Centrales Termicas

1. Centrales Térmicas

1.1 Definición y Descripción Una Central Térmica es una instalación que produce Agua Caliente Sanitaria y/o Calefacción a múltiples usuarios en forma centralizada. El principal componente es la caldera que utilizando la energía cedida por un combustible, calienta un fluido produciendo agua caliente y/o calefacción. El agua puede calentarse a diferentes temperaturas y en las calderas normales no se suelen sobrepasar los 90ºC, para no alcanzar el punto de ebullición del agua a presión atmosférica. El combustible se prepara y quema en un quemador, en el que se mezcla el combustible con la cantidad de aire adecuada y se impulsa dentro del hogar mediante un ventilador, donde combustiona. Cuando el combustible es líquido (diesel) es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla correcta. También existen calderas específicas para gases combustibles que tienen quemador atmosférico. El gas, al salir por unos inyectores, por efecto Venturi, aspira aire y se mezcla con él en la proporción correcta y se quema en quemadores diseñados y construidos para esa operación, dentro de una cámara de combustión, transmitiendo el calor hacia el depósito de agua. En edificios, las principales calderas que se encuentran instaladas son:

a) Calderas con quemador atmosférico. Son calderas en que el hogar está abierto a la atmósfera y por ello la combustión se realiza a presión atmosférica. El aire de la combustión es tomado del mismo local donde está instalada y expulsa los gases al exterior por la chimenea.

Figura N° 1: Caldera con quemador atmosférico

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Venturi

b) Calderas Seccionales (fierro fundido).

Son calderas presurizadas y están formadas por elementos ensamblados que se pueden aumentar para lograr la superficie de calefacción deseada. Presentan gran resistencia a la corrosión y larga vida útil.

Figura N° 2: Calderas seccionales Vista interior

c) Calderas de Llama Reversa (chapa de acero) Fabricadas con una chapa de acero soldada eléctricamente, están constituidas por un hogar cerrado por un extremo. Están formadas por un fogón y tubos de humo, por donde pasan los gases de combustión

Figura N° 3: Caldera llama reversa. Vista interior

Otros componentes importantes de una central térmica son: • Quemadores

Generan el calor para la caldera, a través de la combustión de gas u otro combustible como diesel. Equipos de alta sofisticación. La operación de estos equipos requiere de una presión de gas, a la entrada del “tren de gas” de 20 mbar. (Puede variar de acuerdo a fabricante).

Figura N° 4: Quemador presurizado

• Estanques de expansión Es un elemento utilizado en circuitos de calefacción con el objetivo de absorber las sobrepresiones del fluido que recorre el circuito, debidas al aumento de volumen que se produce al expansionarse por calentamiento del fluido. Existen dos tipos: abierto y cerrado. El depósito de expansión abierto está colocado en la parte más alta de la instalación y simplemente deja escapar el agua sobrante de la expansión por un sumidero. El estanque de expansión cerrado, es como una bombona y se encuentra ubicado en el circuito de la caldera. (Figura N° 5)

Figura N° 5: Estanque expansión cerrado

• Estanques acumuladores de agua

Acumulan el agua caliente que posteriormente es proporcionada a los usuarios mediante la red de tuberías a los distintos consumos, tales como: duchas, lavaplatos, lavadoras ( Figura N° 6). Existe un tipo de acumulador que cuenta con un serpentín interior, que permite calentar el agua, se denomina boiler (Figura N° 7)

Figura N° 6: Acumulador de Figura N° 7: Boiler agua caliente.

• Intercambiador de placas Un Intercambiador de Calor de placas es un equipo utilizado para transferir calor de un fluido caliente a otro más frío y que necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o placa (Figura N° 8). El tamaño y el número de placas del intercambiador dependerán de la capacidad que requiera el sistema.

Figura N° 8: Intercambiador de placas.

• Bombas Son dispositivos que se utilizan para desplazar un fluido de un lugar a otro. En una central térmica se pueden encontrar principalmente bombas de recirculación de agua en:

a) Circuito agua caliente: Mueve el agua que se encuentra en el interior de la caldera al intercambiador o boiler.

b) Circuito Calefacción: Mueve el agua que se encuentra en el interior de la

caldera hacia la matriz de calefacción, desde donde se distribuye agua a radiadores, losas o pisos radiantes de los departamentos u otros sectores del edificio (sala de eventos, gimnasios, etc.). Temperatura Agua Calefacción para:

1. Piso Radiante/Loza: Temperatura máxima 60°C

2. Radiadores : 90-80 °C

Figura N° 9: Bombas de recirculación

Bomba circuito calefacción

Bombas circuito agua caliente

c) Circuito de retorno de la columna de agua caliente: Mantiene en constante movimiento el agua de la matriz de distribución de agua caliente.

