Transfèrencia de calor

La termodinàmica és la branca de la física que estudia l’energia tèrmica i es basa en les anomenades lleis de la termodinàmiques que descriuen les seves propietats i com l’energia es transfereix i converteix en altres formes.

Les lleis de la termodinàmica són les següents:

  • Primera llei de la termodinàmica (Principi de la conservació de l’energia): l’energia total d’un sistema físic és constant, i la diferència entre l’energia inicial i final és igual a la quantitat d’energia que es transfereix o que es converteix en treball.
  • Segona llei de la termodinàmica (Principi de l’entropia): en una transacció termodinàmica, la quantitat total d’entropia d’un sistema i del seu entorn sempre augmenta o es manté constant.
  • Tercera llei de la termodinàmica (Principi de l’entropia zero): a una temperatura absoluta zero, l’entropia d’un sistema pur perfecte és zero.

Alguns dels principals factors que hem de tenir presents quan parlem de termodinàmica són la temperatura, la pressió, la quantitat de substància i l’entropia.

En aquest apartat parlem de l’equilibri tèrmic, la temperatura, la teoria cinètica dels gasos, la capacitat calorífica, el calor sensible, el calor latent, els canvis de fase, la capacitat calorífica d’un sòlid, la capacitat calorífica d’un gas, els sistemes adiabàtics, els tipus d’intercanvi de calor, la convecció, la conducció, la radiació, el diagrama psicromètric, etc. 

ATEX: Atmosferes explosives en instal·lacions industrials

per

ATEX: selecció d’equips en atmosferes explosives per a indústria química, farmacèutica i alimentària | BOIXAC Guia tècnica › Normativa industrial ATEX: classificació de zones, categories d’equips i marcatge per a atmosferes explosives en instal·lacions industrials Guia de referència tècnica sobre les directives ATEX 2014/34/UE (equips) i 1999/92/CE (seguretat dels treballadors): zones ex, categories d’equips, grups de gasos, classes de temperatura i implicacions per a fabricants i operadors d’instal·lacions industrials amb risc d’explosió. BOIXAC Tech SL Actualitzat: 2026 Lectura: ~9 min Avís de seguretat i limitació de responsabilitat — Lectura obligatòria Aquesta pàgina té finalitat exclusivament informativa i divulgativa. La normativa ATEX afecta directament la seguretat de persones i instal·lacions. Cap contingut d’aquesta guia constitueix assessorament tècnic, d’enginyeria de seguretat ni legal. La classificació de zones, la selecció d’equips i l’elaboració del Document de Protecció contra Explosions (DPCE) requereixen la intervenció d’un professional tècnic qualificat amb experiència acreditada en seguretat en atmosferes explosives. BOIXAC Tech SL no assumeix cap responsabilitat derivada de l’ús d’aquesta informació. Per a qualsevol instal·lació real, consulteu un organisme notificat acreditat o un enginyer especialitzat en ATEX. Les atmosferes explosives representen un dels riscos industrials de majors conseqüències potencials: una ignició en una zona no adequadament classificada o amb equips no certificats pot tenir un cost humà i material devastador. Per als fabricants i operadors d’instal·lacions en sectors com la química, la farmacèutica, l’alimentació, el petroli i el gas o el tractament de residus, comprendre el marc ATEX no és opcional: és un requisit legal i una responsabilitat ineludible. 1. Les dues directives ATEX: fabricants i operadors El marc regulatori ATEX a la Unió Europea es basa en dues directives amb àmbits d’aplicació complementaris però diferenciats: ATEX 2014/34/UE — Directiva d’equips (fabricants) S’aplica als fabricants d’equips, sistemes de protecció, dispositius de control i components destinats a ser usats en atmosferes potencialment explosives. Estableix els requisits de disseny, fabricació, avaluació de conformitat i marcatge CE dels equips Ex. Substituí la Directiva 94/9/CE a partir del 20 d’abril de 2016. ATEX 1999/92/CE — Directiva de llocs de treball (operadors) S’aplica als operadors d’instal·lacions on pot haver-hi atmosferes explosives. Estableix l’obligació de classificar les zones ex, elaborar el Document de Protecció contra Explosions (DPCE), seleccionar equips adequats a cada zona i garantir la formació dels treballadors. Intersecció amb la PED 2014/68/UE i la Directiva de Maquinària 2006/42/CE Quan un equip a pressió (bescanviador, economitzador, recipient) s’instal·la en una zona ATEX, s’apliquen simultàniament la PED (risc per pressió), la Directiva de Maquinària si forma part d’un conjunt accionat, i les directives ATEX (risc d’inflamació o ignició). El fabricant i l’operador han de gestionar els tres marcs de manera coordinada. En cas de dubte, el principi de precaució exigeix aplicar el requisit més restrictiu. 