4 - Calderas - Repsol Gas, Informacion de los Productos de Gas

FORMACIÓN COMERCIAL ENERGÍA Y EQUIPOS DE GAS PROPANO
4 - Calderas

1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1. Transmisión de calor: convección,
conducción, radiación . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2. Vapor de agua. Vapor saturado,
sobrecalentado, recalentado,
expansionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3. Calderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. DESCRIPCIÓN DE UNA CALDERA
DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1. Hogar o cámara de combustión . . 7
2.2. Circuito agua-vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3. Circuito aire-gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4. Circuito de combustible . . . . . . . . . . . . . 9
3. DESCRIPCIÓN DE UNA CALDERA
DE AGUA CALIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Calderas
INDICE
4. CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS . . 11
4.1. Según el tipo de combustible . . . . . 11
4.2. Según la circulación
de los fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.3. Según la disposición
de los fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.4. Según el material con que están
construidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.5. Según las condiciones
de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5. RENDIMIENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.1. Rendimiento mínimo . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.2. Rendimiento instantáneo . . . . . . . . . . . 21
5.3. Rendimiento estacional . . . . . . . . . . . . . 23

Calderas
1 Introducción
La materia se presenta en la naturaleza en forma de tres estados
diferentes: sólido, líquido y gaseoso. Aumentando la temperatura de
un cuerpo éste puede pasar de sólido a líquido y a gas, y de forma
inversa, al enfriarlo se recorrerá el camino en sentido contrario. El
cambio de estado de líquido a gas se llama vaporización y el cambio
inverso condensación. Cuando un cuerpo cambia de estado su
temperatura no varía y la cantidad de calor absorbida o cedida (calor
latente) es constante para cada cuerpo en las mismas condiciones.
En todos los cuerpos existen unas condiciones de presión y
temperatura en que pueden coexistir las tres formas de estado; a
este punto se le denomina punto triple.
Se conocen como vapores aquellos gases que en condiciones
normales de presión y temperatura (1 atmósfera de presión y
temperatura ambiente) su estado normal es el estado líquido.

1.1. TRANSMISIÓN DE CALOR: CONVECCIÓN,
CONDUCCIÓN, RADIACIÓN
La transmisión de calor se puede realizar de tres formas: por
convección, por conducción o por radiación.
• Convección: El calor se transmite por movimiento de la masa del
cuerpo en que se transmite el calor, tal como ocurre en los líquidos
y en los gases. Si se calienta un líquido o un gas, disminuye su
densidad en las zonas calientes, que ascienden desplazando a las
partículas superiores produciendo un movimiento circulatorio que
permite transmitir el calor de un lado a otro.
• Conducción: El calor se transmite sin que exista movimiento de la
materia en la cual se realiza esa transmisión de calor.
• Radiación: Es la transmisión de calor debida a la emisión de ondas
electromagnéticas por parte de un cuerpo que es calentado.
1.2. VAPOR DE AGUA. VAPOR SATURADO,
SOBRECALENTADO, RECALENTADO,
EXPANSIONADO
1
El agua, en determinadas condiciones de presión y temperatura, se
presenta en forma de vapor, que podrá ser a su vez:
• Saturado: vapor en unas condiciones de presión y temperatura
que corresponden a un punto de cambio de estado en el que
pueden coexistir el vapor de agua y el agua en estado líquido. El
vapor saturado puede ser seco si no contiene ninguna partícula de
agua en estado líquido, y húmedo si contiene alguna.
• Sobrecalentado: vapor a una temperatura superior a la de su
condición de saturado.
• Recalentado: vapor que, proveniente de una máquina a la que ha
cedido parte de su energía, se vuelve a calentar.
• Expansionado: vapor que se obtiene al aumentar el volumen de
un vapor saturado sin comunicarle calor.
1. Introducción
3
Calderas