Figura N° 10: Bomba recirculadora columna AC

• Válvulas Dispositivo mecánico que permite controlar la dirección o dar paso a cualquier fluido que va por una tubería (líquido o gas). • Válvulas tres vías Instalada en circuito de calefacción, permite regular temperatura del agua de calefacción que va a los departamentos, mezclando con agua caliente de calefacción que retorna. • Manómetros

Elemento que mide presión de un fluido líquido o gaseoso. Se pueden encontrar al interior de la sala de caldera en: la red de gas, el circuito de calefacción y en el circuito de agua caliente.

• Termómetros Elemento que mide temperatura de un fluido. Se ubican en: estanque acumulador de agua caliente, panel de control de caldera, circuito de calefacción. • Acuóstato Elemento que permite controlar la temperatura del agua caliente, por ejemplo en un estanque acumulador. Para ello se debe seleccionar la temperatura deseada y cuando ésta disminuya, en forma automática el acuostato enviará la señal necesaria para que el sistema produzca agua caliente, la que será almacenada en el estanque, hasta recuperar la temperatura seteada en el acuostato.

Figura N° 11: Termómetro Figura N° 12: Manómetro

Figura N° 13: Válvulas Figura N° 14: Acuostato

1.2 Funcionamiento de una Central Térmica El funcionamiento de una Central Térmica dependerá del tipo de servicio que entrega. Las centrales existentes en los edificios son:

• Central Térmica de Agua caliente • Central Térmica de Calefacción • Central Térmica Mixta ( Agua caliente y Calefacción)

1.2.1 Central Térmica de Agua Caliente: Suministran exclusivamente agua caliente para duchas, lavaplatos, etc. Su funcionamiento consiste en calentar el agua que circula por la caldera, para luego ser transportada por la bomba del circuito primario a un intercambiador de calor (serpentín o de placas) donde se produce la transferencia de energía del agua caliente proveniente de la caldera al agua fría. Posteriormente, el agua calentada es acumulada en el estanque de agua caliente, que será proporcionada a los usuarios mediante la red de tuberías a los distintos sectores conectados a ésta. El agua de la caldera que se cedió su calor retorna nuevamente a ésta para ser calentada. Ver animación o presentación adjunta.

Agua Caliente Sanitaria Filtro TermómetroAgua Fría SanitariaAgua caliente circuito primario Bomba de Impulsión AcuastatosRetorno Agua circuito primarioReciculación Agua caliente sanitaria Valvula de corte

M

TA

A

IMPULSION AGUA CALIENTE SANITARIA

BOILER CON INTERCAMBIADOR INCORPORADO

T

A

T

AGUA FRIA SANITARIA

RETORNO AGUA CALIENTE SANITARIA

Estanque de expansión

Figura N° 15: Circuito de Central Térmica de agua Caliente con Boiler (Serpentín interior)

Figura N° 16: Circuito de Central Térmica de agua Caliente con Intercambiador de

placas. Ver animación o presentación adjunta.

Agua Caliente Sanitaria Filtro ManómetroAgua Fría SanitariaAgua caliente circuito primario Bomba de Impulsión AcuastatoRetorno Agua Fria circuito primarioReciculación Agua caliente sanitaria Valvula de corte Termómetro

DE CENTRAL TERMICA DE AGUA CALIENTECIRCUITO DE DISTRIBUCION

Con Intercambiador de Placas

M

M

M

ESTANQUE ACUMULACION

T

A



INTERCAMBIADORES DE PLACA

A

T

A T

M

AGUA FRIA SANITARIA

1.2.3 Central Térmica de Calefacción: Suministran exclusivamente agua caliente para calefaccionar habitaciones a través de emisores de calor. Su funcionamiento consiste en calentar el agua que circula por la caldera, para luego distribuirla mediante una red de tuberías a los radiadores, losas o pisos radiantes, que permiten calefaccionar el espacio deseado. Posteriormente el agua que disminuyó su temperatura se devuelve a la caldera para ser calentada y comenzar un nuevo ciclo. Uno de los elementos importantes de un circuito de calefacción es la válvula de tres vías, ésta válvula permite regular la temperatura del agua de calefacción y evitar que sea demasiado alta lo que provocaría daños en lozas radiantes. Para ello, utiliza un porcentaje del agua que viene de la línea de retorno de la calefacción (a una temperatura más baja, 40°C aproximadamente) y lo inyecta en la línea del surtidor de calefacción, de modo tal que no supere los 60 °C.

Figura N° 17: Circuito de Central Térmica de Calefacción con radiadores. Ver animación o presentación adjunta.

1.2.4 Central Mixta (Agua Caliente y Calefacción)

Las Centrales mixtas suministran agua caliente y calefacción para todas las dependencias del edificio. De los diferentes tipos de Centrales Térmicas, es el sistema más usado, evitándose la instalación de calefones.

