El monitoreo y mantenimiento de la eficiencia de la caldera son los dos aspectos más importantes para sujetar las facturas de combustible y reducir la huella de carbono.
Eficiencia de una caldera
La eficiencia de la caldera de gas natural, por ejemplo, es el resultado de la suma de las eficiencias de diferentes componentes de una caldera.
Una caldera tiene muchos subsistemas cuya eficiencia afecta al rendimiento general de la caldera. Para ser una caldera eficiente existen un par de eficiencias destacadas: la combustión y la térmica.
Aparte de estas eficiencias, hay algunas otras pérdidas que también juegan un papel a la hora de decidir la eficiencia de la caldera y por lo tanto se debe considerar al calcular la eficiencia de la caldera.
Eficiencia de combustión
La eficiencia de combustión de una caldera es la indicación de la capacidad del quemador para quemar combustible.
Los dos parámetros que determinan la eficiencia de combustión del quemador son las cantidades de combustible no quemadas en los gases de escape y los excesos de oxígeno en el escape.
A medida que aumenta la cantidad de exceso de aire, la cantidad de combustible no quemado en el escape disminuye.
Esto resulta en la reducción de las pérdidas de combustible sin quemar, pero elevando las pérdidas de entalpía. Por lo tanto, es muy importante mantener un equilibrio entre las pérdidas de entalpía y las pérdidas quemadas. La eficiencia de combustión también varía con el combustible que se está quemando.
La eficiencia de combustión es mayor para combustibles líquidos y gaseosos que para combustibles sólidos.
Eficiencia térmica
Se ve influida de manera directa por el rendimiento del intercambiador de calor de la caldera que transfiere la energía térmica de la chimenea al lado del agua.
Hay que tener en cuenta que la eficiencia térmica se ve gravemente afectada por la formación de hollín en los tubos de la caldera.
Otros factores
La eficiencia general de la caldera depende de muchos más parámetros, aparte de la combustión y la eficiencia térmica. Estos otros parámetros incluyen pérdidas de encendido-apagado, pérdidas de radiación, pérdidas por convección, pérdidas de soplado, etc.
Cálculo de eficiencia energética en calderas
Un ingeniero ambiental sabe que el precio inicial de la caldera es una pequeña parte de los costes totales asociados con la caldera durante su vida útil.
En la vida útil de una caldera, el coste más importante es el combustible. Asegurar un funcionamiento eficiente de la caldera es fundamental para optimizarlo.
No siempre es cierto que una caldera funcionará a su eficiencia nominal. Casi todas las veces, las calderas funcionan a una eficiencia mucho menor que en un inicio y si no se hace un mantenimiento adecuado será bastante menor.
En la práctica real, dos métodos se utilizan comúnmente para conocer la eficiencia de la caldera, el método directo y método indirecto.
Método directo de cálculo de la eficiencia energéticas en calderas
Para calcular la eficiencia de la caldera mediante este método, dividimos la producción total de energía de una caldera por entrada total de energía dada a la caldera, multiplicada por cien.
E = [Q (H-h)/q * GCV] * 100
Donde,
Q = cantidad de vapor generado (kg/hr)
H = entalpía de vapor (kcal/kg)
h = entalpía del agua (kcal/kg)
GCV = valor calorífico bruto del combustible.
Método indirecto de cálculo de la eficiencia energéticas en calderas
Este método consiste en calcular las pérdidas individuales de la caldera y restarla del 100%, es decir, consiste en averiguar las magnitudes de todas las pérdidas medibles.
Todas estas pérdidas se suman y restan del 100% para averiguar la eficiencia final. Este método debe aplicarse según las normativa en vigor.
Comparación de la eficiencia de caldera de forma directa e indirecta
Ambos métodos para conocer la eficiencia de la caldera tienen algunas ventajas y algunas desventajas asociadas con ellos. Siempre existe alguna diferencia en los valores de eficiencias directas e indirectas.
La mayor ventaja del método indirecto es que también habla de las fuentes de pérdidas. Al descubrir la eficiencia indirecta, se puede llegar a saber dónde se encuentran las pérdidas y se pueden reducir.
