Os relaciono las medidas básicas para mejorar la eficiencia energética de las calderas. Son medidas que están incluidas en las fichas de nuestro formulario máster para realización de auditorías energéticas y que han sido recopiladas de la literatura técnica existente.
1.- Inspección y reparación de purgadores de vapor
En los sistemas de vapor que no se han mantenido en 3-5 años, entre el 15% y el 30 % de los purgadores de vapor instalados pueden haber fallado – en ese caso el vapor escapa en el sistema de retorno del condensado. En sistemas con un programa de mantenimiento desarrollado regularmente, las pérdidas de los purgadores serán menos del 5 % del total de purgadores. Si el sistema de distribución de vapor incluye más de 500 purgadores, un análisis de los purgadores de vapor probablemente revelará pérdidas de vapor significativos. Los purgadores de vapor deben probarse si están funcionando apropiadamente y no están obturados o fallan en posición abierta y permiten que el vapor escape al sistema de retorno del condensado. Hay cuatro formas de probar los purgadores de vapor: temperatura, sonido, visual, y electrónico.
2.- Mejora de la eficiencia en la combustión
La operación de la caldera con una cantidad mínima de exceso de aire minimizará la pérdida de calor en la chimenea y mejorará la eficiencia de la combustión. La eficiencia de la combustión es una medida de cómo efectivamente el contenido de calor del combustible se transfiere a calor utilizable. La temperatura en la chimenea y las concentraciones de oxígeno (o dióxido de carbono) son los principales indicadores de la eficiencia de la combustión. Dada una mezcla completa, se requiere una cantidad precisa o estequiométrica de aire para reaccionar completamente con una cantidad dada de combustible. En la práctica, las condiciones de la combustión nunca son ideales, y debe suministrarse una cantidad de aire adicional para quemar completamente el combustible. La cantidad correcta de exceso de aire se determina analizando el oxígeno del gas de los humos o las concentraciones de dióxido de carbono. Una cantidad de aire excedente inadecuada origina en combustibles no quemados (combustible, hollín, humo, y monóxido de carbono) mientras que demasiado origina una pérdida de calor debida al caudal de gas de humos incrementado – disminuyendo de esta forma la eficiencia total de la caldera de humo a vapor. En un sistema de gas natural bien diseñado, es alcanzable un nivel de aire del 10 %. A menudo se asume que la eficiencia de la caldera puede incrementarse un 1% cada 15% de reducción del exceso de aire o reducción de 3,44 ºC en la temperatura del gas de la chimenea.
3.- Instalación del economizador de agua de alimentación para recuperación del excedente de calor
El economizador de agua de alimentación reduce los requerimientos de combustible de la caldera transfiriendo calor desde el gas de los humos al agua de alimentación. Los gases de los humos de la caldera se rechazan a menudo a la chimenea a temperaturas que superan en más de 37,7ºC-65,55ºC la temperatura del vapor generado. Generalmente, la eficiencia de la caldera puede incrementarse en un 1% cada reducción de 4,44 ºC en la temperatura del gas de los humos. Recuperando el calor excedente, un economizador puede a menudo reducir los requerimientos de combustible entre un 5-10% y quedar amortizado en menos de 2 años.
4.- Aislamiento de la red de distribución de vapor, agua caliente y líneas de retorno de condensados
Las líneas de distribución de vapor y retorno del condensado no aisladas son una fuente constante de derroche de energía. El aislamiento puede típicamente reducir las pérdidas de energía en un 90% y ayudar a asegurar una presión de vapor apropiada en el equipo de planta. Cualquier superficie a temperatura superior a 48,8 ºC debe estar aislada, incluyendo las superficies de las calderas, tuberías de retorno del condensado y vapor, y accesorios. En la reparación del sistema de vapor el aislamiento frecuentemente se daña o se retira y nunca se reemplaza. El aislamiento dañado o mojado debe repararse o sustituido inmediatamente para evitar comprometer el valor del aislamiento. Deben eliminarse las fuentes de humedad antes de la sustitución del aislamiento. Las causas de un aislamiento húmedo incluyen válvulas con pérdidas, pérdidas en tuberías externas, pérdidas en tubos, o pérdidas en equipos adyacentes. Después de aislar las líneas de vapor, los cambios en el caudal de calor pueden influir en otras partes del sistema de vapor.
