Accesorios de Las Calderas

Accesorios de las Calderas

Preparado por: Pedro Abarca Bahamondes Revisado por: Walter Dümmer Oswald

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 1.

INTRODUCCION

3

2.

ACCESORIOS DE OBSERVACION

5

2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

3.

4.

5.

INDICADORES DE NIVEL DE AGUA INDICADORES DE PRESION ANALIZADORES DE GASES DE LA COMBUSTION INDICADORES DE TEMPERATURA

5 9 13 14

ACCESORIOS DE SEGURIDAD

15

3.1. 3.2. 3.3.

15 17 18

VALVULAS DE SEGURIDAD TAPON FUSIBLE ALARMAS

ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE AGUA

20

4.1. 4.2. 4.3.

20 23 24

BOMBAS DE ALIMENTACION INYECTORES DE AGUA ALIMENTACION POR CALDERETE O BOTELLA

ACCESORIOS DE LIMPIEZA

25

5.1. 5.2. 5.3.

25 25 26

PUERTAS DE INYECCION LLAVES DE PURGA SOPLADORES DE HOLLIN

6.

ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE

26

7.

ACCESORIOS DE AUMENTO DE EFICIENCIA

27

7.1. 7.2. 7.3.

27 27 28

8.

9.

ECONOMIZADORES CALENTADORES DE AIRE (PRECALENTADORES) RETARDADORES

ACCESORIOS DE CONTROL DEL GRADO DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR

28

8.1. 8.2.

28 28

SOBRECALENTADORES DESOBRECALENTADORES O SATURADORES

ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMATICO

29

9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6.

29 31 32 36 36 36

CONTROL DE PRESION O PRESOSTATOS CONTROL DE TEMPERATURA O TERMOSTATOS CONTROL DE NIVEL DE AGUA CONTROL DE AIRE CONTROL DE LA LLAMA CONTROL DE INCENDIDO (CHISPA)

1.

INTRODUCCION Como ya sabemos, el generador de vapor es el conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios. Los accesorios de la caldera son todos los elementos útiles y necesarios para permitir y/o controlar el buen funcionamiento del equipo generador de vapor.

Cada uno de los accesorios tiene una función específica que cumplir cuando el equipo está en servicio. El operador de caldera debe conocer cada accesorio, la función que cumple y/o lo que indica cada uno de ellos. A continuación se presentan en forma esquemática los principales accesorios de calderas: a) ACCESORIOS DE OBSERVACION - Indicadores de nivel de agua. + Tubos de nivel de agua (observación directa). + Grifos o llaves de prueba o conos (observación indirecta). - Indicadores de presión. + Manómetros. + Altímetros. - Analizadores de gases de la combustión. + Indicador de anhídrido carbónico. + Indicador de monóxido de carbono. + Indicador de oxígeno. - Indicadores de temperatura. + Termómetros. + Pirómetros (altas temperaturas). b) ACCESORIOS DE SEGURIDAD - Válvulas de seguridad. + De peso directo. + De palanca y contrapeso. + De resorte. - Tapones fusibles. - Alarmas + Silbatos (de vapor) + Luces y/o campanilla.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 3

c) ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE AGUA - Bombas. + Centrífugas + De émbolo (sencilla-duplex) - Inyectores + Manuales. + Automáticos. - Caldereta o botella. d) ACCESORIOS DE LIMPIEZA - Puertas de inspección. + Tapas de registro. + Puertas de hombre. - Llave de purga. + Válvula de extracción de fondo. + Válvula de extracción de superficie. - Varios: + Sopladores de hollín. + Limpiatubos mecánicos. + Atizadores. + Escareadores. + Barrotes. + Escobillas limpiatubos. e) ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE - Quemadores de combustible líquido. + De petróleo. + De aceite. + De parafina. - Quemadores de combustible sólido. + De aserrín. + De carbón. + De leña. - Quemadores de combustible gaseoso. + De gas licuado. f) ACCESORIOS DE AUMENTO DE EFICIENCIA - Economizadores. - Calentadores de aire. - Retardadores. g) ACCESORIOS DE CONTROL DE GRADO DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR - Sobrecalentadores. + Integrales. + De fuego separado. - Desobrecalentadores o saturadores.

4 GENERADORES DE VAPOR

h) ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMATICO - Control de presión o presostato. - Control de temperatura o termostato. - Control de bajo nivel de agua. - Control de aire. - Control de la llama. - Control de encendido

2.

2.1.

ACCESORIOS DE OBSERVACION INDICADORES DE AGUA a) Tubo de nivel Consiste en dos tubos, generalmente de bronce, uno conectado a la cámara de vapor y el otro a la cámara de agua de la caldera; ambos unidos exteriormente por un tubo de vidrio que en virtud del principio de los vasos comunicantes, indica el nivel de agua que hay en el interior de la caldera. El tubo de vidrio va empaquetado en sus extremos por medio de prensas estopas con sus respectivas gomas y golillas. Disposiciones oficiales que rigen en nuestro país exigen el uso de dos indicadores de nivel de agua para toda caldera, uno de los cuales debe ser siempre de observación directa (del tipo de tubo de vidrio), pudiendo ser el otro formado por una serie de tres grifos o llaves de prueba. UBICACION: Debe instalarse en la parte más visible para el operador de la caldera. Cuando el tubo se encuentra a una altura que dificulte su observación (más de tres metros de altura sobre el suelo) se le dará una inclinación hacia adelante para facilitar su observación. INSTALACION: La conexión inferior con la caldera debe ser siempre de tal manera que la tuerca de la prensa estopa quede al nivel mínimo del agua. Con esta disposición, el nivel mínimo admisible de agua en la caldera estará a lo largo del tubo de vidrio, el cual debe marcarse claramente en forma indeleble. Las empaquetaduras tienen que ajustarse definitivamente cuando la caldera está con vapor, operación que debe realizarse con mucho cuidado para no quebrar el tubo de vidrio y sufrir accidentes y/o lesiones por quemaduras. Se recomienda que se aísle el tubo para ejecutar esta operación, ya que dispone de válvulas para este efecto.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 5