1. Introducción
4
Calderas
Calderas
1 Introducción
Quemador de gas
atmosférico.
1.3. CALDERAS
Se llama caldera a todo aparato a presión en el que el calor procedente de
una fuente de energía (combustible), se hace utilizable a través de un medio
de transporte en fase líquida o vapor. Si ese medio de transporte es vapor de
agua, el aparato se denomina generador de vapor. Si el fluido al que se
transfiere el calor producido al quemarse el combustible es agua, se
denomina entonces caldera de agua caliente.
Las calderas han evolucionado mucho durante los últimos años, debido entre
otros a los siguientes motivos:
• El encarecimiento de los combustibles, que ha llevado a los fabricantes a
desarrollar calderas con mayores rendimientos.
• La entrada en vigor de la Directiva Comunitaria 92/42/CEE (y sus
posteriores modificaciones), que establece los requisitos de rendimiento
para las nuevas calderas de agua caliente alimentadas con combustibles
líquidos o gaseosos, de una potencia nominal entre 4 y 400 kW (ver
apartado 5.1).
1.4. DEFINICIONES
A continuación se presenta una lista de términos técnicos básicos que se
utilizan a lo largo de este documento, indicando en cada caso la definición
establecida por la reglamentación vigente:
• Caldera: aparato destinado a calefactar un espacio. Está
constituida por una cámara de combustión, un quemador,
y un intercambiador de calor.
• Calor latente: cantidad de calor que provoca un cambio
de estado en un cuerpo sin modificar su temperatura.
• Calor sensible: cantidad de calor que provoca una
variación de temperatura en un cuerpo sin modificar su
estado.
• Cámara de combustión: parte del aparato en el interior
de la cual se quema el combustible.

• Consumo: volumen o masa de combustible consumida por el aparato en
funcionamiento continuo durante la unidad de tiempo.
• Consumo calorífico (kW): producto del consumo volumétrico o másico por
el poder calorífico del combustible conducido en las mismas condiciones de
referencia.
• Consumo calorífico nominal: valor máximo del consumo calorífico
declarado por el fabricante.
• Intercambiador de calor: parte del aparato destinada a transmitir al fluido
caloportador el calor liberado por la combustión.
• Poder calorífico: cantidad de calor producido por la combustión completa,
a presión constante, de la unidad de volumen o masa de combustible,
estando tomados los componentes de la mezcla combustible en las
condiciones de referencia, y siendo conducidos los productos de la
combustión en las mismas condiciones. Se distinguen dos tipos de poder
calorífico:
- Poder calorífico superior (PCS): el agua producida por la combustión
está supuestamente condensada.
- Poder calorífico inferior (PCI): el agua producida por la combustión
permanece supuestamente en estado de vapor.
• Potencia útil (kW): cantidad de calor transmitida al fluido portador del calor
por unidad de tiempo.
• Potencia útil mínima: la menor potencia útil declarada por el fabricante,
obtenida por reducción automática o manual del consumo de combustible.
• Potencia útil nominal: valor de la potencia útil declarada por el fabricante.
• Quemador: elemento destinado a asegurar la combustión del combustible
utilizado.
• Rendimiento (%): cociente entre la potencia útil y el consumo calorífico
nominal.
• Temperatura media del agua en la caldera: media de las temperaturas del
agua a la entrada y a la salida de la caldera.
1. Introducción
5
Calderas

Calderas
2 Descripción de una ca
Esquema básico
de una caldera
de vapor.
Como ya se indicó, un generador o caldera de vapor es una caldera en la que
se emplea vapor de agua como medio de transporte para utilizar el calor
procedente del combustible.
En general, una caldera está formada por: hogar, circuito agua-vapor, circuito
aire-gas y circuito de combustible. Las características y el diseño de los
distintos tipos de calderas vienen definidas en función de los sistemas
empleados para la producción de vapor y según el tipo de combustible
utilizado, ya que el flujo calorífico va a depender de la temperatura de llama
y su radiación que, a su vez, son función del tipo de combustible, el exceso
de aire comburente y el calor liberado en la combustión.
PAREDES DE
TUBOS
CALDERÍN
RECALENTADOR
ECONOMIZADOR
La transferencia de calor en la caldera se produce de tres modos distintos:
radiación, emitida por la llama sin estar en contacto con las paredes; convección,
debida al desplazamiento de los gases de combustión en todo su recorrido; y
conducción, a través de los tubos que constituyen las paredes del hogar.
La superficie de calefacción es la superficie total de la caldera donde se
intercambia el calor, compuesta por una zona de radiación y otra de
convección.
En cuanto al vapor que genera, la caldera queda definida por los siguientes
parámetros: caudal, temperatura de sobrecalentamiento, temperatura de
recalentamiento del vapor, presión de funcionamiento del calderín, si existe, y
flujo másico máximo de combustible que puede aportarse a la caldera.

