ES2633606T3 - Procedimiento para evitar la condensación en aparatos de calefacción asistidos por soplante que funcionan con combustible - Google Patents

Procedimiento para evitar la condensación en aparatos de calefacción asistidos por soplante que funcionan con combustible Download PDF

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Abstract

Procedimiento para evitar la condensación en aparatos de calefacción asistidos por soplante que funcionan con combustible y que comprenden un quemador (1) que funciona con combustible, una válvula de gas combustible (2) regulable con respecto al caudal volumétrico, un soplante (15) regulable con respecto al caudal volumétrico, un intercambiador de calor primario (12) para el aprovechamiento energético de los gases de escape del quemador (1) y un colector de gas de escape (13), en el que se registran al menos aproximadamente el caudal volumétrico de gas combustible y al menos aproximadamente el caudal volumétrico a través del soplante (15), caracterizado por que se registra la temperatura del colector de gas de escape (13), se obtiene al menos aproximadamente el punto de rocío del gas de escape en función del caudal volumétrico de gas combustible registrado y del caudal volumétrico a través del soplante (15), al caer por debajo de una diferencia prefijada entre la temperatura del acumulador de gas de escape (13) y el punto de rocío del gas de escape se aumenta el caudal volumétrico del soplante (15) y al sobrepasarse otra diferencia prefijada entre la temperatura del colector de gas de escape (13) y el punto de rocío del gas de escape se reduce el caudal volumétrico del soplante (15).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible
La invencion se refiere a un procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible.
Con excepcion de los sistemas de poder calonfico, se tiene que evitar la condensacion en los aparatos de calefaccion. La condensacion depende del combustible, el exceso de aire y las temperatures de los gases de combustion, el ambiente y tambien el circuito de refrigeracion.
Segun el estado de la tecnica, es usual disenar los aparatos de tal manera que se pueda evitar la condensacion con seguridad. Por tanto, los aparatos de calefaccion asistidos por soplante es usual anadir al gas de escape de la combustion una cantidad tal de aire que pueda evitarse con seguridad una condensacion. Resulta asf la desventaja de que circulan mucdsimos gases inertes por el sistema y estos influyen asf negativamente sobre el rendimiento.
En calefacciones por aire, como las que son conocidas por el documento US 4.708.636, se pretende evitar tambien la condensacion. Esto se realiza en este caso mediante una activacion correspondiente del soplante, con lo que se adapta el caudal volumetrico segun sea necesario.
Se conoce por el documento DE 101 58 225 un procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion en el que se mide la temperatura del gas de escape. Sin embargo, no se puede evitar asf que un gas de escape que presente una temperatura por encima del punto de rodo se condense al incidir sobre superficies fnas. Asf, por ejemplo, el colector de gas de escape esta mas fno que el propio gas de escape debido a la refrigeracion con aire fresco en el lado alejado del gas de escape. Por tanto, en el lado del gas de escape se puede producir ya la condensacion en la pared mas fna del colector de gas de escape cuando la corriente de gas de escape propiamente dicha presente aun ella misma una temperatura por encima del punto de rodo. Si circula gas de escape por delante de la pared mas fna del colector de gas de escape, este se enfna entonces. Cuando la temperatura cae por debajo del punto de rodo, se puede producir la condensacion.
Se conoce por el documento EP 160 884 A2 un procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion en el que se registran en el tubo de gas de escape la temperatura y opcionalmente la humedad. Se mide la temperatura en el tubo de gas de escape y se compara esta con una temperatura fija del punto de rodo. Cuando la temperatura en el tubo de gas de escape es mas baja que la temperatura del punto de rodo, se incrementa entonces el exceso de aire. Con el sensor de temperatura puede estar unida adicionalmente una sonda de humedad. El aparato de calefaccion tiene que ser hecho funcionar al menos por breve tiempo con produccion de condensado para registrar la temperatura del punto de rodo, con lo que la sonda de humedad reconoce esto y registra la temperatura correspondiente.
