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.

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

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

Depsito Legal: M-8046-2007

ISBN: 978-84-96680-10-4

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IDAE Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

C/ Madera, 8 E-28004-Madrid

comunicacion@idae.es www.idae.es

Madrid, febrero de 2007

N D I C E

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

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 instalaciones

de ms de 15 aos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

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

P R E S E N T A C I N

El nuevo Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) transpondr parcialmente la Directiva 2002/91/CE, de 16 de diciembre, relativa a la eficiencia energtica de los edificios, fijando los requisitos mnimos de eficiencia energtica que deben cumplir las instalaciones trmicas de los edificios nuevos y existentes, y un procedimiento de inspeccin peridica 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 uso de una determinada tcnica o material, ni impidiendo la introduccin de nuevas tecnologas y conceptos en cuanto al diseo, frente al enfoque tradicional de reglamentos prescriptivos que consisten en un conjunto de especificaciones tcnicas detalladas, que presentan el inconveniente de limitar la gama de soluciones aceptables e impiden el uso de nuevos productos y de tcnicas innovadoras.

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

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

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

Por esta razn, el IDAE con el fin de facilitar a los agentes que participan en el diseo y dimensionado, ejecucin, mantenimiento e inspeccin de estas instalaciones, ha promovido la elaboracin 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 eficiencia energtica para calderas" pretende servir como punto de partida para facilitar un procedimiento de inspeccin.

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.

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El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) establece que las instalaciones trmicas y, en particular, sus equipos de generacin de calor y fro y las instalaciones solares trmicas, se inspeccionarn peridicamente a lo largo de su vida til, con el fin de verificar el cumplimiento de la exigencia de eficiencia energtica de ese RITE. La ITE 4 desarrolla el contenido de ese mandato, estableciendo las exigencias tcnicas y procedimientos a seguir en las inspecciones a efectuar en las instalaciones trmicas objeto de ese RITE.

La razn de establecer un procedimiento de inspeccin peridica de la eficiencia energtica para estos generadores obedece a la premisa de que toda instalacin de transformacin de energa sobre la que no se efecte sus correspondientes operaciones de mantenimiento reduce su rendimiento energtico y, con ello, se incrementa tanto su consumo especfico de energa como sus emisiones asociadas de sustancias contaminantes a la atmsfera.

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

IT 4.2.1 Inspeccin de los generadores de calor

Sern inspeccionados los generadores de calor de potencia 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 operaciones de mantenimiento que se establecen en la IT.3, relacionadas con el generador de calor y de energa solar trmica, para verificar su realizacin peridica, as como el cumplimiento y adecuacin del

Objeto y campo de aplicacin

Manual de Uso y Mantenimiento a la instalacin existente.

La inspeccin incluir la instalacin de energa solar, en caso de existir, y comprender la evaluacin de la contribucin solar mnima en la produccin de agua caliente sanitaria y calefaccin solar.

IT 4.2.2 Inspeccin de los generadores de fro

Sern inspeccionados peridicamente los generadores de fro de potencia trmica nominal instalada mayor que 12 kW.

La inspeccin del generador de fro comprender:

Anlisis y evaluacin del rendimiento.

Inspeccin del registro oficial de las operaciones de mantenimiento que se establecen en la IT.3, relacionadas con el generador de fro, para verificar su realizacin peridica, as como el cumplimiento y adecuacin del Manual de Uso y Mantenimiento a la instalacin existente.

La inspeccin incluir la instalacin de energa solar, en caso de existir, y comprender la evaluacin de la contribucin de energa solar al sistema de refrigeracin solar.

IT 4.2.3 Inspeccin de la instalacin trmica completa

Cuando la instalacin trmica de calor o fro tenga ms de 15 aos de antigedad, contados a partir de la fecha de emisin del primer certificado de la instalacin, y la potencia trmica nominal instalada sea mayor que 20 kW en calor o 12 kW en fro, se realizar una inspeccin de toda la instalacin trmica, que comprender, como mnimo, las siguientes actuaciones:

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

Inspeccin de todo el sistema relacionado con la exigencia de eficiencia energtica regulada en la IT.1 de este RITE.

Inspeccin del registro oficial de las operaciones de mantenimiento que se establecen en la IT.3, para la instalacin trmica completa y comprobacin del cumplimiento y la adecuacin del Manual de Uso y Mantenimiento a la instalacin existente.

Elaboracin de un dictamen con el fin de asesorar al titular de la instalacin, proponindole

mejoras o modificaciones de su instalacin, para mejorar su eficiencia energtica y contemplar la incorporacin de energa solar. Las medidas tcnicas estarn justificadas en base a su rentabilidad energtica, medioambiental y econmica.

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

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El nivel de eficiencia energtica de una caldera es funcin tanto de la combustin que se genera en su seno como del aparato que conforma la caldera, y envuelve la combustin y trata de extraer y transferir hacia el agua la energa que es capaz de generar el combustible antes de que sus gases de combustin salgan por el conducto de evacuacin o chimenea.

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

Combustin y Caldera estn ntimamente correlacionados: la eficiencia de la transmisin de energa del combustible al agua es funcin, por un lado, de la calidad de la combustin y, por otro, de la capacidad y efectividad de la caldera como intercambiador de calor. Ambos factores dependen, a su vez, del estado de mantenimiento y conservacin de la combustin - por su grado de puesta a punto -, y del nivel de limpieza de la superficie libre de intercambio, afectada por incrustaciones y hollines que puedan aislar su capacidad de transmisin de calor.

Esta correlacin alcanza su mxima eficacia si el quemador asociado a la caldera cumple sus distintos cometidos:

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

Aportar el aire necesario a la cmara de combustin.

Mezclar ntimamente el aire y el combustible.

Encender, mantener la llama y quemar la mezcla.

Adaptar la llama a la geometra de la cmara de combustin.

Fundamentos tericos

Desplazar los productos de la combustin hacia la salida de los humos.

A continuacin se presentarn los aspectos ms relevantes de la combustin en calderas y de las pautas para evaluar su eficiencia energtica.

2.1 COMBUSTIN

Conocemos por oxidacin a la reaccin del oxgeno con una sustancia, reaccin que se produce por trmino general con desprendimiento de calor, y utilizamos este trmino cuando dicha unin se efecta en un proceso lento como, por ejemplo, la oxidacin del hierro o la putrefaccin de la madera. En casos como estos el calor se disipa en el medioambiente sin que aumente la temperatura del cuerpo que se oxida.

Sin embargo, cuando este proceso es rpido, la reaccin se produce con un gran aumento de su temperatura llegando incluso al estado de incandescencia, de emisin de luz, y entonces esa reaccin de oxidacin se conoce como combustin.

Existen situaciones que pueden hacer que las sustancias puedan entrar en combustin de forma espontnea: si la oxidacin de la sustancia se efecta de forma tal que el calor generado se disipa a su alrededor ms lentamente que como se produce, la temperatura de la sustancia ir aumentando gradualmente hasta alcanzar el valor de su temperatura de inflamacin, momento en el que la sustancia arder espontneamente.

Con esta introduccin vemos que son tres los requisitos que deben coexistir y combinarse para que se produzca la combustin:

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Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

1 La existencia de combustible, como aquella sustancia que tiene gran afinidad para combinarse con el oxgeno.

2 La presencia de aire, y ms concretamente del oxgeno contenido en l, como agente que provoca esa reaccin exotrmica. Se le suele denominar comburente, como el agente que combinado con un combustible provoca su combustin.

3 La adecuada temperatura, cuyo valor influye de forma directamente proporcional en la velocidad de la reaccin de oxidacin/combustin.

