Práctica Calderas

Calderas. Servicio de vapor. Laboratorio de 2º de GETI Termodinámica

Grupo 6.1: Pol Borràs  Albert Giménez Joan Roure 12 de noviembre de 2013 Instituto Químico de Sarriá

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Índice de contenido cont enido 1.

Introducción .............................................................................................. 4

2.

Definición .................................................................................................. 5

3.

Fucionamiento: ......................................................................................... 6

4.

Clasificación ............................................................................................. 7 4.1

Posición ............................................................................................. 7

4.2

Instalación .......................................................................................... 7

4.3

Ubicación del hogar ........................................................................... 7

4.4

Circulación de los gases .................................................................... 7

4.5

Forma de calefacción ......................................................................... 7

4.6

Presión del vapor producido .............................................................. 8

4.7

En relación al volumen de agua contenido .......................... ............ ........................... ............... 8

4.8

Utilización ........................................................................................... 9

4.9

Circulación dentro de la caldera ......................... ............ .......................... .......................... ................... ...... 9

4.10 Tipos de combustible ........................................................................... 9 5.

Partes principales de los Generadores de vapor .......................... ............. ....................... .......... 11 5.1

Hogar ............................................................................................... 11

5.2

Domo ............................................................................................... 11

5.3

Economizador .................................................................................. 11

5.4

Súper calentador .............................................................................. 12

5.5

Spray Atemperador .......................................................................... 12

5.6

Precalentadores de Aire................................................................... 12

5.7

Caja de aire ...................................................................................... 12

5.8

Quemadores .................................................................................... 12

5.9

Puertas de explosión ....................................................................... 13

5.10 6.

Chimenea ..................................................................................... 13

Tipos de Calderas .................................................................................. 14 2

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6.1

Calderas de Gran Volumen de Agua. .............................................. 14

6.2

Calderas de Mediano Volumen de Agua (Ignitubulares). ................. 15

6.3

Calderas de Pequeño Volumen de Agua ......................................... 18

7.

La caldera del IQS .................................................................................. 23

8.

Bibliografía.............................................................................................. 27

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1. Introducción El objetivo de esta práctica es conocer por completo el funcionamiento, los distintos tipos de generador de vapor, su clasificación y todos los elementos presentes en una caldera. También el estudio de la caldera de IQS y de su funcionamiento, indicando todas las partes que intervienen en la operación de calentar el agua. Para ello se visitó la caldera de la universidad.

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2. Definición “Una caldera es un recipiente a presión cerrado en el que se calienta un fluido para uso externo del mismo por aplicación directa del calor resultante de la combustión de un combustible (sólido, líquido o gaseoso) o por utilización de la energía nuclear o eléctrica”  Definición Manual de calderas de  Anthony L. Kohan.

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3. Fucionamiento: Cuando se hizo la visita a la caldera de vapor de IQS se pudo apreciar el funcionamiento de esta misma. En primer lugar el agua de alimentación que va a la caldera se almacena en un tanque que se encuentra muy cerca de ésta misma. Esta agua se ha de descalcificar para no desgastar las tuberías y para aseguarse del correcto funcionamiento de la caldera. Una bomba de alta presión introduce el agua descalcificada dentro de la caldera. La entrada de agua esta controlada por un sistema automatizado que detecta cuando la caldera necesita aumentar su nivel de agua. Al mismo tiempo se produce una combustión en el quemador. Al igual que el agua que entra, esta combustión también está programada y regulada por un sistema informático para que la entrada de combustible vaya sea proporcial a la entrada de oxígeno. La llama (el calor) se conduce a través de las cañerías del interior de la caldera para calentar el agua que les rodea. Este intercambio de calor se puede efectuar de diferentes formas según la caldera que sea. En la parte superior de las calderas hay una chimenea qe expulsa al exterior los gases de combustión (Dióxido de Carbono y vapor de agua). En la parte inferior de las calderas hay una válvula de salida llamada Purga de fondos. Por este lugar salen del sistema la gran mayoría de substancias que evitan un correcto funcionamiento de la caldera. El conjunto de la caldera existen diferentes sistemas eléctricos (como se ha comentado anteriormente) y mecánicos que controlan las presiones de la caldera, la llama, el nivel de agua y otros parámetros de seguridad. Hay que tener en cuenta que estos sistemas funcionan de tal forma que si una parte del sistema falla haya otra que la sustituya y mantenga el sistema estable en todo momento.