ldera de vapor
2.1. HOGAR O CÁMARA DE COMBUSTIÓN
El hogar o cámara de combustión es la zona de radiación, ya que está en
contacto directo con la llama. En ella tiene lugar la combustión del combustible
y la formación del vapor a partir del agua de alimentación. Está cubierta de
tubos por donde circula el agua que al calentarse pasa a forma de vapor.
También hay convección, desde los productos de la combustión generados a
alta temperatura, así como conducción, a través de los tubos que constituyen
las paredes del hogar.
Desde el punto de vista físico, el hogar es un prisma de sección rectangular o
cuadrada compuesto por cuatro caras formadas por tubos por los que circula
el agua de alimentación; por eso se les puede llamar pantallas vaporizadoras,
paredes de tubos o paredes de agua.
El diseño del hogar dependerá de las características de sus componentes
mecánicos (resistencia del acero, dilataciones, tensiones térmicas, etc.) así
como de las condiciones térmicas definidas por la forma de la llama, el
combustible empleado, etc.
La temperatura media en el interior del hogar tiene que ser alta, de forma
2
que garantice la ignición del combustible según va entrando. Las llamas no
deben alcanzar la superficie de la caldera ni los recalentadores. Debe
procurarse una temperatura homogénea en todo el hogar, lo cual debe
tenerse en cuenta a la hora de diseñar la caldera. Ha de tenerse en cuenta el
ritmo de producción de gases de combustión. La temperatura no deberá
alcanzar el punto a partir del cual el agua entraría completamente en
ebullición, ya que se produciría una disminución del flujo de calor y un
aumento de la temperatura del metal.
La presión en el interior del hogar viene determinada por el diseño del tiro de
la caldera. El hogar puede estar presurizado o en depresión; lo habitual es
que se halle ligeramente en depresión.
Además, el hogar puede estar total o parcialmente refrigerado. En el primer
caso, todas las paredes del hogar están formadas por tubos de agua. En el
segundo caso, hay zonas con tubos y zonas con material refractario.
2. Descripción de una caldera de vapor
7
Calderas

2. Descripción de una caldera de vapor
8
Calderas
Calderas
2 Descripción de una c
2.2. CIRCUITO AGUA-VAPOR
El suministro de agua a la caldera es muy importante, ya que la falta de
alimentación podría producir averías muy graves. El circuito agua-vapor
consta de los siguientes elementos:
• Economizador: es un intercambiador de calor agua-gas, que aprovecha
el calor de los productos de la combustión de la caldera para aumentar
la temperatura de entrada del agua de alimentación de la misma.
El economizador cumple dos misiones:
- Aumentar el rendimiento del conjunto de la instalación de la caldera, al
aprovechar el calor residual de los productos de la combustión.
- Evitar las tensiones térmicas que podrían producirse en la caldera si se
introdujera el agua fría directamente al calderín.
• Calderín: es un depósito donde existen condiciones de saturación, es
decir, coexisten agua en fase líquida y vapor. Es punto de inicio y punto
final del circuito cerrado de agua-vapor en el interior del hogar. Sirve
como reserva de agua para los circuitos generadores de vapor y como
cámara de mezcla, en la que al agua de alimentación que entra se le
añade la de recirculación que viene de las paredes de agua del hogar.
• Calentadores, sobrecalentadores y recalentadores: son intercambiadores
gas-gas que aprovechan el calor de los productos de la combustión para
elevar la temperatura del vapor generado. Son los haces tubulares
expuestos a unas condiciones más críticas: por el interior circula vapor a
alta presión y por el exterior circulan los gases de combustión a alta
temperatura.
2.3. CIRCUITO AIRE-GAS
El aire suministrado para la combustión pasa por un precalentador,
consistente en un intercambiador de calor situado entre el economizador y
la chimenea de salida de los productos de la combustión, en el que el calor

aldera de vapor
de dichos productos es cedido al aire de alimentación. A la salida del
precalentador, el aire se envía al hogar para servir de comburente.
Una vez realizada la combustión, los productos de la combustión son
conducidos a los recalentadores y sobrecalentadores, en los que ceden
calor al agua y al vapor, después pasan por el economizador, en donde
ceden calor al agua de alimentación y luego pasan al precalentador; aquí
ceden calor al aire de alimentación. Finalmente pasan a los colectores de
polvo (si son necesarios) y salen por la chimenea.
2.4. CIRCUITO DE COMBUSTIBLE
Es el sistema que introduce el combustible en la caldera. La complejidad
de la instalación depende del tipo de combustible. Por ejemplo, en una
caldera de fuel es preciso instalar los elementos necesarios para calentar,
trasegar, pulverizar e inyectar el combustible. Sin embargo, los circuitos de
combustible en una caldera a gas son mucho más sencillos.
2. Descripción de una caldera de vapor
9
Calderas

