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• Carlos Cruces Hernandez

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CALDERAS Maquinas térmicas

Calderas Generadores de vapor

Generalidades Las calderas de vapor se utilizan en la mayoría de industrias debido a que muchos procesos emplean grandes cantidades de vapor.

La caldera se caracteriza por una capacidad nominal de producción de vapor a una presión especificada y con una capacidad adicional de caudal en puntos de consumo de la fábrica. A la caldera se le exige mantener una presión de trabajo constante para la gran diversidad de caudales de consumo en la fabrica por lo cual debe ser capaz de:

Generalidades • Aportar una energía calorífica suficiente en la combustión del fuel-oil o del gas con el aire. • Desde el punto de vista de seguridad, el nivel debe estar controlado y mantenido dentro de unos limites.

• Es necesario garantizar una llama segura en la combustión. • El sistema de control debe ser seguro en la puesta en marcha, en la operación y en la detención de la caldera. • El funcionamiento de la caldera debe ser optimizado para lograr una rentabilidad y economía adecuadas, lo cual es posible con un control digital y/o distribuido que permite optimizar la combustión (ahorros de 2 a 10 % en combustible) y ganar en seguridad.

Caldera Recipiente a presión cerrado de transferencia térmica que convierte un combustible (sólido, liquido o gaseoso) a través de un medio de trabajo como el agua, en energía para algún aparato externo. • Aparatos externos tales como: De transferencia de calor: Calefacción, utilización en procesos, etc. • De generación de energía mecánica: Turbinas, motores, turbogeneradores para producción de energía eléctrica, etc.

Caldera Tipos de transferencia que se dan en la caldera El flujo de calor en calderas tiene lugar por Conducción, Convección y Radiación. •

Conducción: Transferencia de calor de una parte del material a otra.

•

Convección: Transferencia de calor desde o hacia un fluido fluyendo hacia o desde una superficie.

•

Radiación: Forma continua de intercambio de energía por medio de ondas electromagnéticas sin cambio en la temperatura del medio interpuesto entre los dos cuerpos. (energía de las ondas electromagnéticas, para convertirse en calor debe ser absorbida por un cuerpo)

La caldera o generador de vapor son equipos cuyo objetivo es: – Generar agua caliente para calefacción y uso general – Generar vapor para plantas de fuerza, procesos industriales o calefacción.

Funcionamiento: Mediante la transferencia de calor, producido generalmente al quemarse un combustible, el que se le entrega al agua contenida o que circula dentro del recipiente metálico.

En toda caldera se distinguen dos zonas importantes: • Zona de liberación de calor u hogar o cámara de combustión: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico. La transferencia en esta zona se realiza principalmente por radiación.

 Zona de Tubos: es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección ( gases – agua).

 Está constituida por tubos dentro de los cuales pueden circular los humos o agua.

Clasificacion Según su Uso: • Estacionarias (calefacción) • Móviles (Locomotoras) Según La Situación del Hogar: • Interna • Externa Según los Materiales: • Fuertes: acero especiales. • Calefacción: Hierro colado. Según el Contenido de los Tubos: • Piro tubulares • Acuotubular Según el Combustible: • Liquido • Sólido • Gaseoso

Según la Combustión: • Fuego • Nuclear • Eléctrica Según La Potencia: • Baja (150 Tn/h) Según Forma y Posición de los Tubos: • Rectos • Curvos • Horizontales • Verticales • Inclinados Según la Circulación: • •

Natural Forzada

CLASIFICACION DE CALDERAS • Atendiendo a su posición:

Horizontales

Verticales

CLASIFICACION DE CALDERAS Atendiendo a su instalación:

• Fija o Estacionaria • Móviles o Portátiles Atendiendo a la ubicación del hogar

 De hogar Interior

 De hogar Exterior

CLASIFICACION DE CALDERAS Con respecto a su forma de calefacción

 Cilíndrica sencilla de hogar exterior

CLASIFICACION DE CALDERAS Con respecto a su forma de calefacción

 Con un tubo hogar (liso o corrugado)

CLASIFICACION DE CALDERAS Con respecto a su forma de calefacción

 Con tubos múltiples de humo (igneotubulares o pirotubulares)

CLASIFICACION DE CALDERAS Con respecto a su forma de calefacción

 Con tubos múltiples de agua (hidrotubulares o Acuotubulares)

CLASIFICACION DE CALDERAS • De acuerdo a la presión del vapor que producen:   

De baja presión De mediana presión De alta presión Con respecto al volumen de agua que contienen en relación con su superficie de calefacción

  

De gran volumen de agua (más de 150 lts7m2 de superficie de calefacción SC) De mediano volumen de agua (entre 70 y 150 lts/ m2 de SC) De pequeño volumen de agua (menos de 70 lts/ m2 de SC)

CLASIFICACION DE CALDERAS • Según su utilización: – De vapor – De agua caliente.

