Curso Sobre Calderas

CURSO CALDERAS

Curso sobre calderas

CONTENIDO

 CONCEPTOS BASICOS......................................................................... 3  PARTES PRINCIPALES DE LAS CALDERAS.................................... 11  INSTRUMENTACIÓN DE LAS CALDERAS....................................... 28  EQUIPOS AUXILIARES........................................................................ 34  OPERACIÓN, SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS.36  COMBUSTIÓN....................................................................................... 57  TRATAMIENTO DE AGUA................................................................. 76  VÁLVULAS, TRAMPAS Y TUBERÍAS.............................................. 89 

AHORRO DE ENERGÍA....................................................................... 99

Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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CONCEPTOS BASICOS El vapor es ampliamente utilizado para calefacción, para secar pastas, para evaporar disoluciones químicas, para procesos de calentamiento, para mover turbinas, máquinas y bombas, para realizar los miles y miles de procesos en todas las ramas de la industria.

El vapor es utilizado en estos casos, simplemente porque existe una necesidad de calor y energía al mismo tiempo y el vapor es la manera mas adecuada y económica de transportar grandes cantidades de calor y energía.

El vapor es fácil de producir ya que se obtiene del agua y generalmente se requiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una caldera o un generador de vapor.

Aunada con la producción de vapor, como es lógico se encuentran íntimamente ligados una serie de principios y cambios fundamentales, los cuales se explican en forma practica a continuación.

ENERGIA.La energía es inherente en la materia. Por energía indicamos algo que aparece en muchas formas, las cuales se relacionan entre sí, por el hecho de que se pueden hacer la conversión de una forma de energía a otra. El termino general de energía no es definible, pero si se puede definir con precisión las diversas formas en que aparece.

La energía solo tiene magnitud (y sentido), por lo tanto es una cantidad escalar. La energía de un sistema de cuerpos es simplemente la suma de las energías (con sus sentidos) en cada uno de ellos. O sea que la energía total de un solo sistemas es la suma de las magnitudes (con sus sentidos o signos)

de las diversas formas de energía (cinética,

mecánica, química, térmica, etc.).

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La materia esta compuesta de un agregado de moléculas que sé esta moviendo continuamente, pero al azar. Como las moléculas tienen masa, tienen energía cinética interna, la energía cinética interna total, se origina principalmente por: el movimiento de traslación de las moléculas; el movimiento de rotación de las moléculas y un movimiento de vibración de los átomos dentro de las moléculas.

Además de la energía cinética interna, las sustancias tienen una energía potencial interna, cuyo cambio resulta de una fuerza de atracción entre las moléculas que cambian de posición unas respecto a otras.

La suma de estas energías se llama energía interna, que es la energía almacenada en un cuerpo o sustancia en virtud de la actividad y configuración de sus moléculas y de las vibraciones dentro de ellas.

Nos referimos a esta energía como energía molecular o

térmica.

CALOR.El calor es energía en transición (en movimiento) de un cuerpo o sistema a otro, solamente debida a una diferencia de temperatura entre los cuerpos o sistemas.

Es una forma de energía que causa un cambio físico en la sustancia que es calentada. Sólidos, tales como metales, cuando son calentados inicialmente, se expanden y aumentan su temperatura, hasta cambiar al estado liquido.

Los líquidos cuando son calentados, vaporizan y el vapor producido al entrar en contacto con una superficie de menos temperatura se condensa, entregando a dicha superficie el calor con la cual había logrado su vaporización.

CALOR LATENTE.Es la cantidad de calor requerida para lograr el cambio de estado físico de una sustancia sin que existan variaciones en su temperatura.

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CALOR SENSIBLE.Es el calor que produce una elevación de temperatura en un cuerpo.

TRANSMISION DE CALOR.Es el flujo de calor a través de un cuerpo de temperatura más alta, hacia un cuerpo de menos temperatura.

La transmisión del calor puede ser por conducción o radiación ó por ambas.

CONDUCCION.Es la transmisión del calor entre dos cuerpos o partes de cuerpos en los que existe una diferencia de temperatura.

RADIACION.Es la transmisión del calor a través de un cuerpo a algún otro por medio de ondas de calor, las cuales radian a través del cuerpo con mayor temperatura al otro con menor temperatura, sin tomar en cuenta el calentamiento del medio entre ellos.

¿QUÉ ES EL VAPOR? Vapor es una fase intermedia entre la liquida y la de gas. Los vapores tienen características semejantes a los gases, puesto que llenan por completo los recipientes que los contienen, pero no siguen las leyes de los gases perfectos.

El vapor de agua es un "Transportador de energía térmica" que tiene las siguientes ventajas:

1°- Se produce con agua, la cual es relativamente abundante y barata. 2°- Es limpio y no tiene sabor ni olor. 3°- Por sus propiedades termodinámicas, su control es relativamente sencillo.

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4°- Es una de las formas más económicas de transporte de calor ya que su capacidad de transporte de calor por unidad de peso es muy alta. 5°- Entrega su calor a una temperatura constante. 6°- En muchos casos, después de que se ha utilizado su calor, se vuelve a calentar pudiendo usarse varias veces.

VAPORIZACION.Es el cambio de un cuerpo de la fase sólida o líquida a la fase de vapor.

EVAPORACION.Es la vaporización de un líquido que tiene lugar exclusivamente en la superficie libre del líquido.

EJEMPLO: La evaporación del agua en el mar o en cualquier superficie libre del líquido. La evaporación puede tener lugar a cualquier temperatura del líquido.

EBULLICION.Es la vaporización de un líquido que tiene lugar en el seno mismo del líquido. Ejemplo: la ebullición de un recipiente abierto que contenga agua; la ebullición del agua en el interior de una caldera.

La ebullición de un líquido tiene lugar a una temperatura, cuyo valor depende de la presión a que está el líquido; mientras mayor sea está, mayor será aquella.

CONDENSACION.-

Es el cambio de vapor (fase gaseosa) a líquido con una transferencia de calor del vapor a la superficie de condensación.

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Los vapores saturados. Son aquéllos que tienen una temperatura igual a la de ebullición (correspondiente a la presión a que está el vapor) y constan únicamente de la fase de vapor.

Un vapor húmedo tiene al mismo tiempo la fase líquida y la fase de vapor. Su temperatura es igual a la de ebullición. Para definirlo se hace necesario dar su presión o su temperatura y su calidad.

La calidad de un vapor húmedo es la relación del peso del fluido que está en la fase vapor y el peso total del fluido.

Los vapores sobrecalentados tienen una temperatura superior a la temperatura de ebullición y en ellos está presente solamente la fase vapor.

Para definir un vapor sobrecalentado hay que indicar su presión y su temperatura o bien su sobrecalentamiento.

El sobrecalentamiento de un vapor es la diferencia entre su temperatura y la temperatura de ebullición correspondiente a su presión.

Un líquido saturado consta solamente de la fase líquida y está a su temperatura de ebullición, Basta la presión o la temperatura para definirlo.

PRESION.Es la fuerza ejercida por el fluido en la unidad de superficie de la pared del recipiente que lo contiene o del seno mismo del fluido. Se mide por medio de un manómetro y se expresa en kg/cm2, lbs/plg2, bars, etc.

Los manómetros miden la presión relativa, es decir, la presión arriba de la presión atmosférica. Para obtener la presión absoluta hay que sumar a la lectura del manómetro la

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presión atmosférica, en el lugar del experimento, la cual se mide con un barómetro. Las tablas y gráficas de vapores se refieren a la presión absoluta.

PRESION ABSOLUTA.Es la presión que resulta de la adición de la presión manométrica y la presión atmosférica.

PRESION DE VACIO.Si la presión absoluta es menor que la atmosférica, a la lectura manométrica se le llama presión de vacío o vacío.

CAIDA DE PRESION.Es la diferencia de presión entre dos puntos, causada por la resistencia a la fricción y condensación en una línea de tubería.

TERMINOS COMUNES A CALDERAS

GENERADOR DE VAPOR.Es la serie de dispositivos que aprovechando el poder calorífico de un combustible producen vapor. Un generador de vapor está compuesto básicamente, por cuatro transmisores de calor que son: La caldera propiamente con su hogar, el precalentador de aire, el economizador y el sobrecalentador.

SUPERFICIE DE CALEFACCION.Es la superficie de metal que está en contacto al mismo tiempo con los gases de combustión y con el agua o vapor, es decir, es toda la superficie de una caldera que está en contacto por un lado con el agua y por el otro está expuesta al fuego o a la corriente de los gases de la combustión. Se mide del lado de los gases en m2 o pies2, en las calderas de tubos de humo y por el lado del agua en las calderas de tubos de agua.

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CABALLO CALDERA.Se dice que una caldera tiene una capacidad de un caballo caldera, cuando es capaz de producir 15.65 kg/hr (34.5 lbs/hr.) De vapor saturado de 100°C (212°F), utilizando agua de alimentación de la misma temperatura. Cuando está cantidad de vapor se produce por cada m2 de superficie de calefacción (aproximadamente 10 pies2) se dice que la caldera está trabajando con 100% de carga.

CAPACIDAD NOMINAL.Se obtiene de acuerdo a la siguiente expresión:

Cn = Sc / K

K = 1 m2 / CC

K = 10 pies2 / CC

Donde: Sc =

Superficie de calefacción.

CC = Caballo caldera.

CAPACIDAD REAL.Cr = Q / 8450

Cr = Q / 33500

Q = Cantidad de calor que se está transmitiendo al fluido por hora en Kcal o Btu.

Q = w ( hv - hc)

Donde: w=

Cantidad de vapor que está produciendo la caldera por hora en kgs (lbs).

hv =

Cantidad de calor que lleva la unidad de peso de vapor.

hc =

Cantidad de calor que lleva la unidad de peso del agua de alimentación de la Caldera. (En condiciones equivalentes).

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PORCENTAJE DE CARGA ( R ).R = ( Cr / Cn ) x 100

Q = CC x 8450 x ( R / 100 )

Q = CC x 33500 x ( R / 100 )

Se llama porcentaje de carga de una caldera a la relación entre el calor que transmite por hora y el que debía de transmitir de acuerdo con su superficie de calefacción a razón de 8450 Kcal/hr/CC (33500 Btu/hr/CC).

¿ EN QUE UNIDADES SE MIDE LA CAPACIDAD DE UNA CALDERA? a) Calderas pequeñas.

Kcal / hr.

Btu / hr.

b) Calderas en la pequeña y mediana industria.

c) Calderas grandes.

Kg / hr

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Caballo Caldera.

Ton / hr

Lbs / hr

de vapor producido.

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PARTES PRINCIPALES DE LAS CALDERAS.

En la figura que se muestra en estos apuntes se muestra esquemáticamente las partes esenciales y algunas opciones necesarias para producir vapor por medio del calor liberado durante combustión de un combustible. Estos elementos son los siguientes:

1. - Un equipo para liberar calor del combustible.

2. - Una cámara de combustión

3. - Un medio para absorber el calor liberado.

4. - Un sistema para producir el tiro.

5. - Un medio de reposición del agua.

6. - Un medio para capturar el vapor generado.

7. - Un medidor de la presión del vapor y un indicador de nivel del agua.

8. - Un medio o medios para coordinar el funcionamiento.

I.- Equipo para liberar el calor del combustible.- Este equipo es básicamente el quemador, del cual existen varios tipos según el combustible que se use, la capacidad y la forma de operar, principalmente.

II.- Una cámara de combustión.- Es el espacio en donde se efectúa la oxidación del combustible o sea la reacción química entre el combustible y él oxigeno del aire, con desprendimiento de luz y calor. Esta cámara asume diferentes formas según el tipo de caldera. Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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III- Un medio para absorber el calor liberado.- El calor liberado durante la combustión debe pasar al agua para producir su vaporización pero sin que exista en ningún momento contacto directo entre los productos de la combustión y el agua o el vapor, ambos medios se encuentran separados por tubos, placas y otras superficies metálicas que constituyen los que se llama superficie de calefacción. Formando una variedad de intercambiador de calor.

IV- Un sistema para producir el tiro.- El aire necesario para suministrar él oxigeno para efectuar la combustión así como los productos de dicha combustión deben desplazarse adecuadamente a través de la caldera y ser desalojados a la atmósfera, esto se logra creando una corriente de aire a la que se denomina "Tiro", la cual puede obtenerse por medios naturales o mecánicos.

V- Un medio de reposición del agua.- En la medida en que se va produciendo el vapor, el nivel del agua va bajando, como el nivel del agua en la caldera debe conservarse dentro de limites definidos, es necesario suministrar agua nueva a la caldera para mantener el agua dentro de los limites definidos de operación pues si no se hace así pueden presentarse riesgos graves, los que pueden llegar hasta producir una explosión súbita. La reposición del agua recalentador del vapor, estos son intercambiadores de calor, opcionales, cuya función es obtener con el máximo aprovechamiento el calor que aun contienen los gases producto de la combustión.

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CLASIFICACIONES DE LOS GENERADORES DE VAPOR.El reglamento para la inspección de generadores de vapor y recipientes sujetos a presión, clasifica, en general, los generadores de vapor como sigue:

A ) Con relación a su seguridad: 1. - Explosible.- Un generador es explosible cuando esta sujeto al riesgo de que se produzca un a explosión cuando ocurra una baja de agua que deje al descubierto los tubos superiores en el caso de una caldera horizontal de tubos de humo, y no se apague el quemador, al faltar agua, los tubos superiores quedan sin refrigeración y se sobrecalientan considerablemente; si en estas condiciones le llegará agua a los tubos sobrecalentados, el agua sé evaporaria rápidamente, elevando considerablemente la presión, en forma súbita, produciéndose una explosión. Además de los generadores de tubos de humo, horizontales, son también explosibles los generadores de tubos de agua, rectos, por las mismas razones expuestas en el caso de los horizontales de tubos de humo.

