Calderas

Mantenimiento ElectroMecánico

CALDERAS

Que es una caldera?

Generador de Vapor La caldera genera VAPOR  Convierte por medio de la combustión AGUA en VAPOR  Sirve como un intercambiador de CALOR  El CALOR producido por la combustión se transmite al agua  El AGUA absorve el CALOR Sensible y Latente, cambiando su estado líquido a Vapor  La caldera permite mantener la PRESIÓN de este Vapor producido 

Intercambio de calor en una caldera

Transformación de un tipo de energía en otro tipo de energía

VAPOR

140,000 BTU

CALOR Sensible y Latente

Energía Química 1 galón de Diesel contiene un potencial de

140,000 BTU almacenados

En la combustión estos 140,000 BTU se convierten en energía Calorífica

El agua recibe el calor sensible y latente, aumentando la temperatura y produce

Tipos y Diseños Caldera AQUATUBULAR  Caldera PIROTUBULAR  Caldera VERTICAL SIN TUBOS (tubeless)  Caldera eléctrica  Caldera Híbrida 

Diferentes Tipos , Diseños y Fabricantes

Componentes Básicos CUERPO ENVOLVENTE  QUEMADOR  ELEMENTOS DE SEGURIDAD, OPERACIÓN, CONTROL Y MEDICIÓN. 

Lado de Agua  Lado de Fuego 

QUEMADOR

Cuerpo

Elementos de Seguridad

Elementos de control

QUEMADORES

FUNCIÓN DE UN QUEMADOR Atomizar combustible  Mezclar aire y las gotas de combustible  Mantener la llama en el extremo del quemador 

Trabajo de un quemador Elemento mecánico para combinar todos los ingredientes necesarios para formar, mantener y controlar una LLAMA SEGURA Y ESTABLE  Componentes básicos: AIRE COMBU CO MBUSTI STIBLE BLE - IG IGNIC NICIÓ IÓN NY DETECTOR DE LLAMA 



Facilitador de la COMBUSTIÓN

COMBUSTION 

La combustión es un proceso químico que requiere de tres elementos 1.- Combustible 2.- Oxígeno 3.- Calor El combustible suple los elementos químicos: Carbón (C), Hidrógeno (H), y azufre (S), que combinados con el Oxígeno Oxíg eno (O2) presente en el aire, producen producen calor El proceso de combustión produce fuego; El fuego quema el combustible y cambia la energía química en energía calorífica. calorífica. El combustible, más calor, más aire forman f orman gases calientes; El gas caliente contiene la energía colorífica del combustible.   







Combustion completa 

Apropiada mezcla de combustible y aire 





Suficiente aire para suplir el oxígeno necesario 



Aire de combustión (Ventilador – Damper)

Temperatura de ignición (calor) 



Boquilla (Presión de Combustible) aire de atomización (compresor)

Pilo Pi loto to - ele elect ctro rodos dos

Tiempo suficiente para quemar completamente el combustible

Atomi At omiza zació ciónn - Ai Aire re pri prima maririoo 

Mezcla combustible y aire

Combustible Aire

Boquilla de Baja Presión

Boquilla de Alta Presión

Comb Co mbus ustitión ón - Ai Aire re sec secun undar dario io

Ventilador tiro forzado y difusores Inyectan suficiente Oxígeno para la combustión

Llam Ll amaa pil pilot otoo - Ig Igni nici ción ón    



El combustible necesita calor para iniciar la reacción de la combustión. La temperatura en la cual se inicia la combustión, es llamada temperatura de Ignición. La temperatura de ignición ignición es generada por pequeños pequeños fuegos que suplen el calor de ignición. Estos Pequeños fuegos son llamados “Llama Piloto” y

usualmente son encendidos por bujias eléctricas, activadas por un transformador de alto voltaje, gas o diesel para producir la llama. Cuando una buena combustión es establecida, la llama principal produce suficiente calor para mantener la temperatura lo suficientemente alta para mantener la ignición.