El documento EP 793 064 describe un aparato de calefaccion con elemento sensible al punto de rodo en el extremo del tubo de gas de escape. El rndice de aire del aparato de calefaccion se regula por medio de un soplante con regulacion del numero de revoluciones. Aumentando el rndice de aire se puede bajar el punto de rodo. El documento DE 199 61 286 ensena que en un aparato de calefaccion se puede calcular el caudal masico de gas de escape mediante dos mediciones de temperatura a la entrada y la salida del conducto de gas de escape.
Por tanto, el cometido de la presente invencion consiste en hacer que en un aparato de calefaccion con asistencia de soplante, por un lado, se optimice el rendimiento y, por otro lado, se evite completamente la condensacion.
Segun las caractensticas de la reivindicacion 1 independiente, esto se consigue haciendo que se registre la temperatura del colector de gas de escape y que tenga lugar una comparacion con el punto de rodo alcanzado del gas de escape. Por consiguiente, se adapta eventualmente el exceso de aire debido a que el soplante transporta mas o menos gas de escape o aire inerte.
Segun las caractensticas de la reivindicacion 2 subordinada, se mide el caudal volumetrico de gas combustible, que circula por la valvula de gas combustible, por medio de un motor de pasos cuya posicion es registrada.
Segun las caractensticas de la reivindicacion 3 subordinada, se registra indirectamente el caudal volumetrico a traves del soplante mediante un registro del numero de revoluciones de dicho soplante. Como alternativo a esto, se puede registrar el caudal volumetrico a traves del soplante, segun la reivindicacion 4, mediante una medicion de presion en la via del gas de escape.
Segun las caractensticas de la reivindicacion 5 subordinada, se aprovecha el gas combustible con las propiedades mas desfavorables para el calculo del punto de rodo.
Segun las caractensticas de la reivindicacion 6 subordinada, se aumenta la carga del quemador para conseguir un nivel de temperatura mas alto.
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En un proceso de combustion los constituyentes del gas de escape dependen del hidrocarburo quemado CmHn y del exceso de aire A. Se cumple que
CJi, + \m + n W + 79 x( m + n j N2 ^ mCO2 + ”-Hp + 1 m + n k - 1)O2 + 79 X.I m + n | N
Por consiguiente, la formula para metano se expresa como
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CH4 + 2XO2 +—X2N2 ^ CO + 2H2O + 2(A - 1)O2 +—A2N
La relacion de aire de combustion A es el cociente entre la cantidad de aire real mL y la cantidad de aire minima
mL,min
mL ,min
La cantidad de energfa que se libera durante la combustion es el resultado del poder calonfico del gas combustible. Por consiguiente, como resultado del gas combustible, la cantidad de aire y la temperatura de ambos gases alimentados se obtiene una temperatura de combustion adiabatica correspondiente. La temperatura real de la llama es mas baja que la temperatura adiabatica de dicha llama, ya que la radiacion calonfica de la llama conduce a un enfriamiento de dicha llama. El gas de escape de la llama llega a un intercambiador de calor, en donde dicho gas es enfriado de manera correspondiente en funcion de la superficie del intercambiador de calor y de las temperaturas del circuito de refrigeracion. El gas de escape enfriado en el intercambiador de calor se recoge despues en un colector de gas de escape. El colector de gas de escape es barrido por el gas de escape en un lado, mientras que en el otro lado se encuentra aire fresco. El aire fresco conduce casi siempre a una refrigeracion del colector de gas de escape. Por tanto, el colector de gas de escape tiende con especial facilidad a provocar la condensacion del gas de escape. Mediante el registro de la temperatura del colector de gas de escape y el calculo del punto de rocm teorico se puede conseguir segun la invencion que se vane la proporcion de los gases inertes de tal manera que la temperatura del gas de escape sea lo suficientemente alta como para evitar condensacion.