 Según la circulación del agua dentro de la caldera:  Circulación natural. El agua circula por efecto térmico  Circulación forzada. El agua se hace circular mediante bombas.

 Según el tipo de combustibles:  De combustible sólido  De combustible líquido  De combustible gaseoso

CLASIFICACION DE CALDERAS Además existen calderas que obtienen el calor necesario de otras fuentes de calor tales como gases calientes de desperdicios de otras reacciones químicas (recuperadoras de calor), de la aplicación de energía eléctrica (autoclaves).

AUTOCLAVE ELECTRICO

Clasificación de las Calderas Según ASME (American Society Of Mechanical Engineers) Una caldera de alta presión es aquella en la que la presión es mayor a 1,05 Kg/cm2, por debajo de este valor se consideran de baja presión. Una caldera que genera agua caliente se considera de potencia cuando excede los 11,2 Kg/cm2 o 121°C Caldera de potencia = Caldera de alta presión

Una caldera de baja presión es aquella que trabaja por debajo de 1,05 Kg/cm2 o una de agua caliente que trabaja por debajo de 11 Kg/cm2 o 121°C

Clasificación de las Calderas • Caldera de calefacción son aquellas que no generan vapor y su presión no supera los 11,2 Kg/cm2 o temperatura de agua no mayor a 121°C a la salida de la caldera (caldera de calefacción de baja presión • Caldera de suministro de agua caliente Suministra agua caliente, pero no tiene retorno de esta. Su presión no supera los 11,2 Kg/cm2 o temperatura de agua no mayor a 121°C • Caldera de calor perdido Este tipo de caldera aprovecha (subproductos térmicos) los gases de combustión de otros procesos.

Clasificación de las Calderas • Caldera compacta son aquellas montadas en fabrica, ya que las de campo son costosas y requieren más tiempo de puesta en marcha que una compacta de la misma capacidad de generación de vapor. • Caldera supercrítica o hipercrítica Funcionan sobre la presión absoluta crítica 224,43 Kg/cm2 o 374°C de temperatura de ebullición. A esta presión 224,43 Kg/cm2 el agua y el vapor tienen la misma densidad, el vapor está comprimido tan intensamente como el agua.

Clasificación de las Calderas Las calderas también se clasifican por su prestación • Estacionarias: es de posición fija en un lugar. • Portátiles: montada sobre equipos móviles para su transporte. • Locomotora: utilizada para servicios estacionarios, pero diseñada idealmente para vehículos de tracción autopropulsados sobre rieles. • Marina: diseñada para barcos de carga y pasajeros, con capacidad de vaporización inherente rápida.

Clasificación de las Calderas Clasificación de acuerdo a materiales:  Las calderas de fundición son utilizadas en calefacción de baja presión son construidas por secciones de fundición a presión.  Las calderas de acero pueden ser utilizadas en alta y baja presión por hoy son normalmente construidas por soldadura. Según la circulación de los gases:  Recorrido en un sentido (1 paso)  Recorrido con retorno (2 o más pasos)

Clasificación de las Calderas Selección de calderas Para elección de una caldera considerar los siguientes factores: • Capacidad requerida de vapor. • Tipos de servicio que va a prestar, temperatura y presión de trabajo. • Vida útil probable de la instalación. • Combustible a utilizar. • Costo de fabricación e instalación. • Espacio disponible. • Futuras exigencias.

Calderas de Tubos de Humo (Pirotubulares) Caldera tubular de retorno horizontal Estas calderas son sencilla de construir, bajo costo y son un buen generador de vapor. La desventaja de esta caldera es la dificultad de limpieza para quitar incrustaciones duras en la zona de agua.

