TESIS DOCTORAL

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LA CONSTRUCCIÓN NAVAL

TESIS DOCTORAL

SISTEMAS DE EVACUACIÓN DE HUMOS DE

CALDERAS TIPO C. “SATURACIÓN DE

PATIOS” Y VALIDACIÓN MEDIANTE FLUIDO

DINÁMICA COMPUTACIONAL

Autor:

Aingeru Basterretxea Bitorika

Directores de tesis:

Iñaki Loroño Lucena

Félix Otero González

Alfredo Trueba Ruiz

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8. ESTUDIO DE LA SUSTITUCIÓN DE CALDERAS ATMOSFÉRICAS

POR ESTANCAS EVACUANDO POR CHIMENEAS COLECTIVAS EN

VIVIENDA HABITADA.

8.1 INTRODUCCIÓN

El parque de calderas atmosféricas de nuestra comunidad es un parque extenso y muy significativo. Cuando ha llegado el momento de sustituir dichas calderas por otras mayor eficiencia energética (calderas estancas, de condensación, etc.), en viviendas ya habitadas, nos hemos encontrado que no todos los sistemas de evacuación estaban preparados para extraer los PdC, ni las condiciones para hacerlo eran las mismas en todos los bloques de viviendas.

Así, la casuística ha sido grande. Algunas veces, cuando los usuarios de un bloque de viviendas han tenido que sustituir sus calderas atmosféricas, el sistema de evacuación no estaba preparado para que las nuevas calderas estancas vertieran sus humos. De esta manera, se han tenido que buscar otras alternativas para poder evacuar los PdC.

Al no poderse conectar a una misma chimenea calderas atmosféricas y calderas estancas, ha habido que buscar otras alternativas de forma individual (RITE, 2011).

Así pues, cuando las calderas atmosféricas están conectadas a un sistema de evacuación colectiva, para poder realizar el cambio hay que estudiar, previamente, la chimenea desde dos puntos de vista:

a) De su estado actual, incluyendo, por supuesto, los conductos de humos.

b) Del cumplimiento de las condiciones necesarias para seguir realizando en las nuevas condiciones la función para la que originariamente se diseñó.

De esta manera, antes de abordar el estudio de la sustitución de las calderas, hay que seguir una metodología propuesta para la inspección de la situación y sus posibilidades.

8.2 METODOLOGÍA DE LA INSPECCIÓN Y SU DISCUSIÓN

8.2.1 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN INICIAL

En primer lugar, hay que realizar un estudio del estado del sistema o sistemas existentes en cuanto a rendimiento y seguridad de las instalaciones, según las siguientes premisas:

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I. El estudio deberá ejecutarse de manera que todas las calderas que evacuen a una misma chimenea colectiva estén en funcionamiento según protocolo indicado en la norma UNE-EN 13384-2 (Norma que nos describe el método de cálculo térmico de las chimeneas que prestan servicio a más de una caldera), en relación a la forma en la que deben realizarse los ensayos. Asimismo se debe evitar que varias manos de viviendas se encuentren funcionando a la vez, al objeto de que no se vea afectado el suministro de agua (problema de insuficiencia de caudal por excesiva simultaneidad).

II. Análisis de combustión de la totalidad de las calderas siguiendo el protocolo del punto I.

III. Toma de datos, en todas y cada una de las instalaciones, para establecer los rendimientos estacionarios de todas las calderas atmosféricas:

i. Caudal de ACS.

ii. Temperatura de agua fría. iii. Temperatura de agua caliente.

iv. Temperatura ambiente del interior de la vivienda (si la caldera se encuentra en el interior de la misma).

v. Temperatura exterior a la vivienda.

vi. Temperatura de carcasa de las calderas en funcionamiento. Resulta importante recordar que van a aparecer diferentes valores en función del punto en el que haga la toma de temperatura por lo que se recomienda el uso de una cámara termográfica de manera que facilite la determinación de las pérdidas ocasionadas por transferencia de calor hacia el exterior.

vii. Velocidad del aire en el entorno de la caldera.

viii. Velocidad del aire en el entorno de la descarga de la chimenea. ix. En el caso de que sea factible:

Lectura de contadores de gas para establecer el consumo medio durante el ensayo. Se debe recabar de la empresa suministradora el factor de corrección para el contador de gas.

Lectura de contadores de agua para establecer el consumo medio durante el ensayo.

IV. Comprobación de la existencia o no de revoco de humos. Si existiese, debe evaluarse su potencial peligrosidad atendiendo a la posibilidad de intoxicación

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(especialmente en el interior de las viviendas), riesgo de incendio por retorno de llama, estado en el que se encuentra la caldera fruto de este anormal funcionamiento, etc. De cualquier manera debe entenderse que la seguridad está por encima de cualquier consideración, por lo que si se valora cortar el suministro debido a las faltas que pudiera tener, se debe comunicar inmediatamente a la autoridad competente.

La comprobación debe realizarse:

i. En una primera aproximación, se puede utilizar un dispositivo que produce una alarma al ponerse en contacto con proporciones de vapor de agua comunes en las combustiones.

ii. Se utilizarán sondas ambiente de CO2 y CO en el entorno de la parte

superior de la caldera. Cualquier aumento de las mediciones de fondo que se mantengan de una forma sostenida en el tiempo o cualquier apreciación de “rachas o ráfagas” de subidas y bajadas de las medidas deben considerarse como indicativos de una situación potencialmente peligrosa y debe dársele el tratamiento correspondiente.

iii. La tendencia a la hora de evaluar el revoco de humos, ha estado históricamente unida a la aparición de CO, sin embargo de una época a esta parte se puede constatar que como consecuencia de la aplicación de la obligatoriedad de realizar un mantenimiento periódico de las calderas la aparición de CO en los fenómenos de revoco se ha minorado hasta extremos donde el seguimiento de este parámetro da lugar a interpretaciones erróneas de la verdadera situación existente. Por todo ello la temperatura de humos y sobre todo el seguimiento de las concentraciones de CO2 y NOx, en especial las del primero, deben ser los aspectos más

relevantes a la hora de evaluar los fenómenos de revoco de humos, es decir, serán los trazadores del mismo.

8.2.2 INSPECCIÓN DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN DE HUMOS.

Otra manera adecuada de comprobar el estado del sistema o sistemas existentes en cuanto a situación física y seguridad es la utilización de una cámara de video. Se puede visionar el interior de todas las chimeneas con una cámara de vídeo a color y registrarlo en un soporte digital. La resolución de la cámara debería ser de un nivel adecuado, para poder apreciar los diferentes detalles para su posterior discusión.

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La filmación debería quedar registrada en un soporte digital con calidad DV o superior. En cuanto a la resolución de la cámara, esta podría ser inferior a la descrita para el visionado de los conductos principales, ya que las solicitaciones mecánicas van a ser mucho mayores, lo que dará lugar (como la experiencia demuestra) a un mayor número de averías de las cámaras (Loroño, 2004).

A la hora de revisar con la cámara, especial atención debería ponerse en las conexiones de los tubos de humos con la chimenea principal o con el secundario correspondiente a cada piso (caso más común). Se podría considerar excesivo una inspección de todos estos puntos, por lo que se puede entender como suficiente un 25% del total.

Sería muy conveniente adoptar las siguientes recomendaciones para poder determinar los puntos de inspección que se pueden interpretar conjunta o separadamente:

I. Las instalaciones donde se han registrado revoco de humos.

II. Las instalaciones en las cuales se aprecien trazas de gases de la combustión que hagan pensar que se producen revocos de humos aunque no se haya constatado con los equipos de medida.