EFICIENCIA 



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

Una caldera debe contribuir al intercambio de energía térmica para convertir agua en vapor Eficiencia térmica de una caldera se puede definir como la diferencia entre energía entrante (input en BTU/Hr) y la generación de vapor saliente (output Lbs. Vapor/Hr) Las calderas modernas tienen capacidad de producir vapor con una eficiencia promedio de 80% ó más La pérdida de eficiencia efi ciencia depende de los quemadores y diseño de las calderas, una parte se pierde en chimenea y un 3% en radiación y conducción El 80% del costo operativo de una caldera lo representa el consumo de combustible

Objetivo del ajuste y mantenimiento operativo de una caldera Obtener una buena combustión  Generar vapor eficientemente y de buena calidad  Mantener la superficie de calentamiento libre de incrustaciones  Mantener la eficiencia en niveles de garantía del fabricante. 

Para lograr una buena combustión ATOMIZACIÓN (aire primario, presión y tempertura del combustible)  Aire de Combustión (Oxígeno, Aire secundario)  Ignicion (llama piloto)  Tiempo de quemado 

Etapas de la gota de atomización en la Combustión Gotas atomizadas

1

3

2 100 micrones

Cracking vaporización cenizas 2  – 5 micrones

4

Cenosfera 20  – 50 micras

Combustiòn completa

Partes de un quemador A- Bo Bomb mbaa Combustible B- Bo Boqui quilla lla C- Vent entilad ilador or D- Ele Elect ctro rodo doss E- Tran ransfor sformado madorr Combustible Aire Ignición Seguridad

Toda caldera tiene un quemador Diferente Marca y Modelo  Capacidad  Diseño  Tipo de Combustible  Acoplado o Integrado  Propios del Fabricante o de otros 

Clasificación y tipos de quemadores 

Capacidad de quemado en BTU/Hr ó GPH (galones por hora)

Pequeños o residenciales: desde 0.4 GPH (56,000 BTU/Hr) hasta 5.5 GPH (770,000 BTU/Hr) Medianos o comerciales : desde 1.75 GPH (254,000 BTU/Hr) hasta 19.9 GPH (2.786,000 BTU/Hr) Grandes o industriales : desde 550,000 BTU/Hr ( 13 BHP) hasta 42.000,000 BTU/hr (1,000 BHP) Tipo de combustible : Gas natural, Gas LPG, Kerozene No.1 , Diesel No.2, Fuel Oil No.6 (Bunker) 







Acoplados o integrados etapas (llama (llamas); s); on - off, Modu Modulante lantess  Una, dos etapas 

Quemador pequeño H- Boquilla a Difusor ¼” L- Longitud cañón A + ½” R- Longitud Electrodo A + 2 ¼” S- Plato estático 1 3/8” Q- Longitud línea boquilla A + 3/16” Z- Cabezal 1 3/8” A- Longitud de cuerpo cuerpo a final de cañón

Bomba de Diesel Bombas de desplazamiento positivo Acopladas a eje del Rotor del Ventilador Requiere limpieza del filtro Utilizar manómetro de presión de salida para calibración Giros y RPM diferentes Retorno de combustible Presión recomendada por fabricante de la caldera

Control primario de llama Protecto relay Honeywell R8184G, N

Estos controles de ignición intermitente operan los quemadores, las válvulas solenoides y el transformador de ignición Pueden operar con Switch de Seguridad de 15, 30, ó 45 segundos Corriente 120 ó 240 Vac Fácil identificación de líneas Utilizan Celdas de Sulfito de Cadmio Honeywell C554

Leyenda FD Fusibles o desconexión (por otros) LM Control límite (por otros) OP Control de Operación (por otros) PR Control Primario típico R7184 CC Sensor de Llama típica CADMIO TR Transformador de Ignición M1 Motor del quemador S1 Válvula soleniode Diesel T-T Termost ermostato ato 24 Volt / termi terminal nal lími límite te F-F Terminales para Celda de Cadmio

Detalle de componentes de un quemador FULTON entrada superior

Detalle de quemador CLEAVER BROOKS Calderas Monitor o CB de baja capacidad Desde 20 hasta 80 B.H.P. Diesel Oil No. 2

Resumen mantenimiento de Quemadores Pequeños Calibración inicial : Presión de Bomba, Abertura de Damper de Aire, Posición y distancia entre electrodos, Posición y distancia entre electrodos y difusor, calidad de la llama.  Mensual: Observar puntos de posible obstrucción en boquillas y entradas de aire y combustible, verificar operación de transformador de ignición  Anual: Cambiar boquillas, limpiar quemador y ventilador, re-ajustar calibración, cambiar filtros y lubricación de motor. 