Estos 3 requisitos estn ntimamente correlacionados en toda combustin: para una determinada temperatura de combustin existe una proporcin exacta de combustible y comburente que determina la reaccin ptima, de tal forma que desviaciones sobre estos valores modifica la calidad de la combustin hasta el extremo de que la ausencia de uno cualquiera de estos tres impide que se produzca la misma. Al analizar la forma de combatir y apagar un incendio, estos tres requisitos definen el denominado tringulo del fuego, que visualiza las vas para reducir o eliminar el rea de fuego que encierra el tringulo. Bastar ir disminuyendo el valor de uno slo de los lados del tringulo para reducir y extinguir la combustin:

Eliminando el combustible, como se hace cuando impedimos que el fuego avance hacia nuevas sustancias.

Eliminando el oxgeno, como se hace ahogando la combustin con arena, una manta o la espuma de un extintor.

Enfriando las sustancias combustibles, al objeto de 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 misma facilidad. Las hay que necesitan predisponerse

mediante precalentamientos o mediante la presencia de otros reactivos que faciliten la combustin; pero para definir un combustible como tal no slo deberemos analizar su facilidad de combustin, sino aadir otras cualidades que lo habiliten de una forma genrica para su empleo como son:

La abundancia para su comercializacin.

La facilidad de manipulacin que no entrae riesgos.

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

Por ejemplo, el hidrgeno o el fsforo son extraordinarios combustibles que reaccionan vivamente en presencia del aire, pero su costoso proceso de obtencin, elevado riesgo en su trasiego y la toxicidad de los gases de combustin del segundo, hacen inviable su aplicacin como combustibles comerciales.

2.2 COMBUSTIBLES

Desde la antigedad el hombre ha venido utilizando como combustible la madera y los residuos vegetales, e incluso el petrleo en aquellos pases donde se conoca, a los que se fueron aadiendo los carbones de origen mineral hasta llegar a los combustibles actuales: los derivados por refino del petrleo y el gas natural. El nexo de unin de todos estos productos (denominados orgnicos por proceder de la transformacin lenta en la naturaleza de la materia orgnica) es la existencia del elemento carbono en su composicin, combinado en formas diversas con hidrgeno (hidrocarburo) y otras sustancias que pueden, posteriormente, participar o no en la combustin.

Los combustibles ms representativos por su aplicacin en el sector de la edificacin son el gas natural, los gases licuados del petrleo (GLP), el gasleo C, el carbn y la madera-biomasa.

El gas natural es una mezcla de gases obtenidos directamente de la naturaleza en yacimientos, donde el metano (CH4) constituye ms del 70% de su composicin. Otros gases que pueden estar presentes en proporciones apreciables son el nitrgeno (hasta el 20%) y el etano (C2H6, hasta el 10%).

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

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Fundamentos tericos

petrleo o directamente de yacimiento junto al gas natural, siendo este ltimo el origen ms abundante. A temperatura y presin ambiente su estado es gaseoso, pero se pueden licuar a presiones no excesivamente altas, lo que facilita su transporte y almacenamiento en forma lquida a presin. Comercialmente hablando, cuando nos referimos al Propano se trata de una mezcla del 80% de hidrocarburos C3 y un mximo del 20% en hidrocarburos C4, siendo el Butano una mezcla de un 80% de hidrocarburos C4 y un mximo del 20% de hidrocarburos C3.

El gasleo C se impuso en Espaa en el ao 1975 como sustitucin del consumo de fuelleo en las ciudades por razones medioambientales. Forma la fraccin ms pesada de la familia de los gasleos, obtenidos por craqueo en la destilacin fraccionada del petrleo y extrados en la fraccin que se encuentra entre el keroseno y el fuelleo. El gasleo C est formado por hidrocarburos de 16 a 25 tomos de carbono, a diferencia de los gasleos A y B, ms ligeros (dodecanos C12H26) y destinados para su uso en motores (automocin, agricultura/pesca y cogeneracin).

El carbn que habitualmente conocemos por esta definicin es el de origen mineral, a diferencia del de lea o vegetal. Comercialmente, y por razones medioambientales, se utilizan los carbones duros, totalmente carbonizados, tipo antracita, donde el contenido en carbono supera el 70%, frente a los blandos, no totalmente formados, tipo lignitos y turba. El carbn posee en su composicin molecular proporciones elevadas de azufre, que se oxida en la combustin a xidos de azufre (SO2 y SO3) que, en presencia del vapor de agua de la combustin, terminan por reaccionar hacia acido sulfrico (H2SO4), bien en la propia caldera, corroyendo su fondo y el conducto de evacuacin de los productos de la combustin o la propia chimenea, bien una vez expulsado a la atmsfera formando con la humedad ambiental la denominada lluvia cida. Aunque quizs la mayor presin que se ha ejercido por algunas administraciones para sustituir las instalaciones de carbn ha sido por la dificultad de conseguir una combustin completa y limpia, ausente de inquemados y otras materias que son emitidas a la atmsfera en forma de partculas slidas.

La madera como combustible ha evolucionado desde la combustin directa de los productos de la poda - cuando no de la tala de rboles - hacia lo que hoy 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 de almendra), comercializados en forma de pellets o en granulado. Un objetivo de la poltica energtica es que la biomasa experimente un crecimiento muy importante durante los prximos aos, en lnea con lo establecido en el Plan de Energas Renovables 2005-2010 (PER).

La cualidad energtica que diferencia a los distintos combustibles, incluso para su valorizacin comercial, es su poder calorfico. Cada tipo de combustible tiene una distinta composicin molecular, y su reaccin con el oxgeno libera distintos niveles de energa trmica, provocando esta cualidad que los distingue.

Los combustibles utilizados en el sector de la edificacin estn formados bsicamente por carbono e hidrgeno, con posibles trazas de azufre y otros elementos. Las principales reacciones que tienen lugar en la combustin, con la energa trmica producida, son:

C + O2 > CO2 + 32,8 MJ / kg H2 + 1/2 O2 > H2O + 142 MJ / kg S+O2 > SO2 + 165 MJ / kg

El balance trmico de las reacciones del conjunto de los componentes del combustible constituye su poder calorfico, que se define como la cantidad de calor generado por la combustin completa de una unidad de masa de ste, estando el combustible y el comburente a una temperatura y presin de referencia.

Puesto que casi todos los combustibles poseen hidrgeno entre sus elementos y, como hemos visto, el resultado de su oxidacin es la produccin de agua, en funcin del estado fsico en que se disperse este agua hacia el exterior de la caldera, como vapor en los gases de combustin o como lquido una vez cedido su calor latente de condensacin, podremos hablar de Poder Calorfico Superior (PCS) o Poder Calorfico Inferior (PCI) del combustible. As pues:

Poder Calorfico Superior, PCS, se define cuando el agua proveniente del combustible o formada durante la combustin se encuentra en su totalidad en estado lquido en los productos de combustin. Incluye por tanto el calor cedido por la condensacin del agua contenida en los productos de combustin, que es de 597,2 kcal/kg (2,50 MJ/kg).

Poder calorfico Inferior, PCI, se define cuando toda el agua proveniente del combustible o formada durante la combustin se encuentra como vapor en los productos de combustin.

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Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

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 el que habitualmente da una idea ms real del proceso de combustin, dado que en la mayora de aplicaciones la temperatura de los humos a la salida de la caldera (th > 100 C) hace que el agua formada en la combustin escape en forma de vapor a la atmsfera. No ocurre as con las calderas de condensacin, cuya denominacin proviene de hacer enfriar los gases de combustin antes de su expulsin a la atmsfera al objeto de condensar al

vapor de agua y recuperar el calor latente de transformacin vapor/lquido.

A continuacin, se indican los valores medios de PCI y PCS de los principales combustibles, queriendo destacar que estos valores pueden variar con la mezcla de componentes 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 siguientes nos permite apreciar dos aspectos que se han comentando sobre las propiedades de los combustibles:

COMBUSTIBLES SLIDOS

Densidad PCI PCS kg/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 PCS kg/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 PCS RELATIVA(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 condiciones normales, 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

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Fundamentos tericos

A medida que la estructura molecular es ms compleja aparecen cadenas alifticas con dobles y triples enlaces e, incluso, cadenas aromticas, lo que representa tener mayor contenido de carbono en detrimento del hidrgeno. Eso se traduce, por un lado, en una mayor densidad del combustible y, por otro, en un menor poder calorfico por unidad de peso. (Vimos que el hidrgeno, ms ligero, genera ms calor en su oxidacin que el carbono).