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4. Clasificación La clasificación general de las calderas es la siguiente:

4.1 Posici ón •

Horizontales

•

Verticales

4.2 Instalación •

Fija o estacionaria

•

Móvil

4.3 Ubicación del hogar •

Hogar exterior

•

Hogar i nterior

4.4 Circul ación de los g ases Se clasifican en función del número de recorridos en diferentes direcciones que hacen los gases en el interior de la caldera antes de salir por la chimenea. •

Recorri do en un sentido  (un paso)

•

Retorno sim ple  (dos pasos)

•

Retorno d oble  (tres pasos)

4.5 Forma de calefacción •

Igneotubulares En el interior de las cuales circulan los gases calientes de la combustión. 

Un tubo de hogar



Dos tubos de hogares



Tubos Galloway



Tubos múltiples

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•

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 Acuotubulares En el interior de los tubos circula agua mientras que la superficie externa está en contacto con los gases.

•

Mixtas Presentan tubos de agua y tubos de humo.

4.6 Presión del vapor produci do •

Baja presión El rango de presión a la que se trabaja es bajo y es más común en calderas de agua caliente que en calderas que generan vapor.

•

Media presión Producen vapor, generalmente saturado, y son utilizadas en la industria en general.

•

 Alta presi ón El intervalo de trabajo es desde la presión media hasta presiones cercanas a la crítica.

•

Supercríticas Trabajan con presiones superiores a la crítica y suelen utilizarse en grandes plantas de generación de energía eléctrica, entre otras funciones.

4.7 En relación al volu men de agua contenido Se clasifican según la relación entre la capacidad de agua de la caldera y su superficie de calefacción. •

Gran volumen de agua

•

Mediano vol umen de agua

•

Pequeño vol umen de agua 8

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4.8 Utilización •

De vapor

•

De agua caliente

4.9 Circul ación dentro de la caldera •

Circulación natural Se caracterizan por producir una circulación natural del agua y de la mezcla agua-vapor debido a la diferencia de densidades entre el agua más fría y la mezcla de agua-vapor (caliente) de modo que se desplazan mutuamente. Es necesario un circuito cerrado con circulación del agua y una diferencia de altura apreciable entre las partes altas y bajas del equipo.

•

Circulación asistida La circulación en los tubos es complementada mediante la instalación de bombas en el circuito. La circulación del agua también es mediante circuito cerrado y las construcciones pueden llegar a ser más compactas. Proporcionan respuestas más rápidas ante variaciones en la demanda del vapor pero las bombas trabajan con agua caliente y a altas presiones. Finalmente

son

más

costosas

y

requieren

importantes

mantenimientos así como también es común la instalación de un sistema de bombas duplicado para evitar paradas totales en caso de fallo del servicio de alguna bomba.

4.10 Tipos de comb usti ble •

Sólido (leña, deshechos de producción, carbón, etc.) Cada combustible sólido requiere una tecnología apropiada para poder quemarlo de la forma más apropiada. El diseño del hogar es especialmente complejo debido a que sea de considerar, además del aire suficiente para la correcta mezcla con el combustible, la permanencia de las partículas en el hogar para 9

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quemarse completamente y la disposición de las cenizas, entre otros factores. De modo que, finalmente, los hogares suelen ser de mayor volumen que en las calderas que utilizan combustibles sólidos o líquidos.

•

Líquido Los generadores de vapor de combustible líquido requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio así como elementos de precalentamiento del fuel y sistemas de bombeo y de transporte.

•

Gaseoso  (gas natural, GLP, aire propanado, etc.) Generalmente los quemadores de gas trabajan a baja presión de modo que es común la presencia de sistemas de reducción de presión. Es fundamental lograr una correcta mezcla de aire-gas para garantizar una combustión correcta y total del combustible.

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5. Partes princi pales de los Generadores de vapor  A continuación se definen las partes más importantes de un generador de vapor:

5.1 Hogar Es la cámara donde se realiza la combustión. Presenta las siguientes características o requisitos:

•

Debe resistir las altas temperaturas y presiones

•

Capacidad suficiente para admitir el volumen de aire necesario para la combustión.