2. - No explosibles o inexplosibles.- Los generadores de tubos de agua, curvos, son inexplosibles porque por la forma en que están colocados los tubos en el colector de vapor, cuando ocurre la baja de agua, solo una parte pequeña de los tubos queda sin enfriamiento por lo que no existe el riesgo de evaporación rápida de una cantidad de agua suficiente para producir una explosión.

B) Con relación a su uso, los generadores de vapor se clasifican en: 1. - Nuevos.- Son los que se instalan por primera vez.

2. - Usados.- Son aquellos cuya ubicación o usuario ha cambiado desde su instalación original.

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C ) Con relación a su instalación, los generadores se clasifican en: 1. - Permanentes.- Son aquellos que se instalan en un lugar determinado, previa autorización de la secretaria del trabajo y previsión social, y que requieren de nueva autorización para cambiarlos a otro lugar.

2. - Temporales.- Son aquellos que operan por temporadas en un lugar y pueden llevarse a otro lugar para esperar otro lapso; no requieren autorización de la secretaria del trabajo y previsión social pero sí que sé de aviso del cambio.

3. - Portátiles.- Son aquellos de fogón interior, cuya construcción los hace fácilmente transportables,

comúnmente

en

plataformas

rodantes,

apropiados

para

operar

temporalmente en un lugar.

D ) Con relación a su ubicación, la clasificación es: 1. - En poblado.- Se llaman también urbanos y su ubicación es en zonas habitadas.

2. - En despoblado.- Se les llama también rurales y su ubicación es en lugares alejados de centros de población.

Además de las clasificaciones mencionadas, existen otras debidas a asociaciones de profesionistas, como AMIME y/o de fabricantes. Entre estas se tienen las siguientes:

E) Atendiendo a la presión y temperatura de los fluidos en su interior, el Código AMIME-ASME clasifica las calderas en: 1. - Calderas de Potencia.- Caldera en la cual el vapor es generado a una presión mayor de 1 KG/CM2. (14.22 LBS/PULG.2) Por la aplicación directa de calor.

2. - Calderas para calefacción.- Caldera que sea operada a presiones que no excedan de 1 KG/CM2. (14.22 LBS/PULG.2 ) para generar vapor, o para calentar agua a temperaturas inferiores a 121 C (250 F), y a presiones que no excedan de

11 KG/CM2. (156.4

LBS/PULG.2).

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F) Atendiendo a su tipo general de construcción: 1. - Calderas de tubos de humo.- Llamadas también ignotubulares y se distinguen por que los gases de combustión pasan por el interior de los tubos y el agua circula por el exterior de ellos.

2. - Calderas de tubos de agua.- Llamadas también acuotubulares, se distinguen principalmente porque el agua circula por el interior de los tubos y el fuego y los gases de combustión pasan por el exterior de los mismos.

G) Atendiendo también al tipo de construcción, o sea a la posición relativa de sus elementos, las calderas se pueden clasificar de la manera siguiente: G-1 Calderas de tubos de humo:

1. -Verticales:

Los tubos están colocados en posición vertical el hogar

esta en la parte inferior de la envolvente, abajo del espejo inferior.

2. -Horizontal de retorno:

Los tubos están colocados en posición horizontal, el

hogar es inferior, construido de tabique refractario, debajo de la envolvente.

3. -Tipo marino escocés:

Se le llama también caldera compacta, horizontal con

hogar interior. Los tubos son horizontales, el hogar es interior, integral y por el exterior esta rodeado de agua.

4. - locomovil:

En esta caldera el hogar se encuentra antes del

cuerpo cilíndrico de los tubos, formando una sola unidad con este.

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G-2 ) Calderas de tubos de agua:

1. - De tubos rectos:

Los tubos van unidos por sus extremos a cajas

llamadas cabezales, cada cabezal a su vez, va unido a un cilindro llamado colector o domo de vapor que es donde se acumula el vapor; al colector también se le llama tambor. El colector puede tener una posición paralela a los tubos y entonces se le llama de tambor longitudinal o bien, una posición perpendicular

llamándose

entonces de tambor transversal. El tambor va en la parte superior de la caldera y lleva la salida de vapor. El hogar va colocado en la parte inferior de los tubos y es de mampostería refractaria

2. - De tubos curvos.-

Los tubos tienen cierta curvatura, van unidos

directamente a dos o más colectores a través de orificios que llevan estos, El hogar forma parte integral de la caldera, esta constituido por tubos colocados en tres paredes, en el piso y en el techo, formando una jaula; el agua circula por el interior de dichos tubos antes de llegar a un colector inferior. Uno de los colectores es superior y recibe el vapor, es el domo de vapor, los colectores inferiores reciben el agua, son colectores o tambores de agua.

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Circulación natural de caldera de tubos de agua.

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DESCRIPCION DE CALDERA Componentes de una caldera: Cuerpo Hogar Chimenea Accesorios

Cuerpo: El cuerpo de una caldera esta constituido de un cilindro de chapa de acero, herméticamente cerrado con el objeto de almacenar agua y vapor.

Hogar: El hogar es el espacio o cámara donde se quema el combustible.

Chimenea: Es un ducto que conduce por medio de un tiro los gases, producto de la combustión, a un lugar seguro.

Existen 3 (tres) clases de tiro: Tiro natural es la diferencia de presiones originada por la altura de la chimenea y la mayor temperatura de los gases de combustión, con respecto al medio ambiente dando por resultado una corriente de aire hacia el hogar, se crea cuando la presión barométrica en un punto determinado es inferior al que existe en la región adyacente.

Tiro forzado con el se introduce aire a presión al hogar, utilizando ventiladores,

Tiro inducido en este sistema existe un ventilados instalado en la chimenea, para succionar los gases de combustión y sacarlos hacia el exterior.

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Accesorios: Son aquellos aparatos, instrumentos, conexiones y aditamentos necesarios para el buen funcionamiento, control y mantenimiento de la caldera.

Válvula de seguridad: Es la válvula más importante de los accesorios de la caldera, de su correcto funcionamiento depende la seguridad tanto de la

caldera, persona y construcciones

cercanas a ella.

La válvula de seguridad, es una válvula automática que abre a una presión determinada, dejando salir aire, agua y vapor, conociendo esta presión como presión de ajuste.

Por lo tanto impide que la caldera rebase la presión establecida de trabajo

desalojando a la atmósfera el exceso de vapor consiguiendo establecer la presión de trabajo y evitar una explosión.

Cuando existe un dispara de una válvula de seguriada es porque la caldera rebaso la presión de trabajo, el disparo se realiza súbitamente produciendo un fuerte ruido y permaneciendo hasta que la presión se normalice, la cantidad de presión que debe dejar durante el disparo, deber ser medio kilogramo por centímetro cuadrado.

Existen dos tipos de válvulas de seguridad: - Válvulas de resorte. - Válvulas de contrapeso.

Válvulas de resorte se clasifican en: -

De disparo, abre súbitamente produciendo un fuerte ruido y cerrando hasta que la presión se normalice.

-

De apertura lenta construida para que abra lentamente, aumentando poco a poco la cantidad de vapor desalojado, hasta su apertura máxima, cerrando de la misma forma.

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Causas por las que no trabaja correctamente: 1. - Que se pegue el disco con su asiento debido a la incrustación. 2. - Que las espiras del resorte se junten y no permitan al disco levantarse del asiento. 3. - Que el resorte pierda su brío. 4. - Porque se tape el conducto especial para que actúe la contra presión.

Recomendaciones: 1. - Cuando el disco se pegue deberá hacerse funcionar con la palanca de mano, siendo aconsejable después, levantar la presión hasta el punto de escape.

2. - Cuando el resorte pierde brío y sus espirar se juntan, no cierra y presenta fugas deberá cambiarse el resorte por uno nuevo de las mismas características.

3. - Cuando el conducto de contra presión este tapado, al escapar no cerrara la válvula y bajara mucho la presión, deberá apagar la caldera y limpiar la válvula perfectamente, destapando el conducto.

Válvula Check (antirretorno): Es una válvula que permite el paso de un liquido o un gas de una sola dirección, generalmente se instala en la línea de agua de alimentación de una caldera, en algunos casos se instala en las líneas de vapor, cuando de instala en la línea de agua de alimentación deberá colocarse entre el chekc y la caldera una válvula de cierre, el objeto de esta es permitir la limpieza o cambio del check sin interrumpir el funcionamiento de la caldera.

Tipo de Check´s : A ) De disco B ) De esfera C) De pistón

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Las causas por las que una válvula check deja de trabajar correctamente son: 1) Por fugas en sus conexiones debido a la presión del agua y del vapor. 2) Porque su disco, esfera o pistón se pegue debido a incrustación. 3) Por perdida del ajuste del disco, esfera o pistón debido a la oxidación. 4) Por encontrarse flojo el tapón de registro.

Válvula de cierre o retención: Es una válvula que tiene por objeto impedir el paso de un liquido o de un gas. Existen de globo, compuerta y pistón. Pudiendo ser manuales o automáticas.

Válvulas de descarga: Es la válvula que permite la salida libre del agua que contenga sólidos (incrustaciones y otras materias) sin obstruirse, ya que su construcción es exprofeso para ello.

Esta válvula puede dejar de funcionar correctamente por: A) Se pegue por no haber trabajado en mucho tiempo. B) Se pegue con la incrustación suelta y sea forzada. C) Se tape la tubería o la válvula con la incrustación dura.

Grifos o válvulas de prueba: Los grifos o válvulas de prueba son aquellas instalados directamente sobre la columna de agua de las calderas su objeto es verificar si el nivel de agua marcado en los indicadores (cristales) es correcto, también sirven para verificar si el nivel de agua que contiene la caldera durante su funcionamiento cuando por alguna causa el cristal se ha roto.

Los grifos de prueba son tres y están instalados equidistantes entre sí dentro de la longitud del indicador de nivel de agua.

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Lo que puede ocasionar fallas en estas válvulas es que se tapen o desajusten, debido a las impurezas del agua e incrustaciones.

Para evitar estos inconvenientes deberán

mantenerse limpios y hacerlos funcionar metódicamente.

Indicadores de nivel de agua: Toda caldera de vapor esta equipada con un indicador de nivel de agua que permite la observación visual de la cantidad de agua que contiene la caldera.

Es un tubo de cristal especial, comunicado con la cámara de vapor y con el agua de una caldera. Estos indicadores están dotados de válvulas de cierre, superior e inferior y un grifo para purgas. Con el objeto de eliminar las impurezas o lodos que se acumulen en la parte inferior del indicador. El funcionamiento del indicador de nivel esta basado en el principio físico de los vasos comunicantes que dice todo liquido contenido en recipientes comunicados entre sí, tienden a recuperar su nivel.

Deja de trabajar correctamente cuando se tapan los conductos, tuberías y válvulas, porque se peguen o porque se rompa el cristal.

Para evitar que se tapen los conductos deberá purgar cuando menos una vez por turno de trabajo.

Cuando se rompe el cristal se deben cerrar las válvulas y para efectuar el cambio se aflojan las tuercas del cristal, se quitan los residuos y se coloca el cristal nuevo, teniendo cuidado de poner sus empaques y no apretar demasiado las tuercas, una vez colocado se abrirá la válvula de vapor poco a poco con el objeto de calentar el vidrio, inmediatamente se abrirá la válvula que comunica al agua, también poco a poco.

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Caldera de tubos de humo tipo escocés (pirotubular).

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Caldera de tubos de agua (acuotubular).

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Caldera de tubos de agua (acuotubular).

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INSTRUMENTACIÓN DE LAS CALDERAS Control de bajo nivel de agua: Las calderas con operación automática deben estar equipadas con un interruptor de bajo nivel de agua, el cual impide el funcionamiento del quemador, mientras no exista suficiente agua en la caldera, otro interruptor controla la alimentación del agua. Un modelo tipo de este dispositivo, consiste en un flotador que actúa sobre un interruptor eléctrico y se instala en la columna de agua.

Actúan de acuerdo al nivel de agua de la siguiente manera: Nivel A.- Nivel superior de agua a 57 mm (2 1/4") arriba de la tuerca inferior, la bomba de alimentación de agua para en ese punto ya que desconecta el control de bajo nivel.

Nivel B.- Nivel inferior de agua a 44 mm (1 3/4") arriba de la tuerca inferior, la bomba de alimentación arranca hasta restablecer el nivel "A".

Nivel C.- Corte por bajo nivel a 32 mm (1 1/4") arriba de la tuerca inferior, el quemador se debe apagar al llegar el nivel del agua a este punto y se debe revisar la causa por la cual la bomba no opero en el nivel "B".

Control auxiliar de nivel de electrodos: Algunos fabricantes incluyen otro control adicional para proteger a la caldera contra un bajo nivel de agua en el caso de una posible falla del control de nivel de flotador, lo cual puede suceder si las tuberías que lo comunican con la caldera llegaran a taparse por exceso de sarro, por usar agua dura o por no purgar periódicamente las tuberías.

Su principio de funcionamiento es como sigue: Al bajar el nivel del agua se abre el circuito límite que está en serie con todos los demás y la caldera deja de funcionar.

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Columna de agua: Es un cuerpo cilíndrico hueco, que constituye un deposito intermedio entre el cristal y la caldera. Se instala verticalmente comunicado a la cámara de vapor y agua en ella se instalan el indicador de nivel (cristal) los grifos o válvulas de prueba, manómetro y el control de bajo nivel de agua, al igual que los otros accesorios cuenta con una conexión de 19 mm de diámetro cuando menos y su válvula de descarga.

