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CALDERAS INDUSTRIALES Mogrovejo Medina U.I. (20142062K); Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI. Diseño de proyectos, sección A, 27 de abril del 2019 [email protected] Resumen: En la presente monografia se analizara la normativa técnica peruana sobre calderas industriales que nos permite conocer su clasificación, sus componentes y bajo que normativas internacionales se encuentra su diseño también analizaremos cuales son los estándares de eficiencia térmica (combustible/vapor) de una caldera que nos permiten responder a la necesidad de incrementar el ahorro de energía y la preservación de recursos energéticos además información que debe presentar la etiqueta para poder proteger al consumidor de productos de menor calidad, que pudieran llegar al mercado nacional.

1. INTRODUCCIÓN Las normativas técnicas peruanas se basan principalmente en normativas internacionales para calderas las más importantes en base a normativas ANSI son Normativas internacionales ANSI

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NTP 350.302:2009 EFICIENCIA ENERGÉTICA. Calderas industriales. Proyecto de instalación de calderas con reducción de emisiones. Requisitos básicos, el 07 de noviembre de 2009.

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ANSVASME CDS-I, Controles y Aparatos de Seguridad para Calderas Alimentadas Automáticamente.  ANSVAPI 510, Instituto Americano del Petróleo - Código de  Inspección de Recipientes a Presión.  NFPA 85-2019: Código de riesgos de sistemas de combustión y calderas  CÓDIGO ASME SECCIÓN VII Suggestd rules for care power boilers Normas Técnicas Nacionales España  UNE 9-078-89 Proyecto de Instalación

CALDERAS.

 UNE-9-206-88CALDERAS. Inspección de las instalaciones. 2.2.3  UNE-9-013-92CALDERAS. Sala de Calderas Mientras que las Norma Técnica Peruana han sido elaborada por el Comité Técnico de Normalización de uso racional de energía y eficiencia energética, Sub Comité de Calderas industriales, y se enumeran a continuación.  NTP 350.301.2009 CALDERAS INDUSTRIALES. Estándares de eficiencia térmica  NTP 350.300:2008 CALDERAS INDUSTRIALES. Procedimiento para la determinación de la eficiencia térmica de calderas industriales

Estas Norma Técnica Peruana ha sido estructurada de acuerdo a las Guías Peruanas GP 001:1995 y GP 002:1995. 2. OBJETIVOS Esta Norma Técnica Peruana tiene como objetivo establecer los estándares de eficiencia térmica (combustible/vapor) que deben cumplir las calderas industriales sin equipo de recuperación de calor y las características del etiquetado. 3. MARCO TEÓRICO Calderas Es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. En las calderas tienen lugar dos operaciones importantes: a. La liberación del calor del combustible (combustión). b. La captación de este calor liberado por el fluido que circula por ella y en el que a veces, se produce un cambio de estado físico (Caldera de vapor).

Según las normas ASME se pueden clasificar en tres tipos: (a) Calderas pirotubulares, (b) Calderas acuotubulares y (e) Calderas de resistencias eléctricas Según las Normas UNE sólo se consideran dos tipos de calderas: las Pirotubulares y las acuotubulares

Calderas Pirotubulares Son generadores de vapor , conocidas comunmente como calderas de tubos de fuego donde el agua circula por el exterior y los gases calientes circulan por dentro de los tubos en ellas se genera agua caliente o vapor saturado.

Es una placa plana circular con decenas de agujeros taladrados con diámetros de ( 2" o 3"), donde se montan y hermetizan los tubos de fuego, también tiene un agujero mayor normalmente en la parte inferior donde se monta y suelda el hogar. En las zonas más débiles se sueldan templadores para elevar su resistencia mecánica. El material usado en su fabricación es el mismo que el casco. HOGAR Es un tubo cilíndrico que puede ser totalmente liso, liso con refuerzos o corrugado. Es donde se produce la combustión la transmisión de calor es mayoritariamente del tipo radiante, aproximadamente entre 50% y 65% de todo el calor entregado por los gases de combustión al fluido .Es el elemento de mayor exigencia térmica y Mecánica de la caldera, soporta elevadas temperaturas y opera con presión externa CÁMARA DE HOGAR Es el elemento que recibe los gases calientes de combustión y es aquí donde se produce el cambio de dirección del primer paso al segundo paso, es la zona de mayor temperatura después del hogar. La cámara de hogar (cámara trasera) puede ser del tipo cámara seca, cámara semiseca y cámara húmeda CONO REFRACTARIO Es un block refractario cuya forma externa es cilíndrica y la parte interna es de forma troncocónica. Tiene dos funciones  Función de proteger las partes metálicas expuestas al calor que no están refrigeradas por el agua  Eleva la temperatura local mejorando las condiciones térmicas, ayudando a gasificar los combustibles líquidos para una mejor combustión TUBOS DE FUEGO Son los elementos tubulares encargados de conducir por su interior los gases de combustión desde la cámara de hogar hasta la chimenea. Los materiales típicamente usados son el ASTM A178 y/o el ASTM A192.