Cuando la caldera se encuentra trabajando normalmente en el tubo de nivel deben permanecer abiertas las válvulas que lo comunican con la cámara de vapor y con la cámara de agua, y cerrar la válvula que comunique al tubo con la atmósfera (lo llamaremos llave de desagüe). Para la buena mantención de este tubo de nivel, se recomienda hacerle descargas y pruebas diariamente por todas sus llaves. Así se evitarán indicaciones falsas de nivel de agua. Con el propósito de facilitar la visibilidad de agua, puede pintarse una raya roja delgada en su parte posterior y todos los tubos deben ser provistos de defensas contra posibles roturas del tubo de vidrio. PRUEBAS DEL TUBO DE VIDRIO PRUEBA DE AGUA: Se cierra la válvula que comunica con la cámara de vapor (A en la figura Nº 1) manteniendo abierta la que comunica con la cámara de agua (B en la figura). El agua debe llenar el tubo de vidrio. Abriendo la llave de desagüe (C en la figura) se vacía el tubo y continua saliendo agua por la unión inferior del tubo de nivel. PRUEBA DE VAPOR: Se cierra la llave que comunica el tubo con la cámara de agua (B en la figura) manteniendo abierta la unión superior (A en la figura). Si se abre la válvula de desagüe el vapor debe escapar con toda velocidad por el tubo de vidrio.

TUBO DE NIVEL

A

NIVEL: A 1/3 DE LA ALTURA DEL TUBO

En el sistema indicador del nivel de agua, de observación directa, se pueden presentar algunas fallas que se indican a continuación.

3 CMS. SOBRE TUBOS SUPERIORES

B C Figura 1

6 GENERADORES DE VAPOR

A, B, C, VALVULAS DE CONEXION

COMUNICACION CON LAS CAMARAS DE AGUA Y VAPOR, TAPADAS Cuando la caldera está con agua, ya sea en servicio o detenida, y al abrir la llave de desagüe no sale agua ni vapor es una demostración práctica de que se ha acumulado sedimiento o hay obstrucciones de los conductos por otras razones. REPARACION: Se cierran las llaves que comunican con ambas cámaras y se destapan los conductos, sacando las tuercas que para este objeto tiene cada conexión al frente de ellas. Después se prueba su funcionamiento con agua y con vapor separadamente. Cabe hacer presente que cualquier reparación que se realice en el tubo de nivel, debe hacerse con la caldera detenida (fría). Cualquiera de las dos comunicaciones que se obstruya, el tubo indicará un nivel falso siendo mucho más peligroso que se tape la conexión con la cámara de vapor, ya que el tubo se llenaría de agua, existiendo un nivel inferior dentro de la caldera por el desequilibrio de presiones que se produce dentro del tubo de vidrio, lo que podría producir incluso recalentamiento de la caldera. FUGA POR LAS EMPAQUETADURAS Al producirse filtraciones de agua o vapor por las empaquetaduras, se debe proceder de inmediato a su reparación para evitar quebraduras del tubo o daños al personal. DESGASTE DE TUBOS El tubo de vidrio se gasta por las condiciones naturales de su uso; por esta razón en las inspecciones debe tenerse especial cuidado en su observación. Al notarse cualquier principio de desgaste debe procederse a su cambio, porque en este estado se vuelve muy quebradizo. Es importante que el tubo ajuste en forma perfecta, sin sobreesfuerzo; además se debe evitar corrientes bruscas de aire para prevenir rupturas de tubos, especialmente cuando su verticalidad no es absoluta quedando sometido a esfuerzos diferentes en sus conexiones con las prensas estopas.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 7

b) GRIFOS DE PRUEBA Consisten en tres llaves colocadas a diferentes alturas. La primera debe estar colocada a un nivel superior al máximo admisible de agua, es decir en la cámara de vapor, y por ella debe salir siempre vapor al abrirla. La segunda debe estar ubicada al nivel normal de trabajo de la caldera (dentro de la cámara de alimentación) y por ella debe salir una mezcla de agua y de vapor. La tercera debe ir ubicada a una altura que corresponda al nivel mínimo permitido y por ella debe salir sólo agua. Para estar seguro, si sale agua o vapor por estos grifos, bastará con dirigir el chorro de fluido contra un obstáculo que puede ser madera o cartón; así se facilita enormemente su detección.

LLAVES DE PRUEBA

Figura 2

8 GENERADORES DE VAPOR

Los grifos de prueba deben encontrarse siempre en buenas condiciones de uso, ya que su objetivo es reemplazar al tubo de observación directa cuando éste se quiebra o se le producen fallas de otra naturaleza. Estas válvulas deben ser probadas a lo menos una vez en cada turno; además estas válvulas serán del tipo cono y estarán construidas de tal forma que su mango indique inequívocamente, la posición de abierta, esto es, paralelo al tubo. Por último, conviene destacar que las llaves de prueba, en general, están ubicadas a diferentes alturas comprendidas dentro de la longitud visible del tubo de vidrio.

2.2.

INDICADORES DE PRESION a) MANOMETROS El manómetro es un instrumento indispensable y ningún generador de vapor puede trabajar sin él. Está destinado en forma clara y precisa la “presión efectiva” del vapor, en Kg/cm2 o Lb/Pulg2, que existe en el interior de la caldera.

MANOMETRO

40 30

50

PRESION MAXIMA DE TRABAJO MARCADA CON LINEA INDELEBLE EN EL TERCIO CENTRAL DE LA ESFERA 60

MANOMETRO

70

20

80 90

10 0

KG 2 CM

ESFERA DE DIAMETRO IGUAL O SUPERIOR A 100 MM.