El objeto de su instalación es evitar que se registren en el cristal, los constantes y excesivos movimientos del agua contenido en la caldera, para lograr una indicación uniforme y correcta del nivel de agua.

Control de límite de presión: En este aparato se ajusta a voluntad la presión de operación deseada (sin rebasar la máxima presión de operación). Su operación es similar al control de los compresores de aire o sea que arranca cuando la presión baja a un determinado límite (ajustable) y para cuando rebasa un valor adicional (ajustable).

Control de presión modulante: Este aparato de control es parecido al anterior sólo que a partir de la presión deseada (MAIN) empieza a mandar una señal proporcional al motor Modutrol para “modular” la flama durante el rango ajustado llamado diferencial (DIF). Este control es un potenciómetro variable.

Cuando baja la presión, dentro del rango diferencial, pide más calor y la flama crece. Cuando va llegando a la presión límite de regulación la flama va decreciendo progresivamente.

Motor modulador (Modutrol): Este es un motor especial que solo gira 90º hacia un sentido o hacia el otro de acuerdo con la señal que le manda el control de presión modulante o un potenciómetro manual.

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Válvula dosificadora de combustible: Esta válvula es accionada por el motor modulador y en un ángulo de giro de 180º regula el paso del combustible de un mínimo a un máximo.

Control programador: Este aparato es el cerebro de la caldera que se encarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado de la caldera. Tiene componentes electrónicos y los hay desde muy simples hasta muy complicados.

Traen consigo las conexiones para intercalar una celda fotoeléctrica que se encarga de “ver” constantemente el interior del hogar y cuando falla la flama apaga la caldera y cierra una válvula solenoide de combustible.

Manómetro: Es un aparato que se utiliza para medir presiones mayores a la atmosférica. Su funcionamiento se basa en la propiedad que tienen los metales de enderezarse con aumento de presión o a la expansión de un diafragma corrugado. El manómetro esta constituido por:

1) Un tubo curvo abierto por un extremo y cerrado por el otro. 2) Un mecanismo. 3) Un piñón (engrane). 4) Una manecilla o aguja. 5) Una carátula. 6) Una caja.

Las causas por lo que se puede averiar un manómetro son: 1) Por obstrucción de la tubería. 2) Por desajuste entre los dientes del cuadrante y el piñón. 3) Por demasiado juego en las palancas. 4) Por flexión de la curvatura del tubo.

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Fusible (tapón de seguridad): Es un artefacto diseñado para accionar en caso de que el agua, en una caldera trabajando, baje más su nivel peligroso, dando el "aviso oportuno" de apagar el combustible.

Debemos

recordar

que

estos

accesorios

anteriormente

mencionados

son

indispensables en una caldera y de su funcionamiento correcto depende la seguridad de los equipos, personas y construcciones cercanas a la caldera.

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Domo superior caldera tubos de agua. Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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Control de nivel de agua tipo McDonnell.

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EQUIPOS AUXILIARES. Son aquellos equipos que estando fuera de la caldera forman parte integral de la misma para ayudar a su mayor rendimiento.

Bombas de agua: Uno de los factores principales para la operación optima de una caldera, es contar con un sistema de suministro de agua que sea adecuado para cada caso en particular. Existen dos sistemas de alimentación de agua: Operación continua. Operación intermitente.

Es importante conocer el tipo de operación, debido a la capacidad, presión de descarga y tipo de bomba seleccionada, dependerá de esta consideración.

Existen dos tipos de bombas: Bomba tipo turbina. Bomba tipo centrifuga.

Como regla general la bomba tipo turbina es frecuentemente seleccionada para operación intermitente y la bomba centrifuga para operación continua.

Economizador: Es un equipo que aprovecha la temperatura de los gases de combustión para elevar la temperatura del agua de alimentación de la caldera, este equipo generalmente se coloca en calderas de gran capacidad y dónde económicamente sea costeable.

Precalentador de aire: Es un equipo que aprovecha los gases de combustión para calentar el aire que se introduce al hogar con el objeto de aumentar la eficiencia de la combustión.

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Sobrecalentadores: Los sobrecalentadores toman el vapor saturado del colector superior de la caldera y elevan su temperatura.

Básicamente los sobrecalentadores son una serie de tubos que suelen colocarse entre los bancos de tubos. Los gases calientan el vapor saturado que entra al sobrecalentador y lo convierten en vapor sobrecalentado de alta temperatura.

Regulador de agua de alimentación: Es el mecanismo automático para controlar la entrada de agua en una caldera o generador de vapor, con el fin de mantener su nivel a una altura determinada y constante.

Separadores de vapor (trampas de vapor); Tienen por objeto separar el condensado dejando en libertad el vapor seco.

Quemadores de combustible: La función de un quemador es pulverizar el combustible liquido y mezclarlo con el aire para obtener su combustión.

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OPERACIÓN, SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS. Arranque. Antes de arrancar la caldera se deben de tomar las siguientes consideraciones:

Deberán eliminarse ya sea por lavado u otros medios mecánicos todas las substancias que en forma de suciedad, basuras, rebabas ó otros depósitos superficiales se encuentren dentro de la caldera.

Efectuése una prueba hidrostática a 1.5 veces la presión normal de trabajo para poder cerciorarse de que alguna de las partes de la caldera no haya sufrido ningún deterioro. Los empaques de los registros de mano (tortugas), comprimidos durante la prueba hidrostática, deberán ser apretados de nuevo a la terminación satisfactoria de ésta, de preferencia por una sola persona, para evitar un apriete excesivo. Este trabajo deberá efectuarse cuando la presión sea de 20 psi aproximadamente, la cual es suficiente para mantener los empaques en sus asientos y al mismo tiempo lo suficientemente baja para evitar peligro al personal.

Es necesario asegurarse de que toda materia combustible, herramienta y objetos extraños se encuentren alejados de la caldera.

Compruebe que las siguientes válvulas se encuentren cerradas: la válvula de purga de fondo, la de la columna de control, las de prueba de control de nivel y la de la salida de vapor (opcional).

Compruebe que las siguientes válvulas se encuentren abiertas: La que se encuentra a la succión de la bomba de agua, la que está entre la bomba y la caldera, las válvulas del cristal de nivel, la de entrada de agua al tanque de condensados, la de suministro de combustible y la de vapor (opcional).

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Llevando la caldera a la presión de operación: Antes de iniciar a elevar la presión de operación de la caldera por primera vez ó después de una reparación mayor, asegúrese que todo el equipo auxiliar está en condiciones y listo para operar. Así también, todos los instrumentos de control e indicación deben de estar probados y calibrados. El nivel normal debe de estar a una pulgada en el cristal y los niveles deben de probarse abriendo y cerrando los grifos de prueba, si se tienen. La causa de cualquier movimiento lento de la columna de agua debe ser investigada.

Pruebe las líneas de alimentación auxiliar y principal y asegúrese que el economizador esté lleno suministrando agua al interior de la caldera por medio del economizador, para elevar el nivel de agua aproximadamente ½” arriba del nivel normal y enseguida cierre solamente las válvulas de regulación. Así el agua estará lista cuando sea requerida.

Vea que las puertas de acceso a la caldera estén cerradas, y que las válvulas de vapor y agua lo mismo que las llaves de los indicadores de nivel sean manuables y correctamente ajustadas. Opere los ventiladores y prepare el equipo de encendido para servicio.

El equipo de encendido de combustible deberá ser puesto en servicio de acuerdo con las instrucciones para el tipo de sistema instalado, y también con la aplicación estricta de las conocidas reglas de seguridad según el combustible a usar. De especial importancia cuando se queme gas ó líquido, es la necesidad de purgar la instalación antes de encender o reencender el quemador.

Se deberá considerar la cantidad de refractario en el horno, así como los cambios rápidos de temperatura en el horno que deben evitarse para prevenir que los ladrillos se deterioren.

Antes de que la presión haya alcanzado 20 psi, reapriete cualquier registro que haya sido abierto para propósitos de inspección

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Una vez que la caldera empiece a generar vapor la válvula de salida puede permanecer cerrada ó abierta según se desee. Si se mantiene cerrada la caldera llegará a su presión de trabajo más rápido y cuando se vaya a pasar vapor al sistema la válvula deberá abrirse lentamente para evitar golpes de ariete ó dilataciones fuertes en la tubería.

Mientras que la caldera sé esta calentando deberá permanecer abierta una válvula de prueba para que desaloje el aire acumulado, en cuanto empiece a expulsar vapor se deberá cerrar esta válvula.

Una vez que ha sido puesta en servicio la caldera se deberá verificar la operación del sistema de inyección de agua, de los controles de presión y del quemador.

Es natural que después de encendido el quemador empiece a haber fugas de agua, tanto por la parte frontal como por la posterior, esto se debe a la existencia de humedad en los refractarios. Una vez secos los refractarios deberá desaparecer toda fuga de agua.

Operación de calderas: Las calderas se componen de una serie de elementos cuidadosamente diseñados sobre bases técnicas.

Las calderas con sistema de control automático, tienen un programador que dependiendo de su diseño, pueden tener la siguiente secuencia: Segundos

Descripción

0

Arranque de la caldera.

40

Período de barrido de gases.

45

Encendido del piloto de gas.

55

Apertura de la válvula principal de combustible.

70

Corte del piloto de gas.

105

Fin del ciclo de encendido.

105-120

Período de post-purga y paro de la caldera.

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Antes de encenderse el combustible de una caldera que se haya encontrado fuera de servicio, deberá verificar la compuerta de tiro, abriéndola si esta cerrada en una caldera de tiro natural o poniendo a funcionar los abanicos de tiro inducido y forzado.

Cuando la caldera o generador de vapor ha alcanzado tres cuartas partes de su presión de operación, deberán tomarse las siguientes precauciones: 1) Probar la válvula de seguridad con la palanca de mano. 2) Comprobar el perfecto funcionamiento de los sistemas de alimentación de agua. 3) Rectificar la posición de la compuerta de tiro a fin de obtener una buena combustión a plena carga.

Comprobación durante el funcionamiento: Sistema de vapor: Compruebe su sistema para prevenirlo de los siguientes problemas y tome la acción correctiva necesaria o notifíquelo a la persona autorizada. a) Alimentación de agua cruda fría a la caldera “caliente”. b) Deficiencia de tratamiento de agua, eliminación de oxigeno, análisis periódico de agua y programa de fugas. c) Un arranque lento al iniciar la operación de su caldera puede agregarle años de vida.

Tiempo necesario para subir de presión una caldera: El tiempo requerido para subir a la presión normal de operación una caldera fría, depende tanto del tamaño de la unidad, como de la presión de diseño y de la temperatura final del vapor. La presión deberá subirse a un ritmo adecuado para obtener un aumento uniforme en la temperatura de vapor saturado, tal como se muestra en la gráfica.

La curva #1; para calderas de presiones medias, entre 0 y 400 psig (0 a 28 kg/cm2) y cuya temperatura de vapor sobrecalentado no exceda de 900ºF (482ºC);

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esta basada en un aumento en la temperatura de vapor saturado de 120ºF (50ºC) por hora y a partir de 120ºF (50ºC) de temperatura inicial de la caldera.

La curva #2; para calderas de alta presión, se basa en 80ºF (27ºC) de aumento, con 120ºF (50ºC) iniciales.

Dependiendo de la curva que se aplique para cada caso, es necesario emplear entre una y una y media horas para tener 10 psig (0.7 kg/cm2) de presión de vapor.

Para unidades de presiones intermedias, utilícese la curva 1-A, la cual está basada en un aumento de 100 ºF (38ºC) por hora.

En el caso de unidades que por alguna causa se hayan apagado teniendo ya presión, al encenderlas nuevamente se debe seguir el ritmo de aumento de temperatura de la curva correspondiente. Esto es aún más importante tratándose de calderas equipadas con sobrecalentador.

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Curva de calentamiento. Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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¿Qué se debe controlar en un generador de vapor? En los generadores de vapor hay que regular: 

La presión del vapor.



La temperatura del vapor.



La relación aire/combustible.



El nivel de agua de la caldera.



La presión diferencial fluido auxiliar/combustible, en calderas con

quemadores de pulverización con fluido auxiliar. 

La temperatura media de aire (entrada)/gases (salida) en el precalentador.



Temperatura agua de alimentación.

Existiendo una serie de parámetros auxiliares y de seguridad que hay que supervisar: 

Temperatura fuel-oil.



Presión fuel-oil.



Presión llegada fluido auxiliar.



Temperatura gases de combustión.



Temperatura aire de combustión.



Características agua de alimentación.



Presión agua de alimentación.



Presión caldera.



Presión aire combustión.

E incluso existen parámetros cuyo valor real fuera de límites deben producir una alarma y, a veces la parada de la caldera; tales como: 

Presión fuel-oil (baja).



Presión fluido auxiliar de pulverización (alta y baja).



Presión aire de combustión (baja).



Presión del vapor (alta).



Temperatura fuel-oil (baja).

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Principales medidas de seguridad en la operación de una caldera. Las calderas modernas se construyen según normas de fabricación de prestigio internacional y van provistas de equipos automáticos de operación y seguridad, haciendo pensar a algunos usuarios que ellas no requieren la atención de expertos. Ponen sus unidades en manos de gente con poca experiencia que no sigue las buenas reglas de operación en forma debida. Muchos de ellos se figuran que su caldera al ser completamente automática, está protegida contra accidentes, sin comprender que todo recipiente a presión bajo fuego es potencialmente peligroso y que los controles automáticos no sustituyen a las reglas de seguridad.

Los problemas que se pueden presentar durante la operación de una caldera como en una planta de varias son: Explosión, incrustación, corrosión, combustión, arrastre de agua, espuma, grietas en la lámina, conectar una caldera en batería, limpieza y tratamiento de agua.