Figura 1 Caldera pirotubular partes Fuente Albujar Escudero Masías Gabriel, y Capcha Soto Raúl Spenser “ANÁLISIS DE LA CONVERSIÓN DE UN QUEMADORDE PETRÓLEO INDUSTRIAL No 6 A GAS NATURAL PARAREDUCIR COSTOS DE LA RECONVERSIÓN DE CALDERA EN VOPAK SERLIPSA”

CASCO Es el cuerpo de la caldera fabricado en planchas de acero al carbono ASTM A285, grado C, cuyas uniones soldadas son evaluadas al 100% con ensayos radiográficos. PLACA PORTATUBOS

CÁMARA DE HUMOS DELANTERO Es el elemento que permite el cambio de sentido de los humos en su recorrido hasta la chimenea. Suele haber delantero y trasero. LA CHIMENEA La chimenea debe tener una altura tal que sobrepase como mínimo en 1,5 m de la construcción más cercana y debe descargar a los cuatro vientos. REGISTROS  REGISTRO DE HOMBRE. Llamado también manhole, es un agujero elíptico de apertura y cerrado rápido que permite el ingreso de una

persona para la inspección y mantenimiento interior de la caldera. Sus medidas estándares son de 11 "x 15" ó 12"x 16". 

REGISTRO DE MANO. Es un agujero elíptico de apertura y cerrado rápido que permite la inspección visual y lavado interior con agua a presión. Sus medidas estándares son de 3"x4", 3 1/4x4 1/2" y 3 1/2'x4 1/2".

TAPAS  TAPA POSTERIOR. Es el elemento que permite el acceso a la cámara de hogar, placa posterior, hogar y a los tubos de juego, 

TAPA DELANTERA. Es el elemento que permite el acceso a la cámara de humos delantera, placa delantera y tubos de juego. Ambas tapas están fabricadas de acero al carbono y revestido con material refractario y aislante térmico COPLA DE INGRESO DE AGUA Es la conexión donde se conecta la tubería del ingreso del agua blanda de alimentación, se instala una válvula tipo compuerta y dos válvulas de no retomo del tipo check disco. CÁMARA DE VAPOR Es el espacio donde se acumula el vapor saturado que se genera en el interior de la caldera. COPLA DE PURGA DE FONDO Es la conexión donde se conecta la tubería de purga de fondo. QUEMADOR. El quemador es un dispositivo que nos ayuda a producir la combustión dentro del hogar. Dependiendo del combustible a quemar, varían los sistemas de los quemadores. PARTES DEL QUEMADOR Un quemador está compuesto de un gran número de partes, pero analizando las funciones principales de cada una, sus partes principales se agrupan en el siguiente orden. I. SUMINISTRO DE AIRE: Ventilador y difusor. II. MANEJO DE COMBUSTIBLE: Bombas de Combustible, Válvulas, Solenoides, Ductos de Combustible y Boquillas. III. ENCENDIDO DEL QUEMADOR: Transformador de Ignición Electrodos.

Calderas acuotubulares Son generadores de vaporo agua o agua caliente .En este tipo de calderas el agua circula por dentro de los tubos, mientras que los gases circulan por el exterior de estos, de manera contraria a cómo trabajan las calderas pirotubulares.

Figura 2 Caldera acuotubular Fuente calderaindustriales.wordpress.com/2015/08/26/calderasacuotubular-funcionamiento/s

Esta normativa se utiliza para calderas sin equipo de recuperación de calor que utilizan combustibles sólidos, gaseosos y líquidos derivados del petróleo, con las características mostradas en la Tabla 1.

Potencia

Presión manométrica

Temperatura

-De 98 – 11 772 kW (10 a 1 200 BHP) -Hasta 2 069 kPa (300 psig) para las calderas de tubos de humo -Hasta 3 103 kPa (450 psig) para las calderas de tubos de agua De saturación

Tabla 1 Características de las calderas a las cuales se aplica este NTP

Esta Norma Técnica Peruana no es aplicable a calderas para generación de potencia. El sistema de control de combustión Deberá tener como mínimo siguientes componentes:  Flujómetro de entrada de combustible  -Flujómetro de salida de vapor  -Un control de presión de vapor  -Un control de gases de combustión  -Un control de ajuste automático airecombustible

El valor de eficiencia térmica de las calderas (combustible/vapor) será determinado bajo condiciones estándares de temperatura y presión, 25 °C y 101,325 kPa respectivamente y según la NTP 350.300.