Caldera YORK SHIPLEY

Identificación Modelos 560-SPHV60-SPHV-125 125--6 

5-60 (5 pies por B.H.P.)



Diámetro 42”,48”,60”,64”,76”,82”88”,96” 42”,48”,60”,64”,76”,8 2”88”,96” y 112”

      

  

Diseño: SPL (Low Pressure); SPH (High Pressure); SPW (Hot Water) W ater) Capacidad en B.H.P. COMBUSTIBLE 2 : Diesel N/2 : Diesel o Gas 4 : Fuel Oil No.4 5 : Fuel Oil No 5 solamente 6 : Fuel Oil No. 6 solamente N : GAS NAT O LPG N/6: GAS O F.O. No. 6

Presíon Diseño: Diseño: 15 psi; 150 psi; 200 psi; 250 psi... hasta 450 psi Max

Características Principales Calderas Pirotubulares Tipo Paquete  Diseño de 3 pasos Dry Back  Anillo de retención de gases en tubo central  Quemador ACOPLADO de baja presíon, boquilla con mezcla de combustible – aire  Capacidad de quemar Gas Natural, Gas LPG, Diesel, Fuel Oil No. 6 y otros o tros 

DISEÑO DE ANILLO TUBO CENTRAL

Quemador acoplado  



  

Cada grupo de capacidades tiene un QUEMADOR diferente De 25 a 150 B.H.P. el quemador acoplado tiene el ventilador tipo cañón y no tienen caja de viscosidad (depende del modelo) De 175 hasta 350 B.H.P. el quemador acoplado tiene el ventilador tipo cañón y caja de viscosidad (depende del modelo) De 400 hasta 850 B.H.P. tienen ventilador superior y caja de viscosidad Otra característica característica es el uso de la misma boquilla para diferentes capacidades Tienen varillaje complejo

Series 542, 548 y 560 Desde 25 hasta 150 B.H.P. Series 564 y 576 Desde 175 hasta 350 B.H.P.

Series 582, 588, 596 y 5112 5112 Desde 400 hasta 850 B.H.P

Como iniciar el ajuste? Presión de bomba de combustible  Toda caldera quemando Diesel o Fuel Oil se ajusta a una presión especificada en la hoja Test & Data Report.  Se tiene que regular a través de la válvula de alivio en el retorno estando seguro que la 

válvula válv ula de retorno “D” en el viscosímetro este

cerrada  Cada caldera York Shipley tiene ajuste de presión de bomba diferente

Toda caldera YORK SHIPLEY Tiene una hoja “Test & Data Report” con el Modelo,

Número de Serie, Fecha de pruebas y datos generales de componentes, lecturas de gases de combustión, potencia eléctrica, etc. Es como la partida de nacimiento de la caldera. Esta hoja sirve de guía para establecer los parámetros de combustión en fuego Bajo y fuego Alto Determina la presión de la bomba de combustible, presión de aire del compresor (aire primario), presión en boquilla, Temperatura Temperatura del Fuel Oil, presión del gas para Piloto y presión de aire secundario

Ajuste de Aire de Atomización Todo ajuste deberá hacerse en fuego bajo  YORK SHIPLEY recomienda una presión de aire de atomización en fuego bajo y alto  Durante la corrida de llama, la presión cambiará automáticamente  Cuando se utiliza aire de línea, no se logra este cambio de presión 

Ajuste de la temperatura Al quemar Fuel Oil No. 6 es necesario ajustar la temperatura para atomizar el combustible  La temperatura de arranque se ajusta en 180º 190º F con el termostato del pre-calentador eléctrico  La temperatura de operación con vapor se ajusta con el termostato para vapor recome rec omenda ndable ble 190 190ºº - 220 220ºº F  Ajustar el Termostato de protección de baja temperatura (160º F) y/o alta temperatura límite (230º F) 