¿Porqué explotan las calderas? Existen dos tipos de explosiones: 1) Explosión súbita de la caldera. 2) Explosión del hogar.

La explosión súbita de la caldera, es la rotura o desgarramiento cilíndrico o de una parte de la caldera sujeta a presión, las causas por las que puede ocurrir son: 1) Exceso de presión. 2) Defecto y falla del material. 3) Incorrecta operación, fallando el factor humano.

La explosión por exceso de presión puede ocurrir cuando por alguna causa los mecanismos del manómetro y de la válvula de seguridad no trabajan. Se puede evitar revisando periódicamente el manómetro y accionando manualmente la válvula de seguridad.

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La explosión por falla de material puede ocurrir cuando existen grietas longitudinales entre los agujeros de los remaches, en las costuras de las láminas superpuestas, la falta de tensión y la rotura de los tirantes. Se evitan con inspecciones minuciosas que se deben realizar cuando por programa se le dé mantenimiento o cuando por necesidad se destape la caldera para realizar alguna reparación.

La explosión súbita por incorrecta operación, se presenta cuando en la caldera por alguna causa baja el agua durante su operación e imprudentemente el operador le introduce agua.

La explosión tiene lugar de la siguiente forma: Al bajar el agua a su nivel peligroso, las superficies de calefacción quedan sin refrigeración, alcanzando la temperatura del rojo vivo, con lo que el metal pierde su resistencia. Si en este momento se le introduce agua la generación de vapor es tan rápida y con alta presión que vence la escasa resistencia del metal desgarrándolo y ocasionando la explosión. Para evitar está explosión el fogonero al percatarse de que el agua a desaparecido del indicador de nivel y no tiene la seguridad hasta donde se encuentra, “deberá inmediatamente apagar el combustible”; y por ningún motivo abrirá la válvula de alimentación de agua; no hará escapar las válvulas de seguridad y no moverá la válvula de cierre de vapor, esperará que baje la presión y se enfríe la caldera, para alimentarla de agua nuevamente y no deberá encender el combustible sin una previa inspección.

Explosión del hogar: La magnitud de las explosiones de la cámara de fuego, podemos agruparla en: Sin daños (toritos). Con daños interiores en la caldera solamente. Con daños interiores a la caldera y la propiedad en general con desastrosas consecuencias.

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Exactamente la misma causa nos puede hacer pasar de una situación a otra de mucho mayores consecuencias.

Los elementos necesarios para que suceda una explosión en la cámara de fuego u horno son: 1) Combustible derramado o acumulado en el horno. También exceso de escoria. 2) Aire en proporción inadecuada. 3) Fuentes de ignición, tales como: pared de horno caliente, tiempo reducido de purga o falla del mismo sistema de ignición.

Empíricamente se ha observado que cargas de aire-combustible en proporciones que varían de 5 a 15 partes de aire por una de combustible y en cantidades superiores a 30% del que se puede quemar en régimen normal, son cargas consideradas factibles de explotar fácilmente.

Entre las causas que provocan las explosiones en los hogares podemos citar las siguientes: 1) Falla de flama ocasionada por la entrada de líquidos o gases inertes al sistema de combustible. 2) Pre-purga insuficiente antes del encendido. 3) Errores humanos. 4) Falla de los controles de flujo de combustible. 5) Fugas o goteos en las válvulas de corte de combustible. 6) Relación desproporcionada de aire-combustible. 7) Falla del sistema de abastecimiento de combustible. 8) Problemas o pérdida de tiro. 9) Falla de los pilotos de ignición. 10) Fomentamos o creamos un peligro potencial cuando tenemos fallas o insuficiencias en la alimentación del combustible. Válvulas solenoide defectuosas. Programación de tiempo insuficiente para ignición. 11) Exceso de hollín (mala combustión). Contactos de los controles rotos o sucios.

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Para evitar explosiones en el horno tome las siguientes precauciones: 1) Revise la operación de la caldera periódicamente. 2) Si su quemador se apaga sin razón aparente, desconecte el interruptor de encendido. Después con el ventilador de tiro forzado haga un verdadero, efectivo y juicioso barrido de gases en la cámara de combustión. SIEMPRE determine las causas y el remedio de paro del quemador. 3) Mantenga el quemador y accesorios realmente limpios. 4) Calderas con ventilador de tiro forzado y tiro inducido, pruebe su programación de arranque y parado de motores periódicamente. 5) No trate de lograr el máximo de bióxido de carbono partiendo de una mezcla rica. 6) Mantenga la temperatura del combustible a nivel correcto. 7) Nunca permita condiciones de flama inestables sin corrección oportuna.

Los quemadores de gas merecen una atención mucho muy especial, a continuación se presentan algunas causas de explosiones particulares para este tipo de quemadores y formas de prevenirlas.

Cuando tenga algunas fallas de los controles de dosificación automática, tales como: fugas de válvulas, proporción desbalanceada aire-combustible, falla de ventiladores y compuertas:

Compruebe el control automático por: Baja presión de combustible, alta presión de combustible, pérdida de presión de aire de los instrumentos, pérdida de presión de los ventiladores, falla de energía eléctrica y corte por bajo nivel de agua

Cuando tenga purga insuficiente o falta de ella, asegure una purga adecuada haciendo lo siguiente: Cierre todas las válvulas del piloto de gas, cierre todas las válvulas del quemador un tiempo programado.

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Si tiene falla de flama o falla del piloto de gas, este seguro que la flama ha fallado haciendo lo siguiente: Revise la posición de las válvulas de combustible, para ver si no hay alguna cerrada; revise la proporción aire-combustible, revise el transformador de ignición y piloto.

Incrustación: El descuido del mantenimiento por el lado del agua, trae como resultado la formación de incrustaciones, picaduras, corrosión, espuma, arrastre de humedad y “crestas de nivel de agua”.

Se llama incrustación al conjunto de sales, cuerpos e impurezas que contiene el agua en disolución y que, al transformarse en vapor se depositan en las superficies de calefacción.

Corrosión: Es el desperfecto o deterioro que sufren las superficies metálicas de una caldera, puede ser interna o externa, la interna es debido a efectos elecroquímicos, estos se presentan por dos causas 1) por el aire que viene mezclado mecánicamente con el agua de alimentación y 2) por el oxigeno que se produce por el efecto elecrolítico que sufre el agua por su acidez, al estar en contacto con las láminas de la caldera cargadas de potenciales eléctricos diferentes. La corrosión externa la provoca el azufre contenido en el hollín depositado y adherido a las superficies de calefacción de la caldera, otra causa es el agua procedente de alguna fuga, gotera o simplemente la humedad del aire cuando la caldera ha estado inactiva por algún tiempo. Los efectos de ambas corrosiones son las “picaduras y las ranuras” y por consiguiente el debilitamiento de la lámina.

Arrastre de vapor: Es la transportación que hace el vapor en peligrosas cantidades de pequeñas partículas de agua a la salida de la caldera. Esto puede ser causado por: 1) Alta concentración de sólidos debido a falta de purgas.

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2) Falta de un tratamiento de agua adecuado. 3) Líneas de vapor “estranguladas” a la salida de la caldera que producen grandes velocidades, causando desprendimiento o arrastre de agua de la caldera. 4) Cargas súbitas, ocasionadas por aperturas rápidas de las válvulas, produciendo sobre cargas instantáneas en la caldera. 5) Caldera sobre cargada por incrementos en la demanda de la planta. 6) Cabezales o líneas de vapor con condensaciones sin trampas adecuadas. 7) Un alto nivel de agua que disminuye la superficie de liberación de vapor o cámara de vapor.

El arrastre de agua por el vapor ocasiona vibraciones en las tuberías de vapor, el golpe de ariete y la destrucción en algunos casos de la máquina en donde es empleado.

Grietas en las láminas: Grieta es una abertura que sufre un material en este caso será la lámina. Las causas por las que se origina una grieta pueden ser: 1) Debido a la corrosión formando muescas o marcas que si no se toman las precauciones pueden perforar la lámina. 2) Por concentración de esfuerzos en un solo lugar, esto ocurre cuando no se efectúa una superposición de laminas dentro de un circulo perfecto. 3) Por fuego directo, se forma por la diferencia comparativamente grande entre los coeficientes de dilatación de la masa de agua y de las láminas que constituyen la superficie de calefacción. En las calderas de tubos de fuego normalmente se localizan en los hogares.

Apagado de emergencia o corte. El cierre de las válvulas de corte de combustible principal y de quemador, deben ser cerradas de emergencia bajo las siguientes condiciones: Perdida de toda la carga en la caldera. Perdida de ignición de todos los quemadores.

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Pérdida de la operación del ventilador tiro forzado, o el ventilador de tiro inducido si existe. Presión de combustible por debajo del mínimo recomendado. Bajo nivel de agua en el domo de vapor. Perdida de la energía del sistema de control de combustión. Algún otro de acuerdo al tipo de caldera, según sistema de protección diseñado o recomendado por el fabricante.

Regla de los nunca. Nunca: Trate de alimentarle agua a la caldera cuando el nivel en el cristal ha desaparecido. Nunca: Bloquee los relevadores con palos u otras cosas. Nunca: Opere manualmente los programadores y relevadores. Nunca: Reduzca el tiempo de barrido inicial de los gases del horno. Nunca: Instale “puentes” en interruptores límite de los controles de seguridad. Nunca: Intente encender su caldera si antes no ha observado el horno. Nunca: Deje abiertas las válvulas de combustible al fin de jornada. Nunca: Deje energizado el circuito automático al parar su caldera. Nunca: Se pare frente al quemador al hacer el primer intento de encendido. Nunca: Deje más de 2 meses sin accionar la palanca de sus válvulas de seguridad para evitar que sus sellos se peguen.

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Mantenimiento. Antes de abrir una caldera para inspección, limpieza y mantenimiento, esta misma debe ser enfriada y se deberá tener extremo cuidado para evitar que de otras fuentes sujetas aún a presión llegue a entrar vapor y agua caliente a la unidad fuera de servicio. Si se requiere abrir por necesidad una parte a presión de una caldera caliente por medio de las válvulas de venteo que se suministran, se deberá verificar que no hay presión o vacío residual, bajo estas circunstancias ni las lecturas de manómetros se deberán abrir con extrema precaución. Los espacios encerrados se deben ventilar en forma apropiada antes de que el personal entre y durante el tiempo que estén adentro. Cuando se inspeccione el horno de la caldera, se deberá recordar que la caída de escoria pesada dentro del mismo horno es un peligro constante y con el consecuente daño para el personal. Por lo tanto, antes de entrar a cualquier espacio cerrado se deberá usar para protección ropa adecuada, (overall), goggles, guantes, zapatos, y casco. El aislamiento defectuoso que cubre partes a presión calientes puede originar el calentamiento de estructuras frías adjuntas, así como soportes. Todas las estructuras y soportes se deberán examinar y asegurarse que están en buen estado y que están cargados apropiadamente. Se deberán examinar los ductos de aire y gases así como juntas de expansión y cualquier depósito de polvo que se localice en ellos se eliminará. Si alguna parte se tiene que cortar con soplete o soldar en el interior de la caldera, esta área deberá ser ventilada adecuadamente y además deberá tener equipo contra incendio disponible lo mismo que un recipiente con agua para enfriar cualquier parte cortada caliente. Se usarán andamios para aquellos lugares que sean inaccesibles.

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Con objeto de minimizar los tiempos muertos y para operar y mantener la planta de la caldera en condiciones óptimas de eficiencia y seguridad, las áreas de trabajo siempre se conservarán limpias después de haberse completado el trabajo. Todo el equipo adicional será quitado y guardado, limpiar los escurrimientos, tirar en recipientes adecuados los materiales de limpieza desechados. En caso de haber usado

químicos

concentrados

siempre

asegúrense

que

se

emplean

los

procedimientos adecuados de dilución y de que no se dejen frascos ó botes con químicos escondidos por algún lugar. Antes de que una caldera se cierre para ser llenada, el ingeniero de mantenimiento responsable verificará que todo el equipo interno está correctamente instalado, que todos los tubos y orificios instalados estén libres de obstrucciones y que el equipo de indicación de nivel de agua está listo para operación. Las pruebas de presión de agua se llevarán a cabo en los siguientes casos: 1) Después de cualquier reparación de soldadura. 2) Después de inspecciones internas. 3) Después de trabajos de mantenimiento mayor ó periodos fuera de servicio. 4) Antes de levantar presión cuando la caldera no ha sido operada desde hace doce meses o más. Recomendaciones para el mantenimiento de una caldera: Diario: 1) Limpiar las boquillas del quemador. 2) Purgar la caldera por lo menos cada ocho horas de trabajo, tanto de la purga de fondo como de sus columnas de control de nivel. 3) Comprobar que la presión indicada por los manómetros de entrada de combustible y la presión de salida de combustible son las fijadas en su manual. 4) Comprobar si la presión de aire de atomización es la correcta. 5) Comprobar la temperatura de los gases de la chimenea.

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Cada tercer día: 1) Limpiar los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.

Cada ocho días: 1) Comprobar que no hay fugas de gases ni de aire en las juntas de ambas tapas y mirilla trasera. 2) Comprobar la tensión de la banda al compresor. 3) Limpiar el filtro de lubricante que esta pegado al compresor. 4) Lavar los filtros, tanto el de entrada a la bomba como el de entrada de agua al tanque de condensados. 5) Limpiar el electrodo del piloto de gas. 6) Comprobar que los interruptores termostáticos del calentador de combustible operen a la temperatura a que fueron calibrados al hacer la puesta en marcha. 7) Inspeccione la prensa estopas de la bomba de alimentación de agua.