III. Los últimos dos pisos, para saber si evacuan independientemente.

IV. Los pisos en los que se haya cambiado de ubicación la caldera con respecto a la situación original.

V. En general toda instalación que presente una peculiaridad con respecto al conjunto restante.

En los pisos donde se desmonte el tubo de humos tendría que introducirse una cámara de video a color dotada de un cable rígido que permitiera introducirla de forma vertical a lo largo del secundario de manera que se visionara el estado en el que se encuentra. Esta operación permitiría hacerse una compostura del estado en que se encuentran los secundarios habida cuenta de que desde el tejado es imposible poderlo hacer.

Por otra parte, atención especial merecen las descargas de las chimeneas en cubierta. Es frecuente que las descargas de ventilación de campanas extractoras, ventilación de cocinas u otros servicios y chimeneas se encuentren juntos e incluso bajo el mismo aspirador estático. Este tipo de situaciones, que de por sí generan una serie de problemas por revoco de humos y/o de olores, se pueden ver agravados con la sustitución del tiro natural de las calderas atmosféricas por el tiro forzado de las estancas. Si como consecuencia final de la inspección se decidiese el cambio de calderas, habría que reflejar de una forma clara y sin ningún tipo de ambigüedades todas las modificaciones pertinentes en el edificio y en especial todo lo referente

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a la disposición de las chimeneas para evitar que la descarga de estas interfiera en los servicios contiguos.

8.2.3 RESULTADO DE LOS ANÁLISIS.

En algunos casos va a ser inevitable que tras los procesos previos de análisis, se de la circunstancia de que el sistema de evacuación de humos (tal y como se encuentra) no sea apto para la evacuación de calderas de tipo forzado e incluso para las de tipo atmosférico que se encuentran instaladas. Posibles causas pueden ser:

a) Falta de estanqueidad. b) Materiales inadecuados. c) Taponamientos.

d) Ausencia de fondo de chimenea. d) Tramos de chimenea mal instalados.

e) Aparición de otros servicios (electricidad, agua, tubos de ventilación o de extractoras, etc.).

f) Otras.

No obstante, se pueden buscar soluciones alternativas que permitan recuperar la chimenea para el uso para la que fue concebida y de esta manera evitar la instalación de calderas estancas con evacuación por fachada o cualquier otra solución no tan satisfactoria. Ejemplo de solución alternativa es la de recubrir el interior de las chimeneas con un polímero especial en el caso de falta de estanquidad, materiales inadecuados, etc.

Un caso particular de lo referido en el punto anterior son las chimeneas construidas con materiales que contienen amianto. Desgraciadamente son más comunes de lo que se cree y por lo tanto en una inspección sistemática de chimeneas o en una campaña de sustitución de calderas inevitablemente saldrían a la luz un importante número de instalaciones con este problema. En estos casos no parece que la única solución deba ser la del taponamiento del sistema de evacuación de humos. Por ello deben analizarse diferentes soluciones que la industria presente como el mencionado sistema de forrado de las chimeneas con un material adecuado para su posterior uso con gases de combustión. Si se usa este sistema los conductos secundarios quedarán anulados, de manera que la evacuación de todas las calderas se efectuará por el conducto central o común. Para ello los tubos de humos deberán atravesar los secundarios hasta el conducto común para posteriormente forrar la chimenea con el polímero. Finalmente desde el interior del tubo de humos deberá perforarse la “funda” y de esta manera comunicar la caldera con la chimenea al margen del material portador de amianto (Martin Zorraquino et al, 2001).

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Los sistemas de recubrimiento deberían ser probados, ensayados y finalmente regulados para los usos que son aptos habida cuenta que son una solución nueva en nuestro mercado y sobre la que no se tiene gran experiencia.

En el caso de que la conclusión de la inspección sea positiva a la instalación de nuevas calderas de tipo estanco y éstas pudieran ser instaladas en el interior de las viviendas o de locales de las mismas (tendederos cerrados, etc.), sería muy interesante apuntar la opción de instalar un analizador ambiente de CO o CO2, además de definir de forma clara las especificaciones

mínimas que debería cumplir y el lugar de emplazamiento dentro del local que contiene el generador, para poder tener datos del funcionamiento de la instalación.

8.2.4 INFORME O DOCUMENTACIÓN A EMITIR.

Una vez que se realice la inspección se debería documentar, de tal manera que se plasmara, como mínimo, la siguiente información:

a) Descripción detallada de los trabajos de inspección realizados.

b) DVD o sistema similar (vídeo, Divx, etc.) que recoja todas las filmaciones. c) Fotografías comentadas de los puntos más relevantes (salidas entronques,

uniones, etc.).

d) Situación de las interferencias con otros servicios (conductos de ventilación, extractoras, etc.) y partes de la edificación (alturas, distancias, etc.).

e) Instrucciones y planos, si fuera pertinente de las modificaciones a realizar en cubierta para una adecuada descarga de los productos de la combustión. f) Cumplimientos de la legislación vigente o en su defecto autorización de la

Delegación de Industria, para las soluciones adoptadas.

g) Determinar el tipo de operaciones de mantenimiento e inspección a que debe ser periódicamente sometido, el sistema de evacuación de humos.

h) Modelo de acuerdo de vecinos cumplimentado, en el que deben constar las especificaciones particulares referentes a la nueva situación.

i) Modelo de servidumbres cumplimentado en el caso de que sea pertinente. j) Visto bueno a la modificación de la instalación por parte del técnico

competente responsable del estudio.

La referencia a técnico competente se hace desde la perspectiva que hace de esta persona, garante de la calidad profesional, es decir, este debe ser un técnico o científico con titulación universitaria media o superior que pueda demostrar, al menos, unos años de experiencia en el sector energético de ámbito térmico.

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8.2.5 ANÁLISIS, EN SU CASO, DE LA NUEVA SITUACIÓN.

Una vez que las nuevas calderas hayan sido instaladas y puestas en servicio es necesario dejarlas perfectamente ajustadas desde un punto de vista funcional y de rendimiento energético. Para su correcto ajuste deberá seguirse el protocolo indicado en la norma UNE-EN 1384-2 en relación a la forma en la que deben realizarse los ensayos, ya que en esta norma, se especifican los métodos para el cálculo de las características térmicas y fluidodinámicas, de aquellas chimeneas que prestan servicio a más de una caldera a la vez.

8.3 MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE EVACUACIÓN DE HUMOS

En aquellas instalaciones que sea aprobado su transformación, se deberá determinar el tipo de operaciones de mantenimiento e inspección a que debe ser periódicamente sometido, el sistema de evacuación de humos.

Sería recomendable disponer unas directrices comunes que facilitasen la elaboración de los protocolos particulares de mantenimiento.

8.4 REPERCUSIÓN DE LOS CONDENSADOS. DETERMINACIÓN DE LA

TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN DE LOS HUMOS PROCEDENTES DE COMBUSTIONES EN CALDERAS INDIVIDUALES A GAS.

Uno de los parámetros a tener en cuenta, a la hora de calcular y diseñar una chimenea, es la temperatura que tendrán los humos, pues de ser esta demasiado baja, aparecería la condensación. No solo la combustión puede condicionar la temperatura de humos, sino que el diseño de la chimenea, en referencia a la temperatura de la pared, puede influenciar mucho. Para realizar el cálculo de la combustión, se ha supuesto como combustible CH4 puro, con

objeto de simplificar los cálculos y no se pretende más que exponer un procedimiento de cálculo mediante un ejemplo.

Se supone un exceso de aire “λ” siendo,

completa combustión la para necesario nte estrictame aire utilizado realmente aire = λ ecuación 8.1

Se supone que la combustión es completa. En realidad habrá inquemados, pero la influencia de considerar dichos inquemados en el valor de la temperatura de condensación es prácticamente despreciable.

