22 noviembre 2009

Eficiencia en calderas (I): Planificación del uso del equipo

Nuestro artículo recopilatorio de medidas generales de eficiencia energética en calderas de vapor ha recibido ya más de 3500 visitas, con un creciente interés en encontrar cómo puede conseguirse mejorar la eficiencia energética de las calderas. Comenzamos hoy una serie de artículos en los que durante un tiempo iremos profundizando en los detalles de diseño que deben servir a ingenieros e instaladores para inspeccionar calderas existentes, determinar el potencial de mejoras y tomar las medidas de diseño y reacondicionamiento pertinentes. En este primer artículo hablaremos con cierto detalle de las prácticas de operación y la planificación del uso de las calderas. Iremos aportando asimismo algunos jugosos datos sobre los ahorros potenciales y sobre todo las tasas de recuperación de este tipo de actuaciones.

Minimizar la duración de la operación de las calderas

Aunque sea difícil de entender hoy en día lo primero sobre los que debemos insistir es en algo tan simple como calderas cuando no se necesitan. En administraciones públicas y centros industriales este derroche está al orden del día. Sí se minimiza la operación de las calderas y su equipo auxiliar de una forma coherente con las necesidades reales, ahorraremos una ingente cantidad de energía en las siguientes áreas:
  • Pérdidas en el sistema de distribución y la planta: Las pérdidas de calor conductivas continúan siempre que la planta esté caliente, y las pérdidas continúan mientras que las calderas este bajo presión. Las pérdidas son más grandes en las plantas de mayor tamaño, puesto que tienen sistemas de distribución más largos, y están pobremente mantenidas.
  • Consumo de energía innecesario por el equipo auxiliar de la caldera: incluso si la demanda de la caldera es mínima, algunos equipos at pueden continuar operando, tales como las bombas de distribución de agua caliente y las bombas de alimentación de agua que sirven para las calderas más grandes. La cantidad de energía derrochada depende del diseño de la planta de calderas.
  • Operación innecesaria de equipos que no se controlan separadamente: Por ejemplo, los viejos radiadores de vapor con válvulas de control manual operan siempre que les llegue vapor, independientemente de que sea necesario o no. Las cantidades de energía derrocha las dependen del número de equipos de usuario a los que le falta el control individual.
¿Dónde encontramos las mejores oportunidades para controlar el calor en origina una caldera?

El primer paso que debemos dar para mejorar la planificación del uso de los equipos es desarrollar un plan consistente de control de todos los equipos. Para ello debemos decidir sí es mejor controlar las operaciones de calentamiento en toda la planta, en el equipo de uso final, o en alguna combinación de estos: Cada aproximación tiene ventajas y desventajas.
  • Minimizar el consumo de vapor apagando el equipo de uso final: Pueden instalarse controles de cierre en cada equipo. Desde el punto de vista de la eficiencia total, este método es bueno porque cada equipo de uso final puede cerrarse según los requerimientos individuales de calentamiento. La mayor desventaja de este método son los gastos y mantenimiento de tener controles separados en cada equipo de uso final. La caldera detecta la desaparición de carga de calentamiento cuando el equipo de uso final se apaga. La salida de la caldera cae cuando se apagan los equipos de uso final, y pueden no requerirse controles de planta de caldera separados. Sin embargo, este método no elimina la energía consumida para mantener a caliente el sistema de la caldera, reemplazar las pérdidas del sistema de distribución, y operar a el equipo auxiliar de la planta de la caldera. Para evitar estas pérdidas, se necesitan controles adicionales que apaguen la planta de la caldera por sí mismas.
  • Minimizar el consumo de vapor apagando la planta de calderas: En el otro extremo, puede apagarse todo el sistema de calderas, lo cual desconectará todo el equipo servido por el sistema. Este método es mucho menos caro que instalar controles de apagado individuales en cada equipo de uso final. Este método derrocha algo de energía a menos que todos los equipos de uso final sigan la misma planificación. Por ejemplo, si la planta de calderas sirve radiadores, operar la caldera proporciona calor a una sola habitación supone que todos los radiadores estén trabajando. Otra desventaja de este método es que no para el consumo de energía en los componentes no de calefacción del equipo de uso final, por ejemplo las unidades de ventiladores o fan-coils.
  • Minimizar el consumo de vapor cuando el equipo de uso final opera según una gran variedad de planificaciones: En situaciones donde el equipo de uso final opera según una planificación más corta que la planta de caldera, pueden proporcionarse controles de cierre separados solamente para los equipos que operan durante cortos intervalos de tiempo. Por ejemplo, pueden instalarse tales controles para los espacios administrativos de un hotel, mientras que las habitaciones de los invitados tienen el calor disponible de forma continuada o estacionalmente.
  • Minimizar el consumo de vapor usando diferentes criterios de control: Pueden usarse diferentes métodos para apagar la planta de caldera y el equipo de uso final. Por ejemplo, pueden apagarse equipos de uso final utilizando relojes temporizados y apagar la planta de la caldera con un sensor de temperatura de aire exterior. Hay muchas formas de distribuir el control de apagado de la planta de la caldera como respuesta eficiente a un rango de condiciones que pueden ocurrir, incluyendo la planificación de las operaciones del equipo de calefacción, temperatura exterior, etc., y satisfacer las restricciones de costes, fiabilidad, y requerimientos de mantenimiento.
¿Cuáles son los intervalos de apagado recomendados más cortos?

Apagar una caldera origina tensiones térmicas en la caldera y en el equipo de planta, acortando la vida del equipo y acelerando la formación de grietas. En los sistemas de vapor, permitir que la planta se enfríe origina condensaciones en el sistema, creando un vacío que arrastra aire dentro del sistema. El grado de efectos adversos varía ampliamente, dependiendo del tipo de sistema.

En general, las plantas de calderas más pequeñas pueden apagarse pueden apagarse a intervalos más cortos. Arrancar y parar grandes plantas de calderas requiere operaciones mayores, que se tardan horas en realizar.

Limitar las operaciones del equipo auxiliar

Limitar la operación del equipo auxiliar de la planta de la caldera junto con las operaciones en si mismas de la caldera. Este equipo incluye bombas de distribución de agua de calefacción, bombas de agua de alimentación y condensado, control de los compresores de aire, y una gran variedad de equipos menos intensos en energía.

El control automático es más eficiente que el control manual

Dejar en manos de las personas el arranque y parada de los equipos en tiempos precisos es poco recomendable. Las personas son especialmente poco fiables si la acción requiere realizarse a intervalos irregulares, y cuando cambian las condiciones. Por este motivo es recomendable utilizar controles automáticos siempre que sea posible. En ocasiones puede ser aconsejable emplear una aproximación híbrida, manual y automática.


Bibliografía: Wulfinghoff, D. R. Energy efficiency manual.
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