Esta misma cualidad hace que la relacin PCS/PCI vaya disminuyendo cuando la estructura va siendo ms compleja (menos hidrgeno > menos agua > menor PCS), lo cual nos va a permitir predefinir qu tipo de combustible tiene ms opciones de rentabilidad energtica y econmica en la condensacin de los gases de combustin: el gas natural.

2.3 EL AIRE COMO COMBURENTE

El oxgeno necesario para la combustin se obtiene normalmente del aire, que es una mezcla de oxgeno, nitrgeno y pequeas cantidades de otros componentes. A efectos de clculo de los procesos de combustin es suficiente considerar que la composicin del aire seco es, en volumen, de un 20,95% de oxgeno y un 79,05% de inertes (nitrgeno, argn, etc.) y expresado en peso, de un 23,15% de oxgeno y un 76,85% de inertes.

Vemos que:

Con esta relacin, por cada unidad de oxgeno que haya que suministrar a la combustin se necesitarn 100/20,95 = 4,77 unidades de aire en volumen, o 100/23,15 = 4,32 unidades de aire en peso.

Se considera que el nitrgeno no tiene reacciones durante el proceso de combustin: es inerte. Sin embargo, este elemento sometido a temperaturas por encima de 1.000 C, como ocurre en algunas cmaras de combustin, reacciona con el oxgeno formando pequeas cantidades de xidos de nitrgeno NOx.

A la presin atmosfrica (1 bar 101.325 kPa a nivel del mar) y a la temperatura de 273 K (0 C) una masa de 1 kgmol de un gas ocupa 22,41 m3, de acuerdo con la ecuacin de los gases perfectos. La variacin de temperatura hace que este volumen vare, de acuerdo a la misma ecuacin (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 una combustin completa se denomina aire estequiomtrico.

Retomando las frmulas de las reacciones de combustin expuestas anteriormente:

C + O2 > CO2 + 32,8 MJ / kg H2 + 1/2 O2 > H2O + 142 MJ / kg S+O2 > SO2 + 165 MJ / kg

1 mol de C reacciona con 1 mol de O2 para producir 1 mol de CO2

1 mol de H2 reacciona con 1/2 mol de O2 para producir 1 mol de HO2

1 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 y del 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 CO2 2 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

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Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

De esta forma podemos conocer:

1 Cunto oxgeno se necesita para que se desarrolle una combustin completa, que lo podremos convertir en unidades de aire con las proporciones anteriores.

2 La cuanta de los productos de la combustin, como suma de la cuanta de los elementos que participan de forma proporcionada en la reaccin. Esta es la forma de determinar, por ejemplo, el impacto en CO2 de una combustin en la atmsfera. Para este caso de combustin completa, por cada kg de carbono que contenga un combustible se emitirn a la atmsfera 44/12 = 3,67 kg de CO2.

Los clculos de combustin para combustibles slidos y lquidos suelen hacerse empleando las masas, mientras que para los combustibles gaseosos se suelen emplear los volmenes.

Los requerimientos de oxgeno y aire en rgimen de combustin estequiomtrica para algunos combustibles elementales son los que se relacionan en la siguiente tabla:

puedan, acto seguido, reaccionar con el oxgeno. Esta primera accin de rotura de enlaces moleculares no slo necesita energa (por eso se suele precisar una llama inicial) sino tiempo, lo que justifica la dificultad de quemar plenamente un fuelleo (cadenas aromticas) frente al gas natural (la ms simple cadena aliftica).

Entre las reacciones incompletas, la ms importante es la 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 del carbono no se desprende y escapa en forma de monxido de carbono, lo que representa no slo un riesgo txico sino un despilfarro energtico, como se puede observar comparando el calor de oxidacin de esta reaccin con la del CO2.

Segn sto, se entiende como combustin incompleta aquella en que algn componente del combustible no ha llegado al grado de oxidacin mximo y no se obtiene la totalidad del poder calorfico disponible en el combustible. Estos productos que no alcanzan el grado mximo de combustin se denominan inquemados.

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

En la realidad, si slo se suministra el aire terico, la re- Por tanto, resulta necesario proporcionar un exceso accin no se lleva a cabo completamente por falta de de aire al combustible para aumentar la posibilidad tiempo para que se produzca toda la reaccin dentro de de que reaccione rpida y totalmente dentro de la cla cmara de combustin, dando origen a reacciones in- mara de combustin, antes de que alcance zonas completas. Pensemos que el combustible que se ms fras de la caldera donde no se completara la introduce en una caldera primero debe romperse mole- combustin. El aire estequiomtrico, ms el exceso cularmente (romper los enlaces entre sus distintos de aire, se denomina aire total, o aire real, de la comtomos) hasta liberar sus elementos en radicales que bustin.

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Fundamentos tericos

A la relacin entre el aire realmente usado en la combustin y el aire terico correspondiente al combustible se llama ndice o coeficiente de exceso de aire, y se representa por n.

aire real n = > 1

aire te rico

El ndice de exceso de aire puede expresarse tambin en forma porcentual, as un valor de n= 1,2 representa tambin un exceso de aire del 20%.

La necesidad de aportar exceso de aire a la combustin significa que parte del oxgeno introducido no encontrar carbono u otros elementos para reaccionar y abandonar la caldera junto con los gases de la combustin. La cantidad de oxgeno contenido en los gases de la combustin es un indicador de la cantidad de exceso de aire empleado.

El rendimiento de la combustin en cada caldera tiene un punto ptimo de exceso de aire. Si a partir de ese punto se reduce el exceso de aire, el rendimiento de la combustin ser menor al no lograr oxidarse totalmente los componentes del combustible, originando inquemados como el monxido de carbono (CO). Si, por el contrario, aumentamos el exceso de aire por encima de su valor ptimo, el rendimiento tambin disminuir, ya que una parte del calor liberado en la combustin se destinar a calentar la mayor cantidad de aire introducido y desalojado al exterior por el conducto de evacuacin o la chimenea.

Vemos pues que el exceso de aire no es funcin de la composicin molecular del combustible sino de la caldera (que define el espacio disponible para que se desarrolle la reaccin de combustin), del quemador (que define la ntima mezcla combustible/comburente y el tiempo de permanencia, por desplazamiento, de la combustin en la caldera) e, incluso, de las condiciones ambientales y de temperatura de alimentacin del combustible. Por todo ello, un mismo combustible tendr valores de ndice de exceso de aire distintos en distintas calderas, lo que hace que no se pueda establecer a priori un ajuste original del comburente y universalizar este valor para cada combustible. Ello justifica y obliga a que desde un punto de vista de la eficiencia energtica se haga necesario analizar la composicin de los gases y ajustar cada instalacin a sus condiciones particulares.

2.4 ESTUDIO DE LA COMBUSTIN A PARTIR DEL ANLISIS DE LOS GASES

Hemos visto anteriormente que conocida la composicin del combustible es fcil determinar, partiendo de las reacciones bsicas, la composicin en masa o en volumen de los productos de la combustin estequiomtrica. Una vez conocidos stos, bastar relacionarlos con la masa o el volumen total de los gases de combustin para conocer el exceso de aire con que se est llevando a cabo la misma.

Hemos visto que un combustible por lo general contiene carbono, hidrgeno y azufre, pero adems suele llevar tambin oxgeno entre los elementos de su estructura

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

molecular (por ejemplo, enlaces de grupos alcohlicos OH, o carbonilos = O). Se puede determinar el oxgeno necesario en una combustin estequiomtrica balanceando las reacciones ya expuestas anteriormente, donde ahora debemos tomar en consideracin y restar este oxgeno presente en la materia del combustible y que, una vez liberado como radical, participar tambin de la oxidacin de los otros tomos.