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Ejemplo de cálculo:

Se efectúan los cálculos para un Nm3 de CH4

Combustión neutra del CH4:

O H CO O

CH4+2 2 ⇒ 2+2 2

Aire estrictamente necesario: 4 3 , 1 21 100 2 CH Nm Vairen = ⋅ ⋅ Aire realmente utilizado:

4 3 1 21 100 2 CH Nm Vaire=λ⋅ ⋅ ⋅

Composición de humos: Volumen de humos totales,

(

)

21 79 2 2 1 2 1 2 2 2 2 ⋅ ⋅ = ⋅ − = = = λ λ N O O H CO V V V V

Suponiendo la presión total de 1 bar (Pt):

Presión parcial del vapor de agua en los humos (PH2O)

(

)

T T O H p p p 21 200 42 21 79 2 1 2 2 1 2 2 = + + − + + = λ λ λ ecuación 8.2

En las tablas de vapor de agua se determina la temperatura a la cual esta presión es la de saturación. Si la temperatura de la pared de la chimenea es en algún punto inferior a dicha temperatura comienza la condensación.

A medida que aumenta el exceso de aire “λ” baja la presión parcial del vapor de agua y por lo tanto la temperatura a la que comienza la condensación con lo cual se disminuye la probabilidad de que se presente al condensación.

Se ha de resaltar que no es necesario que la temperatura en la masa de humos sea inferior a la temperatura calculada sino únicamente que la temperatura de la pared sea inferior, con lo que la condensación se puede presentar antes en la chimenea y con más intensidad. Para cualquier

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composición de combustible y cualquier valor del exceso de aire “λ” se puede calcular la temperatura siguiendo este ejemplo (DIPRO, 1998).

8.5 ESTUDIO FLUIDO DINÁMICO DE LA EVACUACIÓN DE HUMOS.

El estudio fluido dinámico de la evacuación de humos es realizado a través del cálculo que viene descrito en la norma UNE EN 13384-2. Este cálculo es complejo y se ha resuelto a través del programa de simulación descrito en el capitulo seis de la presente tesis doctoral.

8.5.1 LA CHIMENEA

La chimenea seleccionada para el estudio ha sido una de 5 plantas, en la que la última planta descarga independientemente. La selección de este modelo ha sido en base a conseguir uno que represente todas las complejidades físicas existentes, a la vez que permita una representación gráfica comprensible. La elección de una chimenea de más pisos no aporta más información y dificulta enormemente los cálculos y el análisis de los resultados (especialmente los de representación gráfica).

Aunque en las construcciones se pueden encontrar diferentes modelos de chimeneas, la más común es la de obra, descrita por las Normas Tecnológicas de la Edificación.

El estudio se ha realizado sobre el modelo ISH-26 de la NTE-ISH/74, que puede dar servicio a edificios de 4 a 10 plantas (ver figura 8.4). Este tipo de chimeneas hace que las dos últimas plantas descarguen a la atmósfera de manera individual, sin embargo la experiencia indica que en la realidad, en el mejor de los casos, es solo la última planta la que descarga independientemente de manera que las piezas SIMPLE-DOBLE ISH-5 (NTE-ISH/74) no se instalan (ver figura 8.1) y sí las pieza SIMPLE-SIMPLE ISH-4 (NTE-ISH/74) (ver figura 8.2 y foto 8.1).

La conexión entre los conductos principal y auxiliar o secundario se realiza por medio de la pieza de desviación simple-simple ISH-7 (ver figura 8.3)

Las características principales, que la norma NTE-ISH/74 exige de las piezas constitutivas de la chimenea, SIMPLE-SIMPLE ISH-4, son las siguientes:

• El material ha de ser hormigón vibrado, constituido por un conglomerado de cemento aluminoso CA-350, árido refractario con un contenido de alúmina no inferior al 22% y arena en frío.

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• Estarán constituidas por un colector de 20 x 20 cm y un conducto auxiliar de 20 x 10 cm, separado por fábrica, de 2.5 cm de espesor.

• Las piezas deberán presentar una entalladura longitudinal de 1 cm2

de sección en todo su perímetro.

• No deben presentar grietas, roturas, deformaciones ni alabeos.

• La carga vertical R que deberán resistir las piezas no debe ser menor de 10 toneladas. • Las piezas destinadas al apoyo sobre el forjado, estarán dotadas de pestañas

longitudinales en sus dos lados mayores, tal que entre ambas sean capaces de soportar una carga vertical de 360 kg.

• El peso máximo de una pieza será de 19.5 y 15.2 kg según que sea con y sin pestaña respectivamente.

Las características termotécnicas establecidas para el estudio de la chimenea son: • Temperatura exterior de 15ºC.

• El coeficiente de transmisión de calor sin tener en cuenta el coeficiente de transferencia de calor por convección de la parte interior (humos), que lo calcula el programa, es el indicado por la figura 8.5.

• La pared de separación entre los dos conductos (auxiliar y principal) se considera adiabática.

8.5.2 CONDUCTO DE EVACUACIÓN DE HUMOS

El conducto de evacuación de humos que comunica el secundario, o auxiliar de la chimenea de obra, con la caldera es un tubo de aluminio de 0.08 m de diámetro, 1 m de tramo recto y un codo de 90º; dispuesto como aparece en la figura 8.6.

Las características termotécnicas establecidas para el estudio del conducto de humos son: • Temperatura exterior de 20ºC.

• Diámetro interior de 0.08 m. • El material es aluminio.

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• El coeficiente de transmisión de calor sin tener en cuenta el coeficiente de transferencia de calor por convección de la parte interior (humos), que lo calcula el programa, es el indicado por la figura 8.7.

8.5.3 LAS CALDERAS

Las calderas utilizadas para el estudio son de 30,342 kW de potencia máxima nominal y 28.8 kW de potencia máxima de consumo (3,432 Nm3/h de gas natural G20).

El flujo másico de referencia se ha establecido en 0.025 kg/s, que es el correspondiente a un exceso de aire λ =1.9 para el tipo de caldera elegida (ver figura 8.9). Un exceso de aire λ = 1.9 se puede considerar un valor realista del funcionamiento de una caldera en una instalación convencional.

Para el cálculo de la temperatura de humos, en grados Kelvin, se realiza mediante la ecuación extraída del apartado 6 (datos de los humos que caracterizan el aparato de calefacción) de la norma UNE-EN 13384-2, que es la norma donde se especifica el método de cálculo de las características térmicas y fluido dinámicas, de la chimenea.

ecuación 8.3 donde,

es el valor medio del flujo másico (kg/s) a la salida de la caldera

8.5.4 LOS PARÁMETROS FÍSICOS

Los parámetros físicos establecidos para realizar las medidas de CFD (véase figura 8.8)son: • El modelo es tridimensional

• La resolución se realiza en régimen estacionario.

• El estado del fluido a considerar es gas y se considera como ideal (aire). • El régimen del fluido a ensayar es turbulento

• La presión de referencia es 101325 Pa.

• Presión estática (manométrica) al comienzo del cálculo igual a 0 Pa. • La velocidad inicial de los humos es 0 m/s.

• El valor de la gravedad es 9.8 m/s2

. • La altitud sobre el nivel del mar es 0. • La densidad de referencia 1.225 kg/m3 a 25 ºC. 15 . 273 025 . 0 120 20+ ⋅− + = _• m T •

m

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• Para las características de los humos se toman las del aire, debido a que son prácticamente idénticos.

• Se prescinde del cálculo de la radiación ya que reporta una pequeña variación en los resultados y exige un alto gasto computacional.