100

CAPACIDAD MINIMA DE 1,5 VECES LA PRESION MAXIMA DE TRABAJO

LLAVE DE PASO PARA RECAMBIO

CONEXION A LA CALDERA

Figura 3 SELLO DE AGUA

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 9

El manómetro deberá conectarse a la cámara de vapor de la caldera mediante una cañería que forme una curva “S”, de modo que sobre él obre agua y no vapor. El objetivo de la curva es evitar que llegue vapor vivo al interior del mecanismo, para que no se deforme o dilate con el calor y se pierda su exactitud. En esta curva se acumula condensado lo cual forma un sello de agua que siempre actuará sobre el instrumento. El manómetro más sencillo consiste en un tubo elíptico curvado cerrado en el extremo, que al moverse hace girar un sector dentado que engrana con un pequeño piñón. En el mismo eje de este piñon va montada el agua que se desplaza sobre una esfera graduada. La presión del vapor, agua o cualquier fluido tiende a enderezar el tubo, puesto que, por estar uniformemente distribuida en su interior, ejercerá mayor fuerza sobre las paredes externas, de mayor superficie que las internas. Cuando la presión disminuye a cero la elasticidad del tubo hace que vuelva a su forma primitiva, con lo cual la aguja indicadora de presión vuelve al principio de graduación de la esfera. Es importante anotar que en un manómetro la aguja, generalmente, empieza a moverse cuando ya existen 4 o 5 PSI de presión y todo dependerá de la sensibilidad del instrumento. Cuando una caldera tiene un consumo irregular de vapor la aguja del manómetro mantiene pequeñas oscilaciones de avance y retroceso, lo que es enteramente normal. Conviene tener presente para el buen funcionamiento de un manómetro las siguientes recomendaciones: - La ubicación será tal que impida el calentamiento del manómetro a más de 50 0C. - Siempre debe estar marcado con rojo, en la esfera, el punto exacto de la presión máxima autorizada. - Deberá tener una capacidad para indicar, a lo menos, una y media vez la presión autorizada de trabajo. (Casos de prueba hidráulica de la caldera). - Entre el manómetro y la caldera deberá colocarse una llave de paso que facilite el cambio del instrumento. Esta llave debe permanecer siempre completamente abierta para evitar falsas indicaciones de presión. - La cañería curva debe revisarse periódicamente para evitar acumulación de sedimento que puede impedir el libre paso del vapor. - Se evitarán filtraciones en la línea de conexión del manómetro para suprimir indicaciones falsas.

10 GENERADORES DE VAPOR

MANOMETRO ASHCROFT BOURDON TUBO EJE DE LA AGUJA

MUELLE

ESFERA

CREMALLERA Y PIÑON

300 200 100 0

1000

AJUSTE

Figura 4

- El diámetro del manómetro debe estar en relación con el tamaño de la caldera, no pudiendo ser inferior su esfera a 10 cm. de diámetro. - Periódicamente debe controlarse el funcionamiento del manómetro y regularse si es necesario. Para tal fin, se deberá contemplar una conexión conveniente donde instalar un manómetro patrón.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 11

CONJUNTO DEL MANOMETRO Y SUS ACCESORIOS Y UNIONES MANOMETRO DE VAPOR

TEE DE 1/4" NIPLE DE 1/4"

VALVULA ABRE- CIERRE DE 1/4" VALVULA DE INSPECCION

NIPLE DE 1/4" X 2"

NIPLE DE 1/4" FITTING DE 1/4" EXTERIOR A 1/4" INTERIOR

TEE DE 1/4" SIFON TORNILLO DE 1/4" DE CAÑERIA, DESDE EL CONTROL DE VAPOR HASTA ESTE FITTING

ATORNILLAR EN LA PARTE SUPERIOR DE LA CALDERA Y EN EL CENTRO DE LA PARTE FRONTAL

Figura 5 - No se debe mantener en servicio un manómetro cuando presente algunos de los siguientes defectos: - Sin vidrio o vidrio quebrado. - Con los números de su esfera borrados. - Que marque presión cuando la caldera está fuera de servicio. - Cuando la llave de conexión no abra bien. - Si su cañería de conexión no forma sello de agua.

12 GENERADORES DE VAPOR

b) ALTIMETRO En calderas de calefacción por agua caliente se utiliza el instrumento denominado “altímetro” que indica directamente la presión en metros de columna de agua (m.c.a.). A diferencia del manómetro que indica la presión efectiva que existe en el interior de la caldera, el altímetro mide la presión estática que ejerce el agua del sistema de calefacción, vale decir, es similar a un medidor de nivel de agua que hay en el sistema, entre la caldera (punto mínimo) y el estanque de expansión ubicado en el punto más alto del sistema. El funcionamiento del altímetro es similar al de un manómetro, pudiendo usarse indistintamente uno u otro, con la salvedad de que al usarse un altímetro en lugar de un manómetro, éste deberá respetar las recomendaciones antes indicadas. La equivalencia de las unidades es de 1 Kg/cm2, que corresponde a 10 m.c.a.

2.3.

ANALIZADORES DE GASES DE LA COMBUSTION Son aparatos destinados a controlar la combustión dentro del hogar mediante el análisis de los gases que salen por la chimenea. En el proceso de combustión se desprenden ciertos gases como oxígeno, anhídrido carbónico y monóxido de carbono. Estos gases se analizan al salir por la chimenea determinando el porcentaje de cada uno de ellos. Al quemar eficientemente cualquier combustible, el porcentaje de anhídrido carbónico debe ser alto, llegando a valores cercano al 16% (depende del combustible). El monóxido de carbono debe ser CERO. El oxígeno no debe sobrepasar el 7%. El más importante de estos instrumentos es el “aparato de O R S AT ” q u e m i d e l o s porcentajes volumétricos de los tres gases mencionados.

APARATO ORSAT BOTELLA DE NIVELACION GRIFO DE TRES VIAS

CAMISA DE AGUA

C B A

BURETA DE MEDICION

CONEXION AL TUBO DE TOMA DE MUESTRA

A, B, C, PIPETAS ABSORBEDORAS DE C O2 , O2 Y CO

Figura 6

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 13

ANALIZADOR DE MONOXIDO DE CARBONO (CO) GASES DE ESCAPE

UNIDAD RECEPTORA

PROCESADOR ELECTRONICO

EMISOR INFRARROJO

Figura 7

2.4.