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

Por su parte, el volumen total de gases secos producidos en la combustin estequiomtrica ser, sabiendo que la relacin en volumen del nitrgeno sobre el oxgeno 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 combustible podemos determinar la masa y el volumen del aire seco necesario para una combustin estequiomtrica, y la masa y

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

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

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)

La determinacin de la cuanta de los productos contenidos en los gases de la combustin es similar a partir de la reaccin cuantitativa de cada componente del combustible, pudindolos determinar bien en masa o en volumen:

Masa de CO 2 = 44 kg de CO 2

= 3 67 C /, kg kg 12 kg de C

,Volumen de CO 2 =

22 4 Nm 3 de CO 2 = 1 87 C Nm3 /kg,

12 kg de C

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 combustin estequiomtrica ser la suma de los distintos productos de la combustin ms la porcin de aire ya exenta de oxgeno que no ha reaccionado, es decir, el nitrgeno contenido en el aire que se introdujo en la caldera, cuya relacin en peso con el oxgeno consumido 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

el volumen de los gases secos producidos en la misma. Ahora la determinacin del exceso de aire se puede obtener a partir de la medicin del peso real de los gases de combustin o de su volumen real por unidad de combustible, 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 realizan completamente, en los gases de combustin aparecen sustancias tales como carbono (holln), monxido de carbono e hidrocarburos. Se les denomina inquemados, tal y como se ha visto anteriormente, puesto que proceden 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 combustibles slidos o lquidos. Estn formados mayoritariamente por partculas de carbono e hidrocarburos fraccionados.

La formacin de inquemados puede deberse a dos causas fundamentales:

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Fundamentos tericos

1 Mal funcionamiento del quemador, lo cual se traduce en:

No se consigue la adecuada uniformidad de la mezcla 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 llama no son adecuadas a la cmara de combustin.

2 Aire de combustin insuficiente, debido a lo cual no se puede completar la reaccin de combustin.

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

Representa una prdida de potencia calorfica del combustible, ya que en la combustin completa del carbono se producen 32 MJ/kg y si la operacin es parcial o no se lleva a cabo no se obtienen.

Las partculas slidas en forma de holln se irn depositando en las superficies de intercambio de la caldera, dificultando la transmisin de calor de los gases al agua, lo que provocar un aumento de las prdidas de calor por aumento de la temperatura de los gases en el conducto de evacuacin y chimenea.

Inquemados gaseosos

Estn formados por CO e hidrocarburos ligeros. Las causas de su formacin suelen ser:

Insuficiente aire de combustin.

Mal funcionamiento del quemador.

Quemador inadecuado.

Cuando el combustible es un gas, su combustin incompleta puede producir elevadas concentraciones de CO y otros hidrocarburos, siendo el CO el mejor indicador de la mala combustin. Los hidrocarburos ligeros, principalmente metano, a partir de concentraciones elevadas pueden provocar explosiones en el conducto de evacuacin o en la chimenea por inflamacin espontnea, lo cual resulta peligroso.

2.6 FORMACIN DE CONTAMINANTES

Con independencia de los inquemados generados por reacciones incompletas, los procesos de combustin dan lugar, inevitablemente, a la inmisin en la atmsfera de sustancias que modifican la composicin del aire y que tienen un poder contaminante sobre el mismo aire, la tierra y el agua, y constituyen, con mucho, la ms importante fuente de contaminacin del aire.

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

a) Productos derivados de una combustin incompleta, vistos anteriormente.

b) xidos de nitrgeno, generalmente agrupados bajo la denominacin NOx, siendo los ms importantes NO y NO2.

c) Emisiones debidas a contaminantes contenidos en los combustibles, como xidos de azufre, SO2 y SO3, cenizas y trazas de sustancias metlicas varias.

En esta clasificacin no se incluye al dixido de carbono CO2 y el vapor de agua H2O como contaminantes, por cuanto su produccin es inherente al proceso de combustin, lo que no implica dejar de considerar su elevado potencial como gases de efecto invernadero y sus consecuencias.

La naturaleza y concentracin de estas sustancias contaminantes dependen:

Del tipo de combustible (composicin molecular).

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

Del mantenimiento y puesta a punto de la instalacin.

Por todo ello, la combustin es un proceso que impacta en el ambiente dandolo de un modo u otro, de aqu la importancia de mejorar la eficiencia global en el aprovechamiento del calor contenido en el combustible diseando sistemas capaces de aprovechar adecuadamente este calor y mejorando el rendimiento del proceso de combustin.

Veamos la formacin y consecuencias de estas sustancias.

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

2.6.1 Hollines

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

Al quemar combustibles slidos y lquidos siempre aparecen partculas slidas originadas por la ceniza del combustible y por partculas de carbono que han abandonado la cmara de combustin sin quemarse totalmente.

El holln ir depositndose en la superficie de intercambio de la caldera, dificultando la transmisin de calor de los gases al agua, lo que se traducir en un aumento de temperatura de los humos y, por ello, en un menor rendimiento de la caldera.

Cuando el combustible contiene azufre existe el riesgo de que los hollines se impregnen con los xidos de azufre en su fase de transicin hacia el cido sulfrico, acelerando la corrosin de las superficies metlicas de la 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 la sangre por la hemoglobina.

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

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

Su presencia en los productos de la combustin es prcticamente nula cuando la combustin tiene lugar con exceso de aire. Cantidades importantes de CO pueden formarse solamente en caso de combustin con defecto de aire, de ah la importantsima necesidad de que las calderas atmosfricas se instalen siempre en zonas exteriores o en locales especficos para ello, de manera que se pueda garantizar la presencia permanente del suficiente caudal de aire en el ambiente donde se encuentren instaladas mediante rejillas, ventanucos o respiraderos de aire de seccin suficiente.

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

biolgicos del CO se deben a su gran afinidad con la hemoglobina, que combinada con el CO (carbxihemoglobina) no puede cumplir con su funcin de transportar oxgeno. La concentracin de carbxihemoglobina en la sangre depende de la concentracin de CO en el aire y del tiempo de exposicin, siendo una de sus inmediatas consecuencias el desvanecimiento por la prdida del conocimiento, lo que propicia la facilidad de envenenarse con ese gas al quedar inermes en su presencia. Afortunadamente, el proceso es totalmente reversible si la persona consigue salir de esa atmsfera contaminada.

Por otro lado, ya se ha justificado el despilfarro energtico que representa la produccin de CO por la importante fraccin de energa no liberada y que se pierde en la combustin.

2.6.3 SO2 y punto de roco cido

El azufre presente en el combustible se oxida en la combustin segn la reaccin:

S + O2 > SO2

En presencia de oxgeno y a alta temperatura, el SO2 sigue reaccionando:

SO2 + 1/2 O2 SO3

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

El conocimiento del punto de roco de los productos de la combustin es muy importante. En las calderas estndar y en las de baja temperatura, as como en los conductos de humos, se persigue evitar la condensacin del vapor de agua por los daos que puede provocar. Por el contrario, en las calderas de condensacin se recupera una parte importante de la diferencia entre PCS y PCI del combustible, condensando una parte del vapor de agua con el fin de aumentar el rendimiento de la caldera.

El vapor de agua en los humos empieza a condensar a la temperatura de roco de la mezcla de gases, la cual depende de su presin parcial, que a su vez depende del contenido de vapor de agua en su mezcla.

