En este artículo vamos a explicar las partes de una caldera, utilidad, funcionamiento y posición.
Bancadas y elementos antivibratorios (24)
Las calderas se colocarán sobre una bancada de inercia cuando no posean una base propia suficientemente rígida. Esta bancada será de hormigón o acero, de tal forma que tenga suficiente inercia para evitar el paso de vibraciones al edificio. Entre la bancada y la estructura del edificio deben interponerse elementos antivibratorios (CTE HR 3.3.2.4). La bancada puede ser sustituida por los soportes antivibratorios que algunos fabricantes ofrecen, especialmente diseñados para cada equipo.
Llaves de corte y vaciado (1, 22)
Todas las calderas dispondrán de llaves de corte en las conducciones de ida y retorno, de tal manera que puedan aislarse del resto de elementos sin necesidad de vaciar previamente toda la instalación (IT 1.3.4.2.3). Todas las calderas tendrán su propio vaciado de agua; la sección mínima de la tubería de vaciado será de 20 mm (la IT 1.3.4.2.3 establece los diámetros necesarios en función de la potencia térmica). El vaciado de agua con aditivos peligrosos para la salud se hará en un depósito de recogida para permitir su posterior tratamiento antes del vertido a la red de alcantarillado público. La conexión entre la válvula de vaciado y el desagüe se hará de forma que el paso de agua resulte visible. Las válvulas se protegerán contra maniobras accidentales (IT 1.3.4.2.3). Este vaciado, asociado a las llaves de corte, es imprescindible para poder efectuar las reparaciones correspondientes sin afectar al resto de la instalación.
Purgadores
Los puntos altos de los circuitos deben estar provistos de un dispositivo de purga de aire, manual o automático. El diámetro nominal del purgador no será menor de 15 mm (IT 1.3.4.2.3).
Válvulas de seguridad (18)
Al ser un circuito cerrado y sometido a presión, es obligatorio que cada caldera disponga de una válvula de seguridad (IT 1.3.4.2.5) que tendrá un dispositivo de accionamiento manual para pruebas que, cuando sea accionado, no modifique su tarado. La descarga de las válvulas de seguridad será visible y estará conducida a lugar seguro. El objetivo de estas válvulas es evitar que en la instalación se produzcan sobrepresiones que puedan provocar daños, independientemente de la actuación del resto de los órganos de control y seguridad (termostatos). El papel de estas válvulas es fundamental, ya que una sobrepresión puede provocar accidentes por piezas metálicas que salgan despedidas, además de la rotura de los propios equipos. Estas válvulas deben estar directamente conectadas a las calderas, que son los lugares donde al incrementar la temperatura se pueden producir las sobrepresiones. Debido a su importancia, estas válvulas deben ser revisadas periódicamente por el personal de mantenimiento. Para su revisión, como ya hemos dicho, es necesario el dispositivo de comprobación manual, que evidentemente no debe modificar su tarado. El requisito de que la descarga sea visible es verificar su actuación en las comprobaciones periódicas además de comprobar su estado si se observase que están descargando en el funcionamiento habitual de las instalaciones. Teniendo en cuenta que en caso de actuación, o comprobación de las mismas, se expulsa vapor a alta temperatura, la descarga debe ser dirigida de manera que no provoque accidentes sobre el personal que se encuentre en la sala. Esto no significa que sea obligatorio conducir la descarga al desagüe de la sala o al vaciado de las instalaciones; teniendo en cuenta que es muy importante saber si la válvula ha actuado, es muy conveniente conducir la descarga a un punto en el suelo de la sala, donde no origine riesgos, que permita al personal de mantenimiento confirmar que la válvula se ha disparado. La válvula estará dimensionada por el fabricante del equipo (IT 1.3.4.2.5). En la documentación técnica de la caldera se incluirá el diámetro de conexión de la válvula. Para la presión de tarado de la misma no es suficiente con tener en cuenta la presión de trabajo de las calderas, ya que debe analizarse cuál es la correspondiente al elemento más débil de la instalación. Las válvulas de seguridad deben proteger a todo el circuito cerrado, y en ocasiones hay otros elementos como los vasos de expansión, bombas etc., cuya presión de trabajo es inferior a la de las propias calderas. Esta situación cobra mayor relevancia cuando las calderas se ubican en las cubiertas o en las partes altas de los edificios. Dependiendo de la altura del edificio suele suceder que los elementos más afectados son los emisores de las plantas bajas, debiendo modificarse la presión de tarado de las válvulas de seguridad de las calderas o instalarse otras válvulas para proteger a los elementos más débiles. Por ejemplo, supongamos un edificio de viviendas en bloque de 40 m de altura, en el cual las calderas se encuentran situadas en cubierta con una presión de trabajo de 6 bar, mientras que los radiadores en planta baja tienen 9 bar de presión de trabajo debido al incremento de presión de la columna de agua. Si las válvulas de seguridad seleccionadas fuesen de 6 bar, adecuadas a la presión de trabajo de las calderas, el efecto de esta presión sobre los radiadores de la planta baja sería de 10 bar (6+4 debido a la presión estática originada por la altura del edificio), superior a su presión de trabajo. Por esto, el modo correcto de seleccionar la presión de tarado es comprobar la presión del elemento más débil, teniendo en cuenta su posición relativa en el circuito completo respecto al punto donde se vayan a colocar las válvulas de seguridad. En este caso, al estar los radiadores 40 m por debajo de ese punto, la presión máxima admisible en el mismo será: 90-40 = 50 mCA. Por lo tanto, las válvulas de seguridad deberán tener una presión máxima de tarado de 5 bar. En las instalaciones donde los generadores se colocan en las plantas de cubierta, pero los colectores y otros elementos se ubican en los sótanos, este detalle es de gran importancia, obligando a seleccionar equipos (por ejemplo, bombas de circulación) con mayor presión de trabajo.
