Definición de la potencia de la caldera
Las siguientes especificaciones se han definido como resultado del análisis del consumo:
- Producción máxima de vapor
- Producción mínima de vapor
- Documentación de los márgenes de seguridad
- Concepto para futuros cambios operativos en la demanda de salida de vapor
- Posibilidad de un curso cronológico de la producción de vapor
Con estos datos se pueden definir las potencias individuales de las calderas.
Sistemas de caldera individual
Al seleccionar el tamaño de la potencia de la caldera, hay que asegurarse de que el sistema de calderas funcione posteriormente en el intervalo del 40 al 90 % de la producción máxima de la caldera de vapor, ya que el rendimiento es especialmente alto en este intervalo.
La definición de la producción de vapor mínima y máxima también establece el rango de control necesario del sistema.
La utilización de una sola caldera es una solución conveniente si el intervalo de regulación durante el funcionamiento normal en días laborables se sitúa entre los valores siguientes:
- Caldera pirotubular simple: 1 a 0.125 (rango de regulación 1:8)
- Caldera pirotubular doble: 1 a 0.061 (rango de regulación 1:16)
Están disponibles los siguientes tamaños de salida:
- Caldera pirotubular simple: 175 – 28,000 kg/h
- Caldera pirotubular doble: 18,000 – 55,000 kg/h
Sistemas de múltiples calderas
Puede tener sentido utilizar un sistema de varias calderas por varias razones. La siguiente descripción pretende abarcar los distintos motivos de distribución de la producción nominal de vapor. Sin embargo, como son posibles muchas variantes de distribución, no es posible ofrecer una evaluación completa y exhaustiva que abarque todos los aspectos. La decisión de optar por un sistema único o distribuir entre varias calderas debe tomarse siempre para cada proyecto individualmente y debe ser realizada por el operador y el planificador con el apoyo del ingeniero de la planta y el fabricante de la caldera.
Seguridad de suministro y redundancia
La distribución de la potencia de la caldera entre varias unidades de generación es necesaria si también hay que mantener la seguridad del suministro cuando una unidad deja de funcionar. Por ejemplo, esto es necesario en hospitales o en la industria farmacéutica.
En este caso, la unidad de reserva debe proporcionar la potencia mínima necesaria para garantizar la continuidad del funcionamiento.
Por otra parte, en las empresas alimentarias, como las centrales lecheras o las azucareras, y en las industriales, como las papeleras y las imprentas, la avería de la unidad generadora de vapor suele ser desastrosa desde el punto de vista económico.
Funcionamiento a carga parcial y relación de regulación del sistema de calderas de vapor
Las razones para distribuir la potencia total entre varias unidades son:
- Diferencia entre el menor y el mayor consumidor de calor
- Fluctuación cíclica de la demanda de vapor, por ejemplo, entre el día y la noche
- Diferente demanda de vapor en días laborables frente a fines de semana
La menor necesidad de potencia suele ser muy inferior a la menor carga de una unidad de caldera individual, por lo que tiene sentido adaptar la distribución de la potencia a la carga ligera. De este modo, se evita una operación de encendido y apagado del sistema de combustión, costosa y contaminante para el medio ambiente, así como un desgaste prematuro.
En los sistemas a gran escala, el límite de potencia de la fuente de calor determina el número de unidades. Lo ideal es que la potencia total se distribuya entre unidades de idéntica construcción. La reducción del número de piezas de repuesto almacenadas y la posibilidad de sustituir las piezas son razones suficientes para ello. Si no se puede conseguir un funcionamiento eficaz con la carga más pequeña utilizando la unidad más pequeña determinada de este modo, solo entonces deberá utilizarse una unidad adaptada de carga baja.