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Fundamentos tericos

La ley de DALTON establece que cada componente de una mezcla de gases tiene una presin parcial que es proporcional al volumen ocupado por el mismo. Si, por ejemplo, se considera una mezcla de gases de combustin a la presin atmosfrica (101.325 Pa) con el 15% en volumen de vapor de agua, la presin parcial de ste en la mezcla ser:

0,15 101.325 = 15.199 Pa

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

Se indican a continuacin valores redondeados de las temperaturas de los puntos de roco de dos combustibles 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 punto de roco crece cuando el combustible va siendo ms ligero (con mayor contenido de H2 > mayor concentracin de vapor de agua) pero, por otro, disminuye con el aumento del exceso de aire (menor concentracin de vapor de agua en los gases resultantes por el incremento de aire).

La forma de evitar los efectos nocivos (corrosivos) sobre las paredes de los tubos y otras superficies de la caldera, y descartada la opcin de elevar el exceso de aire para reducir la temperatura de roco por razones obvias de eficiencia energtica, es la de mantener la temperatura del agua de retorno por encima de un cierto valor mnimo, que depende del tipo de combustible.

Sin embargo, en las calderas de baja temperatura el tema se ha resuelto con el diseo especfico de las superficies de intercambio trmico entre humos y el agua para soslayar este fenmeno de la condensacin, y en las calderas de condensacin este fenmeno se persigue y provoca dentro de la caldera, lo que hace que sus superficies de intercambio deban estar construidas con materiales resistentes a la corrosin.

2.6.4 xidos de nitrgeno

La formacin de los xidos de nitrgeno NOx, obtenidos por la combinacin de los compuestos presentes en el aire (20,99% de oxgeno y 78,03% de nitrgeno en volumen), es una funcin exponencial de la temperatura que se alcanza en la cmara de combustin, del tiempo de permanencia de los humos en esa zona y del porcentaje de oxgeno presente en la misma.

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

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

Sus efectos para la salud, a las concentraciones usuales presentes en las ciudades, se limitan a la irritacin de las mucosas. Valores a partir de 50 mg/m3 provocan bronquitis y por encima de 280 mg/m3 neumona. La absorcin de la luz solar por parte del NO2 conduce al enturbiamiento del aire.

La forma de reducir la produccin de NOx en calderas es mediante el empleo de quemadores catalticos y radiantes, que persiguen una mayor combinacin combustible/comburente, lo que posibilita un menor tiempo de presencia de los productos en la cmara de combustin para obtener un mismo resultado. Para ello existen distintas soluciones, desde quemadores de premezcla que alcanzan esa combinacin ntima entre el combustible y el comburente momentos antes de la combustin, hasta quemadores que evitan o minimizan la formacin de llama en la combustin mediante, por ejemplo, una malla metlica, lo que hace que se libere y emita toda la energa de la reaccin de combustin en forma radiante hacia una cmara de combustin diseada especficamente al efecto para aprovechar al mximo esta forma de transmisin de calor.

Estas nuevas tcnicas de combustin estn reconocidas con el distintivo ecolgico "ngel Azul" obtenido en fbrica mediante una prueba normalizada sobre la calidad de las emisiones de la combustin, y concebido para distinguir los productos comerciales con baja incidencia sobre el medio ambiente durante su ciclo de vida. Existe desde hace muchos aos y abarca muchos productos. Cada producto, segn cual sea su categora, tiene la etiqueta con el logotipo de "ngel Azul".

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Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

2.6.5 Anhdrido carbnico (o dixido de carbono)

El anhdrido carbnico CO2 es el resultado de una combustin completa del carbono. Gas ms pesado que el aire, inofensivo salvo que sustituya al mismo en el porcentaje suficiente que pueda producir la asfixia.

Al CO2 se le atribuye gran parte del fenmeno de calentamiento de la tierra (efecto invernadero) al igual que hacen el vapor de agua, el ozono, el metano, los xidos de nitrgeno y los derivados halogenados de los hidrocarburos saturados (CFCs, HCFCs y HFCs), al impedir que la radiacin infrarroja emitida por la Tierra durante la noche atraviese la atmsfera hacia el espacio exterior, impidiendo su enfriamiento.

El incremento de la produccin de CO2 por los distintos procesos de combustin (edificios, industria, transporte, etc.) no ha sido compensado, ni puede compensarse, con una mayor absorcin por la accin cloroflica de las plantas, o por la disolucin en el agua del mar, lo que ha provocado que en el siglo anterior la concentracin de CO2 en la atmsfera haya aumentado en 100 ppm, pasando de un valor de 250 a los actuales 350 ppm.

2.7 ANALIZADORES DE GASES

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

Su aplicacin se basa en la toma de una muestra de los gases que discurren por la chimenea o el conducto de humos, tomada por succin a travs de un orificio practicado en la misma y obteniendo la concentracin de sus componentes mediante analizadores electrnicos con sensores electroqumicos con los que estn equipados estos analizadores. Adems, estos equipos vienen provistos de una sonda termopar para la toma de la temperatura de los gases, y con un programa en su memoria que, en funcin del anlisis de los gases, de su temperatura y de la temperatura ambiente, ofrece en pantalla el rendimiento de la combustin.

Para ello, estos equipos disponen de un conducto de aspiracin (creada por una micro bomba con la que van equipados) para la toma de la muestra de gas, y de un programa de clculo en su memoria interna con la composicin de los combustibles ms habituales, por lo que los resultados son inmediatos una vez seleccionado el combustible adecuado. La pantalla con que vienen equipados estos analizadores, e incluso su impresora, dar los siguientes resultados (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 la muestra por debajo del punto de roco, lo que hace condensar el agua formada en la combustin, la cual posteriormente es extrada del equipo de alguna forma (gel de slice, depsito de condensado), por lo que la lectura puede considerarse expresada en funcin de la composicin seca de los gases.

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

Poner la caldera a rgimen en la posicin de mxima potencia y hacerla funcionar en continuo un mnimo de 5 minutos.

Evitar variaciones del quemador.

Seleccionar un punto adecuado para el orificio (centrado) e introducir la sonda hasta el punto central de la seccin de la chimenea (conducto de humos).

Evitar las infiltraciones parsitas de aire (el orificio de toma de muestras estar posiblemente en depresin).

20

1

El clculo del rendimiento energtico 3

Para exponer la forma de determinar el rendimiento energtico de una caldera recurrimos al smil del intercambiador de calor entre dos venas o flujos de materia que es, en definitiva, este generador de calor:

Una vena la compone el flujo del combustible que introducimos y reacciona en la cmara de combustin de la caldera, produciendo calor, para escapar el resultado de la combustin en forma de humos por la chimenea.

La otra vena la compone el flujo de agua que transita por la caldera, baando y refrigerando el lado exterior de las superficies de la cmara de combustin y de los pasos de humos mediante la captacin del calor de la combustin, lo que origina su elevacin de temperatura.

El rendimiento energtico de este proceso de intercambio ser la relacin entre la cuanta del calor que ha captado el agua (calor til) respecto al que posea el combustible utilizado.

Existen dos formas de efectuar el balance energtico para determinar este rendimiento:

El mtodo directo que, como su nombre indica, se obtiene por la medicin, por un lado, del calor contenido en la vena de agua antes y despus de su entrada en la caldera y, por otro, la determinacin de la energa del combustible, producto de la cuanta empleada por su poder calorfico.

Este es el procedimiento que se utiliza, por ejemplo, para la determinacin en laboratorio de la acreditacin de rendimiento de las calderas para ser marcadas con la identificacin CE, de acuerdo a la Directiva 92/42/CE relativa a los requisitos mnimos de rendimiento para las calderas nuevas

de agua caliente alimentadas con combustibles lquidos o gaseosos, transpuesta a nuestro pas por el Real Decreto 275/1995, de 24 de febrero.

La dificultad de su aplicacin prctica en la medicin del rendimiento energtico de calderas en servicio estriba en la dificultad de la medicin del caudal de agua que circula por la caldera. Salvo que la misma tenga instalado un caudalmetro, esta medicin slo podra realizarse, de forma no destructiva, con equipos de ultrasonidos, de alto coste y difcil utilizacin por cuanto exige aplicarse en tramos rectilneos de tubera desnuda (desmontar el aislamiento trmico).

