Pérdidas de energía en calderas
Pocas veces nos encontramos en que el 90% del combustible utilizado se convierte en vapor: El resto es una pérdida de energía.
Los gases de la chimenea son energía perdida.
El agua caliente que termina en las alcantarillas también es energía perdida.
Y el barrido antes de la ignición tampoco iba a ser menos...
Por suerte, la solución es bastante simple. Muchas veces se trata sólo de una optimización de la configuración actual de la planta. El efecto de la optimización suele rondar el 10% de mejora en el rendimiento de la instalación.
Aunque la cifra anterior pueda resultar exagerada, en realidad es el resultado de implementar pequeñas mejoras consecutivas, incluso a veces aparentemente insignificantes pero que afectan de forma positiva al ajuste de la planta y prolongan su vida útil.
Podemos evitar desperdiciar enormes cantidades de energía que contaminan el medio ambiente, y a su vez producen pérdidas económicas a la empresa.
En este artículo analizamos las diferentes pérdidas de energía que podemos encontrar en una instalación, y cómo solucionarlo:
1. Pérdidas por los gases
El punto de fuga de energía por excelencia es la chimenea, ya que cada soplo de gas de combustión que sale de ella con una temperatura mayor a la temperatura ambiente implica una pérdida de energía.
Cualquier persona que ha estado alguna vez cerca de una chimenea con la planta en pleno funcionamiento puede hacerse una idea de la cantidad de energía y las masas de aire caliente que suben por el tiro causándole al propietario unos costes importantes.
2. Pérdidas superficiales
Es interesante saber que la caldera pierde calor a través de la radiación y la convección, incluso cuando el quemador no está en funcionamiento, simplemente porque la caldera, las válvulas y las tuberías, alojan vapor en cada momento y les encanta compartir este calor con su entorno.
A pesar de que las calderas y las tuberías de hoy en día están cubiertas por aproximadamente 10 cm de lana mineral, las pérdidas caloríficas son enormes, debido a la gran diferencia de temperatura, pudiendo alcanzar hasta un 3%.
Un aislamiento mojado y deteriorado funciona como un buen conductor del calor y es particularmente eficaz a la hora de malgastar y derrochar energía.
3. Pérdidas por ventilación
Para no hacer estallar la sala de calderas en el momento del arranque del quemador, previamente debe efectuarse un barrido.
Este proceso de barrido, que expulsa grandes cantidades de mezcla de gases potencialmente explosivas fuera de la caldera, hace que el volumen total de aire del hogar, el haz convectivo de tubos y de la chimenea se renueve al menos tres veces.
La ventilación, por lo tanto, prolonga la vida útil de la instalación y de los operadores, pero al mismo tiempo enfría la caldera.
Aunque las pérdidas por barrido dependen asimismo de otros factores como la temperatura de la caldera, la superficie de la misma, a duración de la purga o la velocidad del aire, lo que marca la verdadera diferencia es el número de arranques del quemador.
4. Incrustación de calderas
Cuando la llama arde limpia y fuerte en el hogar, transfiere su calor a la paredes de la caldera y de esta forma se caliente el agua. Es maravillo cuando hay energía que se mueve a través del metal de la caldera perfectamente limpio tal y como se recomiendas en los libros.
En la práctica sin embargo, el operador de calderas tiene que luchar constantemente contra la dureza del agua y contra las incrustaciones que se forman dentro de la caldera. Este sarro impide en gran medida la transferencia de calor desde la llama hacia el agua: pura pérdida de calor.
El incremente de sarro se puede detectar fácilmente con el aumento de temperatura del gas de combustión, siempre y cuando haya un termómetro instalado en el conducto de salida de humos.
Si no se hace nada para evitar un sarro excesivo, no existen soluciones pequeñas para este problema. No hay que olvidar que la chapa de la caldera está diseñada para una temperatura determinada. Si se super aeste límite, la chapa empieza a ablandarse y cambian sus propiedades físicas.
El resultado directo sería la rotura de la chapa y de las costuras de soldadura: uno de los peores escenarios dentro de una sala de calderas.
Sólo pensar en las pérdidas económicas debería ser razón suficiente para no descuidar la calidad del agua y la temperatura de los gases de combustión. Por supuesto una buena limpieza interior de la caldera una vez al año mínimo.
5. Pérdidas eléctricas
La electricidad produce luz, calor y mucho ruido. Analizar el consumo eléctrico en una sala de calderas sólo requiere seguir estas pistas. Las luces y sobretodo las bombas y ventiladores son los principales sospechosos. Los aparatos mencionados representan los mayores consumidores de electricidad dentro de una sala de calderas, haciendo rotar el contador eléctrico y forzando a los operadores de caldera a llevar protección auditiva.
Los variadores de frecuencia reducen el número de revoluciones de un ventilador de tal forma que la presión producida es la que realmente se necesita para el quemador.