• El tratamiento de pared: Two_Layer All y+ Wall Treatment • El modelo de turbulencia elegido es el K-Epsilon Two Layer.

• La resolución de las ecuaciones se realiza mediante un cálculo segregado y se trata la temperatura como una variable independiente (el modelo acoplado no sirve para este tipo de problemas).

• Se ha tenido en cuenta las fuerzas de Buoyancy para resolver los fenómenos de tiro natural (flotabilidad de gases).

• La malla es de tipo hexaédrica con una capa límite de tipo prismática.

8.5.5 LOS CÁLCULOS DEL ESTUDIO

Para ejecutar los cálculos que requiere el estudio deberá ejecutarse de manera que todas las calderas, que evacuan a la chimenea colectiva, estén en funcionamiento según el protocolo indicado en la norma UNE-EN 13384-2, en relación a la forma en la que deben realizarse los ensayos.

Ya se ha indicado anteriormente que la resolución es compleja y que se ha de satisfacer a través del programa de simulación descrito previamente, el cual es STAR-CCM+ versión 4.04.011 para 64 bit de ADAPCO.

Este programa ha sido seleccionado para la resolución de este tipo de complejas simulaciones, debido a su capacidad para programar condiciones de contorno que pueden interaccionar con los parámetros físicos internos del propio modelo. Aparte de esta, otra ventaja muy importante de este programa es la flexibilidad que tiene para adoptar cambios en las condiciones de contorno y poder ver al momento la evolución de dichos cambios.

Estos cambios se pueden introducir a través de constantes o de funciones. Las funciones utilizadas para programar se denominan “Field Functions”, y son aquellas características importantes (temperatura, velocidad) que las definimos por ecuaciones.

Las funciones que se han definido son las siguientes:

1. La velocidad de entrada de los PdC en el conducto de humos de 0.08 m de diámetro se obtiene de la curva del ventilador dada por el fabricante:

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Tabla 8.1.- velocidad obtenida de la relaciona entre el caudal y la presión de los ventiladores 2. La temperatura de los humos a la salida de la caldera en función del flujo másico

(ecuación 8.3).

Para la resolución de todas las variaciones que se han realizado, unas calderas en marcha y otras paradas, todos estos casos se han efectuado bajo los parámetros físicos que aparecen en el punto 8.5.4.

Los casos planteados y analizados han sido concebidos trabajando las calderas a plena carga de funcionamiento y entrada de aire a 20ºC para las calderas paradas.

Siguiendo lo marcado por la UNE-ENE-13384-2 se han realizado 25 casos en los que se recogen todas las combinaciones de utilización (siempre a máxima carga), es decir con una sola caldera en funcionamiento, con dos, con tres, etc. y todas a la vez.

No se han contemplado los casos de mínima carga debido a que el fenómeno de sobre ventilación ya se pone de manifiesto a plena carga (a menores cargas este sería mucho más acusado). La sobre ventilación es relevante a la hora de tener en cuenta la importancia de regular adecuadamente la influencia del tiro, al objeto de que el rendimiento de las calderas no se vea seriamente perjudicado. Sin embargo el estudio de funcionamiento fluido dinámico del sistema de evacuación a bajas cargas, no aporta información relevante para determinar la viabilidad de uso de este tipo de chimeneas con calderas estancas.

A continuación se presenta un cuadro resumen con los datos medios básicos, obtenidos tras la resolución de los diferentes casos (masa de humos por caldera, temperatura de los humos,

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presión a la salida de la caldera, exceso de aire λ y rendimiento). El color verde indica las calderas que están funcionando en ese momento.

Tabla 8.2.- CASO 1. Todas las calderas funcionando a la vez

Masa (kg/s) Temperatura (K) Presión (Pa) λ Rto. (η)

Caldera 1er piso 0.0315957 388.09 7.13 2.04 95.4

Caldera 2º piso 0.0310532 389.75 13.13 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.0307248 390.79 16.71 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.0305333 391.40 18.76 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.0305270 391.42 18.83 2.73 95.4

Tabla 8.3.- CASO 2. Caldera del primer piso funcionando sola

Caldera 1er piso 0.03179 387.52 4.99 2.06 95.2

Caldera 2 piso 0.0110 293.15 -2.58 -- --

Caldera 3er piso 0.00846 293.15 -1.33 -- --

Caldera 4º piso 0,00571 293.15 -0.66 -- --

Caldera 5º piso 0,00356 293.15 -0.25 -- --

Tabla 8.4.- CASO 3. Caldera del segundo piso funcionando sola

Caldera 1er piso 0.0140 293.15 -3.96 -- --

Caldera 2 piso 0.0314 388.64 9.14 2.10 95.4

Caldera 3er piso 0.0098 293.15 -1.83 -- --

Caldera 4º piso 0.0067 293.15 -0.87 -- --

Caldera 5º piso 0.0038 293.15 -0.32 -- --

Tabla 8.5.- CASO 4. Caldera del tercer piso funcionando sola

Caldera 1er piso 0.0122 293.15 -2.75 -- --

Caldera 2 piso 0.0110 293.15 -2.45 -- --

Caldera 3er piso 0.0316 389.25 11.35 3.13 95.5

Caldera 4º piso 0.0079 293.15 -1.17 -- --

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Tabla 8.6.- CASO 5. Caldera del cuarto piso funcionando sola

Caldera 1er piso 0.0098 293.15 -1.83 -- --

Caldera 2 piso 0.0091 293.15 -1.55 -- --

Caldera 3er piso 0.0080 293.15 -1.44 -- --

Caldera 4º piso 0.0310 389.80 13.27 2.76 95.4

Caldera 5º piso 0.0051 293.15 -0.50 -- --

Tabla 8.7.- CASO 6. Caldera del quinto piso funcionando sola

Caldera 1er piso 0.0064 293.15 -0.79 -- --

Caldera 2 piso 0.0056 293.15 -0.62 -- --

Caldera 3er piso 0.0053 293.15 -0.51 -- --

Caldera 4º piso 0.0049 293.15 -0.49 -- --

Caldera 5º piso 0.0308 390.35 15.18 2.76 95.4

Tabla 8.8.- CASO 7. Calderas funcionando: 1ª y 2ª

Caldera 1er piso 0.0326 386.59 2.47 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.0318 388.45 8.46 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.0101 293.15 -2.03 -- --

Caldera 4º piso 0.0070 293.15 -0.97 -- --

Caldera 5º piso 0.0039 293.15 -0.32 -- --

Caldera 1er piso 0.0318 387.20 3.79 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.013 293.15 -3.24 -- --

Caldera 3er piso 0.0311 389.43 11.97 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.0075 293.15 -1.04 -- --

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Caldera 1er piso 0.03189 387.45 4.72 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.0124 293.15 -2.74 -- --

Caldera 3er piso 0.00893 293.15 -1.49 -- --

Caldera 4º piso 0.03126 390.13 14.48 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.00432 293.15 -0.38 -- --

Caldera 1er piso 0.03176 387.60 5.29 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.0114 293.15 -2.43 -- --

Caldera 3er piso 0.00785 293.15 -1.17 -- --

Caldera 4º piso 0.00477 293.15 -0.467 -- --

Caldera 5º piso 0.03075 390.64 16.18 2.73 95.4

Caldera 1er piso 0.01547 293.15 -4.44 -- --

Caldera 2 piso 0.03149 388.40 8.27 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03121 389.26 11.37 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.00793 293.15 -1.17 -- --

Caldera 5º piso 0.00432 293.15 -0.35 -- --

Caldera 1er piso 0.01467 293.15 -4.02 -- --

Caldera 2 piso 0.03145 388.61 9.04 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.01009 293.15 -1.87 -- --