Calderas de Tubos de Humo (Pirotubulares) Caldera-Hogar de locomotora Se les incorpora un tipo de ventilador en la caja de humos para aumentar de manera artificial el tiro de la chimenea, por ejemplo para cuando la máquina se encuentra detenida. Las limitaciones prácticas de presión y capacidad son similares a las de la Caldera tubular de retorno horizontal.

Caja de humos Caja de fuego

(ventilador)

Calderas de Tubos de Agua (Acuotubulares) Calderas Acuotubulares del tipo tubos rectos • De tubos rectos horizontales • De tubos rectos verticales Calderas Acuotubulares del tipo tubos curvados Tienen mayor flexibilidad de construcción que las de tubos rectos, las calderas de tubos curvos pueden ser anchas y bajas, como altas y estrechas, además estas permiten que sea mayor la superficie expuesta al calor radiante de la llama. Calderas Sterling

Calderas de Tubos de Agua (Acuotubulares) Calderas Acuotubulares del tipo tubos curvados Calderas Sterling Fue una de las primeras calderas de tubos curvos de utilización común. Fueron diseñadas para presiones desde 11 hasta 70 bar rangos de producción de 3,5 hasta 157,5 Ton/hr.

Calderas de Tubos de Agua (Acuotubulares) Calderas supercríticas de circulación controlada Este tipo de calderas utiliza dos bombas, una para alimentación a la caldera y otra para mantener un elevado caudal a través de los tubos. Esto es para evitar que el agua se evapore a un grado de sequedad total. Calderas de tubos agua de serpentines (o baterías) Fueron desarrolladas para satisfacer las necesidades industriales de las calderas compactas, de rápida vaporización y montada en fabrica. Se utilizan con frecuencia cerca de la carga para evitar altas caídas de presiones, o para evitar usar calderas grandes cuando es baja la demanda de vapor.

Ventajas Pirotubulares Calderas Pirotubulares · VENTAJAS: Menor costo inicial Mayor flexibilidad de operación · DESVENTAJAS: Mayor tiempo para entrar en funcionamiento Son explosivas

Ventajas Acuotubulares Calderas Acuotubulares · VENTAJAS: Puesta en marcha muy rápidamente. Pequeñas y eficientes Trabajos de altas presiones No son “explosivas” · DESVENTAJAS: Su costo es mayor Alimentación con agua de gran pureza debido a la circulación por el interior de los tubos. Debido a la poca cantidad de agua, se logra poca variación del consumo del vapor.

Pirotubulares o de tubos de humos En estas calderas, los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea. Calderas con tubos múltiples de humo

Estas calderas se denominan también como igneotubulares o pirotubulares y pueden ser verticales u horizontales. Entre las calderas verticales pueden encontrarse dos tipos con respecto a los tubos:

De tubos semisumergidos, De tubos totalmente sumergidos

Pirotubulares o de tubos de humos De tubos semisumergidos, el agua no cubre totalmente los

tubos

Pirotubulares o de tubos de humos De tubos totalmente sumergidos, el agua cubre totalmente los

tubos

Pirotubulares o de tubos de humos • Partes principales

Una caja de fuego

• Va montado el hogar • Puede ser de sección rectangular o cilíndrica. • De doble pared por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua

Pirotubulares o de tubos de humos • Partes principales

Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente por tubos de pequeño diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes.

Pirotubulares o de tubos de humos • Partes principales

Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea.

• •

Tipos de calderas pirotubulares. Calderas horizontales Las calderas de vapor pirotubulares, se fabrican con producciones comprendidas entre un mínimo de 200 Kg/h y un máximo de 17.000 Kg/h y con presiones que pueden oscilar desde 8 Kg/cm2 hasta 24 Kg/cm2.

Calderas con tubos múltiples de agua (Acuotubulares) • Por el interior de los tubos pasa agua o vapor y los gases calientes se hallan en contacto con las caras exteriores de ellos • Son de pequeño volumen de agua. La circulación del agua en este tipo de caldera, alcanza velocidades considerables con lo que se consigue una transmisión eficiente del calor, por consiguiente se eleva la capacidad de producción de vapor.

Calderas con tubos múltiples de agua (Acuotubulares) • Sólo una rama del tubo se calienta, ya que la otra se encuentra protegida por una pantalla aisladora. • En la rama izquierda, el calor calienta el agua generando vapor y haciendo que ambas (agua y vapor ) se muevan hacia arriba. Esta mezcla entra al colector y el agua fría pasa a ocupar su lugar en el tubo calentado.