ESTÁNDARES DE EFICIENCIA TÉRMICA (COMBUSTIBLE/VAPOR) Los estándares de eficiencia se basan en lo que indican la NTP 350.300 que se basa en cálculos utilizando el método indirecto  Calcula las perdidas por  Entalpia de los gases de escape seco  Entalpia de vapor de agua en los gases  Inquemados gaseosos  Inqueados solidos  Por conveccion  Por radiacion  Halalndo asi la eficiencia restandole al total la suma total de perdidas

Informacion La etiqueta debe marcarse de forma legible y contener la siguiente información según la normativa o

Una leyenda que diga “ENERGÍA” y al extremo derecho “CALDERA”.

o

Una leyenda que diga “Tipo de caldera” y al extremo derecho el espacio para especificar si es pirotubular, acuotubular u otra denominación.

o

Una leyenda que diga “Marca” y al extremo derecho el espacio para especificar la marca registrada, nombre del fabricante o logotipo.

o

Una leyenda que diga “Modelo” y seguidamente el espacio para especificar el código según catálogo de la caldera.

o

Una leyenda que diga “Potencia (kW y BHP)” y seguidamente el espacio para especificar la potencia nominal del fabricante.

o

Una leyenda que diga “Presión de vapor (psig)” y seguidamente el espacio para especificar la presión de vapor nominal.

o

Un diagrama con tres barras, en posición horizontal, cada una con la letra que representa la clasificación de eficiencia energética de las calderas según apartado 5 de la presente Norma Técnica Peruana. Frente a la clase de eficiencia energética debe estar colocada la flecha indicador, incluyendo la letra de la clase de la eficiencia energética de la caldera.

o

Una leyenda en forma de tabla con dos columnas, que diga en la primera columna: “Categorías” y en la segunda columna “Rango de eficiencia térmica ( η )”, con los valores descritos en la Tabla 2 del apartado 5 de la presente NTP.

o

Una leyenda que diga “Consumo a máxima carga y tipo de combustible” y al extremo derecho el espacio para especificar el flujo de combustible.

o

Una leyenda que diga “Emisión de toneladas de tCO2e ” y seguidamente el espacio para especificar la emisión de toneladas de CO2 emitidas.

o

Una leyenda que diga “Eficiencia térmica (combustible/vapor) a máxima carga” y al

Las eficiencia se han clasificado de acuerdo a las siguientes categorías mostradas en la Tabla 2.

CATEGORÍA RANGO DE EFICIENCIA TÉRMICA (η) A Mayor de 82 % B

80 < η ≤ 82 %

C

78 < η ≤ 80 %

Tabla 2 Rangos y categorías de eficiencia térmica (combustible/vapor) para calderas de vapor saturado

El fabricante debera garantizar la eficiencia térmica (combustible/vapor) antes mencionada sin importar las condiciones geográficas y climáticas de la zona donde operará la caldera. ETIQUETADO Este debera tener las siguientes características: Permanencia La etiqueta debe estar presente en la caldera, cuando sea adquirida por el consumidor final Ubicación La etiqueta debe estar ubicada sobre la caldera en un lugar visible al consumidor que garantice su permanencia.

extremo derecho el espacio para especificar la eficiencia del fabricante. o

Una leyenda que diga: “La eficiencia se obtiene aplicando el método indicado en la NTP 350.300”.

o

Una leyenda que diga: “Con fines de seguridad eléctrica, aplíquese la sección 160 del Código Nacional de Electricidad”.

o

Una nota que diga: “Compare este producto con otros de similares características. Esta etiqueta debe ir adherida a la caldera hasta que haya sido adquirida por el consumidor final”.

Dimensiones Se ajustaran proporcionalmente al tamaño de la caldera, con la condición que la información contenida sea perfectamente legible. véanse la Figura 3 y Figura 4, donde semuestran medidas referenciales.

Figura 4 Medidas de la etiqueta

Color Los colores que deben emplearse en la etiqueta son:

Rango de Eficiencia

Color Panton

A

3415 U

B

347 U

C

387 U

Tabla 3

La siguiente figura nos representa una tipica etiquetade una caldera

Figura 3 Formato de la etiqueta

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Figura 5 Etiqueta

4. CONCLUSIONES 

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La normativa peruana solo especifica que la etiqueta este presente en el equipo solo hasta que el fabricante la vende al consumidor final no exigiendo que esta se mantenga despues . El fabricante debera poder garantizar las eficiencias de la caldera sin importar la geografia donde opere la caldera ya sea por las causas cimaticas o por la altura sobre el nivel delmar que se encuentre el lugar de operación. Esta normativa permite proteger al consumidor de un gasto excesivo de combustible ademas de incrementarelahorrode recursos energeticos.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

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Rosa Nayeli Miranda Valdovinos Benemérita Universidad Autónoma De Puebla. Facultad de Ingeniería Química "CALDERAS: CLASIFICACIÓN, USOS Y MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR". NORMA Oficial Mexicana NOM-002ENER-1995 Eficiencia térmica de calderas paquete. Especificaciones y método de prueba. NORMA TÉCNICA NTP 350.301 PERUANA 2009 Comisión de Normalización y de Fiscalización de Barreras Comerciales No Arancelarias -

INDECOPI Calle de La Prosa 138, San Borja (Lima 41) Apartado 145 Lima, Perú Albujar Escudero Masías Gabriel, y Capcha Soto Raúl Spenser “ANÁLISIS DE LA CONVERSIÓN DE UN QUEMADORDE PETRÓLEO INDUSTRIAL No 6 A GAS NATURAL PARAREDUCIR COSTOS DE LA RECONVERSIÓN DE CALDERA EN VOPAK SERLIPS