•

Altura suficiente para asegurar la circulación adecuada de agua por los tubos.

•

Dimensión suficiente para evitar que la llama ataque las paredes de los tubos.

5.2 Domo Es un recipiente que puede encontrarse en la parte superior de la cámara de vapor. Está diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor y su función consiste en mejorar la calidad del vapor, es decir, separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco. En las unidades con economizador   el agua es precalentada antes de pasar por el domo.

5.3 Economizador Un economizador consiste en un intercambiador de calor que calienta el agua de la alimentación antes de su entrada al generador de vapor utilizando el calor de los gases de escape del generador de vapor. De modo que la ventaja principal del economizador consiste en el aprovechamiento del calor del combustible.

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5.4 Súper calentador Consiste en un equipo que permite la absorción de calor para elevar la temperatura del vapor por encima de su punto de saturación de modo que se aumenta la eficiencia total de la unidad, la ganancia termodinámica del vapor y se obtiene un vapor más seco.

5.5 Spray Atemperador  Al elevar tanto la temperatura del vapor es importante tener en cuenta la resistencia mecánica así como también la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas de la instalación. De modo que se suministran pequeñas cantidades de agua pura (niebla) en el flujo del vapor para prevenir el daño del tubo por sobrecalentamiento.

5.6 Precalentadores de Aire Intercambiadores de calor entre los gases de la combustión y el air e que va para la combustión.

5.7 Caja de aire Es la parte por donde se conduce el aire que va hacia los quemadores.

5.8 Quemadores Equipos encargados de realizar la combustión, es decir, lograr la mezcla óptima del combustible con el aire. En los quemadores se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: •

Combustible. Debido a que en función del combustible utilizado se utiliza un quemador adecuado para ese tipo de combustible

•

Exceso de aire. Cuanto menor sea el exceso de aire más alta será la temperatura de los gases.

•

Margen de regulación. Relación entre el caudal máximo y mínimo que puede consumir un quemador. 12

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5.9 Puertas de explosi ón Son puertas metálicas con contrapeso o resorte. En caso de exceso de presión en la cámara de combustión se abren permitiendo la salida de los gases y eliminando la presión.

5.10 Chimenea Es el conducto de salida de los gases y humos de la combustión.

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6. Tipos de Calderas

6.1 Calderas de Gran Volumen de Agua. 6.1.1 Calderas Sencil las. Estas calderas se componen de un cilindro de planchas de acero con fondos combados. En la parte central superior se instala una cúpula cilíndrica llamada domo, donde se encuentra el vapor más seco de la caldera, que se conduce por cañerías a las máquinas. Las planchas de las calderas, así como los fondos y el domo se unen por remachadura. Esta caldera se monta en una mampostería de anillos refractario, y allí se instalan el fogón carnicero y conducto de humo. En el hogar, situado en la parte inferior de la caldera, se encuentran las parrillas de fierro fundido y al fondo un muro de ladrillos refractarios, llamado altar, el cual impide que se caiga el carbón y eleva las llamas acercándolas a la caldera.

6.1.2 Calderas con Hervidor es. Este tipo de calderas surgieron bajo la necesidad de producir mayor cantidad de vapor. Los hervidores son unos tubos que se montan bajo el cuerpo cilíndrico principal, de unos 12 metros de largo por 1.50 metros de diámetro; estos hervidores están unidos a este cilindro por medio de varios tubos adecuados. Los gases del hogar calientan a los hervidores al ir hacia adelante por ambos lados del cuerpo cilíndrico superior, tal como en la caldera anteriormente mencionada. Las ventajas de estas calderas, a comparación de las otras, es por la mayor superficie de calefacción o de caldeo, sin aumento de volumen de agua, lo que aumenta la producción de vapor. Su instalación, construcción y reparación es sencilla. Los hervidores pueden cambiarse o repararse una vez dañados.