Cada quince días: 1) Hacer limpieza de todos los filtros de agua, aceite combustible y aceite lubricante. 2) Probar la operación por falla de flama. 3) Revisión a las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc. 4) Verificar los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo de la caldera. 5) Asegúrese que la fotocelda esté limpia, así como el conductor en donde se encuentre colocada.

Cada mes: 1) Comprobar que los niveles de agua son los indicados. 2) Comprobar el bajo nivel bajando el interruptor de la bomba de alimentación, el agua al evaporarse ira disminuyendo el nivel y si al llegar a 32 mm (1 ¼”) no se para por bajo nivel, hay que parar inmediatamente la caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres hilos (del lado de la caldera). Así como también

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asegurarse de un correcto funcionamiento del flotador estando la columna exenta de lodos o acumulaciones. 3) Comprobar el voltaje y cargas que toman los motores.

Cada tres meses: 1) Observar la temperatura del termómetro de salida de gases de la chimenea de la caldera, cuando tenga 80ºC para una caldera de tubos de humo y 150ºC para una caldera de tubos de agua por arriba de la temperatura del agua en el interior y de ahí en adelante indica que la caldera está hollinada y hay que proceder a limpiarla. 2) Es conveniente también que se destapen varias tortugas o registros de las de en medio y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado del agua. 3) Cada vez que se desholline es conveniente para la mejor conservación del refractario, darle una lechada con cemento refractario, tanto a la tapa trasera como al refractario del horno. Revisar los empaques y recubrirlos con grafito y aceite. 4) Tirar ligeramente de las palancas de las válvulas de seguridad para que escapen y evitar que peguen en su asiento.

Cada seis meses: 1) Comprobar el nivel de aceite del reductor de velocidad de la bomba de combustible. 2) Revisar los empaques de la prensa estopa de la bomba de alimentación de agua. En caso de encontrarse secos cámbiese por nuevos. 3) Limpieza general a los contactos del fireye y demás arrancadores con un trozo de género limpio, humedecido con tetracloruro de carbono. 4) Inspeccione los fluses por el lado de hollín y límpiense de ser necesario. 5) Inspeccione el material refractario del horno y la puerta trasera. 6) Limpie las grietas y saque el material refractario que se haya desprendido. Recubra el mismo con un cemento refractario de fraguado al aire.

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7) Revise sus bandas de transmisión, deles su tensión apropiada. 8) Es conveniente lavar la caldera interiormente. 9) Comprobar la limpieza de las columnas de control y de las entradas del agua de la bomba de alimentación. 10) Comprobar y lavar los pressuretroles, toda la línea de los mismos y la línea del manómetro 11) Se refrescan las cuerdas al tornillo de las tortugas y se les pone grafito con aceite para que no se peguen. 12) Destapar todas las cruces y comprobar que estén limpias. Limpiar cada seis meses cuando menos.

Cada año: 1) Limpiar el calentador eléctrico y el de vapor para combustible, así como asentar la válvula de alivio y las reguladoras de presión. 2) Revisar el estado en que se encuentran todas las válvulas de la caldera. 3) Reengrasar los baleros de la bomba de agua de combustible. 4) Relubricar los baleros sellados de las transmisiones o motores que tengan este tipo de baleros. Repónganse los sellos cuidadosamente, reemplácense los baleros defectuosos o los que se tenga duda.

Carta de fallas, diagnóstico y corrección viable. Falla

Causa probable

Corrección

No enciende el quemador

Boquilla atomizadora obstruida Alto flujo de aire

Limpieza del ensamble del atomizador

La flama se despega de la garganta Pérdida de ignición

a) alta/baja presión de combustible b) alto/bajo flujo de aire c) condensados en el vapor de atomización d) boquilla de atomización obstruida e) filtro combustible obstruido

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Compruebe el exceso de aire, si es alto Redúzcalo a la cantidad recomendada. Corte el combustible al quemador; Determine la causa si es posible, purgue la unidad (si todos los quemadores Salieron de servicio), intente encender

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Pulsación de ignición

Flama larga humeante

El motor de la bomba de agua no funciona

El motor de la bomba si funciona; pero no inyecta agua o es muy poca y por lo tanto la bomba permanece encendida

El tanque de almacenamiento se rebalsa de agua La bomba de combustible no levanta presión

El motor del quemador no funciona; pero no inyecta

El motor del quemador si funciona, pero no abre la válvula solenoide del

a) condensados en el vapor de atomización b) alta temperatura del combustible c) fuga a través de los empaques del atomizador d) relación aire-combustible inadecuada La boquilla atomizadora podrá estar parcialmente obstruida o mal armada a) fusibles quemados b) cápsula de mercurio reventada c) arrancador protegido d) flotador del McDonnell pegado a) no hay agua en el tanque b) alguna válvula de paso está cerrada c) el filtro "Y" tapado d) la bomba está muy gastada y no alcanza a superar la presión de la caldera e) el agua almacenada en el tanque está demasiado caliente a) la válvula flotadora no funciona correctamente b) la válvula check no retiene a) el cople que une la bomba con el motor se rompió b) la tubería que conduce el combustible hasta la bomba tomó aire c) el filtro de combustible se tapó a) fusibles quemados b) cápsula de mercurio del "pressuretrol" reventada c) cápsula de mercurio del McDonnell reventada a) el relay está protegido por falla de flama b) la bobina de la válvula

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a) revise las trampas de vapor, sople las líneas de vapor de atomización si es Necesario b) revise la temperatura del combustible, la temperatura deberá ser tal, que nos Proporcione viscosidad óptima. Si es alta ajuste los calentadores c) cambie empaques d) revise el control de combustión Inspeccione el ensamble del atomizador

a) cambie fusibles b) cambie cápsula c) restablezca elementos d) limpieza interior al McDonnell

a) verificar el flotador b) abrir las válvulas de compuerta c) limpiar el cedazo del filtro d) instalar bomba de refacción y mandar la otra a reparación e) enfriarla con agua nueva o instalar bomba especial para altas temperaturas

a) cambie el flotador o toda la válvula si es necesario b) ajuste o cambie la válvula a) ponga un cople nuevo b) purgue el aire de la bomba c) lave el filtro

a) cambie fusibles b) cambie cápsula c) cambie cápsula

a) restablezca el relay b) cambie la bobina c) cambie el relay 55

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combustible

El motor del quemador y la válvula solenoide si funcionan, pero no enciende la flama El quemador se enciende y se apaga continuamente hasta protegerse Sale humo negro por la chimenea Sale vapor por el control de presión "pressuretrol" Sale vapor por el control de nivel de agua McDonnell Se fundió el tapón fusible

Abre la válvula de seguridad aún cuando el manómetro registra baja presión

Se aflojan los tubos flux y chorrea agua

está quemada c) el relay tiene algún desperfecto electrónico a) el transformador de ignición no da chispa b) los electrodos fuera de lugar o muy abiertos c) no pasa combustible La fotocelda no registra la luz del fuego Falta aire en la combustión

a) cambie el transformador b) ajuste electrodos c) limpie el filtro de la boquilla

Enfoque la fotocelda o cámbiela

Se rompió el fuelle

Abra más la compuerta y verifique el Funcionamiento del quemador en todas las cargas Cambie el fuelle

Se rompió el fuelle

Cambie el fuelle

a) se atoro el flotador del McDonnell y no hubo protección por bajo nivel b) tiene una capa de sarro por dentro que impide que el agua enfríe el fusible a) el resorte de la válvula perdió el temple b) la tubería que conduce a los controles de presión se tapó de sarro y no registra con veracidad La caldera se encuentra llena de sarro

a) limpiar el interior del McDonnell y Cambiar tapón b) Lavar el interior de la caldera y Cambiar tapón

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a) Cambiar la válvula b) limpiar perfectamente la tubería

Lavarla y volver a apretar

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COMBUSTIÓN Por definición la combustión es la combinación de oxigeno y un material combustible, dando por resultado una rápida evolución del calor. Para que un combustible se queme, se deben presentar las siguientes condiciones: 1) El combustible debe estar gasificado. 2) La mezcla de oxigeno-combustible debe estar dentro del rango flameable, es decir, no muy ligera ni muy rica. 3) La temperatura de la mezcla aire-combustible debe estar arriba de la temperatura de ignición.

Quemador: El quemador es un equipo generalmente compuesto de los siguientes componentes: caja de aire, damper o compuerta de aire, registro, atomizador, anillo o cañón de gas, piloto de gas y garganta de refractario. Aunque el ventilador de aire de combustión no es un componente del quemador propiamente dicho, hay que señalar que se uno de los componentes individuales que mayor influencia tiene en la adecuada operación del quemador.

Las principales funciones del quemador son dos: 1) Acondicionar tanto el combustible como el aire de combustión y mezclarlos en la forma más eficiente posible para lograr una combustión optima, manteniendo estabilidad en la flama. 2) Ajustar la forma de la flama, para lograr la más adecuada al hogar o la aplicación especifica.

La capacidad de los quemadores es regulada desde un mínimo hasta un máximo, por la acción de la válvula de control de combustible principal a quemadores y la acción de la compuerta de control de aire a quemadores, instalada generalmente en la succión o en la descarga del ventilador de tiro forzado manteniendo la relación aire-combustible en todo el rango de operación. Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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La determinación de la relación aire-combustible, se logra mediante análisis de gases de combustión con un analizador de gases Orsat, un analizador de oxígeno o algún otro instrumento debidamente calibrado. La presión de combustible en los quemadores, no deberá ser llevada a un valor debajo del punto donde la combustión puede ser perdida.

El registro de aire no debe ser usado para regular el aire a los quemadores. Los ajustes deberán ser hechos por la acción de la válvula de control general de combustible a quemadores y la compuerta de regulación de flujo de aire principal y nunca por las válvulas individuales de combustible de un quemador.

En calderas equipadas con un control de combustión automático, podrá ser puesto en servicio una vez de que se haya caracterizado mediante pruebas en operación manual.

Principales puntos de evaluación del quemador: Rangeabilidad. Forma de la flama. Confiabilidad. Mantenimiento. Exceso de aire.

Rangeabilidad: La rangeabilidad o turndown como también se le conoce, es el rango de operación estable del quemador, expresado como una relación de la capacidad máxima a la capacidad mínima. Esto es, cuando un quemador es capaz de operar establemente desde el 20% de su capacidad hasta plena carga, se dice que el quemador tiene una rangeabilidad de 5 a 1.

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Al punto de capacidad máxima y capacidad mínima estable de los quemadores, se le conoce como fuego máximo y fuego mínimo respectivamente.

La estabilidad del quemador a bajas cargas, así como la rangeabilidad depende de su habilidad para mantener la reacción de combustión, misma que se mantiene cuando se logra estabilizar la base de la flama, es decir el punto donde se inicia la combustión, para lo cual se requiere satisfacer dos condiciones: a) Debe haber en la base de la flama una mezcla aire-combustible dentro de los límites de inflamabilidad, aunque los flujos de aire y combustible no lo estén. b) La mezcla debe calentarse a su temperatura de inflamación, para lo cual se utilizan dos métodos: 1) Re-radiación de calor de la garganta de refractario, utilizando gargantas de refractario divergentes. 2) Creación de una zona de recirculación de gases calientes hacia la zona fría de la base de la flama, lo cual se logra con el difusor o estabilizador en sus diferentes tipos.

Forma de flama: 

Fundamental, para la mejor eficiencia en la combustión.



El quemador debe ser capaz de ajustar la longitud y diámetro de la flama

para adaptarse al hogar, generalmente reducido en las calderas paquete, sin dañar a los tubos de las paredes del hogar. 

Muy importante también en aplicaciones de quemadores múltiples.



Determinada por el registro, la garganta de refractario y barrenado del

atomizador de combustóleo o quemador de gas. 

Afectada por la calidad del combustible y el exceso de aire.

Exceso de aire: 

Es la cantidad de aire por sobre la requerida, según relación estequiometrica,

necesaria para alcanzar una combustión completa.

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

Determina la eficiencia del quemador, pues es proporcional a la perdida de

calor vía aire caliente, enviado a la atmósfera. 

Depende de la habilidad del registro para mezclar el aire de combustión con

el combustible y del tiempo de residencia en el hogar. 

Excesos de aire típicos.

Gas natural

5 a 10 %

Combustóleo

10 a 15 %

Carbón pulverizado 15 a 20 %

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Principales componentes del quemador: 

Caja de aire.



Compuerta de aire (damper).



Registro.



Cañón atomizador.



Garganta de refractario.



Difusor o estabilizador.

Caja de aire: Además de su función de conectar y soportar al quemador, cumple la importantisima función de distribuir uniformemente el aire de combustión a los quemadores.

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Para cumplir lo anterior la caja de aire deberá ser diseñada con una forma y dimensiones tales que la velocidad del aire no sea mayor de alrededor de 2300 pies/min. en ningún punto de la misma y estar provista de divisores de flujo con arreglos de malla perforada, según se requieran para corregir cualquier desbalance de diseño en el flujo de aire de combustión.

Compuerta de aire (damper): Es la parte del quemador que controla la cantidad de aire de combustión a los quemadores y se puede instalar a la succión o a la descarga del ventilador o en ambas partes.

Las compuertas de aire deberán ser del tipo aletas múltiples, de apertura lenta y diseñadas para proporcionar una característica lineal de flujo de aire contra apertura.

El diseño de las compuertas deberá ser tal, que a posición totalmente cerrada, permita una fuga de aire mínima que sea compatible con la rangeabilidad de la caldera y con las curvas de exceso de aire de los quemadores.

Esta ultima característica es primordial para garantizar la rangeabilidad de la caldera y el exceso de aire de la misma a fuego mínimo.

Registro: Es la parte del quemador encargada de acondicionar el aire de combustión para ser mezclado con el combustible.