Presostatos (15)
Además de los problemas originados por las sobrepresiones, en las instalaciones se pueden dar otros debidos a la falta de presión mínima que garantice el correcto funcionamiento de todos los equipos; por ello se deben instalar dispositivos de seguridad que impidan la puesta en marcha de las instalaciones si no se tiene la presión mínima necesaria (presostatos) (IT 1.3.4.2.5).
Además de las propias calderas, en las que la falta de presión mínima puede provocar vaporizaciones indeseadas o falta de circulación de agua, los elementos más sensibles son las bombas de circulación que en la aspiración requieren una presión mínima variable con la temperatura de trabajo; a mayor temperatura mayor presión. Para seleccionar la presión de tarado de los presostatos debe analizarse la presión mínima necesaria en todos los equipos considerando su posición relativa en la instalación.
Vasos de expansión (21)
Los cambios de temperatura del agua de la instalación provocan variaciones en su volumen, que si no son absorbidos por algún elemento, al ser el agua un fluido incomprimible, crearán sobrepresiones en los circuitos; los elementos encargados de absorber estas dilataciones son los denominados vasos de expansión, que deberán ser de tipo cerrado (IT 1.3.4.2.4). Para el diseño y dimensionado de los sistemas de expansión se aplicará lo indicado en la norma UNE 100.155. En anteriores versiones de la reglamentación se requería que entre los generadores de calor y el sistema de expansión no existiesen llaves de corte, este era un requisito heredado del uso de vasos de expansión abiertos, en los que el vaso cumplía la doble misión de absorber las dilataciones y actuar como seguridad ante sobrepresiones; sin embargo, los vasos de expansión cerrados deben asociarse al uso de válvulas de seguridad, siendo éstas las que estén en conexión directa (sin llaves de corte intermedias) con los generadores. Para facilitar el mantenimiento de los vasos de expansión cerrados es conveniente que en la conexión a los mismos se instalen llaves de corte que permitan aislarlos de la instalación para efectuar las comprobaciones. A pesar de ello es recomendable que exista un vaso de expansión independiente para cada caldera; el volumen del cual será el necesario para compensar exclusivamente las dilataciones del agua de la caldera correspondiente, debiendo existir vasos de expansión cerrados en los diferentes circuitos, cada uno de ellos con volumen adecuado a la parte de la instalación a la que se encuentre asignado.
Termostatos (9,10, 11, 20)
Cada caldera dispondrá, como mínimo, de los siguientes termostatos:
• Termostatos de funcionamiento: tendrá un termostato, de rearme automático, por cada marcha del quemador.
• Termostato de seguridad: existirá un termostato, de rearme manual, tarado a una temperatura superior a las de funcionamiento (IT 1.3.4.1.1).
• Termostato de humos: aunque de acuerdo con el RITE no es estrictamente obligatorio ya que admite que se trate simplemente de un termómetro de humos (IT 1.3.4.4.5), en el conducto de humos se dispondrá un termostato de rearme manual, que actúe si en los humos se dan temperaturas excesivas.
La misión de los termostatos de funcionamiento es detener la marcha de los quemadores cuando se alcancen las temperaturas de consigna, de modo que la producción se adecue a las necesidades instantáneas; son necesarios tantos termostatos como marchas tengan los quemadores para poder aprovechar correctamente los escalones de potencia, ya que de no actuar sobre las marchas de menor potencia, los quemadores tendrían un número más elevado de arrancadas y paradas, lo que provocaría una disminución del rendimiento. Estos termostatos serán de rearme automático, de modo que los quemadores arranquen y paren en función de las consignas. La misión de los termostatos de funcionamiento puede ser asumida por los equipos de regulación externos al quemador (centrales de regulación, autómatas programables, etc.). Si los quemadores son modulantes los termostatos son sustituidos por la regulación proporcional correspondiente.
