Grado de utilización anual

La energía térmica Q_i,a suministrada durante un año se determina en función de la energía real del combustible utilizado. Para ello, se mide la cantidad de combustible con contadores de gas o aceite y se multiplica por el poder calorífico neto.

La cantidad de energía realmente utilizada durante el funcionamiento Qo,a se determina utilizando un contador de vapor y una calculadora de cantidad de calor. La cantidad de calor en el vapor se calcula a partir de la cantidad de vapor y la presión del vapor, y posiblemente la temperatura del vapor.

Cuando se mide y se suma a lo largo de un año y se divide por la cantidad de energía del combustible, se obtiene el grado de utilización anual del sistema. El grado de utilización anual de un sistema de caldera de vapor incluye, por tanto, todas las pérdidas operativas de un sistema de caldera de vapor, como las pérdidas de gases de combustión, de sistema, de distribución y de condensado.

Un rendimiento de la caldera del 95 % puede ir acompañado de un grado de utilización anual real de sólo el 60 %. Especialmente si la carga media de la caldera es muy pequeña, las pérdidas por conducción y radiación, que generalmente no dependen de la carga de la caldera, son muy elevadas en relación con el calor combustible utilizado. A esto se añaden las pérdidas por la ventilación previa del sistema de calderas durante los ciclos del quemador y por el tratamiento del agua.

Si el sistema funciona a menudo sólo a carga parcial, las pérdidas pueden ser ocasionalmente del 20 – 40% del combustible necesario para el funcionamiento del sistema.

Rendimiento de la caldera con uso de condensación

Además de CO₂, los gases de combustión producidos durante la combustión de las cadenas de hidrocarburos que se encuentran en la mayoría de los combustibles líquidos o gaseosos también incluyen H₂O, es decir, agua. A altas temperaturas de los gases de combustión, esta agua está presente en forma de vapor.

Sin embargo, si la temperatura de los gases de combustión puede enfriarse localmente por debajo del punto de rocío, parte del vapor de agua de los gases de combustión se condensa en las superficies frías de transferencia de calor y puede aprovecharse el calor liberado durante este proceso.

En comparación con la fórmula para una caldera sin uso de condensación, la fórmula para el rendimiento de la caldera se amplía para incluir la fracción de condensación:

El número de condensado especifica la relación entre la cantidad de condensado que se produce en la práctica y la cantidad de condensado que es teóricamente posible en los gases de combustión y normalmente tiene un valor de 0.3 – 0.6, dependiendo del diseño.

Las eficiencias superiores al 100 % cuando se utiliza la tecnología de condensación no son perpetuum mobile, sino que pueden remontarse puramente a la base de referencia del valor calorífico neto Hi. Si la energía utilizada estuviera referenciada al valor calorífico bruto Hs, 100 % físicamente correcto, el 100 % sería la eficiencia máxima que podría alcanzarse sin pérdidas de ningún tipo. Sin embargo, para poder establecer comparaciones con los sistemas convencionales, se ha decidido mantener el valor calorífico neto como valor de referencia, también en el caso de las calderas de condensación.

Fig. "Balance térmico de un generador de vapor con tecnología de condensación y combustión de gas (los valores son ejemplos)"

La diferencia entre el valor calorífico neto y el valor calorífico bruto es el calor latente en los gases de combustión y representa la proporción máxima de calor que también puede recuperarse debido a la condensación de la fracción de agua en los gases de combustión.

El objetivo del siguiente diagrama es dejar claro cómo la condensación de los gases de combustión aumenta la eficiencia y la optimización en términos de rentabilidad.

Cuando se utiliza gas como combustible, la eficiencia aumenta de forma lineal a medida que desciende la temperatura de los gases de combustión hasta que comienza la condensación de los mismos (con una temperatura de la superficie de calentamiento de aproximadamente 56 °C). Cuando comienza la condensación en los gases de combustión, el factor crucial ya no es la reducción de la temperatura, sino ante todo la tasa de condensación α del vapor de agua en los gases de combustión. El diagrama muestra las diferentes tasas de condensación del 25, 50, 75 y 100 % como líneas azules discontinuas. Con una tasa de condensación correspondientemente mayor, la eficiencia sigue aumentando a saltos.

En el diagrama para el gas natural H se alcanza un rendimiento del 100.9 % con una tasa de acumulación de condensado del 34 % y una temperatura media medida de los gases de combustión de 75 °C, por ejemplo.

Fig. "Progresión del rendimiento de combustión en función de la temperatura de los gases de combustión con gas natural H"

Además de la cantidad de agua, la mayor distancia posible entre la temperatura de entrada del agua y el punto de rocío mínimo es decisiva para la tasa de acumulación de condensado. Esto se muestra en el diagrama mediante la curva de eficiencia roja (gas natural H) o morada (fuel-oil EL), que depende de la temperatura.

El área coloreada en azul representa el rango de condensación de gases de combustión técnicamente alcanzable para los sistemas de calderas de vapor.