Calderas
3 Descripción de una
caldera de agua
caliente
En esencia, una caldera de agua caliente consta de los mismos elementos
que una caldera de vapor.
La cámara de combustión es la parte de la caldera donde se quema el
combustible. La temperatura que alcanzan la llama y los gases de
combustión en esta zona depende de diversos parámetros, principalmente
de la relación combustible-aire y por supuesto, del tipo de caldera,
variando ostensiblemente de una caldera mural doméstica individual a un
conjunto caldera-quemador de uso colectivo; así, el circuito de humos
puede ser más o menos sinuoso, y la temperatura de los humos a la salida
de la caldera suele oscilar entre 120 y 150 ºC para las calderas murales
domésticas individuales y entre 150 y 250 ºC para los conjuntos calderaquemador.
La caja de humos, a la que también se puede llamar colector de humos, es
3
la parte de la caldera donde confluyen los gases de combustión en su
recorrido final: de aquí, mediante una zona de conexión, diferente
también según el tipo de caldera, se conducen a la chimenea.
A la suma de la superficie de la cámara de combustión y la del circuito de
humos, se le denomina superficie de intercambio o superficie de
calefacción de la caldera.
CAJA DE
CIRCUITO DE HUMOS HUMOS CIRCUITO DE HUMOS
CAJA DE
HUMOS
CÁMARA DE
COMBUSTIÓN
CÁMARA DE
COMBUSTIÓN

Calderas
4 Clasificación de
las calderas
4.1. SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE
De combustible sólido
Pueden quemar leña o carbón y su combustión se genera en parrillas. El
aire que necesitan para la combustión proviene de modo natural de la
succión o tiro que ejerce la propia chimenea. La llama será más o menos
intensa según el aire que entre a través de la puerta reguladora de tiro,
que puede ser manual o automática (instalando un regulador de
temperatura del agua de la caldera).
Para que estas calderas funcionen correctamente es fundamental que el
tiro en la base de la chimenea sea como mínimo de 3 mmca (milímetros
de columna de agua).
Policombustibles
Pueden utilizar cualquier tipo de combustible (sólidos, gasóleo o gas).
Normalmente se ofrecen en el mercado preparadas para quemar
4
combustibles sólidos, pudiendo adaptarse fácilmente para utilizar gasóleo
o gas mediante un equipo de transformación.
Cuando estas calderas trabajan con sólidos, debe tenerse en cuenta lo
indicado en el apartado anterior (calderas de combustible sólido).
Las calderas policombustibles se comercializan en dos versiones:
- Sólo calefacción.
- Calefacción más producción de agua caliente sanitaria, llamadas calderas
mixtas.
Generalmente constan de: puerta quemador, pantalla de paso de humos,
cuadro de mandos e interruptor de seguridad. Las calderas de calefacción
y agua caliente están equipadas además con un depósito acumulador y un
circulador para producción de agua caliente sanitaria. En calderas
adaptadas a combustibles líquidos, el circulador de calefacción puede
situarse indistintamente en la ida o en el retorno.
4. Clasificación de las calderas
11
Calderas

4. Clasificación de las calderas
12
Calderas
Calderas
4 Clasificación de las c
Caldera de gasoil
o gasóleo.
CIRCULADOR
A.C.S.
CUADRO DE
MANDOS CALDERA
QUEMADOR
Grupo de
gasóleo para
calefacción
y A.C.S. por
acumulación.
GRUPO SEGURIDAD
FLEXBRANE
DEPÓSITO
ACUMULADOR
CIRCULADOR
CALEFACCIÓN
De gasóleo
Habitualmente se comercializan en tres versiones:
- Caldera y grupo térmico sólo calefacción: incorporan además de la
caldera, el quemador, el circulador y el cuadro de mandos.
- Grupo térmico mixto para calefacción y agua caliente sanitaria
instantánea: son generadores que además de la calefacción,
producen agua caliente sanitaria instantánea a través de un
intercambiador. Son grupos que se entregan con todos los accesorios
montados en la caldera, es decir, quemador, circulador, depósito de
expansión, válvula de seguridad e intercambiador productor de agua
caliente sanitaria.
- Grupo térmico mixto para calefacción y agua caliente sanitaria
mediante acumulación: difieren esencialmente del anterior en que la
producción de agua caliente sanitaria se efectúa a través de un
depósito acumulador.
Eléctricas
Se basan en el calor producido por una resistencia eléctrica inmersa en
el agua contenida en la caldera. No precisan chimenea. Incorporan,
normalmente, todos los accesorios para un funcionamiento
automático.