Caldera 4º piso 0.03095 390.07 14.23 2.76 95.4

(19)

331

Caldera 1er piso 0.01418 293.15 -3.73 -- --

Caldera 2 piso

_0.03138

_388.74

_9.52

_2.08

_95.9

Caldera 3er piso 0.00925 293.15 -1.56 -- --

Caldera 4º piso 0.00561 293.15 -0.63 -- --

Caldera 5º piso 0.03076 390.65 16.23 2.14 94.3

Caldera 1er piso 0.01227 293.15 -2.81 -- --

Caldera 2 piso 0.01159 293.15 -2.51 -- --

Caldera 3er piso 0.03122 389.23 11.27 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03100 389.21 13.68 2.76 95.4

Caldera 5º piso 0.00478 293.15 -0.48 -- --

Caldera 1er piso 0.01165 293.15 -2.50 -- --

Caldera 2 piso 0.01098 293.15 -2.24 -- --

Caldera 3er piso 0.03117 389.37 11.78 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.00688 293.15 -0.92 -- --

Caldera 5º piso 0.03077 390.62 16.11 2.14 94.3

Caldera 1er piso 0.00921 293.15 -1.56 -- --

Caldera 2 piso 0.00852 293.15 -1.34 -- --

Caldera 3er piso 0.00814 293.15 -1.25 -- --

Caldera 4º piso 0.03100 389.92 13.68 2.76 95.4

(20)

332

Tabla 8.18.- CASO 17. Calderas funcionando: 1ª, 2ª y 3ª

Caldera 1er piso 0.03200 386.89 2.61 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.03146 388.49 8.62 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03114 389.47 12.14 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.00748 293.15 -1.05 -- --

Caldera 5º piso 0.00393 293.15 -0.32 -- --

Caldera 1er piso 0.031958 387.02 3.90 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.031420 388.62 9.08 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.00960 293.15 -1.70 -- --

Caldera 4º piso 0.03085 390.28 14.94 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.00406 293.15 -0.33 -- --

Caldera 1er piso 0.31942 387.06 3.26 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.03140 388.67 9.26 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.00921 293.15 -1.64 -- --

Caldera 4º piso 0.00502 293.15 -4.93 -- --

Caldera 5º piso 0.03071 390.83 16.83 2.73 95.4

Caldera 1er piso 0.0146 293.15 -3.97 -- --

Caldera 2 piso 0.03142 388.63 9.09 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03112 389.52 12.30 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03089 390.25 14.85 2.23 95.5

(21)

333

Caldera 1er piso 0.01456 293.15 -3.93 -- --

Caldera 2 piso 0.03141 388.56 9.18 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03111 389.51 12.93 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.00567 293.15 -0.64 -- --

Caldera 5º piso 0.03070 390.86 16.95 2.73 95.4

Caldera 1er piso 0.01099 293.15 -2.25 -- --

Caldera 2 piso 0.01029 293.15 -.1.98 -- --

Caldera 3er piso 0.03113 389.51 12.26 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03088 390.27 14.92 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.03070 390.84 16.87 2.73 95.4

Caldera 1er piso 0.03182 387.40 4.54 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.01233 293.15 -2.83 -- --

Caldera 3er piso 0.03108 389.66 12.78 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03088 390.21 15.00 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.00406 293.15 -0.33 -- --

Tabla 8.25.- CASO 24. Calderas funcionando: 1ª,2ª,3ª y 4ª

Caldera 1er piso 0.031814 387.36 4.39 2.04 95.4

Caldera 2 piso 0.03130 388.98 10.39 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03097 389.89 13.94 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03079 390.57 15.94 2.23 95.5

(22)

334

Tabla 8.26.- CASO 25. Calderas funcionando: 2ª,3ª,4ª y 5ª

Caldera 1er piso 0.01279 293.15 -3.02 -- --

Caldera 2 piso 0.03127 389.08 10.74 2.08 95.9

Caldera 3er piso 0.03095 390.06 14.19 2.26 95.0

Caldera 4º piso 0.03070 390.85 16.91 2.23 95.5

Caldera 5º piso 0.03061 391.15 17.93 2.73 95.4

A la vista de estos resultados, se aprecia que la presión de los humos a la salida de las calderas en funcionamiento es de valor positivo mientras que las calderas que se encuentran paradas funcionan en depresión (con signo negativo). La situación es totalmente lógica, las que están en funcionamiento hacen trabajar a sus ventiladores y en el caso de las de fuera de servicio el caudal de gases circulante es consecuencia de la depresión ejercida por la chimenea.

Los valores de los flujos másicos de las calderas en funcionamiento son similares en todos los casos y situaciones. Esta igualdad pone de manifiesto, que el flujo másico es del orden de un 20-25% mayor del que se ha supuesto para 1,9 (≈2) de exceso de aire. El valor supuesto para el exceso de aire era de 0.025 kg/s. Esta circunstancia es solucionada mediante los “diafragmas o frenos aerodinámicos” que los fabricantes suministran con los paquetes de instalación de las calderas.

La igualdad de flujos de salida de las calderas en funcionamiento es debido principalmente a la influencia del tiro de la chimenea y la curva del ventilador. Esta última tiene una mayor relevancia a la hora de determinar el caudal másico de humos.

Para la combustión en las calderas, el oxígeno necesario se suministra a través del aire ambiente, y para conseguir una combustión completa se necesita un exceso de aire del teóricamente necesario. Para determinar este exceso de aire λ, la proporción de aire se determina a partir de la concentración de CO, CO2 y O2. Como el CO existente en estos ensayos es

prácticamente nulo, se puede afirmar que esta proporción de exceso de aire se realiza a partir de las concentraciones de CO2 y O2.

Por otra parte, los rendimientos obtenidos se calculan a partir de las pérdidas de calor por la chimenea (qA), en función de las temperaturas de humos, y las pérdidas por inquemados (qI). Ver tabla anexa 8.50 al final del capítulo (Molina y Molina, 1993).

(23)

335

ecuación 8.4

donde,

ecuación 8.5

K: Factores específicos del combustible TH: Temperatura gases de combustión TA: Temperatura ambiente

y donde,

72: Factor específico del Gas Natural

De estos datos se desprende que el exceso de aire (λ) en la combustión es algo menor cuando están funcionando todas las calderas a la vez que cuando están funcionando en solitario. Al reducirse algo el exceso de aire el rendimiento es algo menor.

8.5.6 ANÁLISIS GRÁFICOS DE LOS RESULTADOS

A continuación se han reflejado, de forma gráfica, alguno de los resultados obtenidos en el estudio con CFD. Se atenderá principalmente a los tres valores más significativos para su interpretación: en primer lugar la presión estática ya que se considera, una vez garantizado el funcionamiento de la chimenea, la variable más importante para evaluar la posibilidad de entrada de humos al interior de las viviendas; en segundo lugar las presiones absolutas para tener una idea de la distribución de las mismas y por último, las velocidades de los fluidos dentro de la chimenea. La situación ideal de depresión garantiza la no entrada de humos; sin embargo lo contrario podría dar lugar, en el caso de falta de estanqueidad, a una situación de potencial contaminación del interior de las viviendas (se trata del caso en el que la chimenea discurre por el interior de la edificación).

Desde un punto de vista estricto de funcionamiento el estudio de las líneas de corriente por el interior de la chimenea nos permitirá hacernos una idea del comportamiento aerodinámico de la misma.