2 El mtodo indirecto que, como su nombre indica, se basa en razonar que aquel calor que introducimos con el combustible y no escapa con los humos por el conducto de evacuacin o la chimenea, habr sido captado por el agua.

Este es el procedimiento que se utiliza de forma prctica en las calderas no equipadas con calormetros en sus circuitos de agua, lo que obliga a efectuar un balance energtico de la energa producida por la combustin.

Para cualquiera de estos dos procedimientos debemos indicar que los rendimientos obtenidos son referidos al Poder Calorfico Inferior PCI del combustible, a pesar de que en las calderas de condensacin se aprovecha tambin parte del calor latente de los humos. Por esta razn, el rendimiento de las calderas de condensacin, definido sobre PCI, puede ser superior a la unidad (o al 100%), mientras que sera siempre inferior a la unidad si fuera referido al PCS.

A continuacin se exponen ambos mtodos.

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

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

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

El rendimiento vendr definido por la siguiente ecuacin:

. Tm c = p F PCI

donde: : 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 LAS PRDIDAS EN CALDERA Y EN GASES DE COMBUSTIN (Mtodo indirecto)

3.2.1 Prdidas a travs del cuerpo de la caldera

Las prdidas de calor a travs del cuerpo de la caldera tienen lugar siempre por conduccin, conveccin y radiacin.

Las prdidas por conduccin se producen en los apoyos de la caldera. Normalmente no se toman en consideracin debido a su escasa entidad.

Las prdidas por conveccin y radiacin se producen a travs de la envolvente de la caldera y dependen de los siguientes factores:

La temperatura media del agua en la caldera.

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

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

Las caractersticas de la caldera en lo referente al espesor y conductividad trmica del material aislante del cuerpo y la superficie del mismo.

El valor instantneo de estas prdidas se determina por va experimental. A una temperatura constante e igual a 80 C, en calderas estndar este valor de prdidas est entre el 1,5 y el 5%, y en calderas de baja temperatura y condensacin entre un 0,5 y un 2%. En ambos casos el desplazamiento por el intervalo dado es inversamente proporcional a la potencia de la caldera, es decir, el valor de las prdidas por conveccin y radiacin disminuye al aumentar la potencia de la caldera.

3.2.2 Prdidas de calor sensible en los humos

Estas prdidas dependen fundamentalmente de los siguientes factores:

La temperatura de los humos, o mejor dicho, la diferencia de temperatura entre la de los humos y la del aire comburente.

El calor especfico de los humos.

El exceso de aire empleado en la combustin, que se manifiesta en el porcentaje de CO2 en los humos y afecta al caudal msico o volumtrico de los mismos.

Estas prdidas suelen estar comprendidas entre el 6 y el 10% de la potencia nominal, incrementndose notablemente este valor en caso de mantenimiento deficiente.

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

. . m c T v c T P = pm P = pv h o h

F PCI F PCI

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 de calderas (C)

F: Consumo de combustible (kg/h)

PCI: Poder calorfico inferior del combustible (kJ/kg)

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

22

PEl clculo del rendimiento energtico

condensacin mejoren entre un 2 y un 3% el rendimiento instantneo frente a las estndar por la menor temperatura de salida de sus humos.

A continuacin se reproducen los valores del calor especfico medio de los distintos gases de la combustin a diferentes 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 presencia de monxido de carbono CO en los gases y en la prctica, si la combustin es correcta, son muy pequeas. Su valor suele estar muy por debajo del 0,5% de la potencia til de la caldera con combustibles gaseosos.

El clculo se puede llevar a cabo con la ecuacin:

PCco pi = CO PCI

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 en las mismas unidades)

En los combustibles lquidos y slidos la produccin de inquemados suele ser visible por la aparicin de humos negros. Para estos combustibles tambin es de aplicacin el mtodo BACHARACH que permite la deteccin de los inquemados slidos: la muestra de gases se hace pasar por un dispositivo donde los inquemados manchan un patrn cuyo nivel de ennegrecimiento comparado en una escala aporta la cantidad de inquemados contenidos en los humos. Si bien este procedimiento no permite cuantificar energticamente las prdidas por inquemados, a continuacin se indica una estimacin obtenida por procedimientos experimentales:

ndice de BACHARACH 1 2 3 4 5 6

sobre el combustible 0,7 1,3 2,4 3,5 4,7% de prdidas 6

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

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

En la prctica, en el sector de la edificacin se suele determinar el rendimiento de la combustin en lugar del rendimiento de la caldera, es decir, se obvia en los clculos las prdidas por el cuerpo de la caldera (radiacin y conveccin) dada la dificultad de su medicin y la baja incidencia respecto a los parmetros que interesa controlar y que son la cuanta de las distintas materias contenidas en los humos y su temperatura.

De esta forma, el rendimiento de combustin queda simplificado a la expresin:

= 100 - (Ph + Pi)

23

Procedimiento de inspeccin de la eficiencia energtica de una caldera 4

Con vistas a la reduccin del consumo de energa y a la limitacin de las emisiones de dixido de carbono, la Directiva 2002/91/CE de eficiencia energtica en los edificios solicitaba, en su artculo 8, que los Estados miembros tomasen, entre otras, las medidas necesarias para establecer una inspeccin peridica de las calderas que utilicen combustibles no renovables lquidos o slidos y tengan una potencia nominal efectiva comprendida entre 20 y 100 kW. Dicha inspeccin tambin podr aplicarse a calderas que utilicen otros combustibles. Las calderas con una potencia nominal efectiva de ms de 100 kW se inspeccionarn al menos cada dos aos. Para las calderas de gas, este perodo podr ampliarse a cuatro aos.

Este mandato, desarrollado en el articulado y en la IT 4 del RITE, necesita de un procedimiento o protocolo prctico que establezca cmo llevar a cabo las labores de medicin del rendimiento de las calderas y de sus emisiones de CO2, de forma que su resultado tenga la necesaria y suficiente validez.

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

4.1 CONDICIONES DE TOMA DE MEDIDAS

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

La toma de muestras de los gases de la combustin y la medicin de su temperatura se realizarn con la caldera funcionando a la mxima potencia, asegurndose de que est a rgimen. Para ello, y si fuera necesario, se actuar sobre los termostatos de ambiente y/o temperatura de preparacin de

ACS al objeto de asegurar que la regulacin no cortar o modular el quemador durante el perodo que necesitamos para estabilizacin y medida.

Cuando la caldera sea mixta, servicio calefaccin y ACS, la puesta a rgimen y la toma de medidas se efectuarn sobre el servicio de mxima potencia (habitualmente en el modo de produccin de agua caliente sanitaria).

En el momento de realizar los anlisis y las mediciones, la temperatura del agua de impulsin de la caldera estar a un valor medio de 70 C o, en su defecto, no podr ser inferior en 10 C a la mxima prevista de funcionamiento.

La puerta o las ventanas de la sala de mquinas o del local donde estn instaladas las calderas debern estar cerradas para no modificar las condiciones normales de ventilacin y del tiro de la chimenea o conducto de humos.

Si hubiera que practicar algn orificio en el conducto de evacuacin, ste ser circular y de 9 mm de dimetro. En ese caso, ste debe ser posteriormente obturado por medio de un tapn de plstico termo resistente (al menos hasta 200 C).

En las calderas con quemadores atmosfricos y tiro natural, las muestras se tomarn en el conducto vertical de evacuacin de los productos de la combustin, a 15 cm por encima del cortatiro o collarn de unin de dicho conducto con el aparato.

En las calderas de tipo estanco y de tiro forzado, la toma para los anlisis se realizar en el orificio previsto por el fabricante en el conducto de evacuacin de los productos de la combustin. Si ste no existiese, se tomar en el conducto vertical de

25

Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

evacuacin de los productos de la combustin, a travs de un orificio practicado a 15 cm por encima del collarn de unin de dicho conducto con el aparato.

