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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERIA MECÁNICA NOVENO NIVEL TEMA: DEFINICIÓN DE CALDERA, TIPOS USOS, ELEMENTOS. CALDERAS HUMO TUBULARES INTEGRANTE: VÉLEZ MERA ELINTONG ING. EFREN PICO PARALELO “B” OCTUBRE – FEBRERO

CALDERAS DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULARES Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por unos tubos que se encuentran sumergidos en el agua, tienen un menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño, además de tener mayor flexibilidad de operación y menores exigencia de pureza en el agua de alimentación. El peso y tamaño es más grande comparado con las acuotubulares, el tiempo para elevar la presión interior y entrar en funcionamiento es comparativamente alto, además este tipo de calderas no es utilizado para grandes presiones.

El cuerpo de caldera pirotubular, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal o vertical, 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 (hogar) de adaptación, hasta la zona posterior o superior (tipo vertical) 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 cuanto al acceso, al lado agua se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la parte superior del cuerpo, así como en las partes inferior y posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos. FUNCIONAMIENTO: El vapor se genera calentando un importante volumen de agua, por medio de los humos producidos durante la combustión del gas o del fuel y circulando en los tubos sumergidos. Esta es la técnica más clásica para la producción de vapor saturado, de agua o de vapor sobrecalentado para una gama de caudales de 160 a 50.000 kg/h (112 à 34.000 kW).

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, 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, la entrada de agua 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, calorífugado 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. 1- VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas Menor costo de fabricación, debido a su simplicidad de diseño. Se construyen en tamaños relativamente pequeños para su manejo e instalación Son portátiles Fácil mantenimiento Almacenan gran volumen de agua Soportan fluctuaciones en la demanda de vapor Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. Son pequeñas y eficientes. Desventajas Presentan limitaciones para altas presiones Producción de vapor relativamente reducida Espacio limitado para la instalación de equipos auxiliares como super calentadores. Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. LAS CALDERAS PIROTUBULARES SE CLASIFICAN EN: Calderas tubulares de retorno horizontal Este tipo de caldera es de construcción sencilla y económica, siendo también un buen generador de vapor. Sin embargo, la caldera de tipo marina escocesa la ha reemplazado por su principal desventaja que es la dificultad de arrancar las incrustaciones de las filas de tubos principales, así como el peligro de quemado de las chapas que están encima del fuego, esto por la presencia de depósitos o capas espesas de lodo sobre la chapa.

Las presiones de trabajo no exceden los 14 kg/cm2 y una tasa de producción por HP de 15,63 kg/h de vapor. En general la caldera de retorno horizontal tiene una pobre transferencia térmica al agua y peligros de deterioro rápido por el calentamiento que sufren las chapas expuestas directamente a las llamas.

Calderas tipo marina escocesa Los gases calientes del hogar pasan desde una cámara de combustión con revestimiento refractario hacia la parte trasera (placa deflectora) y entonces retornan a través de los tubos de humos hasta el frontal de la caldera y después a la chimenea. Esta caldera es adecuada para combustión de carbón, gas y combustibles líquidos derivados del petróleo. En calderas de diámetro grande es práctico utilizar más de un hogar, dos, tres o incluso cuatro hogares se utilizan en las grandes calderas.

El número de pasos del caldero es otra característica importante, mientras más numero de pasos, los gases de combustión transfieren más calor al agua y así se enfrían, ocupando menos volumen a medida que progresan por los diferentes pasos. El número de tubos se reduce notablemente para mantener la velocidad elevada de los gases. Mejor cuántos pasos de gases pueden utilizarse, hoy el límite práctico es cuatro.

Caldera horizontal económica Esta caldera aporta con algo más de superficie de calefacción por metro cuadrado que la caldera de retorno horizontal. La cantidad de ladrillo refractario y obra es mucho menor, por tener la caldera su propio armazón. Posee las mismas desventajas y limitaciones que una caldera de retorno horizontal.

Calderas verticales La caldera vertical de tubos de humos es compacta, ideal para espacios reducidos (tintorerías, lavanderías, planchados industriales, etc.) cuyos requisitos de presión y capacidad entran dentro del alcance de este tipo de caldera.