alderas
Mixtas de fuel-gas
De gas
VISOR DE LLAMA
PUERTA DE QUEMADOR
TOMA DE PRESIÓN
PUERTA DE INSPECCIÓN
MANGUITO
PURGA
CALDERA
IDA
TUBOS DE HUMOS
CALORIFUGADO
CUERPO DE
CALDERA
HOGAR
BANCADA
Las calderas que utilizan gas como combustible se
comercializan habitualmente de dos tipos:
- Calderas murales de gas (colgadas de la
pared): son generadores compactos que se
comercializan totalmente equipados con el
quemador específicamente diseñado para
ellas, los accesorios y controles necesarios
para obtener un funcionamiento automático
y de elevadas prestaciones.
- Calderas de pie de gas: pueden ser también
compactas como las murales o incorporar un
quemador atmosférico, la línea de gas y el
cuadro de control. En ambos tipos, hay
modelos que además de la calefacción
incluyen la producción de agua caliente
sanitaria en producción instantánea y en
acumulación.
CAJÓN DE
HUMOS
CHIMENEA DE
SALIDA DE
HUMOS
VÁLVULA
DE
EXPANSIÓN
RETORNO
Caldera
fuel-gas.
Caldera mural y
caldera de pie de
gas.
4. Clasificación de las calderas
13
Calderas

4. Clasificación de las calderas
14
Calderas
Calderas
4 Clasificación de las c
Control de llama por
termopar y quemador
piloto, (encendido
piezoeléctrico).
Control de llama
mediante ionización.
Caldera mural de tiro
natural.
Las calderas de gas se pueden clasificar a su vez:
• Según el encendido
- Electrónico: la caldera dispone de un tren de chispas
producidas mediante un pequeño circuito electrónico por
acción manual o automática.
- Piezoeléctrico: se produce por impacto entre piezas de
metal-cerámica-metal. Se utiliza mayoritariamente para el
encendido de quemadores pilotos de las calderas que se
equipan con quemadores atmosféricos.
• Según el control de la llama
- Por termopar-quemador piloto: al calentar un metal
(termopar), éste es capaz de emitir una corriente eléctrica que
se aprovecha para excitar una electroválvula que abre o cierra
el paso del gas.
- Mediante ionización: en calderas generalmente electrónicas
con un sistema de seguridad de mayor rapidez de respuesta
que el sistema termopar.
• Según la cámara de combustión
- De tiro natural: son calderas abiertas que utilizan el aire que
reciben del ambiente del propio local donde se encuentran.
Este aire se mezcla con el gas para la combustión y el humo
se va por la chimenea gracias a la depresión que ejerce el
conducto de evacuación. El local en donde se encuentran este
tipo de calderas tiene que contar con ventilaciones
permanentes adecuadas.

alderas
- De tiro forzado: las calderas de este tipo tienen similares
características a las atmosféricas, pero incorporan un extractor que
provoca un tiro forzado para facilitar la evacuación de los gases de
combustión.
- De cámara estanca: son calderas en las que la combustión se realiza
en una cámara totalmente aislada del local en el que se encuentran.
La entrada de aire para la combustión así como la salida de los
productos de la combustión se efectúa mediante conducciones
independientes directamente conectadas al exterior; uno de los tipos
más frecuentemente comercializado es en el que ambos tubos
tienen disposición coaxial, de manera que por el del centro salen los
productos de la combustión, ayudados por un extractor
electromecánico, y por el exterior entra el aire por efecto de la
depresión que ejerce dicho extractor. Estas calderas evitan la emisión
de productos de la combustión al propio local.
Caldera de tiro
forzado.
Detalle del
extractor.
Interior de caldera
4. Clasificación de las calderas
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Calderas
de cámara estanca.
Tubo coaxial de
entrada y salida
de humos.

4. Clasificación de las calderas
16
Calderas
Calderas
4 Clasificación de las c
Esquema
hidráulico de
instalación sólo
Calefacción.
Esquema
hidráulico de
instalación de
Calefacción y
Agua Caliente
Sanitaria,
instantánea (A)
o por
aumulación (B).
CALDERA MURAL
• Según los servicios
- Calefacción.
ENTRADA
AGUA DE RED CONSUMO AGUA
CALIENTE SANITARIA
CALDERA MURAL
- Calefacción + A.C.S. instantánea: tiene prioridad la producción de
agua caliente sanitaria sobre el servicio de calefacción. El agua que va
a consumirse, pasa a través de un intercambiador que posee la propia
caldera y es calentada instantáneamente.
- Calefacción + A.C.S. por acumulación: estas calderas, además de los
componentes comunes a todas las calderas murales, se suministran
con depósito acumulador.
IDA
RETORNO
CALDERA MURAL
DEPÓSITO ACUMULADOR
A B
IDA
RETORNO
CONSUMO AGUA
CALIENTE SANITARIA
ENTRADA
AGUA DE RED
IDA
RETORNO