En las calderas con quemadores mecnicos o calderas de combustibles slidos, las tomas se realizarn en el conducto de evacuacin de los productos de la combustin y a una distancia comprendida entre 0,5 y 1 m despus de la caja de humos del aparato.

En el caso de calderas con quemadores atmosfricos y tiro natural ubicadas en locales de cocina equipados con campana extractora, la campana deber estar en funcionamiento durante la toma de muestras.

Se deben evitar las infiltraciones parsitas de aire por el orificio de la toma de muestras al introducir la sonda: el orificio estar posiblemente en depresin y la entrada de aire falso podra alterar los resultados de la analtica e incluso el valor de la temperatura de humos.

La sonda debe dejarse en la posicin de medida al menos 2 minutos, hasta que los valores a medir oscilen muy poco o sean razonablemente estables, en cuyo caso deben registrarse y anotarse. Si los valores estn permanentemente oscilando (caso de aparatos en condiciones menos ptimas), deben observarse los valores alcanzados durante 1 minuto, registrando y anotando, si es preciso, el valor lo ms cercano posible al mximo observado.

Si la caldera poseyera en su salida de humos un recuperador de calor, se tomarn las medidas despus del mismo.

4.2 EQUIPOS DE MEDIDA

Los equipos destinados a la medicin de los parmetros necesarios para determinar el rendimiento de las calderas debern disponer del certificado de calibracin, (con trazabilidad para los analizadores de gases de combustin), emitido por un laboratorio certificado o acreditado. En este certificado se harn constar la fecha de emisin y las magnitudes para cuya medicin ha sido calibrado el instrumento, no pudiendo la incertidumbre obtenida ser superior a 10%, ni la validez del periodo de calibracin superior a 12 meses.

La informacin mnima que se debe obtener a travs 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 podr determinarse por el mtodo directo para aquellas instalaciones equipadas con calormetros en el circuito de agua de la caldera.

4.3 INTERVALOS DE LOS VALORES ADMISIBLES DE LOS NIVELES DE EMISIN

Los intervalos de valores admisibles de los niveles de emisin de CO2 y CO para los aparatos alimentados con gas natural o GLP son los que se indican en la Tabla I.

TABLA I

INTERVALO DE VALORES ADMISIBLES DE CO2

Y CO PARA CALDERAS ALIMENTADAS CON

GAS 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 aparatos alimentados con combustibles lquidos sern los que se indican en la Tabla II.

TABLA II

INTERVALO DE VALORES ADMISIBLES DE CO2

Y OPACIDAD PARA CALDERAS ALIMENTADAS

CON COMBUSTIBLES LQUIDOS

Potencia nominal til ( kW)

Pu 35 35 < Pu 70 Pu > 70

CO2 (%) 1012 1012 1012,5

Inquemados (Bacharach mximo)

1 1

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1

Procedimiento de inspeccin de la eficiencia energtica de una caldera

Los intervalos de valores admisibles para las calderas de combustibles slidos sern los que se indican en la Tabla III.

TABLA III

INTERVALOS DE VALORES ADMISIBLES DE CO2

Y OPACIDAD PARA CALDERAS ALIMENTADAS

CON COMBUSTIBLES SLIDOS

Potencia nominal til (kW)

Pu 35 35 < Pu 70 Pu > 70

CO2 (%) 1115

Inquemados (Bacharach mximo)

2

Notas a los valores de las tablas:

1 Los valores estn referidos a composicin seca de los gases.

2 El lmite mximo del contenido de monxido de carbono CO no diluido en los gases de combustin establecido en la Tabla I marca el umbral de la necesidad de proceder a una limpieza y ajuste de la caldera, aunque las normas de seguridad permitan llegar a este valor hasta los 1.000 ppm.

3 Se hace hincapi en vigilar que no exista aire falso que altere las medidas, mxime en instalaciones de gas equipadas con calderas con quemadores atmosfricos. Pasar de un exceso de aire de 1,5 a 3,5 por este motivo dispara la lectura derivada del CO no diluido en la misma proporcin en analizadores que derivan este valor de la medicin del O2.

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

y aumenta la concentracin de CO2 hasta el valor estequiomtrico. Los valores de partida indicados en la tabla para la concentracin de CO2 debe interpretarse como valor prctico para obtener un mnimo exceso de aire que evite la formacin de CO y otros inquemados. No obstante, este valor podr ser superado si la calidad de la combustin se mantiene.

4.4 DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO ENERGTICO DE LA CALDERA

Las calderas de agua caliente alimentadas por combustibles lquidos y gaseosos que se hubiesen instalado con una fecha posterior al 31 de diciembre de 1997 debern poseer como mnimo, a potencia nominal, un valor de rendimiento no inferior en 2 unidades al determinado en la puesta en servicio, que a su vez no deber haber sido inferior en 5 unidades al establecido por la siguiente expresin:

= a + b log Pn (%)

donde log es el logaritmo en base 10 de la potencia nominal de la caldera, expresada en kW y los coeficientes a y b, funcin de la temperatura media del agua, son los de la siguiente tabla:

Tipo de caldera Tm Coeficientes

C 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 rendimiento mnimo exigibles a los distintos tipos de calderas, segn su potencia en la puesta en servicio (expresados en %):

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 diciembre de 1997, y de las calderas de combustibles slidos instaladas en cualquier fecha ser el indicado en su placa o en su documentacin tcnica. En caso de no existir esta informacin, el rendimiento ser el resultante de ajustar los valores de los componentes de la combustin a los valores indicados en las tablas I, II o III del anterior apartado 4.3.

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

4.5 MANTENIMIENTO

Las instalaciones de calefaccin y preparacin de agua caliente sanitaria contarn con el servicio de Mantenimiento en las condiciones que fija el RITE.

Los Partes o el Libro de Mantenimiento descritos en el RITE estarn a disposicin de los Inspectores, que comprobarn que el mantenimiento realizado cumple con los mnimos exigidos en dicho Reglamento.

En caso de incumplimiento, el Titular deber tomar las medidas correctoras para que se cumplan los requisitos mnimos exigidos en el plazo mximo de seis meses a partir de la fecha de Inspeccin.

4.6 ACTA

Los resultados de una Inspeccin debern plasmarse en un Acta que deber emitir la empresa o agente acreditado 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 potencia nominal til instalada (en kW).

Combustible que est consumiendo.

En instalaciones con potencia nominal til instalada mayor de 70 kW, nombre del titular del mantenimiento y fecha de la ltima revisin realizada sobre los parmetros de funcionamiento del grupo trmico.

En caso de quemadores no integrados, marca y modelo del quemador.

Valor medio de las medidas efectuadas.

Fecha de la inspeccin.

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

Sello y firma la empresa o agente acreditado que ha realizado la inspeccin.

De dicha Acta de la inspeccin se expedirn, como mnimo, tres ejemplares: un primero para el titular de la instalacin; un segundo para el organismo territorial competente de la Comunidad Autnoma correspondiente, que le ser remitido por la empresa o agente acreditado; y un tercero para la propia empresa o agente acreditado que haya realizado la inspeccin.

El Acta se emitir en hojas de tamao UNE A-4, debiendo contener todos los datos del presente apartado en una sola de sus caras y debindose reservar el espacio inferior de la misma para la anotacin de las observaciones oportunas y la firma del titular de la instalacin o el nombre y firma de su representante.

28

5 Inspeccin de la eficiencia energtica de instalaciones de generacin de calor equipadas con calderas de

ms de 15 aos de antigedad

El Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE), recogiendo el mandato de la Directiva Europea 2002/91/CE de 16 de diciembre de 2002 relativa a la eficiencia energtica de los edificios, establece entre uno de sus objetivos la evaluacin del estado de aquellas instalaciones de generacin de calor equipadas con calderas de ms de 15 aos de antigedad.