2. Classificació de zones: el punt de partida La classificació de zones és responsabilitat de l’operador de la instal·lació i constitueix el primer pas obligatori del procés ATEX. Determina quines àrees presenten risc d’atmosfera explosiva i amb quina freqüència, la qual cosa condiciona directament la categoria d’equips permesa en cada zona. Gas / Vapor / Boira (ATEX 1999/92)Zona 0Perill permanentAtmosfera explosiva present de manera contínua, durant llargs períodes o freqüentment. Requereix equips de Categoria 1G. Gas / Vapor / Boira (ATEX 1999/92)Zona 1Perill ocasionalAtmosfera explosiva que pot formar-se ocasionalment en operació normal. Requereix equips de Categoria 1G o 2G. Gas / Vapor / Boira (ATEX 1999/92)Zona 2Perill poc probableAtmosfera explosiva que no es forma normalment i, si ho fa, és durant un període molt breu. Requereix equips de Categoria 1G, 2G o 3G. Pols combustible (ATEX 1999/92)Zona 20Perill permanentNúvol de pols combustible present de manera contínua o freqüentment. Requereix equips de Categoria 1D. Pols combustible (ATEX 1999/92)Zona 21Perill ocasionalNúvol de pols combustible que pot formar-se ocasionalment en operació normal. Requereix equips de Categoria 1D o 2D. Pols combustible (ATEX 1999/92)Zona 22Perill poc probableNúvol de pols combustible que no es forma normalment o, si ho fa, és durant un període breu. Requereix equips de Categoria 1D, 2D o 3D. Error crític freqüent — La classificació de zones no és opcional Un error habitual en instal·lacions existents és l’absència de classificació formal de zones o la seva actualització inadequada davant de canvis en el procés productiu. En cas d’accident, la manca de classificació i del DPCE actualitzat comporta responsabilitat penal i civil directa per als responsables de la instal·lació, independentment de si els equips instal·lats eren o no certificats ATEX. 3. Categories d’equips, grups i classes de temperatura La Directiva 2014/34/UE estableix una jerarquia de categories d’equips en funció del nivell de protecció requerit. Cada categoria és adequada per a determinades zones ex i correspon a un nivell de protecció EPL (Equipment Protection Level) definit per les normes de la sèrie EN IEC 60079. Categoria Grup Zones aptes Zona màx. permesa Principals aplicacions industrials Cat. 1G I / II Zona 0, 1, 2 Gas/vapor · Zona 0 Refineries, plantes químiques, emmagatzematge de dissolvents. Nivell EPL Ga/Da — protecció molt alta. Cat. 2G II Zona 1, 2 Gas/vapor · Zona 1 Plantes químiques i farmacèutiques, zones de càrrega/descàrrega de líquids inflamables. Nivell EPL Gb/Db. Cat. 3G II Zona 2 Gas/vapor · Zona 2 Indústria alimentària, zones perimetrals de plantes químiques, magatzems de productes inflamables. Nivell EPL Gc/Dc. Cat. 1D I / II Zona 20, 21, 22 Pols · Zona 20 Instal·lacions de tractament de farina, sucre, pols metàl·liques d’alta combustibilitat. Nivell EPL Da. Cat. 2D II Zona 21, 22 Pols · Zona 21 Indústria alimentària (zones de polvorització), indústria farmacèutica, tractament de biomassa. Nivell EPL Db. Cat. 3D II Zona 22 Pols · Zona 22 Zones perimetrals d’instal·lacions amb pols combustible, sitges, magatzems. Nivell EPL Dc. Grups de gas i subgrups: IIA, IIB, IIC Els equips del Grup II (superfície) es subdivideixen en funció de l’energia mínima d’ignició del gas o vapor present: IIA (propà, butà — energia mínima d’ignició alta), IIB (etilè — energia intermèdia) i IIC (hidrogen, acetilè — energia mínima d’ignició molt baixa, màxim risc). Un equip certificat IIB és apte per a gasos IIA i IIB, … Llegiu més