Pre-ca Pre -calent lentamie amiento nto Bun Bunker ker - Fue Fuell Oil El pre-calentamiento de aceites pesados (Fuel Oil) tiene objetivos importantes; Algunos operadores son de la opinión que el principal propósito del pre-calentamiento es liquificar el aceite para hacerlo más bombeable y por lo tanto, cualquier temperatura es suficiente.  Por el contrario, la apropiada temperatura de pre-calentamiento, tiene mucho que ver para obtener una apropiada y eficiente combustión, combustión, favoreciendo la alta generación de calor, conservación del combustible y economía de operación. 

Temperatura de Atomización VISCOSIDAD DE L COMB USTIBLE SSF 12 122ºF( ºF(50ºC 0ºC) SSU 10 100ºF( 0ºF(3 38ºC) ºC) cSt 50ºC 50ºC 50 1000 216 60 1200 259 75 1500 324 100 2000 432 115 2500 539 135 3000 648 145 3500 756 160 4000 863 170 4500 971 190 5000 1079 200 5500 1187 220 6000 1295 260 7000 1511 285 8000 1727

TEMP ERA TURA P ARA OBTENER VISCOSIDAD º F (ºC) 200 200 SSU (43c (43cSt) St) 150 150 SSU (32c (32cSt) St) 155 (68) 168 (76) 160 (71) 175 (79) 168 (76) 180 (82) 175 (79) 190 (88) 182 (83) 195 (91) 187 (86) 200 (93) 190 (88) 205 (96) 194 (90) 208 (98) 197 (92) 212 (100) 200 (93) 215 (102) 204 (96) 218 (103) 208 (98) 220 (104) 210 (99) 225 (107) 214 (101) 227 (108)

Para obtener una buena ATOM ATOMIZACIÓN IZACIÓN del Fuel Oil No. 6 se recomienda una viscosidad equivalente a 150 SSU (32 cSt) El Diesel Oil tiene una viscosidad entre 32 a 38 SSU.-

VISCOSIDAD FACILIDAD DE UN LÍQUIDO PARA FLUIR RESISTENCIA DE UN LÍQUIDO PARA FLUIR FLUIR RESISTENCIA RESISTENCI A INTERNA DE UN FLUIDO PARA DESPLAZARSE CONSISTENCIA

Medir la viscosidad por medio de diferentes instrumentos

Clasificación ISO International Standards Organization

Ajuste de Presión de Bomba La presión de la bomba de combustible se regula a través de una válvula de alivio conocida como “Flu-Flo”  Deberá ser ajustada con la válvula de recirculación cerrada y manteniendo la temperatura estable  La presión ajustada en fuego bajo varia a medida que la caldera corre a fuego alto 

Ajuste de presión de combustible en la boquilla  

Conocer la función de la caja del “viscosímetro”

Tiene 4 válvulas de aguja y un arreglo para adecuar el flujo y presión necesarios para la modulación



La válvula “D” se utiliza únicamente para permitir flujo de



La válvula “B” sirve para ajustar un retorno que mantenga la



La válvula “A” permite el ajuste de la presión a la boquilla (siempre



La válvula “C” en su eje tiene una abertura tipo lágrima que

calentamiento. En operación esta válvula estará cerrada

temperatura del combustible. El fabricante recomienda cerrar totalmente y abrir 3 vueltas y media ajustar en FUEGO BAJO)

aumenta o disminuye el flujo entre fuego bajo y fuego alto. La posición inicial de esta válvula es importante para ajustar la corrida total. El movimiento de esta válvula debe registrar aumento o disminución en el manómetro de presión de combustible.

Sistema de Viscosidad en calderas York Shipley baja capacidad

Ajuste del aire de combustión Ajuste del Damper de aire  Este ajuste está detallado en la hoja del Test & Data Report como WINGBOX Pressure  Solamente con un manómetro en Pulgadas de Agua es posible medir y ajustar  Recomendable instalar un manómetro rango 0 30 pulgadas de agua.  Nuevamente, este ajuste deberá ser hecho en fuego bajo y buscar con el varillaje la presión adecuada en fuego alto. 