El agua fría se encuentra en la parte del tubo no calentado y en la parte inferior del colector

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.

•

Otros tipos de caderas acuotubulares.

1. 2. 3. 4.

Las calderas de vapor verticales acuotubulares, están formadas por un tubo de gran diámetro en su interior al que se acoplan una serie de colectores por los que circula el agua. Este tipo de calderas permiten una muy fácil accesibilidad a su interior y están especialmente diseñadas para pequeñas industrias tales como: Tintorerías. Lavanderías. Lácteos. Panaderías.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Hogar o Fogón: es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Puerta Hogar: Es una pieza metálica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se alimenta de combustible sólido al hogar y se hacen las operaciones de control de fuego.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Emparrillado: son piezas metálicas en formas de rejas, generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del hogar y que sirven de soporte al combustible sólido.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Cenicero: es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de ésta. Los residuos acumulados deben retirarse periódicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la combustión

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Puerta del Cenicero: Accesorio que se utiliza para realizar las funciones de limpieza del cenicero. Mediante esta puerta regulable se puede controlar también la entrada del aire primario al hogar.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Altar: es un pequeño muro de ladrillo refractario, ubicado en el hogar, en el extremo opuesto a la puerta del hogar y al final de la parrilla, debiendo sobrepasar a ésta en aproximadamente 30 cm.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Conductos de Humos: es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos y los gases calientes que se han producido en la combustión, en estos conductos se realiza la transmisión de calor al agua que contiene la caldera.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Caja de Humo: Corresponde al espacio de la caldera en el cual se juntan los humos y gases después de haber entregado su calor y antes de salir por la chimenea.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA.

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA. Chimenea: es el conducto de salida de los gases y humos de la combustión hacia la atmósfera, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios o molestias a la comunidad. .

Economizadores de Vapor. Un economizador es un dispositivo mecánico de transferencia de calor que calienta un fluido hasta su punto de ebullición pero no más allá, recuperando el calor sensible de los gases de salida de una caldera. Ayudan a obtener un mejor rendimiento de la caldera al realizar un aprovechamiento más completo del calor de los gases. Economizador de vapor

Economizadores de vapor Normalmente consisten en una seria de tubos por los que por su interior circula el fluido a calentar y por exterior los gases de salida de la caldera. Y generalmente están construidos de acero no aleado ya que esta situado en las zonas mas bajas de temperatura de la caldera.

Paneles de Economizador de vapor.

Posición de un economizador en una caldera.

Mantenimiento de economizador de vapor •

Las técnicas de mantenimiento es el observar la posible corrosión y a veces erosión (dependiendo de la velocidad de los gases) que producen perdida de material.

•

Medir y evaluar estas perdidas de material periódicamente y sustituir los tubos mas dañados cuando llegan al limite del espesor que deben de mantener por calculo para su no rotura.

•

Pueden realizarse también de forma complementaria (aunque dependiendo del diseño de la caldera y del circuito de alimentación) pruebas periódicas de presión.

Trampas de vapor

¿Qué es una trampa de vapor? Una trampa de vapor es una válvula automática cuya misión es descargar condensado sin permitir que escape vapor vivo.

¿Como funciona una trampa de vapor? Los purgadores de boya son unidades mecánicas cuyo funcionamiento se basa en principios de densidad y temperatura. La válvula de boya funciona según el principio de densidad. Una palanca conecta la boya esférica con la válvula y asiento. Una vez que el condensado alcanza un cierto nivel en el purgador, la boya sube, abre el orificio y drena el condensado. Un sello de agua formado por el condensado evita pérdida de vapor vivo.

Tipos de Trampas de vapor. Las trampas de vapor se dividen en 3 grupos: • De tipo Mecánico:Trampa de flotador libre, Trampa de flotador y palanca, Trampas de balde, etc. • De tipo Termodinámico. • De tipo Termoestático: Trampa de presión balanceada, Trampa tipo bimetálico

Tipos de trampas de vapor

Trampa Mecánica

Trampas termoestáticas.

Trampas Termodinámicas.

Trampa de cubeta invertida

Trampas de vapor ¿Dónde instalo las trampas en mi circuito de vapor?