Directiva màquines 2006/42/CE fabricants calderes industrials

per

Directiva de Maquinària 2006/42/CE per a fabricants de calderes i equips tèrmics | BOIXAC Guia tècnica › Normativa industrial Directiva de Maquinària 2006/42/CE: guia tècnica per a fabricants de calderes i equips tèrmics industrials Anàlisi dels requisits essencials de seguretat i salut, l’avaluació de conformitat i el marcatge CE per a fabricants OEM que integren components tèrmics —economitzadors, recuperadors, bescanviadors— en calderes i conjunts de maquinària industrial. BOIXAC Tech SL Actualitzat: 2026 Lectura: ~8 min Nota sobre l’abast d’aquesta guia Aquesta pàgina té finalitat exclusivament informativa i divulgativa. No constitueix assessorament legal ni d’enginyeria. La interpretació i aplicació de la Directiva 2006/42/CE pot variar en funció del producte específic, del país de comercialització i de les circumstàncies concretes de cada fabricant. BOIXAC Tech SL no exerceix activitats de consultoria regulatòria i no assumeix cap responsabilitat derivada de l’ús d’aquesta informació. Per a qualsevol decisió de conformitat, consulteu un organisme notificat acreditat o un assessor legal especialitzat en dret de producte. Per als fabricants OEM de calderes, generadors de vapor i equips tèrmics industrials, la Directiva de Maquinària 2006/42/CE és el marc legal que determina les condicions per a la comercialització al mercat europeu. La integració de components de tercers —economitzadors, bescanviadors de calor, recuperadors— en un conjunt de maquinària no és un detall tècnic menor: condiciona l’avaluació de riscos, la documentació tècnica i la responsabilitat del fabricant integrador. 1. Àmbit d’aplicació: quan s’aplica la Directiva de Maquinària La Directiva 2006/42/CE s’aplica a maquinària, entesa com un conjunt de peces o components vinculats entre si, dels quals almenys un és mòbil, i que disposa d’un sistema d’accionament. Les calderes industrials amb cremadors, sistemes de control automàtic i components auxiliars accionats elèctricament o pneumàticament entren clarament en l’àmbit d’aplicació de la directiva. 🔥 Calderes industrials amb cremador Conjunts amb sistema d’encesa automàtic, controls de seguretat i components auxiliars accionats. ⚙️ Generadors de vapor industrials Equips amb sistemes de regulació automàtica de pressió, nivell i temperatura. 🏭 Conjunts de maquinària tèrmica Instal·lacions on diverses màquines s’assemblen per realitzar una funció conjunta. ⛔ Components passius sense parts mòbils Bescanviadors de calor, economitzadors i recuperadors sense accionament propi generalment queden fora de l’àmbit directe. Intersecció amb la Directiva PED 2014/68/UE Quan una caldera integra components a pressió (economitzadors, bescanviadors, recipients de vapor), s’apliquen simultàniament dues directives: la 2006/42/CE per als riscos mecànics i d’operació del conjunt, i la PED 2014/68/UE per als riscos específics derivats de la pressió. La regla general és que el risc per pressió es regeix per la PED i el risc mecànic per la Directiva de Maquinària. El fabricant integrador és responsable de gestionar ambdós marcs de conformitat. 2. Requisits Essencials de Seguretat i Salut (RESS) L’Annex I de la Directiva 2006/42/CE estableix els Requisits Essencials de Seguretat i Salut (RESS) que tota maquinària ha de satisfer abans de ser comercialitzada. Per als fabricants de calderes i equips tèrmics, els RESS de major rellevància pràctica són: Principis generals de seguretat (§1.1): La maquinària ha de ser dissenyada i fabricada de manera que, utilitzada en les condicions previstes, no posi en perill les persones. La seguretat per disseny té prioritat sobre els dispositius de protecció i les instruccions d’ús. Materials i productes (§1.3.2): Els materials han de ser adequats per als fluids de treball, temperatures i pressions previstes. Per als economitzadors i bescanviadors integrats, el fabricant integrador ha de verificar que els materials del component extern compleixen els requisits del fluid de treball de la caldera. Temperatura superficial (§1.5.5): Les superfícies calentes accessibles que puguin causar cremades han d’estar aïllades o protegides. Especialment rellevant per a economitzadors d’alta temperatura en calderes de vapor. Pressió i temperatura de disseny (§1.5.7): La maquinària ha de ser dissenyada per suportar les càrregues previstes amb un marge de seguretat adequat, incloent les pressions màximes d’operació dels circuits hidràulics i de vapor. Sistemes de control i parada d’emergència (§1.2): La caldera ha de disposar de sistemes de control que permetin una parada segura en cas de fallada, incloent els components integrats. Instruccions (§1.7.4): El manual d’instruccions ha d’incloure informació sobre tots els components integrats, incloent les especificacions tècniques i les instruccions de manteniment dels components subministrats per tercers. 3. Avaluació de conformitat: procediments aplicables El fabricant de la caldera, com a responsable del conjunt de maquinària, ha de completar un procediment d’avaluació de conformitat abans d’aplicar el marcatge CE. La directiva estableix dos procediments principals en funció del tipus de maquinària: Procediment Organisme notificat Aplicació per a calderes Documentació resultant Annex VIIIAutoavaluació Opcional Maquinària no inclosa a l’Annex IV. Calderes estàndard sense risc especial específic, quan el fabricant aplica normes harmonitzades (p.ex. EN 12952, EN 12953). Expedient tècnic intern + Declaració CE de Conformitat Annex IXExamen CE de tipus Obligatori Maquinària de l’Annex IV o quan el fabricant no aplica normes harmonitzades. Calderes de gran potència o amb configuració no estàndard. Certificat d’examen CE de tipus + Expedient tècnic + Declaració CE Annex XAssegurament total de qualitat Obligatori Alternativa a l’Annex IX per a fabricants amb sistema de qualitat aprovat per un organisme notificat. Adequat per a fabricants OEM en sèrie. Sistema de qualitat aprovat + Declaració CE Normes harmonitzades: la via més segura per a la conformitat L’aplicació de normes harmonitzades publicades al DOUE atorga una presumpció de conformitat amb els RESS corresponents. Per a calderes de tubs de fum, la norma de referència és EN 12953. Per a calderes de tubs d’aigua, EN 12952. Per a l’aspecte mecànic general del disseny de la maquinària, EN ISO 12100 (avaluació i reducció del risc) és la referència central. 4. La responsabilitat del fabricant integrador davant components de tercers Aquest és el punt crític per als fabricants OEM de calderes que integren components —economitzadors, recuperadors, bescanviadors— subministrats per tercers. La Directiva 2006/42/CE és inequívoca: el fabricant del conjunt de maquinària és el responsable legal de la conformitat del conjunt, independentment de l’origen dels components individuals. Responsabilitat del fabricant integrador — punt crític Si un component subministrat per un tercer no compleix els requisits tècnics necessaris per a … Llegiu més

