Aprovechamiento Calor
P. 1Aprovechamiento CalorAprovechamiento CalorRatings: (0)|Views: 3|Likes: 0Published by Juan Diego EscobarMore info:Published by: Juan Diego Escobar on Nov 06, 2013Copyright:Attribution Non-commercialAvailability:Read on Scribd mobile: iPhone, iPad and Android.download as PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate content|Add to collectionSee moreSee lesshttps://www.scribd.com/doc/182008955/Aprovechamiento-Calor11/06/2013pdftextoriginal Dipl.-Ing. Matthias Raisch, Bosch Industriekessel GmbH
Informe técnico Aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto
Gracias al empleo de la tecnología de calderas de condensación disponible y de acreditada eﬁciencia, los operadores de instalaciones de calderas de vapor o de agua caliente pueden reducir sus costes de explotación, además de aportar su grano de arena a la reducción de las emisiones de CO
y el cambio climático. Mediante el empleo consecuente de la tecnología de condensación, el sobrecoste que ésta supone se amortiza en menos de 2 años. Poder caloríﬁco, valor caloríﬁco bruto y calor de condensación El poder caloríﬁco („poder caloríﬁco inferior“; H
) es la energía desprendida en caso de una combustión total si, a presión con-stante, los gases de combustión se enfríana la temperatura de referencia. Sin embargo, el vapor de agua producida durante la combustión permanece en forma gaseosa. Por tanto, el poder caloríﬁco indica sólo la cantidad de calor perceptiblecontenida en los gases de combustión, pero no la cantidad de calor acumu-lada en del vapor de agua. El cálculo de los rendimientos se realiza tomando como referencia el poder caloríﬁco del combustible en cuestión, ya que en épocas anteriores era absolutamente necesario dejar en forma gaseosa el vapor de agua contenido en los gases de combustión debido a las elevadas temperaturas de éstos, con el ﬁn de impedir la conden-sación de los gases de combustión y la posible corrosión de la caldera o bien del sistema de gases de escape o la acumulación de hollín en la chimenea. El valor caloríﬁco bruto („poder caloríﬁco superior“; H
) es la energía que se entrega en el caso de una combustión total si, a presión constante, los gases de combustión se enfrían a la tempe-ratura de referencia. El valor caloríﬁco bruto contiene además la energía que se libera por la condensación del vapor de agua contenido en los gases de combustión, el calor de condensación. Fundamentos del aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto En la actualidad, el contenido de energía en el vapor de agua de los gases de escape puede aprovecharse con la tecnología de caldera de condensación. Hoy, el uso de materiales resistentes a la corrosión en los intercambiadores de calor y los sistemas de gases de combustión y chimeneas insensibles a la humedad permiten este aprovechamiento a largo plazo sin daños. Para el aprovecha-miento del valor caloríﬁco bruto es necesario extraer de los gases de combustión no sólo el calor sensible, sino en parte también el calor de condensación acumulado en el vapor de agua.
| Aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto
Idoneidad del gasóleo de bajo contenido en azufre demostrada en el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto
La creciente penetración en el mercado del gasóleo con bajo contenido en azufre conduce asimismo en el caso de este combu-stible a una demanda cada vez mayor de sistemas de calefacción de condensación.El bajo contenido de azufre en el combustible (máximo 50 ppm = 0,005 % en peso comparado con el 0,2 % en peso de azufre en el gasóleo EL) favorece una combustión sin hollín ni residuos, de tal manera que es posible aprovechar la condensación de los gases de combustión incluso con el gasóleo de bajo contenido en azufre.Ensayos llevados a cabo en el banco de pruebas han puesto de maniﬁesto que, si se respetan los intervalos previstos de limpieza del intercambiador de calor, también en el caso del gasóleo con bajo contenido en azufre puede lograrse una disponibilidad seme- jante a la lograda en el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto de combustibles gaseosos. La desulfurización, un paso adicional del proceso, hace que el uso del gasóleo con bajo contenido en azufre como combustible resulte algo más caro, pero, los costes superiores del combustible quedan más que compensados por el mayor rendimiento y el consecuente ahorro de combustible (añádase a ello que a partir de 2009 el tipo impositivo estará basado en el contenido de azufre, lo cual supondrá una ventaja ﬁscal respecto al gasóleo EL).Si las calderas se equipan con hogares duales para la combustión opcional de gas natural o gasóleo EL (por ejemplo, en contratos de desconexión del gas que en períodos de frío intenso obligan al operador de la caldera a facilitar el funcionamiento temporal de la misma con gasóleo EL, el combustible sustituto,), el intercambia-dor de calor de condensación se utiliza con un bypass o desvío de los gases de combustión. Tabla 1: Indicadores de los diferentes combustiblesCombustiblePoder calorífico inferior (H
[kWh/m³/kg]
Poder calorífico superior (H
Punto de rocío de los gases de com-bustión
Condensado teórico. [kg/kWh]
