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© Viessmann GroupJornada Técnica. Caldera de Vapor 2

VAPOR SATURADO I

Goretti GanzoResponsable de producto Caldera Industrial

11.03.2021

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INSTALACIONES CON CALDERAS DE VAPOR

Jornada Técnica. Caldera de Vapor 3

CONTENIDOS

1. Condiciones de diseño2. Esquemas de principio3. Accesorios y elección de equipos4. Viessmann Gama Industrial

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El vapor debe estar disponible en los puntos de uso, satisfaciendo los siguientes factores:

- Cantidad correcta.- Presión y temperatura correcta.- Libre de aire y gases incondensables.- Limpio.- Seco**. Título del vapor (X): es la fracción de vapor seco presente en el vapor considerado

CONDICIONES DE DISEÑO

Jornada Técnica. Caldera de Vapor

VAPOR SATURADO:El vapor saturado es un vapor que contiene gotas (vesículas) de agua en suspensión.

- Su Título oscila entre:

• 0,85 : es decir 85% vapor y 15% agua.• 0,98: es decir 9% vapor y 2% agua.

- El vapor con bajo título aumenta la erosión de la instalación yreduce la transferencia de calor, llegando a provocar golpes deariete en la instalación.

VAPOR SOBRECALENTADO:-Es un vapor que se encuentra a cualquier temperatura porencima de la temperatura del vapor saturado.

-Cuyo título es “1”.

- Si la aportación de energía térmica continúa después deevaporarse todo el agua, la temperatura del vapor seguiráaumentando.

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CALIDAD DEL VAPOR

Vapor saturado

Vapor saturado



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Vapor sobrecalentado

Vapor saturado

▪ VAPOR SOBRECALENTADO CON Y SIN CONTROL DE TEMPERATURA

CALIDAD DEL VAPOR

Vapor sobrecalentado

Vapor saturado



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Presión TemperaturaAgua saturada Vaporización Vapor saturado

Volumen

Relativa ebullición Específico

(bar) (ºC) (kJ/kg) (kcal/kg) (kJ/kg) (kcal/kg) (kJ/kg) (kcal/kg) (m3/kg)

0,00 99,63 417,36 99,85 2258,14 540,22 2675,50 640,07 1,69

1,00 102,20 504,70 120,74 2202,00 526,79 2706,70 647,54 0,89

2,00 133,60 561,47 134,32 2163,83 517,66 2725,30 651,99 0,61

3,00 143,60 604,74 144,67 2133,86 510,49 2738,60 655,17 0,47

4,00 151,90 640,23 153,17 2108,47 504,42 2748,70 657,58 0,37

5,00 158,90 670,56 160,42 2086,24 499,10 2756,80 659,52 0,32

6,00 165,00 697,22 166,80 1369,08 327,53 2066,30 660,10 0,27

8,00 175,40 742,83 177,71 2031,07 485,90 2773,90 663,61 0,22

10,00 183,58 780,41 186,70 1996,79 477,70 2777,20 664,40 0,18

13,00 194,62 828,89 198,30 1951,23 466,80 2780,12 665,10 0,14

16,00 203,94 870,69 208,30 1920,30 459,40 2790,99 667,70 0,12

18,00 209,58 895,77 214,30 1898,15 454,10 2793,92 668,40 0,11

20,00 214,72 918,76 219,80 1877,24 449,10 2796,00 668,90 0,10

22,00 219,36 940,50 225,00 1856,76 444,20 2797,26 669,20 0,09

25,00 225,98 970,39 232,15 1828,54 437,45 2798,93 669,60 0,07


TABLA DE ENTALPÍA DE AGUA Y VAPOR SATURADO


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Datos a tener en cuenta a la hora de seleccionar una caldera de vapor:

- Producción Bruta (incluido purgas y lanzas de vapor, etc.)- Producción Neta (lo que la máquina necesita)- Retorno de condensados, temperatura y caudal.- Temperatura del agua de alimentación: desgasificador o tanque atmosférico- Presión de trabajo- Presión de diseño- Sistema de vigilancia según Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba el

Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias- Nivel de Emisiones contaminantes Según RD 1042/2017

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CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO EN EL AGUA DE ALIMENTACIÓN, EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