Directiva dels Equips a Pressió PED 2014/68/UE

per

La Directiva 2014/68/UE (PED): marc normatiu per als equips a pressió | BOIXAC Blog tècnic › Normativa i certificació La Directiva 2014/68/UE (PED):marc normatiu per als equips a pressió a la UE Una guia tècnica sobre l’àmbit d’aplicació, la classificació per categories de risc i els mòduls d’avaluació de la conformitat que estableix la Pressure Equipment Directive. BOIXAC Tech SL Actualitzat: 2026 Lectura: ~8 min Nota sobre l’abast d’aquest article Aquest text té caràcter exclusivament informatiu i divulgatiu. No constitueix assessorament jurídic, tècnic ni d’enginyeria, i no pot substituir en cap cas l’anàlisi específica realitzada per un professional qualificat sobre un equip concret. La correcta aplicació de la Directiva 2014/68/UE —incloent-hi la classificació de l’equip, la determinació del mòdul d’avaluació i l’obtenció del marcatge CE— requereix sempre la intervenció de tècnics competents i, en les categories superiors, d’un Organisme Notificat habilitat. BOIXAC no assumeix cap responsabilitat derivada de decisions adoptades en base al contingut d’aquest article. La Directiva 2014/68/UE del Parlament Europeu i del Consell, de 15 de maig de 2014, relativa a l’harmonització de les legislacions dels Estats membres sobre la comercialització d’equips a pressió —comunament denominada Pressure Equipment Directive o PED—, constitueix l’instrument normatiu europeu que regula el disseny, la fabricació i l’avaluació de la conformitat dels equips a pressió destinats al mercat interior. Per a qualsevol fabricant o usuari industrial d’equips a pressió —intercanviadors de calor, recipients, calderes, canonades de procés i accessoris— comprendre l’abast i la lògica d’aquesta Directiva és un requisit previ per operar amb seguretat i en conformitat legal dins l’Espai Econòmic Europeu. 1. Antecedents i context normatiu La Directiva 2014/68/UE va derogar i refondre l’anterior Directiva 97/23/CE, la vigència de la qual va finalitzar el 19 de juliol de 2016. La refosa no va modificar substancialment els requisits essencials de seguretat ni els quadres d’avaluació de la conformitat, però va adaptar la norma al Nou Marc Legislatiu (NML) de la Unió Europea —en particular al Reglament (UE) núm. 765/2008 i a la Decisió 768/2008—, introduint obligacions explícites per a tots els operadors econòmics de la cadena de subministrament: fabricants, representants autoritzats, importadors i distribuïdors. A Espanya, la transposició a l’ordenament intern es va realitzar mitjançant el Reial Decret 709/2015, de 24 de juliol, que estableix els requisits essencials de seguretat per a la comercialització dels equips a pressió. Referència normativa principal Directiva 2014/68/UE del Parlament Europeu i del Consell, de 15 de maig de 2014 (DOUE L 189, de 27 de juny de 2014, pp. 164–259). Entrada en vigor plena: 19 de juliol de 2016. 2. Àmbit d’aplicació La Directiva s’aplica al disseny, la fabricació i l’avaluació de la conformitat d’equips a pressió i conjunts amb una pressió màxima admissible (PS) superior a 0,5 bar manomètric. El concepte d’«equip a pressió» abasta un conjunt heterogeni de components industrials. Element Descripció segons la Directiva Recipients Embolcalls dissenyats i construïts per contenir fluids sota pressió, inclosos els intercanviadors de calor de carcassa i tubs. Canonades Components de canonades destinats al transport de fluids, incloent-hi canonades, sistemes de canonades, accessoris, compensadors i mànigues. Accessoris de seguretat Dispositius de protecció contra la superació dels límits admissibles: vàlvules de seguretat, dispositius d’alleugeriment de pressió, sistemes de control automàtic, etc. Accessoris a pressió Dispositius amb funció operativa sotmesos a pressió: vàlvules de retenció, reguladors, purgadors de vapor, filtres, etc. Conjunts Diversos equips a pressió assemblats per un fabricant per constituir una instal·lació funcional integrada. Exclusions destacades La Directiva exclou expressament del seu àmbit, entre d’altres: els recipients a pressió simples coberts per la Directiva 2014/29/UE; els generadors d’aerosols; els equips destinats al funcionament de vehicles; determinades xarxes de distribució d’aigua; els equips nuclears; i els equips de control de pous per a la indústria extractiva. La determinació de si un equip concret queda dins o fora de l’àmbit d’aplicació exigeix en tots els casos l’anàlisi tècnic-jurídica de les seves característiques específiques. 3. Classificació de fluids i la seva rellevància Un dels eixos vertebradors de la Directiva és la classificació dels fluids continguts en els equips, que determina —juntament amb els paràmetres de pressió i volum o diàmetre nominal— la categoria de risc aplicable. La Directiva 2014/68/UE va actualitzar la classificació respecte a la normativa anterior, alineant-la amb el Reglament (CE) núm. 1272/2008 (CLP) sobre classificació, etiquetatge i envasament de substàncies i mescles. Grup Fluids inclosos (criteri simplificat) Grup 1 Fluids considerats perillosos: explosius, extremadament o molt inflamables, tòxics, molt tòxics, oxidants i corrosius segons el Reglament CLP, així com qualsevol fluid a temperatura màxima admissible (TS) superior al seu punt d’inflamació. Grup 2 Tots els fluids no compresos en el Grup 1, habitualment denominats «fluids benignes». Consideració tècnica rellevant La Directiva estableix que els olis tèrmics queden classificats en el Grup 1 quan la temperatura màxima admissible de l’equip supera el punt d’inflamació de l’oli en qüestió, independentment de la seva classificació CLP. Aquest criteri específic, recollit a la Guideline B-41 de la Comissió, té implicacions directes sobre la categoria resultant de l’equip. La determinació precisa del grup de fluid s’ha de realitzar cas per cas amb suport tècnic especialitzat. 4. Categories de risc La Directiva estableix quatre categories de risc (I a IV) per als equips a pressió. L’assignació de categoria es determina mitjançant els quadres de l’Annex II, que creuen els paràmetres del fluid (grup i estat físic —gas/vapor o líquid—) amb els paràmetres de l’equip (PS, volum V o diàmetre nominal DN). A major categoria, major nivell de risc i majors exigències en el procés d’avaluació de la conformitat. Categoria I Risc mínim Equips de baixa pressió o volum reduït. El fabricant pot autocertificar mitjançant el mòdul A (control intern de la producció). Categoria II Risc baix Requereix la intervenció d’un Organisme Notificat en la fase de producció. Mòduls disponibles: A2, D1, E1. Categoria III Risc moderat Intervenció d’Organisme Notificat en disseny i/o producció. Mòduls: B+D, B+F, B+E, B1+D, G, H. Categoria IV Risc alt Màximes exigències. Requereix Organisme Notificat en totes les fases. Mòduls admesos: B+D, B+F, G, H1. Els intercanviadors de calor industrials … Llegiu més

