miércoles, 30 de diciembre de 2015

Aprovechamiento del calor de la combustión

Debe de aprovecharse el calor que tanto nos cuesta, para no desperdiciar ni un grado de temperatura. Pues no parece lógico consumir combustible cuyo calor generado lanzaremos en parte hacia la atmósfera.

No debería instalarse ningún generador sin un aprovechamiento total del calor producido su quemador.

En un generador hay pérdidas por:
  • Conducción, convección y radiación del calor del generador a la atmósfera del recinto donde está instalado. 
  • Pérdidas por combustible no quemado, que formará CO y restos de hollín.
  • Pérdidas de calor por la chimenea.
Las pérdidas de calor del generador hacia el recinto donde está instalado, pueden limitarse si el mismo dispone de aislamiento especialmente en el cuerpo de la caldera.

Las perdidas por inquemados se pueden reducir al mínimo, si se ajusta debidamente la combustión con el mínimo exceso de aire, localizando la zona de mínima producción de CO.
Imagen de nuestro libro de Quemadores de Gasóleo. Fuente: Tifell.
Además la formación de monóxido de carbono puede provocar serios problemas de intoxicación. En el caso de generadores a gas no se permiten emisiones superiores a 500 ppm, estando incluso limitados en algunas Comunidades Autónomas a 200 ppm de CO corregido o no diluido.

Imagen de nuestro libro de Quemadores de Gasóleo. Fuente: Tifell.

Nuestra recomendación es no dar por finalizado un ajuste hasta haber reducido esta concentración a un valor por debajo de 100 ppm, medidos en la chimenea en condiciones normales de funcionamiento: puertas y ventanas cerradas, y caldera con su envolvente montada.

Estas pérdidas por inquemados serán mínimas (inferiores al 0,3 %), pero deben controlarse para evitar problemas de mantenimiento (hollines) y los problemas de seguridad que pueden provocar la inhalación.

Además la formación de hollín irá recubriendo la caldera de una capa aislante que impedirá la transmisión de calor de los humos al fluido portacalor.


Por ello las calderas debe comprobarse la ausencia de restos de hollín en la cámara de combustión y en los tubos de humos, una o dos veces por temporada según la potencia de la misma.

Además temperaturas de humos por encima de 240 ºC pueden provocar incendios interiores al quemarse incontroladamente los restos de hollín depositados sobre las paredes de la chimenea. Recordemos que el hollín son átomos de Carbono, C, del combustible que no se han quemado.

Pérdidas de calor por la chimenea.

Las pérdidas de calor por la chimenea dependerán del volumen de gases evacuado y su temperatura.

Por ello durante la puesta en marcha de un generador, el profesional ajustará la combustión para reducir al mínimo el exceso de aire, siempre que no se provoquen inquemados. En base al combustible, y tecnología del quemador, se buscará el mínimo exceso de aire dentro del objetivo de producir una COMBUSTIÓN COMPLETA CON EXCESO DE AIRE (ver la primera imagen).

Hemos de recordar que el aire contiene el comburente que precisa la combustión: el oxígeno. Pero además del 20,9 % de O2, contiene un 79 % de Nitrógeno que se calentará en la cámara de combustión y será eliminado por la chimenea.

Cada reacción de combustión tiene un diagrama de Ostwald donde se observa el equilibrio entre el % de oxígeno y de dióxido de carbono en los gases de la combustión.



Así al aumentar la cantidad de oxígeno en los productos de la combustión (abrir más la entrada de aire a la cámara de combustión), se reducirá el % de CO2 presente en los humos. Y viceversa, al reducir el aporte de aire, se reducirá el % O2 presente en los humos, aumentado el % de CO2 producido.

Las pérdidas por la chimenea se reducirán:
  • Aumentando el % de CO2 de los humos. Pues se ha producido la combustión completa de los átomos del Carbono del combustible. Recordemos que la combustión es una reacción química con producción de calor (exotérmica): C + O2 = CO2 ,y, H + O2 = H2O  ++ CALOR !!.
  • Reduciendo la temperatura de humos, cediendo ese calor al fluido portacalor.
Veamos estos factores en la siguiente tabla:


El porcentaje de CO2 conseguido en la combustión dependerá de la tecnología del quemador y del buen hacer del instalador del generador en la puesta en marcha y regulación del mismo. Con un quemador de llama amarilla se podrá alcanzar un 12,5% como máximo, sin producir inquemados (CO). Con un quemador de gasóleo de llama azul quizás se podrá alcanzar un 13 % de CO2.

En la tabla anterior no se han tenido en cuenta los aportes de calor latente de condensación del vapor de agua de los productos de la combustión.

Esa energía "gratuita" aportará un % adicional en el rendimiento de la combustión, al aprovechar un calor en forma de vapor de agua que en condiciones normales saldrá por la chimenea.

Podéis ver un vídeo tutorial sobre la combustión y el rendimiento que provoca:



En la siguiente animación podéis ver como aumenta el rendimiento del generador al disminuir la temperatura de humos, y el plus de aumento espectacular del rendimiento al condensar los vapores de agua de los productos de la combustión:



Recuperador de calor

Con un recuperador de calor instalado en el retorno de la instalación hacia la caldera se puede aprovechar el calor de los humos, y provocar la condensación del vapor de agua, recibiendo el circuito ese plus energético gratuito que provoca rendimientos ligeramente superiores del 100 % en los generadores de gas y gasóleo.


Imagen cedida por Valiox, fabricante de recuperadores de calor

Veamos un vídeo sobre un recuperador de calor:



Por supuesto ese aprovechamiento energético "dará un salto de calidad" cuando las superficies en contacto con los vapores de agua de los humos de la combustión están por debajo del punto de rocío de los mismos.


Ello depende de varios factores como el ajuste de la combustión: exceso de aire y % de O2 en los humos, así como del combustible empleado.


De la simple observación de esta tabla podemos comprobar que es más fácil condensar con Gas Natural que con Gasóleo. En cualquier caso siempre se podrán buscar las condiciones para condensar de forma casi permanente en los generadores y lograr todo el aprovechamiento del calor producido en la combustión.

Vídeo sobre la mejora del rendimiento al aprovechar el calor de los humos:


Detalle del cambio de rendimiento:




Los generadores antiguos tienen una oportunidad de reducir su consumo energético entre un 8-10 %, incorporando un recuperador de calor en su salida de humos. O bien sustituyéndolos por un generador con tecnología de condensación.



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