Por otra parte, los valores de eficiencia directa están más cerca de la realidad en comparación con la eficiencia indirecta a causa de pérdidas descubiertas como pérdidas de radiación, pérdidas de encendido-apagado, etc.
Pero la eficiencia directa sólo nos puede decir acerca de la magnitud de la pérdida global. Ninguna información sobre pérdidas individuales y sus magnitudes se transmite del cálculo directo de la eficacia.
Los circuitos de una caldera
Desde el punto de vista del funcionamiento, una caldera, es básicamente un intercambiador de calor entre dos circuitos, uno de combustión y otro de agua.
Esquema para alcanzar la eficiencia de una caldera
El circuito de agua de una caldera consta de los siguientes sistemas:
-
- Un sistema de alimentación de agua, con dispositivos para mantener el nivel mínimo de agua requerido para el funcionamiento correcto.
- Equipos de tratamiento retirar lodos, controlar la dureza del agua y la mineralización.
- Depósito acumulador: permite el almacenamiento de agua de consumo inmediato.
- Depósito de retorno de condensados, recuperación del vapor para después mezclarlo con el agua de alimentación del circuito.
El circuito de combustión tiene los siguientes componentes:
-
- Tanques de recepción y preparación.
- Filtros, retienen impurezas del combustible.
- Válvulas de paso, permiten la regulación o interrupción del paso del combustible.
- Bombas de inyección, alimentan el quemador.
- Precalentadores, para bajar la viscosidad de los combustibles pesados.
La auditoría de eficiencia energética en caldera
La auditoría de eficiencia energética tiene como objetivo analizar las intalaciones para encontrar los puntos de mejora donde actuar y mejorar los procesos de producción a la vez que se reducen los costes energéticos y ambientales de la organización.
Analicemos los puntos centrales de una auditoría energética centrada en evaluar la eficiencia energética de una caldera
Toma de medida y datos
La toma de datos de la caldera se realizará 5 minutos después del arranque de la caldera. La medición de datos y toma de muestra de gases se realizará con la caldera a máxima potencia. En caso de proporcionar dos servicios (calefacción y ACS) se tomará la medida sobre el servicio de máxima potencia.
Se recomienda que la temperatura del agua de impulsión de la caldera sea próxima a 70ºC, y nunca inferior en 10ºC a la temperatura máxima de funcionamiento.
Las puertas y ventanas de la habitación donde se encuentre la caldera deben estar cerradas para reproducir las condiciones habituales de funcionamiento.
Equipo de medida en una auditoría de eficiencia energética
Los equipos de medida deben estar en perfecto estado de uso y medición y con los certificados de calibración vigentes.
La información mínima a medir será:
-
- CO2: % en volumen.
- O2: % en volumen.
- CO: en ppm.
- Exceso de aire: en %.
- Rendimiento de combustión: en %.
- Temperatura ambiente y Temperatura de humos.
Las instalaciones equipadas con calorímetros en el circuito del agua caliente permiten el uso del método directo.
Verificar los valores máximos admisibles según los valores de las tablas.
Determinación del rendimiento energético de la caldera
El rendimiento se determina mediante la ecuación: η = a + b · log Pn (%)
Los coeficientes se extraen de la siguiente tabla:
El rendimiento mínimo de calderas instaladas previamente al año 1997 vendrá indicado en su placa característica y en la documentación de la caldera.
Mantenimiento de la eficiencia de una caldera
Se examinará el contenido del libro de mantenimiento, verificando su cumplimiento conforme a las indicaciones del fabricante.
Informe de la auditoria de eficiencia energética
Por último, se elaborará un informe mostrando los datos de la instalación, el tipo de combustible, los datos del quemador, los datos obtenidos, y los datos de la inspección (persona, empresa, fecha,…). También es aconsejable añadir información útil para el usuario como reflejar una comparación entre los parámetros legales y los parámetros obtenidos. Así como un listado de mejoras para reducir el consumo y optimizar la instalación.
Fuente: Procedimiento de inspección periódica de eficiencia energética para calderas. IDAE
Última actualización en 28 de septiembre de 2023
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Siempre ha trabajado en ingeniería de aguas y energía en grandes empresas como FCC y ACS. Actualmente, lidera el equipo de TECPA y disfruta con la docencia de contenidos innovadores.
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