distintos programas de actuacin en laconservacin del medio ambiente.

Efectuada la Inspeccin nica para instalaciones de ge-neracin de calor equipadas con calderas de ms de 15aos de antigedad, este ratio del consumo de combus-tible de la instalacin ser recalculado en cadaInspeccin Peridica, pasando los resultados y la evolu-cin de este valor a formar parte de la documentacintcnica de la instalacin.

Inspeccin de la eficienciaenergtica de instalaciones

de generacin de calorequipadas con calderas de

ms de 15 aos de antigedad

5

29

5.1 CONSUMO DE COMBUSTIBLE EN CALEFACCIN

El consumo especfico del combustible destinado al ser-vicio de calefaccin de los edificios se calcular segn lasiguiente expresin:

donde:

Ec = Energa nominal consumida durante el perodo anali-zado, calculada en base al PCI del combustible (kWh)

Sc = Superficie til calefactada (m2)n = Perodo analizado (aos)

Determinacin de la energa nominal consumida (Ec)

La energa nominal consumida se calcular en funcinde los consumos de combustible, acreditados por el ti-tular de la instalacin por medio de los registroshistricos de consumo que le son facilitadas por lascompaas suministradoras de energa conjuntamentecon las facturas energticas.

En las instalaciones que tengan la obligacin de contarcon un servicio de mantenimiento, la empresa mantene-dora llevar un registro en el que se realice elseguimiento de la energa nominal consumida.

Asimismo, la compaa suministradora de energa infor-mar a la empresa o agente acreditado para efectuar lainspeccin, de los suministros de energa nominal sumi-nistrada a cada instalacin.

Las empresas de inspeccin cotejarn los datos mencionadosen los prrafos anteriores, determinando el dato de energanominal consumida en el perodo entre Inspecciones.

Una vez conocido el combustible consumido, se calcula-r la energa en base a su PCI, dato que deber seraportado por la compaa suministradora de energa enlas correspondientes facturas de suministro.

En cada nueva Inspeccin Peridica de eficiencia ener-gtica de la caldera se deber determinar la energanominal consumida en ese periodo de tiempo.

Determinacin de la superficie til calefactada (Sc)

Se considerar como superficie til calefactada la super-ficie de los locales del edificio o de la vivienda queposean servicio de calefaccin, es decir, no tomando enconsideracin dependencias no calefactadas tales comogarajes, trasteros, etc.

Se considerar como superficie calefactada las cocinas,aseos y pasillos, aunque en la prctica no dispusierande emisores de calor.

El valor de la superficie til calefactada ser determina-do en esta inspeccin general de la instalacin trmica.

Cuando existan reformas del edificio o de la viviendaque afecte a la superficie calefactada, el valor de su nue-va superficie deber ser corregido en la siguienteInspeccin Peridica correspondiente.

Consumo de combustible

El ratio del consumo de combustible anual por superfi-cie calefactada (Re) no podr ser superior a los valoresindicados en la siguiente tabla, en funcin de la zona cli-mtica que corresponda a la localidad del edificio ovivienda y que se relacionan en el Apndice I:

Zona climtica A B C D E

Consumo de combustible 39,6 79,2 125,4 171,6 211,2de calefaccin (kWh/m2 ao)

En caso de incumplimiento, el Titular deber poner en prcticalas recomendaciones indicadas en el Apndice II.

5.2 CONSUMO DE COMBUSTIBLE EN LA PREPARA-CIN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

El consumo de combustible asociado a la demanda deagua caliente sanitaria, a lo largo de un ao, no debersuperar la cifra de los valores unitarios que aparecen enla siguiente tabla (Unidad en kWh/ao).

Criterio de demanda kWh/ao

Vivienda 1.264 por persona

Hospital y clnica 3.371 por cama

Hotel **** 4.290 por cama

Hotel *** 3.371 por cama

Hotel/Hostal ** 2.451 por cama

Camping 2.451 por emplazamiento

Hostal/Pensin * 2.145 por cama

Residencia (ancianos, estudiantes)

3.371 por cama

VestuariosDuchas colectivas

919 por servicio

Escuelas 184 por alumno

Cuarteles 1.226 por persona

nS

EC

c

ccalef

=

Gua tcnica


30

(Continuacin)

Criterio de demanda kWh/ao

Fbricas y talleres 919 por persona

Administrativos 184 por persona

Gimnasios 1.532 por usuario

Lavanderas 306 por kilo de ropa

Restaurantes 613 por comida

Cafeteras 61 por almuerzo

En el uso residencial vivienda el clculo del nmero depersonas por vivienda deber hacerse utilizando comovalores mnimos los que se relacionan a continuacin:

N de dormitorios 1 2 3 4 5 6 7 ms de 7

N de personas 1,5 3 4 6 7 8 9 N de dormitorios

En instalaciones de generacin de calor centralizadas enedificios de varias viviendas o usuarios de ACS, la de-manda total de ACS se considerar como la suma de lasdemandas de todos ellos.

En las instalaciones de generacin de calor para ACSque posean apoyo de energa solar trmica, la cifra dellmite del consumo de combustible deducido con la ta-bla anterior se reducir en la cuanta de la coberturatrmica prevista con la instalacin solar.