( )

η

=100−qA−qI REN 2 qA CO TA TH K⋅ − =

( ) (

2

)

72 qI CO CO CO + ⋅ =

(24)

336

8.5.6.1 CASO 1. Todas las calderas funcionando a la vez

En este primer caso se tienen los 5 generadores funcionando a la vez y se encuentran conectados a la chimenea de 21,5 m de longitud desde la base hasta la boca de salida de humos, con longitudes horizontales de 1,10 m y verticales de enlace de 0.31 m.

Figura 8.9. Flujos másicos de las cinco calderas funcionando a la vez

En la figura, 8.9 se puede apreciar la evolución de los flujos másicos cuando las cinco calderas están funcionando a la vez, hasta que los valores tienden a equilibrarse. Cada una de las calderas lo consigue a diferentes valores, siendo la caldera situada en el primer piso (en color rojo en el gráfico) la que tiene un mayor flujo másico 0,0315957 kg/s y la situada en el último piso la que tiene un menor flujo 0,305333 kg/s

(25)

337

Fig. 8.10 Presión estática con 5 calderas Fig. 8.11. Presión absoluta con 5 calderas

Las diferencias que existen entre los flujos másicos, oscilantes entre 31,59 g/s y 30,52 g/s, son debidas a la diferencia de presiones existente en la chimenea. Las masas entrantes por los enlaces, en algunos casos, son muy superiores a la estimada por la Norma UNE-EN 13384-2, en relación a la forma en la que deben realizarse los ensayos (0.025 kg/s). Esta diferencia de presiones también se puede apreciar en las figuras 8.10 y 8.11, donde establece una comparativa visual de la presión estática y la presión absoluta.

En la figura 8.12 se puede ver la variación de la presión estática en la chimenea con las cinco calderas vertiendo a la chimenea. Las presiones varían entre los 7, 13 Pa de la primera vivienda y los 18,83 Pa de la última. Las variaciones de temperatura no son muy grandes entre las viviendas, oscilando desde los 388,09 K del primer piso y los 391,42 K del último, siendo esto debido a la poca diferencia que hay entre las combustiones en cada caldera.

(26)

338

Fig. 8.12 Presiones estáticas con cinco calderas funcionando a la vez

(27)

339

8.5.6.2 CASO 2. La caldera del primer piso en marcha. El resto paradas.

En este segundo caso, se analiza cuando está funcionando la caldera de la primera vivienda y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, es decir, no se produce combustión, hay una pequeña recirculación másica pero sin que afecte demasiado al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,79 g/s para el primer piso y de unos 11, 8, 5 y 1 g/s para los pisos 2º,3º, 4º y 5º respectivamente. Véase figura 8.14.

Figura 8.14. Caldera del primer piso funcionando sola. Flujo másico.

Esa pequeña recirculación másica que hay entre las calderas que se encuentran paradas, lógicamente, es cada vez menor cuanto más lejos está la siguiente caldera. La presión resultante en el primer piso es de un valor de 4,99 Pa, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos), como es lo lógico.

En las figuras 8.15 y 8.16 se pueden apreciar el comportamiento de las líneas de corriente representando la presión en el tramo de chimenea correspondiente al primer piso. La presión mayor corresponde al tramo de unión recto de la caldera para con la chimenea en la primera vivienda.

(28)

340

Figura 8.15. Comportamiento de la presión absoluta en el tramo de la primera vivienda.

Figura 8.16. Comportamiento de la presión en el tramo de la primera vivienda.

En la figura 8.17, se puede observar el perfil de temperaturas correspondiente a este caso, con un valor de 387.53 K, donde en seguida se estabiliza la temperatura correspondiente a la primera vivienda, mientras en las otras viviendas los valores están fuera de escala al estar paradas.

(29)

341

Figura 8.17. Perfil de temperatura correspondiente a la primera caldera en funcionamiento

(30)

342

Respecto a las líneas de velocidad, se puede observar en las figuras 8.19 y 8.20, distintas perspectivas de las mismas. En la figura 8.19, se refleja el valor de entrada de velocidad desde la caldera por el tramo horizontal hacia la chimenea, que es de 7,28 m/s en su valor más alto. Además, se pueden apreciar zonas de recirculación del fluido a la altura de la segunda vivienda, correspondientes a la confluencia de los dos tramos de la chimenea (primario y secundario) en el mismo punto.

Fig. 8.19. Líneas de velocidades en el primer tramo. En el segundo piso se pueden apreciar algo de recirculación.

En la figura 8.20 hay una vista de los vectores de velocidad desde la entrada de la caldera al tramo horizontal y posteriormente a la chimenea. El mayor vector de velocidad es de 7.28 m/s a la salida de la misma, reduciéndose paulatinamente hasta que entra en la chimenea, donde alcanza valores sensiblemente menores, incluso llegando a valores mínimos, siendo debido esto al roce del fluido en su trayectoria hacia la chimenea y su posterior entrada en ella.

(31)

343

Fig. 8.20. Velocidad relativa respecto a las celdas del mallado, para observar la distribución de las distintas componentes.

8.5.6.3 CASO 3. La caldera del segundo piso en marcha. El resto paradas.

En este tercer caso, se analiza cuando está funcionando la caldera de la segunda vivienda y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica pero sin que afecte demasiado al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,42 g/s para el segundo piso, siendo muy similar al caso 2. Se puede aventurar que las variaciones de los flujos apenas variarán cuando las calderas se encuentren en funcionamiento. Los flujos son 14, 9,8, 6,75 y 3,8 g/s para los pisos 1º,3º, 4º y 5º respectivamente. Ver figura 8.21.

(32)

344

Figura 8.21 Caldera del segundo piso funcionando sola. Flujo másico.

La presión resultante en el segundo piso es de un valor de 9,14 Pa, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos), al igual que el caso anterior. Véase figura 8.22.

(33)

345

Seguidamente se puede observar en la figura 8.23 el perfil de temperaturas, con un valor de 388.64 K, correspondiente a la segunda vivienda la rápida estabilización de la temperatura. Se puede observar, así mismo, la confluencia de los flujos térmicos a la altura del tercer piso, donde se encuentran las líneas de corriente de temperatura del conducto secundario del segundo piso con el conducto principal a la altura de la tercera vivienda.

Figura 8.23. Líneas de temperatura de la segunda vivienda. Se aprecia la confluencia en el tercer piso.

Respecto a las líneas de velocidad, se puede observar en la figura 8.24, el término de entrada de velocidad desde la caldera por el tramo horizontal hacia la chimenea, que es de 7,39 m/s en su valor más alto. Además, se pueden apreciar zonas de recirculación del fluido a la altura de la segunda vivienda, así como la turbulencia generada a la entrada del tramo secundario correspondiente a este tramo de chimenea.

(34)

346

Figura 8.24. Magnitud de velocidad en la segunda vivienda. Se aprecia la recirculación en la confluencia del secundario con el principal.

8.5.6.4 CASO 4. La caldera del tercer piso en marcha. El resto paradas.

En este cuarto caso, se analiza cuando está funcionando la caldera de la tercera vivienda y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica pero sin que afecte demasiado al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,60 g/s para el tercer piso, siendo muy similar en todos los casos donde sólo funciona una caldera a la vez. Siguen sin variar significativamente los flujos cuando las calderas se encuentren en funcionamiento. Los flujos son 12,2; 11; 7,9 y 4,4 g/s para los pisos 1º,2º, 4º y 5º respectivamente. Véase figura 8.25.

La presión resultante en el tramo del tercer piso es de un valor de 11,35 Pa, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Véase figura 8.26.

(35)

347

Figura 8.25 Caldera del tercer piso funcionando sola. Flujo másico.

