análisis de gases de combustión en calderas
El análisis de gases de combustión en calderas es una de las herramientas más útiles para comprobar cómo está funcionando realmente el conjunto caldera-quemador.
No hace falta desmontar el quemador para obtener una primera fotografía de su funcionamiento. Una sonda introducida correctamente en el conducto de gases permite medir varias magnitudes que, interpretadas conjuntamente y comparadas con las condiciones de referencia de la instalación, pueden revelar exceso de aire, combustión incompleta, pérdidas térmicas o deterioro de la transferencia de calor.
Tres variables resultan especialmente útiles:
- temperatura de los gases de combustión;
- oxígeno residual (O₂);
- monóxido de carbono (CO).
Pero hay una regla importante:
Una lectura aislada no diagnostica una caldera. El diagnóstico aparece cuando relacionamos O₂, CO y temperatura con la carga, el combustible, las condiciones de funcionamiento y las especificaciones del fabricante.
Ese matiz es fundamental.
Qué mide realmente un analizador de gases
Un analizador de gases de combustión —flue-gas analyzer en documentación técnica— toma una muestra de los gases de escape y permite conocer diferentes parámetros relacionados con el proceso de combustión.
Muchos equipos calculan además CO₂, exceso de aire, rendimiento de combustión y pérdidas por chimenea a partir de las magnitudes medidas y de los datos introducidos sobre el combustible.
Para mantenimiento, tres variables proporcionan una primera información especialmente valiosa. En el post sobre análisis en los gases de las calderas industriales se ordenan estas lecturas dentro del ciclo de mantenimiento operativo.
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Temperatura de los gases de combustión
La temperatura de salida de los gases ayuda a evaluar cuánto calor abandona la instalación por la chimenea.
Sin embargo, una temperatura aislada dice poco.
Lo interesante es observar su evolución para una misma carga y condiciones comparables.
Si históricamente una caldera trabaja a una determinada temperatura de gases y, manteniendo condiciones similares, esa temperatura comienza a aumentar, conviene investigar posibles causas:
- ensuciamiento del lado de humos;
- depósitos sobre superficies de intercambio;
- modificación de la carga;
- alteraciones en la combustión;
- deterioro de la transferencia térmica;
- funcionamiento del economizador, cuando exista.
Por eso resulta mucho más útil registrar tendencias que limitarse a anotar una temperatura puntual.
En el post hollín en los tubos de una caldera explicamos precisamente cómo la suciedad del lado de humos perjudica la transferencia térmica.
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Oxígeno residual: cuánto aire estamos introduciendo
El O₂ residual de los gases de combustión es uno de los principales indicadores para conocer el exceso de aire con el que trabaja el quemador.
Para que exista combustión necesitamos aportar aire.
Pero no basta con aportar exactamente el aire teórico calculado estequiométricamente. En una instalación real suele ser necesario trabajar con cierto exceso de aire para conseguir una combustión estable y completa.
El problema aparece cuando ese exceso resulta innecesariamente elevado.
Estamos calentando una cantidad adicional de aire que entra al hogar y posteriormente abandona la instalación por la chimenea.
Ese aire adicional transporta energía que hemos pagado con combustible.
Por eso un O₂ excesivamente elevado respecto al valor esperado puede estar asociado a pérdidas de rendimiento.
En el extremo contrario, reducir demasiado el exceso de aire puede disminuir el margen disponible para mantener una combustión completa y favorecer la aparición de CO.
Pero no existe un porcentaje universal de O₂ que permita afirmar que una caldera está bien o mal ajustada.
Depende, entre otros factores, de:
- combustible;
- tecnología del quemador;
- carga;
- diseño de la cámara de combustión;
- regulación aire-combustible;
- condiciones ambientales;
- y especificaciones del fabricante.
Por eso el valor correcto no debe obtenerse de una tabla genérica.
Debe compararse con las condiciones previstas para esa instalación concreta.
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Monóxido de carbono: una señal que merece atención
El CO es un indicador importante de combustión incompleta.
Su presencia puede estar relacionada con diferentes causas:
- insuficiencia de aire;
- mezcla deficiente entre combustible y comburente;
- problemas en la cabeza de combustión;
- suciedad;
- deficiencias de pulverización cuando corresponda;
- problemas de regulación;
- condiciones inadecuadas de funcionamiento.
Pero nuevamente debemos evitar una conclusión automática:
CO elevado no significa necesariamente que haya que sustituir el quemador. Significa que hay que investigar por qué se está produciendo.
Y aquí aparece precisamente el valor del analizador.
No sustituye al diagnóstico.
Lo orienta.
Lo importante no es una cifra: es la combinación de lecturas
Uno de los errores más habituales consiste en interpretar cada parámetro de forma independiente.