[-]Gas Natural „H“10,3511,46110,755,60,162,8 – 4,9Gas Natural „L“8,839,78110,855,10,162,8 – 4,9Propano25,8928,12108,651,40,132,8 – 4,9Butano34,3937,24108,350,70,122,8 – 4,9Gasóleo EL*11,9012,72106,947,00,101,8 – 3,7**
Cambios de criterio en el empleo de combustibles favorece la tecnología de calderas de condensación
En Europa, el uso del óleo pesado como combustible ha experi-mentado en los últimos años un retroceso cada vez mayor (p. ej., el uso del óleo pesado como combustible en Alemania ya no está permitido desde 1986 por la TA-Luft (Normativa de Emisiones a la Atmósfera) para potencias de hogar < 5 MW).De todas las calderas pirotubulares de hasta 20 MW instaladas en los dos últimos años en Alemania, el 25 % se equipó con un hogar de gas, el 40 % con uno de gas natural/gasóleo ligero donde se quema fundamentalmente gas, y un 35 % con un hogar de gasóleo ligero. Una protección medioambiental activa y soluciones técnicas para mejorar el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto constituyen hoy los motivos principales del uso cada vez más frecuente del gas natural.Si se comparan los indicadores relevantes para el aprovechamiento del valor caloríﬁco superior de combustibles usuales, el gas natural ofrece el potencial de aprovechamiento más alto (véase Tabla 1).El gas natural ofrece:
El contenido más alto de agua en los gases de combustión
El punto de rocío más alto de los gases de combustión
El pH más alto del condensado de los gases de combustiónA diferencia del gasóleo EL se dispone de más calor de conden-sación a una temperatura de condensación superior; es decir, la condensación de los gases de combustión se produce ya a tempe-raturas superiores de los gases de combustión. Los gases de combustión que ésta origina no contienen prácticamente ni hollín ni azufre. Esto supone que el coste de limpieza de las superﬁcies calefactoras sucias para conservar la efectividad y evitar ano-malías funcionales es muy reducido. Dado que el pH del conden-sado de los gases de combustión es superior al del gasóleo EL, el coste de eliminación del condensado de los gases de combustión es inferior. * Calidad EL „extra ligera“: contenido máximo de azufre en el combustible: 0,2 % en peso Calidad del gasóleo con bajo contenido en azufre: contenido máximo de azufre en el combustible 50 ppm = 0,005 % en peso ** pH del condensado de gasóleo con bajo contenido en azufre: 2,3 – 4,5
Aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto | 3Gráﬁco 1: Inﬂuencia de la temperatura del agua del circuito en el rendimiento de la caldera y en la cantidad de condensado para gas natural (Ruhrgas)
Gas Natural, Razón de aire: 1,1
9095100105110102030405060708090100120110203040506070
R e n d i m i e n t o d e l a c a l d e r a e n % C a n t i d a d d e c o n d e n s a d o e n g / k W h
Temperatura en el agua del circuito °CRendimientoTaupunktCondensado
El aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto permite alcanzar rendimientos superiores al 100 % referidos al poder caloríﬁco H
Para el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto, los gases de combustión deben condensarse enfriándolos por debajo del punto de rocío. Para el aprovechamiento de este potencial, las superﬁ-cies calefactoras y los sistemas de evacuación en contacto con los gases de combustión húmedos deben ejecutarse con acero inoxi-dable, material anticorrosivo.Los gases de combustión deben enfriarse por debajo de su punto de rocío con intercambiadores de calor adecuados y con el agua del circuito lo más fría posible. La Gráﬁco 1 muestra la inﬂuencia del punto de rocío de los gases de combustión y de la temperatura del agua de retorno en la cantidad de vapor de agua en condensación y en el rendimiento alcanzable de la caldera. La Gráﬁco 2 muestra a modo de ejemplo curvas de rendimiento que indican el potencial de aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto. Gracias al aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto puede aumentarse notablementeel beneﬁcio operativo y macroeconó-mico en el área de la producción de agua caliente/vapor. Respecto de los sistemas convencionales con los habituales economizado-res, el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto permite reducir en más del 10 % la cantidad de combustible (y, por tanto, los costes) y la emisión de contaminantes. Por consiguiente, el aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto contribuye a la protec-ción del clima, además de ofrecer la posibilidad de reducir las emisiones de CO
Caldera sin economizador 70/50 °C
Caldera con economizador para sevicio en seco 3
Caldera con economizador para aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto
Temperatura de entrada del agua 50 °C
Temperatura de entrada del agua 40 °C
Temperatura de entrada del agua 30 °C93949596979899100101102103104105106107108
R e n d i m i e n t o d e l a c a l d e r a , r e f e r i d o a ( H
1020Carga de caldera %Grado deaprovechamientonormalizado 95,9 %Área de carga con el mayor número de horas de servicio anuales
123.13.23.3
Gráﬁco 2: Curva de rendimiento para aprovechamiento del valor caloríﬁco bruto (Ejemplo: caldera de agua caliente con hogar de gas)
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