INDICADORES DE TEMPERATURA a) TERMOMETROS Son instrumentos destinados a medir la temperatura del agua de alimentación del vapor, de los gases de la combustión del petróleo, del hogar u otras. Se usa para medir temperaturas de hasta unos 500ºC. El termómetro más común es el de mercurio, ya que éste se expande y contrae considerablemente con los cambios de temperatura, sin llegar a congelarse ni a evaporarse. Se puede usar a distancia, usando un tubo capilar flexible conectado a un termómetro tipo reloj ubicado en el tablero de operaciones.

b) PIROMETROS Estos instrumentos se usan para medir temperaturas más altas (sobre los 500 ºC). Generalmente son del tipo coplas térmicas (termocuplas) que consisten en dos metales diferentes unidos y en contacto cerrado, los que son conectados por conductos eléctricos a un galvanómetro. La diferencia de voltaje que se produce al calentar dos metales diferentes se indica en un dial en grados Celsius o grados Fahrenheit.

14 GENERADORES DE VAPOR

3.

ACCESORIOS DE SEGURIDAD

3.1.

VALVULAS DE SEGURIDAD Todas las calderas deben disponer de una o más válvulas de seguridad, cuya finalidad es dar salida (evacuar) al vapor de la caldera cuando se sobrepasa la presión normal de trabajo autorizada, con lo cual se evitará presiones excesivas en los generadores de vapor. La válvula de seguridad debe ser capaz de evacuar todo el vapor que produce la caldera, aún sin haber otro consumo antes que la presión sobrepase un 10% la presión de trabajo máxima autorizada. La válvula de seguridad debe regularse a un 6% sobre la presión máxima autorizada. Deben ir conectadas directamente a la cámara de vapor de la caldera, independiente de toda otra conexión o toma de vapor y sin interposición de ninguna válvula y obstrucción.

a) VALVULA DE SEGURIDAD DE PALANCA Y CONTRAPESO El cierre de la válvula se produce mediante un contrapeso colocado sobre un brazo de palanca que la presiona. En este tipo de válvulas deberá utilizarse un contrapeso de una sola pieza y la palanca no debe cargarse con pesos adicionales ni amarrarse para evitar su funcionamiento. Debe probarse todos los días, levantando manualmente el contrapeso para estar seguro de su normal funcionamiento. La regulación se consigue alejando o acercando el contrapeso de la válvula.

b)VALVULAS CARGADAS CON PESO DIRECTO En estas válvulas la presión exterior sobre la válvula se consigue colocando discos metálicos sobre ella, y la regulación se obtiene agregando o colocando discos con sus respectivas guías (orificios para alojarlos en los vástagos de las válvulas).

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 15

En caso de tener que elegir válvulas de seguridad, se recomienda que se prefieran del tipo de “resorte de disparo” con el asiento a una inclinación de 45º a 90º, con respecto a la línea central del vástago.

c) VALVULAS DE SEGURIDAD DE RESORTE El esfuerzo que mantiene cerrada la válvula se consigue mediante un resorte calibrado, cuya tensión está en proporción al rango de la presión de trabajo de la caldera. Puede regularse disminuyendo o aumentando la tensión del resorte con el mecanismo de graduación que toda válvula de seguridad de este tipo tiene para este objeto. Las válvulas de este tipo deben tener un dispositivo que permita abrirlas, a fin de despegarlas de su asiento, operación que debe realizarse todos los días en forma manual por el operador de la caldera. CARCASA DE PROTECCION TORNILLO DE AJUSTE DE LA TENSION DEL RESORTE PALANCA DE PRUEBA

Figura 8

16 GENERADORES DE VAPOR

TAPON FUSIBLE Consiste en un tapón de bronce, con hilo para ser atornillado al hogar, y tiene un orificio cónico en el centro, el cual se rellena con una aleación metálica (plomo-estaño), cuyo punto de fusión debe ser de 250 0C como máximo. Estos tapones van instalados en el cielo de aquellas calderas de hogar interior (locomóviles, Lancaster, vertical de tubos Galloway, etc.). El objeto de este elemento de seguridad es que cuando el nivel del agua baja más allá del límite inferior admisible, quedando el techo del hogar sin agua, se funde la aleación dejando caer agua con vapor sobre el fuego apagándolo, a la vez que sirve de alarma al operador, evitando así mayores perjuicios a la caldera. Estos accesorios pueden atornillarse desde dentro de la caldera hacia afuera o viceversa (de afuera para dentro). Todo dependerá del tipo de fusible. Los tapones deben ser sometidos a inspecciones periódicas con el objeto de verificar que su funcionamiento sea correcto en cualquier momento. Nunca deben reemplazar los tapones fusibles por pernos o soldar el orificio donde éstos van alojados.

TAPONES FUSIBLES TAPON DEL LADO DEL AGUA

TAPON DEL LADO DEL FUEGO

METAL FUSIBLE

3.2.

TAPON DEL LADO DEL FUEGO

LADO DEL AGUA

CAJA

LADO DEL FUEGO

Figura 9

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 17

Los tapones fusibles deben ser reemplazados cada vez que se observen alguno de los siguientes defectos: a) Aleación suelta (filtrará por su interior). b) Aleación recalentada (la aleación plomo-estaño aparece hundida por el interior de la caldera. c) Filtraciones por hilo. Puede estar suelto, mal colocado o tiene el hilo rodado. d) Plomo-estaño corrido. Se fundió por falta de agua. e) Tapón de bronce quebrado. Es necesario hacer presente que si la aleación aparece ligeramente corrida por el lado del fogón puede ser normal y se debe exclusivamente a su uso. En las inspecciones que se les hagan a estos accesorios por el interior de la caldera se tendrá especial cuidado en verificar que no se encuentran cubierto de sales. Cuando esto sucede y se funde la aleación, el orificio del tapón siempre queda tapado, ya que las sales (incrustaciones) impiden la salida del vapor o agua. No todas las calderas llevan tapones fusibles, pues en algunos tipos (de pequeño volumen de agua) no se justifica su instalación.

3.3.

ALARMAS Algunos generadores de vapor llevan unos accesorios de seguridad llamados silbatos de alarma que funcionan cuando el nivel de agua en el interior de la caldera ha descendido más allá de lo normal. Consiste en un tubo metálico con el extremo inferior abierto y sumergido en el interior de la caldera hasta el nivel mínimo admisible. El extremo superior lleva un silbato con su entrada obstruido por un fusible de unos 100 0C, rodeado de un tubo espiral expuesto al enfriamiento exterior. Mientras el agua cubre la entrada inferior del tubo, la presión del vapor lo mantendrá lleno de agua. Cuando el nivel de agua en el interior de la caldera desciende más abajo del mínimo admisible queda descubierto el extremo inferior del tubo, cae el agua rápidamente al fusible, lo que ocasiona la fusión de él, dejando pasar vapor al silbato y produciendo la consiguiente alarma.