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La diferencia de dilatación entre la caldera y los hervidores pueden provocar escape de vapor en los flanches de los tubos de unión y, a veces, la ruptura. Esta es una de las desventajas de esta caldera. 6.1.3 Calderas de interio r En este tipo de calderas, veremos las características de funcionamiento de la caldera con tubos hogares "cornualles". Estas calderas están formadas por un cuerpo cilíndrico principal de fondos planos o convexos, conteniendo en su interior uno o dos grandes tubos sumergidos en agua, en cuya parte anterior se instala el hogar. El montaje se hace en mampostería, sobre soportes de fierro fundido, dejando un canal para que los humos calienten a la caldera por el interior en su recorrido hacia atrás, donde se conducen por otro canal a la chimenea. Su instalación se puede hacer por medio de dos conductos en la parte baja, para que los humos efectúen un triple recorrido: hacia adelante por los tubos hogares, atrás por un conducto lateral, adelante por el segundo conducto y finalmente a la chimenea. Los tubos hogares se construyen generalmente de plantas onduladas, para aumentar la superficie de calefacción y resistencia al aplastamiento.

6.2 Calderas de Mediano Volum en de Agua (Ignit ubul ares). 6.2.1 Caldera Semitubular Esta caldera se compone de un cilindro mayor de fondos planos, que lleva a lo largo un haz de tubos de 3" a 4" de diámetro. Los tubos se colocan expandidos en los fondos de la caldera, mediante herramientas especiales; se sitúan diagonalmente para facilitar su limpieza interior. Más arriba de los tubos se colocan algunos pernos o tirantes para impedir la deformación y ruptura de los fondos, por las continuas deformaciones debido a presión del vapor, que en la zona de los tubos estos sirven de tirantes. Para la instalación de la caldera se hace una base firme de concreto, de acuerdo al peso de ella y el agua que contiene. Sobre la base se coloca la mampostería de ladrillos refractarios ubicados convenientemente el hogar y

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conductos de humos. La caldera misma se mantiene suspendida en marcos de fierro T, o bien se monta sobre soporte de fierro fundido. Estas calderas tienen mayor superficie de calefacción. 6.2.2 Caldera Locomotora Esta caldera se compone de su hogar rectangular, llamada caja de fuego, seguido de un haz tubular que termina en la caja de humo. El nivel del agua queda sobre el ciclo del hogar, de tal manera que éste y los tubos quedan siempre bañados de agua. Para evitar las deformaciones de las paredes planas del hogar, se dispone de una serie de estayes y tirantes, que se colocan atornillados y remachados o soldados a ambas planchas. Los tubos se fijan por expandidores a las dos placas tubulares y se pueden extraer por la caja de humo, cuando sea necesario reemplazarlos. Todas las calderas locomotoras se hacen de chimenea muy corta, las que producen pequeños tirajes naturales. 6.2.3 Calderas de Galloway Reciben este nombre las calderas de uno o dos tubos hogares, como la Cornualles, provistas de tubos Galloway. Estos tubos son cónicos y se colocan inclinados en distintos sentidos, de tal manera que atraviesan el tubo hogar. Los tubos Galloway reciben el calor de los gases por su superficie exterior, aumentando la superficie total de calefacción de la caldera. 6.2.4 Locomóviles Este nombre lo recibe el conjunto de caldera y máquina a vapor que se emplea frecuentemente en faenas agrícolas. La caldera puede ser de hogar rectangular, como la locomotora, o cilíndrico. La máquina se monta sobre la caldera, y puede ser de uno o dos cilindros. Todo el conjunto se monta sobre ruedas y mazos para el traslado a tiro. Estas calderas tienen también tiraje forzado al igual forma que las locomotoras. Deberán estar provistas, además, de llave de extracción de fondo, tapón fusible, válvula de seguridad, manómetro, etc., accesorios indispensables para el estricto control y seguridad de la caldera.