Este acondicionamiento consiste básicamente en dos funciones: a) Distribuir adecuadamente el flujo de aire de combustión a través de la garganta. b) Imprimir al flujo de aire el movimiento giratorio necesario para el formado de la flama y la estabilidad de la misma.

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Como puede observarse, este es uno de los componentes más importantes del quemador, al grado de que sus características de diseño y operación son determinantes en todos los puntos de evaluación del mismo, como son: rangeabilidad, forma de la flama, exceso de aire y emisión de contaminantes.

Cañón atomizador: Es la parte del quemador encargada de acondicionar los combustibles líquidos para ser mezclados con el aire de combustión.

Este acondicionamiento consiste no solo en descomponer los combustibles líquidos y particularmente el combustóleo en gotas lo más pequeñas posibles para que puedan ser mezcladas con el aire de combustión en forma eficiente, sino además en introducir el chorro de combustible atomizado dentro de la corriente de aire en una forma óptima y congruente con las necesidades de formado de flama y rangeabilidad.

Garganta de refractario: La garganta de refractario también es un componente importante del quemador, cuya función es proveer una zona caliente para la estabilización de la base de la flama, y su geometría es determinante en la forma de la flama.

El diámetro de la garganta de refractario determina y limita la capacidad del quemador y su caída de presión, dado que no es recomendable que la velocidad del aire al pasar por ella sea mayor de 4100 pies/min.

En atención a su perfil, las gargantas de refractario pueden dividirse en rectas y divergentes, mientras que en atención a su sección transversal se dividen en circulares y elípticas.

La principal diferencia operativa entre las gargantas rectas y las divergentes, estriba en que mientras en las primeras la base de la flama se establece siempre

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afuera, ala salida de la garganta, en las segundas esto ocurre dentro de la garganta, proveyendo una mayor estabilidad al quemador, por lo tanto, las gargantas con perfil divergente son las más recomendadas para usarse en calderas.

Las gargantas con sección transversal elíptica o con entrada circular y salida elíptica se utilizan para producir flamas asimétricas, cuando así lo requiera la aplicación específica.

Como regla general, la garganta deberá tener una profundidad tal, que la relación de profundidad a diámetro de la misma, nunca sea menor a 0.4 con el objeto de no perder efectividad en el formado de la flama.

Difusor o estabilizador: Uno de los componentes menos apreciados pero más importantes del quemador, es precisamente el difusor.

Su función primordial es la de producir una zona de recirculación de gases calientes en el interior de la flama que sujete y estabilice la base de esta.

El método para lograr que la flama se adapte a la forma de la garganta, es el de imprimir un giro de aire.

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Quemador dual.

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Corte de un quemador dual

Quemador de gas Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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Forma y apariencia de la flama: La apariencia de la flama del quemador, o quemadores, de una caldera es una buena indicación preliminar de las condiciones en que se realiza la combustión en el hogar. Hay patrones de apariencia definidas para considerar que una flama es buena en sus características, términos como “viva”, “corta”, “brillante” o de alta turbulencia define una buena condición de flama, para el caso de combustóleo, otros combustibles líquidos o pulverizados. Si en cambio sus características son “casi invisible”, “azul” o “ligeramente rayada y coloreada”, estas son propias de una buena combustión en gas natural.

Visibilidad de la flama: Para una cantidad dada de combustible quemado una flama corta significa combustión rápida y completa, una flama larga indica combustión retardada y una gran longitud de la flama denota una combustión imperfecta o falta de combustión.

Condición de una flama ideal (fig. 2): La flama escasamente libra la garganta del quemador, la flama es brillante y suave con trazas ligeras de humo en las puntas.

Problemas: Ninguno.

Problemas que pueden ocurrir en una flama con geometría ideal: La flama presenta chispas esto puede deberse a: Exceso de aire muy alto. Temperatura de combustible muy alta. Ceniza en el combustible. Si la flama presenta apariencia humeante, la causa puede ser exceso de aire muy bajo.

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La flama presenta apariencia obscura, color del combustible, no muestra combustión cerca de la garganta: Registros de aire muy cerrados.

La flama es angosta y no llena la garganta, posibilidad de una corriente delgada de combustible en el centro (fig. 3) Causas probables: Baja presión diferencial de combustible o taponamiento en la línea de retorno. Registros de aire demasiado abiertos.

El patrón de la flama presenta manchas de combustible intermitentes saliendo de la boquilla (fig. 4). Causas probables: Problema de atomización. Boquilla parcialmente obstruida. Boquilla desgastada o algún otro problema con la boquilla del quemador.

La flama tiende a soplarse o alejarse de la garganta (fig. 5). Causas probables: Registros de aire demasiado abiertos. Posición del cañón del quemador demasiado alejado hacia el interior del hogar. La flama libra la garganta pero más adelante “lame” las paredes del horno (fig. 6). Causas probables: Registros de aire demasiado cerrados.

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La flama incide sobre la garganta del quemador (fig. 7). Causas probables: El cañón del quemador no se ha introducido hasta la posición de operación. Boquilla inapropiada u orificios desgastados.

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En la tabla se presenta un resumen de estos comentarios.

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TRATAMIENTO DE AGUA El agua, como todos sabemos, sigue un ciclo de vaporización, condensación y precipitación en forma de lluvia,

para de ésta forma filtrarse en las capas

permeables de la tierra y formar mantos acuíferos, o de otro modo, precipitándose por las capas impermeables hasta llegar a los ríos o zonas de almacenamiento; pues bien; en su viaje desde las nubes hasta su captación en las industrias, el agua está expuesta a contaminaciones.

El agua es el compuesto más abundante en la superficie del planeta, el más ampliamente utilizado, y el más necesario para el desarrollo de la vida en todas sus fases, para el desarrollo comercial, industrial, etc.

Cualquiera que sea su utilización en todos los campos industriales de su aplicación, el agua siempre requiere un tratamiento previo ya que de no ser así, se presentarán problemas de diversa índole, tales como: Sedimentación, incrustación, fragilización, corrosiones, así como productos elaborados en forma no adecuada.

De aquí la importancia de que si se desea un máximo rendimiento de los equipos (en este caso la caldera) que están involucrados con el agua, deberá establecerse un tratamiento de agua adecuado para cada aplicación.

Para poder tratar el agua es necesario precisar la utilización que se le va a dar y conocer a fondo las impurezas que lleva consigo, para que de ésta forma se pueda atacar el problema de manera efectiva.

El proceso al cual será sometida el agua en una caldera, consiste en un calentamiento hasta la temperatura de saturación correspondiente a la presión de trabajo, evaporación con aumento de la concentración de sales disueltas y formación de espumas, por la presencia de ciertos compuestos orgánicos en el agua.

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Impurezas: Las impurezas que pueden estar presentes en el agua, pueden dividirse en sólidos en suspensión, sólidos y gases disueltos.

Los sólidos en suspensión: Son los que no se disuelven en el agua y pueden ser eliminados por medio de filtración, por ejemplo: Arena, arcilla, etc.

Los sólidos disueltos: Como su nombre lo indica, son compuestos que se encuentran disueltos en el agua y que no pueden separarse por filtración. Ejemplo: La presencia de dureza o de cloruros en el agua.

Los gases: Pueden estar disueltos en el agua y se pueden eliminar por ebullición de ésta.

Todas estas impurezas del agua natural o cruda son causa de dificultades, de más o menos importancia, por lo que se hace necesario determinar su concentración para posteriormente eliminarlas mediante un tratamiento adecuado.

A continuación se enlistan las impurezas más comunes en las aguas crudas y se mencionan los problemas a que dan origen.

Turbiedad: Le imparte apariencia desagradable al agua. Forma depósitos en las líneas, equipos de proceso, calderas, etc. Es causa de interferencias en la mayoría de los procesos.

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Dureza: Constituida por las sales de calcio y magnesio, es la causa principal de las incrustaciones en equipos de intercambio de calor, caldera, líneas de alimentación, etc.

Alcalinidad: Formada por los bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, contribuye a la formación de espuma en agua de calderas y a los arrastres de sólidos con el vapor. Causa la fragilización del metal. Los bicarbonatos y carbonatos forman gas carbónico (CO2) que es una fuente de corrosión. Gas carbónico (CO2): Es causa de corrosión en líneas de vapor, y de condensado.

Sulfatos: Incrementan el contenido de sólidos disueltos del agua. Combinado con el calcio forma incrustación de sulfato de calcio.

Cloruros: Incrementan el contenido de sólidos disueltos en el agua y aumenta su carácter corrosivo e incrustante.

Nitratos: Incrementan los sólidos disueltos; pero no es de mucha significación.

Sílice: Produce incrustaciones en calderas y sistemas de enfriamiento. Produce depósitos en los álabes de las turbinas, por vaporización junto con el vapor de agua.

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Fierro: Causa depósitos en líneas de agua y calderas. Ataca las resinas de intercambio iónico.

Aceite: Produce incrustaciones, lodos y espumas en calderas. Impide el intercambio de calor actuando como aislante.

Oxigeno: Causa corrosión del metal en calderas, calentadores, líneas de condensado, etc.

Sólidos disueltos: Es la medida de la cantidad total de materia disuelta; una alta concentración de sólidos disueltos es perjudicial debido a que produce espuma en agua de calderas, favoreciendo los arrastres.

Sólidos en suspensión: Es la medida de la cantidad total de materia insoluble. Causa obstrucción de líneas de agua, depósitos en calderas y equipos de intercambio de calor.

Materia orgánica: Produce corrosión, depósitos y espuma en calderas. Contamina las resinas de intercambio iónico.

Calidad requerida en el agua de calderas. La calidad del agua de alimentación y del agua en el interior de la caldera son función del tipo de generador y de las condiciones de trabajo (presión). El cuadro siguiente sirve de orientación para determinar las concentraciones admitidas en el agua del interior de calderas (pirotubulares y acuotubulares).

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Límites óptimos de control del agua de caldera Calderas que usan agua de alimentación ablandada Párametro SDT (máx) Fosfato (como PO4) Hidróxido (como CaCO3) Sulfito Sílice (como SiO2) max Hierro total (como Fe) máx Sustancias orgánicas

150

300

Presión, psi 600

4000 30-60 300-400 30-60 100 10 70-100

3500 30-60 250-300 30-40 50 5 70-100

3000 20-40 150-200 20-30 30 3 70-100

900

1200

1500

2000 15-20 120-150 15-20 10 2 50-70

500 10-15 100-120 10-15 5 2 50-70

300 5-10 80-100 5-10 3 1 50-70

Para mantener los valores admisibles de las concentraciones en el agua del interior de la caldera, es preciso evacuar una parte de la misma, mediante purgas periódicas.

Existen tres medios básicos para mantener estos importantes problemas bajo control: 1) Tratamiento externo del agua de reemplazo, condensado, o ambos antes de que entre a la caldera, para reducir o eliminar sustancias químicas (como dureza o sílice), gases o sólidos. 2) Tratamiento interno del agua de alimentación de la caldera, agua de la caldera, vapor o condensado, con productos químicos correctivos. 3) Purgado-control de la concentración de productos químicos en el agua de la caldera por el sangrado de una porción del agua en la caldera.

Tratamiento Externo. El programa de tratamiento de la caldera apunta al control de siete clasificaciones amplias de impurezas: sólidos suspendidos, dureza, alcalinidad, sílice, sólidos disueltos totales (STD), materia orgánica, y gases. En la tabla se resume el grado que reducen o eliminan estas impurezas.

Sólidos suspendidos: La

remoción

de

los

sólidos

suspendidos

se

logra

por

coagulación/floculación, filtración, o precipitación. Ing. Gabriel Ernesto Pando Martínez.

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Dureza: Cierto numero de operaciones remueven el calcio y el magnesio del agua, como se resume en la tabla. El intercambio de sodio remueve la dureza y no hace nada más; otros procesos proporcionan beneficios adicionales.

Alcalinidad: Es deseable tener alguna alcalinidad en el agua de la caldera, así que rara vez se lleva a cabo una remoción completa de la alcalinidad, excepto en la desmineralización. También se necesita cierta alcalinidad para dar el pH óptimo en el agua de alimentación a fin de prevenir la corrosión de la tubería y del equipo.

Sílice: La reducción de la sílice no siempre es necesaria, sobre todo en ausencia de una turbina de condensación. Las bajas concentraciones de sílice pueden producir a veces lodos pegajosos en las calderas de baja presión tratadas con fosfato. Se puede seleccionar un proceso de tratamiento que dé exactamente el grado adecuado de reducción de sílice que se requiere en el sistema de vapor.

Sólidos disueltos totales: Algunos procesos de tratamiento aumentan los sólidos disueltos al añadir subproductos solubles al agua; el ablandamiento con zeolita de sodio aumenta los sólidos en virtud de la adición de un ion (sodio) que tiene un peso equivalente (23) más alto que el del calcio (20) o el del magnesio (12.2) que se remueven del agua cruda. Por lo general, la reducción de los sólidos disueltos se logra por una reducción de varios contaminantes individuales.

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Materia orgánica: La materia orgánica, como una clasificación general, es sólo un término cualitativo. Incluye una amplia variedad de compuestos que rara vez se analizan como materiales específicos. Con frecuencia se han rastreado problemas en sistemas de calderas, que se atribuían a la materia orgánica y se ha visto que se debían a materiales orgánicos de los procesos de la planta en el retorno de condensado, más que a los contaminantes del agua de reemplazo.

Gases disueltos: Por lo común se usan deareadores para remover los gases mecánicamente en vez de hacerlo en forma química. Los deareadores de lavado de vapor, llamados calentadores deareadores, producen por lo general un efluente excento de CO2 con concentraciones de O2 en el intervalo de 0.005-0.01 mg/l. La reacción directa de estos bajos residuos con sulfito catalizado o con hidracina elimina el O2 completamente para evitar la corrosión en el prehervidor.