El termostato de seguridad debe actuar cuando hayan fallado los de funcionamiento, en cuyo caso el quemador no se detiene cuando se alcanzan las temperaturas de consigna y continúa aportando calor a la caldera, pudiéndose alcanzar temperaturas peligrosas, por este motivo debe ser de rearme manual, de modo que quede constancia del funcionamiento anómalo de la instalación, debiéndose tomar las medidas oportunas para corregir esta disfunción.
El termostato de humos (pirostato) tiene como misión controlar que el conjunto caldera-quemador está proporcionando los rendimientos mínimos requeridos, ya que si la temperatura de humos se eleva excesivamente, las pérdidas por la chimenea son muy altas, por lo cual debe ser de rearme manual, de manera que exista la obligación de corregir las causas que provocan este problema; además de la función de ahorro de energía asociado al corte por temperatura elevada de humos, también cumple una función de seguridad, ya que si no existiese este control podrían darse casos de temperaturas de humos peligrosas, que pudieran llegar incluso a originar incendios.
Instrumentos de medición: termómetros y manómetros.
Todas las instalaciones térmicas deben disponer de la instrumentación de medida suficiente para la supervisión de todas las magnitudes y valores de los parámetros que intervienen de forma fundamental en el funcionamiento de los mismas. Los aparatos de medida se situarán en lugares visibles y fácilmente accesibles para su lectura y mantenimiento. El tamaño de las escalas será suficiente para que la lectura pueda efectuarse sin esfuerzo. Antes y después de cada proceso que lleve implícita la variación de una magnitud física debe haber la posibilidad de efectuar su medición, situando instrumentos permanentes, de lectura continua, o mediante instrumentos portátiles. La lectura podrá efectuarse también aprovechando las señales de los instrumentos de control (IT 1.3.4.4.5).
Termómetros (16, 19):
Cada caldera dispondrá como mínimo de los siguientes termómetros (IT 1.3.4.4.5):
• Uno en la impulsión y otro en el retorno; habitualmente el termómetro de impulsión viene incorporado en la propia caldera; sin embargo, el de retorno suele ser necesario instalarlo en la tubería.
• Uno en el conducto de humos; suelen incorporarlos los propios pirostatos.
La misión de los mismos es proporcionar datos sobre el estado de funcionamiento de la instalación en cada momento. Tendrán el sensor en el interior de la tubería, no pudiendo instalarse termómetros de contacto.
Manómetros (6):
Las medidas de presión en circuitos de agua se harán con manómetros equipados de dispositivos de amortiguación de las oscilaciones de la aguja indicadora. Los vasos de expansión deberán disponer de un manómetro. Todas las bombas deberán disponer de manómetros para lectura de la diferencia de presión entre aspiración y descarga (IT 1.3.4.4.5)
Contadores de horas y energía (5, 12)
Para poder valorar el rendimiento de las instalaciones térmicas es preciso disponer de una serie de equipos de medida. Para las calderas se establecen los siguientes equipos mínimos (IT 1.2.4.4):
• Contador de horas de funcionamiento para cada caldera de potencia superior a 70 kW.
• Contadores de combustible y energía eléctrica para instalaciones de potencia superior a 70 kW.
• Contador de energía térmica generada en instalaciones de potencia útil nominal mayor que 70 kW. Este dispositivo se podrá emplear también para modular la producción de energía térmica en función de la demanda. Cuando se disponga de servicio de agua caliente sanitaria se dispondrá de un dispositivo de medición de la energía en el primario de la producción y en la recirculación.
Interruptor de flujo (14)
Durante el funcionamiento de la caldera, en su interior se producen zonas con diferencias de temperatura muy altas, desde más de 1.500 °C en la zona de la llama, hasta menos de 200 °C en la caja de humos. Estas diferencias pueden provocar grandes tensiones en los materiales constitutivos de la caldera, tensiones fundamentalmente debidas a dilataciones. Para evitar esta situación, es necesario garantizar un caudal mínimo de circulación de agua que refrigere la caldera. Este caudal mínimo debe ser indicado por el fabricante de la caldera. Es aconsejable diseñar las instalaciones asegurando el caudal nominal permanente por cada caldera. Se entiende por caudal nominal el caudal que se corresponde con la potencia de la caldera trabajando en las condiciones de salto térmico de diseño (5 °C, 10 °C, 15 °C, 20 °C, etc.), mientras que el caudal mínimo, inferior al nominal, se corresponde con el caudal de seguridad indicado por el fabricante.
Para asegurar que se ha establecido el caudal mínimo, se debe instalar un interruptor de flujo, de tal manera que no se permita el arranque del quemador si la circulación de agua no es la necesaria. El interruptor de flujo es obligatorio excepto si el fabricante especifica que por diseño la caldera no requiere circulación mínima (IT 1.3.4.1.1).
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