TEMPERATURA DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN A CALDERA


- Temperatura del agua de alimentación: desgasificador o tanque atmosférico

- Ahorro energético

- Gasto “0” en aditivos químicos

102 ºC

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AGUA DE ALIMENTACIÓN

TRATAMIENTO DEL AGUA DE CALDERA


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UNE EN 12.953 – 10

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PRESIÓN

13

PRESIÓN DE TRABAJO Y PRESIÓN MÁXIMA (DE DISEÑO)

PRESIÓN DE TRABAJO (bar) PRESIÓN DE DISEÑO (PS) (bar)

<= 5 6

5 < x <= 7 8

7 < X <= 9 10

9 < X <= 11 13

11 < X <= 14 16

14 < X <= 16 18

16 < x <= 18 20

18 < X <= 20 22

20 < X <= 23 25

X > 23 Consultar en función del tamaño de caldera

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Piezas de desgaste del quemador

EQUIPO

CAPACIDAD TÉRMICA DE LA CALDERA

La capacidad de gran acumulación térmica, con un buen aislamiento, reduce el número de arranques del quemador, minimizamos las pérdidas en paradas y obtenemos mayor rendimiento estacional


100 mm

100mm

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EQUIPO

▪ Un alto contenido de agua (volumen) significa que la acumulación de calor del diseño es mayor y la caldera puede satisfacer las demandas de vapor máximas instantáneas. ▪ Con una cámara de vapor grande y una mayor distancia

entre la superficie del agua y la boquilla de vapor, provocará que NO haya arrastres de agua con el vapor y la calidad del vapor será alta.


VOLUMEN DE AGUA

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RD Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias


SISTEMA DE VIGILANCIA

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RD Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias

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FUNCIÓN COMENTARIO

Limitador de presión (presostato de seguridad) Necesario

Control (indicación) conductividad del agua de caldera Necesario

Purga de lodos (fondo) automática Recomendado

Nivel bajo de agua (2 unidades) Necesario

Control de nivel de agua Necesario

Indicación de nivel alto de agua Necesario

Control del retorno de condensados contaminado por acidos, lejias, etc.. Necesario

VIGILANCIA INDIRECTA 24 h. S/ TRD 604



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VIGILANCIA INDIRECTA 72 h. S/ TRD 604


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RD 1042/2017 - NIVELES DE EMISIONES CONTAMINANTESRango de potencia 1 MW (comb. ind) – 50 MW (comb.total)

▪ 100 mg/Nm3

▪ 200 mg/Nm3

▪ 250 mg/Nm3


GAS NATURAL

▪ 200 mg/Nm3

▪ 200 mg/Nm3

▪ 200 mg/Nm3

GASÓLEO EL

▪ Instalaciones nuevas a partir del 20.12.2017

▪ Instalaciones ya existentes > 5 M a partir del 01.01.2025

▪ Instalaciones ya existentes 1-5 MW a partir del 01.01.2030

Rango de potencia

El usuario tiene que estar siempre seguro de que su equipo cumplirá normativa en cualquier condición

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- 3 PASOS DE HUMOS- Quemador Bajo Nox- Conexión del quemador libre de desgaste y

mantenimiento.

BAJO NOX

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Componentes de la sala de calderas

a

b

c

c

c

c

c

debd

i

g

kf

m

h

c

1

2

3

4

5

7

68

9

10

11

Generador de vaporCuadro de control (PLC)Economizador integradoDesgasificadorTanque revaporizadoExpansionador de purgasTratamiento de agua Bombas de alimentaciónDosificación de aditivosClapeta gases motorizada

Cierre el paso cuando el quemador no funciona11. Pasarela

a. Salida de vapor a procesob. Evacuación válvulas de

seguridadc. Purgas y vaciadosd. Salida incondensables, O2e. Retorno de condensadosf. Alimentación de combustible

g. Entrada agua brutah. Agua tratadai. Agua de alimentaciónk. Purga de sales

m. Purga de lodos (fondo)


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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación de agua a la caldera. Bombeo.