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Purgado. El agua de alimentación de la caldera, con independencia del tipo de tratamiento usado, todavía contiene concentraciones mensurables de impurezas. Los productos químicos del tratamiento interno del agua de caldera contribuyen también al nivel de sólidos en el agua de la caldera.

Cuando se genera vapor, se descarga de la caldera vapor de agua esencialmente puro, y esto permite que los sólidos introducidos en el agua de alimentación se queden en los circuitos de la caldera. El resultado neto de que continuamente se añadan impurezas y se saque agua pura es un aumento estable en el nivel de sólidos disueltos en el agua de la caldera. Existe un límite para la concentración de cada componente en la caldera. Para evitar que se rebasen estos límites de concentración, se saca agua de la caldera como purga y se descarga hacia el desecho.

Deareador.

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Deareador.

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Suavización. Como se ha dicho anteriormente, un equipo de suavización sirve exclusivamente para remover del agua los iones de calcio y magnesio, sustituyéndolos por sodio, con el objeto de hacer que las sales sódicas, al ser de gran solubilidad, eviten que éstas se depositen causando incrustaciones que van en perjuicio de la operación y vida útil de los equipos.

Una vez conocida la cantidad de agua que se puede suavizar por medio de una columna de zeolita, es conveniente indicar a continuación los pasos a seguir a través de un ciclo completo de suavización para obtener la operación óptima de la columna.

Pasos a seguir para la operación de un suavizador. Servicio: 1) Indicar en la carátula del medidor la cantidad de agua a suavizar, conectando, además, la alarma de terminación del ciclo de suavización, si se dispone de ella. 2) Colocar la palanca de la válvula múltiple en la posición número 3. 3) Abrir la válvula de salida de agua suavizada. 4) Abrir lentamente la entrada de agua dura. 5) El equipo está en operación hasta que la alarma indique que ha pasado a través de él la cantidad de agua señalada o cuando se determine agua dura en el efluente del suavizador.

Lavado o lavado a contracorriente: 1) Cerrar la válvula de salida de agua suavizada. 2) Cerrar la válvula de entrada de agua dura. 3) Colocar la palanca de la válvula múltiple en la posición número 1. 4) Abrir lentamente la válvula de entrada de agua dura. Esta operación termina hasta que el agua a la salida del drenaje esté clara.

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Inyección de salmuera (salado): 1) Cerrar la válvula de entrada de agua dura. 2) Colocar la palanca de la válvula múltiple en la posición número 2. 3) Abrir la válvula de paso de la salmuera. 4) Abrir lentamente la válvula de entrada de agua dura. Esta operación termina cuando se ha succionado una altura determinada de salmuera en el tanque.

Enjuague: 1) Cerrar la válvula de paso de salmuera. Esta operación termina cuando a la salida de agua al drenaje no tenga sabor salino, lo cual se comprueba probando un poco de la misma o analizando cloruros. 2) Cerrar la válvula de entrada de agua dura. 3) Colocar la palanca de la válvula múltiple en la posición número 3, de servicio. El equipo está listo para entrar en operación de otro ciclo de suavización.

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Diagrama de operación de un suavizador.

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PERDIDA DE EFICIENCIA EN CALDERAS 70

60

55

50 40

40 30

25

1/2"

3/8"

1/4"

1/8"

9

14

1/16"

0

9

11

1/20"

10

1/25"

20

1/32"

Pérdida de eficiencia

70

Tamaño de incrustación en el tubo

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VÁLVULAS, TRAMPAS Y TUBERÍAS. Una trampa para vapor es una válvula automática que permite eliminar el condensado, aire y otros gases no condensables de las tuberías principales de vapor y equipos que trabajan con vapor, impidiendo al mismo tiempo la pérdida de vapor en el sistema de distribución o en el equipo.

¿Dónde se emplean las trampas para vapor? En todos los sistemas de vapor para remover el condensado que se forma y eliminar el aire indeseable y los gases no condensables.

Tipos de trampas para vapor. No existe ningún tipo universal de trampas para vapor, debido a que la amplia gama de aplicaciones para las cuales se emplean, requieren diferentes características de operación. La trampa adecuada para un radiador de baja presión, por ejemplo es muy diferente de la que se necesita para purgar una tubería de alta presión. De aquí que haya una gran variedad de tipos de trampas para vapor.

Clasificación de acuerdo con el tipo de funcionamiento. 1) Trampas para vapor termostáticas. A) Trampas termostáticas de presión equilibrada. B) Termostáticas de expansión líquida y bi-metalicas. 2) Trampas de vapor tipo mecánico. A) De flotador y termostáticas. B) Trampas de cubeta invertida. 3) Trampas de tipo termodinámica.

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TRAMPA TERMOSTATICA DE PRESION BALANCEADA

Principio de funcionamiento. La trampa es accionada por un elemento termostático flexible, lleno con un fluido el cual, al calentarse o enfriarse, se evapora o condensa. Los cambios de presión internos expanden o contraen el elemento y mueven la cabeza de válvula fijada al elemento. Al iniciar la operación, el elemento frío esta contraído y la válvula completamente abierta para descargar aire y condensado frío. Cuando llega el vapor a la trampa el elemento se expande y cierra la trampa. Cuando el condensado que rodea el elemento se enfría hasta aproximadamente 10º a 30º por debajo de la temperatura del vapor (dependiendo del fluido), la trampa se abre para descargar el condensado.

Ventajas: 1. Gran capacidad de purga de aire. 2.

A pequeñas dimensiones corresponden grandes capacidades de descarga.

3. Autoregulables, funcionan sin ajustes en todas las presiones dentro de su gama. 4. No se congelan si se les deja descargar libremente. 5. Utilizan las mismas dimensiones de válvula para todas las presiones dentro de su gama de operación. 6.

Se componen de un pequeño número de piezas.

Limitaciones: 1. No son apropiadas para vapor recalentado. 2. Resistencia limitada al golpe de ariete. 3. No son apropiadas para usos en los cuales el condensado debe ser descargado a medida que se va formando. El condensado debe enfriarse antes que se pueda descargar.

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TRAMPA TERMOSTATICA TIPO BIMETALICO

Principio de funcionamiento: El aire y el condensado se descargan desde el comienzo hasta que el condensado alcance la temperatura predeterminada. El elemento termostático bimetalico cierra entonces la válvula para mantener la temperatura prefijada de descarga del condensado.

Ventajas: 1. Resistencia al golpe de ariete. 2. Rendimiento térmico muy alto cuando se regulan para descargar a bajas temperaturas. 3. La baja temperatura de descarga evita el vapor instantáneo en los lugares de trabajo. 4. Algunos tipos no se congelan si se les descarga libre.

Limitaciones: 1. Limitadas a aplicaciones en las cuales el condensado puede ser retenido y enfriado antes de ser descargado. 2. Las características de bimetal pueden cambiar con el uso. 3. No son autoregulables.

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MECANICO TRAMPA DE FLOTADOR Y TERMOSTATO

Principio de funcionamiento: El aire que entra a la trampa se descarga inmediatamente a través de una ventila auxiliar de gran capacidad. El condensado obliga al flotador a subir y coloca la válvula reguladora de descarga en una posición tal, que descarga el condensado en forma continua a medida que entra en la trampa. El nivel del condensado en el cuerpo de la trampa se mantiene sobre la válvula de descarga para formar un sello positivo e impedir la perdida de vapor.

Ventajas: 1. Descarga el condensado en forma continua tan rápidamente como se forma. 2. Gran capacidad de la ventilación a través del termostato de presión equilibrada en cual es autoregulable para diferentes presiones de vapor. 3. Gran eficiencia térmica tanto en cargas livianas como pesadas. 4. La descarga modulada no causa variaciones de presión las que podrán causar dificultades en el control de temperaturas de serpentines de calentadores de aire e intercambiadores de calor, etc.

Limitaciones: 1. No pueden ser utilizadas en equipos en los cuales el vapor recalentado pueda llegar al elemento termostático . 2. En uso en los cuales se puedan congelar deben ser protegidas con un drenaje térmico . 3. Los golpes de ariete pueden dañar al flotador.

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MECANICO TRAMPAS DE CUBETA INVERTIDA

Principio de funcionamiento: Normalmente el cuerpo de la trampa esta lleno de condensado para mantener un sello alrededor del cubo invertido, el cual actúa como un flotador para operar la válvula de descarga. El vapor que entra en el cubo lo hace flotar cerrando la válvula. Mientras la válvula esta cerrada el condensado se acumula en la tubería por el lado de entrada de la válvula hasta que el vapor que hace flotar la cubeta se escapa a través de un pequeño orificio en la parte superior de ésta, y permite que la cubeta baje abriéndose la válvula. El condensado es descargado, seguido por el vapor, el cual vuelve a accionar el mecanismo del flotador. El aire puede pasar a través de un pequeño orificio en la parte superior del cubo.

Ventajas: 1. Son bastante resistentes a los golpes de ariete. 2. Pueden construirse para presiones de trabajo muy altas.

Limitaciones: 1. Baja eficiencia térmica al trabajar con cargas y presiones variables. 2. Deben mantener un sello de agua para impedir descarga continua de vapor. 3. Deben ser protegidos contra congelación 4. No pueden descargar condensado en forma continua tan rápidamente como se forma. 5. El orificio de purga del balde tiene una capacidad de purga de aire muy limitada. 6. El auxiliar bimetalico debe regularse en fabrica para bajas temperaturas, no es autoregulable.

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TRAMPA TERMODINAMICA

Principio de funcionamiento: El condensado y el aire levantan el disco y fluye libremente a través de la trampa. Al llegar vapor a la trampa aumenta instantáneamente la velocidad del flujo debajo del disco y la recompresión sobre el disco hace que éste cierre de golpe sobre su asiento, sellando el camino del vapor. Las pérdidas de calor de la pequeña cámara de control que está llena de una mezcla de vapor y condensado, hacen que la presión de la cámara baje hasta un punto en que el disco se abre nuevamente para descargar condensado.

Ventajas: 1. Compacta y liviana. 2. Construida totalmente de acero inoxidable. 3. Gran resistencia a golpes de ariete. 4. Buena resistencia a la corrosión. 5. Una sola pieza movible. 6. Una sola trampa para todas las presiones comprendidas entre 10 y 600 psi. 7. Opera eficientemente con diferentes presiones y cargas. 8. Responden rápidamente a cargas variables. 9. Descargan condensado a la temperatura del vapor para impedir anegamiento.

Limitaciones: 1. No son apropiadas para presiones debajo de 10 psi. 2. Algunos modelos están limitados a contra presiones de un 50%, otros son apropiados para presiones de retención de 85%. 3. No se recomiendan para presiones bajas con válvulas de control de temperatura.

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DATOS NECESARIOS PARA SELECCIONAR TIPO Y TAMAÑO DE TRAMPAS PARA VAPOR.

Selección del tamaño de trampas para vapor. El tamaño necesario de una trampa de vapor para una aplicación dada, puede ser determinado en tres etapas:

Primera etapa. Obtenga la información necesaria. 1. Calcule o estime la carga máxima de condensado en libras por hora. Si el equipo opera con diferentes presiones de vapor, debe tomarse en cuenta la carga máxima de condensado a la presión mínima de vapor. 2. Presión a la entrada de la trampa. Esta puede ser mucho menor que la presión en las tuberías principales de vapor, ya que se tienen de por medio reguladores de temperatura, reductores de presión, filtros y equipo de transferencia de calor. 3. Contra presión, contra la cual debe operar la trampa. Esta contra presión también incluye la carga hidrostática de los condensados ejercida en la trampa en sentido contrario.

Segunda etapa. Aplique un factor de seguridad. La relación entre la capacidad de descarga máxima de la trampa de vapor y la carga de condensado esperada debe manejarse con un factor de seguridad. El factor de seguridad es influenciado por: 1. Características de operación de la trampa. 2. Exactitud de la carga de condensado estimada o calculada. 3. Condiciones de presión a la entrada o salida de la trampa.

Si la carga de condensado y las condiciones de presión pueden ser determinadas con precisión, el factor de seguridad puede ser mínimo y evitar el sobre dimensionamiento de trampas.

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La tabla muestra los factores de seguridad recomendados.

Factores de seguridad.

Drenado de líneas

2 a 1; 1.5

Intercambiadores de calor instantáneo 2 a 1 Calentadores de agua y vapor

3a1

Evaporadores

4a1

Cilindros rotativos

8a1

Las trampas termodinámicas, de flotador, termostáticas y de expansión líquida, responden inmediatamente a la presencia de condensado, permiten factores de seguridad tan bajos como 1.25 a 1. Las trampas de cubeta invertida y de presión equilibrada, que deben esperar a que el vapor pase a través de un pequeño orificio en una cubeta o que el condensado se enfríe, requieren un mayor factor de seguridad.

Tercera etapa. Seleccione el tipo adecuado de trampa. a) La selección del tipo adecuado de trampa para una aplicación dada es muy importante. b) Utilice las tablas de capacidad de los fabricantes para elegir el tamaño de trampa. Asegúrese que las tablas de capacidad estén basadas bajo condiciones reales de operación con condensado caliente y no con agua fría. c) No sobredimensione las trampas de vapor. Las trampas de vapor son subcapacitadas pero más a menudo ellas son sobredimensionadas. En algunas plantas,

la

capacidad

combinada

de

las

trampas,

debido

al

sobredimensionamiento es de 10 a 15 veces el consumo total de vapor de la planta.

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Dejando a un lado la inversión inútil en la compra, las trampas sobredimensionadas pueden ser una fuente de dificultades. 1. Algunas trampas, tales como las de cubeta invertida y termostáticas de presión equilibrada darán una menor eficiencia térmica. 2. Las trampas que tienen una descarga intermitente, pueden descargar simultáneamente con otras trampas regímenes de flujo extremadamente altos produciendo contrapresiones anormales. 3. Las trampas sobredimensionadas con descarga intermitente pueden producir regímenes de flujo repentinos que contribuirán a golpes de ariete.

