Elementos, términos y componentes de una caldera[editar]
- Agua de alimentación: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.
- Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.
- Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.
- Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.
- Condensador: sistema que permite condensar el vapor.
- Estanque de acumulación: es el estanque de acumulación y distribución de vapor.
- Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.
- Purga de fondo: evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.
- Purga de superficie: evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.
- Fogón u hogar: alma de combustión del sistema, para buscar una mejora continua de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera.
- Combustible: material que produce energía calórica al quemarse.
- Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.
- Ciclos de concentración: número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.
- Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.
- Desoxigenación: tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.
- Incrustación: sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.
- Dispersante: sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.
- Antiincrustante: sistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en solución.
- Anticorrosivo: sistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.
- Corrosión: véase Corrosión
- Índice de vapor/combustible: índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.
En las fórmulas que siguen utilizaremos los siguientes conceptos, nomenclaturas
te = temperatura de entrada del agua fría en el acumulador (ºC).
tp = temperatura de preparación (ºC).
tu = temperatura de utilización del ACS (ºC).
G = gasto diario de ACS del edificio (l.)
QMp = caudal medio en los períodos punta (l/seg)
QMv = caudal medio en los períodos valle (l/seg).
--------
hp = duración de cada período que consideramos como punta (seg)
hv = duración de cada período que consideramos como valle (seg)
H = tiempo del día en que se considera el funcionamiento de la caldera (seg).
Hp = tiempo total de períodos puntas (seg).
Hv = tiempo total de períodos valle (=H - Hp), (seg).
C = energía de la caldera consumida en un cierto período (k calorías).
NOTAS RECORDATORIAS.-
Unidades de potencia:
1 kw = 1 k julio/seg
1 kw = 860 k caloría/hora
Unidades de trabajo o energía:
1 k caloría = 4,18 k julios.
2.3 Obtención de datos previos.
A efectos simplificatorios se considera que los caudales y duraciones de los distintos
CAUDALES.
QMp caudal medio de los periodos puntas.-
Se obtiene como dato, según el tipo de edificio.
QMv caudal medio de los períodos valle.
Si el gasto diario de los períodos punta es QMp x Hp y el total del día es G, el gasto en
B) COMPUTO DE ENERGÍAS EN UN CICLO "PREPARACIÓN CONSUMO".
Según lo expuesto en el punto 2.1 hallemos primeramente en k julios la energía de
Desglosemos dicha energía J en dos escalones: JA y JB .
JA = 4,18 x 0,6 V (tu – te); siendo V el volumen del acumulador en litros
JB.- Energía que hay que suministrar para que el agua del acumular suba de tu a tp.
JB = 4,18 V (tp – tu)
TOTAL ENERGIA DE PREPARACIÓN: JA + JB = 4,18 v (tp – 0,4 tu – 0,6 te) [ 1 ]
Energía de Consumos.
Igualmente, expresadas en k julios
Energía consumida en un período punta:
4,18 (tu – te) QMp x hp
Energía consumida en un período valle:
Superávits y déficits de energía.
Partamos de la hipótesis óptima, en la que se plantea que la caldera de potencia P,
[2]
llamada ENERGIA DE ACUMULACIÓN.
Por su parte en los periodos puntas se producirá el siguiente déficit de energía:
2.4 Planteamiento y solución.
Con los datos anteriores basta expresar numéricamente los principios en que se basa el
El primer principio dice así:
"La producción de energía en los períodos valles (también llamados de preparación) deben 
.
.
Igualando, pues, [1] y [2] tenemos:
[4]
El segundo principio puede enunciarse de la siguiente manera:
"Tal cantidad de energía de acumulación debe compensar el déficit de energía que se produzca
Igualando, entonces, [1] y [3] tenemos:
Despejando P y V de [ 4 ] y [ 5 ] obtenemos:
Fórmulas que nos dan la potencia útil o aprovechada de la caldera y el volumen del
1. Tanto los términos del planteamiento general como la anterior expresión [5] nos
2. Durante el ciclo normal producción-acumulación se calcula en un 15% las pérdidas de
Igualmente; dadas las normales distorsiones de consumos de algún período
2.5 Cuadro para los cálculos de P y V, referido a diferentes edificios.
TIPO
DE EDIFICIO
|
NECESIDADES DE ACS
|
DEMANDA
PUNTA
HORARIA
|
hv
(horas)
|
hp
(horas)
|
Hv
(horas)
|
Hp
(horas)
|
H
(horas)
|
viviendas
|
60-120 l por persona y día
|
1/10 G
|
4
|
2
|
12
|
6
|
18
|
Hoteles
|
75-150 l por persona y día (sin lavandería y sin restaurante)
|
1/8 G
|
4
|
2
|
12
|
6
|
18
|
Hospitales
|
150 l por persona y día (sin lavandería y sin restaurante)
|
1/8 G
|
4
|
2
|
12
|
6
|
18
|
Oficinas
(turno
único)
|
7,5 l por persona y día
|
1/4 G
|
4
|
1
|
8
|
2
|
10
|
Fábrica e
Internados
|
20 l por persona y día (sin lavandería y sin restaurante)
|
1/3 G
|
3
|
1
|
6
|
2
|
8
|
Restau-
rante de
Dos Turnos
(tu = 80°)
|
7 l por comida
|
1/6 G
|
4
|
2
|
8
|
4
|
12
|
Lavanderías
(tu = 80º)
|
Normales: 30-50 l/kg ropa
Hospitales: 60-80 l/kg
ropa
(1,5-2,5 kgs/ropa/
persona/día)
|
G
-----
Hp
|
(*)
|
(*)
|
(*)
|
(*)
|
10
|
(*) Según programación laboral del centro
| |||||||
Al cuadro anterior procede añadir lo siguiente:
· Se estimará te entre 9º y 12º, según regiones.