5.- Reducción de depósitos
Para cualquier operación, la seguridad de la caldera está en primer lugar, es por eso que hay que limpiarla de depósitos ya que éstos reducen la trnsmisión térmica y provocan un recalentamiento que puede afectar sobre el cuerpo de acero de la caldera y hacerla estallar.
Incluso en pequeñas calderas, la prevención de formación de depósitos puede producir un ahorro sustancial de energía. Los depósitos ocurren cuando el calcio, magnesio, y silicatos, comúnmente encontrados en la mayor parte de los suministros de agua, reaccionan para formar una capa de material en el lado del agua de los tubos de intercambio de calor de la caldera. Los depósitos originan problemas porque típicamente poseen una conductividad térmica un orden de magnitud menor que el valor correspondiente para el acero desnudo. Incluso las capas de depósitos sirven como un aislamiento efectivo y retardan la transferencia de calor. El resultado es el sobrecalentamiento del metal del tubo de la caldera, fallos en los tubos, y pérdida de eficiencia energética. El exceso de consumo de combustible debido a los depósitos de la caldera puede ser del 2% para calderas acuotubulares y hasta del 5% en calderas pirotubulares.
6.- Recuperación del calor en los condensados
Recuperar el calor de la agua caliente drenada. Cuando el vapor transfiere su calor en un proceso de fabricación, en los intercambiadores de calor, o serpentín de calentamiento, se vuelve a una fase líquida llamada condensado. Un método atractivo de mejorar la eficiencia energética de la planta es incrementar el retorno de condensado a la caldera. Retornando condensado caliente a la caldera encontramos los siguientes beneficios: Cuando más condensado retorna, se requiere menos aporte de agua, se ahorra combustible, agua, productos químicos, y coste de tratamiento. Menos condensado descargado al sistema de alcantarillado reduce los costes de eliminación o depuración. El retorno de condensado de alta pureza también reduce las pérdidas de energía debidas a la purga de la caldera. Tienen lugar ahorros de costes significativos cuanto más condensado retorna a alta temperaturas (54,44 ºC a 107,22 ºC), reduciendo la cantidad de agua fría de aporte (10 a 15,55 ºC) que debe ser calentada. Un cálculo simple indica que la energía en el condensado puede ser más del 10 % del contenido de energía del vapor total de un sistema típico.
7.- Minimizar la purga de la caldera
La minimización del nivel de purga puede reducir sustancialmente las pérdidas de energía, ya que la temperatura del líquido de purga es la misma que la del vapor generado en la caldera. Minimizando la purga también puede reducirse la aportación del agua y los costes de tratamiento químico. Ya que el agua se evapora en el colector de vapor de la caldera, los sólidos presentes en el agua de alimentación se quedan atrás. Los sólidos suspendidos forman lodo o sedimentos en la caldera, que degrada la transferencia de vapor. Los sólidos disueltos promueven la formación de espumas y la transformación del agua sobrante en vapor. Para reducir los niveles de sólidos suspendidos y disueltos totales a unos límites aceptables, el agua se descarga o purga periódicamente de la caldera. La purga del fondo o lodos es usualmente un procedimiento manual hecho en unos pocos segundos en intervalos de varias horas. Está diseñado para quitar sólidos suspendidos que se asientan el agua de la caldera y forman un lodo pesado. La purga de superficie o espuma está diseñada para quitar los sólidos que se concentran cerca de la superficie del líquido. La purga de superficie es a menudo un proceso continuo. Un purgado insuficiente puede llevar a un excedente de agua de la caldera en el vapor, o la formación de depósitos. Una purga excesiva derrochará energía, agua, y productos químicos. El nivel de purgado óptimo está determinado por varios factores incluyendo el tipo de caldera, presión de operación, tratamiento de agua, y agua de calidad o aporte. Los niveles de purgado van de 4% a 8% del nivel de caudal del agua de alimentación de la caldera, pero puede ser tan alto como el 10% cuando el agua de la caldera tiene un alto contenido de sólidos.