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CONTROL DE ALIMENTACIÓN A CALDERA

TIPO DE CONTROL EQUIPAMIENTO CAMPO DE APLICACIÓN

OPCIÓN 1 ON-OFFELECTRODO MÚLTIPLE CONDUCTIVO + CONTROLADOR

TODO - NADACALDERAS SIN ECO HASTA 4,0 t/h de

PRODUCCIÓN

OPCIÓN 2 CONTINUOELECTRODO CAPACITIVO + CONTROLADOR

PROPORCIONAL O PLC + VÁLVULA DE 2 VÍAS NEUMÁTICA EN BY-PASS A TANQUE DE CONDENSADOS

CALDERAS CON ECO HASTA 4,0 t/h de PRODUCCIÓN

OPCIÓN 3 CONTINUOELECTRODO CAPACITIVO + CONTROLADOR

PROPORCIONAL O PLC + VÁLVULA DE 3 VÍAS NEUMÁTICA BY-PASS A TANQUE DE CONDENSADOS

CALDERAS CON ECO A PARTIR DE 5,0 t/h de PRODUCCIÓN **EN FUNCIÓN DE LA

INSTALACIÓN

OPCIÓN 4 CONTINUOELECTRODO CAPACITIVO + PLC + BOMBA CON VARIADOR

DE VELOCIDADCALDERAS CON ECO A PARTIR DE 5,0 t/h de

PRODUCCIÓN

OPCIÓN 5 CONTINUOELECTRODO CAPACITIVO + PLC + BOMBA CON VARIADOR

DE VELOCIDAD + VÁLVULA DE BY-PASS MANUALCALDERAS CON ECO A PARTIR DE 5,0 t/h de

PRODUCCIÓN


OPCIONES CONTROL DE ALIMENTACIÓN A LA CALDERA

Accesorios para Caldera de Vapor Viessmann

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Caldera de vapor

Desgasificador

CWA

Tanque de condensados

Expansionador de purga

Vapor

Condensados

Agua brutaPurga

de lodos Agua de refrigeración

Salida agua de refrigeración

Purga de sales

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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación ON-OFF


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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación contínua y válvula de by-pass de 2 vías para retorno de condensados al tanque.


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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación contínua y válvula de by-pass de 3 vías para retorno de condensados al tanque.


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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación contínua con bomba de control de velocidad, válvula de by-pass de 2 vías para retorno de condensados al tanque.

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Equipamiento de la Caldera de VaporAlimentación continua con bomba de control de velocidad, sin retorno de condensados al tanque.

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▪ 1.- Control de nivel▪ Control de nivel bajo▪ Control de nivel alto▪ Control de nivel Todo-Nada▪ Control de nivel Modulante (Alimentación Contínua)▪ Alarmas

▪ 2.- Purga de sales▪ Manual▪ Automática

▪ 3.- Purga de lodos▪ Manual▪ Automática

▪ 4.- Detector de condensado CCD▪ 5.- Detector de condensado contaminado

Equipamiento de la Caldera de Vapor

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Equipamiento de la Caldera de VaporControl de nivel


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CONTROL DE NIVEL TODO-NADA (ON-OFF)


▪ VENTAJAS✔ Sistema Simple✔ Coste menor✔ Bueno para calderas en espera

▪ DESVENTAJAS✔ Cada Caldera requiere su propia bomba✔ Presión y caudal de vapor variable✔ Mayor probabilidad de arrastres de agua

de la caledera✔ Mayor probabilidad de problemas

operativos diarios bajo demanda con grandes oscilaciones

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CONTROL DE NIVEL CONTÍNUO (MODULANTE)


▪ El nivel de agua se mantiene mediante un controlador proporcional regulando una válvula en la línea de agua de alimentación con funcionamiento contínuo de la bomba, o regulando la velocidad de la bomba de alimentación con un convertidor de frecuencia.▪ Este sistema trabaja suavemente, siendo apto para casi todas las calderas,

grandes y pequeñas; adecuando el caudal de agua a la demanda de vapor.

