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 lí quido (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
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 el calor para la caldera, caldera, a través de la combustión combustión de gas 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. mb ar. (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 agua caliente.
•
Figura N° 7: Boiler
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 Temperatura Agua Calefacción para: 1. Piso Radiante/Loza: Temperatura máxima 60°C 2. Radiadores
: 90-80 °C
Bombas circuito agua caliente
Bomba circuito calefacción
Figura N° 9: Bombas de recirculación
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 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° 13: Válvulas
Figura N° 12: Manómetro
Figura N° 14: Acuostato
1.2 Funcionamiento de una Central Térmica El funcionamiento de una Central Térmica dependerá del tipo ti po 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 primario a un intercambiador de calor (serpentín o de placas) donde se produce produce la transferencia de energía energía del agua caliente proveniente proveniente de la caldera al agua fría. frí a. Posteriormente, el agua calentada es acumulada en el estanque de agua caliente, que será proporcionada a los usuarios mediante l a red de tuberías t uberías a los distintos sectores conectados a ésta. El agua de la caldera que se cedió su calor retorna nuevamente a ésta para ser s er calentada. Ver animación o presentación adjunta.
Estanque de expansión RETORNO AGUA CALIENTE SANITARIA
M
AGUA FRIA SANITARIA IMPULSION AGUA CALIENTE SANITARIA
T A
T
A
BOILER CON INTERCAMBIADOR INCORPORADO Agua Caliente Sanitaria Agua Fría Sanitaria Agua caliente circuito primario Retorno Agua circuito primario Reciculación Agua caliente sanitaria
Filtro
T
Termómetro
Bomba de Impulsión
A
Acuastatos
Valvula de corte
Figura N° 15: Circuito de Central Térmica de agua Caliente con Boiler (Serpentín interior)
CIRCUITO DE DISTRIBUCION DE CENTRAL TERMICA DE AGUA CALIENTE Con Intercambiador de Placas IMPULSION AGUA CALIENTE SANITARIA
M
M T A M A
RETORNO AGUA CALIENTE SANITARIA
T
AGUA FRIA SANITARIA INTERCAMBIADORES DE PLACA Agua Caliente Sanitaria Agua Fría Sanitaria Agua caliente circuito primario Retorno Agua Fria circuito primario Reciculación Agua caliente sanitaria
Filtro
M
Manómetro
Bomba de Impulsión
A
Acuastato
Valvula de corte
T
Termómetro
Figura N° 16: Circuito de Central Térmica de agua Caliente con Intercambiador de placas. Ver animación o presentación adjunta.
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) aproximadamente) y lo inyecta en la línea del surtidor de calefacción, de modo tal que no supere los 60 °C. CIRCUITO DE DISTRIBUCIÓN DE CENTRAL T ÉRM ÉRMICA ICA DE CALEFACCIÓN
RETORNO CALEFACCIÓN T
IMPULSIÓN CALEFACCIÓN M
T
AGUA FRIA SANITARIA
A
Agua caliente circuito primario Ret orno Agua Fría c i rc uit o prim ario Alimentación agua a Est anque expansión T
Termostato Válvul a Termos t at i c a
Radi ador de Cal efac ci ón
Fi lt ro
Vál vula de t res vías (regul a Tem p. de c ale
Bomba de Impul s ión Termostato Conex i ón de c ont rol
Válvul a de c ort e
Ac uas t at o T
Termómet ro
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 i nstalación de calefones.