Para mantenimiento resulta mucho más útil analizar patrones.
| Lectura observada | Qué conviene investigar |
| O₂ elevado + CO bajo | Exceso de aire, regulación, infiltraciones de aire, carga |
| O₂ bajo + CO creciente | Falta de aire, mezcla deficiente o regulación |
| O₂ elevado + CO elevado | Calidad de mezcla, distribución del aire, estado y regulación del quemador, infiltraciones u otras anomalías |
| Temperatura de gases creciente respecto al histórico | Ensuciamiento, transferencia térmica, economizador, carga y condiciones de combustión |
Esta tabla no pretende sustituir las instrucciones del fabricante.
Su utilidad es otra:
indicar dónde debemos empezar a buscar.
Cómo utilizar el analizador desde Mantenimiento
Para el responsable de mantenimiento, la pregunta interesante no es simplemente:
«¿Qué O₂ tengo?»
La pregunta debería ser:
«¿Por qué tengo este O₂ trabajando a esta carga y cómo se compara con el punto de funcionamiento esperado?»
Imaginemos que realizamos una medición y encontramos simultáneamente un O₂ superior al histórico de la instalación y una pérdida de rendimiento.
Antes de decidir que existe un problema de quemador deberíamos comprobar:
- carga de la caldera;
- combustible utilizado;
- posición y funcionamiento de elementos de regulación;
- posibles entradas de aire parásitas;
- estado de la cabeza de combustión;
- limpieza;
- temperatura de gases;
- CO;
- especificaciones del fabricante.
Solo después podremos determinar si estamos ante:
- un problema de ajuste;
- una necesidad de mantenimiento;
- una anomalía mecánica;
- una limitación tecnológica del quemador;
- o una situación que pueda justificar una reforma o sustitución.
Esto es especialmente importante cuando se estudia la renovación de una caldera industrial. En el post sobre renovación caldera industrial y el criterio renovar-vs-sustituir trabajamos precisamente cómo se articula esa decisión con datos y no con impresiones.
Una inversión importante no debería justificarse únicamente porque una lectura sea alta.
Debe demostrarse que existe una desviación, identificar su causa y cuantificar qué parte puede corregirse mediante mantenimiento o regulación y qué parte requiere inversión.
El analizador para el análisis de gases de combustión en calderas. también sirve para demostrar el resultado de una intervención
Aquí aparece una aplicación que considero especialmente interesante.
Supongamos que realizamos mantenimiento sobre el quemador.
Podemos disponer de:
ANTES
- carga;
- O₂;
- CO;
- temperatura de gases;
- consumo;
- condiciones de operación.
Realizamos la intervención.
Y repetimos las mediciones:
DESPUÉS
- misma carga o carga comparable;
- O₂;
- CO;
- temperatura;
- consumo;
- condiciones equivalentes.
Ahora ya no estamos diciendo:
«El quemador funciona mejor.»
Tenemos datos para demostrar qué ha cambiado.
Y esa diferencia es fundamental cuando mantenimiento tiene que justificar una actuación ante producción, ingeniería o gerencia.
Cómo se interpreta desde el examen de Operador Industrial de Calderas
El analizador también permite comprender de forma práctica una parte importante del programa oficial.
El Anexo II de la ITC EP-1 incluye dentro de los conocimientos exigidos al operador cuestiones relacionadas con:
- tiro natural y forzado;
- hogares en depresión y sobrepresión;
- proceso de combustión;
- volúmenes teóricos de aire y humos;
- chimeneas.
Por tanto, el alumno no debería limitarse a memorizar definiciones.
Debe comprender la relación entre:
aire teórico → aire real → exceso de aire → O₂ residual → gases de combustión → pérdidas térmicas.
Si entendemos esa cadena, muchas preguntas del bloque de combustión dejan de ser cuestiones de memoria y pasan a tener una explicación física. En el post sobre la medición del proceso de la combustión se desarrolla precisamente esta cadena con casos operativos.
Qué exige realmente el RD 809/2021
Aquí conviene separar claramente la obligación reglamentaria de la buena práctica de mantenimiento.
El RD 809/2021 no obliga con carácter general a comprar una determinada marca o modelo de analizador portátil.
Tampoco establece un porcentaje universal de O₂ o un valor de CO a partir del cual deba sustituirse un quemador.
Artículo 7 de la ITC EP-1: vigilancia
La caldera debe disponer del sistema de vigilancia establecido conforme a las condiciones previstas en la ITC y en las instrucciones correspondientes del fabricante.
Las comprobaciones de los sistemas de control y seguridad deben realizarse conforme a las condiciones e intervalos que resulten aplicables.