8.- Recuperación del calor del purgado de la caldera
Puede recuperarse calor del purgado de la caldera usando un intercambiador de calor para precalentar el agua de aporte de la caldera. Cualquier caldera con purgado continuo excediendo un 5% la tasa de vapor es un buen candidato para la introducción de recuperación de calor de residuos de purgado. El mayor ahorro de energía ocurre con las calderas de alta presión..
9.- Paradas y arranques
Siempre que una caldera arranque o pare, durante algunos minutos funciona la ventilación forzado para purgar la cámara de combustión de gases sin quemar. Esto es obligatorio para la operación segura de una caldera.
Durante este tiempo el calor del agua de la caldera en la cáscara o de los tubos se pierde por las pérdidas de aire que purga.
Para evitar este tipo de pérdidas, es mejor mantener una condición constante del combustible.
10.- Reducción De la Presión De la Caldera
Reduciendo la presión de la caldera, algunas de las pérdidas de calor a la transmisión se pueden reducir levemente. La circulación de la caldera puede estar trastornada y las líneas del vapor pueden tener capacidad escasa y fluir para transportar el vapor de presión baja.
11.- Funcionamiento en la eficacia máxima
Al funcionar dos o más calderas, la eficacia se mejora mediante el escalonamiento de éstas de modo que la carga combinada funcione en la eficacia máxima.
12.- Precalentamiento del aire de la combustión
Precalentando el aire para la combustión se mejora la eficiencia de la combustión.
13.- Referenciar el coste de combustible de generación de vapor o agua caliente
Referenciar el coste de combustible de generación de vapor (€/1000 kg de vapor) es una forma efectiva de valorar la eficiencia del sistema de vapor. Este coste es dependiente del tipo de combustible, coste del combustible de la unidad, eficiencia de la caldera, temperatura del agua de alimentación, y presión de vapor. Este cálculo proporciona una buena primera aproximación del coste de generación del vapor y sirve para controlar el rendimiento de la caldera. La siguiente tabla muestra la entrada de calor requerida para producir una libra de vapor saturado a diferentes presiones de operación y temperaturas del agua de alimentación variables.
14.- Minimizar las pérdidas por ciclos cortos de funcionamiento
El “ciclo corto” de la caldera ocurre cuando una caldera sobredimensionada satisface rápidamente la demanda de calentamiento del proceso o espacio, y luego se para hasta que se requiere nuevamente. Las demandas del calentamiento del proceso pueden cambiar en el tiempo. Las calderas pueden estar sobredimensionadas por adiciones o expansiones que nunca ocurren. Instalando medidas de conservación de energía y recuperación de calor puede reducirse la demanda de calor. Como resultado, una planta industrial puede tener múltiples calderas, cada una prevista para varias veces la máxima carga esperada. Las calderas usadas para cargas de calentamiento del espacio están a menudo sobredimensionadas, con su capacidad elegida para cumplir las pérdidas de calor totales del edificio más el calentamiento de ventilación y aire de infiltración bajo condiciones de temperatura extremas o sobre la base del diseño. No debe tenerse en cuenta la contribución térmica de la iluminación, equipos o personas. El excedente de capacidad también se añade para llevar rápidamente la planta a la posición requerida después de la parada nocturna.
Arturo Martín
CEO
Global Green Ingenieros S.L.
Edificio ARIETE.
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E41927 Mairena del Aljarafe.
Sevilla
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(www.grupoglobalgreen.es)
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