Proyectos

Proyecto CADIA: central térmica de 7MW y red de calor que conectará 4 edificios administrativos, el polideportivo Huerta del Rey y la Escuela de Arquitectura, sustituyendo 16 calderas de combustibles fósiles.

• Edificio de Usos Múltiples, situado en la Plaza del Milenio Nº 1.
• Servicio Territorial de Economía y Hacienda de Valladolid, situado en C/Jesús Rivero Meneses s/n.
• Delegación del Gobierno en la Comunidad de Castilla y León, situada en C/ Jesús Rivero Meneses s/n.
• Consejería de Fomento y Medio Ambiente situada en C/Rigoberto Cortejoso Nº 14.
• Polideportivo “Huerta del Rey”, situado en C/Joaquín Velasco Martín Nº9.
• Escuela de Arquitectura, situada en Avda Salamanca s/n.

CONTENIDO

1. EQUIPOS DE LA SALA DE MÁQUINAS
2. FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN
3. EDIFICIO CONTENEDOR DE LA CENTRAL TÉRMICA

 

1.EQUIPOS DE LA SALA DE MÁQUINAS

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DEL COMBUSTIBLE A LAS CALDERAS.

El sistema de alimentación de astilla desde el silo hasta las calderas se realiza mediante un sistema doble e independiente entre sí para garantizar la continuidad de servicio de la instalación; está compuesto por:

• Dos pisos móviles independientes constituidos cada uno de ellos por 4 rascadores (Figura 1) accionados por pistones hidráulicos (Figuras 2 y 4) accionados por una bomba eléctrica que arrastran la astilla desde el silo hasta un sinfín (Figura 2) dispuesto perpendicularmente al piso móvil.

• Dos sinfines de transporte de astilla (Figura 2), uno por cada piso móvil, que recogen el combustible procedente del silo de almacenamiento para trasladarlo a los sinfines de alimentación del silo dosificador (Figura 3).

• Dos sinfines de alimentación del silo dosificador, uno por cada piso móvil, que elevan el combustible desde los sinfines anteriores hasta el silo dosificador (Figura 3).
• Un silo dosificador que sirve de almacenamiento intermedio entre el depósito de astillas y las calderas (Figura 3).

• Dos sinfines de alimentación (uno para cada caldera) para transportar el combustible desde el silo dosificador hasta las calderas (Figura 3).

El sistema de control de las calderas regula los sinfines de alimentación según las necesidades de combustible en cada momento.

El modelo de piso móvil seleccionado permite aprovechar el 100% del volumen destinado a silo de almacenamiento, evitando las pérdidas que se originan con otros sistemas como el tornillo sinfín en silo o el sistema rotativo.

Los tornillos sinfines están distribuidos de forma que el sistema en todo momento disponga de una duplicidad, garantizando que una caldera pueda mantenerse siempre en funcionamiento.

Los sinfines están cerrados a lo largo de su recorrido. Disponen de un acceso desde el exterior, para mantenimiento y reparación en caso de averías (Figura 4).

EQUIPOS GENERADORES DE ENERGÍA TÉRMICA CON BIOMASA.

Se han seleccionado dos equipos de combustión de 3.480kW de potencia nominal cada uno, sumando un conjunto de 6.960kW térmicos.

Cada uno de los equipos generadores de energía incluye un sistema de depuración de humos para disminuir la emisión de partículas a la atmósfera constituido por un multiciclón y un filtro de mangas con un rendimiento mínimo del 86%.

Cada generador está constituido por:

• Caldera de agua caliente de 3.480kW (Figura 5).
• Depurador de humos multiciclónico.
• Filtro de mangas.
• Ventilador de tiro forzado.
• Sistema de insuflación de aire.
• Sinfín de alimentación de caldera integrado.
• Chimenea.
• Sistema de detección de chispa.

• Cuadro de mando de regulación automática para la caldera, equipado con variadores de frecuencia.
• Sistema de elevación de temperatura de retorno.

DEPÓSITOS DE INERCIA

Se dimensionan dos depósitos de inercia de 40.000l cada uno, obteniéndose un volumen total de acumulación de 80.000 litros.

Los depósitos disponen de boca de hombre, aislamiento térmico mediante lana de roca y acabado en chapa de aluminio, envainados en toda su altura para recoger datos tanto de sondas como de termómetros de la temperatura de estratificación del agua.

Se conectan en serie y se instalan bypasses para poder independizar cada uno de los depósitos en caso de avería o mantenimiento.

 

 

SISTEMAS DE BOMBEO

Existen dos sistemas de bombeo en la instalación:

• Sistema de Bombeo del Circuito Primario de caldera compuesto por  una bomba en el circuito primario de cada caldera se encarga de que el agua circule entre la caldera y los depósitos de inercia, almacenando energía en estos (Figura 8).

• Sistema de Bombeo de la red de District Heating formado por tres bombas de caudal variable, diseñadas para dar cada una de ellas el 50% del caudal de diseño (Figura 9). Funcionan dos bombas y una siempre estará de reserva. El funcionamiento será alternativo. Este sistema es el responsable de que la energía se suministre adecuadamente a cada uno de los edificios conectados a la red.

2. FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN

La central producirá en los generadores de calor instalados la energía térmica demandada por los edificios a los que abastece; mediante el sistema de bombeo y distribución llevará el fluido caloportador, agua, hasta las subestaciones de intercambio con dichos edificios donde intercambiará energía con los circuitos primarios de cada edificio. A partir de las subestaciones, serán las instalaciones de distribución de cada edificio las que se encargarán de suministrar calor internamente.

Cada caldera dispone de un circuito primario que transportará la energía generada en la cámara de combustión hasta un colector, que servirá de soporte de las bombas de primario, unificándose aquí la energía producida en las dos calderas; y desde el que se alimentará a los depósitos de inercia de la instalación donde se cierra el circuito primario. Estos circuitos primarios están compuestos por un sistema de bombeo y un sistema de elevación de la temperatura de retorno, además de por accesorios como filtros, manguitos, valvulería, purgadores, etc. El objetivo del sistema de elevación de la temperatura de retorno es conseguir que no pase agua a través del intercambiador pirotubular de la caldera por debajo de los 50-60 ºC ya que este agua en contacto con los pirotubos podría hacer que se produjera la condensación de parte del agua de los humos de combustión, que quedarían depositados en las paredes de los pirotubos pudiendo ser agresivos y produciendo su corrosión. La encargada de mantener el agua de retorno por encima de estas temperaturas en determinados momentos de funcionamiento de la caldera, ya que no es una situación habitual, es la válvula motorizada de tres vías, que desvía una pequeña cantidad del caudal de impulsión de vuelta al retorno. El salto térmico del circuito de primario es de de 10ºC, entre 90ºC en la impulsión y 80ºC en el retorno.

El colector de primario está unido a los depósitos de inercia (2 unidades de 40.000 l/ud) que son un punto muy importante para el funcionamiento eficiente de un sistema de biomasa, ya que cumplen dos funciones fundamentales. La labor principal es la acumulación de energía para que pueda responder ante demandas de forma rápida ya que el encendido de una caldera de astillas es lento; de este modo, los depósitos pueden suministrar la energía térmica demandada durante el tiempo que las calderas tarden en encenderse o en alcanzar su máximo de potencia. Por otro lado, cumplen una función de seguridad cuando las calderas reciben la orden de apagarse al disminuir la demanda, ya que una caldera de biomasa necesita para poder apagarse quemar todo el combustible que tiene en su interior, lo cual genera una inercia térmica que tiene que ser acumulada o cedida en algún lugar, y este lugar es precisamente el volumen de agua de los depósitos de inercia.

De los depósitos de inercia y por medio de un colector de secundario se alimentan las bombas circuladoras de la red de distribución, que conseguirán hacer llegar hasta el último edificio la energía térmica demandada con las condiciones de caudal y temperatura requeridas.

Posteriormente, mediante las subcentrales de intercambio instaladas en cada edificio, la red de distribución entregará la potencia térmica demandada en cada momento a través de los intercambiadores de placas.

• REGULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE CALOR

Como los edificios receptores tienen distinto uso, los horarios de funcionamiento no son iguales; además, la temperatura externa varía a lo lardo del día; por lo tanto, la central térmica debe ser capaz de regular la producción de calor de manera que se adapte de forma óptima a la demanda térmica de los edificios en cada instante.

• AUMENTO DE LA DEMANDA ENERGÉTICA EN LA RED

Cuando exista demanda energética en los edificios conectados se arrancarán las bombas de los circuitos de sus instalaciones interiores, lo que provocará un descenso en la temperatura de retorno en el secundario del intercambiador de calor de la subestación correspondiente. Al detectar este descenso de temperatura el módulo de control de la subestación dará la orden de apertura a la válvula motorizada del lado primario permitiendo la circulación del agua y el intercambio de calor entre la red y el edificio. A medida que las válvulas de control permitan la circulación de agua, la presión diferencial en los circuitos  de distribución irá disminuyendo. Este cambio será detectado por las sondas de presión que envían una señal al controlador que dará orden de aumentar las revoluciones del giro de la bombas generales de distribución de la red aumentándose el caudal transmitido y la potencia térmica y restaurándose la presión diferencial de consigna. El salto térmico de 20ºC (entre 90ºC en la impulsión y 70ºC en el retorno) en el circuito secundario se conservará. Al entrar en funcionamiento las bombas del circuito secundario de la central comenzará a disminuir la temperatura de retorno en su colector secundario. Este cambio será detectado por el sistema de control y dará la orden de arranque a las bombas del circuito primario de las calderas. Una vez que la caldera haya detectado flujo debido a las bombas de primario, el control de la central dará la orden de arranque al sistema de control integrado de cada caldera.

El sistema de control de la red de calor está perfectamente integrado con los sistemas de control locales de los diferentes edificios dando prioridad, siempre que sea posible, a la producción térmica mediante las subestaciones. Los generadores térmicos de los edificios conectados a la red quedarán en modo de reserva o back-up. Si en algún momento, la red demanda más potencia térmica de la que es capaz de producir la central, se irán cerrando las válvulas de aquellos edificios que tengan equipos de producción más modernos y eficientes y con combustibles más baratos (gas natural frente a gasóleo). En todo caso, la red suministrará calor en todo momento a los edificios cuyos equipos de producción sean mediante gasóleo.

• DISMINUCIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA EN LA RED

Cuando la demanda en los edificios descienda, se irán desconectando grupos de bombeo de sus instalaciones interiores, provocando que la temperatura en el lado secundario de la subestación de intercambio aumente. Al detectar este aumento de la temperatura el sistema de control de la subestación dará la orden de cierre de la válvula de control motorizada reduciendo el caudal. A medida que las válvulas de control de los edificios se vayan cerrando, aumentará la presión diferencial entre los circuitos. Este aumento será detectado por las sondas de presión, el control actuará sobre las bombas generales de distribución, de caudal variable, dando la orden de disminuir revoluciones, disminuyendo el caudal y restaurándose la presión diferencial hasta los valores de consigna. A medida que vaya disminuyendo el caudal en el circuito secundario, aumentará la temperatura de retorno a las calderas de biomasa lo que será detectado por el sistema de gestión que dará la orden de ir disminuyendo potencia al sistema de control de las calderas. Una vez que se hayan parado las calderas, el sistema de control dará la orden de paro a los elementos de bombeo primarios.

• COMBUSTIBLE

Como combustible se utiliza una astilla de tamaño G100 o inferior con una humedad menor del 30% (W30). Las calderas y los accesorios de las mismas, el silo de biomasa y los sistemas de trasiego, están preparados técnicamente para astilla de estas características.

La astilla se almacena en un silo, desde donde se transporta a las calderas mediante un suelo móvil accionado por pistones hidráulicos, y una serie de tornillos sinfín.

3. EDIFICIO CONTENEDOR DE LA CENTRAL TÉRMICA.

La nave es una edificación sencilla, de volumetría rectangular, con una imagen acorde al resto de las edificaciones del entorno. La edificación estará semienterrada dadas las necesidades de altura de las instalaciones que va a albergar, de manera que en ningún caso la edificación supere, sobre rasante, las alturas marcadas por el Plan General de Urbanismo .

Se adopta la solución de enterrar el edificio hasta la cota -2.40m para conseguir la altura necesaria para la instalación sin sobrepasar la altura permitida sobre rasante.

La nave se divide en dos zonas muy bien diferenciadas: la sala de máquinas propiamente dicha y el silo de almacenaje de biomasa (astillas). Ambas zonas están semienterradas, con nivel inferior en cota -2.40m.

Se dispone una compartimentación interior mínima, buscando un gran espacio diáfano con medidas suficientes para albergar los equipos proyectados, de grandes dimensiones, así como el volumen para el almacenaje de la astilla que se utilizará como combustible. Las medidas de los equipos a instalar, calderas, filtros, ciclones y depósitos de inercia, así como el volumen del depósito de astillas, de aproximadamente 800m³ brutos, suponen el determinante inicial de las dimensiones y forma geométrica del edificio.

El silo de biomasa se diseña en su totalidad con muros de hormigón armado ejecutados in situ, con unas dimensiones de 15 m de largo por 8,50m de ancho y 7,15m de altura quedando abierto por la zona de carga de la astilla que se realiza por volcado directamente desde los camiones cisterna.

En la base del silo se instala un suelo móvil que irá desplazando la astilla almacenada hacia el sinfín (ubicado en la sala de pistones) que suministra el combustible al sistema de alimentación de las calderas. Para el funcionamiento de este suelo móvil es precisa una batería de pistones hidráulicos que lo muevan. El espacio que alberga los pistones (Figura 4) se proyecta cerrado a una cota inferior, independizado de la sala de calderas en sí, como medida de protección contra incendios.

Sobre la sala de pistones se plantea un pequeño altillo que además de servir de acceso a la sala de calderas (cota 0.00m), da la posibilidad de instalar un pequeño despacho y un aseo, además de los cuadros eléctricos de la instalación.

El resto del espacio es la sala de calderas (figura 10).

Un gran espacio diáfano de 26m de largo por 15m de ancho, con una altura de 7,15m, con acceso peatonal a cota 0.00m y acceso rodado a cota -2.40m, a través de una rampa. De este modo se proporciona una entrada y salida de equipos de la instalación y de evacuación de las cenizas de la combustión con un pequeño vehículo (sin necesidad de instalar un montacargas).

La parte enterrada de la sala de calderas (y la sala de pistones) se diseña con un muro de contención de hormigón armado. Sobre rasante se sustituye el muro “in situ” por otro de paneles prefabricados también de hormigón anclados a un sistema de pilares, también prefabricados de hormigón.

Parte de los muros de fachada sobre rasante se “revestirán” con una chapa ondulada colocada sobre rastreles para configurar la imagen del edificio.

La cubierta se resuelve con panel sándwich (nervado de 6 cm de espesor) y vigas prefabricadas de hormigón, con objeto de conseguir espacios diáfanos y la calidad y rapidez de la construcción prefabricada.