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6.2.5 Calderas Marinas Los buques a vapor emplean calderas de tubos de humo y de tubos de agua. Entre las primeras se emplean frecuentemente las llamadas "calderas de llama de retorno" o "calderas suecas". Este tipo de calderas consta de un cilindro exterior de 2 a 4.1/2 metros de diámetro y de una longitud igual o ligeramente menor. En la parte inferior van dos o tres y hasta cuatro tubos hogares, que terminan en la caja de fuego, rodeado totalmente de agua. Los gases de la combustión se juntan en la caja de fuego, donde terminan de arder y retoman, hacia atrás por los tubos de humo, situados más arriba de los hogares. Finalmente los gases quemados pasan a la caja de humo y se dirigen a la chimenea. 6.2.6 Calderas semifi jas En algunas plantas eléctricas, aserraderos, molinos, etc., se emplea el conjunto de caldera y máquina vapor que recibe el nombre de "semifija". La caldera se compone de un cilindro mayor, donde se introduce el conjunto de hogar cilíndrico y haz de tubos, apernado y empaquetados en los fondos planos del cilindro exterior. El hogar y el haz de tubos quedan descentrados hacia abajo, para dejar mayor volumen a la cámara de vapor. Todo este conjunto se puede extraer hacia el lado del hogar, para efectuar reparaciones o limpieza. El emparrillado descansa al fondo en un soporte angular, llamado "puente de fuego" y tiene también varios soportes transversales ajustables. El hogar se cierra por el frente por una placa de fundición, revestida interiormente de material refractario, donde va también la puerta del hogar y cenicero. El vapor sale por el domo de la caldera, pasa por el serpentín recalentador, se recalienta y sigue a la máquina. 6.2.7 Calderas Combinadas Las construidas con más frecuencia son las calderas de hogar interior y semitubular. En la parte inferior hay una caldera Cortnualles de dos o tres tubos hogares o una Galloway, combinada con una semi tubular que se sitúa más

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arriba. Ambas calderas tienen unidas sus cámaras de agua y de vapor, por tubos verticales. Los hogares se encuentran en la caldera inferior. Los gases quemados se dirigen hacia adelante, suben y atraviesan los tubos de la caldera superior, rodean después a esta caldera por la parte exterior, bajan y rodean a la inferior, pasando finalmente a la chimenea. El agua de alimentación se entrega a la caldera superior y una vez conseguido el nivel normal de ésta, rebalsa por el tubo vertical interior a la cámara de agua de la cámara inferior. Ambas calderas están provistas de tubos niveles propios. El vapor sube por el tubo vertical exterior, se junta con el que produce la caldera superior y del domo sale al consumo.

6.3 Calderas de Pequeño Volumen de Agua 6.3.1 Acuotu bulares Las calderas acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) eran usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor, para accionar las máquinas a vapor de principios de siglo. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido. La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura.  A cualquier temperatura, por baja que esta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura.

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6.3.2 Caldera Babcock-Wilcox Compuesta de uno hasta tres colectores superiores de agua y vapor, unidos al haz de tubos rectos inclinados por ambos extremos y el colector inferior de impurezas. El hogar es generalmente de parrilla mecánica, utiliza como combustible hulla menuda, la cual es depositada en la tolva avanzando al interior del hogar. Una vez penetrado al hogar, se destila quemándose los gases con llama larga; el coke que resulta se sigue quemando, hasta quedar solo ceniza y escoria. Los gases calientan primeramente la parte superior del haz tubular, el recalentador del vapor, para continuar según las flechas hasta dirigirse a la chimenea. El agua se inyecta a la cámara de agua del colector superior, bajando e iniciando así su calentamiento, poniéndose en contacto con la parte menos caliente de los tubos de agua. Se junta con el vapor que allí se forma y circulan activamente, favorecidos por la inclinación de los tubos. El vapor se recibe por válvulas colocadas en la parte más alta y se recalienta en su paso por el recalentador al encender la caldera y para impedir que se fundan los tubos secos del recalentador, se inunda, abriendo la llave de vapor y la de agua, posteriormente se cierra esa llave y se elimina el agua por la llave inferior.

6.3.3 Calderas Stirling Constan de tres colectores superiores dispuestos paralelamente entre sí, con sus cámaras de vapor interconectadas por tubos de acero. Las cámaras de agua de los dos primeros colectores están comunicadas. Los colectores superiores están conectados al inferior mediante tres haces de tubos delgados, expuestos al calor del hogar y de los gases producto de la combustión. Consumen hulla u otro combustible sólido, como también líquidos o gaseosos. Los gases siguen el recorrido de las flechas calentando sucesivamente los haces tubulares, pasando finalmente a la chimenea. El agua es inyectada al último de los tres colectores superiores, descendiendo por el haz menos calentado, para luego ascender por los dos anteriores, junto con el vapor que se produce en ellos. El vapor es obtenido del colector central superior, colocado a mayor altura que los otros dos, pudiendo 19