T RETORNO CALEFACCION IMPULSION CALEFACCION IMPULSION AGUA CALIENTE SANITARIA
AGUA FRIA SANITARIA M M T A M T
A
T
ESTANQUE ACUMULACION
A
RETORNO AGUA CALIENTE SANITARIA
AGUA FRIA SANITARIA INTERCAMBIADORES DE PLACA
Agua Caliente Sanitaria Agua Fría Sanitaria Agua caliente circuito primario Retorno Agua Fria circuito primario Reciculación Agua caliente sanitaria
Filtro
Valvula de tres vías (regula temp de calefacción)
Bomba de Impulsión
A
Acuastato
Valvula de corte
T
Termómetro
Figura N° 18: Circuito de Distribución de Central Térmica de Agua Caliente y Calefacción con con Intercambiador de Calor de Placas. 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. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
•
Limpieza de Caldera y Quemador por lo menos una vez al año. Regulación del Quemador, al menos 4 veces al año. Limpieza Boiler o Intercambiador de placas. Chequeo de funcionalidad de las bombas de circulación y recirculación, además de lubricación, de ser necesario. Chequeo de funcionalidad de filtros, fil tros, manómetros, regulador. Chequeo de funcionalidades de las válvulas de control y seguridad. Chequeo de funcionalidades funcionalidades de los controles en los tableros eléctricos. eléctricos. 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.
ANEXO 1 PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO-PREDICTIVO DE UNA CENTRAL TERMICA DE EDIFICIO LISTA DE UNIDADES DE MANTENIMIENTO Y ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO Nª UN UNIDADES Y SUB-UNIDADES DE MANTENIMIENTO
1.
Caldera
1.a 1.a
Duct Ducto o evac evacua uaci ción ó n de gase gasess
1.b
Estanque de expansión
1c
Válvula de de se seguridad
2.
Quemador
3.
Fuer Fuerza za y Con Contr trol ol
3.a 3.a
Tabl Tabler ero o de de dis distr trib ibuc ució ión n de de fue fuerz rza a
3.b 3.b
Circ Circui uito to de alim alimen enta taci ción ón de cald calder era a
3.c 3.c
Circ Circui uito to de alim alimen enta taci ción ón de quem quemad ador or
3.d 3.d
Circ Circui uito to de alim alimen enta taci ción ón de bomb bombas as
3.e 3.e
Circ Circui uito to de cont contro roll de ramp rampa a de de gas gas
3.f 3.f
Circ Circui uito to de cont contro roll de bomb bombas as
3.g 3.g
Circ Circui uito to de cont contro roll de de quem quemad ador or
4.
Lí L ínea y tren de gas
4.a
Manómetros
4.b
Filtros
4.c
Regulador
4.d 4.d
Válv Válvul ulas as el elect ectroma romagn gnét étiicas cas Línea (detección de fugas) y tren de gas Sist Sistem ema a de de det detec ecci ción ón de fuga fugass
4.e 4.e 5. 6
Líne Línea a de agua agua Valvulas manuales - electromagnéticas- Filtros Inte Interc rcamb ambia iador dor de de calo calorr de plac placas as
7
Esta Estanqu nque e Agua Agua sanit sanitari aria a (Boil (Boiler) er)
8
Bomb Bombas as rec recir ircu cula lado dore ress
B
S
A
BIMESTRAL
SEM ESTRAL
ANUAL
Registros y comparación Set points
Limpieza exterior
Inspección Desarme Limpieza Sellado Limpieza interior exterior sellado
Inspección visual
Chequeo de funcionalidad Prueba de falla
Chequeo de funcionalidad
Desarme parcial limpieza ajustes
Inspección limpieza y reapriete Inspección limpieza y reapriete Inspección limpieza y reapriete Inspección limpieza y reapriete Chequeo de funcionalidad Chequeo de funcionalidad Chequeo de funcionalidad Inspección y revisión Chequeo de funcionalidad
Inspección y limpieza Insp Inspec ecci ción ón
Inspección limpieza y reapriete Inspección limpieza y reapriete Inspección limpieza y reapriete Prueba de hermeticidad Chequeo y contraste Revisión limpieza Chequeo de funcionalidad Chequeo de funcionalidad Inspección revisión reapriete Chequeo de funcionalidad
Desarme e Inspección
Revisión de estanqueidad
Chequeo de funcionalidad Chequeo de funcionalidad Chequeo de funcionalidad
Figura N° 19: Programa de mantenimiento programado, donde se indica los elementos, la periodicidad y las actividades de mantenimiento.
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 combustión de algún combustible fósil 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, quemadores, dado el hollín que se forma producto de la combustión, que 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 CO 2, 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.