Qualitat de l’aigua en caldera pirotubular industrial EN12953-10

per

La norma EN 12953-10: requisits de qualitat de l’aigua en calderes pirotubulars industrials | BOIXAC Blog tècnic › Normativa i operació La norma EN 12953-10: requisits de qualitat de l’aigua en calderes pirotubulars industrials Anàlisi tècnica dels paràmetres que la norma estableix per a l’aigua d’alimentació i l’aigua de caldera, i la seva rellevància per a la integritat i la seguretat dels sistemes de generació de vapor. BOIXAC Tech SL Actualitzat: 2026 Lectura: ~10 min Nota sobre l’abast d’aquest article Aquest text té caràcter exclusivament informatiu i divulgatiu. No constitueix assessorament tècnic, d’enginyeria ni de tractament d’aigües, i no pot substituir en cap cas l’anàlisi específica realitzada per un especialista qualificat sobre una instal·lació concreta. Els valors i paràmetres esmentats procedeixen de la norma EN 12953-10 i de la literatura tècnica especialitzada; cal interpretar-los sempre en el context de la norma original vigent, de les instruccions del fabricant de la caldera i de les prescripcions de l’Organisme de Control habilitat. BOIXAC no assumeix cap responsabilitat derivada de decisions adoptades en base al contingut d’aquest article. La qualitat de l’aigua és, juntament amb les condicions de disseny i fabricació, el factor que més influència exerceix sobre la integritat a llarg termini d’una caldera pirotubular. La norma europea EN 12953-10 estableix els requisits mínims de qualitat de l’aigua d’alimentació i de l’aigua de caldera per a aquest tipus d’equips, amb l’objectiu fonamental de minimitzar el risc per al personal i per a les instal·lacions circumdants. Per als tècnics de procés, responsables de manteniment i gestors d’instal·lacions que operen sistemes de generació de vapor, comprendre el marc que defineix aquesta norma —quins paràmetres controla, per quines raons i amb quins criteris— és un element essencial de la gestió tècnica de la planta. 1. Marc normatiu i àmbit d’aplicació La norma EN 12953-10:2003 —adoptada a Espanya com a UNE-EN 12953-10:2004— forma part de la sèrie EN 12953, que regula en el seu conjunt el disseny, la fabricació, la documentació i l’operació de les calderes pirotubulars (també denominades calderes de fums, firetube boilers o shell boilers). La part 10 s’ocupa específicament dels requisits de qualitat de l’aigua d’alimentació (feedwater) i de l’aigua de caldera (boiler water). El seu àmbit d’aplicació comprèn totes les calderes pirotubulars, escalfades per combustió d’un o diversos combustibles o per gasos calents, destinades a la generació de vapor i/o aigua calenta. La norma s’aplica als components compresos entre l’entrada de l’aigua d’alimentació i la sortida del vapor del generador. Queda expressament exclosa de l’abast de la norma la qualitat del vapor produït, que en cas d’exigències específiques requereix documents normatius addicionals. Relació amb el règim d’operació espanyol El Reial Decret 2060/2008, de 12 de desembre, pel qual s’aprova el Reglament d’Equips a Pressió, estableix que l’usuari de calderes de vapor o d’aigua calenta està obligat a mantenir l’aigua dins de les especificacions de les normes UNE-EN 12953-10 (calderes pirotubulars) o UNE-EN 12952-12 (calderes aquotubulars). Es tracta, per tant, d’una obligació legal de compliment per a l’explotador de la instal·lació. 2. Objectiu tècnic de la norma: els mecanismes de dany que es pretenen evitar Incrustacions i dipòsits La precipitació de sals de calci, magnesi i silicats sobre les superfícies de transferència de calor genera capes de baixa conductivitat tèrmica. Un dipòsit d’només 1 mm pot incrementar el consum de combustible al voltant d’un 5–8 % i incrementar localment la temperatura de la paret metàl·lica fins a valors que comprometen la seva integritat. Corrosió L’oxigen dissolt i el diòxid de carboni lliure són els principals agents corrosius. La corrosió per oxigen genera picades localitzades (pitting) que poden progressar fins a perforar la paret del tub. Un pH inadequat afavoreix diverses formes d’atac químic sobre l’acer al carboni. Espumació i arrossegaments La presència de sòlids dissolts totals (TDS) en concentració elevada, o de determinades substàncies orgàniques, pot provocar formació d’escuma a la superfície del nivell d’aigua. Aquest fenomen comporta l’arrossegament de gotes d’aigua de caldera amb el vapor (priming), contaminant el vapor amb sals. Llots i obstruccions Les impureses en suspensió i els precipitats que no s’eliminen mitjançant purga poden acumular-se formant llots a les zones de baixa velocitat de l’aigua, dificultant la circulació i la transferència de calor, i afavorint la corrosió sota el dipòsit. 3. Distinció fonamental: aigua d’alimentació i aigua de caldera La norma diferencia amb precisió dos tipus d’aigua que presenten requisits diferents i que es controlen de forma independent. L’aigua d’alimentació (feedwater) és l’aigua que entra a la caldera per reposar el volum evaporat. És una barreja composta habitualment pel condensat recuperat i l’aigua d’aportació (make-up water), que ha estat sotmesa als tractaments externs previs necessaris. L’aigua de caldera (boiler water) és l’aigua que es troba dins del cos de la caldera durant l’operació. En ser l’aigua d’alimentació una font contínua d’impureses, l’aigua de caldera experimenta un procés de concentració progressiva d’aquestes substàncies. Els seus paràmetres admissibles es gestionen mitjançant les purgues del sistema. 4. Paràmetres de qualitat: descripció tècnica pHa 25 °C Determina el caràcter àcid o alcalí de l’aigua. Un pH alcalí moderat en l’aigua d’alimentació inhibeix la corrosió per oxigen; en l’aigua de caldera, l’alcalinitat és necessària per mantenir la passivació de l’acer. Duresa totalCa + Mg, mmol/l Expressa la concentració d’ions de calci i magnesi, principals formadors d’incrustacions calcàries. La norma exigeix nivells extremadament baixos en l’aigua d’alimentació, que en la pràctica requereixen tractament d’estovament o desmineralització. Oxigen dissoltO₂, mg/l Agent corrosiu primari. S’ha d’eliminar combinant desgasificació tèrmica i dosificació de segrestants d’oxigen. La norma distingeix els límits segons la pressió de disseny de la caldera. Conductivitat directaµS/cm a 25 °C Indicador indirecte de la concentració total de sals dissoltes (TDS). La norma classifica el règim d’operació en funció de si la conductivitat directa de l’aigua d’alimentació és superior o inferior a 30 µS/cm. Conductivitat àcidaµS/cm, després de cationitzador Es determina passant la mostra per un intercanviador catiònic fortament àcid. Resulta especialment sensible a la presència de CO₂, clorurs i sulfats, i proporciona una mesura més fiable dels anions agressius. Ferro totalFe, mg/l Procedeix … Llegiu més