Se explica ahora la invencion en forma detallada con ayuda de las figuras. Muestran en estas:
La figura 1, un aparato de calefaccion con asistencia de soplante para uso en el procedimiento segun la invencion y
La figura 2, un diagrama de Mollier.
La figura 1 muestra un aparato de calefaccion con un quemador 1 en una camara de combustion 11. El quemador 1 consta de tres inyectores 8. Delante de los inyectores 8 estan asentadas unas boquillas de gas combustible 7 en un distribuidor de gas combustible 6 que esta conectado a una valvula de gas combustible 2 con un motor de pasos 3 y un registrador de pasos 4. La valvula de gas combustible 2 esta conectada a una acometida de gas combustible 5 y el registrador de pasos 4 esta unido con un regulador 18. Por encima del quemador 1 se encuentra un intercambiador de calor primario 12, por encima del cual se encuentran a su vez un colector de gas de escape 13 y un soplante 15 con motor 16 y registrador de numero de revoluciones 17 que a su vez esta unido con el regulador 18. En el colector de gas de escape 13 se encuentra un sensor de temperatura 14 que esta unido tambien con el regulador 18. Durante el funcionamiento del quemador 1 circula gas combustible desde la acometida de gas combustible 5, a traves de la valvula de gas combustible 2, hasta el distribuidor de gas combustible 6 y desde allf, a traves de las boquillas de gas combustible 7, hasta los inyectores 8. Se arrastra entonces aire primario 9 y este se mezcla con el gas combustible en los inyectores 8. La mezcla de gas combustible-aire sale de la placa del quemador 1 y se quema allf dentro de la camara de combustion 11. Paralelamente a los inyectores penetra aire secundario 10 en la camara de combustion 11. Este se mezcla con los gases de escape del quemador 1. El gas de escape asf producido circula por el intercambiador de calor primario 12 y cede entonces energfa a un circuito de calefaccion. Los gases de escape son recogidos en el colector de gas de escape 13, aspirados por el soplante 15 y presionados hacia el ambiente.
La figura 2 muestra un diagrama de Mollier. En la lmea horizontal esta representada la humedad x del gas de escape. La lmea A ilustra la lmea del punto de rodo. Cuanto mas baja sea la temperatura del gas de escape tanto mas bajo sera tambien el punto de rodo. El punto B ilustra el gas de escape durante una combustion estequiometrica despues del enfriamiento en el intercambiador de calor primario. Para evitar altas emisiones de monoxido de carbono y oxido de nitrogeno del gas de escape se hace que el quemador funcione no de manera estequiometrica, sino de manera superestequiometrica. El punto D se obtiene cuando se eleva el caudal volumetrico de aire en un dispositivo segun la figura 1. Aumenta asf la proporcion de aire inerte en la combustion. Dado que la proporcion de agua en el gas de escape viene dada casi exclusivamente por la entrada de combustible, la cantidad absoluta de vapor de agua en el gas de escape permanece casi constante. Sin embargo, al aumentar el numero de
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revoluciones del soplante se reduce la proporcion relativa de vapor de agua por efecto de la proporcion de aire inerte. De este modo, se desplaza el punto de funcionamiento sobre la lmea caractenstica E al aumentar la potencia del soplante. En el caso de un exceso de aire determinado, se obtiene el punto C segun la figura 2. Se puede apreciar que la distancia a la lmea del punto de rodo A Tc es relativamente pequena. Si se aumenta aun mas el numero de revoluciones del soplante, se reduce entonces la proporcion del vapor de agua y disminuye aun mas la temperatura del gas de escape. Se llega asf al punto D. Sin embargo, en el punto D la distancia a la lmea del punto de rodo A Td es mayor. Por tanto, queda excluida en muy alto grado una condensacion en el punto D.