(36)

348

A continuación, se representa el perfil de temperaturas, en la figura 8.27, con un valor de 389.26 K, donde se estabiliza la temperatura correspondiente a la tercera vivienda. Se puede observar la turbulencia del fluido a la entrada del conducto secundario de la chimenea y el descenso de temperatura que se produce debido a la citada agitación del fluido.

Figura 8.27. Líneas de temperatura de la tercera vivienda.

Respecto a las líneas de velocidad, se puede observar, en la figura 8.28, el valor de entrada de velocidad desde la caldera por el tramo horizontal hacia la chimenea, que es de 8,929 m/s en su valor más alto. La turbulencia generada a la entrada del tramo secundario correspondiente a este tramo de chimenea, hace que se produzca una reducción de velocidad en el citado conducto, que como antes hemos visto es la causante del descenso de la temperatura en esa parte de la chimenea.

(37)

349

Figura 8.28. Magnitud de velocidad en la tercera vivienda.

8.5.6.5 CASO 5. La caldera del cuarto piso en marcha. El resto paradas.

En este quinto caso, se analiza cuando está funcionando la caldera de la cuarta vivienda y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica y sigue sin afectar significativamente al equilibrio de la chimenea, independientemente de la caldera que esté sin funcionar. La circulación másica es de 31 g/s para el cuarto piso, siendo muy similar en todos los casos donde sólo funciona una caldera a la vez. Siguen sin variar de una manera significativa los flujos másicos cuando las calderas se encuentren en funcionamiento. Los flujos son 9,8; 9,1; 8 y 5,1 g/s para los pisos 1º,2º, 3º y 5º respectivamente. Véase figura 8.29.

La presión resultante en el tramo de chimenea correspondiente al cuarto piso es de un valor de 13,27 Pa, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Véase figura 8.30.

(38)

350

Figura 8.29 Caldera del cuarto piso funcionando sola. Flujo másico.

(39)

351

En la figura 8.31, se puede observar el perfil de temperaturas, , con un valor de 389.80 K, donde en seguida se estabiliza la temperatura correspondiente a la cuarta vivienda. Se puede apreciar, a la altura de la quinta vivienda la confluencia de los flujos con distintas niveles térmicos.

Figura 8.31. Líneas de temperatura de la cuarta vivienda.

Respecto a las líneas de velocidad, aparece en la figura 8.32, el valor de entrada de velocidad desde la caldera por el tramo horizontal hacia la chimenea, que es de 8,891 m/s en su valor más alto. La turbulencia generada a la entrada del tramo secundario correspondiente a este tramo de chimenea, hace que se produzca una reducción de velocidad en el citado conducto, que como antes hemos visto es la causante del descenso de la temperatura en esa parte de la chimenea.

(40)

352

Figura 8.32. Magnitud de velocidad en la cuarta vivienda

8.5.6.6 CASO 6. La caldera del quinto piso en marcha. El resto paradas.

En este sexto caso, se analiza cuando está funcionando la caldera de la quinta vivienda y las restantes se encuentran paradas. Como en los casos precedentes, aunque las calderas estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica. Esta, sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 30,80 g/s para el quinto piso, siendo muy similar en todos los casos donde sólo funciona una caldera a la vez. Podemos expresar que las variaciones de los flujos apenas variarán cuando las calderas se encuentren en funcionamiento. Los flujos son 6,4; 5,6; 5,3 y 5,9 g/s para los pisos 1º,2º, 3º y 4º respectivamente. Véase figura 8.33.

La presión resultante en el tramo de chimenea correspondiente al quinto piso es de un valor de 15,18 Pa, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Véase figura 8.34.

(41)

353

Figura 8.33 Caldera del quinto piso funcionando sola. Flujo másico

(42)

354

Seguidamente se puede ver el perfil de temperaturas, en la figura 8.35, con un valor de 390.35 K, donde en seguida se estabiliza la temperatura correspondiente a la quinta vivienda. Se puede observar en la salida de la chimenea la confluencia de los flujos con distintas niveles térmicos.

Figura 8.35. Líneas de temperatura de la quinta vivienda.

Respecto a las líneas de velocidad, queda reflejado en la figura 8.36, el valor de entrada de velocidad desde la caldera por el tramo horizontal hacia la chimenea, que es de 8,852 m/s en su valor más alto. La turbulencia generada a la entrada del tramo secundario correspondiente a este tramo de chimenea, sigue haciendo que se produzca una reducción de velocidad en el citado conducto, que es la causante del descenso de la temperatura en esa parte de la chimenea.

(43)

355

Figura 8.36. Magnitud de velocidad en la quinta vivienda

8.5.6.7 CASO 7. La caldera del primer y segundo piso en marcha. El resto paradas.

En este séptimo caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la primera y segunda vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica. Esta, es relativamente aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y no parece afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 32,61 g/s para el primer piso y de 31,83 g/s para el segundo, siendo muy similar en los casos donde están funcionando varias calderas a la vez. Los flujos son 10,1; 7; y 3,9 g/s para los pisos 3º, 4º y 5º respectivamente. Véase figura 8.37.

Las presiones resultantes en los tramos de chimenea correspondientes al primer y segundo piso son de 2,47 Pa y 8,46 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos), como es lo lógico. Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Véase figura 8.38.

(44)

356

Figura 8.37 Caldera del primer y segundo pisos funcionando a la vez. Flujo másico.

(45)

357

A continuación, se puede apreciar el perfil de temperaturas, en la figura 8.39, con unos valores de 386,59 K y 388,45 respectivamente. Se puede observar, en la confluencia entre el conducto primario y el secundario de la chimenea, la recirculación de los flujos con distintos niveles térmicos.

Figura 8.39. Líneas de temperaturas de la primera y segunda viviendas.

En referencia a las líneas de velocidad, podemos apreciar en la figura 8.40, los valores de entrada de velocidad desde la caldera por los tramos horizontales hacia la chimenea, que es de 9,11 m/s en su valor más alto. La turbulencia generada a la entrada del tramo secundario correspondiente a este tramo de chimenea, sigue produciendo una recirculación a la altura de la segunda vivienda.

(46)

358

Figura 8.40. Magnitudes de velocidad en la primera y segunda viviendas

8.5.6.8 CASO 8. La caldera del primer y tercer piso en marcha. El resto paradas.

En este octavo caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la primera y tercera vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. Sigue existiendo una pequeña recirculación másica. Esta, es relativamente aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,80 g/s para el primer piso y de 31,10 g/s para el tercero, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 13; 7,5; y 4 g/s para los pisos 2º, 4º y 5º respectivamente. Véase figura 8.41.

Las presiones de los tramos de chimenea del primer y tercer piso son de 3,79 Pa y 11,97 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Véase figura 8.42.

(47)

359

Figura 8.41 Caldera del primer y tercer piso funcionando a la vez. Flujo másico.

(48)

360

A continuación, podemos observar el perfil de temperaturas, en la figura 8.43, con unos valores de 387,20 K y 389,43 respectivamente. Se puede apreciar, en la confluencia entre el conducto primario y el secundario de la chimenea, la recirculación de los flujos con distintas niveles térmicos.

Figura 8.43. Líneas de temperaturas de la primera y tercera viviendas.

Respecto a las líneas de velocidad, en la figura 8.44, se pueden observar los valores de entrada de velocidad desde la caldera por los tramos horizontales hacia la chimenea, que es de 9,01 m/s en su valor más alto. En la conexión del primer piso al conducto primario, se concrera el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total.