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ser enviado al recalentador que se monta sobre el primer haz de tubos. Se pueden obtener más de 80.000 Kg. de vapor por hora en esta caldera. 6.3.4 Calderas Borsig Compuesta de un colector superior de agua y vapor, unido al inferior de agua e impurezas por un haz de tubos verticales curvados en sus extremos, de tal manera que penetren radialmente en las paredes de los colectores, para facilitar su expandidura. En un extremo superior se encuentra el recalentador de vapor. Tiene dos clases de tubos: • De descenso del agua (90-12 mm. diámetro). • De vaporización (53,5-60 mm. diámetro). El agua de alimentación es inyectada en forma directa a los tubos de descenso, que están provistos de un embudo, mientras que el otro embudo donde terminan esos tubos por su parte inferior, permite la precipitación de los sedimentos sobre el fondo del hervidor superior. El agua más caliente sube por los tubos de vaporización al colector superior, de donde se extrae el vapor. Sobre los tubos de descenso va un mamparo refractario, para guiar los gases producto de la combustión. 6.3.5 Caldera Yarrow y Thornycroft Empleadas principalmente en buques de vapor. Compuestas ambas de un colector superior y de dos inferiores, unidos por dos haces de tubos. La caldera Yarrow tiene los colectores inferiores achatados para así facilitar la expandidura de los tubos. La Thornycroft tiene tubos curvos, que entran radialmente a los colectores, aumentando también su longitud y superficie y superficie de calefacción de la caldera. Pueden quemar hulla o petróleo, en su amplio hogar, donde es quemada toda la materia volátil. Los gases suben calentando los tubos y recalentadores, que se ubican sobre ellos. Es común encontrar dentro de este tipo las llamadas calderas verticales. 6.3.6 Con tubos de Humo y de Agua Están compuestas de un cilindro mayor con un hogar cilíndrico y tubos de humo, de agua o de ambos a la vez. El hogar es interior y queda rodeado de 20

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una parte de la cámara de agua. Los gases ascienden verticalmente a lo largo de los tubos de humo o rodean los tubos de agua, entregándoles la mayor parte de su calor. Son montados sobre una base de concreto y ladrillos refractarios. Son empleados en la pequeña industria. Padecen en general de algunos defectos, tales como: •

Rendimiento bajo por combustión deficiente y escape caliente de humos.

•

Destrucción rápida de los tubos al nivel del agua por el recalentamiento de ellos.

•

Son peligrosas en caso de explosión.

Como cualidades positivas presentan: •

Son de fácil construcción.

•

Ocupan reducido espacio y son fáciles de ubicar.

6.3.7 Pirotubulares La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento

de

gases

de

recuperación

presenta

las

siguientes

características. El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor. La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos. El acceso al cuerpo lado gases se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso al lado agua, este se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos. El conjunto completo, calorifugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalación. 21

Práctica de Laboratorio Calderas La

caldera,

una

Instituto Químico de Sarriá vez

realizadas

las

pruebas

y

comprobaciones

reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administración, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos.

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7. La caldera del IQS Las instalaciones del Departamento de Ingeniería Química de nuestra universidad cuentan con una caldera cuyas partes vamos a explicar a continuación. Se trata de una caldera pirotubuluar, que funciona como se ha explicado en el apartado anterior. El orden lógico para detallar los distintos elementos es el orden de operación de la unidad. El gas natural llega al quemador de la caldera pasando por una serie de instrumentos, evidentemente a través de tubos. El primero de ellos es una llave de paso manual. Accionándola se corta la entrada de gas de la compañía. Le sigue un primer filtro de impurezas, que elimina gran parte de las partículas que podrían dañar la instalación. A continuación se expande el gas en una válvula. Siempre que se utilice una válvula, esta irá acompañada de dos manómetros, uno antes y otro después de ella. De esta manera controlaremos el correcto funcionamiento de la válvula. Seguidamente encontramos una electroválvula. A diferencia de las válvulas mecánicas, las electroválvulas no van acompañadas de manómetros. Se trata de un dispositivo de seguridad y control. Una vez disminuida la presión del gas, este vuelva a circular a través de un filtro. Finalmente una turbina introduce el gas natural mezclado con aire en exceso en el quemador (para evitar el desprendimiento de CO o CH 4), en el que se hará su combustión. La instalación de tubos de entrada al quemador cuenta con una pequeña desviación y una bomba que retirarán el gas que permanezca en el tubo una vez detenida la combustión. Se trata de pequeñas cantidades de gas que se tiran a la atmósfera, no sin antes haber retirado con glicerina el aditivo que hace que el gas natural tenga olor. El aditivo de olor se añade al gas natural para detectar fugas de gas en su distribución y uso pero esto se trata de un vertido muy pequeño y controlado. Es importante eliminar todo aquello que pueda perjudicar y/o poner en peligro el funcionamiento de la instalación, y como se ha visto, el circuito de gases está provisto de varios elementos de comprobación y seguridad. Una vez hecha la combustión, los gases resultantes que están a alta temperatura circulan por una serie de tubos a lo largo de la caldera y se van a la atmósfera por la chimenea a unos 130°C (para evitar que sea blanco). Recubriendo estos tubos a alta temperatura comienza el circuito del agua y lo 23