18 GENERADORES DE VAPOR

MAXIMO NIVEL DE AGUA MINIMO

Figura 10

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 19

4.

ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE AGUA Los accesorios de alimentación de agua tienen por objeto reponer el líquido que se ha vaporizado en el interior de la caldera. Requisitos que deben cumplir: a) Cada caldera dispondrá de dos o más medios de alimentación. En el caso de calderas con combustible sólido, uno de los medios de alimentación será independiente de la energía eléctrica. b) Cada dispositivo de alimentación debe ser capaz de inyectar 1,6 veces la cantidad máxima de agua vaporizada por la caldera. c) La presión que debe producir cada elemento alimentador debe ser, por lo menos, 1,25 veces la presión máxima de trabajo del generador de vapor, aumentada en el porcentaje que corresponda a posibles pérdidas de carga ocasionadas por cañerías. d) Siempre deben estar en buenas condiciones de servicio. e) La cañería de alimentación estará provista de una válvula de retención cerca de la caldera y de una válvula de cierre manual ubicada entre la caldera y la válvula de retención.

4.1.

BOMBAS DE ALIMENTACION Las bombas de alimentación de agua para calderas se pueden clasificar: a) Bombas de émbolo, con uno o varios cilindros. b) Bombas centrífugas, con uno o varios escalonamientos (impulsiones).

a) BOMBAS DE EMBOLO Las bombas de émbolo funcionan ejerciendo directamente la presión sobre el líquido bombeado. La entrada y salida del agua de la bomba está controlada por válvulas que se abren y cierran intermitentemente. Pueden ser accionadas por motores eléctricos y un mecanismo de biela, corredera y cruceta, o por una pequeña máquina a vapor. Para escasa potencia pueden ser manuales.

20 GENERADORES DE VAPOR

Una bomba de émbolo sencilla consiste en un cilindro dentro del cual se desplaza un émbolo o pistón, alternativamente. Son generalmente de simple efecto; esto es succionan (aspiran) e impulsan sólo por una cara del émbolo. Estas bombas también son conocidas con el nombre de “aspirantes-impelentes”. Si la bomba lo constituye sólo un cilindro se llama simple y si tiene dos se llama duplex. Las bombas duplex, conocidas en la práctica como “caballitos de vapor”, tienen dos cilindros de vapor y dos de agua con sus respectivos émbolos. Los cilindros de vapor van instalados uno al lado de otro. Igual ubicación llevan los cilindros de agua, es decir, son también contiguos entre sí, situados en el otro extremo de la máquina de vapor que los acciona. Todas las bombas de este tipo son de doble efecto, es decir, los émbolos aspiran y descargan con ambos extremos (ambas caras). El sistema bomba máquina vapor forma un solo cuerpo y es fácilmente transportable. El vapor consumido por estas bombas generalmente se pierde, lo que se traduce en pérdidas de calor y menoscabo del rendimiento de la caldera.

b) BOMBAS CENTRIFUGAS Las bombas centrífugas ejercen la presión sobre el líquido por rotación de un impulsor alojado dentro de una carcasa. En estas bombas la entrada y salida del agua son continuas, sin válvulas y sin dispositivos de control en la unidad misma.

BOMBA DUPLEX CILINDRO DE VAPOR VALVULAS DE CORREDERA

FIGURA A: PLANTA Y CORTE EN ALZADO DE UNA BOMBA MOVIDA A VAPOR DE DOBLE EFECTO DUPLEX.

VALVULAS DE DESCARGA

CILINDRO DE VAPOR

VALVULAS DE ASPIRACION

CILINDRO DE VAPOR CILINDRO DE AGUA EXTREMO VAPOR

EXTREMO AGUA

Figura A

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 21

BOMBA CENTRIFUGA

DESCARGA DEL LIQUIDO

FIGURA B: BOMBA CENTRIFUGA EN ESPIRAL, CON ASPIRACION SIMPLE Y CON UN SOLO RODETE.

RODETE IMPULSOR

PASO ENTRE LOS ALABES DEL RODETE

CARCASA EN ESPIRAL

ENTRADA DE LIQUIDO

CARCASA EN ESPIRAL

Figura B Las bombas centrífugas pueden ser accionadas por turbinas de vapor, por correas de transmisión, por motores de combustión interna o acoplados directamente sobre el eje de un motor eléctrico, mediante un acoplamiento flexible. En estas bombas el agua entra al elemento impulsor (difusor) rotatorio, turbina o mariposa por su centro, fluyendo radialmente hacia afuera y abandonando el rodete con gran velocidad. En la carcasa y tuberías, esta velocidad se transforma en energía de presión capaz de vencer la resistencia interna de la caldera. La capacidad de una bomba se expresa generalmente por la cantidad de agua que puede descargar cada cierto tiempo. Así por ejemplo: 2 Ltrs/Seg., 120 Ltrs./Min., etc. Las bombas centrífugas proporcionan un caudal continuo y se utilizan ventajosamente para servicios de grandes presiones relativas, empleando unidades de varios rodetes impulsores, los que se conocen también como bombas de escalonamiento múltiples. Tienen costo más pequeño de instalación, mantención y de funcionamiento que las de émbolo.

22 GENERADORES DE VAPOR

4.2.

INYECTORES DE AGUA Los inyectores funcionan con el mismo vapor de la caldera y son capaces de descargar agua contra una presión relativa de 2 a 4 Kg/cm2 mayor que la del vapor que los alimenta. El vapor que lleva el vapor es devuelto a la caldera por el calentamiento del agua de alimentación, en el interior del inyector. Al entrar el vapor en el dispositivo adquiere una gran velocidad en la primera tobera (cono) debido a su presión y comunica una cierta cantidad de energía al agua que llega de la cañería de alimentación. Esta acción obliga a pasar el agua a lo largo de la tobera de aspiración, de la tobera de descarga y de la cañería de salida. Este mismo efecto hace posible que se levante la válvula de retención de descarga del aparato y se venza la presión interna de la caldera.