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

a) Inspeccin de todo el sistema relacionado con la exigencia de eficiencia energtica regulada en la IT.1 de este RITE.

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

c) Elaboracin de un dictamen con el fin de asesorar al titular de la instalacin, proponindole mejoras o modificaciones de su instalacin, para mejorar su eficiencia energtica y contemplar la incorporacin de energa solar. Las medidas tcnicas estarn justificadas en base a su rentabilidad energtica, medioambiental y econmica.

La IT 1 del RITE regula la adopcin de un conjunto de soluciones sobre cada sistema o subsistema de la instalacin trmica cuyo cumplimiento asegurar, de forma indirecta, la superacin de exigencia de eficiencia energtica.

Nos encontramos as con la necesidad de efectuar una inspeccin 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 suficiente conjunto de equipos y sistemas o subsistemas de la instalacin cuyo resultado, en trminos Cumple o No Cumple, debe dar lugar a un acta de cumplimiento o a un dictamen que informe al titular de la instalacin sobre las modificaciones que debera efectuar en la misma para mejorar su eficiencia energtica.

En este captulo se desarrolla el procedimiento para dar respuesta a este requisito, junto con el procedimiento para la determinacin del consumo especfico de combustible de la instalacin de calefaccin y de ACS, dato que aportar al usuario de la instalacin una visin en trminos energticos del uso que realiza sobre la instalacin y de la eficiencia energtica de la misma.

Estos valores del consumo de combustible para el servicio de calefaccin y de ACS se limitan a unas cifras obtenidas experimentalmente y cuyo traspaso puede responder no slo a una baja eficiencia energtica de la instalacin sino a unas condiciones de funcionamiento por parte de los usuarios en (horarios, temperaturas, u otras) superiores a los estndares medios. Al margen de la informacin al usuario, la obtencin de estos valores permitir a las distintas administraciones pblicas conocer los vectores del consumo de energa para poder establecer sus distintos programas de actuacin en la conservacin del medio ambiente.

Efectuada la Inspeccin nica para instalaciones de generacin de calor equipadas con calderas de ms de 15 aos de antigedad, este ratio del consumo de combustible de la instalacin ser recalculado en cada Inspeccin Peridica, pasando los resultados y la evolucin de este valor a formar parte de la documentacin tcnica de la instalacin.

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

5.1 CONSUMO DE COMBUSTIBLE EN CALEFACCIN

El consumo especfico del combustible destinado al servicio de calefaccin de los edificios se calcular segn la siguiente expresin:

ECcalef =

c

S nc

donde:

Ec = Energa nominal consumida durante el perodo analizado, 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 funcin de los consumos de combustible, acreditados por el titular de la instalacin por medio de los registros histricos de consumo que le son facilitadas por las compaas suministradoras de energa conjuntamente con las facturas energticas.

En las instalaciones que tengan la obligacin de contar con un servicio de mantenimiento, la empresa mantenedora llevar un registro en el que se realice el seguimiento de la energa nominal consumida.

Asimismo, la compaa suministradora de energa informar a la empresa o agente acreditado para efectuar la inspeccin, de los suministros de energa nominal suministrada a cada instalacin.

Las empresas de inspeccin cotejarn los datos mencionados en los prrafos anteriores, determinando el dato de energa nominal consumida en el perodo entre Inspecciones.

Una vez conocido el combustible consumido, se calcular la energa en base a su PCI, dato que deber ser aportado por la compaa suministradora de energa en las correspondientes facturas de suministro.

En cada nueva Inspeccin Peridica de eficiencia energtica de la caldera se deber determinar la energa nominal consumida en ese periodo de tiempo.

Determinacin de la superficie til calefactada (Sc)

Se considerar como superficie til calefactada la superficie de los locales del edificio o de la vivienda que posean servicio de calefaccin, es decir, no tomando en consideracin dependencias no calefactadas tales como garajes, trasteros, etc.

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

El valor de la superficie til calefactada ser determinado en esta inspeccin general de la instalacin trmica.

Cuando existan reformas del edificio o de la vivienda que afecte a la superficie calefactada, el valor de su nueva superficie deber ser corregido en la siguiente Inspeccin Peridica correspondiente.

Consumo de combustible

El ratio del consumo de combustible anual por superficie calefactada (Re) no podr ser superior a los valores indicados en la siguiente tabla, en funcin de la zona climtica que corresponda a la localidad del edificio o vivienda y que se relacionan en el Apndice I:

Zona climtica A B C D E

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

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

5.2 CONSUMO DE COMBUSTIBLE EN LA PREPARACIN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

El consumo de combustible asociado a la demanda de agua caliente sanitaria, a lo largo de un ao, no deber superar la cifra de los valores unitarios que aparecen en la 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

Vestuarios Duchas colectivas

919 por servicio

Escuelas 184 por alumno

Cuarteles 1.226 por persona

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

(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 de personas por vivienda deber hacerse utilizando como valores 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 en edificios de varias viviendas o usuarios de ACS, la demanda total de ACS se considerar como la suma de las demandas de todos ellos.

En las instalaciones de generacin de calor para ACS que posean apoyo de energa solar trmica, la cifra del lmite del consumo de combustible deducido con la tabla anterior se reducir en la cuanta de la cobertura trmica prevista con la instalacin solar.

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

5.3 RENDIMIENTO ESTACIONAL

Un indicador del nivel de eficiencia energtica de la instalacin trmica de un edificio es la determinacin de su rendimiento estacional.

En los captulos anteriores se han descrito los mtodos para obtener el rendimiento de una caldera y el procedimiento de inspeccin, con los valores o ratios que debe alcanzar este tipo de generador de calor en su funcionamiento habitual. El valor de rendimiento obtenido por esos mtodos configura el rendimiento instantneo de la combustin de la caldera, es decir, la relacin de calor til respecto al combustible consumido que en ese instante se obtiene en la caldera.

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

lado, el calor aportado a las instalaciones de calefaccin y/o ACS a lo largo de un ao y, por otro, el combustible consumido en ese periodo, obtendramos el rendimiento estacional como la relacin entre ambos valores. Veramos que este valor difiere del rendimiento instantneo de la caldera, siendo un valor indicativo no del nivel de calidad de la caldera, sino del grado de adecuacin de la potencia de la instalacin a la demanda de energa de los servicios que satisface. Esta es la razn por la que el RITE exige, por ejemplo, el fraccionamiento de potencia en varios generadores y en varios frentes de llama con quemadores de etapas o modulantes.

5.3.1 Clculo del rendimiento estacional por el mtodo directo

Dentro de la serie de Guas tcnicas de ahorro y eficiencia energtica en climatizacin editadas por el IDAE, existe el Ttulo Contabilizacin de Consumos que describe y desarrolla el procedimiento para determinar el rendimiento estacional de aquellas instalaciones equipadas con equipos de contabilizacin.

5.3.2 Clculo del rendimiento estacional por el mtodo indirecto

Para aquellas instalaciones que no tuvieran instalados estos equipos de contabilizacin, se desarrolla a continuacin un mtodo para la determinacin de forma indirecta del rendimiento estacional de una instalacin.

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

Rc 2Rg =

1 + (((Pn Pp) 1 ) Co ) 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

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Gua tcnica

Procedimiento de inspeccin peridica de eficiencia energtica para calderas

El rendimiento estacional (Rg) se calcular de forma independiente para cada uno de las calderas que formen parte de la instalacin, recogiendo el dato de rendimiento global neto en %.

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

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

Pn = Ch PCI

donde:

Ch = Consumo horario de combustible, medido por su contador

PCI = Poder calorfico inferior del combustible

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

La potencia media real de produccin (Pp) en las calderas de ms de 70 kW, se determinar mediante la siguiente expresin:

Pp = Ec 0,7 Hf

donde:

Ec = Energa consumida por la caldera durante el perodo analizado, calculada en base al PCI del combustible (kWh)

Hf = Nmero de horas de funcionamiento durante el perodo analizado en la