¿Cuándo falla una trampa de vapor? Excluyendo los fallos de diseño, dos de los más comunes modos de fallos son: • •

La suciedad El oversizing

Mantenimiento de trampas de vapor Tradicionalmente se han empleado tres sistemas de juzgar el estado de funcionamiento de un purgador: medir su temperatura, observar su descarga y "escuchar" su ruido. • Medir la temperatura del purgador es útil para detectar si está bloqueado. •Cuando un purgador descarga a la atmósfera, un observador entrenado puede juzgar con bastante exactitud el funcionamiento de un purgador. • Los estetoscopios, Los medidores ultrasónicos.

Mantenimiento de trampas de vapor

Sobrecalentadores de vapor.

• Los Sobrecalentadores de Vapor, al igual que los economizadores son básicamente un intercambiador de calor gases - vapor, diseñado teniendo en cuenta las particularidades de su trabajo con gases de combustión.

Sobrecalentadores de vapor

•

En los sobrecalentadores el objetivo es conseguir un vapor a alta temperatura, para que no sufra problemas de condensación en su camino desde la caldera hasta el proceso o porque así lo exige el proceso. (como en el caso de las turbinas a vapor).

Sobrecalentadores de vapor • Básicamente su construcción es similar a la del economizador de vapor que Consiste en un haz de tubos unidos.

Paneles de sobrecalentador de gran dimensión.

Sobrecalentadores de vapor • El sobrecalentador de vapor esta ubicado en el paso de los gases a la salida del hogar (lugar donde se produce la combustión) • El sobrecalentador pude tener dos partes, un sobrecalentador llamado primario que es donde entra el vapor con menos temperatura y que esta situado, también en el paso de los gases , pero no de los gases mas calientes, por eso esta detrás del sobrecalentador secundario, aguas abajo del sentido de circulación de los gases.

Sobrecalentador de vapor.

Sobrecalentadores de vapor.

Diferencias entre vapor sobrecalentado y Saturado. El “Vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición del líquido, mientras que el “Vapor sobrecalentado" es vapor de agua a una temperatura mayor que la del punto de ebullición.

Sobrecalentadores de vapor Usos del vapor Sobrecalentado: • En turbinas de vapor • Accionamiento de barcos • Generación eléctrica • Centrales geotérmicas • Secado de la madera • Destilación • Obtención del coke

Sobrecalentadores de vapor Mantenimiento: El mantenimiento a realizar es en esencia el mismo que para el economizador pero mucho mas intenso (es decir con frecuencias más cortas) pues es una zona que metalúrgicamente esta más al limite y además en una zona donde los gases son mas agresivos (depende igual que en el caso anterior, mucho del tipo de combustible).

Accesorios de seguridad de las calderas Los accesorios de seguridad son dispositivos activos dentro de los accesorios de una caldera que hacen detener el equipo en un determinado momento. Su función principal es de control sobre las variables físicas de la caldera (presión, temperatura).

Estos accesorios al momento de sobrepasar algún parámetro prefijado actúan directamente sobre el equipo liberando presión o provocado la detención.

Escotilla de Explosión

Escotilla de Explosión.

Características Las calderas que usen combustibles líquidos o gaseosos dispondrán de uno o más dispositivos de sellos o compuertas para alivio de sobrepresión en el hogar, salvo aquellas provistas de dispositivos automáticos que eliminan el riesgo de explosión.

Válvula de Seguridad Características

Las válvulas de seguridad de un generador de vapor deben ser capaces de evacuar la totalidad del vapor producido por la caldera, antes que se sobrepase en un 10 % la presión máxima del generador. Toda válvula llevará grabada o fundida en su cuerpo una marca de fábrica que indique sus características y que permita su identificación. Debe ser construida de un material de aleación adecuada resistentes a la corrosión

Funcionamiento Las válvulas de seguridad están diseñadas para abrir y aliviar un aumento de la presión interna del fluido. Son actuadas por la energía de la presión estática. Cuando en el recipiente o sistema protegido por la válvula se produce un aumento de presión interna, hasta alcanzar la presión seteada , la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida por la presión sobre el área del disco de cierre. A partir de aquí, un pequeño aumento de presión producirá el levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida del fluido.