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hace con el intercambio de calor. El agua es calentada hasta convertirse en vapor para luego circular por todos los radiadores e instrumentos de la planta que precisen de calor. El circuito del agua es un circuito teóricamente cerrado. Se dice esto porque se producen pérdidas y para paliarlas se reintroduce agua en el circuito. El agua que se utiliza para rellenar el sistema debe condicionarse para que, dadas las condiciones de trabajo, no corroa las tuberías ni las obstruya. Para ello toda agua entrante en el circuito se somete a una descalcificación. Este proceso comienza con un filtrado del agua. Luego se hace pasar el agua por un contenedor cilíndrico con una resina de intercambio iónico en su interior. Esta es rica en sodio. Estos cationes sustituirán el catión calcio en disolución en el agua. Para poder reutilizar la resina, esta se somete a una corriente inversa de agua rica en sodio, que nuevamente volverá a su lugar liberando el calcio. Esta agua que ha circulado al revés se desecha. A continuación el agua se almacena en un depósito de acero inoxidable situado encima del cuarto de la caldera. La diferencia de altura (de presión realmente) hará bajar el agua hasta un circuito formado por una válvula, un filtro y una bomba. Este circuito está duplicado. Dadas las condiciones a las que está trabajando (trabajo discontinuo y agua a 100°C), se debe alternar el uso de ambos circuitos para minimizar la posibilidad de avería. También, caso que uno falle, queda el otro. El agua que entrará en la caldera también recibe una disolución de fosfatos que compensa las sales y las hace más solubles. De esta forma se evita su precipitación, y se consigue tener que renovar el agua de todo el circuito una vez cada seis meses y no una vez al mes. Solo quedan por explicar las distintas medidas de seguridad. Trabajar a altas presiones conlleva unos riesgos que hay que intentar disuadir. Si se rompiera la caldera, el agua a alta presión y temperatura se enfría y evapora bruscamente. Esto generaría una onda de presión (una explosión). Por lo tanto hay que minimizar el riesgo. Pese al esfuerzo de los diseñadores, es imposible erradicarlo completamente. Lo que se hace es duplicar o incluso triplicar los controles (o barreras tecnológicas) y hacer el mantenimiento adecuado. Para la presión en esta caldera hay tres dispositivos que pueden apagar el sistema o despresurizarlo. En caso que el primero falle se activa el siguiente, 24

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y si también falla queda un tercero. El primero de todos es el eléctrico. Este recaba datos a través de unas sondas en el interior de la caldera y un cuadro eléctrico con puertas lógicas apaga o no la caldera en función de los datos medidos. Todo el circuito eléctrico está duplicado para suplir posibles averías. El circuito que se activaría a continuación si hubiera sobrepresión y el primero fallase sería el electromecánico. Este tiene tres presostatos para efectuar las mediciones. Uno regula la entrada, el otro es para las paradas automáticas y el tercero para la parada total. Por último, un sensor mecánico situado encima detendría finalmente la caldera. Este consta de un muelle constante conocida. También hay que saber que un buen diseño, fabricación y puesta a punto (estipulada por ley) asegura un buen funcionamiento. Desde la instalación de una caldera nueva, su primera inspección será al cabo de diez años, y todas las siguientes en intervalos de cinco.

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Libros 1. “Calderas de Vapor” – E. PULL 2. “Manual de Calderas” – Anthony L. Kohan

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