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Guía para la selección de trampas de vapor Aplicación Serpentines de calefacción de aire Presión baja y mediana Alta presión Calentadores de agua (instantaneo) Calentadores de agua (almacenamiento) Intercambiadores de calor Pequeños - alta presión Grandes - presión baja y mediana Recalentadores Recipientes con camisa de vapor Alta presión Baja presión Trampas para derenar líneas principales de vapor 0 - 15 psig 6 - 125 psig 126 – 600 psig Serpentines de tubería de vapor (Calefacción de aire) Radiadores de vapor Separadores de vapor 0 - 15 psig 16 – 125 psig 126 – 600 psig Líneas de acompañamiento (Venas de calentamiento) Serpentines para tanques de Almacenamiento Serpentines sumergidos de calefacción Alta presión Presión baja y mediana Calentadores unitarios

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Primera Alternativa

Segunda Alternativa

Flotador y termostato TM 600 Flotador y termostato Flotador y termostato

--Termodinámica -----

Termodinámica Flotador y termostato Flotador y termostato

Flotador y termostato -----

Termodinámica Flotador y termostática

Flotador y termostato Termodinámica

Flotador y termostato Termodinámica Termodinámica Termostática (de presión equilibrada) Flotador y termostato

--Flotador y termostato Cubeta invertida Termodinámica

Flotador y termostato Termodinámica Termodinámica Termodinámica

--Flotador y termostato Cubeta invertida Expansión líquida

Termostática

Termodinámica

Termodinámica Flotador y termostato Flotador y termostato

Cubeta invertida Termostática (de presión equilibrada) Termodinámica

Termodinámica

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AHORRO DE ENERGIA SUSTITUCION DEL COMBUSTIBLE ACTUAL POR OTRO DE MEJORES CUALIDADES.

Se realizará un análisis de todos los aspectos técnicos, económicos y ecológicos de los diferentes combustibles existentes en el mercado, con el objetivo de utilizar el más idóneo para la empresa. La potencialidad económica dependerá del combustible que se este utilizando actualmente y las alternativas disponibles en el mercado local.

CONTROL DE LA COMBUSTION.

Para determinar el ahorro por ajuste de la combustión es necesario determinar la eficiencia de la combustión de la caldera antes (ni) y después (nf) del ajuste en la combustión.

El ahorro será:

A = (nf – ni) / nf

Si la caldera consume C unidades de combustible al año, el ahorro será A x C las inversiones a realizar para ajustar la combustión pueden ser: a)

Ajustar la combustión en forma manual, reduciendo el exceso de aire.

b)

Reemplazar los quemadores.

c)

Instalar controles de combustión.

En función del consumo anual de la caldera se puede proponer la medida a, b, o c.

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REDUCCION DEL EXCESO DE AIRE.

En la mayoría de los diagnósticos energéticos que se han realizado se ha encontrado que las calderas se encontraban trabajando con altos excesos de aire por lo que es la oportunidad de ahorro de energía mas común en las plantas industriales de nuestro país. En los procesos de combustión el exceso de aire se define como el aire introducido por encima del estequeometrico o teórico requerido para lograr la completa combustión del combustible.

Existe un nivel óptimo de operación con exceso de aire para cada combustible, este es solo el suficiente para completar la combustión, ya que un incremento en este valor solo ocasionara que se este utilizando el combustible para calentar aire que se envía a la atmósfera, ocasionando un excesivo consumo de combustible.

RECUPERACION DE CALOR DE LOS GASES DE COMBUSTION.

Una de las maneras mas efectivas de extraer energía de los productos de combustión, es calentar con ellos el agua de alimentación, normalmente esto se hace a baja temperatura, antes de entrar a la caldera. A 100 Psig, la temperatura del vapor y agua en la caldera es alrededor de 335º F y con una temperatura de aproximación entre 50º y 150º F dependiendo del régimen de operación.

Esta condición crea temperaturas de los gases en la chimenea del orden de 380º/480ºF que representa una atractiva fuente de recuperación de calor, muy conveniente y económica para la caldera. Puede considerarse que por cada incremento de temperatura de 11º F en el agua que entra a la caldera, la eficiencia se mejora en 1%. Si las bombas de alimentación toman el agua del deareador y esta se

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calienta desde 212º a 265º F se puede obtener un beneficio de 5% en ahorro de combustible.

Los economizadores son relativamente caros y deben justificarse económicamente, es importante un nivel alto de utilización de la caldera. Una vez instalados prácticamente no dan problemas y requieren poco mantenimiento.

Otro medio de recuperación de la energía no útil, es precalentar el aire de combustión. Esta es otra excelente forma de capturar energía y ponerla a trabajar, de otra manera de pierde.

Este tipo de unidad es ampliamente usado tanto en grandes generadores de vapor, como en las instalaciones industriales mayores y desde luego en todos los del sector eléctrico. Una “regla de dedo” aplicable a este tipo de equipo nos dice que se puede incrementar 1% la eficiencia por cada reducción de 40º F de los gases en la chimenea.

Un problema con los calentadores de aire es su gran tamaño y la necesidad de usar un sistema voluminoso

y costoso de ductos hacia los quemadores.

Actualmente hay unidades de línea diseñadas por varios fabricantes para fácil inserción en ductos de calderas paquete pequeñas y medianas existentes.

RECUPERACION DE CALOR DE PURGAS DE AGUA Y ESTABLECER EL FLUJO OPTIMO.

En todos los métodos de tratamiento de aguas para calderas, excepto en la desmineralización y destilación los sulfatos y cloruros no se remueven y aparecen como sales de sodio en el agua de alimentación. Cuando estas aguas se usan en las

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calderas de vapor esas sales de sodio se concentran. Si se permite que continúen sin control pueden llegar a un punto en el cual pueden ocasionar serios daños en la caldera. Sumado lo anterior se tiene la precipitación de sólidos, lodos, etc. Que permanecen en la caldera al irse evaporando el agua y salir en forma de vapor.

Al no haber un control en lo referente a las sales de sodio la concentración alcanzara un punto en el cual puede haber espuma dando como resultado el arrastre de las sales con sus daños consiguientes.

En lo referente a los lodos y sólidos que precipitan en la caldera estas pueden ocasionar incrustaciones y sobrecalentamientos del metal. La concentración especifica a la cual estos fenómenos ocurren varían diferentes casos de acuerdo a ciertos factores tales como la presencia o ausencia de materia en suspensión, los sólidos totales, el diseño de la caldera, la presión y la capacidad a la que la caldera opera.

El método para calcular la cantidad de purga que se debe practicar se puede basar en dos aspectos: a) Porcentaje de agua de compensación. b) Porcentaje de evaporación de la caldera.

Para el caso (a)

A = B * 100/C A = Purga en porcentaje de agua de compensación (%). B = ppm de sólidos totales en el agua de compensación. C = Concentración de sólidos totales máximos permisibles.

Para el caso (b)

X = Y * 100/(C-Y) X = Purga en términos de evaporación de la caldera. Y = ppm de sólidos totales en el agua de alimentación. C = Concentración de sólidos totales máximos permisibles.

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AHORRO DE ENERGIA POR ELIMINAR FUGAS DE VAPOR

Las purgas, uniones bridadas, poros de soldaduras, prensaestopas, empaques, trampas, asientos defectuosos de válvulas de bloqueo, derivación, alivio o seguridad, etc. Son algunas de las oportunidades de fuga del vapor en la caldera y sistemas de distribución.

El costo del vapor generado y la condición de que una parte de esta es solo para reponer el que irracionalmente se pierde por fugas, con los consecuentes costos adicionales de combustible, agua, reactivos y energía eléctrica, además de daños a otras instalaciones, presenta esta recomendación como una de las más atractivas energética y económicamente, toda vez que la mayor parte de las fugas pueden corregirse con acciones simples de mantenimiento, y con efecto inmediato en el consumo especifico de combustible por unidad de vapor generado.

Para las fugas internas en válvulas, tubos de caldera o trampas el uso de la termografía o ultrasonido es muy efectivo. Existe actualmente instrumentación para medición remota de perdida por fugas en válvulas de seguridad.

En forma aproximada pueden estimarse las perdidas de vapor en ton/año en función del diámetro equivalente del área de la fuga, para diferentes presiones de vapor.

Eliminar las fugas de vapor generalmente implica reparación o sustituciones de conexiones, empaques, tuberías, trampas de vapor, interiores de válvulas trabajo de soldadura, etc. La inversión siempre resulta rentable.

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El flujo de vapor que sale por un orificio viene dado por la formula: Q = K * d2 [P(P + 1)]1/2 Donde: Q = Flujo de vapor que sale por el orificio (kg/h). d = Diámetro del orificio (mm). P = Presión manométrica del vapor (kg/cm2). K = 0.4

INSTALACION Y MANTENIMIENTO DE TRAMPAS DE VAPOR.

Las trampas de vapor pueden desperdiciar una cantidad muy alta de energía, son ineficientes a un trabajando apropiadamente si se consideran las perdidas por evaporación (flash). Las trampas se someten a millones de ciclos de operación durante su vida en servicio, desarrollan fugas y algunos diseños tienen alto índice de falla. Numerosos estudios han demostrado que es posible lograr grandes ahorros mediante un programa de mantenimiento apropiado en estos dispositivos. Muchos sistemas de condensado son del tipo “abierto” lo cual significa que ventean a la atmósfera, como vapor, del 10 % al 16% del condensado que fluye a través de trampas en buen estado. Agréguense a esto los problemas innumerables que se encuentran en las trampas como el cierre lento el cual deja pasar más vapor al escape, asientos con fugas o que no cierran, etc. Todo esto da un gran potencial de ahorro que puede ser del 50% de las perdidas de vapor. Algunas experiencias muestran que en muchas plantas la mayoría de las trampas fallan de una u otra manera, la interrogante real es. ¿ Cuánto de este costoso vapor resultante se va a usos productivos directos y cuantos realmente se pierde?

Al documentar las perdidas se hace evidente la necesidad de un buen programa de mantenimiento. Hasta en tanto no se evalúe por parte de la gerencia

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que, un buen mantenimiento de trampas se paga a corto plazo, se seguirá perdiendo silenciosamente mucho dinero en los sistemas de purgas y drenajes.

AISLAMIENTO

EN LINEAS

DE

DISTRIBUCION DE

VAPOR

Y

RETORNO DE CONDENSADOS.

Desde el punto de vista de uso eficiente de energía en una red de distribución de vapor se deben analizar; la perdida de carga, la perdida de calor y las fugas de vapor. De estos tres los que tienen mayor importancia es la perdida de calor y las perdidas de energía por fuga de vapor.

Perdida de Calor. En la practica suelen encontrarse tres tipos de problemas respecto a las perdidas de calor al medio ambiente de una red de distribución de vapor:

A)

Conocer las perdidas de una superficie con tubería sin aislar, para ver si es

justificable su aislamiento. B)

Conocer las perdidas que tendrá una superficie a aislar con un determinado

espesor y material a fin de evaluar la rentabilidad de las alternativas de aislamiento y elegir el espesor mas adecuado. C)

Conocer las perdidas que tiene un determinado aislamiento ya instalado para

verificar si conserva sus propiedades, debe sustituirse o suplementarse.

El calor perdido al ambiente por una tubería sin aislar será la suma del calor perdido por convección (qc) y el calor perdido por radiación (qr). El valor de qc y qr es determinado por las siguientes correlaciones aproximadas:

Convección natural: qc = 3.52 D0.25 (tp – ta)1.25

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Convección forzada: qc = 13.82 D0.25 V0.56 (tp – ta) Radiación: qr = 1.56 * 10-7 D ε [(tp + 273)4 - (ta + 273)4] Donde: qc

= Calor por convección (kcal/h m).

qr

= Calor por radiación (kcal/h m).

D

= Diámetro externo de la tubería.

ε

= Emisividad de la superficie.

V

= Velocidad del viento (m/seg).

tp

= Temperatura media exterior de la pared (ºC).

ta

= Temperatura ambiente (ºC).

A partir de correlaciones similares, Wrede desarrollo una gráfica para la obtención de perdidas en superficies cilíndricas sin aislar misma que se muestra a continuación:

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El segundo problema suele plantearse cuando se desea determinar el espesor económicamente mas adecuado. Para esto es requerido estimar las perdidas que se tendrían con distintos espesores. Su conocimiento por calculo significaría aplicar un procedimiento de aproximaciones sucesivas para determinar las temperaturas externas en cada caso. Este procedimiento resulta engorroso si no se dispone al menos de una calculadora programable, para evitar esto existen gráficas que permiten obtener rápidamente valores aproximados.

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Pérdidas de calor en tuberías aisladas.

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Para el tercer caso, es decir, cuando la red de distribución de vapor dispone de un aislamiento instalado hace años es necesario comprobar si el aislante conserva sus propiedades y en caso que no fuese así, proceder a sustituirlo o suplementarlo con otra capa externa. La comprobación de sí el aislante conserva o no sus propiedades se realiza calculando las perdidas de calor, para lo cual se utiliza el procedimiento descrito para tuberías desnudas, tomando como temperatura de pared la medida en la cara exterior del aislante.

SISTEMAS CON VARIADORES DE FRECUENCIAS

La utilización de válvulas como elemento de control de flujo no es lo mas adecuado, desde un punto de vista energético, ya que es necesario implementar la caída de presión del sistema para reducir la cantidad de fluido que pasa por una tubería, por lo cual se tiene que consumir mas energía para vencer la resistencia adicional.

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