· Se acotará tp y tu dentro de límites , no bajando tu de
· Las cocinas colectivas y lavanderías demandan agua a mayor temperatura (tu = 70 a postcalentamiento.
2.6 Ejemplo.
Hotel de 500 camas. Caldera y acumulador para los baños de huéspedes:
G = 500 x 150 l = 75.000 l de ACS
QMp = (1/8)x 75.000 = 9.375 l/h = 2,60 l/seg
hv = 4 horas = 14.400 seg te = 10º C
hp = 2 horas = 7.200 seg tp = 56º C
Hp = 6 horas = 21.600 seg tu = 48º C
H = 18 horas = 64.800 seg
P* (potencia a instalar) = 1,4 x 183,84 = 257,38 kw = 221.347 k cal/h
3 TABLAS EMPIRICAS.
Existen numerosas tablas que facilitan la adopción inmediata de caldera y acumulador.
3.1 Tablas americanas.
Una de las publicaciones más prestigiosas “Heating, Ventilating, Air Conditioning Guide”
Clase de edificio
|
Agua caliente necesaria en litros por persona y día
|
Consumo máximo horario en relación al consumo diario
|
Duración del período de consumo máximo (horas)
|
Depósito
Capacidad de almacena
miento en relación al consumo diario
|
Caldera
Capacidad horaria del calentador en relación al consumo diario *
|
Viviendas, apartamentos, hoteles
|
150
|
1/7
|
4
|
1/5
|
1/7
|
Oficinas
|
7,5
|
1/5
|
2
|
1/5
|
1/6
|
Fábricas y talleres
|
20
|
1/3
|
1
|
2/5
|
1/8
|
Restaurantes
|
7 litros por comida y día
|
-
|
-
|
1/10
|
1/10
|
Restaurantes
(tres comidas diarias)
|
1/10
|
8
|
1/5
|
1/10
| |
Restaurantes
(Una comida diaria)
|
1/5
|
2
|
2/5
|
1/6
|
* Para obtener la potencia de la caldera en k cal/h multiplíquese los litros obtenidos según la
3.2 Tablas N.T.E.
Tabla 11
|
Número de grifos servidos por el acumulador
| ||||||||||||||
Uso del edificio
|
Público
|
13
|
20
|
27
|
33
|
50
|
66
|
100
|
135
|
190
|
327
|
475
|
640
|
1.000
|
1.350
|
Privado
|
20
|
30
|
40
|
50
|
75
|
100
|
150
|
200
|
300
|
500
|
750
|
1.000
|
1.500
|
2.000
| |
C en litros
|
750
|
1.000
|
1.250
|
1.500
|
2.050
|
2.500
|
3.400
|
4.300
|
6.000
|
9.400
|
13600
|
17800
|
26200
|
34600
| |
P en kcal/h
|
21560
|
28700
|
35940
|
43125
|
58940
|
71875
|
97750
|
123625
|
172500
|
270250
|
391000
|
511750
|
753250
|
994750
| |
3.3 Ejemplos.
Desarrollaremos, a título comparativo, el ejemplo anterior, según las dos tablas señaladas.
3.3.1 Según tablas americanas.
(1) Consumo diario.
Consumo en el período punta 4 x 10.714 l = 42.858 l
(5) Capacidad horaria del calentador.
P* = 10.714 (60º - 10º) = 535.700 k cal/h 
Según autores 
los datos tabulados se basan en el siguiente simple planteamiento:
los datos tabulados se basan en el siguiente simple planteamiento:
La producción de la caldera con la ayuda del agua acumulada debe poder contrarrestar el consumo de todo un período punta, con la salvedad de que en el acumulador debe quedar, aproximadamente, 1/3 de energía calorífica para poder afrontar con garantías el subsiguiente período valle. Comprobémoslo con el ejemplo anterior:
- Duración del período punta y consumo en dicho período, según (3): 4 horas y 42.858 l, respectivamente.
- Capacidad del acumulador, según (4) : 15.000 l.
- Aportación del acumulador en período punta: 2/3 de 15.000 = 10.000 l.
- Capacidad de producción horaria necesaria del calentador en período punta:
(42.858 - 10.000) / 4 horas = 8.214,5 l.
Teniendo en cuenta las pérdidas por difusión de caldera-circuito primario-acumulador:
Es evidente que la regla expuesta faculta dar al binomio caldera-acumulador posibles alternativas distintas a las (4) y (5) tabuladas, considerando, en cualquier caso, que acumuladores excesivos darían lugar a calderas insuficientes y que acumuladores escasos traen consigo dispendios energéticos.
3.3.2 Según tablas N.T.E.
Supongamos que a las 500 camas del hotel corresponden 250 baños con 3 aparatos por baño (no se cuentan obviamente los inodoros)
Nº de aparatos 750; uso asimilable al privado
Capacidad del acumulador: 13.600 litros
P* de la caldera = 391.000 k cal/h.
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