INYECTOR DE AGUA VAPOR

TOBERA CAMARA DE AGUA

AGUA

TUBO DE MEZCLA

VALVULA

El agua de alimentación penetra al inyector por la cañería de alimentación debido que al pasar el vapor se produce un vacío parcial al entrar la tobera de aspiración y la presión atmosférica empuja el agua hacia el interior del inyector.

CAMARA DE MEZCLAS TUBO DE DESCARGA

AGUA A ALTA PRESION HACIA LA CALDERA

Figura 11

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 23

La presión mínima necesaria para que un inyector funcione es de 35 PSI, aprox. 2.4 Kgs/cm2, aunque a veces se ofrecen aparatos que se garantizan para trabajar con presiones inferiores. En la práctica no siempre han dado buenos resultados. Un inyector trabaja mejor mientras mayor sea la presión del vapor de la caldera y el agua de alimentación lo más fría posible. Los inyectores llamados automáticos no tienen válvula de aguja; se accionan directamente con la válvula manual que permite el paso de vapor al dispositivo. En este tipo de inyector, las toberas (conocidas prácticamente con el nombre de corneta) son cambiables cuando la sección de los conos acusa mucho desgaste. Las toberas no tienen regulación y sólo se calibran al fabricarlas. En el rebalse, lleva una válvula que impide la entrada de aire al inyector.

4.3.

ALIMENTACION POR CALDERETE O BOTELLA Algunas calderas de muy pequeña potencia tienen un sistema de alimentación de agua que se denomina caldereta o botella y que consiste en un recipiente que debe tener la misma resistencia mecánica que la caldera. Va ubicada a un nivel más alto que la caldera. Tienen sus cámaras superiores e inferiores comunicadas entre sí. La botella, además tiene comunicación con la atmósfera y una conexión por la cual puede llenarse de agua fría mediante un embudo. Para alimentar la caldera, se igualan las presiones, abriendo la válvula que permite el paso de vapor desde la caldera a la botella, después se abre la válvula de paso de agua desde la caldereta a la caldera y ésta caerá por su propio peso. Este sistema se designa como “alimentación por gravedad”. Desde luego, se entiende que la válvula atmosférica y demás comunicaciones con el exterior deben estar también cerradas. Ningún sistema de alimentación de agua para calderas puede estar conectado directamente a la red de agua potable.

24

GENERADORES DE VAPOR

AGUA DE ALIMENTACION VAPOR

Figura 12

5.

ACCESORIOS DE LIMPIEZA Como su nombre lo indica, sirven para efectuar ya sea limpieza interior de la caldera o exterior, por lado de los conductos de humos.

5.1.

PUERTAS DE INSPECCION Se conocen como puertas de visita y tapas de registro. Van instaladas en la misma caldera y sirven para efectuar limpiezas e inspecciones interiores de los colectores principales o de los tubos según sea su ubicación. Existen también puertas de visita que permiten efectuar la limpieza a los conductos de humos. Muchas veces estas puertas se acondicionan con contra/pesos o resortes calculados para que se abran a un exceso de presión y permitan la salida de los gases al producirse una mezcla explosiva en la cámara de combustión. Las puertas que cumplen con este objeto se llaman “puertas de explosión”.

5.2.

LLAVES DE PURGA Se conocen como llaves de purga o de extracción de fondo y van ubicadas en la parte más baja de la caldera. Sirven para extraer los lodos o barros provenientes de la evaporación de “aguas duras” y acción del uso de “desincrustantes”. También se utilizan para vaciar las calderas. Estas llaves deben abrirse totalmente y dejar libre toda la sección de la cañería o descarga. No se deben usar válvulas de compuerta ni de globo. Algunas calderas tienen también a la altura del nivel de agua, dentro de la cámara de alimentación, una llave llamada de extracción de superficie para botar algunas impurezas livianas. Algunas calderas modernas traen además un sistema de purga continua, por intermedio de un tubo pequeño, para ir sacando las impurezas a medida que precipitan. De vez en cuando deben abrirse las válvulas grandes de extracción de fondo para sacar completamente los lodos acumulados. Las extracciones de fondo pueden hacerse a cualquier presión que tenga la caldera y el método que se utilice dependerá de cada instalación en particular. Lo mismo sucede con respecto a las frecuencias de las purgas. La descarga de los tubos de purga estará dispuesta en tal forma que no presente peligro de accidentes para el personal y sólo podrá vaciarse al alcantarillado a través de un estanque intermedio de retención o de purgas.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 25

5.3.

SOPLADORES DE HOLLIN Así como la inscrustación se deposita sobre la superficie de la caldera bañada con agua, el hollín se acumula sobre la cara expuesta a los gases de la combustión. Como el hollín tiene alto poder aislante del calor, se hace necesario evitar que se adhiera a las paredes de la caldera, lo que se consigue limpiándolas con lanzas de vapor movidas a manos, con sopladores de hollín con chorro de vapor o con buen cepillo de acero. Los sopladores de hollín están instalados permanentemente en la caldera y distribuidos de tal manera que todas las partes expuestas a la acumulación de hollín puedan limpiarse con chorros de vapor. Los mecanismos de sopladores pueden girar para dirigir el vapor. Como medio automático de soplado de hollín se emplea el aire comprimido. En algunas instalaciones, las altas temperaturas de determinadas zonas de los conductos de humo exigen que se retiren los sopladores de hollín, cuando no se utilizan, para evitar su fusión. Los limpiatubos mecánicos pueden ser de tipo “vibratorio”, que desprenden la incrustación por medio de golpes rápidos y que son aplicables a las calderas acuotubulares y a las igneotubulares o de tipo “fresa rotatoria”. Arrancan la incrustación por medio de una herramienta cortante. Este tipo de limpiatubos sólo se emplea en calderas de tubos de agua. Los atizadores, rastrillos, escareadores, barrotes y escobillas limpiatubos completan los accesorios de limpieza.

6.

ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE Estos accesorios se estudiarán en el tema “Combustión”

26 GENERADORES DE VAPOR

7. 7.1.

ACCESORIOS DE AUMENTO DE EFICIENCIA ECONOMIZADORES En algunas instalaciones de calderas para aprovechar el exceso de calor que llevan los humos y gases antes de salir por la chimenea, se les dota de economizadores. En estos se precalienta el agua de alimentación. Están formados por un haz de tubos por el interior del cual circula agua y por el exterior los gases de la combustión antes de salir por la chimenea. Las principales ventajas que se obtienen con el uso de economizadores son: - Se amortiguan las grandes variaciones de temperatura en las planchas y tubos de la caldera, con lo que se consigue más estabilidad de la presión. - Se aprovecha el calor, que de otro modo se perdería al ser llevado directamente a la chimenea. - Se purifica en parte el agua de alimentación, ya que al calentarse en el economizador parte de las impurezas quedan en él. - El rendimiento general del sistema de combustión aumenta al aprovechar mejor el calor. - Economía de combustible.

7.2.

CALENTADORES DE AIRE (PRECALENTADORES) Son accesorios que tienen por objeto calentar el aire que se envía al hogar para la combustión, aprovechando parte del calor que contienen los gases calientes antes de salir por la chimenea. Las ventajas que pueden mencionarse utilizando aire precalentado son: - Conservación de calor por cuanto al llegar aire caliente no se desperdicia energía en calentarlo en el hogar. - Se mejora considerablemente la combustión. - Aumenta el rendimiento del sistema de combustión. - Aumenta el rendimiento del sistema de combustión de la caldera.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 27

7.3.

RETARDADORES Consisten en una plancha lisa, del mismo ancho que el diámetro interior del tubo y torcida en forma de hélice, la que se mete en el tubo. Los gases calientes tienen ahora que recorrer un camino mayor, siendo más lento el paso de ellos por el interior de los tubos y entregando mayor cantidad de calor. La eficiencia de la caldera aumenta entre un 2% y 8% con el uso de retardadores.

8. 8.1.

ACCESORIOS DE CONTROL DEL GRADO DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR SOBRECALENTADORES El vapor saturado se puede convertir en vapor sobrecalentado si lo separamos de la caldera y le suministramos calor manteniéndole su presión. El vapor sobrecalentado no tiene humedad y su uso en turbinas y ciertos tipos de máquinas trae muchos beneficios. El sobrecalentador se instala de tal manera que aprovecha los gases calientes de la combustión. Consta de un haz de tubos por cuyo interior circula el vapor mientras que los gases calientes pasan por el exterior. Los hay de dos tipos: - Integral - De fuegos separados

8.2.

DESOBRECALENTADORES O SATURADORES En muchos procesos se requiere vapor saturado. Si la planta está entregando vapor sobrecalentado es necesario transformarlo, para lo cual se usan los saturadores. Estos consisten en un tubo en forma de serpentín sumergido en la cámara de agua de la caldera. Entregan así el calor al agua y dejan el vapor a la temperatura de saturación.

28 GENERADORES DE VAPOR

9.

ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMATICO Hasta hace pocos años, sólo en las grandes calderas se justificaba la instalación de sistemas de control automáticos. Actualmente los elevados precios de los combustibles hacen necesario incrementar la eficiencia de las calderas de todas las capacidades, con el objeto de minimizar sus costos de operación y contribuir a la labor del operador. “En ningún caso los accesorios de control automáticos reemplazan al operador de caldera. Tampoco pueden considerarse como accesorios de seguridad, ya que no lo son”. Estos controles automáticos deben ser revisados periódicamente por personal especializado, para obtener de ellos un correcto funcionamiento. Debe recordarse que su operación es sensible y complicada, susceptible de fallas imprevistas. En general, estos elementos funcionan a base de la dilatación de un metal o aleación de metales, por efecto del calor o la presión a base de la luz o al nivel del agua. En general, hace que se conecte o desconecte un circuito eléctrico, controlando automáticamente (sin la intervención del operador de la caldera) ya sea la presión, la temperatura o cualquier otra variable. Algunos de los controles automáticos más comúnmente usados por los equipos generadores de vapor son: - Control de presión o presostatos. - Control de temperatura o termostatos. - Control de aire. - Control de la llama. - Control de encendido (chispa o piloto).

9.1.

CONTROL DE PRESION O PRESOSTATOS Son accesorios que funcionan sobre la base de la máxima y mínima presión de trabajo del vapor de la caldera. Enciende, detiene y regula el sistema de combustión (suministro de aire y combustible), manteniendo la “presión” del vapor en los límites establecidos. Se conocen dos tipos básicos de control. - INTERMITENTES Mantienen la presión del vapor (en la caldera) en un estrecho límite, abriendo o cerrando el circuito del quemador. Se usan en calderas de bajas o medias capacidades (menores a 10.000 Kg. vapor/Hr.).

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 29

- CONTINUOS Miden la presión del vapor y actúan sobre la válvula de entrada de aire. En calderas de gran capacidad (mayores a 25.000 Kg. vapor/Hr.) se introducen también analizadores de gases y detectores de la presión del hogar que optimizan la regulación.

CONTROLADOR DE PRESION ESCALA DIFERENCIAL

INTERRUPTOR DE MERCURIO

ESCALA PRINCIPAL

NIVELADOR

Figura 13

INSTALACION DE CONTROLADOR CONTROLADOR MANOMETRO

TEE

CORRECTO

INCORRECTO

BOILER BOILER Figura 14

30 GENERADORES DE VAPOR

9.2.