▪ VENTAJAS✔ Presión de capor y caudal constante✔ Funcionamiento más eficiente del quemador✔ Menos estrés térmico en caldera✔ Menos arrastres de agua✔ Puede utilizar una estación central de bombeo✔ Menos desgaste de bomba y quemador

▪ DESVENTAJAS✔ Más caro✔ Menos adecuado para la operación “en espera”

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CONTROL DE NIVEL

▪ tubos de protección distintos dentro de la caldera y conectadas a su propio controlador de LC3050.▪ Actúa como un interruptor sencillo, indicando una baja

resistencia a tierra si está en agua, o una alta resistencia fuera del agua.▪ Por ejemplo, con una alarma nivel bajo, el controlador detecta

un cambio en la resistencia de baja a alta según baja el nivel en la sonda. Este cambio de resistencia hace que el controlador desconecte un relé para accionar una alarma acústica, visual o ambas.▪ Cada pocos segundos realiza una autocomprobación cíclica en

el controlador de LC3050 para comprobar la integridad de la sonda, cable de la sonda y electrónica 🡪 Alarma.▪ Activará la alarma y parará el quemador si detecta un fallo.


CONTROL DE NIVEL BAJO (2 unidades)

Accesorios de Spirax Sarco para Caldera de Vapor Viessmann


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CONTROL DE NIVEL

▪ La LP31 y el LC3050 OBLIGATORIO PARA 72H▪ Sonda Conductiva▪ Razones para protegerse de niveles altos de agua:

- Aumento en arrastres de agua en el vapor pueden causar un mal funcionamiento y/o que fallen componentes en el sistema de vapor.- El vapor húmedo puede hacer bajar las temperaturas del proceso. Esto puede interferir con una esterilización correcta de alimentos o al procesar productos farmacéuticos creando rechazo de producto.- Aumenta el riesgo de golpes de ariete en el sistema de

vapor, daños a la planta e incluso daños al personal.

▪ Activará la alarma y parará el quemador si detecta un fallo. El sistema detectará tanto condiciones de circuito abierto como cortocircuito en el cable.


CONTROL DE NIVEL ALTO (72 HORAS)

Accesorios de Spirax Sarco para Caldera de Vapor Viessmann


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Equipamiento de la Caldera de Vapor


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Equipamiento de la Caldera de VaporControl de Conductividad. Purga de sales



Equipamiento de la Caldera de VaporControl de Conductividad. Purga de sales

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PURGA DE SALES

▪ La sonda de conductividad está montada directamente dentro de la caldera y monitorea en continuo la conductividad del agua de caldera que está directamente relacionada con el nivel de sólidos disueltos totales (TDS). ▪ Este valor se compara con el punto de consigna en el

controlador. Si es más bajo que el punto de consigna la válvula de purga cierra, si es más alto que el punto de consigna la válvula de purga abrirá. ▪ El agua de caldera con nivel alto de TDS se rellenará con agua

de aportación limpia, bajando el nivel medido de conductividad y cerrando la válvula de purga.

Mayor cantidad sales 🡪 mayor Tª 🡪 mayor conductividad

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PURGA DE SALES AUTOMÁTICA Y BOTELLÍN DE RECOGIDA DE MUESTRAS


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CONTROL RETORNO DE CONDENSADOS

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DETECTOR DE CONDENSADO CCD

Accesorios para Caldera de Vapor Viessmann Jornada Técnica. Caldera de Vapor

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Equipamiento de la Caldera de VaporPurga de Lodos. Purga de fondo.


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PURGA DE LODOS


PURGA DE LODOS MANUAL PURGA DE LODOS AUTOMÁTICO

• Configuración del tiempo de purga (seg.) y la duración entre purgas (minutos-mínimo 60)🡪 Recomendamos 3seg cada dos horas.

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Equipamiento de la Caldera de VaporControl de la presión


SeguridadTrabajo

La Normativa exige instalar 1 presotato de seguridad

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COMPONENTES DE LA SALA DE CALDERA

20.06.2019Jornada Técnica. Caldera de Vapor 50

DESGASIFICADOR

Tanque de enfriamiento

Flash tank

Estación de dosificación de químicos

Viessmann TWA-V desgasificador :1,0 t/h2,0 t/h3,5 t/h5,0 t/h6,5 t/h8,0 t/h10,0 t/h12,0 t/h14,0 t/h

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1. Válvula de control2. Botellas de intercambio iónico3. Desconector 4. Válvula de corte5. Filtro de agua6. Depósito de salmuera (Regeneración de las resinas de intercambio)


EQUIPO DE TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN DOBLE.