Los tubos de humos se encuentran en posición vertical y están parcial o completamente rodeados de agua. Para aumentar la eficiencia de este tipo de calderos muchas veces se utilizan dos pasos de humos. Se construyen en modelos de 50 a 600 Kg/h, siendo todos ellos de categoría

Otros tipos de calderas pirotubulares 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 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.

Semifijas.

En algunas plantas eléctricas, aserraderos, molinos, etc., se emplea el conjunto de caldera y máquina vapor que recibe el nombre de "semifija". 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.

Locomóviles.

Este nombre lo recibe el conjunto de caldera y máquina a vapor que se emplea frecuentemente en tareas 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. En las calderas tipo locomóvil los gases calientes no están en contacto con la superficie externa del cuerpo de la caldera y por esta razón pueden trabajar a presiones más elevadas que las calderas pirotubulares, las cuales tienen parte de su superficie externa expuesta al calor irradiado por el combustible ardiendo y a la acción de los gases calientes que salen del hogar. COMPONENTES PRINCIPALES A. Conjunto del Quemador: Al accionar un interruptor eléctrico (prender el equipo), este dispositivo hace que se produzca una chispa entre los electrodos originada por el alto voltaje que produce un transformador

(mismo fenómeno que produce el rayo atmosférico). Así, se enciende el piloto, se abre el paso de combustible y de aire para que encienda la flama, y una vez que la fotocelda verifica lo anterior, se mantiene en funcionamiento. El conjunto del quemador comprende las boquillas, los electrodos, la fotocelda y el cañón quemador. B. Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro de la caldera sea un nivel seguro para que ésta encienda. Durante la operación, vigila y corrige errores; si baja el nivel, envía una señal a la bomba de alimentación para que arranque e inyecte más agua, si continúa bajando, por seguridad envía otra señal al quemador para que se apague y no permite que se encienda hasta tener un nivel seguro; y en caso de que suba el nivel del agua, envía una señal para que se pare la bomba. El sistema de control de nivel del agua comprende del cristal de nivel visual, grifos de prueba del cristal de nivel, columna de nivel y control de nivel de agua. C. Bomba de inyección de agua: Al bajar el agua del nivel mínimo de operación, recibe la señal del control de agua y arranca, tomando agua del tanque de condensado e introduciéndola a la caldera; en cambio, cuando sobrepasa un nivel de seguridad prefijado, también se apaga para no exceder el nivel de operación y ahogar la caldera. D. Cuerpo de la caldera: En el interior de la caldera se encuentra el hogar (espacio donde se lleva a cabo la combustión) y los tubos fluxes, donde se lleva a cabo el calentamiento del agua, ya sea interior o exteriormente, y tiene un aislamiento interior y exterior para evitar pérdidas de calor y quemaduras al personal. También cuenta con tapas y registros para permitir el acceso para darle mantenimiento. Comprende de tubos fluxes, material refractario, mamparas (no siempre), empaques y tapón fusible (solamente en el caso de las calderas de tubos de humo). E. Sistema de combustible: Este sistema mantiene la alimentación de combustible adecuada para la combustión que se realiza en el hogar de la caldera. Comprende tuberías, filtros, bomba de combustible y válvula solenoide. F. Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para mantener una combustión. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de vapor y en proporción adecuada al combustible, para mantener la flama con una combustión no contaminante y económica. Comprende la malla del ventilador, el ventilador y las varillas de ajuste para el modutrol (modulador de entrada el aire). G. Controles eléctricos: El programador es el cerebro de la caldera, ya que se encarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado del equipo. En este sistema existen auxiliares de arranque y

paro por presión (presostato), a partir de una presión establecida (presuretrol). Envía una señal para modular la flama, variando la entrada de aire a través del modutrol. Comprende del control programador, presostato, presuretrol, control de nivel de agua, modutrol y alarma.