alderas
4.2. SEGÚN LA CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS
De circulación natural
La circulación se realiza por diferencia de densidades entre la columna
ascendente y la descendente. En la tubería descendente está el agua a la
temperatura de saturación y en el circuito ascendente, a causa del calor
absorbido, se produce una mezcla de vapor y agua.
De circulación asistida
La circulación se consigue intercalando una o varias bombas de
circulación en los tubos de bajada.
De circulación forzada
La circulación se obtiene por una bomba que empuja el fluido por una
serie de tubos situados en paralelo.
4.3. SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS
Calderas acuotubulares
Los tubos contienen en su interior el vapor o el agua, mientras que la
llama es aplicada sobre la superficie exterior de los mismos. Los tubos se
conforman para conseguir la geometría necesaria para el mejor
funcionamiento de la caldera, guiando los humos hacia la conexión de la
chimenea.
Calderas pirotubulares
Son calderas dotadas de tubos rectos, rodeados de
agua, a través de los cuales pasan los gases de
combustión. La presión de utilización de estas
calderas está limitada por el espesor de las paredes,
que no puede ser excesivo, ya que impediría la
transmisión de calor necesaria para refrigerar las
paredes del hogar. Tienen más contenido de agua
que las acuotubulares, son más fáciles de limpiar,
más baratas de construir y más accesibles para su
mantenimiento.
Caldera
pirotubular para
4. Clasificación de las calderas
uso colectivo con
quemador de tiro
forzado.
17
Calderas

4. Clasificación de las calderas
18
Calderas
Calderas
4 Clasificación de las c
Caldera de
fundición. Vista
interior.
4.4. SEGÚN EL MATERIAL CON QUE ESTÁN
CONSTRUIDAS
Calderas de fundición
Están formadas por elementos de fundición gris acoplados entre sí
mediante manguitos. El circuito de humos de estas calderas opone
muy poca resistencia al paso de los gases de combustión. Esta
resistencia la vence el propio tiro de la chimenea, estando la caldera
en “depresión”. Tienen una gran superficie de calefacción y son muy
resistentes a la corrosión. Además, casi todos los equipos se pueden
transformar para quemar cualquier tipo de combustible.
Calderas de acero
Son las fabricadas con chapas de acero soldadas, formando el cuerpo
de la caldera un conjunto monobloc. En estas calderas, unos
turbuladores situados en los tubos que forman el haz tubular, oponen
resistencia al paso de los productos de la combustión, facilitando así la
transmisión de calor y aumentando el rendimiento de la caldera. Esto
hace que los gases se encuentren en el interior de la caldera a una
cierta presión; de aquí el nombre de calderas “sobrepresionadas”. Por
todo lo anterior, la superficie de calefacción de estas calderas es
menor que en las calderas de fundición o en depresión.
Como otras características, cabe destacar su poca sensibilidad a los
cambios bruscos de temperaturas, su reducido tamaño y peso en
relación a su potencia, y su facilidad de montaje.

alderas
4.5. SEGÚN LAS CONDICIONES DE TRABAJO
Calderas tradicionales: no están diseñadas para soportar las condensaciones
y por tanto deben trabajar con temperaturas de retorno por encima del
punto de rocío, que es la temperatura a la que el vapor de agua existente
en los humos empieza a condensar. Estas calderas pueden ser:
- De eficiencia normal: trabajan con temperaturas de humos inferiores a
240ºC.
- De alta eficiencia: temperaturas de humos inferiores a 140ºC.
Calderas de baja temperatura: están construidas para trabajar con
temperaturas de retorno bajas sin llegar a producir condensaciones. Esto se
consigue con diseños especiales de los tubos de humos que hacen que la
temperatura en el lado de humos se mantenga siempre por encima del punto
de rocío, aún con temperaturas de retorno de agua bajas. Su principal
aplicación es en instalaciones donde se pueda trabajar un número elevado de
horas a temperaturas bajas; de este modo las temperaturas de la envolvente
de la caldera y de humos son inferiores, aumentando el rendimiento de
generación estacional.
CUBIERTA
TRANSITABLE
AISLAMIENTO
TÉRMICO
PAREDES DE AGUA
TURBULADORES DE ACERO
SUPERFICIES
CALEFACTORAS
PARED ANTERIOR
REFRIGERADA POR
AGUA
CARRO DE
QUEMADORES
AISLAMIENTO
TÉRMICO
Caldera de
baja
temperatura.
4. Clasificación de las calderas
19
Calderas