CONTROL DE TEMPERATURA O TERMOSTATOS Son accesorios que funcionan de acuerdo a la temperatura del agua, vapor o gases de la combustión. Se utiliza sólo en calderas que producen vapor sobrecalentado. Consiste en mantener la temperatura del vapor en un valor o rango establecido previamente. La regulación de la temperatura se puede realizar de las siguientes formas: a) CON SOBRECALENTADOR SEPARADO DE LA CALDERA Se actúa sobre el quemador del sobrecalentador. Es de tipo intermitente. Se usa conectado a calderas pirotubulares. b) MODIFICACION DE LAS CONDICIONES DE COMBUSTION Se actúa sobre el exceso de aire y la dirección de la llama en el hogar. c) RECIRCULACION Y DESVIACION DE LOS GASES DE LA COMBUSTION El flujo de gases o parte de él no se hace circular a través de los tubos del sobrecalentador. La desviación se realiza con templadores. d) SOPLADORES DE HOLLIN Consiste en limpiar los tubos en las zonas donde se desea transmitir más calor. e) D E S O B R E C A L E N TA D O R E S O AT E M P E R A D O R E S Consiste en regular la temperatura del vapor mediante la inyección de agua a menor temperatura.

SISTEMA DE FLOTADOR (CONTROL INTERMITENTE) INSTALACION

Figura 15

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 31

9.3.

CONTROL DE NIVEL DE AGUA El principal objetivo de este sistema es “mantener el nivel del agua” en el domo (calderas acuotubulares) o en la caldera misma (pirotubulares), en un valor constante bajo todas las condiciones de consumo de vapor. IMPORTANCIA DEL NIVEL: - Si disminuye: afecta la circulación del agua, reduce la efectividad del tratamiento químico y puede desproteger los tubos en una caldera pirotubular. - Si aumenta: se reduce el área superficial y el volumen de la cámara de vapor y puede entrar agua al sistema de distribución de vapor por arrastre. FUNCIONES ESPECIFICAS DEL CONTROL DE NIVEL - Mantener la interfase vapor-agua al nivel especificado. - Proporcionar el agua de alimentación en las cantidades requeridas. TIPOS DE SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL Dependiendo de la capacidad de la caldera y de las variaciones en el consumo de vapor, se utilizan los siguientes sistemas: a) De un elemento: mide el nivel del agua b) De dos elementos: mide el nivel de agua y flujo de vapor. c) De tres elementos: mide el nivel de agua, flujo de vapor y el flujo de agua de alimentación.

a) CONTROL DE NIVEL DE UN ELEMENTO Mide el nivel y lo mantiene constante, regulando el flujo de agua de alimentación. Es efectivo sólo en calderas de capacidad menores a 34.500 Kg. vapor /Hr. con cambios pequeños o modernos en el consumo de vapor.

CONTROL DE NIVEL DE UN ELEMENTO VAPOR CONTROLADOR

VALVULA

BOMBA

Figura 16

32 GENERADORES DE VAPOR

DETECTOR DE NIVEL

Existen dos tipos de sistemas: INTERMITENTES: detectan las variaciones de nivel y actúan haciendo funcionar o deteniendo la bomba de alimentación. Se usan en calderas de vapor y agua caliente. CONTINUOS: Detectan las variaciones de nivel y actúan abriendo o cerrando parcialmente la válvula de agua de alimentación.

SENSOR DE FLOTADOR SEÑAL NEUMATICA CONTROLADOR DE LA LINEA DE AIRE ALARMA DE ALTO NIVEL DEL AGUA

MIRILLA

ALARMA DE BAJO NIVEL DEL AGUA

DOMO DE LA CALDERA

INTERRUPTOR DE PRESION

DE LA BOMBA DE ALIMENTACION DE AGUA

VALVULA DE CONTROL

Figura 17

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS

33

TUBO TERMOSTATICO SEÑAL ELECTRICA

ENSAMBLE DEL TERMOSTATO

ESTACION DE CONTROL AUTOMATICA / MANUAL

VALVULA DE CONTROL Y POSICIONADOR DOMO DE LA CALDERA

Figura 18

TUBO TERMOSTATICO SEÑAL MECANICA COLECTOR DE VAPOR TERMOSTATO

NIVEL DE AGUA

PUNTOS DE APOYO

VALVULA DE EXTRACCION DE FONDO

VALVULA REGULADORA AGUA DE ALIMENTACION

Figura 19

b) CONTROL DE NIVEL DE DOS ELEMENTOS Mide el nivel de agua y flujo de vapor y actúa sobre el flujo de agua de alimentación. Es adecuado para cambios moderados en el consumo de vapor (en magnitud y velocidad). Se usan para cualquier capacidad de calderas, preferentemente entre 34.500 y 90.700 Kg Vapor/Hr.

34 GENERADORES DE VAPOR

CONTROL DE NIVEL DE DOS ELEMENTOS DETECTOR

VAPOR CONTROLADOR

VALVULA

DETECTOR DE NIVEL

BOMBA

Figura 20

c) CONTROL DE NIVEL DE TRES ELEMENTOS Mide el nivel de agua, el flujo de vapor y el flujo de agua de alimentación, proporcionando un ajustado control durante condiciones altamente variables. Se utiliza en calderas de capacidades superiores a 90.700 Kg. Vapor/hr.

CONTROL DE NIVEL DE TRES ELEMENTOS DETECTOR

VAPOR

DETECTOR DE NIVEL CONTROLADOR

VALVULA

DETECTOR

BOMBA

Figura 21

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 35

9.4.

CONTROL DE AIRE Este control consiste en un switch de mercurio que actúa por medio de la presión de aire y que está conectado en el cabezal del quemador, previniendo la operación de éste sin el aire auxiliar.

9.5.

CONTROL DE LA LLAMA Mediante una celda fotoeléctrica se controla la llama (su largo), impidiendo la alimentación de combustible en caso que ésta se haya extinguido en hogar.

9.6.

CONTROL DEL ENCENDIDO (CHISPA) Por medio de este control se impide que salga combustible sin que exista la chispa para encenderlo.

36 GENERADORES DE VAPOR

TRAMPAS DE VAPOR VALDE INVERTIDO

FLOTADOR Y TERMOSTATICA (F&T)

SALIDA

ELEMENTO TERMOSTATO

ENTRADA VALVULA PURGADOR

SALIDA FLOTADOR

ENTRADA

DISCO

OUTLET

DISC (VALVE)

INLET

BIMETALICA

FUELLES TERMOSTATICOS ENTRADA

ELEMENTO TERMOSTATO VALVULA SALIDA ENTRADA ELEMENTO TERMOSTATO VALVULA

SALIDA

Figura 22

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS 37

Notas

38 GENERADORES DE VAPOR