(49)

361

Figura 8.44. Magnitudes de velocidad en la primera y tercera viviendas

8.5.6.9 CASO 9. La caldera del primer y cuarto piso en marcha. El resto paradas.

En este noveno caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la primera y cuarta vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, sigue habiendo una pequeña recirculación másica. Esta, es relativamente aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,89 g/s para el primer piso y de 31,26 g/s para el cuarto, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 12,4; 8,9; y 4,3 g/s para los pisos 2º, 3º y 5º respectivamente. Ver figura 8.45.

Las presiones de los tramos de chimenea del primer y cuarto piso son de 4,72 Pa y 14,48 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Ver figura 8.46.

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362

Figura 8.45 Caldera del primer y cuarto piso funcionando a la vez. Flujo másico.

(51)

363

Seguidamente, podemos observar el perfil de temperaturas, en la figura 8.47, con unos valores de 387,45 K y 390,13 respectivamente. Se puede observar en la confluencia entre el conducto primario y el secundario de la chimenea la recirculación de los flujos con distintas niveles térmicos.

Figura 8.47. Líneas de temperaturas de la primera y cuarta viviendas.

En relación a las líneas de velocidad, se concretan en la figura 8.48, los valores de entrada de velocidad desde la caldera por los tramos horizontales hacia la chimenea, que es de 9,07 m/s en su valor más alto. En la conexión del primer piso al conducto primario, se puede observar el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total.

(52)

364

Figura 8.48. Magnitudes de velocidad en la primera y cuarta viviendas

8.5.6.10 CASO 10. La caldera del primer y quinto piso en marcha. El resto paradas.

En este décimo caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la primera y quinta vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. Aunque estén paradas, la pequeña recirculación másica es, relativamente, aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,76 g/s para el primer piso y de 30,75 g/s para el quinto, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 11,4; 7,8; y 4,7 g/s para los pisos 2º, 3º y 4º respectivamente. Ver figura 8.49.

Las presiones de los tramos de chimenea del primer y quinto piso son de 5,29 Pa y 16,18 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Ver figura 8.50.

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365

Figura 8.49 Caldera del primer y quinto piso funcionando a la vez. Flujo másico

(54)

366

A continuación, podemos observar el perfil de temperaturas, en la figura 8.51, con unos valores de 387,60 K y 390,64 respectivamente. Se puede observar la variación térmica a lo largo de toda la chimenea, cuando solo vierten a ella la primera y la quinta vivienda.

Figura 8.51. Líneas de temperaturas de la primera y quinta viviendas.

Respecto a las líneas de velocidad, se detallan en la figura 8.52, los valores de entrada de velocidad desde la caldera, por los tramos horizontales, hacia la chimenea, que es de 9,06 m/s en su valor más alto. En la conexión del primer piso al conducto primario, se puede observar el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total.

(55)

367

Figura 8.52. Magnitudes de velocidad en la primera y quinta viviendas

8.5.6.11 CASO 11. La caldera del segundo y tercer piso en marcha. El resto paradas.

En este undécimo caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la segunda y tercera vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. No hay ninguna variación significativa respecto a la pequeña recirculación másica que existe, aún estando algunas calderas paradas. Esta, es relativamente aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,49 g/s para el segundo piso y de 31,21 g/s para el tercero, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 15,4; 7,9; y 4,3 g/s para los pisos 1º, 4º y 5º respectivamente. Véase figura 8.53. Las presiones de los tramos de chimenea del segundo y tercer piso son de 8,27 Pa y 11,37 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Véase figura 8.54.

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Figura 8.53 Caldera del segundo y tercer piso funcionando a la vez. Flujo másico

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A continuación, se detalla el perfil de temperaturas, en la figura 8.55, con unos valores de 388,40 K y 389,26 del segundo y tercer piso respectivamente. Se puede observar la variación térmica a lo largo de toda la chimenea, y la recirculación de la segunda vivienda.

Figura 8.55. Líneas de temperaturas de la segunda y tercera viviendas.

En referencia a las líneas de velocidad, se detallan en la figura 8.56, los valores de entrada de velocidad desde la caldera, por los tramos horizontales, hacia la chimenea, que es de 8,99 m/s en su valor más alto. En las conexiones de los tramos horizontales a los conductos secundarios, se puede observar el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total, y un aumento de la turbulencia.

(58)

370

Figura 8.56. Magnitudes de velocidad en la segunda y tercera viviendas

8.5.6.12 CASO 12. La caldera del segundo y cuarto piso en marcha. El resto paradas.

En este duodécimo caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la segunda y cuarta vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. No hay ninguna variación significativa respecto a la pequeña recirculación másica que existe, aún estando algunas calderas paradas. Esta, sigue siendo aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,45 g/s para el segundo piso y de 30,95 g/s para el cuarto, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 14,6; 10,9; y 4,4 g/s para los pisos 1º, 3º y 5º respectivamente. Véase figura 8.57. Las presiones de los tramos de chimenea del segundo y cuarto piso son de 9,04 Pa y 14,23 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Véase figura 8.58.

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Figura 8.57 Calderas del segundo y cuarto piso funcionando a la vez. Flujo másico

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372

Seguidamente, se puede apreciar el perfil de temperaturas, en la figura 8.59, con unos valores de 388,61 K y 390,08 del segundo y cuarto piso respectivamente. Se puede observar la variación térmica a lo largo de toda la chimenea, y la recirculación de la segunda vivienda.

Figura 8.59. Líneas de temperaturas de la segunda y cuarta viviendas.

Respecto a las líneas de velocidad, se puede ver en la figura 8.60, los valores de entrada de velocidad desde la caldera, por los tramos horizontales, hacia la chimenea, que es de 8,97 m/s en su valor más alto. En las conexiones de los tramos horizontales a los conductos secundarios, se puede observar el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total, y un aumento de la turbulencia.

(61)

373

Figura 8.60. Magnitudes de velocidad en la segunda y cuarta viviendas

8.5.6.13 CASO 13. La caldera del segundo y quinto piso en marcha. El resto paradas.

En este decimotercer caso, se analiza cuando están funcionando las calderas de la segunda y quinta vivienda a la vez y las restantes se encuentran paradas. No hay ninguna variación significativa respecto a la pequeña recirculación másica que existe, aún estando algunas calderas paradas. Esta, es relativamente aún más pequeña que cuando las calderas funcionaban solas y sigue sin afectar significativamente al equilibrio en la chimenea. La circulación másica es de 31,38 g/s para el segundo piso y de 30,76 g/s para el quinto, siendo muy similar al caso anterior. Los flujos son 14,1; 9,2; y 5,6 g/s para los pisos 1º, 3º y 4º respectivamente. Véase figura 8.61. Las presiones de los tramos de chimenea del segundo y quinto piso son de 9,52 Pa y 16,23 Pa respectivamente, mientras que el resto de las viviendas se encuentran paradas, en depresión (con valores negativos). Las presiones han descendido en comparación al funcionamiento con una caldera sola. Véase figura 8.62.

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Figura 8.61 Calderas del segundo y quinto piso funcionando a la vez. Flujo másico

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Seguidamente, se puede observar el perfil de temperaturas, en la figura 8.63, con unos valores de 388,74 K y 390,65 del segundo y quinto piso respectivamente. Se detalla la variación térmica a lo largo de toda la chimenea, y la recirculación de la segunda vivienda.

Figura 8.63. Líneas de temperaturas de la segunda y quinta viviendas.

Respecto a las líneas de velocidad, en la figura 8.64, se detallan los valores de entrada de velocidad desde la caldera, por los tramos horizontales, hacia la chimenea, que es de 8,96 m/s en su valor más alto. En las conexiones de los tramos horizontales a los conductos secundarios, se puede observar el descenso de velocidad hasta casi llegar a un valor muy pequeño, pero sin llegar a la detención total, y un aumento de la turbulencia en los tramos de los conductos secundarios.