Reporte técnico: cargas evitables en las calderas pirotubolares de vapor
Duración del encendido del sistema de mantenimiento de arranque en frío/calor
La rápida disponibilidad de la máxima potencia de vapor es en ocasiones también una buena razón para usar un sistema de varias calderas. Mientras que una caldera fría necesita aproximadamente una hora hasta que alcanza el estado de funcionamiento y está lista para suministrar toda su potencia, una caldera que se ha mantenido caliente y se encuentra en estado de espera puede responder a una solicitud de este tipo en solo 5 minutos. En este proceso, el mantenimiento del calor es más eficaz y cuidadoso si se emplea un serpentín de calefacción calentado por vapor frente a un sistema de combustión.
Optimización de los costes de funcionamiento
La cuestión de cuántas calderas deben instalarse en un sistema y cuáles son sus respectivas potencias debe estudiarse con vistas a reducir (al mínimo) los costes de funcionamiento. Especialmente en los casos en los que la demanda de vapor fluctúa cíclicamente, por ejemplo, la carga entre semana o si la carga de calefacción fluctúa en función de la estación, tiene sentido no seleccionar la misma potencia de caldera para las unidades individuales.
Uso del control secuencial
Los esfuerzos de la caldera y los costes de funcionamiento pueden optimizarse definiendo cada caldera como caldera de carga base o caldera de carga punta y utilizando un control secuencial de última generación.
Espacio necesario: requisitos de instalación
La mayoría de los sistemas de calderas se instalan en una sala de calderas independiente, o al menos en una zona separada del edificio, ya que deben observarse condiciones especiales relativas a la instalación y el funcionamiento debido a los peligros potenciales asociados a su funcionamiento.
En algunos países, como Alemania, en el caso de calderas más pequeñas con menor relevancia para la seguridad, puede haber requisitos reducidos en cuanto a la ubicación de la caldera (consulte los requisitos de su país):
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Requerimiento |
Valor máximo |
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Producción máxima de vapor de la caldera |
2,000 kg/h |
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Presión de servicio máxima admisible |
32 bar |
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Contenido máximo de agua hasta agua baja |
10,000 l |
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Producto máximo del contenido de agua y la presión de servicio admisible |
20,000 l · bar |
Caldera de vapor con condiciones de instalación facilitadas (ejemplo Alemania)
En algunos sistemas puede ser necesario, debido a las condiciones de instalación, que la producción total de vapor sea compartida por varias calderas que cumplan las condiciones anteriores. En hospitales, pequeñas lavanderías o plantas de producción de alimentos se utilizan con frecuencia condiciones de instalación más sencillas si no se dispone de una sala de calderas independiente y las calderas pueden instalarse, por ejemplo, en el sótano.
Distribución razonable de la potencia de la caldera
En la siguiente tabla se indican a modo de ejemplo una serie de requisitos en relación con la seguridad contra fallos y el rango de regulación requerido, así como la distribución sensible de la potencia de la caldera entre varias calderas, con el fin de satisfacer los requisitos:
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Requerimiento |
Distribución de la potencia de la caldera |
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Seguridad contra fallos del 100 % de la producción de vapor |
100:100, entre 2 calderas |
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Seguridad contra fallos del 80 % de la producción de vapor |
80:80, entre 2 calderas |
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Seguridad contra fallos del 50 % de la producción de vapor |
50:50:50, entre 3 calderas |
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Rango de regulación > 1:8 |
50:50, entre 2 calderas or 1 caldera con doble tubo de llama |
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Rango de regulación > 1:20 |
30:70, entre 2 calderas |
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Rango de regulación ≤1:20 + tasa de error 80 % |
40:40:40, entre 3 calderas |
Distribución de la potencia de la caldera para satisfacer los ejemplos de requisitos
Son posibles otras combinaciones para distribuir la potencia de la caldera entre varias calderas. Los costes de inversión, funcionamiento y mantenimiento deben tenerse en cuenta a la hora de decidir la distribución de la potencia de vapor.
Cuando la potencia total se distribuye entre varias calderas, debe usarse un control secuencial. Este aplica la lógica de conexión/desconexión y de mantenimiento del calor de cada una de las calderas de vapor.