Es curioso saber que si se duplica el número de revoluciones del ventilador, el consumo eléctrico no se duplica sino que aumenta ocho veces.
Así que, el ventilador funciona en promedio con sólo la mitad de las revoluciones, esto se traduce en un ahorro del 80% en el consumo eléctrico. El variador de frecuencia se pagará por si mismo en un año y hará que el tiempo de amortización para los tubos fluorescentes LED o un motor IE2 de tres años parezca una eternidad.
6. Pérdidas de agua
Muy pocas veces se da el caso que las bridas, válvulas, controladores, purgadores y grifos de una instalación se mantienen todos herméticos simultáneamente y a largo plazo. Normalmente, por algún sitio se escapa agua de la caldera que termina corriendo hasta el alcantarillado. Otras veces se puede percibir un vpaor pintoresco en algún lugar o hay agua que se escapa y evapora al tocar una superficie caliente, formando en poco tiempo simpáticas incrustaciones de estalactitas...
Todas esta pérdidas cuestan dinero por varios motivos: En primer luegar están los costes del afua en sí. En segundo lugar, están la electricidad, los químicos y la labor que implica el tratamiento del agua. Además de esto, hay que considerar unas cantidades importantesde electricidad usada por las bombas de alimentación de agua. Finalmente también está la energía térmica que se desperdicia por el desagüe, que después de todo, mantiene libre de heladas el alcantarillado incluso en los inviernos más duros.
El tamaño de la fuga realmente no importa, ya que en casi todos los casos estamos hablando de muchísimo dinero. Por eso, lo más rentable sería detener el derrame AHORA MISMO y no dejarlo para la próxima semana.
7. Pérdidas por purgas
El agua de alimentación contiene una cantidad variada de sólidos disueltos, dependiendo de la calidad del agua cruda y del tratamiento que se le aplique. Diferentes tipos de sales y otros constituyentes se concentran durante la operación de la caldera. El nivel de estos sólidos no ha de sobrepasar ciertos límites para mantener a raya el proceso de corrosión y para no dificultar el proceso de vaporización.
Aunque la concentración de sólidos dentro de la caldera sea equilibrada, por motivos técnicos el agua es purgada justo debajo de la zona de evaporación para reducir el nivel de sólidos disueltos a límites aceptables. En este punto no importa realmente si la purga del agua es continua mediante un ajuste fijo del purgador o si es controlada por una sonda de conductividad: cada gota de agua caliente que termine en la canalización es un deperdicio de combustible. Purgas no controladas son particularmente ineficientes.
Las pérdidas por purgas se calculan igual que cualquier otro tipo de pérdida por fugas. Cuanto más trabaje la caldera en standby en baja carga con una tasa constante de purga, mayor será la pérdida relativa de la misma. Una válvula de purga con un funcionamiento generoso llega a desperdiciar a lo largo de unos años el equivalente a medio superpetrolero lleno de combustible. La única ventaja es que de esta forma se mantiene el alcantarillado libre de heladas.
8. Exceso de aire
Sin aire no hay fuego. No obstante, la porción de aire dentro de la caldera tiene que ser medida correctamente: muy poco aire produce mucho hollín, demasiado aire resulta ser una pérdida, ya que el aire excedente es calentado y expulsado por la chimenea.
Las razones por las que se tiene aire excedente son variadas y empiezan con la inflexibilidad de los reguladores modulantes mecánicos. Este tipo de controladores es ajustado en el momento de poner en marcha el quemador, para operar en las peores condiciones posibles. De esta forma, se garantiza la disponibilidad de O2 incluso con ventiladores sucios en el leve aire de verano.
Cuando en invierno el ventilador aspira el aire más denso, el exceso de O2 aumenta de forma drástica y arruina la eficiencia de la planta. Otra fuente del exceso de aire es, por ejemplo, un sistema de compuertas de control de aire desvencijadas, cuyo varillaje deja pasar demasiado aire al quemador.
Un remedio milagroso sería en este caso, la conversión a un sistema de regulador modulante electrónico. De esta forma, no habría problema con la histéresis mecánica y además, este sistema puede ser combinado con un controlador de oxígeno, que mide su concentración real en el gas de combustión y en caso de que sea necesario, reduce la velocidad de los ventiladores.
En resumen, un sistema de control nuevo no sólo ahorraría aire caliente, sino también dinero.
SOLUCIONES
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Pérdida |
Solución |
Potencial de ahorro |
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Pérdida de gases de combustión |
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3-15% |
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Pérdidas superficiales |
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0,3-1% |
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Pérdidas por barrido |
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0,2-5% |
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Incrustaciones de calderas |
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Hasta 10% |
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Pérdidas eléctricas |
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30-75% (Energía eléctrica) |
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Pérdidas de agua |
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0,2-1% |
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Pérdidas por purga |
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0,5-5% |
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Exceso de aire |
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0,5-1,5% |