Elementos de una válvula de seguridad 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Caperuza. Tensor. Contratuerca Regulación Fijación. Precinto. Resorte. Vástago. Tapa Guía. Disco de Cierre u Obturador. Tornillo de Fijación del Anillo de Ajuste. Tobera de Entrada. Palanca de Apertura Manual. Cúpula o Arcada. Placas Resorte. Cuerpo. Anillo de Ajuste o Regulación.

Válvulas de Seguridad TIPOS Válvulas de seguridad de apertura instantánea (Cuando se supera la presión delimitada la válvula abre repentina y totalmente) Válvulas de alivio de presión (Cuando se supera la presión delimitada la válvula abre proporcionalmente al aumento de presión)

UNIONES

• Roscadas • Soldadas

TAPÓN FUSIBLE El tapón fusible se empleará en las calderas de gran volumen de agua esto es, superior a 150 lts. por m2 de superficie de calefacción, las de hogar interno, y en las calderas del tipo locomóvil. El tapón fusibles deberá ubicarse en cada hogar interno, inmediatamente debajo del nivel mínimo de agua. Los tapones fusibles de acción por fuego estarán rellenos con una aleación cuyo punto de fusión máxima sea de 250º C. La parte interna del tapón debe mantenerse libre de incrustaciones o cualquier otra sustancia extraña.

CARACTERISTICAS • Se trata de un tapón de bronce con hilo (una especie de tornillo) que va instalado en la pared que comunica la cámara de agua con el fogón; posee un orificio cónico en su centro, relleno con una aleación metálica de plomo-estaño de bajo punto de fusión. • Cuando el nivel de agua de la caldera baja más allá del mínimo permitido, la temperatura aumenta considerablemente, con lo que se funde la aleación metálica del centro del tapón fusible, dejando pasar el agua y vapor hacia el hogar, lo que apaga el fuego. • Los tapones fusibles no deben reemplazarse por tornillos ni se debe soldar el orificio donde estos van alojados.

Tapón Fusible Metal Fusible

Tapón del Lado del Fuego

Tapón del Lado del Agua

Sistema de Alarma

Toda caldera dispondrá de un sistema de alarma, acústica o visual, que funcione cuando el nivel de agua alcance el mínimo o el máximo, deteniendo, a la vez, el funcionamiento del sistema de combustión.

Silbatos • Son aparatos que llevan instalados algunas calderas y funcionan cuando el nivel de agua baja mas allá del mínimo aceptable. Consiste en un tubo metálico instalado en forma vertical, con el extremo inferior abierto y sumergido en el interior de la caldera, hasta el nivel mínimo de agua aceptable. • En el extremo superior lleva un silbato con su entrada tapada por un fusible. Mientras el agua cubre la entrada inferior del tubo, la presión del vapor lo mantendrá lleno de agua. Cuando el nivel de agua en el interior de la caldera baja más allá del mínimo aceptable, queda al descubierto el extremo inferior del tubo, cae el agua al interior de la caldera y se llena el tubo con vapor. Este vapor calienta el fusible, lo funde y deja pasar vapor al silbato, donde se produce el sonido que da la alarma.

Control de la Combustión La regulación de la combustión se basa en mantener constante la presión de vapor en la caldera, tomándose sus variaciones como una medida de la diferencia entre el calor tomado de la caldera como vapor y el calor suministrado. El controlador de la presión de vapor ajusta la válvula de control de combustible. La señal procedente del caudal de aire es modificada por un relé para ajustar la relación entre el aire y el combustible, y pasa a un controlador que la compara con la señal de caudal de combustible. Si la proporción no es correcta, se emite una señal al servomotor de mando del ventilador o a la válvula de mariposa, de modo que el caudal de aire es ajustado hasta que la relación combustible-aire es correcta. En la regulación de la combustión puede darse preferencia en el mando al combustible o al aire para que la operación de la caldera corresponda a un sistema determinado de variadas características de seguridad.

Presostatos Presostatos para gas Presostato de diafragma con microrruptor para vigilar la presión del aire en calderas, para presión positiva, para gas y también para gas natural de producción biológica, punto de conmutación fijado en fábrica.

Presostatos Presostatos para aire Presostato de diafragma con micro interruptor para controlar la presión del vapor en una caldera , para presión positiva, presión negativa y presión diferencial, para aire y gas de combustión.