MANTENIMIENTO Desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con un mínimo de paradas en producción, minimiza costos de operación y permite un seguro funcionamiento. Para elaborar los debidos planes de mantenimiento, es necesario conocer las diferentes formas que tiene una caldera de fallar. Además del mantenimiento periódico, es necesario guardar las respectivas normas de seguridad para con los calderos y de esa forma poder evitar accidente alguno El mantenimiento en calderas puede ser de tres tipos: - Correctivo - Preventivo - Predictivo El mantenimiento en calderas debe ser una actividad rutinaria, muy bien controlada en el tiempo. Es por ellos que se recomiendan las siguientes actividades a corto, media y largo plazo. Mantenimiento diario Limpiar las boquillas del quemador de la caldera. Comprobar el nivel de lubricantes para el compresor en el tanque aire-aceite. Debe de estar a 1/2 de nivel, esto es, dentro del tercio medio y si está más bajo, ponerlo a nivel. 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. esto se hace subiendo el nivel de agua a 1/2 cristal y purgando hasta que arranque la bomba de alimentación. Comprobar así mismo que la presión indicada por los manómetros de entrada al combustible, la presión en la válvula medidora y la presión de salida de combustible, son las fijadas en su Manual de Operaci6n. Comprobar si la presión de aire de atomizaci6n es la correcta.

Comprobar y registrar la temperatura de los gases de la chimenea. Tomar análisis de gases de combustión y registrar en bitácora.

Mantenimiento cada tercer día: Comprobar que la trampa del calentador de vapor opera correctamente. Limpiar los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.

Mantenimiento cada ocho días: Comprobar que no hay fugas de gases ni de aire en las juntas de ambas tapas y mirilla trasera. Comprobar la tensión de la banda al compresor. Limpiar el filtro compresor .

de

lubricante,

que

está

pegado

al

Lavar los filtros, tanto el de entrada a la bomba como el de entrada de agua al tanque de condensados. Limpiar el electrodo del piloto de gas . Comprobar que los interruptores termostáticos del calentador de combustible operen a la temperatura a que fueron calibrados al hacer la puesta en marcha. Consulte su Manual de Operaci6n. Inspeccione las prensas alimentación de agua.

estopas

de

la

bomba

de

Mantenimiento quincenal Hacer limpieza de todos los filtros de agua, aceite combustible y aceite lubricante. Probar la operaci6n por falla de flama.

Revisión a las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc. Checar los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo de la caldera. Asegurarse que la foto celda este limpia, así como el tubo en donde se encuentra colocada. Mantenimiento

mensual

Comprobar que los niveles del agua son los indicados: 58 mm (2 1/4") de nivel máximo. 45 mm (13/4") arranque de la bomba. 32 mm. ( 1 ¼") corte por bajo nivell Comprobar el bajo nivel, bajando el interruptor de la bomba de alimentación. Comprobar el voltaje y cargas que toman los motores. Mantenimiento de caldera trimestral. Observar la temperatura del termómetro de salida de gases de la chimenea de la caldera, cuando tenga 80°C por arriba de la temperatura del vapor saturado es indicativo que la caldera está hollinada y hay que proceder a limpiarla Es conveniente también que se destapen varias tortugas ó registros de en medio y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado del agua. Llame al técnico en tratamiento de agua. Cada vez que se desholline es conveniente para la mejor conservación del refractario, darle una lechada con mortero refractario, tanto a la tapa trasera como al refractario del hogar. Cambie los empaques. ! Tirar ligeramente de las palancas de las válvulas de seguridad 'para que escapen y evitar que peguen en su asiento. Mantenimiento semestral Se incluye el programa mensual, adicionando: Lavado interior al lado del agua, removiendo incrustaciones y sedimentos. Verificar si hay indicios de corrosión, picadura o incrustación al lado del agua. Análisis periódico del agua.

Utilizar empaques nuevos en tapas de inspección de mano y hombre. Cambiar correas de motor si es necesario. Revisar su tensión. Limpiar los tubos del lado de fuego, pues el hollín es un aislante térmico. Verificar hermeticidad de las tapas de inspección al llenar la caldera. Verificar el funcionamiento de las válvulas de seguridad. Mantenimiento anual Se incluye el programa semestral, adicionando: Cambio de empaques de la bomba de alimentación si es necesario. Mantenimiento de motores en un taller especializado. Desarme total con limpieza y prueba de aislamientos y bobinas. De acuerdo a un análisis del agua y las condiciones superficiales internas de la caldera, se determina si es necesario realizar una limpieza química de la caldera.