Heat Recovery Steam Generator

per

Heat Recovery Steam Generator (HRSG): el paper dels economitzadors i intercanviadors de calor | BOIXAC Guia tècnica › Recuperació d’energia › HRSG Heat Recovery Steam Generator (HRSG): el paper dels economitzadors i intercanviadors de calor Els sistemes de generació de vapor per recuperació de calor (HRSG) depenen de la qualitat dels seus components de transferència tèrmica. Aquesta guia analitza el rol dels economitzadors i intercanviadors de calor en l’optimització d’aquests sistemes, els paràmetres de disseny determinants i els criteris de selecció per a aplicacions industrials exigents. BOIXAC Tech SL Guia tècnica industrial Lectura: ~10 min Índex de continguts Fonaments del sistema HRSG Definició i context d’aplicació Arquitectura tèrmica i components principals L’economitzador en un sistema HRSG Funció i posicionament tèrmic Paràmetres de disseny clau Intercanviadors de calor: tipologies i integració Beneficis quantificables de la integració tèrmica Criteris de selecció de components En un context industrial on l’eficiència energètica és un factor determinant de competitivitat i compliment normatiu, la recuperació de la calor residual dels gasos d’escapament representa una de les intervencions amb millor relació cost-benefici. Els sistemes HRSG (Heat Recovery Steam Generators) constitueixen la solució de referència per a aquesta aplicació, i la seva eficiència global depèn en gran mesura de la qualitat i el disseny dels seus components de transferència tèrmica: en particular, dels economitzadors i dels intercanviadors de calor auxiliars. 1. Fonaments del sistema HRSG 1.1 Definició i context d’aplicació Un HRSG és un sistema de recuperació tèrmica que aprofita l’entalpia dels gasos d’escapament calents procedents d’una turbina de gas, un motor de combustió interna o un forn industrial, per generar vapor d’aigua a pressió. Aquest vapor pot destinar-se a la generació d’electricitat en cicles combinats, a processos industrials de calor o a sistemes de climatització centralitzada (district heating). Les aplicacions principals dels HRSG inclouen les centrals de cicle combinat gas-vapor (CCGT), les instal·lacions de cogeneració industrial, les plantes petroquímiques i refineries, i els processos de la indústria papera, cimentera i siderúrgica. 1.2 Arquitectura tèrmica i components principals Un HRSG convencional opera amb els gasos d’escapament fluint en contracorrent o flux creuat respecte al circuit d’aigua-vapor. L’energia es transfereix successivament a través de diverses seccions tèrmiques, cadascuna optimitzada per a un rang de temperatures específic: Gas entrada Gasos d’escapament calents 400–650 °C en sortida de turbina de gas. Fins a 900 °C en forns industrials. Secció 1 Superescalfador Eleva la temperatura del vapor saturat per sobre del punt de saturació, evitant condensació en turbines. Secció 2 Evaporador Converteix l’aigua líquida en vapor saturat a pressió constant. Zona de canvi de fase. Secció 3 Economitzador Preescalfa l’aigua d’alimentació fins a prop del punt de saturació, extraient energia residual dels gasos ja refredats. Gas sortida Gasos refredats 90–180 °C en condicions òptimes. L’economitzador és determinant per minimitzar aquest valor. Nota sobre la temperatura de rosada àcida En aplicacions amb combustibles que contenen sofre, la temperatura dels gasos a la sortida de l’HRSG no pot reduir-se per sota de la temperatura de rosada àcida (típicament 120–150 °C per a gasos amb SO₂), per evitar la condensació d’àcid sulfurós sobre les superfícies de l’economitzador. Aquest paràmetre és un límit de disseny crític que condiciona directament la recuperació energètica màxima assolible. 2. L’economitzador en un sistema HRSG 2.1 Funció i posicionament tèrmic L’economitzador és un intercanviador de calor de tipus gas-líquid posicionat a la zona de temperatures baixes de l’HRSG, on els gasos d’escapament ja han cedit la major part de la seva energia a l’evaporador i al superescalfador. La seva funció és extreure l’entalpia residual d’aquests gasos per preescalfar l’aigua d’alimentació de la caldera. El guany energètic és directament proporcional a la diferència entre la temperatura de l’aigua d’entrada a l’economitzador i la temperatura que assoleix a la sortida. Un economitzador ben dissenyat pot elevar la temperatura de l’aigua d’alimentació des dels 40–80 °C habituals en els desaireadors fins als 180–240 °C, reduint dràsticament l’energia que ha d’aportar l’evaporador per assolir el canvi de fase. Economitzador industrial per a caldera. Bescanviador de calor gas-líquid de tubs i aletes helicoïdals, dissenyat per operar en corrents de gasos de combustió amb temperatures d’entrada de 250–450 °C. 2.2 Paràmetres de disseny clau El disseny d’un economitzador per a un HRSG requereix l’anàlisi simultània de múltiples paràmetres tèrmics, mecànics i de procés. Els principals factors determinants són: Paràmetre Rang típic Impacte en el disseny Temperatura gasos entrada 200–650 °C Determina la selecció de materials i el règim de corrosió potencial Temperatura gasos sortida 90–200 °C Limitat per la temperatura de rosada àcida; condiciona la recuperació màxima Pressió de l’aigua 10–180 bar Defineix el gruix de paret dels tubs i els requeriments PED Temperatura aigua entrada 40–120 °C Risc de condensació en gasos amb humitat; pot requerir recirculació Temperatura pinch point 8–20 °C Diferència entre temperatura de saturació i temperatura dels gasos en la mateixa secció; govern de la superfície d’intercanvi Cabal màssic gasos Procés-específic Determina la pèrdua de càrrega en el costat gas i la potència de l’ID fan Contingut de partícules 0–50 g/Nm³ Condiciona el pas lliure entre aletes i el tipus de neteja (neteja en sec, sopladores) 3. Intercanviadors de calor: tipologies i integració Més enllà de l’economitzador estricte, un sistema HRSG pot incorporar diversos tipus d’intercanviadors de calor en funció de les necessitats tèrmiques del procés associat. La selecció correcta de cada tipologia és determinant per a l’eficiència global del sistema. 🔧 Tubs i aletes helicoïdals Tipologia preferida per a economitzadors en corrents de gasos de combustió amb presència de partícules. L’aleta helicoïdal individual per tub ofereix major robustesa mecànica i resistència a vibracions que l’aleta contínua. El pas entre aletes pot configurar-se per minimitzar l’embrutiment en gasos carregats. 📐 Tubs i aletes continues Alternativa compacta per a gasos nets o filtrats. Major densitat de superfície per unitat de volum que les aletes helicoïdals, però requereix gasos sense partícules per evitar l’obstrucció dels espais interaleta. Habitual en aplicacions amb turbines de gas de cicle combinat. ⚙️ Tubs llisos multitubulars Per a aplicacions on el fluid intern és vapor o aigua a alta … Llegiu més