4. Clasificación de las calderas
20
Calderas
Caldera de
Calderas
4 Clasificación
condensación.
Calderas de condensación: están construidas con materiales que soportan
las condensaciones sin peligro de deterioro; en ellas se busca provocar las
condensaciones con el fin de aprovechar el calor latente de vaporización
del agua producida en la combustión, y de este modo aumentar el
rendimiento.
En una caldera convencional, el vapor de agua contenido en los productos
de la combustión no se condensa, con lo que si se baja la temperatura de
los humos se recupera calor sensible, pero no calor latente, porque no hay
cambio de estado.
El aprovechamiento del calor latente es lo que hace que el rendimiento de
las calderas de condensación, cuando se calcula respecto al PCI, resulte
superior al 100%, puesto que el PCI no tiene en cuenta la condensación
del vapor de agua.
TUBOS DE
RETORNO
SUPERFICIES
DE
INTERCAMBIO
HOGAR DE
ACERO
INOXIDABLE
CÁMARAS
DE AGUA
AISLAMIENTO
TÉRMICO
PUERTA DE
CALDERA
COLECTOR DE
HUMOS

Calderas
5 Rendimientos
Tipo
de
Caldera
estándar
de baja
temperatura (*)
de condensación
5.1. RENDIMIENTO MÍNIMO
La Directiva Europea 92/42/CEE, de aplicación en España según establece
el Real Decreto 275/1995, establece los requisitos de rendimiento aplicables
a las calderas nuevas de agua caliente alimentadas con combustibles
líquidos o gaseosos de una potencia nominal entre 4 kW y 400 kW.
Los diferentes tipos de calderas deberán cumplir unos requisitos de
rendimientos útiles en los dos casos siguientes de funcionamiento:
• Funcionando a potencia nominal Pn, expresada en kW, para una
temperatura media del agua en la caldera de 70ºC.
• Funcionando con una carga parcial del 30%, para una temperatura media
del agua en la caldera variable según el tipo de caldera.
Los rendimientos mínimos útiles que deberán cumplirse figuran en el
cuadro siguiente:
Intervalos
de
potencia
kW
4 a 400
4 a 400
4 a 400
Rendimientos a potencia nominal Rendimientos con carga parcial
Temperatura
media del agua
en la caldera
(en ºC)
70
70
70
Expresión del
rendimiento
(en porcentaje)
≥ 84 + 2 log Pn
≥ 87,5 + 1,5 log Pn
≥ 91 + 1 log Pn
5Temperatura
media del agua
en la caldera
(en ºC)
≥ 50
40
30 (**)
(*) Incluidas las calderas de condensación que utilizan combustibles líquidos.
(**) Temperatura del agua de alimentación de la caldera.
Pn = Potencia nominal de la caldera.
Expresión del
requisito de
rendimiento
(en porcentaje)
≥ 80 + 3 log Pn
≥ 87,5 + 1,5 log Pn
≥ 97 + 1 log Pn

5. Rendimiento de los generadores
22
Calderas
Calderas
5 Rendimientos
El rendimiento está definido sobre el PCI (Poder Calorífico Inferior). Por eso, en
el caso de calderas de condensación y en muchas situaciones de carga parcial,
este rendimiento puede resultar superior al 100%, debido precisamente a
esa definición adoptada. Si la definición fuera sobre el PCS (Poder Calorífico
Superior) el rendimiento nunca podría resultar superior al 100%.
El estudio de estas tablas lleva a hacer dos consideraciones muy
importantes:
• A plena carga, a las calderas convencionales se les exige un rendimiento
mínimo bastante inferior que a las demás.
• A las calderas convencionales se les exige un rendimiento mínimo inferior
a carga parcial que a plena carga, mientras que para las calderas de baja
temperatura se exige el mismo rendimiento en las dos condiciones de
carga, y para las de condensación el rendimiento exigido a carga parcial es
mayor.
5.2. RENDIMIENTO INSTANTÁNEO
Es igual al cociente entre la potencia útil y la potencia nominal, siendo la
primera la que resulta de restar a la potencia nominal las siguientes
pérdidas:
• Pérdidas en el cuerpo de la caldera. Son esencialmente las pérdidas que
tienen lugar por radiación y convección a través de la envolvente de la
propia caldera debidas a que ésta se encuentra a una temperatura mayor
que la del ambiente. Dependen de la temperatura media del agua en la
caldera y de la temperatura de la sala de máquinas, del aire y de los
cerramientos, así como de las características de la caldera, del material
aislante del cuerpo de la caldera y de la superficie del mismo. Suponen
entre el 0,5% y el 2% de la potencia nominal.
• Pérdidas de calor sensible en los humos. Corresponden al calor utilizado
en calentar los humos hasta la temperatura a la cual escapan por la
chimenea, ya que a partir de ese punto el calor que llevan no se recupera.
Son mayores cuanto más altas sean las temperaturas de humos. Suelen
estar comprendidas entre el 6 y el 10% de la potencia nominal. En las