Cuando se hace funcionar la instalacion de calefaccion segun la figura 1 y se emplea el procedimiento, la posicion del motor de pasos 3 es conocida entonces para el regulador 18 por medio del registrador 4 del numero de pasos. Asimismo, el numero de revoluciones del soplante 15 es conocido para el regulador 18. Por tanto, se pueden calcular con ayuda de lmeas caractensticas significativas para el aparato de calefaccion la magnitud de la carga termica del sistema y tambien el exceso de aire con el que se hace funcionar la instalacion. Por tanto, se puede calcular el punto de rodo teorico Tt. El sensor de temperatura 14 en el colector de gas de escape 13 registra la temperatura Ta del colector de gas de escape 13 y la retransmite al regulador. Se comparan allf las dos temperaturas una con otra. Si se verifica ahora que la temperatura medida Ta no es sensiblemente superior a la temperatura Tt del punto de rodo, el regulador 18 entrega entonces una senal al motor 16 del soplante 15 para aumentar su numero de revoluciones. Se aumentan asf la potencia de aspiracion del soplante y, por tanto, la proporcion de aire secundario 10. El regulador 18 calcula ahora el nuevo punto de rodo con los nuevos valores de medida referentes a la cantidad de gas combustible y a la cantidad de gas de escape y compara este punto de rodo con la temperatura medida Ta de la campana de gas de escape 13. Cuando la diferencia asf calculada es demasiado grande, se reduce de nuevo el numero de revoluciones del soplante 15 hasta que se alcance un estado nominal correspondiente.
Si se pone nuevamente en marcha la instalacion de calefaccion, el colector de gas de escape 13 esta entonces de momento fno. Por tanto, es pertinente en la mayona de los casos hacer que justamente en la fase de arranque el quemador funcione con una alta carga para calentar asf rapidamente el colector de gas de escape. En el estado estacionario puede ser pertinente tambien que, en lugar de un funcionamiento intermitente (conexion y desconexion frecuentes), se haga funcionar el aparato durante un periodo de tiempo mas largo para conseguir tambien aqu mayores temperaturas del colector de gas de escape.
Mediante el procedimiento conforme a la invencion no solo se puede evitar eficazmente la condensacion, sino que se puede hacer tambien que el aparato funcione de tal manera que el rendimiento sea lo mas alto posible debido a la evitacion de un desmesurado exceso de aire.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible y que comprenden un quemador (1) que funciona con combustible, una valvula de gas combustible (2) regulable con respecto al caudal volumetrico, un soplante (15) regulable con respecto al caudal volumetrico, un intercambiador de calor primario (12) para el aprovechamiento energetico de los gases de escape del quemador (1) y un colector de gas de escape (13), en el que se registran al menos aproximadamente el caudal volumetrico de gas combustible y al menos aproximadamente el caudal volumetrico a traves del soplante (15), caracterizado por que se registra la temperatura del colector de gas de escape (13), se obtiene al menos aproximadamente el punto de rodo del gas de escape en funcion del caudal volumetrico de gas combustible registrado y del caudal volumetrico a traves del soplante (15), al caer por debajo de una diferencia prefijada entre la temperatura del acumulador de gas de escape (13) y el punto de rodo del gas de escape se aumenta el caudal volumetrico del soplante (15) y al sobrepasarse otra diferencia prefijada entre la temperatura del colector de gas de escape (13) y el punto de rodo del gas de escape se reduce el caudal volumetrico del soplante (15).
  2. 2. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se mide el caudal volumetrico de gas combustible a traves de la valvula de gas combustible (2) por medio de un motor de pasos (3) cuya posicion es registrada.
  3. 3. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que se registra el caudal volumetrico a traves del soplante (15) por medio de un registro del numero de revoluciones del soplante (15).
  4. 4. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que se registra el caudal volumetrico a traves del soplante (15) por medio de una medicion de la presion en la via del gas de escape.
  5. 5. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en el calculo del punto de rodo se parte del gas combustible admisible con las propiedades de condensacion mas problematicas.
  6. 6. Procedimiento para evitar la condensacion en aparatos de calefaccion asistidos por soplante que funcionan con combustible segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se eleva la carga del quemador aumentando el caudal volumetrico de gas combustible.
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