Tipologies de bescanviadors de calor

per

Tipologies de bescanviadors de calor: classificació per construcció i funcionament | BOIXAC Guia tècnica › Transferència tèrmica Tipologies de bescanviadors de calor: classificació per construcció i funcionament Guia enciclopèdica sobre les principals famílies de bescanviadors de calor: de la distinció entre contacte directe i indirecte fins a la classificació per parells de fluids. Base de referència per a enginyers, projectistes i responsables tècnics. BOIXAC Tech SL Referència tècnica enciclopèdica Lectura: ~12 min Índex de continguts Classificació per construcció Contacte directe Contacte indirecte Bescanviadors de tubs Bescanviadors de plaques Classificació per funcionament Bescanviadors líquid–líquid Bescanviadors líquid–gas Bescanviadors gas–gas Bescanviadors per a sòlids a granel Criteri de selecció i impacte del disseny Existeixen moltes tipologies de bescanviadors de calor i múltiples maneres per classificar-los. En aquest article els classificarem en funció de dos criteris principals: la classificació per construcció —que determina la manera com els fluids interactuen i quin element constructiu fa la transferència— i la classificació per funcionament, que considera els parells de fluids implicats i les seves propietats físiques. 1. Classificació per construcció 1.1 Contacte directe En els bescanviadors de contacte directe, els dos fluids es barregen completament durant la transferència d’energia. Les torres de refrigeració n’són l’exemple més representatiu. Limitació del contacte directe La barreja dels fluids pot comportar la transmissió de contaminants d’un circuit a l’altre. Aquest fet el fa contraindicat en la gran majoria de sistemes de refrigeració de procés, recuperació d’energia, tractament de gasos, líquids alimentaris i sòlids a granel, on la separació de circuits és un requisit tècnic o sanitari. 1.2 Contacte indirecte En els bescanviadors de contacte indirecte, els dos fluids romanen permanentment separats per un element físic —habitualment una placa metàl·lica o la paret d’un tub— que actua com a superfície de transferència tèrmica sense permetre cap mescla. Focalitzant en les dues famílies principals —tubs i plaques— podem establir la comparativa que segueix. Cas especial: recuperadors de calor rotatius Dins dels bescanviadors per contacte indirecte hi ha un cas particular: els recuperadors de calor rotatius, on els dos fluids recorren el mateix espai però de manera alternada. Podria provocar teòricament una lleugera mescla, però en la pràctica industrial es considera pràcticament inapreciable. Característica Bescanviadors de tubs Bescanviadors de plaques Compacitat Menor compacitat per la mateixa potència Alta compacitat: màxima superfície en volum mínim Coeficient de transferència Moderat, dependent del disseny de tubs i aletes Elevat gràcies a la turbulència induïda per les corrugacions Superfície de pas dels fluids Àmplia, menys susceptible a l’embrutiment Reduïda: canals estrets amb risc d’obstrucció Fluids viscosos / amb sediments Molt recomanat. Alta tolerància a partícules i viscositat Contraindicat en fluids bruts, viscosos o enganxosos Manteniment i neteja Senzill. Difícilment s’obstrueixen, cost de manteniment baix Més susceptible a incrustacions, neteja més freqüent Entorns polsegosos / abrasius Excel·lent comportament Poc adequat Aplicació preferent Gas-gas, gas-líquid, líquid-líquid en condicions exigents Líquid-líquid en circuits nets i controlats 1.3 Bescanviadors de calor de tubs Els bescanviadors de tubs estan formats per tubs cilíndrics, plans o ovals. La secció oval o plana augmenta la turbulència exterior i redueix la resistència aerodinàmica en aplicacions amb gas. 1.3.1 Bescanviadors de tubs llisos Quan la superfície d’intercanvi interior i exterior és similar —fluids amb calors específics comparables— s’utilitzen tubs llisos. En aplicacions entre dos corrents de gas s’empren els bescanviadors multitubulars de tubs llisos. En aplicacions amb líquids s’utilitzen bescanviadors tubulars, multitubulars, pirotubulars, coaxials i els de carcassa i tub. Bescanviador tubular multitub. Habitual en aplicacions líquid-líquid amb fluids nets o moderadament viscosos. 