En caso de incumplimiento, el Titular deber poner enprctica las recomendaciones indicadas en el Apndice II.

5.3 RENDIMIENTO ESTACIONAL

Un indicador del nivel de eficiencia energtica de la ins-talacin trmica de un edificio es la determinacin de surendimiento estacional.

En los captulos anteriores se han descrito los mtodospara obtener el rendimiento de una caldera y el procedi-miento de inspeccin, con los valores o ratios que debealcanzar este tipo de generador de calor en su funciona-miento habitual. El valor de rendimiento obtenido poresos mtodos configura el rendimiento instantneo dela combustin de la caldera, es decir, la relacin de calortil respecto al combustible consumido que en ese ins-tante se obtiene en la caldera.

Otra cuestin distinta es conocer el grado de adecuacinde la potencia de este tipo de generadores de calor a lademanda de energa que sobre ellos se solicita por losdistintos servicios del edificio. Si midiramos, por un

lado, el calor aportado a las instalaciones de calefacciny/o ACS a lo largo de un ao y, por otro, el combustibleconsumido en ese periodo, obtendramos el rendimien-to estacional como la relacin entre ambos valores.Veramos que este valor difiere del rendimiento instan-tneo de la caldera, siendo un valor indicativo no delnivel de calidad de la caldera, sino del grado de adecua-cin de la potencia de la instalacin a la demanda deenerga de los servicios que satisface. Esta es la raznpor la que el RITE exige, por ejemplo, el fraccionamientode potencia en varios generadores y en varios frentes dellama con quemadores de etapas o modulantes.

5.3.1 Clculo del rendimiento estacional por elmtodo directo

Dentro de la serie de Guas tcnicas de ahorro y eficien-cia energtica en climatizacin editadas por el IDAE,existe el Ttulo Contabilizacin de Consumos que des-cribe y desarrolla el procedimiento para determinar elrendimiento estacional de aquellas instalaciones equi-padas con equipos de contabilizacin.

5.3.2 Clculo del rendimiento estacional por elmtodo indirecto

Para aquellas instalaciones que no tuvieran instaladosestos equipos de contabilizacin, se desarrolla a conti-nuacin un mtodo para la determinacin de formaindirecta del rendimiento estacional de una instalacin.

El rendimiento de las calderas se calcular en base a lassiguientes expresiones:

donde:

Rg = Rendimiento estacional de la caldera (%)Rc = Rendimiento instantneo de combustin (%)Pn = Potencia nominal de la caldera (kW)Pp = Potencia media real de produccin (kW)Co = Coeficiente de operacin, segn la siguiente tabla:

Pn (kW) Co

< 75 0,05

75 a 150 0,04

150 a 300 0,03

300 a 1.000 0,02

> 1.000 0,01

( )(( ) )CoPpPnRc

Rg+

=

112

Inspeccin de la eficiencia energtica de instalaciones de generacin de calorequipadas con calderas de ms de 15 aos de antigedad

31

El rendimiento estacional (Rg) se calcular de forma in-dependiente para cada uno de las calderas que formenparte de la instalacin, recogiendo el dato de rendimien-to global neto en %.

El rendimiento instantneo de combustin (Rc) ser deter-minado de la forma descrita en los captulos anteriores.

La potencia nominal de la caldera (Pn) ser calculada en elmomento de realizar la Inspeccin de la siguiente manera:

Pn = Ch PCI

donde:

Ch = Consumo horario de combustible, medido por sucontador

PCI = Poder calorfico inferior del combustible

En caso de no existir contadores de combustible, la poten-cia nominal de la caldera (Pn) ser tomada de los datos decatlogo, facilitados por el fabricante del mismo.

La potencia media real de produccin (Pp) en las calde-ras de ms de 70 kW, se determinar mediante lasiguiente expresin:

Pp = Ec 0,7Hf

donde:

Ec = Energa consumida por la caldera durante el pero-do analizado, calculada en base al PCI delcombustible (kWh)

Hf = Nmero de horas de funcionamiento durante el pe-rodo analizado en las que la caldera ha estadocaliente en disposicin de servicio, aunque no seproduzca combustin

En las calderas de potencia inferior a 70 kW, la potencia realmedia de produccin (Pp) se calcular de la siguiente forma:

Pp = 0.04 Scdonde:

Sc = Superficie til calefactada (m2)

Notas:

1 Si existieran varias calderas para usos de calefacciny produccin de agua caliente sanitaria, y no existie-ra un contador de combustible por cada uno de ellos,se ponderar el consumo de combustible para losservicios de calefaccin y agua caliente sanitaria enfuncin de los datos indicados en las tablas de los

apartados 5.1 y 5.2 relativos al consumo mximoanual de combustible para cada servicio, y seguida-mente se estimar el combustible consumido porcada una de las calderas que normalmente funcio-nen para cada servicio, en funcin de su potencia.

2 Para el clculo del parmetro Hf indicamos dos ejemplos:

Una caldera mixta para calefaccin y agua calientesanitaria que haya estado en disposicin de serviciodurante 24 horas diarias, 365 das al ao y 4 aosentre Inspecciones Peridicas, tendr un valor de:

Hf = 24 365 4 = 35.040 horas

Una caldera que funcione nicamente para el ser-vicio d

Calderas Acs 2

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