Ajuste de varillajes Regla de Paralelos

Reduce opciones de 5 a 10 ajustes

Regla del Arco

Manejador: Hacia afuera más corrida y más rápido Hacia adentro menos corrida y más lento Manejado: Hacia fuera menos corrida y más lento Hacia adentro más corrida y más rápido

Corrida

Arco Ar co A - Má Más s co corr rrid ida a Arco Ar co B - Me Meno nos s co corr rrid ida a Arco Ar co C - Mí Míni nima ma co corr rrid ida a

Características Principales Calderas Pirotubulares Tipo Paquete  Diseño de 4 pasos Dry Back  Diseño de 3 pasos Wet Back  Quemador Integrado de baja presíon, boquilla con mezcla de combustible – aire  Ventilador integrado sin caja, bajos Decibeles, alto volumen de aire de combustión  Capacidad de quemar Gas Natural, Gas LPG, Diesel, Fuel Oil No. 6 y otros 

Identificación Modelos CB CB600 600--100 100--150 

CB : Normal 4 pasos CBW:: 3 pasos, Wet Back CBW CBLE:: Low Emmisions CBLE M : Monitor



100 : Diesel

  



200 : Diesel o Gas 300 : Fuel Oil No.4 o Gas 400 : Fuel Oil No. 6 o Gas 500 : Fuel Oil No 5 solamente 600 : Fuel Oil No. 6 solamente 700 : Gas solamente



CAPACIDAD EN B.H.P. Boiler Horse Power

   

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Presíon Diseño: Diseño: 15 psi; 150 psi; 200 psi; 250 psi... hasta 450 psi Max

Diseño de fabricante QUEMADOR INTEGRADO  POCO VARILLAJE DE CONTROL  BALLONETA DE BOQUILLA FACIL DE REMOVER  VENTILADOR SIN CAJA 

Motor Heavy Duty acoplado directamente a un ventilador sin caja con impulsor de Aluminio fundido que provee una operación silenciosa y mínimo mantenimiento Sistema CB-HAWK para operación eficiente que monitorea variables de presión, temperatura y rango de fuego

Leva de control ajustable para medir el ratio de mezcla AireCombustible, confiable y de resultados económicos Control de combustible que combina en una caja los reguladores, manómetros y válvulas que elimina un 40% de conexiones Boquilla retractable para fácil limpieza sin necesidad de abrir la compuerta frontal

Acceso completo por ambos lados  Tubo central bajo la línea media  Gaveta del quemador accesible  Compuertas con brazos de soporte  Diseño 4 pasos 

Flujo de combustible combustibl e Diesel Detalle de control de Combustible Diesel

Flujo de combustible Fuel Oil No.6 Detalle de control de combustible Fuel Oil No. 6

Como iniciar el ajuste? Presión de bomba de combustible  Toda caldera quemando Diesel o Fuel Oil se ajusta a una presión de 75  – 80 psi max.  Se tiene que regular a través de la válvula de alivio en el retorno estando seguro que las válvulas del control de combustible están cerradas  El control de combustible no soporta una presión mayor de 75 psi porque daña los diafragmas de las reguladoras. 

Ajuste de la temperatura Al quemar Fuel Oil No. 6 es necesario ajustar la temperatura para atomizar el combustible  La temperatura de arranque se ajusta en 180º 190º F con el Thermo-Switch Fenwall eléctrico (1)  La temperatura de operación con vapor se ajusta con el Thermo-Switch Fenwall para vapor recome rec omenda ndable ble 190 190ºº - 220 220ºº F(2) F(2)  Ajustar el Termostato de protección de baja temperatura (160º F) y/o alta temperatura límite (230º F) (3) 

1

2

Ajuste de Aire de Atomización Todo ajuste deberá hacerse hac erse en fuego bajo baj o Cleaver aver Bro Brooks oks reco recomien mienda da una una presión presión  Cle de aire de atomización de 10 -12 psi (max 15 psi) en fuego bajo  Durante la corrida de llama, la presión cambiará automáticamente hasta un máximo de 20 – 22 psi promedio en fuego alto 