1.3.2 Bescanviadors de tubs i aletes Quan els dos fluids presenten valors de calor específic molt diferents —situació habitual quan un fluid és un gas i l’altre és un líquid o vapor— la superfície d’intercanvi s’ha de compensar afegint aletes al costat del fluid amb menor calor específic. Per què calen les aletes? Exemple quantitatiu El calor específic del gas (aire sec) és d’entorn 1,214 kJ/m³·K, mentre que el de l’aigua és de 4,186 kJ/m³·K. L’aigua pot cedir o absorbir gairebé 3,5 vegades més energia per unitat de volum que l’aire. Per compensar aquest desequilibri, s’incrementa la superfície del costat del gas afegint aletes. Gas (aire sec) — 1,214 kJ/m³·K1,214 kJ/m³·KVapor saturat — ~2,010 kJ/m³·K~2,010 kJ/m³·KOli tèrmic — ~2,000 kJ/m³·K~2,000 kJ/m³·KAigua — 4,186 kJ/m³·K4,186 kJ/m³·K Tubs i aletes Aletes continues (transversals als tubs) Xapes continues perforades per on travessen els tubs perpendicularment. Distribueixen la superfície d’aleta de manera uniforme. Habituals en climatització industrial i recuperadors per a gasos d’escapament amb aire relativament net. Tubs i aletes Aletes helicoïdals (enrotllades als tubs) Xapes enrotllades en hèlix al voltant de cada tub. Major robustesa mecànica i resistència a vibracions. S’utilitzen amb gasos de combustió, fums industrials i corrents amb contingut de partícules. Recuperador de calor (economitzador) per a caldera industrial. Aplicació gas-líquid amb tubs i aletes helicoïdals, dissenyat per operar en corrents de fums de combustió. 1.4 Bescanviadors de calor de plaques Els bescanviadors de plaques estan formats per plaques planes o corrugades que actuen simultàniament com a superfície d’intercanvi i com a element estructural del canal de flux. Plaques Bescanviador de plaques pillow Tecnologia emergent de gran polivalència. La superfície en forma de coixí permet treballar amb fluids viscosos, enganxosos i amb sediments, i transferir energia a sòlids granulats com a alternativa als llits fluiditzats: redueix el consum energètic, minimitza el rebuig i millora la qualitat del producte final. Plaques Bescanviador de flux creuat Sistema de plaques en configuració de fluxos perpendiculars. Molt utilitzat en recuperació energètica de la climatització, integrat en centrals de tractament d’aire. Permet alts valors d’eficiència però requereix filtres d’aire avançats per la seva forma compacta. Bescanviador de plaques soldades Les plaques s’uneixen per soldadura formant un conjunt rígid sense juntes. Impedeix la neteja interior, de manera que només s’aplica amb fluids completament nets i sense risc d’incrustacions. Bescanviador de plaques i juntes Les juntes d’estanquitat permeten desmuntar les plaques, netejar-les i substituir-les individualment. Major polivalència que el sistema soldat, però els canals continuen sent estrets i susceptibles d’obstrucció amb fluids viscosos o amb partícules. 2. Classificació per funcionament La … Llegiu més

Conducció, convecció i radiació

per

CONDUCCIÓ, CONVECCIÓ I RADIACIÓ LA TRANSFERÈNCIA DE CALOR A LA NATURA A la natura trobem exemples fascinants de transferència de calor mitjançant conducció, convecció i radiació, tres mecanismes fonamentals en termodinàmica. Per exemple, imaginem-nos un matí d’estiu en una platja. A primera hora, l’aire es manté en calma perquè hi ha un equilibri tèrmic entre la temperatura de la massa d’aire sobre el mar i la de l’aire sobre la terra. A mesura que el Sol escalfa la superfície terrestre, la temperatura de l’aire sobre la terra augmenta més ràpid que la de l’aire sobre el mar. Això genera un contrast tèrmic: l’aire calent sobre la terra s’eleva, mentre que l’aire més fred del mar es desplaça cap a terra per ocupar el seu lloc. Aquest moviment de masses d’aire és un clar exemple de convecció tèrmica, el mateix principi que permet als globus aerostàtics elevar-se. Com més escalfa el Sol, més intensa és aquesta diferència tèrmica, fent que el vent de mar augmenti de velocitat. Aquest ascens d’aire càlid afavoreix la formació de petits núvols cúmuls i, si la diferència tèrmica és prou gran, poden aparèixer cumulonimbus, responsables de tempestes d’estiu sobtades. A diferència de la radiació, que transmet energia sense necessitat de contacte (com els raigs del Sol escalfant la sorra), la convecció depèn del moviment de fluids, com l’aire o l’aigua. Per altra banda, la conducció tèrmica ocorre quan dos objectes a diferent temperatura entren en contacte, per exemple, quan caminem descalços per la sorra calenta al migdia i notem com la calor es transmet als nostres peus. Així que, la propera vegada que siguis a la platja i notis que a migdia s’aixeca el vent de mar, pensa en BOIXAC, els especialistes en intercanvi tèrmic per a la indústria.