Sistemes de Calefacció: Classificació, Combustibles i Components de Calderes

Sistemes de Calefacció

Segons la forma d'obtenció de la calor

• Calefacció termodinàmica (Bomba de calor)
• Calefacció elèctrica
• Calefacció per energia solar
• Calefacció convencional per aigua calenta:
  • A gas
  • Amb combustibles líquids
  • Amb combustibles sòlids

Segons el grau de servei

• Calefacció unitària (aparell que escalfa total o parcialment un recinte)
• Individual (una unitat de consum: habitatge, oficina, etc.)
• Col·lectiva (diverses unitats de consum: edifici o conjunt d’edificis)

Classificació dels Combustibles

a) Segons estat físic

• Sòlids
• Líquids
• Gasos

b) Segons Reglament d'instal·lacions petrolíferes

• Classe A: Hidrocarburs amb pressió de vapor superior a 1 kg/cm² a 0°C (Metà, propà, butà, etc.)
• Classe B: Hidrocarburs amb punt d'inflamació inferior a 55°C i no inclosos a classe A (Benzina, petroli, dissolvents)
• Classe C: Hidrocarburs amb punt d'inflamació entre 55 i 120°C (Gasoli, Fuel-oil)
• Classe D: Hidrocarburs amb punt d'inflamació superior a 120°C (Vaselines, parafines, asfalts)

Tipus de Combustió

Combustió Incompleta: Es produeix amb manca d'oxigen (aire), afavoreix la formació de CO en lloc de CO₂. Es produeixen *incremats*. És antieconòmica.

Combustió Completa: Es produeix amb excés d'oxigen, garantint la combustió total del combustible. S'aprofita al màxim el combustible, però es generen pèrdues de calor en eliminar-se major quantitat de gasos amb els fums.

Combustió neutra o estequiomètrica: S'aporta la quantitat justa d'oxigen (aire) per a la combustió.

Productes de la Combustió

Els productes de la combustió inclouen:

• Restes de combustibles no cremats (Hidrocarburs, H₂O₂,…) o parcialment cremats (CO i partícules de carboni sòlides no cremades) resultat de combustions incompletes.
• Impureses presents en el combustible, cremades o no (SO₂, cendres,…).
• Components de l'aire, cremats o no (NO, NO₂, O₂, N₂…).
• Components del combustible cremats (CO₂ i H₂O).

Cadascun d'aquests productes té unes propietats distintes, que el fan més o menys perjudicials per a l'entorn (contaminació atmosfèrica) o per a la pròpia instal·lació de producció de calor:

• Diòxid de Carboni (CO₂): Gas responsable de l'efecte hivernacle.
• Monòxid de Carboni (CO): Gas molt tòxic procedent de combustions incompletes.
• Diòxid de sofre (SO₂): Resultat de l'oxidació del sofre present com impuresa en el combustible.

Parts d'una Caldera d'Aigua Calenta (Cas de Pirotubular)

CAMBRA DE COMBUSTIÓ

És la part de la caldera on es crema el combustible; dins seu s'estén la flama i s'arriba a les majors temperatures. Han de tenir la forma adequada al tipus de combustible i cremador per als quals s’han dissenyat.

CIRCUIT DE FUMS

Una vegada extingida la flama, els gasos producte de la combustió continuen el seu camí cap a la xemeneia a través del circuit de fums. Aquests circuits solen incloure elements (retardadors) o geometries especials, amb la fi de prolongar el pas dels fums en la caldera i millorar el coeficient de transmissió de calor Fums - Fluid, obtenint temperatures de fums més baixes i rendiments més alts. A la suma de la superfície de la cambra de combustió i la del circuit de fums se l’anomena superfície de bescanvi o superfície de calefacció de la caldera.

CAIXA DE FUMS

És la part de la caldera on conflueixen els gasos de combustió; des d'aquest punt, a través d'un tram de connexió, són conduïts fins a la xemeneia.

PORTA O FRONT DE CALDERA

És el punt on s’instal·la el cremador, ha d’estar construïda amb materials capaços de suportar les altes temperatures que es produeixen a la seva proximitat. Són abatibles, per a permetre la neteja interior, necessària pel manteniment de la caldera.

ENVOLTANT AÏLLANT

El conjunt de caldera ha d’estar recobert per un envoltant amb material aïllant tèrmic, per tal de disminuir les pèrdues de calor. És molt important mantenir en bon estat aquest envoltant, ja que el seu mal deteriorament provoca grans pèrdues de calor, degudes a les altes temperatures que arriben a tenir els components de les calderes.

Tipus de Calderes

3.1.- Segons el tipus de combustible:

• De combustible sòlid
• De combustible líquid
• De combustible gasós
• Policombustibles

3.2.- Segons el fluid caloportador:

• D’Aigua Calenta (t < 110°C)
• D’Aigua Rescalfada (110°C < t < 220°C)
• De Vapor
• D’oli Tèrmic
• D’aire calent

3.3.- Segons la pressió de funcionament:

• De Baixa pressió (P < 20 atm)
• De mitjana pressió (20 < P < 64 atm)
• D’Alta pressió (P > 64 atm)

3.4.- Segons la pressió a la llar:

• De llar en depressió: funcionen per la depressió que es crea en la xemeneia o per un ventilador que aspira; s’evita la sortida de fums al local.
• Atmosfèriques
• De llar en sobrepressió: els gasos circulen empesos per un ventilador; per tant circulen més ràpid que a les calderes en depressió.

3.5.- Segons el material de construcció:

• De ferro fos: Per elements, la transmissió de calor té lloc dins la llar, àrea de bescanvi petita i rendiment baix; tenen poca pèrdua de càrrega en els fums, per això solen ser de tir natural. La llar opera en depressió o amb molt poca pressurització. El circuit de fums és molt escàs o inexistent.
• De xapa d'acer: Es construeixen per a totes les potències i pressions de treball. Per a combustibles líquids o gasosos, per la qual cosa tenen una major superfície de contacte i el seu rendiment és millor. L'intercanviador pot estar constituït per cossos en forma irregular plens d'aigua, per tubs de fums, tubs d'aigua o bé tubs d'aigua i de fums.
• Murales: De disseny compacte i reduït, emprades per a instal·lacions familiars d'ACS i calefacció. Actualment s'està incrementant la seva potència i permeten l'associament de diverses.

3.6.- Pel principi de disseny:

• Acuotubulars: S'utilitzen per a grans potències, principalment amb aigua sobreescalfada o vapor.
  • Permeten pressions de funcionament superiors a les pirotubulars
  • Tenen un menor volum d'aigua i, per tant, la posada a règim es realitza més ràpidament
  • Són més sensibles que les pirotubulars a les variacions brusques de càrrega
  • Són més exigents pel que fa a la circulació i qualitat de l'aigua.
  • Solen funcionar amb llar a sobrepressió
• Pirotubulars: S'utilitzen per a grans potències, tant per a AC com per a vapor.
  • Solen portar turbuladors per augmentar l'eficiència energètica
  • Totes són de llar a sobrepressió.

3.7.- Per la seva aplicació:

• Usos domèstics: Calefacció, ACS o mixtes
• Generació d'energia per a plantes termoelèctriques: per a la generació de vapor sobreescalfat a altes pressions
• Plantes de Cogeneració: usen els gasos calents d'escapament, són calderes anomenades de recuperació.
• Generació de vapor o aigua sobreescalfada en plantes industrials