Indicadores de Nivel de Agua Toda caldera estará provista de lo menos indicadores de nivel de agua independientes entre si.

dos

El limite inferior de la visibilidad deberá quedar indicado por lo menos 30mm mas alto sobre el punto mas alto de la superficie de calefacción. El nivel mínimo de agua de operación estará 1/3 sobre la altura inferior. Las conexiones de los tubos terminaran al interior de ella obtendrán como diámetro mínimo ½”

Control de Nivel El sistema de control del agua de alimentación puede realizarse de acuerdo con la capacidad de producción de la caldera. En la regulación de nivel de un elemento representada en la figura el único instrumento utilizado es el controlador de nivel que actúa sobre la válvula del agua de alimentación.

Vapor

Vapor

LC

Agua

Agua a) Un elmento con bomba de alimentación

b) Un elemento con controlador potenciométrico

control de nivel

Control de agua

Manómetro La caldera estará provista de uno o más manómetros que se conectarán a la cámara de vapor . El diámetro mínimo nominal será de ¼”. El manómetro tendrá capacidad para indicar a lo menos 1 1/2 vez la presión máxima del equipo procurando que dicha presión se encuentre a 1/3 de la graduación central de este. Su ubicación debe permitir al operador una visión clara desde su lugar de trabajo. Al compararse con el patrón podrá aceptar un error de hasta 10%, con un máximo de 0.5 kg/cm2

Manómetros En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión sobre una escala graduada .

Manómetro tipo Bourdon Tipo C Tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo cerrado por un extremo y conectado a la fuente de presión por el otro. Al aumentar la presión en el interior del tubo éste se endereza, provocando un movimiento que es captado por una aguja indicadora o un transmisor (colocados en el extremo cerrado del tubo). De hélice y espiral Miden presiones con una mayor precisión ya que el movimiento de sus extremos cerrados es mayor.

Manómetro Tipo Fuelle Es un tubo fino sin soldadura, ondulado, de acero inoxidable o latón, que por efecto de la presión se estira o contrae con un desplazamiento considerable. Para conseguir una mayor duración y precisión el movimiento está contrarrestado por un muelle.

Termopares Sensores Activos Usan el efecto Seebeck, circula una corriente cuando dos hilos de metales distintos se unen, y se calienta uno de los extremos. Se puede medir el voltaje, que es proporcional a la diferencia de temperaturas, la señal de salida muy baja (milivolt) necesita acondicionamiento de la señal. La sensibilidad baja (microvolts) por grado, soportan altas temperaturas (p.e. calderas) bastante lineales.

Tipos de Termopares Termopar J: Cobre Níquel (Cu-Ni). Afectado por corrosión Rango: 0ºC a +750ºC Precisión: 0.5% Termopar K: Aluminio Níquel (Al-Ni). Buena resistencia a la oxidación Rango: 0ºC a +1.300ºC y 600ºC a 1.000ºC en atm. oxidantes Precisión: 1% Termopar R: Platino - 13% Rodio. Termopar S: Platino - 10% Rodio. Rango de medida más amplio (0ºC a +1.600ºC), pero más caros. Precisión: 0.5% Termopar W: Wolframio-5% Renio y Wolframio-26% Renio. Rango: 0ºC a +2.800ºC en atm. inertes o vacío. Precisión: 1%

Termómetros • Son instrumentos que sirven para medir las diversas temperaturas de los elementos como agua de alimentación, vapor, gases de la combustión y petróleo. Se utilizan para medir temperaturas inferiores a 500°C • El termómetro mas utilizado es el de mercurio, aprovechando la propiedad de este elemento a expandirse o contraerse considerablemente con los cambios de temperatura, sin llegar a congelarse o evaporarse.

Termómetro de resistencia metálica RTDs Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la Tº. En algunos de forma casi lineal. Este principio proporciona una forma muy precisa de medir. • • • • • • •

Se necesita un material que sea: Resistente a la corrosión y ambientes hostiles. De Comportamiento lineal. Alta sensibilidad. Fáciles de fabricar. Estables Pt y Ni De fácil instalación.