TermostatoVálvula Termostatica Radiador de Calefacción

Agua caliente circuito primarioRetorno Agua Fría circuito primario Filtro Válvula de tres vías (regula Temp. de calefacción)Alimentación agua a Estanque expansión

Bomba de Impulsión AcuastatoTermostatoConexión de control Válvula de corte Termómetro

DE CENTRAL TÉRMICA DE CALEFACCIÓNCIRCUITO DE DISTRIBUCIÓN

M

A

RETORNO CALEFACCIÓN

IMPULSIÓN CALEFACCIÓN

A

T

T T T T

T

T

T

T

AGUA FRIA SANITARIA

Agua Caliente Sanitaria Filtro Valvula de tres vías (regula temp de calefacción)Agua Fría SanitariaAgua caliente circuito primario Bomba de Impulsión AcuastatoRetorno Agua Fria circuito primarioReciculación Agua caliente sanitaria Valvula de corte Termómetro

M

M

M ESTANQUE ACUMULACION

T

A

V

AA

RETORNO CALEFACCION

IMPULSION CALEFACCION



INTERCAMBIADORES DE PLACA

A

T

T T

AGUA FRIA SANITARIA

T

AGUA FRIA SANITARIAV

Figura N° 18: Circuito de Distribución de Central Térmica de Agua Caliente y

Calefacción con Intercambiador de Calor de Placas. Ver animación o presentación adjunta.

1.3 Mantenimiento de una Central Térmica Una central térmica requiere ser inspeccionada periódicamente para asegurar el buen funcionamiento de los equipos que la conforman. El objetivo de estas inspecciones, se enfoca principalmente en conservar las condiciones de diseño de los materiales y repuestos del equipo.

Al realizar mantenimiento se obtienen beneficios tales como: disminuir los tiempos de interrupción del servicio, mayor rendimiento en la forma más eficiente y disminución en los costos de reparaciones. Los mantenimientos más empleados en las centrales térmicas de edificios son:

• Mantenimiento Correctivo: Rectifica los defectos que impidan el funcionamiento de la instalación o fallas que surjan de ellos, generalmente se realizan como una reparación de emergencia debido a una falla inesperada en los equipos o elementos de la instalación. Conllevando altos costos de reparación, interrupción imprevista del servicio durante un periodo de tiempo no definido, debido a que éste dependerá de la disponibilidad de las empresas que entregan el servicio de reparación y de la existencia de los repuestos en el mercado.

• Mantenimiento Preventivo (Inspecciones preventivas): Abarca las tareas de control, vigilancia e inspección de los elementos y equipos de la instalación. Este tipo de mantenimiento, disminuye considerablemente la fallas inesperadas, debido a que la(s) reparación(es) se realizan en forma programada, permitiendo proyectar sus costos.

Las actividades que debe incluir un mantenimiento preventivo son:

1. Limpieza de Caldera y Quemador por lo menos una vez al año. 2. Regulación del Quemador, al menos 4 veces al año. 3. Limpieza Boiler o Intercambiador de placas. 4. Chequeo de funcionalidad de las bombas de circulación y recirculación, además de lubricación, de ser necesario. 5. Chequeo de funcionalidad de filtros, manómetros, regulador. 6. Chequeo de funcionalidades de las válvulas de control y seguridad. 7. Chequeo de funcionalidades de los controles en los tableros eléctricos. 8. Chequeo de funcionalidades del Estanque de expansión.

• Mantenimiento Programado: Se utiliza Industrialmente, el costo es presupuestado anticipadamente y se puede programar el presupuesto de reparaciones hacia largos períodos además de los informes que permiten programar inversiones.

Figura N° 19: Programa de mantenimiento programado, donde se indica los elementos, la periodicidad y las actividades de mantenimiento.

Nª UNIDADES Y SUB-UNIDADES B S A DE MANTENIMIENTO BIMESTRAL SEMESTRAL ANUAL

1. Caldera Limpiezaexterior

1.a Ducto evacuación de gases

1.b Estanque de expansión Chequeo defuncionalidad

1c Válvula de seguridad

2. Quemador

3. Fuerza y Control

3.a Tablero de distribución de fuerza

3.b Circuito de alimentación de caldera

3.c Circuito de alimentación de quemador

3.d Circuito de alimentación de bombas

3.e Circuito de control de rampa de gas

3.f Circuito de control de bombas

3.g Circuito de control de quemador

4. Línea y tren de gas Inspección Prueba dey revisión hermeticidad

4.a Manómetros Chequeo ycontraste

4.b Filtros Revisiónlimpieza

4.c Regulador

4.d Válvulas electromagnéticasLínea (detección de fugas) y tren de gas

4.e Sistema de detección de fugas

5. Línea de agua InspecciónValvulas manuales - electromagnéticas- Filtros

6 Intercambiador de calor de placas

7 Estanque Agua sanitaria (Boiler)

8 Bombas recirculadores

ANEXO 1PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO-PREDICTIVO

DE UNA CENTRAL TERMICA DE EDIFICIO

Chequeo de funcionalidad

LISTA DE UNIDADES DE MANTENIMIENTO Y ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO


Desarme e Inspección

Chequeo de funcionalidadChequeo de funcionalidad

Prueba de falla


Revisión de estanqueidad

Inspección limpieza y reapriete




Inspección revisión reapriete


Inspección Desarme - Limpieza Sellado

Limpieza interior exterior sellado

Desarme parcial limpieza ajustes



Inspección y limpieza


Registros y comparación Set points

Inspección visual


Chequeo de funcionalidadChequeo de funcionalidadChequeo de funcionalidad


1.4 Combustible de una Central Térmica Una central térmica produce agua caliente y/o calefacción a partir de la energía liberada en forma de calor, mediante la combustión de algún combustible fósil como: Petróleo, Kerosene, gas natural, gas licuado.

1.4.1 Central Térmica a Petróleo o Kerosene Una central térmica a petróleo o kerosene cuenta adicionalmente con un estanque para almacenar el combustible. Los estanques se ubican en la sala continua a las calderas o bien enterrados. Las calderas que operan con estos combustibles requieren mantenciones continuas, al igual que los quemadores, dado el hollín que se forma producto de la combustión, que a diferencia del gas natural requiere ser pulverizado para mezclarse con el aire y producir la combustión.

Figura N° 20: Caldera a petróleo.

1.4.2 Central Térmica a Gas Natural Las centrales térmicas a gas natural suministran el combustible a las calderas a través de la red de gas de su instalación, eliminándose la instalación de estanques de almacenamiento de combustible. Las calderas que operan con gas natural disminuyen la producción de CO2, que es principal causante del efecto invernadero. Las mantenciones de la caldera y quemador se realizan con menor frecuencia que con el petróleo dado que no presenta emisiones de partículas sólidas como hollín.

Figura N° 21: Caldera a Gas Natural

1.4.3 Central Térmica a Gas Licuado Las centrales térmicas que utilizan gas licuado requieren la instalación de un estanque de almacenamiento y la instalación de la red gas hacia la sala de caldera. Las mantenciones de la caldera y quemador se realizan con menor frecuencia que con el petróleo dado que no presenta emisiones de partículas sólidas como hollín.

1.4.4 Conversión de una Central Térmica

La conversión de una central térmica se basa en el cambio de combustible con el que operan las calderas. Para realizar una conversión se debe realizar un estudio técnico y económico.

• Estudio Técnico

Este estudio considera la factibilidad técnica de conversión en términos de normativa y el estado de la instalación (caldera, chimenea)

• Estudio Económico Este estudio esta relacionado con los beneficios económicos de operar con otro combustible, para ello se considera el ahorro anual que se obtendría con el nuevo combustible.

a) Conversión de calderas de Petróleo o Kerosene a Gas Natural

La conversión considera la instalación de la red de gas interior que suministra el gas a la(s) caldera(s), cambio de quemador y la normalización de la sala de caldera de acuerdo a la normativa vigente.

b) Conversión de calderas de Gas Natural a Petróleo

La conversión considera la instalación de un estanque de petróleo o bien en el caso que exista, la habilitación de éste debe ser de acuerdo a lo establecido en la normativa vigente, que menciona dentro de otros aspectos la certificación de los estanques. De igual modo se debe cambiar el quemador de gas a uno de petróleo.

c) Conversión de calderas de Gas Licuado a Gas Natural La conversión considera la instalación de una red de gas nueva que suministra el gas natural a la(s) caldera(s), si el quemador está en buen estado no requiere cambio, sino sólo se adaptan los elementos necesarios y se debe realizar la normalización de la sala de caldera de acuerdo a la normativa vigente.

d) Conversión de calderas de Gas Natural a Gas Licuado

La conversión considera la instalación de una red de gas nueva que suministra el gas a la(s) caldera(s), instalación de un estanque, si el quemador de gas natural está en comodato debe instalarse uno nuevo y realizar la normalización de la sala de caldera de acuerdo a la normativa vigente.

Figura N° 22: Comparación costos combustibles.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

$-

$100

$200

$300

$400

$500

$600

Ene-02 Jun-02 Nov-02 Abr-03 Sep-03 Feb-04 Jul-04 Dic-04 May-05 Oct-05 Mar-06 Ago-06 Ene-07 Jun-07

Precios Históricos Diesel v/s Gas Natural

Diesel Gas Natural Ahorro

Centrales Termicas

Documents

Transcript of Centrales Termicas