calderas convencionales son de 2 a 3 puntos más elevadas que en las
calderas de alta eficiencia.
• Pérdidas por inquemados. Corresponden al poder calorífico de los
productos de combustión que no han sido totalmente oxidados.
Únicamente se presentan en el caso de combustión incompleta. Suelen
ser despreciables si el quemador está correctamente ajustado y se lleva un
mantenimiento adecuado. Por cada 1% de contenido de CO en los
humos las pérdidas están comprendidas entre un 5 y un 7%. En
consecuencia, considerando que el valor máximo admisible del contenido
de CO es igual a un 0,1%, se deduce que estas pérdidas están por debajo
del 0,5% de la potencia nominal.
Las pérdidas de calor sensible de los humos son las más importantes para la
determinación del rendimiento instantáneo. Sin embargo, en la
determinación del rendimiento anual las pérdidas más importantes son las
ocasionadas por convección y radiación del cuerpo de la caldera.
En calderas convencionales, la disminución de la temperatura del agua de la
caldera con la demanda permite reducir las pérdidas, pero deberá evitarse
que esa temperatura no baje hasta alcanzar el punto de rocío de los humos,
que es la temperatura a la que el vapor de agua en los humos empieza a
condensar.
La temperatura del punto de rocío depende de la presión parcial del vapor
de agua de la mezcla, que a su vez es función del contenido de vapor en
los humos. La condensación se producirá con más facilidad cuanto más
elevada sea la temperatura del punto de rocío de los gases.
La formación de condensación sobre la pared del tubo es
particularmente peligrosa cuando se emplean
combustibles que contienen azufre (como el gasóleo o el
fuel). Durante la combustión, el azufre se oxida a
anhídrido sulfuroso SO2 y, en parte, a anhídrido sulfúrico
SO3. Ambos gases, que en estado seco no son corrosivos,
en contacto con el agua de condensación se transforman
en ácido sulfuroso (SO3H2) y sulfúrico (SO4H2) respectivamente, y al atacar al acero de los tubos,
provocan su perforación.
Banco de
ensayos del
departamento
de I+D de
Repsol
Butano.
5. Rendimiento de los generadores
23
Calderas

5. Rendimiento de los generadores
24
Calderas
Calderas
5 Rendimientos
Para evitar la condensación en las paredes de los tubos, existen dos
posibilidades:
• Reducir la temperatura del punto de rocío de los gases aumentando el
exceso de aire de combustión. En la práctica esta medida no se puede
llevar a efecto porque el aumento del exceso de aire supondría el
aumento de las pérdidas de calor sensible en la chimenea y, por lo
tanto, disminución del rendimiento y acumulación de hollín.
• Buscar un diseño especial de las superficies de intercambio térmico
entre humos y agua, precisamente como se hace en las calderas de
baja temperatura: tubo constituido por dos tubos concéntricos, uno dentro
de otro.
En calderas de baja temperatura, el rendimiento instantáneo aumenta al
disminuir la carga, al contrario de lo que sucede con una caldera
convencional. La razón está en que con la caldera de baja temperatura
se puede disminuir la temperatura media de funcionamiento al disminuir
la carga, lo que se traduce en una disminución de las pérdidas en los
humos y en el cuerpo de la caldera.
En calderas de condensación, la formación de aguas agresivas sobre las
paredes de los tubos hace necesario recurrir al empleo del acero inoxidable,
aún cuando el combustible sea gaseoso, es decir exento de azufre.
5.3. RENDIMIENTO ESTACIONAL
El rendimiento medio estacional de una caldera es la relación entre la
cantidad anual de calor útil y la cantidad anual de calor generado.
Depende de las pérdidas en humos y de la pérdida relativa media anual
por radiación y convección de la caldera, que se denomina también
“consumo de mantenimiento” y depende de la relación entre las horas
en las que la caldera está en disposición de servicio y las horas en las que
el quemador está funcionando. No se tienen en cuenta las pérdidas por
inquemados.
El rendimiento estacional siempre será inferior al rendimiento
instantáneo.