Termómetros de Dilatación Termómetros de Vidrio Indican la Tª como diferencia entre el coeficiente de dilatación del vidrio y del líquido empleado. Los más comunes son: Mercurio: (-37º C, 315ºC), Mercurio con gas inerte, (N2): (-37ºC, 510ºC), Alcohol: hasta -62ºC y su precisión es del 1% del rango. Termómetros de Bulbo La variación de Tª produce la expansión o contracción del fluido lo que deforma el recinto que lo contiene. La deformación es apreciada por un muelle Bourdon y transmitida a un indicador o transmisor. Rango: (-40ºC a +425ºC) Precisión: 1%

Tipos de Combustibles para Calderas •

CARBÓN VEGETAL: de madera o leña un compuesto de oxigeno, hidrogeno, carbono y ázoe. Sustancias que se transforman en otras a través de la combustión . • EN EL CARBONÍFERO Del los yacimientos de carbón que remontan del período geológico llamado Carbonífero (de aquí le viene el nombre). Suele pensarse que en este período, el quinto de la era Primaria, la vegetación debía de ser particularmente lujuriante. EL GAS NATURAL • Es una mezcla gaseosa y combustible que, al igual que el petróleo, es un combustible fósil y se deriva de la descomposición de material orgánico depositado a grandes profundidades por muchos millones de años. • •

Está compuesto principalmente por Metano (CH4), pero tiene una proporción menor de otros elementos, como el Etano (4%), Propano (1%), Butano (0,4%), Nitrógeno (0,9%) y Dióxido de Carbono (1,7%). No es tóxico, pero en altas concentraciones desplaza el oxígeno y puede producir una asfixia.

MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE CALDERAS • Pretratamiento de agua pH 10.5-11 • Mantenimiento Eléctrico • Se presentan daños por • Picadura (DBO) • Espuma (Sólidos disueltos a alta velocidad) • Incrustaciones (Sales Insolubles ca++, Mg++)

Mantención diaria • La mantención diaria apunta, principalmente, al monitoreo de las condiciones de operación de la caldera y el funcionamiento de los sistemas de seguridad.

MantenciónDiaria • •

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Verificación de condiciones de operación: Presión y temperatura (si corresponde) del combustible, temperatura de salida de gases, presión de vapor, análisis de gases, análisis de agua, etc. Verificación de la forma y color de la llama: A través de la mirilla se debe controlar que la llama no esté tocando las paredes de la cámara de combustión (fogón en una caldera pirotubular) y que el color sea el correcto según el combustible que se esté utilizando. Verificación de la operación de detención del quemador por bajo nivel de agua: Este es uno de los procedimientos más importantes, ya que la mayoría de los accidentes en calderas tiene relación con fallas en el control de nivel. Verificación de la operación de las válvulas de seguridad de la caldera.

Mantención Semanal • La mantención semanal se relaciona con trabajos de limpieza menores, lubricación y ajuste de la posición • de ciertos componentes de los quemadores.

Mantención Semanal • •

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Limpieza de filtros (en el caso de combustibles líquidos). Ajuste de la posición de electrodos de encendido, difusor, etc. Limpieza de censor de llama. Verificación de apriete del sistema accionamiento damper y válvula de control. Lubricación de piezas móviles.

Mantención Mensual • La mantención mensual involucra la realización de trabajos de limpieza más profundos y ajuste de instrumentos de control.

Mantención Mensual • • •

Reapriete y limpieza de terminales. Limpieza de válvulas solenoides y de control. Verificación ajuste presostatos, termostatos y transmisores

Mantención Semestral • Incluye los trabajos de limpieza más importantes que deben ser realizados en una caldera, así como también la calibración del quemador.

Mantención Semestral • • • • • • •

Limpieza del circuito de gases. Reparación del material refractario. Reemplazo de sellos cajas de humo. Inspección lado agua para verificar la efectividad del tratamiento de agua en lo que a prevención de incrustaciones y corrosión se refiere. Inspección del estanque de condensado (desgasificador). Limpieza del estanque petróleo diario. Reemplazo de empaquetaduras en tapas registro hombre y mano acceso a lado agua.

Mantención Semestral • • • • • • • • •

Limpieza de sifones en los que se encuentran instalados los presos tatos, transmisores de presión y manómetro de vapor de la caldera. Limpieza de filtros líneas de agua. Reemplazo boquilla (quemadores petróleo). Reemplazo de electrodos de encendido. Reemplazo de sensor de llama (algunos tipos). Reemplazo de cables de alta tensión. Reemplazo de transformador de alta tensión. Reemplazo de bomba petróleo (alta presión, que opera con petróleo pesado). Calibración del quemador sobre la base de un análisis de gases producto de la combustión.