* Descalcificación (desendurecimiento) por intercambio iónico. Ca++ + RNa2 --- RCa + 2 Na+ Mg++ + RNa2 --- RMg + 2 Na+

* Desmineralización total por intercambio iónico. Utilizando dos tipos de resinas de intercambio.

COMPONENTES DE LA SALA DE CALDERA

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El agua de aporte a calderas contiene sustancias como calcio, magnesio, etc. en función de su dureza.

● Tratamiento inadecuado => acumulación de carbonato cálcico, silicio y fosfato cálcico dependiendo de la composición del agua de aporte

● Suciedad dentro de la caldera => enormes pérdidas energéticas porque deterioran la transferencia térmica● Otras consecuencias: Deterioro progresivo de la caldera , Mayor temperatura de gases y caída de la eficiencia,

Refrigeración menor y sobrecalentamiento de las superficies de calefacción

TRATAMIENTO DEL AGUA DE APORTE


COMPONETES DE LA SALA DE CALDERA

Ejemplo (caldera de vapor de 15 t/h a 10 bar): pérdidas causadas por los depósitos generados por un tratamiento de agua inadecuado.

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ACCESORIOS DE LA SALA DE CALDERAS

▪ Enfriar las purgas de la instalación para verterlas a la red de alcantarillado a baja temperatura (35ºC):


TANQUE ENFRIADOR DE RECOGIDA DE PURGAS

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Equipamiento de la Caldera de VaporSistemas de eficiencia

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▪ ECONOMIZADORES INTEGRADOS O INDEPENDIENTES▪ TRANSMISIÓN DE CALOR HOMOGÉNEA A TRAVÉS DE TODA LA

SUPERFICIE▪ RENDIMIENTOS GARANTIZABLES DURANTE TODA LA VIDA

ÚTIL DE LA CALDERA

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▪ Valores medios para todos los tamaños.

▪ Varía en función de la presión de trabajo, temperatura del agua de alimentación y régimen de carga

▪ Rendimientos EN CALDERA DE VAPOR por encima del 95%


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CONTROL Y REGULACIÓN DE LA CALDERAAnálisis y diagnóstico

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MONITORIZACIÓN DE CONSUMOS MANTENIMIENTO PREDICTIVO

▪ Análisis de voltaje, corriente, consumo de energía y grado de eficiencia. ▪ Análisis del ciclo de conmutación para generar advertencias para el mantenimiento de todos los accionamientos (quemador, bombas, válvulas, flaps)

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CONTROL Y REGULACIÓN DE LA CALDERAAnálisis y diagnóstico

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OPTIMIZACIÓN AUTOMÁTICA DEL CONTROLADOR. PROGRAMAS DE INICIO CONFIGURABLES.

▪ Autoajuste automático de los controladores PID. ▪ Programas de inicio automático personalizables para calentar la caldera.

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Asesoramos al cliente con nuestro know-how y experiencia para suministrar la solución más eficiente y sostenible para cada instalación y brindar la mejor experiencia al cliente.

© Viessmann GroupVitomax boiler types 63

Caldera de Vapor Vitomax LS0,26 – 2,2 t/h (PS ≤ 1 bar)

Caldera de Vapor Vitomax HS0,5 – 31,5 t/h (PS ≤ 30 bar)

https://www.viessmann.es/es/industrial/calderas-industriales/calderas-de-vapor/alta-presion-vitomax-hs.htmll

https://www.viessmann.es/es/industrial/calderas-industriales/calderas-de-vapor/alta-presion-vitomax-hs.html

https://www.viessmann.es/es/industrial/calderas-industriales/calderas-de-vapor.html

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Respetuoso con el medio ambiente: Bajo Nox Menor coste de mantenimiento:

Accesos para fácil mantenimiento

Menor coste de operación: Sistemas automáticos de fácil manejo

Material de calidad, durante todo el proceso de fabricaciónArriostramientos Soldadura

Mayor vida útil de la caldera y mayor rendimiento

Mayor cámara de vapor

Fabricación de calidad cuidando todos los detalles

3 pasos de humos

Grandes volúmenes de agua

Refrigeración en la cabeza de quemador

Fiabilidad en la operación y producción

Aislamiento eficaz

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