Por tanto, cuando las instrucciones del fabricante establezcan comprobaciones relacionadas con la combustión, estas deben integrarse dentro de la vigilancia y mantenimiento de la instalación.
Artículo 12: mantenimiento y responsabilidad del usuario
El usuario es responsable de mantener adecuadamente los sistemas de la instalación y de cumplir las obligaciones de mantenimiento, comprobación y registro que correspondan.
Desde el punto de vista técnico, conservar los resultados de las mediciones de combustión junto con sus condiciones de funcionamiento permite además disponer de trazabilidad y comprobar la evolución de la instalación.
Anexo II: formación del operador
El programa formativo exige conocer el proceso de combustión, tiro, hogares, volúmenes teóricos de aire y humos y chimeneas.
El análisis de gases de combustión en calderas constituye una excelente aplicación práctica de esos conocimientos.
El problema que encontramos en mantenimiento: medir sin poder comparar
Disponer de un analizador no garantiza una buena vigilancia de la combustión.
En instalaciones industriales aparecen con frecuencia tres problemas.
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Analizador sin trazabilidad suficiente
El equipo está disponible y se utiliza.
Pero cuando se solicita información sobre su mantenimiento, verificación o calibración, resulta difícil reconstruirla.
Una lectura solo tiene valor técnico si podemos confiar razonablemente en el instrumento que la ha producido. Es el mismo tipo de brecha documental que denunciamos en el post sobre dispositivos e instrumentación de seguridad: por qué el cuaderno relleno no es lo mismo que la realidad.
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Lecturas sin condiciones de funcionamiento
Encontramos anotaciones del tipo:
O₂ = 5,2%
Pero faltan:
- carga;
- presión;
- combustible;
- temperatura de gases;
- CO;
- fecha;
- condiciones relevantes de funcionamiento.
Ese 5,2% puede ser correcto o incorrecto.
Simplemente no tenemos información suficiente para saberlo.
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No existe histórico
Este es probablemente el error más importante.
Una lectura puntual nos proporciona una fotografía.
Veinte lecturas realizadas durante meses en condiciones comparables nos proporcionan una tendencia.
Y las tendencias permiten detectar degradaciones antes de que se conviertan en averías o pérdidas importantes.
Checklist antes de dar por bueno un análisis de gases
Antes de utilizar una medición para tomar decisiones, comprobaría:
- ¿El analizador está correctamente mantenido y existe trazabilidad de sus verificaciones/calibraciones?
- ¿La sonda está situada en un punto de medición representativo?
- ¿El equipo ha alcanzado estabilidad?
- ¿La caldera trabaja en régimen estable?
- ¿Se conoce la carga en el momento de la medición?
- ¿Se registran simultáneamente O₂, CO y temperatura de gases?
- ¿Se conocen el combustible y las condiciones relevantes?
- ¿Se compara el resultado con las especificaciones del fabricante o valores históricos?
- ¿Existe un histórico que permita observar tendencias?
- ¿Las anomalías detectadas generan una actuación y posteriormente una nueva comprobación?
- ¿Existe trazabilidad documental de las mediciones y actuaciones realizadas?
Si varias respuestas son:
«Eso lo sabe el operador»
tenemos conocimiento operativo.
Pero probablemente no tenemos suficiente trazabilidad técnica.
Mi opinión
El analizador de gases no debería utilizarse como una máquina que responde:
«quemador bueno» o «quemador malo».
Su verdadero valor es mucho mayor.
Permite convertir el comportamiento de la combustión en datos.
Y cuando esos datos se registran correctamente podemos comparar:
- hoy frente a hace seis meses;
- antes frente a después de una intervención;
- carga parcial frente a plena carga;
- funcionamiento real frente a especificaciones del fabricante.
Ahí aparece el verdadero diagnóstico.
Para Mantenimiento, el analizador ayuda a diferenciar una desviación de ajuste de un problema que necesita una intervención más profunda.
Para el operador, permite entender físicamente conceptos que aparecen en el bloque de combustión del Anexo II.
Y para la empresa usuaria proporciona algo todavía más importante:
evidencia.
En el curso de Operador Industrial de Calderas trabajamos estos conceptos dentro del bloque de combustión, relacionando aire teórico, exceso de aire, O₂, CO, tiro y pérdidas por chimenea con situaciones reales de funcionamiento.
Antes de afirmar:
«Nuestra caldera quema bien»
yo haría una pregunta diferente:
Si mañana te pidieran demostrar cómo ha evolucionado la combustión durante el último año, ¿podrías entregar las mediciones con su carga, O₂, CO, temperatura de gases y condiciones de funcionamiento, o tendrías que reconstruir la historia preguntando a los operadores?
Porque una caldera puede estar funcionando.
Otra cosa es poder demostrar cómo está funcionando y cómo ha evolucionado.
